河南省三门峡尖草地铝土矿地质特征及成矿演化模式

河南省三门峡尖草地铝土矿地质特征及成矿演化模式
李建全;席善峰;赵晓宁;李书文;赵钦;冯建涛;王猛;裴满意
【摘要】以三门峡尖草地铝土矿床为对象,在研究矿床地质特征的基础上,分析了成矿物质来源、控矿因素,并刻画了成矿演化模式.三门峡尖草地铝土矿床赋矿层位为本溪组,是在沉积间断面、沉积古地理、古构造等多个条件的耦合作用下形成的.该地层后期抬升遭受剥蚀,再沉积形成局部堆积型的铝土矿床.其成矿演化模式在豫西地区具有典型找矿意义.%Based on the geological characteristics of Jiancaodi bauxite deposit in Sanmenxia,the ore-forming material sources,ore-controlling factors and metallogenic evolution model are analyzed.The Benxi Formation,as the ore-bearing layer of the deposit,was formed under the coupling processes of sedimentary discontinuity,sedimentary paleogeography and paleostructure,followed by uplift,denudation and local accumulation.Its metallogenic evolution model has typical prospecting significance in western Henan.
【期刊名称】《地质与资源》
【年(卷),期】2017(026)006
【总页数】6页(P564-569)
【关键词】铝土矿;物质来源;控矿因素;演化模式;本溪组;河南省
【作者】李建全;席善峰;赵晓宁;李书文;赵钦;冯建涛;王猛;裴满意
【作者单位】河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院,河南郑州450001;河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院,河南郑州450001;河南省地矿建设工程(集
团)有限公司,河南郑州450001;河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院,河南郑州450001;河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院,河南郑州450001;河南省
地质矿产勘查开发局第四地质勘查院,河南郑州450001;河南省地质矿产勘查开发
局第四地质勘查院,河南郑州450001;河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院,
河南郑州450001
【正文语种】中文
【中图分类】P618.45
0 概述
河南省铝土矿分布主要在京广铁路以西的三门峡－焦作－郑州－平顶山之间的
3×104km2的三角地区中，河南省三门峡尖草地铝土矿床属于该三角地区中陕县
－渑池－新安成矿区西成矿带［1］.近年来通过整装勘查相继发现一系列大中型铝土矿床，如七里沟、支建、水泉洼、曹窑、尖草地矿床，显示该地区具有极大的找矿潜力.
前人对铝土矿的地质特征、矿床成因、物质来源、矿物成因等进行了详细的研究［2-11］，对铝土矿成矿理论的研究做出了杰出贡献.河南省三门峡尖草地铝土矿
床赋存于中石炭统本溪组地层中，铝土矿广泛分布，矿床类型包括沉积型铝土矿和堆积型铝土矿，在豫西地区具有典型代表.本文基于野外详细地质调查和勘探资料，结合前人研究成果，在尖草地地质特征的基础上，刻画了铝土矿的成矿演化模式，为进一步研究和勘查河南铝土矿床提供参考.
1 区域地质背景
三门峡尖草地铝土矿床位于华北地层区豫西地层分区渑池－确山小区，区域出露地层从老到新有中元古界的熊耳群及汝阳群，下古生界寒武系、奥陶系，上古生界石
炭系、二叠系，新生界古近系和第四系.大地构造上位于秦岭构造系和太行山构造系的交接部位，夹持于秦岭隆起和岱嵋寨隆起之间.构造多呈北东和北西走向，以阶梯式断裂为主.构造形迹在燕山运动期已形成，喜马拉雅运动期有所复活，继承和加强了老的构造形迹.矿带被断裂带分割成大小不一的菱形断块.铝土矿赋存于寒武系－奥陶系古风化剥蚀面上的本溪组地层内，本溪组在断陷盆地中保存较好，形成铝土矿，在相对隆起地区被剥蚀殆尽（图1）.
2 矿区地质特征
2.1 地层
矿区南部主要出露奥陶系中统马家沟组，以灰黑色厚层状灰岩为主，夹薄层泥质白云岩、白云质灰岩，底部有一层厚0.3 m不稳定的燧石角砾岩.地层总体倾向130～160°，倾角 10～20°.由于底部灰岩面的起伏不平及构造作用影响，地层产状局部变化较大.矿区中部在马家沟组之上局部出露铝土矿的赋矿层位本溪组，本溪组地层有的已剥蚀殆尽，有的被2～13 m厚的黄土覆盖.岩性为一套铁铝岩系沉积建造，主要由铝土岩、铝土矿、黏土岩、铁质黏土岩组成，层厚1.62～13.48 m，平均厚8.15 m.矿区内本溪组地层厚度变化较大.该组与上覆地层太原组整合接触，与下伏地层奥陶系呈平行不整合接触.矿体赋存于含矿岩系的中上部及本溪组剥蚀面之上，局部赋存在黄土层之下，属沉积型和堆积型铝土矿矿床（图2）.
根据工程资料统计，自下而上可分为3个岩性段.
1）铁质黏土岩：紫、褐红、灰色，泥质结构，块状、薄层状构造.铁质多呈褐红色鲕状，局部为褐铁矿、赤铁矿，染手.层厚 1.35～6.15 m，平均厚 3.22 m.
2）铝土矿、铝土岩：为灰—灰黄色，碎屑状、豆鲕状结构，块状、薄层状构造.达不到铝土矿时，多相变为铝土岩，质硬.层厚 1.00～12.38 m，平均厚 4.27 m.
图1 三门峡尖草地铝土矿床地质图Fig.1 Geological sketch map of the Jiancaodi bauxite deposit in Sanmenxia City1—第四系（Quaternary）；2—
二叠系中统（Middle Permian）；3—二叠系下统（Lower Permian）；4—闪
长玢岩（diorite porphyrite）；5—石炭系下统（Lower Carboniferous）；6—奥陶系中统（Middle Ordovician）；7—寒武系下统（Lower Cambrian）；8—断层（fault）；9—研究区（study area）
3）黏土岩：灰色，泥质结构，块状、薄层状构造，含植物根茎化石.层厚 1.20～3.80 m，平均 2.33 m.
矿区北部主要出露二叠系山西组和石盒子组，为一套湖泊沼泽相的泥炭质沉积和陆源碎屑沉积，总体倾向 140～160°，倾角 10～30°.受断裂和岩浆岩的影响，地层
出露不连续，产状不稳定.
图2 尖草地铝土矿矿体特征Fig.2 Orebody characteristics of the Jiancaodi bauxite deposit
2.2 构造
矿区北部为一宽缓的向斜，褶皱轴近东西向且向东倾伏，褶皱北翼产状125°∠24°，南翼产状70°∠15°.矿区南部主要为区域性正断层F1构造，出露长度2 km，两端延伸出图.史家庄以东走向80～260°，倾向355～33°，倾角62°.史家庄段走向230～50°，倾角64°.构造带宽3～10 m，构造角砾岩为灰岩、砂岩、铝土岩等，钙质胶结，角砾大小1～5 cm，呈棱角状.断层北西盘下降，导致二叠系地层与奥
陶系、石炭系地层直接接触，断距为80 m，破坏了含矿岩系地层的连续性（图3）.
2.3 岩浆岩
岩浆岩为石英闪长玢岩，在钻孔ZK0916、ZK1807及矿区东部见到，厚度12～
75 m.石英闪长玢岩顺层侵入于二叠系山西组底部.岩石呈浅灰、灰绿色，斑状结构，块状构造.斑晶成分主要为斜长石、角闪石及少量黑云母，斑晶含量30%～50%，基质主要为斜长石、角闪石、石英.石英闪长玢岩在矿区及区域上沿二1煤的层位
侵入，对煤层有烘烤作用，但对铝土矿影响较小.
3 矿体地质特征
尖草地铝土矿床勘查发现的6个矿体中，Ⅴ号和Ⅵ号矿体规模最大.
Ⅴ号铝土矿矿体由1个钻孔、1个浅井和7个槽探工程控制，矿体基本裸露地表，仅有局部铝土矿直接被顶板铝土岩、黏土岩覆盖.北侧YK2、YK3处有较薄太原组
砂岩盖层，平面形态呈不规则状.矿体长290 m，宽80～150 m.矿体赋存标高346～452 m，产状变化小，倾向北，倾角16°，呈似层状产出.单工程见矿厚度最小 1.50 m，最厚达 4.60 m，平均 2.87 m，厚度变化系数为 126%.单工程矿石品位：Al2O3含量 56.20%～67.10%，平均 62.81%；SiO211.02%～19.37%，平
均14.89%；Fe2O30.80%～3.35%，平均 2.21%；A/S 2.9～6.1，平均4.2.矿石自然类型主要为碎屑状、豆鲕状铝土矿.
Ⅵ号铝土矿矿体由4个采矿和4个钻孔控制，矿体总体走向北东.由于受古地形的
影响，东部倾向北西，西部倾向南东，倾角12°.平面形态呈较规则梭状，控制矿
体长340 m，宽50～140 m.矿体呈似层状，矿体赋存标高563～580 m.单工程
见矿厚度最小1.50 m，最厚达 2.00 m，平均 1.75 m，厚度变化系数为 25%，厚度较稳定.单工程矿石品位：Al2O3含量 63.66%～75.77%，平均 70.77%；
SiO23.84%～11.54%，平均 6.52%；Fe2O 1.00%～3.15%，平均 1.74%；A/S 5.5～19.7，平均 10.9.矿石自然类型主要为碎屑状，少量为豆鲕状铝土矿.
图3 尖草地铝土矿床22线剖面及样坎2和样坎6素描图Fig.3 Profile along No.22 survey line of Jiancaodi bauxite deposit with sketches of trenches No.2 and No.61—第四系（Quaternary）；2—黏土岩（clayrock）；3—铝土
矿（bauxite）；4—铝质泥岩（aluminous mudstone）；5—铁质泥岩（ferruginous mudstone）；6—断层（fault）；7—山西组（Shanxi fm.）；8—太原组（Taiyuan fm.）；9—本溪组（Benxi fm.）；10—马家沟组
（Majiagou fm.）；11—钻孔编号（borehole and number）；12—样坎编号（trench and number）；13—浅井编号（shallow shaft and number）
4 成矿演化模式
4.1 成矿物源分析
尖草地铝土矿床属于沉积型和堆积型.堆积型铝土矿是铝土矿沉积成矿之后受后期构造影响再度剥蚀堆积形成，因此两种类型铝土矿的成矿物质来源一致.对本区域上支建、郁山、偃龙等铝土矿的物质来源认识主要有两种——基底说与古陆说［12-21］，后来又发展出多源说［22］和加里东期火成岩说❶曹高社，等.偃龙煤田（洛阳部分）铝土矿成矿地质条件及古岩溶对铝土矿的控制作用研究.2016..基底说认为沉积型铝土矿的成矿物质来源于下伏的碳酸盐岩，而古陆说则认为沉积型铝土矿的成矿物质来源于附近古陆的硅酸盐.
尖草地铝土矿赋存在晚石炭统本溪组地层中.本溪组地层平行不整合沉积在寒武系－奥陶系马家沟组地层之上，底板为一套灰岩、鲕状灰岩、白云岩的浅海相碳酸盐岩夹泥砂质岩建造，厚度 540～1259 m［23］，并且两套地层之间有140 Ma的沉积间断.因此在铝土矿成矿时期区域上为碳酸盐岩覆盖，不存在嵩箕古岛、中条古陆等，所谓的铝硅酸盐古陆或古岛是在后期燕山运动发生区域上褶皱和断裂，盖层剥蚀而形成今日之构造面貌.同时在嵩山南麓的玉寺矿点两侧的寺沟、月湾，箕山北侧的西白坪张家门、箕山南侧的汝州大峪沟江咀寨及登封岳窑西侧的王家门等地，均可见到上石炭统的灰岩超覆于底板寒武系、奥陶系灰岩或白云岩之上，充分说明铝土矿成矿时期区域上剥蚀的岩性为碳酸盐岩.
4.2 控矿因素分析
1）矿体严格受本溪组控制：尖草地铝土矿及区域上的支建、郁山、偃龙、水泉洼等铝土矿体全部赋存于本溪组地层中，并且铝土矿矿体厚度与本溪组厚度呈正相关关系，含矿岩系厚度值大时，相对应的铝土矿厚度值亦常为大厚度值.还反映了本
溪组地层对成矿显著的控矿作用.
2）长期受风化沉积间断的奥陶系马家沟组古地理面：奥陶系马家沟组与石炭系本溪组之间有着140 Ma的沉积间断.长期的准平原化及沉积基底灰岩的岩溶作用，
形成区域上不同的岩溶地貌，如岩溶盆地、漏斗、洼地等地理地貌特征.因此在古
地理面沉积形成了尖草地及附近的支建、七里沟、水泉洼等呈似层状，局部呈“鸡窝”状的铝土矿体.
3）构造活动控制了复杂的矿体空间分布：成矿前的构造对沉积基底形成不同的古岩溶地貌影响着铝土矿的分布范围及厚度，原生铝土矿成矿后的构造对矿体的保存和表生作用亦有着重要的影响.本溪组地层沉积后，经区域抬升剥蚀，形成了区域
上铝土矿分布在古陆或古岛一侧或周围的现象，并且沿铝土矿倾向上延伸，其深部已有良好的铝土矿成矿条件.在后期矿区构造的作用下，铝土矿抬升遭受剥蚀形成
堆积型铝土矿.
4.3 成矿演化模式
中奥陶世至上石炭世约140 Ma的地质沉积间断，区域上经历了深刻的风化剥蚀，沉积基底灰岩在古纬度、古地理、古构造等多种因素的作用下为铝土矿成矿物质提供了来源，准平原化过程中形成的溶蚀盆地、漏斗、洼地等古地貌为铝土矿的沉积准备了空间条件.到晚石炭世本溪期海水从西北方向入侵，形成具陆表海的滨海潟
湖沼泽相和滨海沼泽亚相［24］❶王建平，等.河南省华北板块中元古代—古生代主要成矿期岩相古地理和构造古地理研究.2010.，总体海水深度不大，成矿物质在洪水、河流等作用下被搬运至溶蚀盆地、洼地及漏斗等地沉积成矿，在搬运的过程中形成了豆鲕状、碎屑状铝土矿，在原地或水动力条件较弱的情况下形成致密块状铝土矿.随着海水的继续入侵，沉积环境和物源发生了较大的变化，开始沉积太原
组和山西组长石石英砂岩、粉砂岩、页岩、生物碎屑灰岩和煤层，接受了2000～4000 m厚的沉积地层，铝土矿体和含矿岩系一起在物理压实作用下不断失水至固
结成岩.在燕山晚期，中性浅成侵入岩闪长玢岩多顺层侵入于山西组底部或太原组
与山西组之间，呈东西向条带状分布.闪长玢岩对石炭系地层中铝土矿层影响很小，其厚度北厚南薄，呈楔形自北向南侵入，并且燕山期区域上的北东向呈阶梯式断裂为主的构造形迹已形成，地壳已有所抬升，开始接受剥蚀.喜马拉雅期，构造形迹
有所复活，继承和加强了老的构造形迹，造成了许多大大小小的地堑和地垒，局部本溪组地层剥蚀，并且形成堆积型铝土矿（图4）.
图4 尖草地铝土矿床成矿演化模式图Fig.4 Metallogenic evolution model of the Jiancaodi bauxite deposit1—第四系（Quaternary）；2—三叠系（Triassic）；3—二叠系上石盒子组（Shihezi fm.in Upper Permian）；4—二
叠系下石盒子组（Shihezi fm.in Lower Permian）；5—二叠系山西组（Permian Shanxi fm.）；6—石炭系本溪组（Carboniferous Benxi fm.）；7—奥陶系马家沟组（Ordovician Majiagou fm.）；8—寒武系（Cambrian）；9—铝土矿含矿岩系（bauxite ore-bearing rock series）；10—山西式铁矿（Shanxi-type iron body）；11—铝土矿（bauxite）；12—煤层（coal seam）；13—灰岩（limestone）；14—生物碎屑灰岩（bioclastic limestone）；15—泥岩（mudstone）；16—泥质粉砂岩（argillaceous siltstone）；17—粉沙质泥岩（silty mudstone）；18—长石石英砂岩（feldspar-quartz sandstone）；19—地质界线（geological boundary）；20—断层（fault）
5 结论
1）三门峡尖草地铝土矿床赋矿层位为本溪组，该组地层经受剥蚀后再沉积形成局部堆积型的铝土矿床.本溪组岩性为一套铁铝岩系沉积建造，主要由铝土岩、铝土矿、黏土岩、铁质黏土岩组成，具有典型的三层岩性结构.
2）铝土矿成矿物质来源为底板灰岩经过长期的风化剥蚀，在海水从北西方向侵入
的条件下，以及沉积古地理、古构造等多个条件的耦合作用下形成铝土矿床.
3）三门峡尖草地铝土矿的成矿演化模式在豫西地区具有典型特征.本溪组内的铝土矿在断陷盆地中保存较好，形成铝土矿床；在相对隆起地区被剥蚀殆尽，局部形成堆积型铝土矿.
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