2019, Vol. 28
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2. 河南省有色金属地质矿产局第六地质大队, 河南 郑州 450016;
3. 河南省有色金属地质矿产局第一地质大队, 河南 郑州 450016
2. No. 6 Geological Team, Henan Bureau of Geology and Mineral Resources for Nonferrous Metals, Zhengzhou 450016, China;
3. No. 1 Geological Team, Henan Bureau of Geology and Mineral Resources for Nonferrous Metals, Zhengzhou 450016, China
铝土矿是河南省的重要矿产资源，对全省经济和社会发展起着重要支撑作用. 2011年，河南渑池礼庄寨－平顶山地区铝土矿被国土资源部设立为首批47个整装勘查项目之一，行政区划分属三门峡、洛阳、郑州、许昌、平顶山等地，禹州铝土矿即为该整装勘查区的一部分.整装勘查区共计部署实施17个铝土矿勘查项目和1个中国地质调查局发展研究中心的整装勘查区找矿预测与技术应用示范项目.随着近年来地质找矿进展，该整装勘查区取得了丰硕成果，截止到2018年9月，整装勘查区探明铝土矿资源量10.61×108 t，其中超过1×108 t的矿区有3个.随着工作进展，整装勘查区内铝土矿资源量有望达到15×108 t.
1 区域成矿地质背景禹州铝土矿位于华北地台西南部的嵩箕台隆南缘，嵩箕铝土矿成矿区（图 1）.
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图 1 河南省铝土矿带分布示意图（据文献[1]修改） Fig.1 Distribution sketch of the bauxite belts in Henan Province (Modified from Reference [1]) Ⅰ—三门峡－新安矿带（Sanmenxia-Xin’an ore belt）；Ⅱ—龙门－巩义矿带（Longmen-Gongyi ore belt）；Ⅲ—登封－新密矿带（Dengfeng-Xinmi ore belt）；Ⅳ—鳌头－楚岭矿带（Aotou-Chuling ore belt）；Ⅴ—汝州－禹州矿带（Ruzhou-Yuzhou ore belt）；Ⅵ—宜阳－宝丰矿带（Yiyang-Baofeng ore belt） |
该区地层属华北地层区豫西地层分区嵩箕地层小区.主要有古元古界嵩山群、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系和第四系[2].地质构造主要表现形式是以断裂为主，褶皱次之.断裂构造十分发育，规模大，并多次活动，主要为高角度正断层.区内褶皱主要为禹州－许昌复向斜，自北向南包括白沙向斜、角子山背斜和段沟向斜3个次级褶皱.区内岩浆活动不发育.
2 矿床地质特征禹州铝土矿主要分布于北部浅井－扒村一带和南部李楼－梁北一带（图 2）.区内具一定规模或找矿前景的矿床主要有浅井铝土矿、扒村铝土矿、李楼铝土矿、鸿畅铝土矿、华庄铝土矿、杜庄铝土矿等，均赋存于上石炭统本溪组含铝岩系中.受本溪组沉积时期古地理和底部古风化地貌控制，主要沉积于岩溶形成的洼地、漏斗中.矿层厚度和矿石质量与本溪组含铝岩系厚度一般呈正相关关系，一般为一层矿，局部为两层矿.矿物成分主要是为一水硬铝石，其次是伊利石、高岭石、蒙脱石、方沸石、石英、方解石.偶见的重矿物有锐钛矿.矿石中副矿物有钛铁矿、榍石、锆石、独居石、电气石、磷灰石等，另外还可以见到少量方解石、黄铁矿呈不均匀状分布.矿石类型主要有蜂窝状、碎屑状、豆鲕状、致密状矿石.
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图 2 禹州铝土矿床地质图 Fig.2 Geological map of Yuzhou bauxite deposit 1—第四系（Quaternary）；2—新近系（Neogene）；3—古近系（Paleogene）；4—三叠系（Triassic）；5—二叠系（Permian）；6—石炭系（Carboniferous）；7—奥陶系（Ordovician）；8—寒武系（Cambrian）；9—蓟县系（Jixianian）；10—嵩山群（Songshan Group）；11—地质界线（geological boundary）；12—断层（fault）；13—褶皱轴（fold axis）；14—铝土矿区（bauxite orefield）；15—找矿远景区及编号（prospect area and number） |
铝土矿成矿物质主要来源于晚石炭世存在的古侵蚀区，矿床分布受区内古侵蚀区边缘的控制而呈带状分布，围绕古陆或古岛周围的潟湖和海湾区是最主要的铝土矿成矿区.在晚石炭世，嵩箕古岛作为剥蚀区存在，为禹州湖盆沉积提供了一定的物质来源[3-5].因此该区成矿地质体为禹州盆地及其沉积的一套含铝岩系.
本区含矿岩系由上石炭统本溪组（C2b）构成，中下部和底部为C2b1铁质岩，呈灰黄、红褐等杂色，含铁质较高，由黏土质及氧化铁质等组成，个别处夹有“山西式”铁矿小扁豆体或透镜体.中部主要由C2b2铝土矿和黏土矿构成，局部夹有黏土矿和黏土页岩.铝土矿主要为灰色，局部稍带白、黄、红褐色，呈层状或似层状、扁豆状、透镜状产出.顶部或上部为C2b3黏土页岩，常为灰白色、灰黄色，局部相变为炭质页岩或煤线.
一般说来，矿体的厚度、品位与含矿岩系的厚度呈正相关关系.含矿岩系的厚度大，矿体的厚度也大，矿石的品位较高；反之，含矿岩系厚度小，矿体的厚度就小，矿石的品位变贫.当含矿岩系厚度小于5 m时，一般难以形成工业铝土矿.
铝土矿厚度、品位与古地形洼地形态和含矿系厚度明显相关.厚度大、品位高的铝土矿体，基本上均产于含矿系厚度大的岩溶洼斗内；厚度薄、品位低的铝土矿体，则多产于含矿系厚度较小的大型岩溶洼地内.
3.2 成矿构造与成矿结构面 3.2.1 成矿构造系统和沉积环境本区处于华北板块南缘，属华北中—晚古生代巨型聚铝－煤盆地南带的主要组成部分.加里东运动对石炭纪形成的铁－铝－煤－黏土矿床具有明显的控制作用.中奥陶世末，整个华北地台上升隆起后，经过长期的风化剥蚀，整个台区夷为准平原状态，与此同时，也形成了丰富的铝土矿风化壳物质.风化淋滤使得奥陶系和寒武系灰岩表面遭受溶蚀，形成星罗棋布的浅而小的岩溶凹地，风化基面很不平整.自石炭纪至二叠纪，由于地壳运动，地台逐渐下降，接受沉积.
晚石炭世生成的含铝岩和铝土矿主要受滨海－潟湖－沼泽相区沉积环境控制.含铝岩系分布在古岛周围及靠近古陆的滨海地带，黏土矿则形成于远离海岸的平静的海湾环境.
3.2.2 成矿结构面控矿禹州铝土矿床主要赋存于寒武系或奥陶系古风化壳上，铝土矿的形成与寒武系、奥陶系碳酸盐岩的风化剥蚀、准平原化和钙红土化风化壳形成过程密切相关.
3.3 成矿作用特征标志 3.3.1 矿体宏观特征及矿石结构构造特征上石炭统本溪组中铝土矿的宏观特征表现为与含铝岩系整合产出的特点，一般位于含铝岩系的中上部，在华北统称为G层铝土矿.含铝岩系自下而上可分为5层：①铁质黏土岩夹山西式铁矿——赤铁矿、褐铁矿，深部为菱铁矿和黄铁矿；②杂色黏土岩；③浅灰色薄层状铝土岩或黏土岩，为黏土矿层位之一；④灰色、深灰色厚层状铝土矿；⑤深灰色薄层状黏土岩，上部为含铁黏土岩，为黏土矿层位之一.
矿石的结构特征：主要有豆鲕状、碎屑状、蜂窝状、致密状结构（图 3）.
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图 3 铝土矿标本 Fig.3 Bauxite specimens a—豆鲕状铝土矿（pisolitic bauxite）；b—碎屑结构铝土矿（clastic bauxite）；c—蜂窝状铝土矿（honeycomb bauxite）；d—致密状铝土矿（dense bauxite） |
矿石构造特征：主要为层状、块状构造.
3.3.2 矿物学特征标志本区铝土矿中主要矿物为一水硬铝石、高岭石，次为伊利石，微量矿物有叶绿泥石、赤铁矿、针铁矿、锐钛矿、黄铁矿、菱铁矿、金红石、白云石、电气石、锆英石、方解石、蒙脱石等[6].一水硬铝石结晶形态是以他形粒状为主，粒度多在10 μm左右，多数晶粒之间紧密镶嵌构成致密的集合体，少部分与其他矿物（黏土矿物）相胶结.其中一小部分结晶极为细小（＜3 μm）.在SEM下呈细粒状，在薄片中其集合体呈现浓淡不一的黄褐色，类似泥晶或隐晶，另少部分赋存在矿石的疏松部位，孔洞及收缩裂隙中的一水硬铝石结晶较好，呈自形或半自形，粒度大者可达0.1 mm.高岭石：多呈细小的碎片状，片长在5 μm以下，以集合体或分散胶结形式与一水硬铝石共生，也有的和一水硬铝石共同组成某些豆鲕的核心，少量呈较为粗大鳞片状，有的叠成弯曲的扇形体.伊利石：呈细长的叶片状，往往按一定方向排列形成集合体，少部分散布状在一水硬铝石矿物中.由于晶体细而薄，干涉色比正常要低，不超过Ⅰ级顶部.绿泥石：呈细微的叶片状，片长多在2~3 μm上下，分散于一水硬铝石等矿物中，极少富集成团，含量少，结晶细小.铁质矿物：主要包括赤铁矿和针铁矿两种.赤铁矿含量很少，个别矿石中发现有分散状细小的球粒.钛质矿物：包括TiO2的两种同质异相变体锐钛矿和金红石，这两种矿物在矿石中都以分散颗粒状存在.锐钛矿晶体多呈短柱状和不规则粒状，粒度变化很大，大者可超过0.1 mm，小者小于1 μm.金红石晶体呈细小的柱状或针状.其他微量矿物：埃洛石在孔洞壁上呈细小针状附着，电气石呈柱状或粒状，锆英石呈晶体状，石英呈颗粒状.
4 矿床找矿标志 4.1 地质标志1）石炭系本溪组存在，有含铝岩系地层出露.
2）寒武系或奥陶系古风化壳存在，岩溶洼地发育.
4.2 遥感地质特征遥感图像上颜色较为复杂，在影像上形成斑状及条带状，且表面较为粗糙，灰黑色夹蓝色纹理区域.
4.3 矿床的物探特征1）电测深或激电测深典型界面.
2）可控源大地电磁测量电阻率梯度急变带.
3）区域重力梯度急变带.
5 矿床找矿模型 5.1 浅井铝土矿典型矿床特征矿区位于河南省禹州市西北部，矿区大地构造位置在华北地台南缘，嵩箕隆起南部，禹州向斜次一级构造白沙向斜北东翼.结晶基底系由古元古界嵩山群组成，而盖层为一套海相碎屑岩－碳酸盐岩沉积建造、海陆交互相含煤建造和陆相碎屑岩建造组成.本区地层严格受构造控制，白沙向斜的核部为二叠系、三叠系，向北东依次为石炭系、奥陶系、寒武系、中元古界蓟县系和古元古界嵩山群.区域构造主要为开阔的褶皱及断裂.区内岩浆活动不发育.变质岩主要分布于矿区北部，变质作用时限为古元古代.
铝土矿矿体主要产于石炭系本溪组中，在奥陶系的古风化壳上沉积形成古风化壳型铝土矿床.铝土矿工业矿体一般赋存在含矿岩系的中部，呈层状、透镜状产出.在矿区内圈出3个主矿体，矿体形态及产状受基底奥陶系古风化面形态控制，矿体埋深0~250 m，在古地貌形态为溶斗或古凹陷地方，铝土矿体沉积一般较厚，范围在数十米以内.主矿体总体倾向200°左右，倾角20~27°.矿体为似层状、透镜状产出，东西长约4850 m，宽30~260 m，厚度0.5~15.22 m，全区平均为2.57 m，较稳定.矿体平均品位Al2O3 65.26%，A/S 5.19.根据矿石主要有用矿物分类，本区为一水硬铝石型铝土矿.根据矿石结构构造又可分为碎屑状、蜂窝状、豆鲕状、致密状铝土矿.矿石中副矿物有钛铁矿、榍石、锆石、独居石、电气石、磷灰石等，另外还可以见到少量方解石、黄铁矿呈不均匀状分布.次生矿物褐铁矿呈粉尘状污染.矿石主要为碎屑状、蜂窝状、豆鲕状、致密状结构，层状、块状构造.
5.2 禹州铝土矿成矿模型根据本区成矿地质因素及找矿标志分析，建立了该区成矿模型（图 4）.禹州铝土矿床为古风化壳沉积型矿床，含矿岩系为上石炭统本溪组，沉积环境为海湾潟湖相.成矿控制因素主要有层位（时代）、基底、构造及古构造、古地貌、古气候和古地理环境、次生作用.
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图 4 禹州铝土矿成矿模型（据文献[5]修改） Fig.4 Metallogenic model of the Yuzhou bauxite deposit (Modified from Reference [5]) 1—寒武系+奥陶系碳酸盐岩（Cambrian-Ordovician carbonate rock）；2—铁质泥岩（ferruginous mudstone）；3—铁铝质岩石（ferrallitic rock）；4—含铝黏土岩（aluminiferous clayrock）；5—残余风化壳层（residual weathering crust）；6—铝土矿（bauxite）；7—水流方向（flow direction）；8—古海岸线（paleocoast line） |
晚石炭世，形成于地势平坦的碳酸盐岩古夷平面的铝土矿，广泛分布于禹州地区，产状近似水平.其后，二叠系及下、中三叠统连续沉积，铝土矿深埋地下.后经多期构造运动逐渐抬升到今天的位置.现今的铝土矿出露位置是区域内构造运动长期演化史的结果.工作区铝土矿形成后受到如下构造运动的影响（图 5）.
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图 5 研究区铝土矿后期构造变动和出露过程示意图 Fig.5 Sketch of structural changes and exposure process of bauxite deposit in the study area |
1）晚石炭世—中三叠世区域地层连续沉积阶段
晚石炭世—中三叠世，禹州地区区域构造运动相对较弱且地壳运动以水平升降运动为主，本溪组与其上覆太原组－中三叠统二马营组之间为整合接触，基本上为连续沉积.晚石炭世形成的铝土矿受到掩埋，得以良好保存.长期稳定的构造环境及上覆岩石较高压力、温度等因素影响，使铝土矿主要矿物由三水铝石转变为一水硬铝石.
2）晚三叠世工作区受近南北向挤压应力作用形成以白沙－禹州为轴心的禹州向斜及其次级褶皱白沙向斜、角子山背斜、段沟向斜.本溪组卷入褶皱，铝土矿床发生变形.禹州向斜控制着工作区内铝土矿的产出，工作区东北部、中部表现为地层抬升出露寒武系及前寒武系地层，其间拗陷部分出露地层为二叠系、三叠系.
3）新生代的断陷作用
禹州地区新生代地壳构造运动以断陷运动为特征.在断陷运动的作用下，部分地区下降，其他地区相对隆起，塑造了研究区现今的地质概貌.
6 资源潜力评价禹州铝土矿为河南渑池礼庄寨－平顶山地区铝土矿整装勘查区的一部分，随着勘查工作和科研工作的进展，本区铝土矿资源潜力日益凸显.根据以往找矿成果，结合区内成矿地质条件，对本区中深部铝土矿资源潜力进行了预测，预测深度为埋深1000 m以浅，共划分成矿预测区5处，其中A类预测区3处，B类预测区1处，C类预测区1处，预测资源量1.45×108 t（图 2）.
A1远景区：位于王村－扒村铝土矿成矿带上，白沙向斜北东翼.区内断裂构造较发育，多为北东向断裂，未见岩浆活动，变质变形作用较弱，且位于重力高低梯度带上，成矿条件有利.预测铝土矿资源量1171.48×104 t.
A2远景区：位于神垕－梁北铝土矿成矿带上，白沙向斜南西翼.区内断裂构造不发育，未见岩浆活动，变质变形作用较弱，位于高重力异常区及高低梯度带上，成矿条件十分有利.预测铝土矿资源量5032.12×104 t.
A3远景区：位于神垕－梁北铝土矿成矿带上，白沙向斜南西翼.区内断裂构造不发育，未见岩浆活动，变质变形作用较弱，成矿条件十分有利，具有良好的铝土矿找矿前景.预测铝土矿资源量4942.42×104 t.
B1远景区：区内地层总体呈一向南西倾的单斜构造，北西部为禹州市扒村铝土矿区，有铝土矿含矿岩系出露及有钻孔验证.东侧为禹州煤田煤下铝普查合作勘查区，找矿远景区内有钻孔证实存在含矿岩系，具有较好的铝土矿找矿前景.预测铝土矿资源量2653.80×104 t.
C1远景区：区内地层总体呈一向南西倾的单斜构造，北部有铝土矿含矿岩系出露和禹州煤田煤下铝合作勘查区，推测有较好的铝土矿找矿前景.预测铝土矿资源量651.62×104 t.
7 结论1）禹州盆地及其沉积的一套含铝岩系组成该区铝土矿的成矿地质体.
2）寒武系或奥陶系古风化壳构成禹州铝土矿的成矿结构面.其形成与寒武系、奥陶系碳酸盐岩的风化剥蚀、准平原化和钙红土化风化壳形成过程密切相关.
3）铝土矿的宏观特征表现为与含铝岩系整合产出的特点，一般位于含铝岩系的中上部.
4）中深部含铝岩系的存在，预测本区资源潜力较大.
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