2019, Vol. 28
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2. 河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院, 河南 郑州 450001
2. No. 4 Institute of Geological Exploration, Henan Bureau of Geology and Mineral Development, Zhengzhou 450001, China
河南省铝的产量位居全国第二, 嵩(山)-箕(山)地区又是河南省铝土矿的主要矿集区, 近年通过铝土矿整装勘查共发现并探明超大型、大型等铝土矿床15个, 其中偃龙铝土矿床在嵩箕地区具有典型代表.偃龙铝土矿床位于嵩箕地区偃师-巩义-荥阳铝土矿成矿带内[1], 赋存于奥陶系碳酸盐岩古老侵蚀面上的一水硬铝石型沉积铝土矿床, 成矿时代属于晚石炭世, 赋矿地层为上石炭统本溪组.多数学者对成矿带内铝土矿地质特征、找矿标志、成矿规律、地球化学特征等方面进行了较为详细的研究[2-14], 但是对晚石炭世古地理特征及其对铝土矿的控矿意义研究较少.自2011年河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院实施偃龙深部铝土矿整装勘查项目以来, 已施工300余个钻孔, 普查阶段已取得了超大型铝土矿床的成果, 本文通过对大量的项目基础资料研究, 认为偃龙地区存在3种较典型沉积古地理亚相, 不同的亚相沉积环境对铝土矿的沉积分别有着不同的控矿意义.
1 嵩箕地区古地理特征河南省嵩箕地区地处华北板块的南缘, 地层分区为华北区豫西分区嵩箕小区.新元古代的中岳运动使本区古老结晶基底发生了强烈褶皱变形, 形成了本区的基本构造格局.中岳运动以后直至早古生代末期, 地壳基本趋于稳定, 构造活动较弱, 多表现为区域性的隆起与拗陷等幅度不大的升降运动, 并且发育了早古生代以碳酸盐岩为主体的稳定地台型盖层建造; 加里东运动期间, 本区稳定抬升成陆, 地层基本上未产生褶皱, 并经历了长达160 Ma的风化剥蚀; 至晚石炭世中期, 来自北东方向的海侵, 使嵩箕地区除嵩山、箕山等几处古岛外的大部区域都被海水浸没, 在这些古岛之间的滨海潟湖或湖沼等有利场所, 形成了晚石炭世铁、铝、硅建造沉积[15].
偃龙铝土矿床位于嵩山古岛北面隆起与拗陷的接触部位, 兼具有潟湖-局限障壁岛相和潟湖沼泽相的沉积环境(图 1).石炭系总体上以平行不整合形式沉积在奥陶系(局部为寒武系)碳酸盐岩的侵蚀面上[16-17], 石炭系本溪组主要由铝土矿、黏土矿、硫铁矿组成, 厚0.5~57.95 m, 一般1~10 m.本溪组之上相继沉积二叠系太原组、山西组和石盒子组, 以及三叠系地层等.燕山运动使区域上发生褶皱变形, 偃龙铝土矿床位于嵩山复背斜的北翼, 总体为一向北倾斜的舒缓单斜构造, 构造线近东西向展布, 地层产状倾向350~20°, 倾角12~23°, 在岩溶漏斗中, 本溪组下部地层倾角可达30~50°.
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图 1 嵩箕地区晚石炭世沉积古地理图❶ Fig.1 Sedimentary paleogeographic map of Song-Ji area in Late Carboniferous❶ 1-沉积等厚线(sedimentary isopach); 2-古陆(岛)界限(ancient continent/island boundary); 3-岩组/相区界线(rock formation/lithofacies area boundary); 4-潟湖-局限台地(lagoon-restricted platform) |
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.河南省国土资源厅地质矿产重大科技公关招标项目.2010.
2 偃龙铝土矿床沉积相特征偃龙铝土矿床在晚石炭世的岩相古地理特征为一套以陆源碎屑岩为主, 夹生物碎屑(炭质页岩)煤层(线)的潟湖沼泽沉积建造, 化学成分上属铁铝硅质建造.石炭系本溪组下段主要为由铁质、黏土质和砂质沉积为主; 中部为由铝土矿和黏土矿(硬质黏土矿或高铝黏土矿)组成, 高铝黏土矿常呈致密状或稀豆鲕状结构; 上部以黏土页岩为主, 有时相变为砂质页岩、或炭质页岩.根据系统统计240个钻孔岩心的岩石组合、结构构造、岩石地球化学特征, 整体反映沉积时能量较低, 将本溪组划分为障壁岛相沉积环境、浅湖-潟湖相沉积环境、潮坪-沼泽相沉积环境3种.
1) 障壁岛沉积相:偃龙铝土矿床奥陶系马家沟组为浅海相碳酸盐沉积, 主要岩性为灰-深灰色厚层状角砾状灰岩、微晶灰岩, 灰白色中厚层状白云质灰岩.后期地壳抬升经长时间的风化剥蚀, 至晚石炭世海水从北东方向入侵时, 局部地段存在白云质灰岩障壁岛(岩溶孤峰), 缺失本溪组的沉积, 形成障壁岛的沉积环境, 致使二叠系的太原组直接平行整合沉积在马家沟组上, 如ZK5608 (图 2a)、ZK0018等.
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图 2 偃龙铝土矿床钻孔柱状图 Fig.2 Drillhole columns of the Yanlong bauxite deposit |
2) 浅湖-潟湖沉积相:该类沉积环境在偃龙地区一般位于障壁岛周围, 或无障壁岛滨岸沉积环境靠近陆表地带, 其沉积特征为:岩性为单一的黏土岩(包括铝土矿), 常为深灰、灰黑, 层位稳定, 岩石具水平层理, 块状及薄层状甚至为页理构造, 常形成规模较大的层状铝土矿或黏土矿; 底部出现较多的黄铁矿、菱铁矿和铁绿泥石, 黄铁矿呈不规则团块状, 菱铁矿呈豆鲕状, 它们的含量常随埋藏深度而增加, 当埋深较大时可构成厚层的黄铁矿、菱铁矿矿层.上述特征反映沉积物在宁静的深水还原环境沉积的特点.该沉积环境在偃龙铝土矿地区较为典型, 大多数钻孔的岩性特征都表现为浅湖-潟湖的沉积相环境, 如ZK2012(图 2b)、ZK2310、ZK5504、ZK8304、ZK13208等.
3) 潮坪-沼泽沉积相:该类沉积相环境下形成了灰褐色铁铝质泥岩, 灰黑色炭质泥岩及煤层的沉积组合.铁铝质泥岩, 发育水平层理、潮汐层理, 含腕足类化石; 灰黑色炭质泥岩, 发育水平层理, 含植物碎片; 沼泽沉积主要为炭质泥岩夹煤层, 为块状层理.层序内部由下向上粒度逐渐变细, 厚度逐渐变薄.这种沉积层序在偃龙铝土矿床区内分布较广泛, ZK4806、ZK5204、ZK9804、ZK1210 (图 2a)等岩心沉积特征属于该沉积亚相环境.
晚石炭世在障壁岛或台地地区, 形成了障壁岛相沉积环境, 缺失本溪组的沉积, 二叠世偃龙地区大规模海侵形成的生物碎屑灰岩, 直接沉积在铝土矿底板马家沟组灰岩之上.海水进入沉积盆地, 湖盆水不断加深, pH值增高, 使注入盆地的地表弱酸性水溶液(胶体溶液)发生中和反应, 导致所携带的物质发生化学分异沉积, 形成浅湖-潟湖相沉积环境.在局部环境发育沉积炭质页岩和煤层或煤线, 出现在本溪组的底部、中部和顶部, 呈层状、透镜状, 说明该区在沉积过程中发生沼泽化, 形成潮坪-沼泽沉积相环境.
偃龙铝土矿床在石炭纪主要存在以上3种沉积相环境, 沉积相环境之间无明显的界限, 呈渐变过渡关系.在近嵩山古岛岸边, 局部受地形条件影响发生海侵-海退-海侵的沉积旋回, 如ZK10312 (图 2c)沉积了3层薄煤层(线), 说明曾多次沼泽化, 反应了沉积物颗粒由粗→细→粗→细→粗→细的变化过程, 颜色也相应地由浅→深→浅→深→浅→深, 水动力和水介质条件都呈现相应的变化规律.
3 基底古地貌特征及其控矿意义偃龙铝土矿床一带自晚石炭世开始海侵, 接受湖盆四周红土化残积物沉积.在嵩山古岛的周围早期形成了低凹不平的岩溶地貌, 并残存了大量红土化残积物, 当海水从北东方向漫侵而至, 在海水的作用下, 部分红土化残积物经过短距离的搬运至低凹地段或古岩溶洼地及溶蚀坑(图 3), 沉积形成本溪组.研究表明[18], 偃龙地区基底古地貌的形态特征也是控制铝土矿沉积的因素之一.在古熔剂洼地或溶蚀坑, 容易形成沉积厚度大的含矿岩系, 在局部古地形凸起更高处, 含矿岩系变得更薄, 无铝土矿沉积, 形成所谓无矿天窗或无矿带.据此说明含矿岩系的厚薄变化和铝土矿的赋存富集均与沉积基底地形起伏, 即与微地貌变化关系密切.
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图 3 偃龙铝土矿床16线含矿岩系沉积剖面图 Fig.3 Sedimentary profile of ore-bearing rock series of Yanlong bauxite deposit along No.16 exploratory line 1-铝土矿(bauxite); 2-铝质泥岩(aluminous mudstone); 3-耐火黏土矿(refractory clay); 4-黏土岩(claystone); 5-硫铁矿(pyrite); 6-含硫泥岩(sulfur-bearing mudstone); 7-铁矾土矿(laterite ore); 8-白云质灰岩(dolomitic limestone) |
偃龙铝土矿床焦村矿段的铝土矿含矿岩系与铝土矿厚度关系研究表明[19], 本溪组的沉积厚度严格受古岩溶条件控制, 在溶蚀洼地、溶蚀坑等地带容易形成厚大的含矿岩系厚度.然而分析偃龙铝土矿283个钻孔数据, 有183个钻孔见铝土矿, 铝土矿含矿岩系厚度为0.87~47.80 m, 平均厚度11.13 m, 铝土矿厚度为0.30~28.15 m, 平均厚度3.45 m, 含矿岩系厚度对应铝土矿厚度的关系图(图 4)可知:含矿岩系厚度在小于13 m时, 铝土矿厚度的变化没有明显的随含矿岩系厚度增大而增大的趋势特征, 其厚度变化系数为69.08;含矿岩系厚度大于13 m时, 铝土矿厚度的变化较大, 其厚度变化系数为125.65, 表明含矿岩系厚度与铝土矿厚度之间无明显的相关性.如在33线、116线、84线的纵剖面上, 浅部铝土矿含矿岩系厚度为18.00、13.47和10.45 m, 其铝土矿相应厚度为10.62、6.35和3.20 m, 而深部含矿岩系厚度为19.57、6.66和12.62 m, 其铝土矿相应厚度为5.37、0.00和0.00 m.
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图 4 偃龙铝土矿含矿岩系厚度与铝土矿厚度图 Fig.4 Thickness of the ore-bearing rock series and bauxite of Yanlong bauxite deposit 1-铝土矿厚度(bauxite); 2-含矿岩系厚度(ore-bearing rock series) |
综上所述, 基底古地貌特征直接控制铝土矿含矿岩系的厚度, 但非直接控制铝土矿的厚度.如岩溶洼地、溶蚀坑、溶蚀漏斗等地形条件易形成厚大的铝土矿含矿岩系, 但铝土矿厚度与之没有明显的相关关系.
4 古地理特征及其控矿意义偃龙铝土矿床内在基底古地貌特征的基础上发育形成3种类型的古地理沉积相环境, 古地貌特征直接影响铝土矿含矿岩系的沉积厚度及沉积规模.通过对偃龙铝土矿床内的钻孔数据分析, 认为不同类型的古地理沉积环境对铝土矿并非起直接控矿作用, 但对铝土矿的形成依然有重要影响.
障壁岛沉积相: ZK5608、ZK6002、ZK0018等几个局部钻孔不见含矿岩系, 奥陶系底板白云质灰岩直接与顶板二叠系生物碎屑灰岩相接触, 形成了偃龙地区局部的障壁岛沉积相环境, 无铝土矿沉积.
浅湖-潟湖沉积相:该沉积相在偃龙铝土矿床内普遍发育.根据钻孔数据统计, 共有154个钻孔的含矿岩系属于浅湖-潟湖沉积相环境, 铝土矿厚度在0.30~28.15 m, 平均厚度为3.48 m, 对应的含矿岩系厚度在0.87~47.80 m, 平均厚度为10.95 m.铝土矿厚度与其含矿岩系厚度之间的变化系数为0.498, 说明本溪组在沉积过程中, 铝土矿的沉积厚度与浅湖-潟湖沉积相下含矿岩系的沉积厚度呈中度相关关系.
潮坪-沼泽沉积相:形成于以潮汐作用为主的海岸环境, 沉积物为灰褐色铁铝质泥岩, 灰黑色炭质泥岩及煤层组成.偃龙铝土矿床内ZK4806、ZK5204、ZK9804、ZK10312、ZK2302等岩心沉积特征属于该沉积相环境.据统计共有35个钻孔的含矿岩系属于潮坪-沼泽沉积相环境, 其中14个钻孔不见铝土矿, 其余21个钻孔的铝土矿厚度在0.77~10.44 m, 平均厚度为3.38 m, 对应的含矿岩系厚度在2.38~38.70 m, 平均厚度为12.52 m.说明该沉积古地理环境形成的铝土矿条件较差.含矿岩系中夹有的煤线/煤层或炭质泥岩是受沉积环境多变影响, 研究表明[20], 铝土矿凝胶的沉淀对水体的氧化、还原条件非常敏感, 而沼泽沉积环境容易产生大量的腐殖酸, 对铝土矿的凝胶沉淀起到破坏作用.
5 结论(1) 偃龙铝土矿床内晚石炭世在本溪组沉积形成的过程中存在障壁岛相沉积环境、浅湖-潟湖相沉积环境和潮坪-沼泽相沉积环境3种沉积相环境.
(2) 偃龙地区基底古地貌特征直接控制铝土矿含矿岩系的厚度, 含矿岩系厚度与铝土矿厚度之间无明显的相关关系.
(3) 偃龙地区铝土矿成矿过程中, 在局部的障壁岛沉积相环境无沉积成矿; 在浅湖-潟湖沉积相环境下容易沉积成矿, 铝土矿的沉积厚度与浅湖-潟湖沉积相下含矿岩系的沉积厚度呈中度相关关系; 在潮坪-沼泽沉积相受沉积环境条件的影响, 沉积成矿的条件较差.
(4) 偃龙地区晚石炭世古地理特征决定了含矿岩系的厚度, 但不直接控制铝土矿成矿厚度, 而是在其他成矿条件耦合作用下, 古地理通过控制铝土矿的沉积环境间接控制铝土矿的形成.
| [1] |
陈旺.豫西石炭纪铝土矿成矿系统[D].北京: 中国地质大学, 2009: 41-49.
|
| [2] |
吴国炎, 姚公一, 吕夏. 河南铝土矿床[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1996: 79-96.
|
| [3] |
温同想. 河南石炭纪铝土矿地质特征[J]. 华北地质矿产, 1996, 11(4): 491-579. |
| [4] |
智强, 廉松洲. 孙坡-管茅铝土矿矿体特征及找矿标志[J]. 华北国土资源, 2011, 42(1): 28-30. DOI:10.3969/j.issn.1672-7487.2011.01.011 |
| [5] |
陈丽娟, 张建东. 豫西偃师南部铝土矿地质特征及控矿地质条件[J]. 地质找矿论丛, 2008, 23(2): 144-148. |
| [6] |
周红春, 刘文波, 陈永才, 等. 偃龙煤下铝地球化学特征及微地貌控制[J]. 现代矿业, 2015, 554(6): 84-88. DOI:10.3969/j.issn.1674-6082.2015.06.033 |
| [7] |
李战明, 马晓辉, 郭锐, 等. 河南大冶矿区晚石炭世岩相古地理特征及铝土矿找矿方向[J]. 地质找矿论丛, 2012, 27(4): 433-439. DOI:10.6053/j.issn.1001-1412.2012.04.007 |
| [8] |
焦赞超, 梁会娟, 刘传权, 等. 河南新安县郁山铝土矿床地质特征、成矿规律及成矿物质来源[J]. 西北地质, 2014, 47(1): 221-233. DOI:10.3969/j.issn.1009-6248.2014.01.020 |
| [9] |
刘学飞, 王庆飞, 李中明, 等. 河南铝土矿矿物成因及其演化序列[J]. 地质与勘探, 2012, 48(3): 449-459. |
| [10] |
陈旺. 豫西石炭系铝土矿出露位置的控矿因素[J]. 大地构造与成矿学, 2007, 31(4): 452-456. DOI:10.3969/j.issn.1001-1552.2007.04.010 |
| [11] |
李建全, 周红春, 曹高社, 等. 河南省偃龙煤田深部铝土矿地质特征[J]. 地质与资源, 2016, 25(4): 345-351. DOI:10.3969/j.issn.1671-1947.2016.04.007 |
| [12] |
李建全, 席善峰, 李书文, 等. 铝土矿资源量估算新方法探讨[J]. 地质与资源, 2017, 26(4): 366-369. DOI:10.3969/j.issn.1671-1947.2017.04.006 |
| [13] |
周红春, 李建全, 陈永才, 等. 河南偃龙煤田深部铝土等矿种的相变关系及资源量估算方法[J]. 地质与资源, 2016, 25(5): 458-463. DOI:10.3969/j.issn.1671-1947.2016.05.007 |
| [14] |
李建全, 冯帅, 安超, 等. 河南省偃龙铝土矿床地球化学特征及成矿物质来源分析[J]. 地质与勘探, 2017, 53(4): 704-714. |
| [15] |
李战明, 马晓辉, 郭锐, 等. 河南大冶矿区晚石炭世岩相古地理特征及铝土矿找矿方向[J]. 地质找矿论丛, 2012, 27(4): 433-439. DOI:10.6053/j.issn.1001-1412.2012.04.007 |
| [16] |
杨式溥, 侯鸿飞, 高联达, 等. 中国的石炭系[J]. 地质学报, 1980(3): 167-175. |
| [17] |
张源有. 豫西铝土矿物质来源和化学沉积分异作用[J]. 地质与勘探, 1982(10): 2-10. |
| [18] |
周红春, 刘文波, 陈永才, 等. 偃龙煤下铝地球化学特征及微地貌控制[J]. 现代矿业, 2015, 554: 84-88. |
| [19] |
席善峰, 冯帅, 安超, 等. 河南省偃龙地区铝土矿矿体厚度、A/S值变化特征研究[J]. 矿产与地质, 2017, 31(4): 676-679. DOI:10.3969/j.issn.1001-5663.2017.04.004 |
| [20] |
袁见齐, 朱上庆, 翟裕生. 矿床学[M]. 北京: 地质出版社, 1979: 265-309.
|