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山西省柳林县屈家沟铝土矿成矿规律及成因

时间:2014-02-28 16:21来源:科技创新与生产力 作者:郭锐点击:

  摘要:通过对山西省柳林县屈家沟铝土矿矿区地质特征进行研究,分析了该矿床的成矿地质背景、矿床地质特征、矿石特征、类型及成因。最终得出该矿区铝土矿颜色主要为灰、灰白色、浅灰色,矿石类型以半粗糙状、碎屑状为主,致密状次之,矿层呈层状、似层状,层位稳定,属潟湖—浅海相沉积型铝土矿床。

  关键词:矿体形态;成矿规律;矿物成分

  1 矿区地质背景

  山西省柳林县屈家沟铝土矿矿区位于柳林县城北5°,直距约8 km处的柳林镇屈家沟村一带,行政区划隶属柳林县柳林镇管辖。

  本区位于河东煤田中部东缘,大地构造单元属于吕梁—太行断块之吕梁块隆、柏洼山—刘家坪多字型断褶的西端。

  矿区内赋存的地层有:下古生界奥陶系中统峰峰组;石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、新近系上新统、第四系中上更新统及全新统。区内第四系发育,覆盖面积达75%。

  矿区构造简单,地层总体上呈单斜构造,走向近南北,倾向南西,倾角5°~12°,矿区内发现2条断层,形成了聚财塔地垒,未发现陷落柱。2条断层均处于矿区中部沉积无矿处,对矿体的延续性影响不大。

  2 矿床地质特征

  2.1 含矿岩系地层

  本溪组位于奥陶系中统之上,与奥陶系中统呈平行不整合接触。本溪组上部以灰色、灰黑色的泥岩、灰岩、砂质泥岩为主,夹薄层细砂岩;下部为灰色黏土矿、硬质耐火黏土矿、铝土矿、铁铝岩 或山西式铁矿,铝土矿厚度平均为1.19 m,层位 稳定。本组厚度一般为4.35~27.78 m,平均为16.86 m,以半沟灰岩为界或其相当层位可将本组分为上、下两段。

  1)下段为含矿段,下部为褐红色、杏黄色铁铝岩,以及窝子状、透镜状山西式铁矿,厚度约

  3 m,上部为浅灰、灰白色硬质耐火黏土矿、铝土矿层,致密块状、贝壳状,块状构造。层位、厚度稳定,厚约1.22 m。本段厚度约5.0 m。

  2)上段岩性主要为砂质泥岩、石灰岩、黏土岩、泥岩,厚度约11.86 m。

  2.2 矿体形态及规模

  矿区面积为12.51 km2,本溪组分布面积为 5.26 km2,矿区东部为剥蚀无矿区,矿体中部有一沉积无矿区,但都沉积有含矿层,其Fe2O3含量较高,局部为山西式铁矿。区内铝土矿分北、南两个矿体,平面形态不规则,总体呈带状。

  北矿体位于矿区北部石家峁村一带,为矿区内第一大矿体,长约1 100 m,东西宽约700 m,矿体平面形态近似于长方形,矿体面积558 168 m2。整个矿体厚0.76~2.18 m,平均1.27 m。赋存标高为857.926~926.496 m。

  南矿体位于矿区中南部康家垣、冯家垣村南西一带,为矿区内第二大矿体,南北长约1 600 m,东西宽约900 m,矿体平面形态呈不规则三角形,矿体面积849 988 m2。整个矿体厚0.45~2.76 m,平均厚1.06 m。赋存标高为745.757~867.275 m。

  区内各矿体矿层的产状与岩层产状一致,矿层倾角2°~15°,平均为10°。矿体形态在垂向上严格受奥陶系古侵蚀面的控制,呈层状、似层状产出。

  矿区内铝土矿厚度总体上变化不大,铝土矿全区最大厚度为3.38 m,最小厚度为0.80 m,平均1.20 m,变化系数为37.52%,频率直方图呈双峰状,频率较集中,变动范围窄。铝土矿厚度变化频率见表1,说明铝土矿的厚度变化较小,比较稳定。

1铝土矿厚度频率统计表

  3 矿石特征

  3.1 矿石矿物成分

  矿石矿物成分主要为一水硬铝石、高岭石,副矿物有赤铁矿、褐铁矿、针铁矿,微量矿物有伊利石、绿泥石、方解石,重矿物有锐钛矿、金红石、电气石、锆石等。

  1)一水硬铝石,又称硬水铝石,有原生和次生2种,以原生为主。原生一水硬铝石主要是呈灰色、黄褐色微晶至隐晶集合体,少数呈胶状;微晶者呈它形粒状集合体,粒度在0.001~0.005 mm之间;隐晶状一水硬铝石在电镜下呈它形粒状,粒度小于0.001 mm。次生一水硬铝石形成于裂隙和空洞中,晶体多无色透明,结晶程度好,呈自形和半自形的柱状、板状体,粒度在0.01~0.03 mm之间,矿石中一水硬铝石含量在40%~75%之间。

  2)高岭石。有原生和次生两种,以前者为主。原生高岭石呈鳞片状、隐晶泥状、胶状,在矿石中分布不均,主要为填穴物;鳞片高岭石粒度在0.01~0.03 mm之间,隐晶泥状者小于0.001 mm。次生高岭石粒度在0.01~0.03 mm之间。

  3)赤铁矿、褐铁矿及针铁矿。赤铁矿、褐铁矿部分呈铁质薄膜覆于其他矿物表面,部分为填穴物,在矿石中分布不均。针铁矿赋存于褐铁矿中,褐铁矿实际是赤铁矿与针铁矿的水化物,以前者为主,针铁矿量少,在矿石中较为分散,均分布于褐铁矿中。矿石中铁矿物含量一般小于3%,少数可达5%~10%。

  4)伊利石、绿泥石、方解石。伊利石呈鳞片状,粒度小于0.05 mm,为次生矿物,含量小于1%。绿泥石、方解石为次生矿物,含量甚微。

  5)重矿物。重矿物中锐钛矿常见,有原生和次生两种,呈粒状、菱形;金红石、锆石、电气石为陆源碎屑矿物,晶形较好,棱角有磨损。重矿物0.05~0.06 mm之间,含量甚微。

  3.2 化学成分

  区内共有2个矿体,根据单工程统计,各矿体品位变化情况为:北部矿体Al2O3含量54.18%~75.88%,平均62.45%;SiO2含量3.84%~22.06%,平均13.70%;Fe2O3含量0.80%~19.19%,平均5.11%;A/S 值2.69~19.76,平均4.56。南部矿体仅由两个工程控制,且只有一个块段,故平均品位采用块段平均品位,Al2O3平均64.49%,SiO2平均9.97%,Fe2O3平均3.76%,A/S 值平均6.47。全区铝土矿品位Al2O3为59.16%~67.36%, 平均63.99%,SiO2为9.97%~18.57%,平均11.63%,Fe2O3为1.61%~7.18%,平均4.14%,A/S为3.19~6.47,TiO2为1.62%~3.45%,平均1.73%,平均5.50。

  4 矿石类型及品级

  本矿区矿石自然类型根据结构可分为碎屑状铝土矿、致密状铝土矿及半粗糙状铝土矿,其中以半粗糙状、碎屑状为主,致密状次之。

  1)半粗糙状铝土矿:呈灰白、灰、浅灰色,半粗糙状结构,块状构造。镜下为隐晶~微晶结构、内碎屑结构;矿物成分以一水硬铝石为主,含量一般在90%以上;次要矿物为高岭石,含量一般小于10%,另含少量褐铁矿、电气石、锆石、金红石、锐钛矿。具内碎屑结构者,内碎屑含量30%~50%,大部分为形态不规则的塑性碎屑,呈拉长状、透镜状,常带棱角,碎屑分布比较均匀,大体作定向分布,碎屑粒度0.1~0.5 mm,碎屑成分主要为一水硬铝石,次高岭石、少量水云母及褐铁矿等,胶结物与碎屑成分相当,主要为隐晶状~微晶状水铝石、片状高岭石,也有少量水云母、褐铁矿等。

  矿石主要化学成分含量Al2O3为57.95%~75.88%,平均64.76%,SiO2为3.84%~18.98%,平均12.99%,Fe2O3为0.81%~4.67%,平均1.45%,TiO2为2.12%~2.80%,平均2.45%,A/S为2.72~19.78,平均7.17。该类矿石约占区内铝土矿约61.11%,为区内主要矿石类型。

  2)碎屑状铝土矿:呈灰、灰白色,碎屑状结构,局部为扁豆状或砾状结构,块状构造,碎屑含量约为50%,最高可达75%,碎屑粗细不均,分选较差,一般为5~10 mm,最大者可达30 mm。碎屑形态多样,类型复杂,有的呈定向分布,有的分布杂乱。碎屑主要为铝土矿形成之后经动力破碎,再经动力搬运、沉积形成的内碎屑。碎屑具有棱角状,次棱角状、次圆状、浑圆状、条带状,有的呈脉状。成分比较简单,主要有由一水铝石组成的铝土矿矿屑和少量黏土质岩屑、铁质岩屑,胶结物有隐晶、微晶状一水硬铝石,隐晶~鳞片状高岭石及细片状水云母等。矿物含量:一水硬铝石60%~90%,高岭石10%~30%。

  矿石主要化学成分含量Al2O3为54.18%~64.83%,平均60.42%,SiO2为8.65%~22.07%,平均14.60%,Fe2O3为0.79%~19.19%,平均6.34%,TiO2为1.83%~2.50%,平均2.18%,A/S为2.69~6.52,平均4.74。该类矿石约占区内铝土矿约27.78%,是区内主要矿石类型之一。

  3)致密状铝土矿。呈灰、灰白色,致密状结构,块状构造。镜下多为微晶状结构,内碎屑结构。矿物成分主要为一水硬铝石,含量为40%~90%;其次为高岭石,含量为10%~50%;再次为水云母及褐铁矿等。具内碎屑结构者,碎屑含量15%~20%,分布较均匀,颗粒细小,一般0.1~ 0.5 mm,主要呈浑圆状,少量为伸长的条片状和不规则状,由微晶状水铝石组成。胶结物为隐晶状水铝石、高岭石、绿泥石及水云母等。

  矿石主要化学成分含量Al2O3为59.14%,SiO2为18.48%,Fe2O3为3.22%,TiO2为2.69%,A/S值为3.21。该类矿石约占区内铝土矿11.11%,在区内仅有2个钻孔中见有该类铝土矿矿石,所以本类矿石类型在本区为次要矿石类型。

  5 矿床成因

  根据近年的研究成果及有关文献资料,本区铝土矿成矿物质来源主要是基底碳酸盐岩的古风化壳。另外有古陆、古岛、古老的结晶岩石风化产物的补充。

  加里东运动使本区与整个华北地区一起抬升,受长期的风化剥蚀形成准平原地形,基底碳酸盐岩经长期的风化作用形成风化壳,到本溪期地壳开始下降,发生海浸,此时风化壳大多遭到破坏,仅少数地段(地形较平缓,低凹的地带)有残留,其中Al2O3较为富集的地段形成铝土矿。

  随着海浸逐渐向前推进,风化壳由近及远地遭到破坏,位于海浸边部的风化壳上部物质(以铁质为主)首先被地表水及海水呈机械状态(或部分被溶解)近距离搬运到近海盆地中接受沉积,形成了含山西式铁矿的铁铝岩,表现出岩石物质成分不均匀,呈团块状,无层理,厚度变化大的特点,然后是风化壳中物质(以铝质为主)被溶解、搬运、再沉积,形成铝土矿及黏土岩、硬质耐火黏土矿,从而形成了由下到上为Fe—Al—Si垂直层序[1]。

  当盆地中上述物质再次补给时,会有上述垂直层序的重复变化出现,因而形成铝土矿上部有时可见铁铝岩的现象或重复出现矿层。

  岩矿鉴定资料表明,构成铝土矿的主要矿物一水硬铝石和高岭石的形成具有多期性,即有同期生成的,也有成矿阶段和成矿后阶段形成的。碎屑状铝土矿中的高岭石岩屑经历了堆积—破碎—再堆积3个阶段,说明铝土矿中矿物的成因是复杂的。

  综上所述,柳林县屈家沟铝土矿矿区铝土矿颜色主要为灰、灰白色、浅灰色,矿石类型以半粗糙状、碎屑状为主,致密状次之,矿层呈层状、似层状,层位稳定,属潟湖一浅海相沉积型铝土矿床。

  参考文献:

  [1] 马腾飞.山西省沉积型铝土矿成矿规律总结和未来勘查开发工作预测[J].能源科技,2011(27):313.

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(责任编辑:论文发表老师)

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