河南登封白坪铝土矿的古地貌控制.pdf

第卷第期煤田地质与勘探年月 煤田地质 河南登封白坪铝土矿的古地貌控制 葛宝勋李凯琦 焦作矿业学 院 摘要用趋势面分析法恢复登封白坪层铝土矿沉积时的古地形用相关分析法研究了古地 形对含铝岩系厚度 、植物分布、 钦率以及矿体分布 、矿石质量、矿 石结构的控制作用 , 提出了古隆起 控矿的观点 。 在成矿机理与找矿方法方面也提出了新看法 。 关银词河南省 ,登封县 本溪组,铝矿 风化壳矿床 古地理控制 中国圈书资料分类法分类号 引玄 河南省铝土矿探明储量居全 国第二位 , 它产于中石炭世本溪组的中上部 , 主要分布 于郑州 、 平顶 山 、 三门峡构成的三角形区域 内 。笔者选勘探程度较高、 资料较全的登封 白 坪作典型分析 , 研究该区铝土矿的成矿控制 因素和成矿机理 , 为河南乃至华北地台区铝 土矿的勘查工作提供理论依据 。 铝土矿是华 北石炭二叠纪含煤岩系最重要的伴生矿产之 一 , 因此 , 对铝土矿成矿控制的研究必将提高 煤田勘探过程中探铝的效率 , 为煤炭综合勘 探开发服务 。 镜体上部为豆状 、 鲡状或碎屑状铝土矿顶 部为致密状铝粘土矿 。 本溪组厚 , 平均 , 与上覆太原组呈整 合接触 。 区内构造主要 为一向北倾斜的单斜构 造 , 断裂均为高角度正断层 , 走向多为北东 , 倾角左右 , 它们对本溪组含铝岩系影响 不大 。 研究区概况 登封县位于郑州市西南 , 白坪乡 位于登封县城南 。 该区位于华北地台 南缘 , 地层属华北型 。 中奥陶世 , 其随华北地 台一起抬升 , 经受长期风化 , 形成红土型风化 壳 。至 中石炭世再下降接受沉积 , 在海侵作用 下 , 形成了一套泻湖一海湾相沉积 。 本溪组与 下伏寒武系白云岩呈假整合接触 , 底部为褐 红色铁质水云母粘土岩 , 含菱铁矿及褐铁矿 鲡粒 , 有时可见硅质岩砾岩透镜体下部为浅 灰色铝质泥岩 , 含细小鲡粒 , 局部夹黄铁矿透 古地形对含铝岩系的控制 以研究区内基本上均匀分布的个钻 孔资料为依据 , 用寒武系顶面标高 古风化面 或称古地面数据进行二维一次趋势分析 , 用二维一次趋势面与寒武系顶面标高的观察 值的偏差图表示古地形 观察值高于趋势值 代表古隆起 , 相反则为古凹陷图 古地形对本溪组含铝岩系的控制主要反 映在对含铝岩系厚度 、 含铝岩系中植物化石 碎片及炭质的分布和含铝岩系的钦率个方 面 。 对含铝岩系厚度的控制 统计全区个钻孔资料 , 并作一元线性 回归分析和几种常见的一元非线性回归分 析 。 结果表明 , 本溪组厚度与古地形相对 高程的相关系数为一 。 。 所对 煤田地质与勘探第卷 ‘ 一 一山 一 一日 入 图白坪区寒武系顶面古地形图 地形等高线单位为 ①一三元隆起 , ② 一白坪凹陷③ 一陈家门隆起 应的回归方程为 一 一 说明含铝岩系厚度与古地形呈显著负相关 , 即凹陷处本溪组厚度大 , 隆起处厚度小 。 将本溪组厚度图图与图 比较 , 也 能清楚地反映 出古地形对本溪组厚度的控 制两个一级隆起区有较薄的沉积 白坪凹陷 内本溪组最厚在三元隆起以东 , 古地形与沉 积厚度等值线均呈北西向展布 , 在三元隆起 以西 , 二者均呈北东向延伸 。 对植物化石碎片及炭质分布的控制 登封白坪矿区本溪组中 , 植物化石罕见 , 仅在三元隆起区的致密状铝粘土岩中见到 植物化石碎片及大量炭质 。 采 自号矿体露 头和号矿体东侧露头见图的薄片中也 见有较多炭质 , 该处可能位于古隆起的边缘 。 位于陈家门隆起南缘的钻孔中 , 也发 现植物化石碎片及炭质 。 图显示 , 该区中石炭世古地形最大高 差为 。 在古隆起上有本溪组的沉积 , 依 据岩性特征可与凹陷内的沉积对比 , 并且在 铝质泥岩中有清楚的水平层理 。 这说明当时 水较深 , 只在一级隆起区及其边缘有植物生 长 。 可见 , 古地形控制了植物化石及炭质的分 布 。 对牡率的控制 钦率定义为刃 。 铝和钦为表生 条件下的两种稳定元素 , 其存在形式分别是 或 和 。 但二 者的稳定性也有差别 , 即钦比铝更稳定当 值小于或大于时 , 溶解于水 中 , 而只有当值小于时才微溶于 水阁 。 因此 , 钦率能反映某些成矿信息 。 本区钦率的最小值 , 最大值 , 钦率变化曲线上 图有个极大值 。、、 号极大值位于古隆起边缘 , 号极大值位于 古隆起内的凹陷中 , 或者说它位于两个古隆 起的边缘 。在古隆起顶 部钦率较低 , 在远离古 隆起的凹陷内钦率也很低 。 钦率在古隆起边缘达极大值与在 这里富集有关 。 该区本溪组的下伏地层是寒 武系白云岩 , 其铝 、 钦含量均较高 , 能提供充 足的成矿物质 , 而且白云岩的铝钦相关投影 点也位于本溪组含铝岩 系铝钦相关 曲线上 图 。 因此 , 有理 由说 , 铝土矿中的钦和铝 一样 , 主要来源于红土型风化壳 。 古隆起上 垦郭 入 图白坪区本溪组厚度等值线图 第期葛宝勋 、 李凯琦河南登封白坪铝土矿的古地貌控制 、 少 厂 了 一 ︶ 哪祖贫毕嫩绷袒 舀 品 ‘二 月 “ 卜二 。匕匕 一一一 钻孔号 图白坪区本溪组钦率与古地形关系图 会 含铝岩系资料 沙 奋白云岩资料 一打一寸一宁一寸一 图白坪区本溪组含铝岩系 和关系散点图 和凹陷内的钦率接近一个常数左右 , 它 代表了原始风化物质的特征 。 在以后的再沉 积阶段 , 由于淡水注入 , 古 隆起边缘水体的 值降低 , 溶解的能力下降 , 使海水 中溶解的沉淀下来 , 于是 , 钦率增大达 极大值 。 古地形对铝土矿的成矿控制 对铝土矿矿体分布的控制 野外工作发现 , 矿体主要分布于古岩溶 凹陷中 。 在这里 , 矿体可分出几层到几十层 , 累积厚度可达余 。 接近凹陷边缘 , 矿体 迅速尖灭 。 但是 , 进一步的研究发现 , 赋存矿 体的凹陷实际上是更高一级正地貌单元边缘 的次级凹陷 。 白坪矿区共圈出个矿体图 , 其中 , 、、 讥 、 珊号矿体均位于露头区 , 因未恢复 露头区的古地形 , 故矿体与古地形的关系不 明 。、 , 、 号矿体是该区的主矿体 , 位于古 隆起的北东和南西两侧 。 号矿体位于陈家门隆起的西南边缘 , 延伸方向为北东一南西向 。 在地形上 , 号矿 体的东南边界是古隆起的一个小山脊 。 号 矿体位于三元隆起东缘的缓坡上 , 而 班号矿 体位于三元隆起的南西坡上 。 从以上分析可知 , 古隆起控制着铝土矿 的分布 。 对矿石质的控制 从图可见 , 、 号矿体内 , 铝硅 比值 是距隆起距离的函数距隆起越近 , 含 量越高 , 铝硅比值亦越大 。 这一规律表明 , 古 隆起是控制铝土矿矿石质量的最主要 因素 。 在古隆起边缘有高质量的铝土矿 , 远离古隆 起矿石质量变差 , 甚至变成粘土岩 。 综上所述 , 古地形既控制了本溪组厚度 , 几 一 煤田地质与勘探第卷 ‘少 洲 ‘二 口 份 压习 三」 图 压习任三 卜 劝 白坪区铝土矿矿体分布图 一含铝岩系露头 , 一矿体璐头一矿体边界 , 一铝硅比等值线 ︵冰︶ 刃 ︵‘ 侧费决裂扣 加 。 即 一一厂 几一 一 二而产喇 喇 图白坪区本溪组厚度 、古地形 及矿石质量相关曲线图 也控制了铝土矿的矿石质量 , 但控制的方式 和结果不同负地形处有较厚的本溪组 , 正地 形边缘有高质量的铝土矿 , 如图所示 。 对铝土矿矿石结构的影响 自三元隆起向西 , 笔者观察了一个完整 的路线剖面三元隆起上 , 缺失铝土矿段的沉 积向西自古隆起向下 见到豆状 、 鲡状铝土 矿 , 镜下鉴定为颗粒支撑结构 , 其中有鲡粒碎 片 , 反映为高能环境 再向西主要是蜂窝状矿 石 , 豆鲡粒明显减少再向西豆鲡状结构层变 薄 , 主要是含碎屑结构 , 矿石质量变差至最 西部主要是致密状结构 , 矿石质量更差 。这说 明了古地形对铝土矿矿石结构的影响 , 其实 质是古隆起边缘水动力条件强 , 往下水动力 条件逐渐变弱的结果 。 古地形控矿机理和找矿方法 这里所说的古地形控矿实质上就是古隆 起控矿 。 由于古隆起的山丘地形和低的地下 水位极有利于岩石被雨水冲刷 、淋滤、风化和 铝土矿的形成或铝土矿原始成矿物质 红 土的形成 。据 已有地质资料 , 红土赋存于热带 亚热带的丘 陵顶部和山坡上 , 在地下水位接 近地表的准平原环境里 , 没有氧化铝红土 。夏 威夷群岛上新世和更新世玄武岩风化形成的 铝土矿床就是隆起控制铝土矿发育的实例 。 该矿床中 , 铝土矿位于海拔一高 处 。 自火山口向外 , 铝土矿层的分布酷似一些 熔岩流 。但在地质剖面上, 这些矿层却赋存于 排泄良好的分水岭上 〔 〕 。 隆起控制铝土矿的另一个例子是美国阿 肯色州铝土矿床 。它属于 混合型矿床 , 即为风 化红土和沉积两种成因混合的矿床 。 全部工 业铝土矿体均产于霞石正长岩组成 的山丘 里 , 并分布于 山顶 、 山坡阶地及靠近山麓处 沉积铝土矿呈透镜状分布于灰色高岭石质粘 土岩层内 , 矿带围绕着霞石正长岩小丘 研究区的铝土矿与夏威夷群岛及美国阿 肯色州铝土矿分布特点极为相似 , 都受控于 区内的隆起 。 不同之处是研究区的铝土矿床 在形成过程中 , 经受了海侵作用 , 使矿体主要 分布于古隆起的边缘 , 并有一定方向性 。 研究区内的古隆起上都有本溪 组的沉 积 , 说明区内古隆起曾位于水下 。 由于古隆起 上水深较小 , 水动力条件较强 , 机械分异作用 第期葛宝勋 、 李凯琦河南登封白坪铝土矿的古地貌控制 和化学分异作用均较活跃 , 使原始成矿物质 得以充分分选 , 有利于铝矿物的富集 。 当有较 强的水动力条件 如大潮汐流 、 风暴流等发 生时 , 将古隆起上富集的成矿物质冲刷 、搬运 到古隆起边缘 , 遇到古岩溶漏斗时 , 由于漏斗 的捕获作用 , 使矿层增厚 , 形成巨厚的矿体 。 沉积于古隆起边缘且位于浪基面以上的 成矿物质 , 还要经受进一步的改造 。 机械作用 使矿 石结构 由隆起向下 , 由粗到细作规律性 变化 。胶体化学作用使硅大量带 出 , 铝硅进一 步分离 。 因水动力条件和水化学性质的差别 如值 、 值 , 使铝硅分离的强度由古 隆起边缘向下依次减弱 , 造成矿石质量 由隆 起边缘向凹陷区逐渐变差 。 依据铝土矿成矿机理和分布规律 , 寻找 铝土矿体的首要任务是确定古隆起的位置 。 而确定古隆起的方法可以是物探法 、 地层厚 度分析法或像本文应用的趋势面分析法 。 普 查勘探工程的布置形式和 网度应依据勘查区 内已知古隆起的形态 、 规模和已知矿体的延 伸方向 、形态、规模而定。 参考文献 中国科学院地质研究所数学地质引论北京地质 出版社 ,, 武汉地质学院地球化学教研室地球化学 北京地 质出版社 ,, 布申斯荃著王恩浮等译铝土矿地质学 北 京地质出版社 ,, 、 收稿日期一一 , , 叩叩 下 , 诫 , 一盯 , , 记 ,, 卜 比 ,, 沉积环境研究应用于水文地质 最近 , 煤炭科学研究总院合肥所有关课题从研 究煤系上夜含水层沉积特征入手 , 寻找与水文地质 条件相关机理 , 取得了一些新认识 认为该区含水层是多次泥石 流和泥 流相沉 积登加的结果 , 由于碎屑顺粒多呈棱角状或次棱角 状 , 分选差 , 致使空隙度低 , 富水性变弱 ,含水层总体 给水度差 。 对淮北煤田新生界底部孔隙含水层总的评 价为大部地段含水性偏 弱 、透水能力偏低、给水性 偏差各含水层无水力联系 , 具备了疏干的基本条 件 , 有可能开采煤柱资源 。 提出了裂隙 、岩溶含水层水文地质条件主要 受后期改造控制而孔隙含水层水文地质条件主要 受沉积建造控制的新观点 关世桥