山西省柳林县屈家沟铝土矿成矿规律及成因

山西省柳林县屈家沟铝土矿成矿规律及成因作者：郭锐来源：《科技创新与生产力》 2013年第6期郭锐（山西省第三地质工程勘察院，山西晋中 030620）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；矿物成分中图分类号：P618 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2013.06.1071 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1600 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。

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。