曹窯煤礦區(qū)深部鋁土礦特征及勘查啟示

1、曹窯煤礦區(qū)深部鋁土礦特征及勘查啟示河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局“地質(zhì)找礦改革發(fā)展大討論活動(dòng)”專題材料張錄星張林司百堂曹窯煤礦區(qū)位于河南省三門峽市境內(nèi)，大地構(gòu)造位置屬華北板塊南部，三門峽一魯山斷裂帶 西段北側(cè)。區(qū)域內(nèi)沉積地層發(fā)育，煤、鋁資源豐富，是我國(guó)重要的煤、鋁、耐火粘土礦產(chǎn)地之一 （見(jiàn)圖1）。圖1豫西鋁土礦成礦帶礦產(chǎn)地質(zhì)圖曹窯煤礦區(qū)煤礦地質(zhì)勘查于1957年1964年，基本未涉及煤下深部鋁土礦。淺部北鄰（煤氧 化帶以外）的貫溝、轉(zhuǎn)溝、范凹、賈家凹礦（段）區(qū)鋁土礦勘查基本圈定了各自礦體邊界，是尋 找深部鋁土礦的重要間接依據(jù)。煤礦區(qū)深部鋁土礦普一詳查工作自2004年10月一2007年11月。 詳查查明

2、曹窯煤礦區(qū)深部鋁土礦（333）類以上資源儲(chǔ)量6100萬(wàn)噸，大間距稀疏鉆孔預(yù)測(cè)（334） 類資源儲(chǔ)量6200萬(wàn)噸。詳查區(qū)（332） + （333） + （334）類資源儲(chǔ)量共計(jì)1.2億噸，達(dá)超大型礦床 規(guī)模。在鋁土礦找礦勘查面臨由淺入深，找深部礦、找盲礦成為主攻方向的重要時(shí)期，曹窯煤礦區(qū) 深部鋁土礦勘查不僅是河南省煤礦區(qū)深部鋁土礦找礦的重大突破，其勘查成果對(duì)華北地臺(tái)區(qū)深部 鋁土礦找礦勘查亦具有重要的示范意義。一、礦床地質(zhì)特征勘查區(qū)內(nèi)地表第四系黃土大面積覆蓋，巖石出露較少，僅沿溝谷有二疊系及新近系地層呈枝 杈狀零星分布，石炭系全部隱伏地下?？辈榻衣兜貙幼韵露现饕?奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（O 2m）

3、， 石炭系上統(tǒng)本溪組（C2b）、太原組（C2t），二疊系下統(tǒng)山西組（PS）、下石盒子組（Pf），二疊系 上統(tǒng)上石盒子組（P2s）、石千峰組（P2sh），新近系（N）和第四系（Q）。鋁土礦賦存在石炭系上 統(tǒng)本溪組（C2b ）含礦巖系之中。（一）含礦巖系石炭系上統(tǒng)本溪組（C2b）是區(qū)域鋁土礦的含礦巖系，以假整合形式覆蓋在奧陶系中統(tǒng)馬家溝 組古風(fēng)化巖面上，為風(fēng)化殼相和湖泊沼澤相沉積物。含礦巖系自下而上分為三個(gè)巖性段。下段（C2bi）:鐵質(zhì)粘土巖，灰白、紫紅色，豆鮞狀、碎屑狀結(jié)構(gòu)，塊狀、斑點(diǎn)狀構(gòu)造。鐵質(zhì) 含量由上而下逐漸增多。中、上部夾有鋁土礦、粘土礦透鏡體。下部含團(tuán)塊狀、鮞狀赤鐵礦或菱 鐵礦、黃鐵礦

4、，部分地段富集成鐵礦體或硫鐵礦體。本層厚度020.85m，一般為1.506.00m，平 均 5.36m。中段（C 2b2）:由鋁土礦、高鋁粘土礦、硬質(zhì)粘土礦及鋁質(zhì)巖組成，巖石呈灰、深灰、黃褐及 紅赭等色，微粒、豆鮞狀、豆?fàn)?、碎屑狀及凝聚狀等結(jié)構(gòu)，塊狀、多孔狀構(gòu)造。部分地段夾13 層鐵質(zhì)粘土或粘土礦。本層厚度023.89m，一般1.006.00m，平均5.66m。上段（C2b3）:粘土質(zhì)頁(yè)巖，灰、灰白、黃褐色，底部夾炭質(zhì)頁(yè)巖或煤線，局部有粘土礦。本 層厚度 016.76m，一般 0.503.00m，平均 1.94m。鋁土礦含礦巖系上覆地層為石炭系上統(tǒng)太原組（C2t），是開(kāi)闊陸表碳酸鹽一碎屑濱淺海

5、沉積體 系。由泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、煤層、石灰?guī)r及硅質(zhì)泥巖組成。厚度8.8071.50m，一般20.0045.00m， 平均 34.33m。（二）構(gòu)造本區(qū)處于澠池傾伏向斜之北翼。澠池向斜軸線近東西向，南翼遭三門峽一魯山大斷裂破壞。 北翼呈向北突出的弧形，地層走向從西部的NEE向東部轉(zhuǎn)為SEE。礦區(qū)處于北突弧頂西側(cè)。巖層 呈單斜構(gòu)造，走向NE60。70，平均68，傾向SE，傾角530。區(qū)內(nèi)以斷裂構(gòu)造為主，無(wú)大的 褶皺出現(xiàn)。曹窯煤礦全區(qū)發(fā)育斷層48條，其中18條是煤礦勘查及井巷揭露發(fā)現(xiàn)，分布于礦區(qū)北部及東 西兩端；有30條處于三維勘查區(qū)內(nèi)，主要由地震剖面控制，分布范圍很小，局限于勘查區(qū)南部。 所有

6、48條斷層全部為高角度正斷層。按斷層走向落差大于10m的28條斷層可分為3組：NE向 17條，NW向9條，SN向2條。在本次曹窯煤礦深部鋁土礦勘查鉆探工程控制區(qū)內(nèi)的斷層有11 條，從巖心鉆探資料看，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有斷層切斷鋁土礦體的跡象，這些高角度正斷層向深部尚未被 發(fā)現(xiàn)。礦區(qū)內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)巖漿。二、主礦體規(guī)模、型態(tài)、產(chǎn)狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與空間分布特征勘查區(qū)大致呈北東東向延伸，長(zhǎng)約10.3km，北北西向?qū)捈s1.22.0km。受勘查登記區(qū)邊界的限 制，鋁土礦含礦巖系及礦體露頭都分布在勘查區(qū)北鄰地區(qū)，區(qū)內(nèi)沒(méi)有含礦巖系出露?？辈閰^(qū)地表 被大面積第四系黃土層及新近系礫巖覆蓋，所有鋁土礦體都屬于隱伏礦體。地層呈單斜產(chǎn)出

7、，傾 向南東，傾角平緩，平均15左右。根據(jù)目前工程控制程度及資源儲(chǔ)量估算方法的要求，區(qū)內(nèi)圈出 5個(gè)鋁土礦體。以1、11號(hào)礦體最大，位于礦區(qū)東西兩側(cè)。IIN V號(hào)礦體較小，形成于礦區(qū)中部。1、11號(hào)礦體深部鉆孔均見(jiàn)礦，礦體深部邊界尚未封閉，全區(qū)有可能是單一巨大礦體。礦體總體走 向北東東，傾向南東，傾角15左右，與地層傾向一致;寬2001400m，勘查圈定礦體面積約6.96km2。從空間上看，本區(qū)鋁土礦礦體的總體形態(tài)應(yīng)是在厚度一至數(shù)米的似層狀礦體背景上，不等距 地嵌布著厚度大于9米的溶斗狀礦體的復(fù)合形態(tài)。礦層總體呈單斜狀向南東平緩傾斜。詳查工作 大致在縱79線以淺以200 x100、600400

8、x400200米間距對(duì)含礦層位做了系統(tǒng)控制；在縱95線 以1600米間距沿含礦層位做了礦層走向方向的控制;在縱111線施工少量鉆孔了解礦層深部情況。 從揭露情況看，礦體向深部尚未出現(xiàn)尖滅趨勢(shì)，在有的地段還有溶斗狀礦體出現(xiàn)（如ZK23879孔， 礦厚10.53m，A/S4.1； ZK110111孔，礦厚4.15m，A/S4.0）。從而啟示：垂深500m以下仍有找礦 潛力。礦體形態(tài)在橫剖面上呈似層狀、透鏡（洼斗）狀，以及兩者的復(fù)合形態(tài)。其中透鏡狀礦體常 處于底盤碳酸鹽巖的古溶斗中，有礦體厚度大，礦石質(zhì)量較好的特點(diǎn)。本次普查一詳查階段全區(qū)鉆孔見(jiàn)礦率76%。根據(jù)參與資源儲(chǔ)量估算的123個(gè)見(jiàn)礦工程統(tǒng)計(jì)：

9、 礦體厚度0.8517.86m，算術(shù)平均厚度5.10m；礦體厚度曲線呈單峰，厚度頻率變動(dòng)域較寬（見(jiàn)圖 2），厚度變化系數(shù)74%，屬厚度較穩(wěn)定型礦體。按大于礦體平均厚度5.10m的三倍為大厚度工程 計(jì)算，本區(qū)有大厚度工程三處，大厚度工程率2.44%。礦體埋藏深度43.39m572.86m，平均263.39m。圖2 礦體厚度變化圖I號(hào)礦體：由橫22橫 174勘探線之間的53個(gè)鉆孔控制。礦體走向北東，傾向南東，傾角平均15左右，礦體頂板產(chǎn)狀與圍巖基本一致。平面形態(tài)呈不規(guī)則壺狀，兩頭小、中間大。長(zhǎng)3900m，寬2001400m。礦體面積2.84km2。礦體內(nèi)見(jiàn)無(wú)礦天窗1個(gè)。有夾層工程13個(gè)，占礦體見(jiàn)礦

10、工程 的25% （其中夾層為二層的有一個(gè)工程）。單工程礦體厚度最小0.85m，最大17.86m，算術(shù)平均厚 度5.37m，厚度變化系數(shù)76%。大厚度工程1個(gè)，大厚度工程率1.9%。單工程礦體厚度分特征如 圖3所示。圖3I號(hào)礦體單工程礦層厚度分布圖II號(hào)礦體：位于橫214-橫398勘探線之間，由57個(gè)鉆孔控制。礦體走向北東，傾向南東， 傾角平均15左右，礦體頂板產(chǎn)狀與圍巖基本一致。平面形態(tài)受勘查區(qū)邊界影響呈不規(guī)則狀。礦體 走向長(zhǎng)4700m，傾向?qū)?001700m，礦體面積2.32km2。沉積無(wú)礦與勘查邊界的共同影響，礦體淺 部形態(tài)復(fù)雜，深部礦體連續(xù)，縱79線與縱95線鉆孔全部見(jiàn)礦，礦體邊界尚未圈

11、閉，顯示出良好 的找礦前景。礦體內(nèi)部見(jiàn)無(wú)礦天窗1個(gè)。有夾層工程15個(gè)（其中夾層為二層的有二個(gè)工程，夾層 為三層的有一個(gè)工程），占礦體見(jiàn)礦工程的27%。單工程礦體厚度最小0.94m，最大16.96m，算術(shù) 平均厚度5.00m，厚度變化系數(shù)78%。大厚度工程2個(gè)，大厚度工程率3.6%。單工程礦體厚度分 特征見(jiàn)圖4。圖411號(hào)礦體單工程礦層厚度分布圖三、礦石質(zhì)量特征（一）礦物成分礦石的主要礦物成分僅見(jiàn)硬水鋁石，常成顯微粒狀，粒徑0.01mm左右，其集合體常成鮞粒、 豆粒、凝塊狀或內(nèi)碎屑。有少量硬水鋁石呈板狀晶體存在于鮞粒內(nèi)部或裂隙空洞中。礦石的次要 礦物成分有高嶺石、水云母，通常呈顯微鱗片狀分布在硬

12、水鋁石的空隙中，或與硬水鋁石一起構(gòu)成豆鮞同心層，局部含量可達(dá)到主要礦物水平。礦石的少量礦物：蒙脫石、針鐵礦、菱鐵礦、黃 鐵礦、赤鐵礦以及其他粘土礦物。礦石中微量重礦物有銳鈦礦、白鈦礦、金紅石、鋯石、榍石等。 有時(shí)見(jiàn)微量剛玉。（二）礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造具有多樣性，是鋁土礦石的特征之一。本區(qū)礦石結(jié)構(gòu)類型有：微粒結(jié)構(gòu)、鮞 狀結(jié)構(gòu)（見(jiàn)照片1）、豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)（主要指內(nèi)碎屑）及它們之間的過(guò)度混合型結(jié)構(gòu)。礦石照片1鮞狀結(jié)構(gòu)鋁土礦礦石照片2致密塊狀構(gòu)造鋁土礦礦石構(gòu)造有：致密塊狀構(gòu)造（見(jiàn)照片2）、層紋狀構(gòu)造、多孔狀構(gòu)造、土狀構(gòu)造（亦稱“粗糙”狀構(gòu)造）。 層紋狀構(gòu)造和致密塊狀構(gòu)造礦石多見(jiàn)于鋁土礦體

13、頂部，少量見(jiàn)于底部，外觀細(xì)膩、致密，少數(shù)具 微層理。這類礦石含高嶺石、水云母等粘土礦物較多，常為貧礦石。土狀構(gòu)造也稱粗糙”狀構(gòu)造， 礦石多呈黃綠色、灰褐色，外觀似細(xì)砂巖，但其膠結(jié)疏松，有時(shí)具不規(guī)則微孔。這類礦石品位高， 常處于礦體的核心位置，是重要的富鋁礦石類型。多孔狀礦石多為豆鮞狀結(jié)構(gòu)，礦石中豆鮞風(fēng)化 流失而成，常見(jiàn)于礦體下部，或邊部，其礦石品位也較高。（三）礦石化學(xué)成分礦石的主要化學(xué)成分為A12O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S、LOSS等，參與資源儲(chǔ)量估算的全部 488個(gè)合格鋁土礦樣品各組分中，主要組份A12O3、SiO2、有害組份S含量及A/S分布如圖示：A12O3含量最低40.

14、05%，最高78.25%，算術(shù)平均62.11%，A12O3含量大于65%的樣品占總樣 品數(shù)的42%。品位變化系數(shù)13.9% （見(jiàn)圖5）。SiO2含量最低1.09%最高26.52%算術(shù)平均12.98% SiO2含量最低10%的樣品占總樣品數(shù)的33%品 位變化系數(shù)46.3%（見(jiàn)圖6）。圖5鋁土礦礦石氧化鋁含量分布圖圖6鋁土礦礦石二氧化硅含量分布圖S含量區(qū)間0.01%7.48%,算術(shù)平均1.03%。品位變化系數(shù)110.0%。從S的含量分布看（見(jiàn)圖7）,低硫（SV0.3）的樣品數(shù)占27%，中硫（S0.30.8）的樣品數(shù)占32 %，高硫（S0.8）的樣品數(shù)占 41%。表明本區(qū)礦石中硫含量比露頭礦確實(shí)偏高

15、，但是低硫礦與中硫礦樣品數(shù)之和仍占59%。圖7鋁土礦礦石硫含量分布圖A/S單樣最低值2.1,最高為71.2，算術(shù)平均4.8 （與全區(qū)（332） + （333）類資源量的A/S值致）。A/S變化系數(shù)207.5%。（見(jiàn)圖8）A/S的分布極不均勻。圖8鋁土礦礦石鋁硅比分布圖從單樣統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可以看出，就礦石品位A/S而言，貧礦（A/SV3.8）的樣品數(shù)占34%，中 品位（A/S3.87.0）的樣品數(shù)占36%，高品位（A/S7）的樣品數(shù)占30%，說(shuō)明勘查區(qū)內(nèi)，有約 1/3的富礦存在。（四）自然類型按礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和外觀分為：致密狀、豆?fàn)?、鮞狀、碎屑狀、土狀和多孔狀礦石。按主要礦 物成分，本區(qū)鋁土礦為一

16、水硬鋁石型，軟水鋁石型礦石至今尚未發(fā)現(xiàn)。（五）礦體（層）圍巖和夾石鋁土礦含礦巖系上石炭統(tǒng)本溪組（C2b） 一般分為三段，即C2bi鐵質(zhì)粘土巖，C2b2鋁（粘）土 礦層，C2b3粘土巖層。本區(qū)鋁土礦直接頂板的巖性多為硬質(zhì)粘土礦、粘土巖，呈黑灰色、灰色，泥 質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，含植物化石碎片，局部含團(tuán)塊狀黃鐵礦。該層橫向可變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖、炭質(zhì) 頁(yè)巖。厚度一般13.2m。該層局部缺失；當(dāng)缺失時(shí)，鋁土礦的直接頂板可為Ct太原組的粗粒石 英砂巖或生物碎屑灰?guī)r。鋁土礦的直接底板為C2b1鐵質(zhì)粘土巖，由紫紅色、褐色、雜色含鐵粘土 巖構(gòu)成，厚度1.949.62m，一般45m。其上部多含黃鐵礦、菱鐵礦或褐鐵礦，

17、有時(shí)構(gòu)成鐵礦體。 鋁土礦的直接底板之下即為奧陶系馬家溝組厚層石灰?guī)r。本區(qū)參與資源儲(chǔ)量估算的單工程中，有30個(gè)工程鋁土礦中有夾層，夾石厚度1.029.47m，平 均3.22m。夾石成分為粘土巖、粘土礦、含鐵質(zhì)粘土巖，局部為菱鐵礦夾層。四、曹窯煤礦區(qū)深部鋁土礦勘查的啟示煤礦區(qū)深部是可以找到大型乃至特大型鋁土礦床的。其深部鋁土礦自身的一些特點(diǎn)在找礦勘查時(shí)應(yīng)引起充分的注意。勘查難度大、投入成本高，選區(qū)是取得勘查成功的前提煤礦區(qū)深部鋁土礦勘查不同于淺部露頭出露區(qū)域，沒(méi)有礦的直觀反應(yīng)，鋁土礦的成礦地質(zhì)特點(diǎn) 也決定了深部勘查的難度遠(yuǎn)大于淺部。因而要充分研究區(qū)域成礦地質(zhì)特點(diǎn)，收集、對(duì)比石炭系中統(tǒng) 巖性柱狀圖，

18、分析區(qū)域古地理、古地貌特征，進(jìn)而據(jù)此篩選找礦靶區(qū)。這里巖相古地理特征是重要 的找礦標(biāo)志。在此基礎(chǔ)上推斷估計(jì)深部礦化情況，才能事半功倍、取得勘查成功。曹窯煤礦區(qū)深部隱伏鋁土礦是豫西鋁土礦成礦區(qū)陜澠新成礦帶的一部分，其含礦層位是已探 明的曹窯、賈家洼大型鋁礦床含礦層位向深部的自然延伸。這些顯示了勘查區(qū)鋁土礦資源找礦潛 力。然而，在整個(gè)含礦巖系中，在礦體內(nèi)部或礦體之間無(wú)論走向或傾向方向，都可能有無(wú)礦天窗 或無(wú)礦間斷存在，這些也將大大增加找礦勘查過(guò)程中的決策難度。煤礦區(qū)深部鋁土礦礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與礦石質(zhì)量特點(diǎn)較淺部更為復(fù)雜一般而言，隨深度增加，礦石A/S下降且變化系數(shù)增大、S平均含量升高且分布不均、鐵含量

19、 變化大，礦體內(nèi)部天窗、夾層增多、邊界更為復(fù)雜。將曹窯煤礦深部I號(hào)礦體與淺部曹窯鋁礦對(duì)比、將曹窯煤礦深部11號(hào)礦體與淺部賈家洼西區(qū)鋁 礦對(duì)比(表1 )，可以看出澠池向斜北翼的鋁土礦床沿傾向的變化遠(yuǎn)大于沿走向的變化。淺部鋁土 礦床礦石品位高(A/S 7.15.7)、含硫低(0.113%0.153%)、礦石體重偏低(2.94t/m32.95t/m3)， 而曹窯煤礦深部鋁土礦體礦石品位低(A/S5.14.6)、含硫高(1.03%1.27%)、礦石體重偏高 (2.97t/m3)。值得注意的是，在總體礦石品位偏低(A/S5.14.6)的背境中，仍有約1/3的樣品A/S7；在 總體礦石S含量偏高(1.03

20、%1.27%)的背境中，仍有約3/5的樣品S含量V0.8%；由于A/S變化 系數(shù)大(207.5%)，礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜(天窗、港灣、夾層增多)；同淺部相同的是，當(dāng)?shù)V體 厚度大時(shí)、礦石品位亦高、S含量相對(duì)亦低。表1曹窯煤礦深部鋁土礦與淺部的曹窯鋁礦、賈家洼西區(qū)鋁礦對(duì)比項(xiàng)目礦區(qū)名稱、礦石平均化學(xué)成分(wt /%)鋁硅 比礦石 體重 t/m3備注Al2O3Si。2Fe23Ti。2S曹窯鋁礦66.429.404.740.1137.12.94處于曹窯“煤下鋁” I 號(hào)礦體淺部賈家洼西 鋁礦66.4211.742.722.750.1535.72.95處于曹窯“煤下鋁” II 號(hào)礦體淺部曹窯煤下鋁I礦體6

21、4.4912.613.002.740.865.12.97曹窯煤下鋁II礦體60.3613.265.582.561.234.62.97（三）充分研究上部煤礦區(qū)勘查資料由于煤礦勘查網(wǎng)度遠(yuǎn)低于鋁土礦勘查網(wǎng)度，加之以往煤礦勘查中往往忽略對(duì)鋁土礦的綜合評(píng) 價(jià)，因而以上部煤礦區(qū)勘查資料預(yù)測(cè)深部鋁土礦資源情況是不現(xiàn)實(shí)的。但是，上部煤礦區(qū)勘查資 料可以提供二1煤底板的準(zhǔn)確位置，二1煤底板到奧陶系頂板的深度在同一地區(qū)是相對(duì)固定的，因 而鋁土礦勘查設(shè)計(jì)的鉆孔深度可較為準(zhǔn)確的確定。由于煤系地層與鋁土礦含礦巖系是一個(gè)基本連續(xù)的沉積過(guò)程，同屬一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的地臺(tái)時(shí)期， 因而其基底構(gòu)造緩慢的差異性活動(dòng)、后期壓實(shí)作用等，會(huì)在二1煤底板等高線圖上留下痕跡，因而 二1煤底板等高線圖的形態(tài)變化可能對(duì)鋁土礦