摘要
研究区位于华北陆块南部隶属于陕县—渑池—新安县成矿带，铝土矿富集程度高，在河南省铝土矿带中占据着举足轻重的地位。本文通过河南西部铝土矿带地质特征及成矿规律研究，总结出石炭纪本溪组地层是河南西部铝土矿的最主要的赋存地层。该矿床属于古风化壳型（也可称为沉积型）铝土矿矿床，矿床的控制因素主要是长期沉积间断形成的岩溶洼地，另外还受古构造、古气候和古地理影响。基底碳酸盐区岩溶化成岩溶洼地为矿床形成提供有利空间。通过对铝土矿床的控矿因素的研究，为该区域铝土矿找矿突破提供理论依据。
Abstract
This deposit is located in the southern part of the North China Block and belongs to the Shaan County-Mianchi-Xin'an County metallogenic belt. It has a high degree of bauxite enrichment and is an important bauxite rich ore belt in Henan Province. This article adopts various geological research methods， including geological exploration， drilling verification， and rock mineral testing to study. Based on the geological characteristics of the bauxite belt in western Henan， it is believed that the Carboniferous Benxi Formation is the main occurrence layer of bauxite in western Henan. The deposit belongs to the ancient weathering crust type （also known as sedi mentary type） bauxite deposit， and the controlling factors of the deposit are mainly karst depressions for med by long-term sedimentary discontinuities. In addition， it is also influenced by ancient structures， ancient climate，and ancient geography. The dissolution of carbonate rocks in the base ment into karst depressions provides favorable space for the for mation of mineral deposits. By studying the controlling factors of bauxite deposits， theoretical basis is provided for breakthroughs in bauxite exploration in the region.
Keywords
0 引言
河南省的铝土矿具有极高的价值，是国民经济发展不可或缺的资源，其在国内外市场前景良好，是中国实现工业新型化与农业现代化及城镇化，进而全面实现建设小康社会目标的重要基础产业资源。然而河南省的铝土矿产资源保有的资源量大约为 61461 万 t，去除开发利用过程中的损失后，可以有效利用的可采资源量仅约有 19553 万 t，因此铝土矿的找矿工作显得尤为重要。渑池县关底沃地区处于豫西陕县—渑池—新安县成矿带上，有着优越的铝土矿成矿条件，富集着丰富的铝土矿。该地区先后找到了杜家沟、黄门、曹窑、贾家洼、段村、雷沟等铝土矿区，有着良好的找矿前景（陈德杰等， 2002；陈全树，2009；王兵，2012；黄国有等，2021； 姬果等，2021）。2010—2016 年河南省有色六队先后在渑池县曹窑以西地区开展了地质勘查工作，探获该地区的大型铝土矿床 2 处，取得良好的找矿效果。
位于河南西部的关底沃地区，铝土矿找矿前景好，周边铝土矿区工作程度较高，成矿规律研究较为成熟，在此基础上，进行了河南省渑池县曹窑以西煤下铝关底沃—扣门山铝土矿详查工作。本文以河南省渑池县曹窑以西煤下铝关底沃—扣门山铝土矿详查工作成果为基础进行了深入的分析研究，总结出了该区铝土矿矿床成因，为该地区铝土矿找矿突破提供了有力的支撑。
1 区域地质背景
该地区处于中朝准地台华熊台缘的断陷处，位于渑池—确山陷褶断束的西端偏北向。本区域分布在河南西部陕县—渑池—新安县成矿带，构造体系属于太行山脉的新华夏构造系列、秦岭的东西方向构造带和河南西北部的纵向构造区的叠加区域。地层由老到新自中元古代长城系至第四系均有出露。从汝阳群的陆相碎屑岩到寒武系、奥陶系的海相碳酸盐岩，从上石炭统的海陆交互相的铝铁质岩系、碳酸盐岩、含煤岩系及碎屑岩到二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系的陆相碎屑岩，这个地质历程中表现出了两个显著的沉积周期，并形成了多种不同源流的岩石类型（图1）。
区域构造有北侧段村穹隆，西部陕县断裂沉积盆地上普遍分布的趋向北东的断层群，东部新安向斜盆地中分布着趋向北西的断层群，以及南部渑池倾斜盆地南侧出现的东西走向断层群所组成，形态上这几组断层呈现一种三角形的交织格局。这些各向互错的断层将该区的穹隆和倾斜地质结构分割成多个断块，进而构成以扣门山断层和龙潭沟断层作为分界线的三个扇形地堡状断层块体。这种构造格局对于本区铝矿物和煤炭矿产的各类地质层系分布起到了至关重要的决定作用。此地区岩浆作用不甚活跃，火成岩裸露地面的面积极为有限，分散稀少。除了较为普遍散布的中元古代熊耳群中酸性火山岩之外，区域的南北两侧偶见有燕山造山期的石英斑岩侵入中上元古代的沉积岩层，另外，在北侧也能看到个别燕山期的花岗斑岩和闪长玢岩穿插进石炭纪的地层里，尽管如此，但这些岩体对当地的铝土矿床几乎未造成显著影响。
本区域成矿地质条件良好，具较大找矿潜力。河南西域的新安贾沟、张窑院、支建、崖底、贾家洼、曹窑、渑坞等地，都有相当规模的铝土矿床，形成了河南省内蕴藏最丰富的铝资源产地。
2 矿区地质特征
研究区地层特征呈现出向东南倾斜的单斜地质结构，地层从老至新有奥陶系、石炭系、二叠系、新近系及第四系。本区处于渑池倾伏向斜北翼。渑池向斜轴线近东西向，南翼遭三门峡—鲁山大断裂破坏。北侧形成了北突的弧形构造，地层分布方向呈北东东向，在东部转折为南东东向的趋势。本研究区域位于北突顶部的西侧地带，地层以单斜形式出现，走向 50°左右，倾向南东，倾角 10°左右，局部受断层和沉积环境的影响产状有所变化。区内构造以煤窑沟断层和扣门山断层为主，均为正断层。煤窑沟断层：北起焦地南至硖石，倾向北西，倾角 80°，为张—张扭性正断层，断距 300～500 m。扣门山断层：坡头北于观音堂矿西2 km，倾向北西，倾角 75°～80°，为张—张扭性正断层，断距 150～900 m。这两个大断层控制着铝土矿体（层）分布格局，对矿区矿体（层）不构成破坏，但对矿体（层）边界分布起控制作用。通过关底沃矿区的钻孔研究发现，矿区有一条隐伏正断层对铝土矿体有一定破坏作用，该断层断距 50 m 左右，长度约 200 m，可能为煤窑沟断层的分支断层。
图1陕县—渑池—新安县铝土矿成矿区地质略图
1—第四系；2—古近系—新近系；3—白垩系；4—侏罗系；5—三叠系；6—二叠系；7—石炭系；8—奥陶系；9—寒武系；10—震旦系；11—大型铝土矿床；12—中型铝土矿床；13—小型铝土矿床或矿点；14—研究区范围
散布于该地区的花岗斑岩为燕山运动时期形成，它们主要侵入了二叠纪早期的山西组和石炭纪的太原组地层，特别是山西组底部较为密集，但尚未发现对铝土矿矿体构成明显破坏的现象。
3 矿床地质特征
3.1 矿体
关底沃矿区中间被水泉洼铝土矿区分开成2个矿段，总体大致呈方形，长约3.5 km，宽约3 km。该矿区的全部铝土矿床均属于深埋型，表面无任何外露迹象。整体层位为单斜形态，大致沿 50°方向延伸，倾向 140°左右，平均倾角 10°左右。该区域共发现6个铝土矿矿体，其主要走势呈现北东东方向，向南东方向倾斜，均呈10°的倾角。
在空间分布上，该区的铝土矿矿层总体上展示了层状、似层状、透镜状形态。同时，在局部范围可出现漏斗状矿体。其中透镜状或漏斗状矿体一般出现在古风化壳的风化溶斗中，其厚度与矿石质量正相关。通过对纵、横勘探线的对比，本矿区铝土矿体全部产出自本溪组中段（C2b2），部分矿段出现2 层铝土矿体。
矿体产状与含矿岩系基本一致。倾向 140°左右，倾角 5°～40°，平均倾角 10°，矿体在厚大漏斗处倾角变陡。矿床的实际厚度 0.79～21.83 m，平均值为 4.51 m。其单一工程的矿层真实厚度分布表现为一个峰值，厚度的频率分布范围比较广泛，其厚度变异系数达到 105.9%，归类为厚度不稳定型矿床类型。总体上看矿体大厚度出现在矿体深部。铝土矿体埋深 57.20～491.39 m，全区平均埋深 284.83 m。
图2关底沃矿区地质图
3.2 矿石矿物
铝土矿石的组成以水硬铝石为主，其中还包含少量的高岭石和伊利石，构成了它独特的结构。除这些之外，还微量含有绿帘石、赤铁矿、褐铁矾、菱铁矿及黄铁矾，并且含有极小量的锆石、方解石以及石英等其他矿物（表1）。
表1铝土矿主要矿物含量表（%）
3.3 矿石的结构与构造
矿物的形态多样，矿物以碎屑、砂（粒）、蜂窝、豆鲕、致密等结构组成，其中以层状和块状最为常见。按矿物结晶程度可以分为它形、半自形和自形结构。
铝土矿层分带的矿石特征：屑状和豆鲕状结构矿石通常位于该矿层的最底层及其边缘位置，且这些位置的铝土矿品位相对较高。蜂窝状和砂状结构通常位于铝土矿层位的中间，品位相对较高，经常会出现大厚度，是极为重要的富铝矿石。致密状结构铝土矿则主要散布在铝土矿层的顶层与底层区域，此类铝土矿通常含有较多的高岭土及蒙脱石等黏土矿物，经常是低品位的铝土矿。各矿石类型的化学成分含量对比表（表2）。
3.4 矿石品位及矿石化学成分
矿石的 Al2O3品位为 40.16%～77.21%，变化系数为 14.3%；平均品位为 Al2O3 60.95%、SiO2 13.7%、Fe2O3 4.54%、A/S7.2（表3）。
对矿体研究发现：矿石品位的高低与矿体厚度的大小成正相关，三氧化二铝（Al2O3）与二氧化硅（SiO2）两种成分的浓度通常呈现出一种普遍的负相关。通常较厚的矿层中，Al2O3的含量较为丰富，而 SiO2的比例则有所下降；而在矿层较薄的情况下， Al2O3含量减少，与此同时 SiO2的含量相对提高（图3）。在水平方向，无论沿走向还是倾向Al2O3的浓度变化并不显著；在垂直方向上靠近矿体界面的部分，往往会发现 Al2O3含量偏少、SiO2浓度较高的现象，而在矿层的中心位置，Al2O3含量相对较多，SiO2的浓度较低。Al2O3 含量与 Fe2O3 含量呈负相关， Al2O3含量越高，Fe2O3含量越低；反之 Al2O3含量越低，Fe2O3含量越高（图2）。尤其在 C2b1 中菱铁矿层厚度越大，铝土矿层中 Al2O3含量越低，反之 C2b1 中菱铁矿层厚度越小，铝土矿层中Al2O3含量越高。
表2各矿石类型的化学成分含量对比（%）
表3铝土矿化学成分含量
图3Al2O3含量与SiO2含量关系图
Al2O3含量与 Fe2O3含量大体呈负相关。如图4所示：
图4Al2O3含量与Fe2O3含量关系图
3.5 有益有害及伴生元素特征
铝土矿的有益元素为铝元素，伴生元素为镓元素等，有害元素为铁和硫。矿层中铁的含量为上部低，下部高，单工程平均品位 0.40%～22.84%。依据铁含量，矿石可划分成4种工业类型（表4）。依据硫含量，矿石可划分成3种工业类型（表5）。
表4按铁矿石工业类型统计
表5按硫矿石工业类型统计
该区有 16 个铝土矿工程带有不同层级的夹层结构，其夹杂岩石的厚度 0.83～7.26 m，平均厚度约为2.94 m，夹层数量范围从1层增至5层；主要夹杂物包含黏土矿、铁矾土矿、菱铁页岩、黄铁页岩等。纵、横剖面对比，这些夹石都夹于同一含矿层 （C2b2）之内。
该区不仅蕴藏着丰富的铝矿，还有许多其他矿产，如共生耐火黏土矿、熔剂灰岩、煤矿、赤铁矿、菱铁矿和铁矾土。另外，铝土矿中还包含有镓元素。镓元素以类质同象置换的形式存在于矿物的晶格中，镓含量最低 0. 003%，最高 0. 012%，平均 0. 008%。镓与铝呈正相关，品位变化系数17.9%。
4 矿床成因及找矿标志
4.1 控矿因素
（1）古风化壳
沉积的长期中断是铝土矿生成的关键影响之一。位于豫西地区的铝土矿主要富集于下古生代碳酸盐岩的不整合接触面之上，这些岩石中含有丰富的矿物质，为铝土矿的形成提供了重要的条件。此外，长期的沉积作用也使得这一地区形成了一种准平原化的地貌，为铝土矿的积累提供了良好的环境条件。
（2）古气候
在晚石炭纪期间，这片区域处于热带—亚热带地区，多降水和温暖的古气候条件对原始碳酸盐岩的钙化红土形成以及黏土矿物的铝化作用有着显著影响。
（3）古区域构造
晚石炭世古区域构造活动对铝土矿床成矿的控制作用主要。晚石炭世时期，豫西地区区域构造的基本格局以隆起区与坳陷区相间呈近东西向分布为特征。济源坳陷、渑池坳陷构成本区晚石炭世的主要沉积区，成为区内铝土矿成矿的主要沉积场所。
（4）古地形地貌
沉积作用主要是对古地形的补齐填平作用，因此古地形地貌对含矿系厚度及铝土矿成矿的控制作用十分明显。在沉积盆地相对低洼处，由于深度较大，接受沉积物多，含矿系的沉积厚度大，铝土矿石品位较富，厚度大；而处于相对凸起的水下高地附近，含矿系厚度小，形成的铝土矿薄，品位贫，部分地区甚至缺失铝土矿层，以黏土矿为主。
除了古地理、古岩溶盆地、风化淋滤以及其他因素，这些环境因素也会影响到含矿岩系的厚度以及铝土矿的分布情况。
4.2 矿床成因
在加里东运动的促进下，原始的华北地台逐步抬升形成陆地，在强烈的风化作用下，古地形进一步形成平原，基底铝硅酸盐或碳酸盐地区岩溶化形成漏斗以及岩溶洼地，再逐步演变为沼泽-湖泊沉积环境等有利于铁铝元素富集的环境。经过强烈的风化作用、水流的搬运沉积作用形成高岭土。再经过进一步的风化，产生了高岭石与铝质矿物相结合的凝胶物质。铝元素溶解性能差，在岩溶洼地或岩溶漏斗处富集成铝土矿。
4.3 找矿标志
（1）本区铝土矿的分布主要集中在本溪组和太原组的铝铁岩系中，其中前者的厚度更为薄弱，而后者则具有明显的特征，这些特征构成了一个独特的找矿标志。
（2）通过仔细观察和比较石炭纪岩石柱状图，结合对该区域古地理和古地貌特征的研究，可以发现有利于铝土矿形成的沉积盆地相对低洼处，深度较大，接受沉积物多的古地理和古地貌，这也是一种重要的找矿标志。
5 结论
该矿床属于古风化壳型（也可称为沉积型）铝土矿矿床，铝土矿富集程度高，作为河南省极其关键的高品质铝土矿产带，其勘查潜力极为可观。对本矿床的控矿因素和矿床成因认识如下：
（1）本区在长期的风化剥蚀作用下，在晚石炭世海侵之前，下古生界仍保持原始的水平沉积状态，为准平原化地貌提供了得天独厚的基础条件。
（2）本区的沉积间断为铝土矿的形成创造了良好的条件：①长期隆起的基底碳酸盐岩及近区古陆的碳酸盐岩，在适宜的气候条件的配合下，遭到了强烈的风化剥蚀，在长期的物理和化学风化作用下，为铝土矿形成提供了丰富的成矿物质。②长期的沉积间断所形成的准平原化地貌，还为铝土矿积聚创造了有利的场所。
（3）豫西地区区域构造的基本格局以隆起区与坳陷区相间呈近东西向分布为特征，构成本区晚石炭世的主要沉积区，大部分地区均是以湖坪相和潟湖相的黏土岩为主的沉积。从岩相组合的平面分布规律可知，铝土矿分布区是在铝-铁质岩岩石组合类型为主体的背景上与铁-铝质岩及铝质岩区相一致的，这些岩区一般都在距古陆不远的滨-浅湖区，而远离滨岸地区则多数为铁-泥岩区或泥质岩区。在岩石组合上为高岭石黏土矿或水云母黏土岩，含较多的黄铁矿结核或菱铁矿鲕粒，含硬水铝石很少，在粒度上以粉砂屑和泥屑为主。由于湖盆中有湖间高地的存在，因此这些高地周围的洼地中也有利于形成铝土矿工业矿体堆积。
