（地质工程专业论文）五台天和铝土矿地质特征及成矿规律研究.pdf

五台天和铝土矿地质特征及成矿规律研究 摘要 本文对五台县天和铝土矿成矿地质背景之地层与占 构造地理环境、成矿后构造形迹，矿床产出层位、含矿 岩系、形态、产状及规模，矿石物质组成、结构、构造、 物性、类型及可行性评价和矿床成因等内容进行了综合 分析研究，借鉴省内同类型矿床研究成果，提出了天和 矿区铝土矿成矿规律为矿层主要分布于滑石片、强风梁 一带，出现在距奥陶系灰岩侵蚀面1 5 米处，粗糙状铝 土矿是优质矿石，多发育在矿层中部，矿层厚度与含矿 岩系呈正相关关系，为古岛、古陆旁侧的滨湖一浅湖环 境所形成。并就铝土矿的找矿标志进行总结，指出了今 后的找矿方向。 关键词：五台盆地，铝土矿，矿床成因，成矿规律， 找矿标志 t h er e a s e r c ha b o u tg e o l0 gic a l f e a t u r ea n dr e g u l a ro ff o r m i n gm i n e o fw u t a l t i a n h eb a u x i t e a b s t r a c t t h ep a p e rs y n t h e t i c a l l ya n a l y s e st h es t r a t u m o ft h e g e o l o g i c a lb a c k g r o u n do ff o r m i n gm i n e ， t h e g e o l o g i c a l e n v i r o n m e n to ft h ea r c h a i c s t r u c t u r e ，t h es t r u c t u r em o v e m e n ta n de x p r e s s i o n a f t e rt h ef o r m a t i o no fb a u x i t ei n t i a n h e ，w u t a i i ta l s o a n a l y s e s t h es t r a t u m p o s i t i o n o ft h e d e p o s i t ，t h em i n e r a lr o c ks e r i e s ，s h a p e ，t h es t a t e o f o u t p u t ，a n dt h ec o m p o n e n t ，s t r u c t u r e ，p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt y p e so ft h em i n e r a l sa sw e l l a st h e d e p o s i t f o r m a t i o na n dt h e f e a s i b i l i t y e v a l u a t i o n r e f e r r i n gt ot h er e s e a r c hf r u i t so f t h es i m i l a r d e p o s i t i no u r p r o v i n c e ，t h i sp a p e r s t a t e st h el a wo ft h ef o r m a t i o no f b a u x i t ei n t i a n h e ，w h i c hl e d g e s m a i n l y d i s t r i b u t ei n 2 h u a s h i p i a n a n d q i a n g f e n g l i a n ga r e a ，l i e 1 5m e t e r su n d e rt h ec o r r o d e ds u r f a c eo ft h e o r d o v i c i a nl i m e ，a l s oi l l u s t r a t e st h a tt h ec o a r s e b a u x i t ei so fh i g hg r a d ea n do f t e nl o c a t e si nt h e m i d d l e l e d g ea n d f o r m e di nt h ee n v i r o n m e n to f s h o r el a k e - s h a l l o wl a k eb yt h es i d eo fo l di s l a n d o ro l dc o n t i n e n t t h ep a p e ra l s oi l l u m i n a t e st h a t t h et h i c k n e s so fl e d g eh a sp o s i t i v ec o r r e l a t i o nt o m i n e r a lr o c ks e r i e s ，c o n c l u d e st h es y m b o l i cl a y e r o ft h eb a u x i t ea n ds t a t e st h ee x p l o r a t i o nd i r e c t i o n f o rt h ef u t u r e k e yw o r d s w u t a ib a s i n ，b a u x i t e ，d e p o s i t ef o r m a t i o n ， f o r m a t i o nl a w ，e x p l o r a t i o ns y m b o l 太原理工大学工程硕士学位论文 1 1 目的任务 1 绪论 山西铝土矿资源丰富，分布广泛，已探明储量约占全国总 储量的5 0 ，储量、规模及可用性均占有重要地位，成为华 北和华中各铝厂的重要供矿基地。然而由于历史原因，虽然区 域性勘查程度较高，但是研究程度较低，微观及测试数据较少， 铝士矿与粘土矿以及共伴生矿产与有用元素的分布规律、可综 合利用价值不明。 本人从事铝土矿工作多年，并且直接承担了“山西省五台 县天和铝土矿区勘探”任务。由于矿区地质工作程度较深，测 试数据较多，资料较为详细，作者在总结以往地质成果基础上， 通过研究对比，就其矿床地质特征和成矿规律予以探讨，以期 提高矿床研究程度，指导普查找矿工作。 1 2 位置、交通 天和矿区位于忻州市五台县城东南方向茹村乡( 合并前为 天和乡) 境内，行政区划隶属山西省忻州市五台县茹村乡管辖， 自北向南长约5 公里，由东到西宽约3 公里，占域13 8 8 平方 公里。矿区内有东天和、东垴、陡咀、滑石片、强风梁、马家 湾、山角七个自然村落及天和煤矿。 交通较为便利，五台县城至台怀镇省级公路通过矿区中 太原理工大学工程硕士学位论文 部，周边有铁路和大运公路、原一太高速公路穿越，见交通位 嚣图( 图卜1 ) 。 交通钕毁帮 1 3 自然地理 图1 1交通位置图 矿区位于五台山脉以南，太行山脉以两，属系舟i jj 东北边 太原理工大学工程硕士学位论文 缘部分。区内地势总体西高东低，中南部突起。地形切割较为 强烈，除少部分山丘、粱、垣为黄土梯田外，多为基岩裸露或 半裸露区，植被覆盖较少。由于气候干旱，风化剥蚀作用强烈， 形成以剥蚀作用为主的低中山山地地貌。就矿区范围而言，地 貌类型属中低山剥蚀残余丘陵区。 矿区属滹沱河上游支流清水河， 魇阳河水系，两河交汇 于矿区东南边缘河口村，汇水流量介于l5 2 0 m 3 s 之间。矿区 内的沟谷均为该河的支流，作树枝状分布，平时为干沟，只在 暴雨时有短暂洪流。 1 4 以往地质工作评述 1 41 以往地质工作完成情况 省地勘局区调队于1 9 6 7 年提交的1 2 0 万平型关幅地质 报告中附有陡咀实测剖面，剖面较完整地确立了该区地层层 序。同期，包头钢铁公司地质队在东天和、强风梁一带进行了 耐火粘土找矿工作。1 9 8 6 年冬至次年春，山西煤勘1 4 8 队为 天和煤矿做了l 2 0 0 0 煤田地质测量，提交了五台县煤产地 天和区详终地质报告。 1 9 8 7 年一1 9 8 8 年，省地勘局2 1 6 队对天和铝土矿区按第1 勘探类型进行了普查一一详查工作。工作中发现按第1 勘探类 型网度施工对矿体控制不够，达不到详查要求。 1 9 9 1 年一19 9 3 年，2 l6 队在原探矿工程的基础上，对本矿 区按第1 i 勘探类型进行了加密施工控制。于1 9 9 3 年6 月提交 太原理工大学工程硕士学位论文 了山西省五台县天和铝土矿区详查地质诗艮告。 142 以往地质工作质量评述 以往地质工作为本矿区提供了较详细的地质资料，尤其是 l9 9 1 年一i9 9 3 年进行的铝土矿详查，提供了较为充分的资料。 但是，主要存在的问题是，缺少矿区铝土矿专题研究资料； 成矿规律不明；部分矿芯采取率不够i 部分钻7 l 未穿过主矿层， 只控制了上层矿；原f ：；断层经验证并不存在：强风梁北端矿 体实际情况与地质图不符等问题。 太原理工大学工程硕士学位论文 2 矿区地质背景 天和矿区位于五台山块隆南端。区域控矿构造为系舟山复 式向斜的“西天和”一娑婆寺复式向斜，呈n e s w 向展布， 矿区则处于该向斜西南端西天和段。向南与“白家庄一一百泉 郊向斜”相接。这两大区域性向斜构造控制了区域铝土矿和煤 层的分布。 区内第四系黄广泛分布，矿区南东出露太古界龙华河群 变质岩、北东和北西出露元古界滹沱群变质岩，其上沉积了上 元古界震旦系及古生界寒武系，奥陶系、石炭系和二叠系底部 地层，石炭系和二叠系在区内主要分布在天和、自家庄两个向 斜盆地中，娑婆寺、南坪村和北垴村附近有石炭系零星分布。 山西省五台县天和铝土矿区地质略图见图2 1 。 2 1 地层 由老至新叙述于后： 2 11 奥陶系中统上马家沟组( 0 ：s ) 为海相碳酸盐岩沉积建造。在矿区边缘和中部沟谷中因剥 蚀切割而出露，厚度在l o o 米以上。 下部为灰白色白云质灰岩及厚层状灰岩，局部夹白云岩及 角砾状灰岩； 上部为土黄色含自云质泥质灰岩，灰褐色灰岩和灰白色白 太原理工大学工程硕士学位论文 云质灰岩； 项部为黄白色角砾状灰岩或浅红色泥灰岩。 2 12 石炭系中统本溪组( c ：b ) 本匀l 为滨海相碳酸盐岩和碎屑岩沉积建造。该组地层与下 伏奥陶系中统上马家沟组地层呈平行不整合接触关系，出露厚 度l8 7 9 5 3 4 0 米，分为两个岩性段。 一段( c 。b ) ： 即铁铝岩段，本段厚8 ，2 5 2 4 5 4 米。 f 部为紫红、褐红、褐黄等杂色铁质粘土岩，多见夹有铁 质团块，局部相变为褐红色团块状褐铁矿和赤铁矿( 即山西式 铁矿) 。该层厚度随奥陶系灰岩侵蚀面凹凸不平而发生变化， 发育很不均衡。其上局部为灰绿色致密状绿泥石铝土岩。 中部为灰黄一灰白色厚层铝土矿。厚0 5 8 0 0 米。 上部为深灰、浅灰、灰黄和紫红等色的粘土岩、粘土页岩。 顶部为灰色、灰绿色砂质页岩夹细砂岩，其上为极薄的深 灰色软质粘土，局部相变为煤线或薄煤层。 二二段( c ：b2 ) ： 即半沟段，本段厚6 9 8 - 3 3 9 5 米。 下部为深灰色厚层生物碎屑灰岩，厚0 3 3 7 9 8 米，平均 厚：j 2 6 米。陡咀一东天和一带发育有两层，东天和北部可见 l 层，而征河r = 】垴一带则多有缺失。灰岩中含贝类和海百合茎 化石。 中部为深灰色页岩，粉砂质页岩，部分地段夹薄煤层( 或 煤线) 汞f 灰岩透镜体。 圈2 一l 山西省五台县天和锅土矿区地质略图 ，、 太原理工大学工程硕士学位论文 云质灰岩； 项部为黄白色角砾状灰岩或浅红色泥灰岩。 2 1 2 石炭系中统本溪组( c ：b ) 本匀l 为滨海相碳酸盐岩和碎屑岩沉积建造。该组地层与下 伏奥陶系中统上马家沟组地层呈平行不整合接触关系，出露厚 度l8 7 9 5 3 4 0 米，分为两个岩性段。 一段( c 。b ) ： 即铁铝岩段，本段厚8 ，2 5 2 4 5 4 米。 f 部为紫红、褐红、褐黄等杂色铁质粘土岩，多见夹有铁 质团块，局部相变为褐红色团块状褐铁矿和赤铁矿( 即山西式 铁矿) 。该层厚度随奥陶系灰岩侵蚀面凹凸不平而发生变化， 发育很不均衡。其上局部为灰绿色致密状绿泥石铝土岩。 中部为灰黄一灰白色厚层铝土矿。厚0 5 8 0 0 米。 上部为深灰、浅灰、灰黄和紫红等色的粘土岩、粘土页岩。 顶部为灰色、灰绿色砂质页岩夹细砂岩，其上为极薄的深 灰色软质粘土，局部相变为煤线或薄煤层。 二二段( c ：b2 ) ： 即半沟段，本段厚6 9 8 - 3 3 9 5 米。 下部为深灰色厚层生物碎屑灰岩，厚0 3 3 7 9 8 米，平均 厚：j 2 6 米。陡咀一东天和一带发育有两层，东天和北部可见 l 层，而征河r = 】垴一带则多有缺失。灰岩中含贝类和海百合茎 化石。 中部为深灰色页岩，粉砂质页岩，部分地段夹薄煤层( 或 煤线) 汞f 灰岩透镜体。 太原理工大学工程硕士学位论文 上部为土黄色钙质粉砂岩及灰绿色砂质页岩。 2 1 3 石炭系上统太原组( c 。t ) 为海陆交互相含煤沉积建造。与下伏地层连续沉积，是区 内主要含煤岩系，广泛分布于矿区东天和及天和煤矿一带，出 露厚度约1 0 0 米，分为两个岩性段。 一段( c ，t 1 ) ： 本段厚4 1 8 3 7 8 5 8 米。 底部为灰白、灰黄色厚层含砾石英粗砂岩，部分地段为浅 褐黄色细砂岩，层位稳定，层厚在0 5 14 8 9 米之间，平均厚 6 米。 下部为深灰色页岩，灰白色岩屑砂岩及煤层，页岩厚度较 大，但发育不均衡，可见细砂岩、灰岩透镜体，菱铁矿结核和 煤线，含植物化石碎片。煤层厚0 1 9 7 米，一般1 米左右， 天和煤矿附近平均厚度1 4 米。 中部为灰、深灰色页岩夹不稳定煤层，厚度变化较大。 上部为灰白、灰黄色长石岩屑砂岩、页岩及煤层( 1 0 。煤) 。 煤层发育稳定，为区内主采煤层之一，厚0 8 l 一8 3 3 米，平均 厚2 7 米。 顶部为区内发育稳定的巨厚煤层( 99 煤) ，即俗称丈八煤， 厚4 8 7 9 2 2 米，平均厚5 5 4 米。其上为深灰色粘土页岩。 二段( c 。t 2 ) ： 本段厚2 0 一5 0 米。 下部为灰、灰白色厚层长石石英细砂岩及砂质页岩，区内 因受下伏煤层自燃烘烤，在东天和村西、大土梁南、上滑石片 7 太原理工大学工程硕士学位论文 村西、天和煤矿西南等多处可见岩层里紫红、砖红色。 中部为灰、深灰色泥岩、页岩夹不稳定煤层。 上部为深灰一灰黄色粉砂岩，局部为粉砂质页岩，夹菱铁 矿结核。 2 1 4 石炭系上统山西组( c 。s ) 本组地层厚约6 0 米。 底部为灰一褐黄色砂岩及页岩互层，局部见灰色厚层中粗 粒岩屑砂岩，夹不稳定煤层。 下部为煤层( 5 煤) 及灰色、黄色页岩、砂岩等。54 煤( 俗 称丈二煤) ，为一稳定可采煤层，厚度0 9 0 5 0 0 米，平均厚 度为4 米。其上为浅灰色页岩夹薄层煤及砂岩，砂岩中见炭质 岩屑里条带状分布。 中部为砂质页岩、深灰色页岩、炭质页岩及煤互层，局部 夹厚层石英砂岩，岩盾砂岩和粉砂岩。 上部以灰黄色长石粗砂岩为主，夹薄层岩屑砂岩。 21 5 第四系( 0 ) 区内主要发育有上更新统和全新统部分地层。 上更新统( q 。) 厚度2 o o 一3 8 2 5 米。 黄色亚砂土，局部含砾及钙质结核。广泛分布于山丘、梁、 垣及部分山脊阴坡一侧，柱状节理发育。 全新统( q 。) 太原理工大学工程硕士学位论文 厚度0 5 米。 为冲洪积砂砾石堆积。区内残坡积不太发育。 2 2 构造 22 1 铁铝岩沉积前的构造吉地理 区内铁铝岩的风化、剥蚀、搬运、堆积的地质时限，同d j 西地块中偏北部同期铁铝岩组一样，均为中奥陶统上马家沟组 一中石炭统本溪组之间，约1 2 1 4 亿年。 近年研究表明，华北地区( 板块) 包括山西地块因受其南 北两东西向褶皱带影响，总体上升为突出四周洋盆的山地形碳 酸盐岩台地，其本身又为一宽缓的盆地( 图2 2 ) 。就华北地 区而言，除北缘西部的阿拉善古陆，东胜古陆、及阴山、伏牛 ( 大别) 古陆、中条古陆外，中腹部无变质岩古陆存在。山西 地块自奥陶纪以来受西伯利亚板块向南，杨子( 华南) 板块向 北俯冲，致地块上奥陶系不同岩组古剥蚀界线均呈近东西向展 布( 图2 - 3 ) 。同时地块南部北纬3 5 。n 与北部北纬3 8 。n 带亦 呈东西向凸起。本区铁铝岩就堆积于北凸起带的五台盆地中， 据铁铝岩组合特征，是以g 层铝土矿山西式铁矿为主的传统剖 面结构类型，属“孝义型”。其沉积岩相古地理环境，应属大 陆环境湖泊相沉积。 奎垦堡三奎兰三翌堡圭主堕丝兰= 一 一古卜譬渤j 。 蠹鬻霞 神 吉 切 西 9 汛、 盘 c 2 = y 翳 9 昆台豢岭洋l 踽 彭珥二式 j l 特撮斯洋9fp 、尸 ； i 据许袭桧婷，1 9 韩，喜秭硪，臀中古风化亮为催蕾所扭， 。黧t 篙? t 淼a 茹嚣鬟篙? ：慧删带 2 舡中 隧擞陆块：c l = 龋谜术陆块； 。塔里术妯块；q 1 2 晃括一昌部陆职。一诬皿。一 半沟段的岩石组合为典型的海陆交互相煤系地层、岩性以 细碎屑岩为主，并与砂岩及灰岩( 半淘灰岩) 互层，问夹薄煤 层及煤线，加之生物群丰富，沉积构造清晰，所以构造地理环 境比较肯定。其沉积主体为由陆表海体系的碳酸盐岩台地一 障壁岛一一潮坪一一泻湖相组成。i j j 西广大地区为泻湖相( 图 2 4 ) 。 圈2 3山西地块铁铝岩组基底地层分布圈 ( 据陈平等，1 9 9 8 ) f0 一a 1 奥陶系出露区 2 前石炭纪剥蚀 殆尽区 ”。”3 挽近剥蚀区 4 舆陶系覆盖区 5 中奥陶统不同组段 剥蚀区界线 0 2 f l = 中奥陶统 峰峰组1 段 0 2 s f = 中奥陶统上 马家沟组3 段 0 2 s ”2 = 中奥陶统上 马家沟组( 1 + 2 ) 段 o 口3 = 中奥陶统 f 马家沟组3 段 啦x “k 中奥陶统 wn 下马家沟组( 1 + 2 ) 段 o l _ 下奥陶统 ( 冶里组t 亮甲山组) 太原理工大学工程硕士学位论文 圈2 4 山西晚石炭世半淘期岩相古地理图 ( 据程保洲等，1 9 9 2 ，朴充) 2 22 铁铝岩沉积时的古纬度变化 1 潮坪相区 2 障壁鸟相区 3 泻蝴相区 4 碳酸盐岩台地 一障藏s 谓湖 潮坪相区睐分 据陈平等关于山西铝土矿古地磁采样实验数据分析，所有 样品经系统退磁后所测得的剩磁数据，利用e n k i n ( 1 9 8 6 ) 博 士提供的古地磁分析程序，通过9 4 块样品z 矢量图的分析， 其成分特征可分为4 种类型。 第1 种类型，样品可以分离出稳定的单一成分，但其方向 与近代地磁方向接近，无疑是近代地磁场重化的结果，这类样 品占整个样品的2 0 ，放弃，不作最后统计。 态原理工大学工程硕士学位论文 第。2 种类型，样品z 矢量图呈现出杂乱无毒的变化，无法 分离出特征剩磁分量，约占总样数的、4 0 ，该类样品也全部放 弃。 第3 种类型，样品z 矢量图可以分离出一个与近代地磁方 向不同的特征剩磁分量，这组样品占总样数的l o 左右。 第4 种类型，样品系统退磁结果显示出两组不同的剩磁分 量，即低温剩磁分量( n r m 一2 0 0 ) 和高温剩磁分量。这类样 品占总样数的2 0 左右。 每个样品特征剩磁分析出来后，以每个采点进行的数据统 计，其结果表明，只有阳泉太湖石、五台天和、宁武宽草坪、 柳林兰家山采点能统计出理想的特征剩磁分量，五台天和矿区 s 4 古地磁样品特征磁化方向见表2 一l 。z 矢量图、剩磁方向等 面积投影图及剩磁强度衰减曲线图见图2 - 5 。 在测试数据分析基础上，将不同矿区特征剩磁方向换算到 同一参数点位置( 阳泉：l i3 6 。e 、3 7 7 。n ) 再进行平均， 最后求出山西铝土矿统一的特征剩磁方向和古地磁极位置，见 表2 2 。 平均特征磁化方向为：偏角d = 3 4 8 8 。，倾角1 = 3 6 0 6， 古纬度p l a t = 2 0 0 。；古地磁极位置，经度3 2 5 5 。，纬度6 9 8 。， a 9 5 = 2 】8 。 。 奎璺堡三查堂三堡婴主兰垒堡奎 善 蛀 = 特征刑磁z 先t 田( 实心翻代衰剩磁矢量在水平 方位上的投髟空心代衰剩磁分t 在垂直方位 上的投髟) l k 特征剩磁方向赤平投影圈( 实心圈代衰刺直矢 量在下半球的投誊，垫0 代衰烈鞋妊量在上半球 的投影) t c = 捌磁强度褒减圈 u 田2 _ 5 代表性样品s 和j 1 系境遇磋特征 lt：_g 。 ： j 奎璺堡三奎兰三堡堡圭兰垒笙苎 。： 天和铝土矿古地磁数据，特征磁化方向，古地磁极位置与 其平均值相近。 表2 1天和矿区s ，古地磁样品特征磁化方向 地理坐标：_ 层面坐标 时代段采样点号 a 、3 d gi g d si s s d 。l7 3 4 7 95 0 53 4 2 o 4 2 23 3 铁 s 4 - t a 3 4 8o5 0 63 4 2 1 4 2 33 7 铝 s ；-3 4 254 233 3 8 6f 3 62 1 c uj s 、 3 4 6 54 7 23 4 14： 8 87 j = = l s ? 1 8 955 7 81 7 825 i 74 5 段 s4 。1 6 532 7 11 6 3 0一1 8 71 7 s ) 7 14 8 57 i4 4 5l9 平均3 5 1 14 6 7：卅7 5：j 88q g r ：采样剖面经纬度：1 1 3 q 。e 、3 87 。n 表2 2山西铝土矿古地磁数据表 ( 据陈平等，1 9 9 h ) 采样点样品数采样位置 特征 极位置 长纬湮 磁化方向a 9 5 d p d l l 肛编号 ( p l a t , ) 经度纬睦 d sl sl a ti ， ) 1 1 k 泉太湖石s ，4 2 1 1 363 773 4 754 677 77 j ( 3 4 ；j7 6 4 9 92 79 五台天和s 。2 51 1 34 ：l h73 4 753 8r997 0l3 2 958 41 422 19 宁武宽草坪s 。： 5 l1 1 263 9lj 8 9l一4 842 047 772 5 221 762 682 94 御林兰家山s 。：0 4 l l o 93 763 3 i6393 664 583 3 4o1 8 4 ：j ( 1720 平均1 l 1 21 1 363 773 d r 63 6o2 186 9 83 2 552 00 注：n 一代表负极性样品，n 代表正极性样品。 表2 1 、表2 2 表明山西地块在中奥陶世时处于南纬中低 纬度内，之后向北漂移，矿区铝土矿同山西地块( ；层铝上伊 样是在中奥陶世隆起后，由南纬中低纬度经过赤道向北纬r 氐 纬度的漂移过程中形成的，最终就位于石炭一二叠纪相对滞留 的- 汀纬度10 。n 刚近，说明古纬度的漂移变化是dj 西铝土矿包 括矿区僻以形成的主要因素。赤道附近是区内铝土矿得以形成 n 勺最佳古地理环境。形成i 时的古气候环境为热带至亚热带的炎 1 4 太原理工大学工程硕士学位论文 热温暖而比较潮湿。 2 23 铁铝岩沉积后的新构造形迹 中奥陶统碳酸盐岩古风化壳岩溶夷平面古地理环境是铁 铝岩沉积就位的先决条件，后期中、新生代造山运动的次级构 造形迹和挽近风化剥蚀是铁铝岩赋存状态的保护和破坏因素。 矿区内成矿后的构造形迹主要受祁吕山字形东翼褶带影 响，形成以北东方向的华夏系褶皱与断裂，是矿体的赋存与破 坏主要因素。 223 1 褶皱 矿区褶皱构造主要有：西天和一娑婆复向斜，向南与自家 庄百泉郊向斜相接。 矿区受其影响，形成一个对称的“簸箕型”盆地，西南部 地层崛起变陡，倾角多在3 0 。5 0 。，形成箕壁；箕沿呈舒缓 波状向北东扬起，倾角一般不超过15 。受区域构造影响，构 造线总体走向为n e s w 向( 表2 - 3 ) ，但矿区西南部s y 6 因受 盆地内部构造制约，构造线转变为东西向。陡咀村s y 2 则呈南 北方向展布。纵观全区褶皱线n e 扬起，末稍向东偏转，向s w 倾伏，端处向西转折。褶皱两翼产状多为t0 。2 0 。，呈舒缓 波状。区内向斜构造规模较大，轴部紧密，迹象明显。背斜构 造脊部宽阔平缓，延展规模较小，迹象不很明显。因此，矿区 内褶皱显示以向斜为主的构造格局，对矿体的赋存起到了保护 作用。 ，一 =奎堕堡三奎兰三塑圭兰照堡兰 延展长 编导分布位置延展方向 两翼地层倾角控矿怍用 各注 度( m ) s y l东天和、陡咀 6 0 5 2 4 0 。2 0 4 0 翼1 0 - 2 5 。，匝翼5 - 2 0 6拦剃了l - i 、li i 矿体槲 s y 2融卧 1 7 3 。一1 5 3 o 6 9 0 w 翼1 0 - 2 5 。e 翼1 0 - 2 0 。 s y 3村惑太苇目 8 5 4 2 6 5 。8 1 0 m 翼5 _ 1 5 。，匝嚣7 一8 s y 4东垴村南 2 0o 一2 0 0 。4 3 0 n w 翼i o - | 5 t 亚翼1 5 2 5 。 s y 5天和煤矿北西 1 6 0 一1 9 6 。6 2 0 翼7l o 。蹬翼8 - 1 5 6 s 、( ； 山角村南9 0 。- 2 7 0 。1 3 2 0晰翼7 - 1 0 ，随翼1 3 - 2 6 。 a n l 大土粱架于岭 5 0 。一2 3 0 。6 4 0 n w 翼, 6 - 2 0 。，匝翼5 - 1 5 。背斜 a 1 1 2 唐江沟2 5 。一2 0 5 9 3 8 0 翼1 0 - 2 s 。哑翼1 0 - 2 0 3 a n 3 强风粱北4 0 。2 2 0 。1 1 4 0m 翼7 - 2 0 汪翼5 - 1 0 。 表2 - 4断层统计表 延展长度 断距备 编号位置性质走向断面产状破坏作用 ( i )( m )注 f 5 东天和北东正断层 4 5 一2 2 5 。3j56 么5 0 。2 0 0l o f t ； 东天和北东逆断层 6 06 2 4 0 3 1 5 0 。z 6 5 。3 1 01 0 f 7 东天和北东正断层 6 0 。一2 4 0 1 5 0 3 z 7 0 2 2 01 0 f 8 东垴村北正断层 9 0 。一2 7 0 3 1 8 0 3 z 5 3 。2 9 0 1 5 f 9 东垴村北正断层 8 0 。一2 6 0 。3 5 0 。z 6 0 。4 8 0 2 ( 】 f l o 东垴村北正断层 6 5 。一2 4 5 4 3 3 5 。么4 5 。3 6 02 i ) f l l 东垴村北上e 断层 7 0 。一2 f i 0 。3 4 0 。z 4 0 。4 4 02 f i f 1 2 陡嘴村东正断层 1 f i 5o 一3 3 5 。6 5 。z 5 5 6 2 5 01 5局部切割lf 【矿体 f 1 3 大苇沟1 l正断层 4 55 2 2 5 3 1 5 3 z 6 0 4 2 03 0局部切割l 1 1 矿体 f 1 4东垴 正断层 1 0 04 2 8 0 3 1 0 。z 4 5 。3 6 01 8 f 1 5大苇淘正断层4 5 。一2 2 5 3 1 3 j 4 z 7 2 4 0 01 5 f 1 6 东垴南正断层4 5 。一2 2 5 。1 3 5 。z 7 5 。4 8 0 3 0 p 1 7 东垴南正断层 1 7 0 。一3 5 0 3 2 6 0 。 5 m m ，鲕粒一般为0 4 0 9 m m ，小者0 1 m m 左右。豆石最 显著的特钮：之一是龟背廿特别发育( 图版l i i1 ) ，其次豆粒成 分较复杂，常含有高岭石、褐铁矿等。鲕粒具有两个明显特征： 具有同心层状构造，多为2 3 层，少见4 层。同心层即包壳， 一一般由一水硬铝石和商岭石、褐灰色有机物，铁质及泥质物捅 间排列构成；由于鲕粒的原核心为内碎屑，与外层的成分相 同，在成岩过提中经后期重结晶作用，核心同外层界线消失， 构成较均匀的结构，多数鲕粒看不到明显的核心或无核心，仅 有少数鲡粒见一水硬铝石、高岭石、铁质等核心、有的为空涮。 另外见有少量复鲕、空心鲕，薄皮鲕、畸形鲕等特殊构造的鲕 粒和再旋迪鲡，以及不易分辩磨圆度较高的铝土矿屑混入其 中。( f j 版i i 一3 、i i 一5 、i i 一6 、i i i l 、i i i 一2 ) ( 表3 2 ) 胶结物为微晶一粉晶状一水硬铝石及隐晶高岭石、微量铁 质、泥质、有机质，基底式胶结。鲕状结构矿石在矿区平面上 分布另散，规模小，占总矿层面积的6 1 2 。 铝土矿豆鲕状结构的成因复杂，风化壳及水体中均可形成 太原理工大学工程硕士学位论文 并发生再改造沉积。 表3 - 2天和铝土矿豆鲡粒核心及鲕环电子探针分析结果表 鲕粒 w b 产地 环圈s i 0 2t i 0 ：a 1 2 0 3f e o m n o m g o c a on a 2 0l ( 2 0 天和 3 环0 5 413 87 51 50 9 1( ) 0 00 1 8 01 8 o1 0o0 1 ( 由 2 环o 4 880 57 5 3 91 0 0o o oo 1 70 2 0o0 0 核向外 o 1 0 分层) 1 环o 5 01 1 88 1 6 l1 1 8 0 2 6o 1 40 0 000 0 o 0 3 从表可以看出，豆鲕粒成份与整个吉风化壳物质组成一 致，显系源自风化壳的红土( 钙红土) 豆鲕、与近代热带红土 剖面中的豆鲕结石的形成环境和形成条件类似。 缩裂结构：铝土矿中的缩裂结构是a 1 。o ，胶体物质陈化时 体积收缩形成的特殊裂纹。无论在豆鲕中、碎屑中、以及它们 的胶结物中均可见到。往往是结晶程度越低缩裂纹越明显，随 着结晶程度的增高逐渐消失。粗大的缩裂纹局部被后来的物质 充填交代，细微裂纹往往发生于胶状团块中，分布均匀，形态 相似，纹中无充填物。 胶状变胶状结构：铝土矿中的主要矿物一水硬铝石、一 水软铝石、高岭石大部分为胶体成因的。因此它们均具有胶 状变胶状结构之特征。具体表现于它们的结晶程度都很低， 结构细微。由于在成岩过程中发生了不同程度的重结晶作用， 它们存在胶状隐晶状微晶状细晶状的一系列结构组合， 其中主要为隐晶状、其次为微晶状，胶状残余不多，晶体较大 的也比较少。在一水硬铝石和一水软铝石集合体中经常残留有 均质状、隐晶状的胶铝矿，同样在高岭石中残留有均质状胶体 太原理工大学工程硕士学位论文 物和隐晶状的半胶状物。另外在它们之中经常残留有缩裂缮构 和层带状构造等胶体特征( 图版i l 、i 一2 、i 一3 ) 。 3 4 1 2 碎屑状结构 矿石呈棕褐色、淡黄色、颜鲜面灰、灰黄、浅灰色、碎屑 状结构，断面参差不齐，较粗糙，可见较为发育的淋滤空洞。 按形成机理可分为： 3 41 2 1 正常沉积形成的内碎屑结构 为铝土矿形成之后经动力破碎、水力搬运、沉积形成的内 碎屑结构。这种结构具有正常碎屑岩的结构特征。由于母岩的 固结程度不同，又有剐性和塑性两种截然不同的结构形态，有 的矿石中几乎完全由刚性碎屑组成，有的矿石中完全由塑性碎 屑组成，但经常为两种内碎屑混存。 刚性内碎屑由完全囿结的坚硬的铝土矿破碎后经水力搬 运沉积组成的，具棱角状、次棱角状和浑圆状等不同程度的磨 圆度：按粒度有砾屑、砂屑、粉屑和泥屑之分。一般磨圆度较 高、呈浑圆状、次围状，分选较好，分布均匀，定向- t 列，经 常由结晶较好的微晶状水铝石组成，颗粒轮廓界线明显。 塑性内碎屑由未固结的铝土矿破碎后经流水搬运、沉积形 成的，具有典型的塑性结构。分布不均，分选性差，形态不规 则，边缘不整齐。由于底流和上覆压力作用，常呈伸长状，有 时被拉的很细很长，呈条带状、甚至呈脉状，有时呈扭曲状、 “s ”形等。往往呈定向分布，由隐晶状水铝石组成，含有较 多的铁质、有机物，为灰褐色，其中层带状构造发育，轮廊界 线明显。 另外在铝土矿的较大碎屑中，复碎屑屡见刁i 鲜，标志着铝 太原理工大学工程硕士学位论文 土矿曾发生过沉积破碎再沉积再破碎第三次沉积! 的 成矿过程。在这反复成矿过程中必然会形成一些再旋迥碎屑。 在刚性内碎屑中经常可见到非常园的由微晶状水铝石组成的 细屑，同时具有褐色氧化圈，可能属旋遛内碎屑。 碎屑的成分比较简单，主要为由一水硬铝石组成，少量粘 土矿物和铁质矿物。有些铝土矿碎屑中含有少量高岭石及赤铁 矿等杂质，往往这些含杂质多的铝土矿屑中的一水硬铝石结晶 较好，有时杂质脱落，一水硬铝石有了足够的自由空问而重结 晶成较大的自形晶体。由于成矿微相的变化，不同成矿相中的 碎屑多少、大小、形态、分布、成分及胶结类型等均不同( 图 版i i 一1 、i i 一2 、i i 一3 、i i 一4 ) 。多为基底或孔隙式胶结。 341 2 2 胶体成因的碎屑结构、似碎屑结构 该类结构是a l 。0 ，的絮状胶团分别沉积时相互叠加形成 的，经压实作用后呈不规则的饼状，它们之间的界线时而明显， 时而模糊。在垂直层面切割的薄片中，每一胶团的切面状似伸 长的塑性碎屑，并作平行排列，其间的褐色铁质，有机物也相 应的作定向分布，状似火成岩的流纹构造。这种似碎屑同塑性 碎屑不易分辩，但似碎屑含量较多，排列紧密，分布较均。 341 23 构造作用形成的碎屑结构 具碎裂结构，分布于破碎带中。 3 4 1 2 4 残坡积作用形成的角砾状碎屑结构 其角砾成分为铝土矿屑，填隙物为褐铁矿染泥质物，胶结 疏松，经常脱落成空洞。 太原理工大学工程硕士学位论文 34 2 铝土矿自q 构造 34 ，2 1 块状构造 矿区铝土矿有两种粒级的块状构造，一种无( 或很少) 内 碎屑的隐晶微晶状铝土矿( 泥晶铝土矿) 块状构造，这是低 能稳定环境下沉积形成的构造特征；另一种为含有大量内碎 屑，呈杂乱无章分布形成的块状构造，是浊流沉积的产物。 34 22 同心条带和层带状构造 这种构造的形态特征为在隐晶状铝土矿中，褐灰色铁质与 有机物混合体呈同心条带和层带状分布，同灰岩叠层构造中的 富藻暗层相似，这种构造为胶体脉动形成的典型胶状构造，往 往呈不规则团块和脉状分布，在成岩过程中又受到各种力的作 用发生变形、如折曲、拉长、压扁等。是红土化风化壳铝土矿 物质就位以后，继续红土化的结果。 3 423 空洞构造 铝土矿中空洞构造常见，主要为原生，其次为次生的。原 生空洞分布较均匀，规模细小，呈不规则状，洞壁比较干净。 次生空洞分布不均，大小、形态均不相同，往往为铁质矿物和 泥质物经淋滤脱落形成。 34 2 4 显微缝合线构造 偶见，呈曲线状，同灰岩中的缝合线相类似，由压溶作用 形成。 太原理工大学工程硕士学位论文 3 5 矿石矿物组合 351 铝土矿的矿物成分 铝土矿的矿物成分比较复杂，而且含量很不稳定，主要为 铝的氢氧化物，其次为粘土矿物，荐次为铁的氧化物和氢氧化 物，钛的氧化物及少量其它矿物( 表3 - 3 、3 - 4 ) 。 表3 - 3天和铝土矿矿物组成定量分析结果 矿石一水 一水 高岭石针铁矿赤铁矿伊利石锐钛矿金红石 类型硬铝石软铝石 白矿6 52 3 01 704 o3 o2 522o 79 7 6 表3 4天和铝土矿x 射线衍射定量分析结果表 一水一水 针铁赤铁锐铁金红方解瞵硫铝 锆英 样品编号硬铝 高岭伊利 软铝 由 石石矿矿矿佃石锶矿石 石 k r 8 8 1 16 521 7 o2 ，53 04 03 0220 7 k r 9 2 2 15 7 14 04 0 微 506 5210 30 8 微微 k 0 2 1 3 5 2 铝矿物 主要为一水硬铝石，其次为一水软铝石和胶铝矿，见图 3 2 、图3 3 、图3 4 。 35 21 一水硬铝石 主要为胶体成因，大部分还没有完全脱胶，呈隐晶状、颗 粒细微，粒经小于0 0 0 1 m m ，由于结晶中心多，故呈微粒状集 合体分布。一般粒径0 0 0 卜0 0 05 m m ，粗者达0 0 1 m m 左右， 在局部空洞、裂隙处，因有足够的自由空间，常发育有完好的 太原理工大学工桴颈士学位论文 明亮的板状、柱状一水硬铝石晶体，颗粒较大，一般达 o 0 l o 0 3 m m ，偶尔达0 0 5 - 0 0 75 r a m ，成因矿物学者认为这是 常温、常压下形成的。分布于赤铁矿、高岭石等矿物中的少量 水铝石颗粒往往也能结晶成较大的：；l 究好的板柱状水硬铝石 晶体。另外在隐晶状的水铝石或一水软铝石团块中晶出的一水 硬铝石微晶常呈乳滴状或卵形( 表3 - 5 ) 。一水硬铝石在透射 电镜下晶体形态主要为板柱状、板片状和薄板状，其次为片状， 少量为柱状，颗粒粗细不均，一般2um 左右，扫描电镜下一 水硬铝石主要呈薄板状、片状、往往呈定向排列，构成显微层 理，偶而可见晶面蚀纹。对一水硬铝石单晶作能谱分析结果， 除主要成分铝外还含有微曩铁、铬和锰等元素。 表3 - 5租糙半粗糙状铝土矿中一水硬铝石晶粒和碎屑的e d s 分析结果 矿物 w b 形态s i o 二t 】0 。a 1 ：0 )f e om n o m g o c a ( )n a 2 0k z 0 晶粒 2 9 31 5 47 9 403 100 0 0 0 00 2 ：0 0 00 1 5 碎屑 1 3 318 68 0 3 30 7 20 0 0o o oo 1 7o o o0 0 6 3 52 2 一水软铝石( 勃姆石) 主要分布在矿层上部致密状铝土矿中，( a s ：2 6 ) 含量 ( 15 - 5 0 ) ，晶体呈片状、柱状，菱形、枣核状、豆夹状等形 态、常与高岭石共生，粒度可达0 0 3 m m ，勃姆石的e d s 分析 结果：a l ：0 产7 6 6 2 ，s i 02 = 5 2 2 ，t i 0 2 = 2 6 1 ，f e 0 = 0 5 5 。 矿区勃姆石的x 射线衍射特征明显，主要面网衍射d 值见( 表 3 - 6 ) ，勃姆石与较多的低贫铝土矿或粘土岩、铝土岩分布在一 起。 太原理工大学工程硕士学位论文 一水硬铝石与勃姆石的矿物分带是由埋藏变质、构造变动 及地壳深部地热( 岩浆) 活动所形成。 铝土矿中一水硬铝石和一水软铝石的形成是复杂的，是多 期多阶段形成的。 在同生作用成岩作用后生作用表生成岩作用各发 展阶段中均有一水硬铝石和一水软铝石的形成。至于哪个阶段 对铝土矿形成有利，取决于当时当地的沉积环境的变化。 表3 - 6天和勃姆石x 射线衍射d 值 h k l l矿石名称 0 2 00 2 l0 4 11 3 0 l致密状铝土矿 6 1 431 72 3 5 图3 2 天和铝土矿差热分析曲线 符号说明：d 柬硬柱石：k 盯：高螬石：g 。e ：针轶矿 太原理工太学工程硕士学位论文 图3 3 天和铝土矿红外线吸收光谱图 符号说明：d i b ：一水硬铝石：k a o ：高岭石 b o e ：一水软铝石 母。 太原理工大学工程颈士学位论文 s 日s 45 0 圈3 4 符号髓硝，d i 旷水磋铝石i h m 琦啭矿，b o ! - 35 3 粘土矿物 一霎妻 0 曼 一 i 科 薷 享耋 。囊 b 0 4 一 l 、，恤。 天和铝土矿x - 射线衍射扫描曲线( c u k b ) 幅射 x o ，高崎石1t 岫一承软帕石1s t 稚铝蕾矿t n 啦钛矿t t 电气石，_ u i 套辽石 膏状锅土矿一b 0 2 t 担矗状幂土矿，b c o ：半檑髓状帚土矿；b 耐；致密扶饵土矿 - b o l 主要为高岭石，其次为伊利石少量为多水高岭石和水云 3 531 高岭石 一e 兽 tts=hii j量：j引鄯d川川 。蠡鹋 i i i h v l，ll ijii、 i i i ；dq5_点r 川川h川川。鸺“川_=一 j o v t t _ - ，、if ， 鲁“弛嘴卜艘旷讯ri州、 。墨一掳艚晰彬m从 太原理工大学工程硕士学位论文 在铝土矿中含量较多( 5 - 3 0 7 0 ) ，分布普遍，一般在矿层上 部比较富集。成因不同形态变化较大，如机械成因的( 陆源继 承性) 呈碎片状，胶体成因的呈隐晶状，重结晶形成的呈蠕虫 状。在豆鲡状和碎屑状铝土矿中含量多，主要作为它们的填隙 物，少量分布于豆鲕和碎屑中，且往往为交代水铝石等形成。 在微晶状铝土矿中含量很少，般 5 ，另外常见后期充填交 代形成的脉状高岭石。高岭石的e d s 分析结果与一水硬铝石一 样，由电子探针的微区周边也杂有c a o 、f e 0 的叠加和干扰， 可能与原古风化壳物源和石灰质有关。 3 ，5 ；3 2 伊利石 矿区铝土矿中伊利石含量较少( 2 5 左右) ，呈叶片状、 部分呈扇形( 图版1 1 i i ) 。半粗糙状铝土矿中伊利晶体的e d s 分析结果见表3 7 。 表3 7天和铝士矿中伊利石晶体的e d s 分析结果表 w b 矿石名称 s i 0 二丁i 0 =a l ：0 ，f e ( )m n o m g o c a ( 】 n a ，0k 0 半粗糙 6 74 64 0 l0 23 6 0 8j6 00l lo0 0o0 500 0 矿石 0 3 533 水云母 含量很少( 3 左右) ，颗粒细小，呈鳞片状，往往具有云 母细屑的假象，即部分为云母屑水化而成。 35 ，4 铁质矿物 形成赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、黄铁矿等，分布不均，含 量为2 10 。 太原理工大学工程硕士学位论文