曹窑煤矿区深部铝土矿特征及勘查启示

1、曹窑煤矿区深部铝土矿特征及勘查启示河南省有色金属地质矿产局“地质找矿改革发展大讨论活动”专题材料张录星张林司百堂曹窑煤矿区位于河南省三门峡市境内，大地构造位置属华北板块南部，三门峡一鲁山断裂带 西段北侧。区域内沉积地层发育，煤、铝资源丰富，是我国重要的煤、铝、耐火粘土矿产地之一 （见图1）。图1豫西铝土矿成矿带矿产地质图曹窑煤矿区煤矿地质勘查于1957年1964年，基本未涉及煤下深部铝土矿。浅部北邻（煤氧 化带以外）的贯沟、转沟、范凹、贾家凹矿（段）区铝土矿勘查基本圈定了各自矿体边界，是寻 找深部铝土矿的重要间接依据。煤矿区深部铝土矿普一详查工作自2004年10月一2007年11月。 详查查明曹窑煤矿区深部铝土矿（333）类以上资源储量6100万吨，大间距稀疏钻孔预测（334） 类资源储量6200万吨。详查区（332） + （333） + （334）类资源储量共计1.2亿吨，达超大型矿床 规模。在铝土矿找矿勘查面临由浅入深，找深部矿、找盲矿成为主攻方向的重要时期，曹窑煤矿区 深部铝土矿勘查不仅是河南省煤矿区深部铝土矿找矿的重大突破，其勘查成果对华北地台区深部 铝土矿找矿勘查亦具有重要的

2、示范意义。一、矿床地质特征勘查区内地表第四系黄土大面积覆盖，岩石出露较少，仅沿沟谷有二叠系及新近系地层呈枝 杈状零星分布，石炭系全部隐伏地下。勘查揭露地层自下而上主要有:奥陶系中统马家沟组（O 2m）， 石炭系上统本溪组（C2b）、太原组（C2t），二叠系下统山西组（PS）、下石盒子组（Pf），二叠系 上统上石盒子组（P2s）、石千峰组（P2sh），新近系（N）和第四系（Q）。铝土矿赋存在石炭系上 统本溪组（C2b ）含矿岩系之中。（一）含矿岩系石炭系上统本溪组（C2b）是区域铝土矿的含矿岩系，以假整合形式覆盖在奥陶系中统马家沟 组古风化岩面上，为风化壳相和湖泊沼泽相沉积物。含矿岩系自下而上分为三个岩性段。下段（C2bi）:铁质粘土岩，灰白、紫红色，豆鲕状、碎屑状结构，块状、斑点状构造。铁质 含量由上而下逐渐增多。中、上部夹有铝土矿、粘土矿透镜体。下部含团块状、鲕状赤铁矿或菱 铁矿、黄铁矿，部分地段富集成铁矿体或硫铁矿体。本层厚度020.85m，一般为1.506.00m，平 均 5.36m。中段（C 2b2）:由铝土矿、高铝粘土矿、硬质粘土矿及铝质岩组成，岩石呈灰、深灰、黄褐及 红赭等

3、色，微粒、豆鲕状、豆状、碎屑状及凝聚状等结构，块状、多孔状构造。部分地段夹13 层铁质粘土或粘土矿。本层厚度023.89m，一般1.006.00m，平均5.66m。上段（C2b3）:粘土质页岩，灰、灰白、黄褐色，底部夹炭质页岩或煤线，局部有粘土矿。本 层厚度 016.76m，一般 0.503.00m，平均 1.94m。铝土矿含矿岩系上覆地层为石炭系上统太原组（C2t），是开阔陆表碳酸盐一碎屑滨浅海沉积体 系。由泥岩、砂质泥岩、砂岩、煤层、石灰岩及硅质泥岩组成。厚度8.8071.50m，一般20.0045.00m， 平均 34.33m。（二）构造本区处于渑池倾伏向斜之北翼。渑池向斜轴线近东西向，南翼遭三门峡一鲁山大断裂破坏。 北翼呈向北突出的弧形，地层走向从西部的NEE向东部转为SEE。矿区处于北突弧顶西侧。岩层 呈单斜构造，走向NE60。70，平均68，倾向SE，倾角530。区内以断裂构造为主，无大的 褶皱出现。曹窑煤矿全区发育断层48条，其中18条是煤矿勘查及井巷揭露发现，分布于矿区北部及东 西两端；有30条处于三维勘查区内，主要由地震剖面控制，分布范围很小，局限于勘查区南部。 所有

4、48条断层全部为高角度正断层。按断层走向落差大于10m的28条断层可分为3组：NE向 17条，NW向9条，SN向2条。在本次曹窑煤矿深部铝土矿勘查钻探工程控制区内的断层有11 条，从岩心钻探资料看，没有发现有断层切断铝土矿体的迹象，这些高角度正断层向深部尚未被 发现。矿区内没有发现岩浆。二、主矿体规模、型态、产状、内部结构与空间分布特征勘查区大致呈北东东向延伸，长约10.3km，北北西向宽约1.22.0km。受勘查登记区边界的限 制，铝土矿含矿岩系及矿体露头都分布在勘查区北邻地区，区内没有含矿岩系出露。勘查区地表 被大面积第四系黄土层及新近系砾岩覆盖，所有铝土矿体都属于隐伏矿体。地层呈单斜产出，倾 向南东，倾角平缓，平均15左右。根据目前工程控制程度及资源储量估算方法的要求，区内圈出 5个铝土矿体。以1、11号矿体最大，位于矿区东西两侧。IIN V号矿体较小，形成于矿区中部。1、11号矿体深部钻孔均见矿，矿体深部边界尚未封闭，全区有可能是单一巨大矿体。矿体总体走 向北东东，倾向南东，倾角15左右，与地层倾向一致;宽2001400m，勘查圈定矿体面积约6.96km2。从空间上看，本区铝土

5、矿矿体的总体形态应是在厚度一至数米的似层状矿体背景上，不等距 地嵌布着厚度大于9米的溶斗状矿体的复合形态。矿层总体呈单斜状向南东平缓倾斜。详查工作 大致在纵79线以浅以200x100、600400x400200米间距对含矿层位做了系统控制；在纵95线 以1600米间距沿含矿层位做了矿层走向方向的控制;在纵111线施工少量钻孔了解矿层深部情况。 从揭露情况看，矿体向深部尚未出现尖灭趋势，在有的地段还有溶斗状矿体出现（如ZK23879孔， 矿厚10.53m，A/S4.1； ZK110111孔，矿厚4.15m，A/S4.0）。从而启示：垂深500m以下仍有找矿 潜力。矿体形态在横剖面上呈似层状、透镜（洼斗）状，以及两者的复合形态。其中透镜状矿体常 处于底盘碳酸盐岩的古溶斗中，有矿体厚度大，矿石质量较好的特点。本次普查一详查阶段全区钻孔见矿率76%。根据参与资源储量估算的123个见矿工程统计： 矿体厚度0.8517.86m，算术平均厚度5.10m；矿体厚度曲线呈单峰，厚度频率变动域较宽（见图 2），厚度变化系数74%，属厚度较稳定型矿体。按大于矿体平均厚度5.10m的三倍为大厚度工程 计算，本

6、区有大厚度工程三处，大厚度工程率2.44%。矿体埋藏深度43.39m572.86m，平均263.39m。图2 矿体厚度变化图I号矿体：由横22横 174勘探线之间的53个钻孔控制。矿体走向北东，倾向南东，倾角平均15左右，矿体顶板产状与围岩基本一致。平面形态呈不规则壶状，两头小、中间大。长3900m，宽2001400m。矿体面积2.84km2。矿体内见无矿天窗1个。有夹层工程13个，占矿体见矿工程 的25% （其中夹层为二层的有一个工程）。单工程矿体厚度最小0.85m，最大17.86m，算术平均厚 度5.37m，厚度变化系数76%。大厚度工程1个，大厚度工程率1.9%。单工程矿体厚度分特征如 图3所示。图3I号矿体单工程矿层厚度分布图II号矿体：位于横214-横398勘探线之间，由57个钻孔控制。矿体走向北东，倾向南东， 倾角平均15左右，矿体顶板产状与围岩基本一致。平面形态受勘查区边界影响呈不规则状。矿体 走向长4700m，倾向宽5001700m，矿体面积2.32km2。沉积无矿与勘查边界的共同影响，矿体浅 部形态复杂，深部矿体连续，纵79线与纵95线钻孔全部见矿，矿体边界尚未圈闭，

7、显示出良好 的找矿前景。矿体内部见无矿天窗1个。有夹层工程15个（其中夹层为二层的有二个工程，夹层 为三层的有一个工程），占矿体见矿工程的27%。单工程矿体厚度最小0.94m，最大16.96m，算术 平均厚度5.00m，厚度变化系数78%。大厚度工程2个，大厚度工程率3.6%。单工程矿体厚度分 特征见图4。图411号矿体单工程矿层厚度分布图三、矿石质量特征（一）矿物成分矿石的主要矿物成分仅见硬水铝石，常成显微粒状，粒径0.01mm左右，其集合体常成鲕粒、 豆粒、凝块状或内碎屑。有少量硬水铝石呈板状晶体存在于鲕粒内部或裂隙空洞中。矿石的次要 矿物成分有高岭石、水云母，通常呈显微鳞片状分布在硬水铝石的空隙中，或与硬水铝石一起构成豆鲕同心层，局部含量可达到主要矿物水平。矿石的少量矿物：蒙脱石、针铁矿、菱铁矿、黄 铁矿、赤铁矿以及其他粘土矿物。矿石中微量重矿物有锐钛矿、白钛矿、金红石、锆石、榍石等。 有时见微量刚玉。（二）矿石的结构、构造矿石结构、构造具有多样性，是铝土矿石的特征之一。本区矿石结构类型有：微粒结构、鲕 状结构（见照片1）、豆状结构、碎屑结构（主要指内碎屑）及它们之间的过度混合型

8、结构。矿石照片1鲕状结构铝土矿矿石照片2致密块状构造铝土矿矿石构造有：致密块状构造（见照片2）、层纹状构造、多孔状构造、土状构造（亦称“粗糙”状构造）。 层纹状构造和致密块状构造矿石多见于铝土矿体顶部，少量见于底部，外观细腻、致密，少数具 微层理。这类矿石含高岭石、水云母等粘土矿物较多，常为贫矿石。土状构造也称粗糙”状构造， 矿石多呈黄绿色、灰褐色，外观似细砂岩，但其胶结疏松，有时具不规则微孔。这类矿石品位高， 常处于矿体的核心位置，是重要的富铝矿石类型。多孔状矿石多为豆鲕状结构，矿石中豆鲕风化 流失而成，常见于矿体下部，或边部，其矿石品位也较高。（三）矿石化学成分矿石的主要化学成分为A12O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S、LOSS等，参与资源储量估算的全部 488个合格铝土矿样品各组分中，主要组份A12O3、SiO2、有害组份S含量及A/S分布如图示：A12O3含量最低40.05%，最高78.25%，算术平均62.11%，A12O3含量大于65%的样品占总样 品数的42%。品位变化系数13.9% （见图5）。SiO2含量最低1.09%最高26.52%算术平均12.98% Si

9、O2含量最低10%的样品占总样品数的33%品 位变化系数46.3%（见图6）。图5铝土矿矿石氧化铝含量分布图图6铝土矿矿石二氧化硅含量分布图S含量区间0.01%7.48%,算术平均1.03%。品位变化系数110.0%。从S的含量分布看（见图7）,低硫（SV0.3）的样品数占27%，中硫（S0.30.8）的样品数占32 %，高硫（S0.8）的样品数占 41%。表明本区矿石中硫含量比露头矿确实偏高，但是低硫矿与中硫矿样品数之和仍占59%。图7铝土矿矿石硫含量分布图A/S单样最低值2.1,最高为71.2，算术平均4.8 （与全区（332） + （333）类资源量的A/S值致）。A/S变化系数207.5%。（见图8）A/S的分布极不均匀。图8铝土矿矿石铝硅比分布图从单样统计分析结果可以看出，就矿石品位A/S而言，贫矿（A/SV3.8）的样品数占34%，中 品位（A/S3.87.0）的样品数占36%，高品位（A/S7）的样品数占30%，说明勘查区内，有约 1/3的富矿存在。（四）自然类型按矿石的结构构造和外观分为：致密状、豆状、鲕状、碎屑状、土状和多孔状矿石。按主要矿 物成分，本区铝土矿为一水硬铝石型，软水铝石型矿石至今尚未发现。（五）矿体（层）围岩和夹石铝土矿含矿岩系上石炭统本溪组（C2b） 一般分为三段，即C2bi铁质粘土岩，C2b2铝（粘）土 矿层，C2b3粘土岩层。本区铝土矿直接顶板的岩性多为硬质粘土矿、粘土岩，呈黑灰色、灰色，泥 质结构，致密块状构造，含植物化石碎片，局部含团块状黄铁矿。该层横向可变为炭质泥岩、炭质 页岩。厚度一般13.2m。该层局部缺失；当缺失时，铝土矿的直接顶板可为Ct太原组的粗粒石 英砂岩或生物碎屑灰岩。铝土矿的直接底板为C2b1铁质粘土岩，由紫红色、褐色、杂色含铁粘土 岩构成，厚度1.949.62m，一般45m。其上部多含黄铁矿、菱铁矿或褐铁矿，有时构

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