辽宁省红阳煤田煤下伴生铝粘土矿勘查前景及找矿意义

石 岩，王泽山，王 瑞

(1.东北煤田地质局一0三勘探队，辽宁 沈阳110013;2.沈煤集团红阳四矿，辽宁 辽阳 111000)

辽宁省中部红阳煤田晚古生代石炭～二叠系中下石盒子组及本溪组所赋存的铝粘土矿床分布较广，资源量较大。随着辽宁省中部煤矿开采年限的临近及近年我国铝工业的快速发展，浅部及中深部的矿产资源已得到快速的开发和利用，为了缓解当前资源瓶颈的约束、最大限度地综合利用与煤伴生有益矿产资源，延续矿井的生产年限，保障经济社会持续发展，与煤伴生的铝粘土矿床将是近期及未来主要勘查和开发的方向。

1 区域概况

1.1 自然概况

红阳煤田位于沈阳市南20 km，跨沈阳、辽阳、鞍山三市，其范围北起沈阳市苏家屯，南至辽阳市，东起哈大高速公路沿线，西至浑河。目前，红阳煤田内有大型生产矿井四座，在建矿井一座，煤炭年产量约750万吨，是辽宁乃至东北最重要的炼焦煤基地，是鞍钢等钢铁企业的能源命脉。由北向南依次分布有生产矿井如下:林盛煤矿(一井)、红菱煤矿(二井)、红阳三矿(三井)、西马煤矿(四井)、红祥煤矿(在建井)。

1.2 地质概况

红阳煤田为隐伏式煤田，地处辽东山区与下辽河平原的接壤部位，全区为第四系所覆盖，地形略有起伏。

红阳矿区在勘探工作中，主要以煤层为研究对象，但仍有较多的铝粘土矿的资料可以利用。在一井、四井，以普查G层铝土矿为主，找到和评价了大纸房远景区。后期对一、二井B层进行了重点评价，确定了二井为中型高铁铝土矿、一井为大型优质耐火粘土矿床。通过116个钻孔的控制，获得工业加远景储量铝土矿652.3万吨、耐火粘土矿2071.8万吨，于1973年3月提交了《红阳煤田铝土矿、耐火粘土矿地质勘探报告》。

2 地层及含矿岩系特征

2.1 地层

本区地层属华北地层区，区内石炭－二叠系含煤地层属于典型的地台沉积，沉积建造发育于巨型克拉通盆地内，盆地的形成、发展及演化决定于其大地构造背景。

石炭－二叠系有老至新划分为本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组，主要含煤地层为下二叠统太原组和山西组。

除上奥陶统、志留系、泥盆系及石炭系下统缺失外，自前寒武系至新近系于本地区均有赋存，沉积厚度巨大，显示地台型沉积特点。从震旦系的陆相碎屑岩到寒武系、奥陶系的海相碳酸盐岩，从石炭统的海陆交替相的铝质岩、碳酸盐岩、含煤泥质岩、碎屑岩到二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系的陆相碎屑岩，显示了两次较大的沉积旋回，造成不同成因的多种岩性的岩石类型。

2.2 含矿岩系特征

本区主要含矿岩系为二叠系中统下石盒子组及石炭系上统本溪组的两套铁铝碎屑岩相。B层赋存于下石盒子组中部砂页岩段底部，距A层约百米，顶部为杂色～灰白色页岩互层，底部渐变为灰绿～灰白色厚层状中粒砂岩。该层为铝土矿、耐火粘土矿的最重要赋存层位。G层赋存在上石炭系本溪组杂色页岩段的底部，为马家沟灰岩侵蚀面山西式铁矿之顶板。由于受古地形的影响，厚度和品位变化大，但质量好，为红阳矿区铝土矿、耐火粘土矿的主要勘探对象。

3 构造

红阳煤田大地构造单元同时又属于中朝地台内辽东台背斜和下辽河中新生代凹陷裂谷东坡复合地带，煤田南部的温香─鞍山东西向断裂和北部的苏家屯─浑河北东东向断裂，是煤田边界构造，形成时期较早，吕梁运动即已发育成熟，致使煤田南侧营口背斜和北侧沈阳隆起的元古界变质岩系抬起，控制了红阳煤田南北两端的自然界限。对铝土矿的展布起着重要的控制作用。

4 岩浆岩

岩浆岩分别是燕山期以安山岩为主的侵入或喷发期和喜山期以辉绿岩为主的侵入期。

燕山期岩浆岩主要分布于煤田西南，红阳三井、四井及尖台子勘区的中生代地层中，及煤田外鞍山一带花岗岩侵入，对煤层及铝粘土矿床的影响有限。

喜山期岩浆岩的辉绿岩主要以断层为通道，多沿煤层或软弱地层呈岩床和岩脉分别侵入到煤系地层和煤层中，在不同程度的破坏煤层和煤质的同时对铝粘土矿床也有相应的影响。

5 矿床地质特征

5.1 矿体(层)形态、产状特征

红阳煤田的铝粘土矿的含矿层是由铝土矿和粘土矿组成，含矿层处于下石盒子组及本溪组所构成的含矿岩系的之中，一般伴随煤层形态在相应层位产出，不同的层位，在红阳煤田内的发育程度也不同，而同一层位的铝土矿或粘土矿在矿物成份和化学成份上亦具有渐变的关系，其在厚度上呈互为消长的关系。从红阳煤田所赋存的铝粘土而言，粘土矿及铝土矿多因成矿环境因素而显示不同的成矿结果，同一层位的矿层在不同井田或为粘土矿、或为铝土矿，皆因成矿深度及沉积环境共同作用的结果。即使在同一矿层，一般粘土矿也作为从属的矿种出现，它一般赋存在铝土矿的顶部和底部，少数作为铝土矿的夹层出现。铝土矿矿体的形态、大小有三种基本形态，即层状－似层状、透镜状(扁豆状)、溶斗状。三者之间均有过渡类型，且可在同一矿区出现而互相连结。

5.2 矿石结构构造

矿石结构:按矿物的结晶特征划分为矿石多呈它形柱状晶粒结构，自形、半自形晶粒结构，泥晶或隐晶质结构等;按矿物颗粒形态划分为矿石多呈砾屑(碎屑)状、砂(粒)状、蜂窝状、豆鲕状和致密状结构。

矿石构造:矿石主要构造类型为块状、微层状、层状构造。

5.3 矿石类型

按结构构造特征划分为砾屑状、蜂窝状、砂状、豆鲕状、致密状铝粘土矿，以及它们之间的过渡类型。按矿物组成及化学成分特征，可分为低硫－低铁、低硫－高铁、高硫－低铁、高硫－高铁4种工业类型。其中低硫－低铁型矿石为主要类型。

5.4 品位特征

铝土矿、耐火粘土矿的矿石质量主要由 Al2O3、Fe2O3、SiO2的含量而定。

5.4.1 含矿层品位变化

B层品位组分的平均含量及变化见下表:

表1

从上表可知:B层在向斜平剖面中Al2O3、Fe2O3的含量两端低，中部高，SiO2则中部低，两端高，呈现中部是铝硅比高是铝土矿、两端为粘土矿。

G层依目前资料看，向斜东翼较西翼为好，具有工业意义铝土矿均分布于东翼，Al2O3含量变化不大;Fe2O3由北向南、从上而下有增高的趋势，Al2O3与Fe2O3为反比的关系。

5.4.2 矿体化学组分变化

铝土矿品位较稳定，各项组分含量平均值变化如下:

Al2O3含量 46.17% ～59.91%，平均 53.52%;Fe2O3含量7.40% ～23.47%，平均 14.83%;SiO2含量 9.90% ～20.03%，平均 16.11%;铝硅比值(A/S)2.64 ～ 5.67，平均3.32。属三～四级品的高铁矿石。

耐火粘土矿品位，各项组分含量平均值变化如下:

铝钛含量 40.16% ～64.69% ，平均 46.71%;Fe2O3含量1.34% ～2.95% ，平均 1.98%;

耐火度1 710℃ ～1 770℃，平均1760℃。矿石质量好，均属一级耐火粘土。

耐火度与铝钛含量成正比:铝钛含量高时耐火度亦高，而Fe2O3与耐火度成反比，铁高时降低耐火度。

5.4.3 有害杂质含量

表2

从表2可以看出，按耐火粘土有害杂质K2O+Na2O＜20%、CaO+MaO＜1.5%所规定的含量，均合乎要求。

5.5 成矿规律

(1)铝粘土矿床伴随煤层产状及奥陶系古风化侵蚀面而赋存于含煤岩系中。

(2)含矿岩系建造主要为稳定的铝粘土铁质建造。

(3)不同类型岩溶侵蚀面所形成的铝粘土矿床具有不同的地质特征。下伏岩溶侵蚀面的起伏程度，决定了岩溶负地形(洼地、洼斗)的发育程度，亦由此控制了含矿岩系的厚度变化及铝粘土矿体的规模和形态。

(4)铝土矿—粘土矿矿石类型的空间变化规律。铝土—粘土矿层实际上主要是由含量互相消长的几种矿物组成的，因组成比例的不同，从而可分为富铝矿、普通铝土矿、高铝粘土矿、硬质粘土矿等。在含矿层内，这些不同的矿石类型常分别成层，其界线有时较明显，有时则逐渐过渡。

(5)矿体的厚度、品位与含矿岩系厚度的关系。一般来说，矿体的厚度、品位与含矿岩系的厚度呈正相关关系，即含矿岩系的厚度大，矿石的品位亦较高，反之亦然。

(6)Al2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2是铝土矿中主要的化学组分，四项总和达±80%，统计分析表明，Al2O3与TiO2呈正相关;而 Al2O3与SiO2则为负相关。

6 找矿标志及找矿方向

本区铝土矿、耐火粘土矿层位主要由A至G共七层组成。已知具有远景储量的为B、G层，D层仅局部具有工业价值，大部为粘土质粉砂岩所代替。其中B、G层赋存的位置分述如下:

B层:赋存于下石盒子组统中部砂页岩段底部，距A层约百米，顶部为杂色—灰白色页岩互层，底部渐变为灰绿—灰白色厚层状中粒砂岩。

G层:赋存在中石炭系本溪统杂色页岩段的底部，为马家沟灰岩侵蚀面山西式铁矿之顶板。

7 煤下伴生铝粘土矿的勘查

根据铝粘土矿成因特点和矿床的赋存条件，以及多年铝粘土矿找矿经验表明，煤层深部隐伏铝粘土矿体是红阳煤田含煤岩系伴生矿带的一部分，其含矿层位亦即是该地区已查明的各型铝粘土矿床向深部的自然延伸，其深部是可以找到大型乃至特大型铝土矿床的。

8 煤下伴生铝粘土矿的勘查方法

进行深部铝土矿勘查工作应大量收集和利用区内已有的地质资料和煤矿有关资料及煤矿开采情况，现阶段红阳煤田进行深部找矿工作的同时，就应针对铝粘土矿层单独进行认真分析研究，收集含有铝粘土矿含矿岩系底板灰岩的掩埋深度、地层产状及断裂构造等地质信息，了解和掌握工作区的采空区位置及分布，配合煤田的深孔钻探资料，依托政策的支持，加大对区内铝粘土矿勘查的投入，推进铝粘土矿勘查的尽早日实施，实现煤铝相伴找矿的重大突破。

9 煤下伴生铝粘土矿勘查的意义

根据资料显示，红阳煤田经预测的铝粘土矿资源储量，按最低可采厚度0.8m保守估计，亦在15 390万 t左右，能延续现有生产矿井年限约在十数年。而从铝粘土矿的勘查—筹建矿山—矿山正式投产—达产的周期大约要经过8～10 a，因此，尽快提交新的、大型的铝土矿资源基地的勘查工作迫在眉睫。

综上所述，开展辽宁省中部煤矿区深部隐伏铝粘土矿体的找矿工作是我国矿产资源勘查的客观要求，是缓解当前资源瓶颈约束、保障经济社会持续发展的重要举措。同时，开展此项工作，有利于促进全国矿业经济持续健康的发展、提高矿业竞争力，对于地方经济的建设及社会和谐稳定都具有重要的意义。

［1］方启学，黄国志，葛长礼，等.我国铝土矿资源特征及其面临的问题与对策.轻金属，2000(10):9－11.

［2］红阳煤田铝土矿、耐火粘土矿地质勘探报告.辽宁省冶金地质勘探公司106队，1973－3.

［3］徐兴，陈立良.山东国有重点煤矿煤系共伴生矿产资源.山东科技出版社，1994－12.

［4］铝土矿、冶镁菱镁矿地质勘查规范.中华人民共和国地质矿产行业标准.DZ/T0202－2002.

［5］高岭土、膨润土、耐火粘土矿产地质勘查规范.中华人民共和国地质矿产行业标准.DZ/T0206－2002.