山西铝土矿矿床成因及古地理环境分析

李凤浩，霍彦萌

（1.河北省地矿局地质勘查技术中心，河北 石家庄 050000；2河北省地矿局第九地质大队，河北 邢台 054000）

1 山西铝土矿矿体特征分析

从北到南，从西到东一共将山西铝土矿集中区分成Ⅰ区到Ⅶ七个区域，其中Ⅰ区铝土矿集中区是保德—兴县，Ⅱ区是原平—宁武区，Ⅲ区是阳泉集中区，Ⅳ区是临县—交口区，Ⅴ区是沁源集中区，Ⅵ区是武乡集中区，Ⅶ区是平陆集中区[1]。

分析山西铝土矿的特征，首先铝土矿资源分布较广但是又很集中，主要分布在上述七个区域，其以中小型规模的矿床为主。

1.1 矿石结构、构造和矿石质量

Ⅰ区黄辉头矿区的各类矿石中，一水硬铝石、高岭石是主要矿物，褐铁矿、赤铁矿是次要矿物，电气石、绿泥石、方解石是微量矿物，金红石是主要的重矿物。矿石结构可分成半粗糙状、粗糙状、碎屑状、致密状和鲕状，其中以致密状和半粗糙状矿石结构为主[2]。

Ⅱ区西红河区的铝土矿最鲜明的特征是颜色差异巨大，有白土矿、白灰土矿，还有绿矿和红矿，但以白土矿为主，质量较好，绿矿和红矿较少。该区域的矿石矿物成分多达20多种，主要矿物成分是氢氧化物，其次是黏土矿物和铁矿物。

Ⅲ区白土坡矿区的矿石矿物成分主要为一水硬铝石，其次是高岭石，按照结构来分，该区域矿石结构中碎屑状的矿石含量最多。

Ⅳ区西宋庄区域的铝土矿矿石矿物成分较多，其中依然以一水硬铝石和高岭石为主，碎屑状结构的矿石也是该区域的主要矿石结构。Ⅴ区阳坡矿区的主要成分为铝的氢氧化物，其次是黏土矿和铁矿物，该区域的矿石结构主要以碎屑状为主。

Ⅵ区天洼矿区的主要矿物是黏土矿物和一水硬铝石，矿石结构中碎屑状结构含量最多。

Ⅶ区下坪矿区的铝土矿矿石主要结构为鲕状和豆鲕状，矿石化学成分中氧化铝含量最高，铝硅的含量次之。

1.2 纵向沉积相变化特征

铝土矿在形成时垂向共生有山西式矿产和黏土矿，从西红河矿区的矿层图分析来看，纵向沉积共生矿产中先沉积下部的山西式矿产资源，然后再向上变成铁质黏土矿和铝土矿，再向上形成硬质黏土矿。

从化学成分来看，氧化铝和氧化硅的成分最多，而在矿层的底部氧化铝的含量变低，氧化硅的含量则随着氧化铝的变化呈反向变化，即越往上氧化硅的含量越少，而越往下反而越多。氧化铁在下部含量最高而形成了山西式铁矿和铁质黏土矿。

从矿石类型变化来看，矿层的中部主要以一水硬铝石为主，且是粗糙装的铝土矿较多，上下部分则是致密状的铝土矿和碎屑状铝土矿。

1.3 伴生矿产结构分析

山西省主要七个集中铝土矿区域中，铝土矿共生矿产主要有耐火黏土矿、山西式矿产资源，另外矿石中的伴生有稀有元素和稀土元素。

图1 山西省铝土矿集中区及其构造区带图

2 山西铝土矿矿床成因分析

2.1 物质来源和成矿分析

山西地块在早石炭世晚期可以分成若干个古大陆、古岛，这些古大陆和古岛基地的铝硅酸类、碳酸盐类等物质在温暖潮湿的环境下在上亿年的风化、剥蚀以后形成了红土风化壳物质，成为山西铝土矿成矿的主要物质来源。在早石炭世晚期，山西省从南至北、从东到西的地势都很高，剥蚀度也高，受到海泛的影响，风化壳中含有的铝硅铁等物质在海水冲刷下形成了胶体或悬浮物质而被带到了低洼处，在机械作用和水酸碱值不断变化的条件下产生分异沉积现象，铁质和铝质一起被冲刷到湖盆中，铁质和碳酸盐发生化学反应而率先沉积下来形成了山西式铁矿，而铝质和黏土质因为粒度和比重较小所以沉积的速度较慢，在沉积中又被酸性水冲刷发生了矿物性质变化，在铝质进入海盆时硅元素大于铝元素，沉淀除了黏土岩和铝土页岩。

2.2 伴生稀有、稀土元素

铝土矿中的伴生稀有和稀土元素都是碱性物质，这些物质在持续的风化作用下，其形成的氢氧化物在到底一定值的酸碱度以后开始沉淀。在地表水作用下，限制了伴生稀有和稀土元素的迁移，遇到黏土矿物便被吸附富集，从而在古陆固定区域富集沉积下来。

2.3 微量矿物

铝土矿矿石中的微量矿物主要包括锆石、金红石和电气石等碎屑矿物，对这些矿物的外形特征进行分析可知，微量矿物物质来源主要是基地的碳酸盐岩类。

总的来说，因为铝质惰性较大、活动性小，所以铝土矿矿床成因应该和母岩较近，是滨海湖泊相沉积型矿床。

3 山西铝土矿古地理环境特征分析

3.1 古水流方向

受到海泛作用的影响，山西省北部地势较高、东部地势比西部地势高，由此可以推断出古海水是从东北方向侵入，向西南方向并流的，在铝土矿中存在碎屑结构，这又说明了铝土矿在形成期间的海水流动量较大、速度较快。在西南部区域出现了鲕状铝土矿说明当时古环境变化十分频繁。在北部矿区的铝土矿致密状结构的矿石较多，说明该区域位于湖泊的中部，水流稳定、水流量不大。

3.2 古地形

山西省的铝土矿大部分呈层状、似层状，还有一部分是港湾状，大部分铝土矿是持续沉积沉淀下来的，在基地低洼地带，所以铝土矿较厚。也有一部分没有持续沉积，导致矿体整体较薄，局部地段受到地形的影响出现了沉积间断，主要是因为在沉积时受到了基底灰岩侵蚀面不平坦地势的影响。

3.3 古环境和古气候

在海侵时，受到矿物活动性的影响，大量含有铝硅元素、铁元素的物质被冲刷到了母岩附近的湖泊并沉积下来。分析矿石化学成分可知，粗糙状的矿石要比碎屑状和鲕状的矿石品位较高，说明形成粗糙状的矿石是在临湖泊区域，其该区域的湖泊开阔，水势相对平稳，水的酸度较大利于脱硅，从而形成了高品位的铝土矿。

4 矿产找矿发展方向

对山西省的矿体特征、矿床成因和古地理环境进行了解以后，考虑到铝土矿硬度较大、形成条件严苛，所以找矿时应该主要集中在石炭系本溪组下段地层，在发现石炭系本溪组下段地层较薄，构造比较低洼时可能存在厚度较大的矿体。

5 结语

综上所述，本文对山西省铝土矿矿产资源的特点和矿体的特征、矿床形成的原因和古地理环境进行了分析探讨。山西作为全国矿产资源最集中的地区，其集中矿产区域的矿体形成主要和古地理环境水流方向、古地形和气候环境以及古地质构造变化有关，分析清楚铝土矿形成原因、分布特点以后，才能采用针对性的找矿技术寻找到具有价值的能为社会发展提供服务的矿产资源。