河南新一轮铝土矿勘查问题研究
朱东晖 张录星 司百堂
(河南省有色金属地质矿产局)
河南是我国铝土矿的主要产地之一，其含矿岩系分布范围在三门峡—郑州—平顶山市构成不规则三角形地带，分布总面积约15000km2。铝土矿分布区交通条件良好，有纵贯东西的陇海铁路和G310国道、连霍高速公路，有南北向的京广铁路和G107、G207、京珠高速公路等，城乡公路亦连通成网，矿区与乡村也有砂石路相连。河南省具有发展铝工业的资源、能源和产业优势。目前河南省铝土矿、氧化铝、电解铝产量稳居全国第一，已成为我国重要的铝工业基地。中铝股份的河南分公司、中州分公司、东方希望(三门峡)铝业公司、杭州锦江集团开曼公司、义翔铝业、香江万基、中美铝业、平顶山惠源等大型氧化铝企业已形成年产800万t氧化铝的产能，年消耗铝土矿石约2200万t，氧化铝企业对铝土矿资源需求强劲。然而，铝工业的高速发展，需要基础资源(即铝土矿)的充分保障。就我省目前已探明铝土矿资源储量来看，铝工业持续发展面临着铝土矿资源保障程度不足的严峻挑战，产能、年供应量与年消费量严重失调;铝土矿资源保障能力不足，已成为制约铝工业持续发展的瓶颈。
良好的开发条件，巨大的资源潜力，严重的资源瓶颈制约，使得新一轮铝土矿勘查时间紧、任务重，压力大。需要从找矿勘查的角度进行重大问题研究———总结认识铝土矿成矿规律、选准重点区域、明确政策与技术问题、尽快取得突破性进展。
一、五十余年铝土矿勘查、科研工作回顾
新中国成立以来50余年的铝土矿勘查研究工作，探明了一批重要的铝土矿资源地，形成了一些成矿规律性方面的重要认识。
截至2006年底，河南省***查明铝土矿床74处，保有总资源储量5.7223亿t，其中保有基础储量2.0077亿t。基础储量和资源量分别占保有总资源储量的35.09%、64.91%。考虑到尚未统计的民采消耗储量，可供工业设计开采的基础储量更少，大量推断的资源量需要勘探升级，支撑河南铝工业发展的铝土矿资源保障程度严重不足。
根据古成矿环境和中生代以来构造变动所造成的铝土矿矿床分布特点，省内铝土矿划分成7个Ⅳ级成矿区，即:陕县-渑池-新安铝(粘)土矿成矿区、偃师-巩义-荥阳铝(粘)土矿成矿区、登封-新密铝(粘)土矿成矿区、禹州-郏县铝(粘)土矿成矿区、汝阳-汝州-宝丰铝(粘)土矿成矿区、宜阳-伊川铝(粘)土矿成矿区、焦作粘(铝)土矿成矿区。其中以陕县-渑池-新安铝(粘)土矿成矿区探明的大、中型铝土矿床最多。
铝(粘)土矿产出于寒武系、奥陶系碳酸盐岩古风化剥蚀壳上的石炭系本溪组。属碳酸盐岩古风化壳沉积型铝(粘)土矿，矿体受古风化剥蚀壳地形的严格控制。赋存于石炭系本溪组(C2b)中的铝土矿，与其上赋存于二叠系下统山西组(P1s)中的区内主要开采煤层(二1煤层)，两者垂向相距30～80m。当铝土矿埋深超过150m时，上部一般都有可供开采的煤层或不可采的劣质煤线层。
本区铝土矿含矿岩系，自下而上分为3个岩性段:下段(C2b1):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0～20.85m，一般为1.50～5.00m。本段的局部缺失，可导致铝土矿层直接与寒武、奥陶系灰岩接触;中段(C2b2):由铝土矿、高铝粘土矿、硬质粘土矿、铝质岩组成。岩矿石呈灰、深灰、黄褐及红赭等色，微粒、豆鲕状、豆状、碎屑状及凝聚状等结构，块状、多孔状构造。一般厚度0.50～6.00m，最大厚度75m(济源下冶)。上段(C2b3):硬质粘土矿、粘土质页岩。灰、灰白、黄褐色，底部有时夹碳质页岩或煤线。本层厚度0～20m，一般0.50～3.00m，是铝土矿层的不稳固顶板。三者之间的界线并不明显或有某段的缺失。
一般而言，矿区地层呈单斜产出，倾角平缓(5°～20°)，矿体产状与地层一致。从空间上看，大型铝土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，无规则地嵌布着厚度大于平均厚度数米的溶斗状矿体的复合形态。矿体顶板较为平整，矿体底板凹凸不平。平面上，由于铝土矿与粘土矿(岩)的相变、后期剥蚀作用，铝土矿体常呈不规则状，有无矿天窗、无矿港湾出现，有时矿体的边界形态复杂;在横剖面上呈似层状、透镜(洼斗)状，以及两者的复合形态，时有粘土矿(岩)夹层存在。其中透镜状矿体常处于底盘碳酸盐岩的古溶斗中，因其厚度大，矿石质量也好。一般大、中型铝土矿床，矿体厚度变化曲线呈单峰，厚度频率变动域较宽，厚度变化系数在80%～100%之间。
矿石的主要矿物成分为一水硬铝石(含量50%～90%)，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。矿石的次要矿物成分有高岭石(含量少于20%)、水云母(含量少于10%)。矿石的主要化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S、Loss等，含量相对稳定。从矿区平均看，Al2O3含量60%～72%、变化系数10%左右，SiO2含量5%～15%、变化系数50%左右，Fe2O3含量1.5%～10%、变化系数50%～120%，TiO2含量2%～3%、变化系数10%～20%，S含量0.5%～1.5%、变化系数60%～150%，Loss大体在12%～15%。矿区平均A/S为4～9。
2007年完成的曹窑煤矿区深部铝土矿详查(煤下铝勘查)，勘查区面积14.655km2。最大勘查深度约670m，探求(333)以上类别资源量6123万t(估算面积约6.50km2)。由于深部一批大间距(1600m)钻孔连续见矿，区内尚有(334)类预测资源量6100万t，整个矿区资源储量超过1亿t，达到超大型规模。全区矿体厚度平均4.98m，Al2O3含量平均62.78%，S含量平均1.03%，平均A/S4.8。值得重视的是，该矿区与浅部贯沟、转沟、范凹、贾家凹铝土矿勘查区(在该区北邻)相比，随深度增加，在A/S整体降低的情况下，仍有约1/3样品A/S>7;S含量显著增加(浅部S含量0.113%～0.153%)。曹窑煤矿区深部铝土矿勘查是河南省铝土矿找矿的重大突破，对整个华北地台区深部铝土矿找矿具有重要的示范意义。
二、新一轮铝土矿勘查宜优先部署的重点区域
系统总结五十余年铝土矿找矿勘查与科研工作成果经验，新一轮铝土矿找矿勘查工作宜部署在我省铝土矿成矿三角形区域内的“两隆两坳”周边地区。资源量升级为主的勘探工作主要在现有铝土矿“两证”范围内进行，预计可新增(333)类铝土矿资源量1～1.5亿t;找矿为主的勘查工作主要在煤矿“两证”范围内、铝土矿埋深700m以浅区域展开，预计可新增(333)类铝土矿资源量4～4.5亿t。
(一)代嵋寨隆起周边
该区包括陕县、渑池县、新安县、济源县4个县市。代嵋寨隆起是华北地台中石炭世时期的台隆区，其周边碳酸盐岩地层经受了长期的海浸和红土化作用，本区古喀斯特地形成熟度中等，局部铝土矿含矿岩系中硬质粘土、铝土矿、铁质粘土在垂向上的韵律性变化，局部铝土矿层中夹有的煤线，预示着古气候与海浸、海退的变化。适宜的成矿地质环境，沉积形成了巨大的铝土矿矿床。上石炭统本溪组铝(粘)土矿含矿岩系，在本区绵延长达百余千米。中生代以来的差异性构造运动，形成了大量的构造断块。以扣门山和龙潭沟断层为界，可以将其分为3个次一级矿带:七里沟-焦地铝(粘)土矿带(西矿带)、杜家沟-郁山铝(粘)土矿带(中矿带)和张窑院-下冶铝(粘)土矿带(东矿带)。
该区是我省重要的铝土矿成矿区带，已经取得了一系列的勘查成果，也是新一轮铝土矿找矿的重点部署区域。宜在下述8个重点区段部署中深部铝土矿找矿工作，通过工作，有望新增铝土矿资源储量3.3亿t:
(1)渑池县芦花岭—白浪—闯山中部找矿区。西矿带偏北，面积10km2，埋深150～400m，预获资源量4000万t，A/S中等偏高。该区紧邻黄河，北东向正断层发育，开采技术条件中的水文地质条件是未来勘查中需充分注意的问题。
(2)陕县赵庄—王古洞—樊家山中深部找矿区。西矿带偏南，面积10km2，埋深300～700m，预获资源量2000万t。该区段铝(粘)土矿相变较频繁，铝土矿体形态预计较为复杂，A/S中等。
(3)陕县支建—菜凹中深部找矿区。西矿带偏东，面积30km2，埋深300～700m，预获资源量6000万t。该区段在支建煤矿区下部，可望找到品位较高、规模较大的铝土矿体。
上述3个区段位于扣门山断层以西。一系列走向北东，倾向北西的高角度正断层构成了各勘查区段的深部边界。
(4)渑池县曹窑—贾家凹—礼庄寨中深部找矿区。位于中矿带中段偏西，面积15km2，埋深200～700m，预获资源量5000万t。该区段西部可能有较大的东西向断层，造成南部盘下落，勘查深度增加;东部地层产状较陡，限制了埋深700m以浅勘查区范围。
(5)渑池县坻坞—段村—雷沟—洪阳中深部找矿区。位于中矿带中部，面积10km2，埋深400～700m，预获资源量3500万t。该区段同成矿期褶皱构造可能加剧铝(粘)土矿相变作用，造成铝土矿体形态更为复杂。
(6)新安县铁门—郁山中深部找矿区。位于中矿带东部，面积30km2，埋深200～700m，预获资源量5000万t。需注意的是，北西向龙潭沟断层可能构成本区段北部边界，断层两侧含矿岩系产状截然不同。
上述3个区段夹于扣门山断层、龙潭沟断层之间，是渑池-新安向斜盆地北翼，区内近东西向断层的存在，可能造成含矿岩系向南呈阶梯状跌落，进而限制了有效勘查区范围。
(7)新安县沟头—贾沟—石寺中深部找矿区。位于东矿带南部，面积30km2，埋深350～700m，预获资源量6000万t。该区段南部地层产状倾向北东，倾角较大，北部靠近小浪底水库。中部勘查区段铁、硫含量可能较高。
(8)济源下冶中深部找矿区。位于东矿带北部，面积20km2，埋深200～700m，预获资源量1500万t。该区段古喀斯特地形成熟度低，含矿岩系总体走向近南北，以铝粘土岩为主，其铝土矿体多呈孤岛状，单个矿体规模小，厚度变化大，勘查难度高。
(二)嵩山隆起周边
该区包括包括偃师县、巩义市、荥阳市、新密市、登封市、伊川县、宜阳县。嵩山隆起是华北地台中石炭世时期的台隆区，其周边碳酸盐岩地层经受了长期的海浸和红土化作用，本区古喀斯特地形成熟度较高，包括以往划分的偃师—巩义—荥阳铝(粘)土矿成矿区、登封—新密铝(粘)土矿成矿区、宜阳—伊川铝(粘)土矿成矿区。中生代以来的差异性构造运动，不仅把含矿岩系切割成大小不等的构造块体，也造成不同的埋藏深度及与隆起不同甚至相反的倾斜方向。
该区是我省最早开展找矿勘查的铝土矿成矿区带，区内矿点、矿床众多，地质勘查取得了一系列成果。本区断层发育，单个铝土矿体规模中等或偏小。含矿岩系中铝土矿、粘土矿、粘土岩相变频繁，矿体内部结构相对复杂。铝土矿石品位中等，平均A/S为4～6。新一轮铝土矿找矿宜首先在下述两个重点区段部署中深部找矿工作，通过工作，有望新增铝土矿资源储量3000万t。
偃师县偏桥—焦村中深部找矿区:地处嵩山北坡，偃-巩成矿带西段。面积15km2，埋深250～700m，预获资源量1500万t。本区北东、北西向断层较多，岩溶地下水发育，是未来勘查开发时需认真研究的问题。
偃师县孙坡—夹沟—参店中深部找矿区:地处嵩山北坡，偃-巩成矿带中段。面积10km2，埋深250～700m，预获资源量1500万t。本区近东西向断层限制了铝土矿倾向方向勘查范围。北西向断层可能沟通岩溶地下水水力联系，是未来勘查开发时需认真研究的问题。
(三)禹州断(坳)陷盆地周边
该区包括禹州市、登封市的一部分。禹州断(坳)陷盆地是中新生代以来的断裂坳陷区，与周边的铝土矿含矿岩系仅是地理上的依存关系，没有成因方面的联系，也不同于聚煤盆地周边的铝土矿含矿岩系。该区属禹州—郏县铝(粘)土矿成矿区，统一以禹州断(坳)陷盆地周边铝土矿区进行勘查部署，意在强调本区断裂构造的存在特点与影响作用。
禹州市滴水潭—方山—磨街中深部找矿区:面积15km2，埋深300～700m，预获资源量1500万t。该区段古喀斯特地形成熟度偏低，铝土矿体常呈孤立的大小不等的透镜体存在，矿石品位中等偏富。
禹州市神后—鸿畅中深部找矿区:面积20km2，埋深250～700m，预获资源量2000万t。该区段古喀斯特地形成熟度偏高，铝(粘)土矿、铝粘土岩相变较强，铝土矿体形态复杂。
(四)汝州-宝丰断(坳)陷区周边
该区包括汝州市、郏县、宝丰县、鲁山县、平顶山石龙区。属汝阳-汝州-宝丰铝(粘)土矿成矿区。汝州-宝丰断(坳)陷区是新生代以来的断裂坳陷区，与周边的铝土矿含矿岩系仅是地理上的依存关系，不存在成因方面的联系。与坳陷长轴方向一致的北西—南东向断裂，由两侧向坳陷中部跌落，加大了铝土矿含矿岩系的埋藏深度。
宝丰韩庄—张扒桥中深部找矿区:面积30km2，埋深150～450m，预获资源量4500万t。该区段总体上呈一轴向北西—南东的向形构造，中部含矿岩系最大埋深约450m，向两翼逐步变浅。未来勘查中需要注意的是北部白垩系玄武岩侵蚀边界的位置，南部北西—南东向叠瓦状断裂。本区铝土矿层厚度相对稳定，矿石品位中等，A/S为4～5。
随着新一轮铝土矿找矿勘查工作的进展，发现新情况，研究新问题，在“两隆两凹”周边地区进一步部署铝土矿中深部找矿的有利区段，将收获更多的勘查成果。
三、新一轮铝土矿勘查应着力解决的问题
新一轮铝土矿勘查的重点是煤矿“两证”范围内、铝土矿含矿岩系埋深700m以浅的区段。无论从政策层面、技术层面、勘查方法手段诸方面，都存在一些亟待研究、破解的重大问题。
政策层面上:《中华人民***和国矿产资源法》明确“探矿权、采矿权”权属的唯一与排他性，因而在煤矿“两证”范围内开展铝土矿找矿勘查工作存在法律上的障碍。
事实上，新一轮铝土矿勘查的重点主要是煤矿“两证”的“采矿权”范围内，而煤矿“采矿权”范围内又分“煤矿采空区”、“煤矿开采区”、“煤矿备采区”3种类型。在“煤矿采空区”勘查铝土矿对采煤没有影响，在“煤矿备采区”勘查铝土矿可以大大提高对煤层的控制程度，利用“煤矿开采区”的地下采掘工程勘查铝土矿可以大大节省勘查费用。煤矿“采矿权”范围也不包括下部铝土矿的含矿层位，因而“煤下铝”勘查在政策层面上的主要问题是煤矿企业的积极性和政府主导下各方利益的协调。
在煤的“探矿权”范围，由于铝土矿的勘查网度远远密于煤的勘查网度(铝土矿普查程度即相当于煤的详查或勘探程度)，因而煤的勘查可以相对准确定位铝土矿的勘查深度，铝土矿的勘查又可大大提高煤的勘查控制程度，是一举多得的好事。在政府主管部门的主导下，完全可以做出“利国、利企”的制度创新。
技术层面上:目前国内铝土矿勘查基本按规范确定的原则及程序进行，矿床规模评价周期较长;对铝土矿成矿规律研究局限于宏观或微观特征，少有从勘查的角度进行分析评价。因而，从勘查的角度，系统分析、研究、总结铝土矿形成的条件、产出特征，与古喀斯特地貌成熟度、古构造及同生构造的关系，可以建立一套完善的铝土矿矿床规模快速评价技术指标体系。
技术指标体系的主要内容是:一项基础，5个部分，3种手段。
一项基础:以对成矿背景的调查研究为基础。
5个部分:①含矿岩系:自然露头(或浅部勘查区)的厚度、变化、连续性;垂向组合特征;矿体的权重。②矿体特征:矿体规模、内部结构;面含矿率、大厚度率;矿体特征模型。③矿石特征:矿物成分，化学成分，变化及相互关系;结构、构造，变化及相互关系。④控矿构造:古构造、古喀斯特地貌成熟度及相互关系;同生构造及与矿体特征、矿石结构构造的关系。⑤开采技术条件:主要水文及工程地质问题。
3种手段:以地质调查、物探测量、合理有效钻探为主要手段，明确各手段工作方法内容，强调手段的有效组合。
新一轮铝土矿找矿勘查的关键技术是:①铝土矿基底与盖层小型构造的差异性分析技术;②铝土矿成矿期的同生构造分析技术;③古喀斯特地貌成熟度分析技术;④物性差异区分、物探方法组合、目标物确定技术;⑤煤矿采空区钻探技术;⑥不同条件下的勘查手段组合。
在研究方法上，强调从勘查的角度、以中观的尺度看问题;突出室内资料的综合研究与野外地质测量相结合;地质与物探相结合;发挥计算机技术在铝土矿成矿规律研究、矿体特征参数提取与矿床勘查模拟中的作用。
新一轮铝土矿勘查找矿深度大，成本费用高，由于铝土矿床自身的地质特点，大范围的系统控制难以实现。这就要求在地质分析技术、物探测量技术、勘查手段方法组合上取得突破。抓住重点，把握关键，缩小靶区，提高效果。