国家电投集团铝电投资有限公司宁夏银川750000
摘要：国家电投集团山西铝业吕梁矿区铝土矿属泻湖相沉积型铝土矿矿床，矿体平面形态呈不规则状，厚度较稳定，矿石自然类型为碎屑状、半粗糙状和致密状结构，矿石工业类型属低硫中铁型铝土矿，矿石工业品级整体上属于Ⅴ级品。
关键词：铝土矿；矿床地质；
铝土矿的非金属用途主要是作耐火材料、研磨材料、化学制品及高铝水泥的原料。铝及铝合金具有密度低、延性好、耐腐蚀、导电性好等特点,广泛用于汽车工业、船舶、火箭、航天飞机、电容器制造业、电线电缆工业、医疗器械、建筑、涂料等领域。是仅次于钢材的第二大金属材料，铝土矿是生产金属铝的最佳原料，也是最主要的应用领域，其用量占世界铝土矿总产量的90%以上。全球铝土矿资源丰富且分布在50多个国家，几内亚、澳大利亚的铝土矿资源占比为全球一半左右，我国铝土矿资源较为匮乏，仅占2.96%，需求方面，目前中国是世界最大的铝生产国和消费国，铝产量占世界总产量的比例超过40%，而且仍处于高速增长中。
一、矿区概况
国家电投集团山西铝业吕梁矿区铝土矿属泻湖相沉积型铝土矿矿床，矿体平面形态呈不规则状，厚度较稳定，矿石自然类型为碎屑状、半粗糙状和致密状结构。据矿区铝土矿化学分析单样统计：Fe2O3含量变化在0.77～36.22%，平均13.13%。根据《铝土矿、冶镁菱镁矿地质勘查规范》（DZ/T0202-2002）附录B1：铝土矿品级标准（GB3497-83），本矿区铝土矿石属中铁型。据组合分析，矿石中S含量0.005～0.108%，平均0.041%，故本矿区铝土矿石属低硫型矿石。总之，整个矿床矿石工业类型属低硫中铁型铝土矿。全区加权平均统计结果，Al2O3：59.52%，A/S值6.95，矿石工业品级整体上属于Ⅴ级品。开采技术条件适合于露采或地下开采。
二、铝土矿赋存情况
铝土矿赋存于石炭系中统本溪组一段中下部，奥陶系中统峰峰组顶部侵蚀面之上，赋存标高为990～1330m，下界距奥陶系灰岩侵蚀面0.00～6.46m，平均2.17m。本溪组一段为一套由山西式铁矿、铁质粘土岩、铝土矿、硬质耐火粘土矿及粘土岩等组成的铁铝质建造，赋存多种矿产。含矿层厚度及岩石组合在不同地段基本一致，无明显分异现象，但剖面上具较明显的颜色分带现象，即下部为褐红色、杂色，中上部为灰色。在含矿岩系中构成矿层顶板的多为粘土岩和硬质耐火粘土矿，构成矿层底板的多为铁质粘土岩、粘土岩和山西式铁矿，个别为奥陶系泥灰岩、白云质灰岩。铝土矿矿体赋存于奥陶系中统侵蚀面之上，本溪组一段中上部地层中，其底板为铁质粘土岩、山西式铁矿，顶板为硬质耐火粘土矿、粘土岩或中砂岩。矿体与顶、底板之间为连续沉积关系。矿体形态受奥陶系古侵蚀面的控制，呈层状、似层状赋存于含矿层中，由于受地形切割，矿体露头多沿灰岩顶部（呈陡坎状）绕沟谷呈带状分布，呈形态各异的不规则“港湾”状。区内只有一个铝土矿矿体，平面形态不规则，矿体边界呈港湾状。矿体厚度0.50～4.00m，平均2.38m，矿体厚度较大。矿体剖面上呈层状或似层状产出，矿体倾向为161°～172°，倾角9°～14°。
三、矿体结构特征
1.矿体自然类型。矿区矿石自然类型根据结构可分为碎屑状、致密状、半粗糙状、粗糙状四种类型，其中以碎屑状、致密状为主，详见表。
铝土矿自然类型特征表
2.矿体顶底板。矿体直接顶板主要为粘土岩、硬质耐火粘土矿、铁质粘土岩、山西式铁矿、泥岩，其中粘土岩占61.11%，硬质耐火粘土矿占20.83%，铁质粘土岩占12.50%，山西式铁矿占3.47%，泥岩占2.08%。据上述各岩类平均品位可以得知顶板岩性相当于粘土岩。直接底板主要为铁质粘土岩、山西式铁矿、泥质灰岩、白云质灰岩，其中铁质粘土岩占82.11%，山西式铁矿占17.89%，泥岩、泥质灰岩、白云质灰岩各占1.05%。据上述各岩类平均品位可以得知底板岩性相当于铁质粘土岩。夹石主要为铁质粘土岩、粘土岩、山西式铁矿，其中铁质粘土岩占35.00%，山西式铁矿占35.00%，粘土岩占30.00%。据上述各岩类平均品位可以得知夹石岩性相当于铁质粘土岩。
四、矿床成因
本区铝土矿的成矿物质主要来源于基底碳酸盐岩古风化壳。加里东运动使整个华北地区抬升，经受长期风化剥蚀形成准平原化地形，奥陶系碳酸盐岩经受长期的风化作用形成钙红土型风化壳。到了本溪期，地壳开始缓慢下降，发生海侵，此时风化壳大多遭受到破坏，仅少数地段（地形较平缓、低凹的地带）有部分风化壳残留形成风化壳型铝土矿。随着海侵逐渐向前推进，古风化壳逐渐遭到破坏，位于海侵边部的古风化壳以铁质为主的上部物质首先被地表水及潮水呈机械状态（或部分被溶解）近距离搬运到近海盆地中接受沉积，形成了山西式铁矿或铁质粘土岩（位于C2b1下部），表现出岩石物质成分不均匀、呈团块状、无层理、厚度变化大的特点。然后是风化壳内以铝质为主的物质被碎解、搬运、再沉积，形成铝土矿。最后是风化壳中较软的硅质碎解、搬运、再沉积，形成粘土岩及硬质耐火粘土矿，从而形成了由下到上的Fe—Al—Si垂直层序。由于铝土矿沉积成矿以物理粒度沉积为主，矿体的厚度、矿石品位受微地貌制约性较大，所以铝土矿的矿体厚度和矿石品位变化规律为：在古地貌低洼处，细粒、微粒物质较多，这样的沉积物不易被动荡的水和水底迴流带走，水体也相对平静，因此形成的铝土矿一般较厚，品位较高；在古地形高凸、陡坡处，沉积物中细粒和微粒的部分易被动荡的水和水底迴流带走，水体动荡强，因此形成的铝土矿一般厚度薄，矿石以中低品位矿石为主。综观全区，由于奥陶系地层侵蚀程度不均匀，使得含矿层沉积厚度不均匀，往往在负地形的地方相对较厚，而在相对凸起的地方则较薄。
五、矿床开采技术条件
1.矿区水文地质条件。矿区地处吕梁山系西北部边缘，为低中山地形，地貌切割较剧烈，地形较陡，冲沟发育，水系属于黄河流域岚漪河水系，矿区内河谷常年干涸无水，只有在夏季洪水期，山洪暴发泄入岚漪河，流入黄河。矿区内地形总体东高西低，海拔最高标高在矿区东南部山顶，为1448m，最低标高位于矿区最北部河谷中，为1062m，最大高差386m，一般为100～200m。
区内水系基本上均属大小不一的基岩和黄土冲沟，旱季无水，雨季冲沟中多有洪流。矿区最高洪水位一般高出沟底河床2～5m。矿区内铝土矿层是以其上砂岩、灰岩为主要间接充水含水层的裂隙充水矿床。区内未发现断层，构造条件简单。本区奥灰水水位标高在851m左右，铝土矿赋存标高为990～1330m，矿体位于奥灰水水位标高之上至少139m，且矿体位于侵蚀基准面以上，根据详查工作中ZK7-0水文地质孔抽水试验数据，钻孔太原组及本溪组地层单位涌水量0.1715L/s•m，富水性中等，附近无地表水体，地形有利于自然排水，因而矿区水文地质类型为二类一型（简单型）。
2.工程地质条件。矿区内地表出露地层主要为第四系上更新统黄土、全新统砂卵石层、新近系上新统红土。石炭系太原组为一套海陆交互相沉积的含煤建造，岩性由泥岩、石灰岩、泥质砂岩、砂岩、粘土岩及煤层组成，与下伏地层本溪组整合接触。本溪组为一套由砂岩、石灰岩、粘土岩、硬质耐火粘土矿、铝土矿及铁质粘土岩组成的铁铝岩组合，其底部的铝土矿为本次普查的主要对象。本区软弱岩层主要是粘土岩、硬质耐火粘土矿，半坚硬岩层主要是泥岩、砂质泥岩、砂质粘土岩、铁质粘土岩，坚硬岩层主要是砂岩、石灰岩、铝土矿。太原组岩层RQD平均值：砂岩为58.64%，粘土岩为37.62%，泥岩为41.37%，砂质泥岩为46.18%，13号煤为37.15%，石灰岩为69.52%。本溪组岩层RQD平均值：砂质泥岩为48.26%，泥岩为42.63%，砂岩50.04%，石灰岩为48.72%，铝土矿为57.30%，粘土岩为25.49%，硬质耐火粘土矿为47.68%，铁质粘土岩为51.14%。以岩石质量等级分析，坚硬岩石以砂岩为主，RQD值平均57.46%，岩石质量一般为中等的，岩体中等完整，个别岩石质量为劣的，岩体完整性差；半坚硬岩层，以泥岩为主，RQD值平均42.83%，岩石质量为劣的，岩体完整性差。软弱岩层RQD值多小于35%，少量在35～75%之间，岩石质量多为极劣的少数为劣的，岩体破碎或完整性差。基岩强风化带厚0～8.52m，平均厚3.51m，弱风化带厚0～23.40m，平均厚14.47m。综上，矿体围岩为软弱—半坚硬岩层，岩组结构较复杂，有局部软弱夹层分布，矿体开采时产生局部变形破坏，因此工程地质复杂程度为中等。
3.环境地质条件。据GB18306-2015《中国地震动参数区划图》，本区地震动峰值加速度值为0.05g，地震基本烈度值为Ⅵ，矿区的稳定性属较好型。矿区位于鄂尔多斯断块兴县～石楼南北向褶带低中山地区，区内大部松散层较厚，地势陡峻，地形切割较深，风化剥蚀强烈，水土流失严重，受采矿影响，滑坡、塌陷等地质灾害现象较为普遍。采矿可产生局部地表变形，但对地质环境破坏不大；区内无重大的污染源，无热害，地表水、地下水水质较好，矿坑排水对附近水体有一定污染；矿石和废石化学成分基本稳定，无其他环境地质隐患，环境地质条件属中等型。
总之，矿区在建设和生产过程中，需进一步查明铝土矿及其共伴生矿产的矿体形态、厚度、品位、资源量等情况，加强矿区水、工、环地质条件的研究，选择适合的采矿方法，最大程度地充分回收、利用国内比较有限的铝土矿资源。
参考文献：
[1]廖士范;论铝土矿床成因及矿床类型[J];华北地质矿产杂志;1994年02期；
[2]张林;张录星;曹窑煤矿区深部铝土矿床特征及启示[A];河南地球科学通报2010年卷（上册）[C];2010年；
[3]黄强杜小品黄玉冰;追寻铝土矿[N];科技日报;2017年；
[4]吴国炎;华北铝土矿的物质来源及成矿模式探讨[J];河南地质;1997年03期。
作者简介：胥克俊，(1967-),男,甘肃天水人,高级工程师,现任国家电投集团铝电投资有限公司首席专家，研究方向矿业工程。