矿床实例
一、韦帕(Weipa)铝土矿床
(一)成矿地质背景
韦帕矿区位于澳大利亚昆士兰州约克角半岛西海岸，南纬12°，顺西海岸延伸160km，宽40km。该地区属热带季风型气候，年平均温度31℃，年降雨量约1600mm，地表覆盖稠密的热带森林植物。
约克角半岛东部下伏以科恩内围层为核心的古生代塔斯曼褶皱带，其核心是由古生代火山岩和沉积岩所环绕的元古宙中期变质岩，其西部是中生代卡奔塔利亚盆地的一部分，之后成为卡隆巴盆地的一部分。
区域内变质岩或花岗岩基岩之上为侏罗系泥岩和粘土岩，层厚约250m，其上部是白垩纪早期形成的滨海相、浅海相和三角洲相的罗令当群，厚可达600m，由泥岩、砂岩和粗砂岩的多个连续的沉积旋回组成。韦帕地区沉积物主要由科恩内围层演化而来。韦帕地区的东部是广为伸展的麦鲁纳平原，该平原较韦帕台地低10～100m，由罗令当群下部组成。在麦鲁纳平原较高的河间地区发育由罗令当群泥灰岩而来的铁质红土。新近纪的海侵事件之后，区内粉砂岩、砂岩及部分砾岩在卡隆巴盆地中沉积。这些沉积物覆盖在约克角半岛西南部罗令当群沉积物之上。未固结的砂石和粉砂覆盖于海岸一带和韦帕地区海拔较低部位。
(二)矿床地质特征
韦帕铝土矿矿床位于约克角半岛西岸，南纬11°00'～14°30'，东经141°30'～142°00'。矿区海拔2～150m，局部地区沼泽化。区域内铝土矿覆盖面积约2500km2，南北延伸350km。
韦帕矿床发育较好的红土剖面(Bardossy et al.，1990)，自上而下依次为:
土壤层:厚0～2m，平均厚度0.6m，一般是棕色至灰色的砂壤土，并伴有许多铝土矿豆粒。
硬结层:较少，厚0.3m，呈现出下伏铝土矿矿层被改造和被胶结的外表。
铝土矿层:主要的含矿层位。呈红褐色到浅黄褐色，矿层平缓、胶结松散、覆盖物薄(＜1m)，厚1～10m，平均厚3.5m。上部是由10%～30%高岭石的铁质三水铝石粗大结核组成，下部是松软的豆状三水铝石层，豆粒直径4～6mm(最大10mm)。豆粒呈坚硬的同心球状，外壳为颜色深浅不一的互层。部分豆粒中心还有局部被溶蚀的石英颗粒。也有复合豆粒出现，直径可达6cm，由若干一般大小的松散豆粒及一些砂粒或粘土粒大小的颗粒构成，这些颗粒包裹在颜色深浅不同的同心外壳层所组成的外壳之中。松散的豆石结构是韦帕铝土矿的一个显著特点。
腐泥土层:厚10～30m。由白色至浅棕色和粉红色的高岭土粘土、砂质粘土及带有长石砾岩的残余沉积物组成。砂质粘土厚1～5m;高岭土粘土厚2～8m，含80%～90%的高岭石和5%～20%的石英。
母岩:约克角半岛的基岩为变质岩和花岗岩类，其上平缓地覆盖着第三系长石砂岩和砂质粘土岩。
(三)矿石特征
韦帕矿床的主要矿石矿物为三水铝石，其次为勃姆石、刚玉、钛铁矿、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、针铁矿;脉石矿物主要是高岭石和石英。矿石平均含Al2O352%～58%、SiO25%、Fe2O37%、TiO22%～3%。韦帕矿床不但具有较高的铝土矿含量，同时高岭土和勃姆石的含量也较高。
高岭土呈白色，块状，以透镜体形式赋存在腐泥土层中;透镜体向西南方向延伸，长2～3km，宽300m，平均厚4.5m。高岭土主要成分为SiO251.6%、Al2O333.05%、TiO21.36%、Fe2O31.57%、K2O0.18%，其他成分小于0.05%。目前已探明的和潜在的高岭土资源量为17.3Mt，具有较高的工业价值。
勃姆石的含量一般与豆石层(或铝土矿层)的厚度相关，例如，厚2m的豆石层含勃姆石25%，而更厚的豆石层中勃姆石的含量则不到5%。韦帕矿床相对高的勃姆石含量与相对简单的大气水淋滤条件存在一定关系。
(四)成矿时代
古气候学研究表明，韦帕地区在早白垩世区域隆起之后就已发育红土化，铝土矿化作用在古新世开始，并在始新世和渐新世持续矿化，矿化作用可能结束于中新世早期，因为自中新世开始该地区气候变得干燥，不再利于铝土矿化形成。
(五)矿床成因
母岩的性质是铝土矿形成的关键，母岩的多孔性和良好的渗水性、极低的侵蚀速度和长期有利的气候条件是形成铝土矿的主要因素。Grubb(1971)通过对韦帕铝土矿中的重矿物(如锆石)的分析发现，铝土矿中重矿物和下伏的风化沉积岩相似，认为铝土矿可能来自长石质母岩。Evans(1965)指出，长石的存在是母岩的一种重要的成分特征。对全区开展的地质研究显示，在离海岸线较远的东部和东南部，红土化和铝土矿化的强度减弱，在东南方向甚至还产出新鲜的长石砂岩，表明气候条件对韦帕红土矿化作用具有重要影响。
韦帕铝土矿的形成主要经历了陆生和表生富集两个阶段:陆生阶段，大陆准平原化，含铝的长石质母岩经风化作用形成含铝土矿物、粘土矿物、氧化铁矿物的富铝钙的红土、红土残积坡积层或红土铝土矿;表生富集阶段，原始铝土矿层随地壳抬升，粘土矿物中的硅质大部分被地下水、地表水溶解成Si(OH)4而淋失，部分硅质层凝胶与大部分氢氧化铝凝胶形成粘土矿物，使铝质加富，原始铝土矿层逐渐转变为有工业价值的铝土矿层。
总的来讲，在热带地区，季风环境对铝土矿化有利，红土的范围较为受限，在高原、台地的残余部分或岛上，母岩受到持续的侵蚀作用和长期的大气水淋滤形成含铝土矿的红土和铝土矿。另一方面，相对静止的环境和相对自由的地下排水系统对成矿有利，韦帕矿床一个最基本的特征是缺少因物理或化学条件改变而引起的海水再造结构，表明该矿床主要形成于相对宁静的构造环境中。
(六)勘查历史
韦帕铝土矿床由Evans于1955年发现。1965年澳大利亚联邦铝业公司(Comalco)对韦帕矿床进行了系统勘探，勘探设计按照152m×152m的网度钻孔，储量控制按照38m×38m的网度钻孔，初步获得铝土矿资源量500Mt，Al2O353%～56%，SiO24.5%～9%。1985年矿山年产量为11.8Mt，洗选后获铝土矿干矿石7.3Mt，平均品位为Al2O355%，SiO25%，从开始开采到1985年末，共采出223Mt铝土矿矿石。力拓公司于2002年对该矿床重新进行勘探，获得铝土矿资源量约3600Mt，其中Al2O3品位为55%，SiO2含量为5%～5.5%(力拓2002年年报);2006年探明和推测的铝土矿储量为2114Mt，其中Al2O3品位为51%(力拓2006年年报)。韦帕矿床所有权现归力拓集团所有。
二、桑加雷迪(Sangaredi)铝土矿床
(一)地质特征
桑加雷迪矿床位于几内亚的西部，靠近Kogon河。该矿床发现于20世纪初，初步探明储量大于2亿t，Al2O3平均品位59%，1973开始开采。矿区台地海拔为200～240m，台地边缘由陡峭的斜坡构成，没有垂直的悬崖。在矿区4km2的面积内覆盖着连续的铝土矿矿层，矿层形态中等不规则，向南西方向延伸(图13-5)。
桑加雷迪矿床具有明显的铝土矿剖面(图13-6)，几乎全部由原地的再沉积铝土矿组成。
(1)土壤层:厚可达1m，夹杂有腐殖质和铝土矿-红土砾石。
(2)硬结层:普遍缺失，仅沿台地边缘发现一些铁质红土。
(3)上部再沉积单元:厚约20m，呈粉红色、黄色、灰色，主要由被胶结的铝土矿卵石砾岩和砂粒砾岩和铝土角砾岩交替组成，也称作碎屑铝土矿。碎屑岩铝土矿夹层普遍发育。胶体结构和鲕状结构发育，主要分布于底部，厚2～3m，岩相横向渐变为铝土矿砾岩。铝土矿为孔隙状和囊泡状，坚硬，呈层状，矿床的上部和中部存在明显的不整合接触界面。
(4)中部再沉积单元:厚25～30m，颜色为粉红色、紫色及灰色。主要由坚硬的铝土砾岩组成，具有较薄的砂碎屑岩铝土矿夹层，底部岩相渐变过渡成为豆状铝土矿和隐晶质铝土矿。豆状铝土矿主要由铝土矿砾岩演变而成，是在铝土矿再沉积之后发生的逐渐变化。
(5)下部再沉积单元:厚5～10m，浅棕色至粉红色，在矿床的南部由欠固结的铝土矿砾岩组成，砾岩为复矿碎屑岩，部分由古生代片岩及粒玄岩演变而成。这种砾岩因其具有较高的TiO2含量(7%～14%)而与上覆单元区分开。该单元也产出胶状铝土矿、隐晶质铝土矿、鲕状铝土矿和豆状铝土矿。这些矿石多由碎屑铝土矿原地蚀变而成。下部再沉积单元与下伏残留铝土矿之间存在着非常明显的接触关系，局部有较薄的铁壳层。
图13-5 桑加雷迪铝土矿矿床地质图
图13-6 桑加雷迪铝土矿主要单元剖面图
(6)原地铝土矿层:厚2～3m，棕色至红色，坚硬，带有下伏母岩的残余构造。
(7)腐泥土层:厚10～20m，粉红色至紫色，带有母岩的残余构造，呈孔隙状，主要由高岭石组成。
(8)母岩:母岩为泥盆系页岩和粉砂岩，呈灰色，具有明显的层理，局部含化石。
(二)化学成分
桑加雷迪矿床矿石化学成分具有氧化铝高、铁含量低的特点。Al2O340%～80%、SiO20.1%～30%、Fe2O30.8%～33%、TiO21.5%～14%。矿石矿物主要是三水铝石，其次为针铁矿、赤铁矿、高岭石和钛矿物。
(三)成矿时代
剖面上残留部分矿物的形成时代为晚白垩世到始新世。碎屑铝土矿矿物的侵蚀和再沉积可能发生在铝土矿形成的第一阶段之后不久。在古近纪和新近纪，再沉积单元的进一步铝土矿化持续进行。在更新世间冰期之后，现今的气候条件似乎有利于这种矿化过程的持续。
(四)成因模式
综合研究表明，在矿床下部的腐泥土层和铝土矿层是真正的原地红土型风化剖面。在矿床的中部和东部，铝土矿层已被侵蚀，残留部分腐泥土层。搬运来的碎屑物质在新形成的侵蚀面和断裂下降的侵蚀面上堆积，随后遭受新的侵蚀。所有的沉积物质都是由附近的红土型风化剖面演变而来的。在碎屑矿物堆积之后，又开始了新一期的铝土矿化，导致该矿床中的再沉积单元整体发生铝土矿化。这些单元的碎屑状特征及其高渗透性确保了桑加雷迪地块在最终隆起之后具有特别有利的淋滤和泄水条件。与此过程相伴的是铝土矿中的氧化铝的局部重新分配。
(五)勘查历史
20世纪20年代法国地质学家就已对该矿床进行了普查，1948年起SBM(Societe des Bauxites du Midi)布设300m×300m网度对该矿床进行了钻孔验证，获得1.8亿t以上的高品位铝土矿。1963年CBG联合风险公司成立，并对矿床开展了进一步的钻探工作，设计了143个钻孔，之后又进行了大量的钻探工作，使钻孔网度达到150m×150m。1973年矿床正式开采，第一阶段获得了当时世界上质量最好的一部分矿石:Al2O3约60%，SiO21%，Fe2O32%～4%，TiO23%～5%;第二阶段矿石的品位相当不均匀，特别是高岭石粘土透镜体给开采造成了极大困难。部分铝土矿非常坚硬并且黏结，使得开采更加困难。1985年SOGEREM对不同的矿石品位和无矿夹层进行了详细的评价，1986年矿石平均品位为Al2O360%，SiO21%，Fe2O34%，TiO23.5%。目前该矿床由几内亚铝土矿公司和美国阿尔考采矿公司所有。
三、洛斯皮契夸斯(Los Pijiguaos)铝土矿床
洛斯皮契夸斯矿床位于委内瑞拉的玻利维亚州的西部，Caracas市以南约500km处。这是委内瑞拉当前唯一开采的铝土矿矿床，也是南美地区著名的铝土矿生产地区之一。洛斯皮契夸斯铝土矿矿石具高品位的特征(Al2O3含量为50%)，目前所勘探的矿体仅占整个资源量的一小部分。
(一)地质背景
洛斯皮契夸斯地区位于圭亚那地块西北缘(图13-7a)，北纬6°22'，西经66°52'。基底为中元古代帕拉瓜扎环斑花岗岩岩基(图13-7b)。该岩基面积超过3万km2，其中部为中元古界罗赖马组石英岩、砂岩、页岩所覆盖。花岗岩北部为塞拉德拉塞巴塔纳，高度通常为1000m以上(卡拉马夷平面)，最北部为塞拉尼亚德洛斯皮契夸斯，平坦部位为海拔600～700m的努里亚夷平面。努里亚夷平面代表了晚白垩世—古近纪圭亚那地块上最后一次强烈的侵蚀事件(McConnell，1968)。Soler和Lasaga(2000)把努里亚夷平面的形成时代下限定在35Ma，并以这个时间作为洛斯皮契夸斯地区开始形成铝土矿的时限。
图13-7 洛斯皮契夸斯矿床位置图(a)和区域地质图(b)
帕拉瓜扎花岗岩被认为是洛斯皮契夸斯风化层的母岩(Bardossyetal.，1990)，其主要矿物有石英、微斜长石、奥长石、富Fe黑云母和角闪石，副矿物包括磷灰石、榍石、钛铁矿、赤铁矿和锆石。铝土矿层直接形成于帕拉瓜扎花岗岩之上。
(二)矿床地质
强烈的风化作用可以引起大范围的帕拉瓜扎花岗岩形成次生壳。但是，有些地方仍可见到一些未蚀变的新鲜母岩。在风化强烈的部位发育有较好的红土剖面，自上而下依次为土壤层、硬结层、铝土矿层、过渡带、腐泥土层和母岩:
(1)土壤层:较薄，厚度小于1m，由松散、浑圆的铝土矿结核(假豆石)和植物组成。
(2)硬结层:厚0.3～1.5m。坚硬，主体部分为浅红至浅黄-褐色，具有蜂窝状构造和较大的形状不规则的孔隙;在主体中包裹有次圆形、红褐色至粉红色的块状结核。在高原部位发育中元古界罗领马组石英岩、砂岩和页岩，沿台地边缘有大量次圆或浑圆状铝土矿碎屑，表现出经过机械磨圆的迹象。
(3)铝土矿层:平均厚度达7.6m，最厚15m。坚硬，块状、土状，略带不同色调的浅红褐色到较深的褐色或较浅的淡黄色。该层完全由三水胶铝矿组成，从上到下可以分为4个明显不同的层(图13-8):坚硬而易碎的凝固的铝土矿交互层;豆状铝土矿夹未固结的结核;含部分胶结豆石的海绵状铝土矿和豆状结构的蜂窝状铝土矿。
(4)过渡带:厚0～2m，高岭石和石英含量逐渐增多，而三水铝石含量则逐渐减少。
(5)腐泥土层:厚可达40m，土状，呈浅黄、褐和粉红色等斑杂状。由高岭石粘土和较多的石英、云母片和一些氧化铁组成;经过厚达2m的“风化岩”过渡带渐变为母岩。
(6)母岩:为粗粒帕拉瓜扎花岗岩，具环斑结构，且黑云母和角闪石的含量变化不定。
(三)成因模式
洛斯皮契夸斯是典型的红土型铝土矿，形成于下伏帕拉瓜扎花岗岩的风化壳之上。在风化剖面中各种铝土矿结构构造交替或重现，标志着铝土矿化作用与机械破坏作用的发生，随后风化产物被短距离搬运到地形低洼处。显微结构上，浑圆状石英和水铝矿聚集体表明其并非简单的原地成因，而是曾发生过风化、机械搬运和再沉积作用。
帕拉瓜扎花岗岩中普遍发育的裂隙对大气水的渗透流动起着控制作用。花岗岩遭受强烈风化作用，成矿物质以颗粒和溶液形式被短距离搬运至夷平面的峡谷之中。铝土矿化引发脱硅和水合作用，Al2O3和Fe2O3在残留土壤中富集，SiO2和碱及碱土金属则完全被淋滤掉。具有交替结构的铝土矿层就是这种反复循环过程的产物。结果是原有的河间地无法得到原地的铝土矿盖层的保护来抵抗花岗岩风化和分解。河流侵蚀可在至今仍由小溪和江河占据着的未得到保护的地区形成新的水系，表明铝土矿化作用仍然在持续进行。
(四)勘探历史
对洛斯皮契夸斯地区进行铝土矿勘探始于1974年，1976～1979年瑞典铝业公司对该地区进行了可行性研究，初步探明矿石储量168Mt，Al2O349%、SiO210.2%。1984年Menendez和Sarmentero(1984)以100m×100m钻探网度为依据重新估算的矿石储量达到58亿t。洛斯皮契夸斯矿床于1987年开始开采，1987～1994年年采铝土矿原矿石量超过5Mt。1998年确定矿石(Al2O3)的边界品位为44%，开采矿石量达到5.2Mt。目前该矿床属于委内瑞拉与圭亚那有限公司(CVG)所有。
图13-8 洛斯皮契夸斯铝土矿红土剖面
参考文献
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岩浆矿床主要有：①金刚石矿床。原生金刚石晶体呈稀疏浸染状产在金伯利岩（一种斑状富钾橄榄岩，最先发现于南非）和钾镁煌斑岩的岩筒中，中国的辽宁和山东已开采金刚石矿床。
②铂族元素矿床。与超镁铁质岩关系密切，是铂族元素的主要来源，南非有此类矿床。
③铬铁矿矿床。产于超镁铁质岩中，是铬矿的主要来源，实例有中国西藏的萝卜莎矿床。
④铜镍硫化物矿床。产于镁铁质和超镁铁质矿床中，矿物组合为镍黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿，加拿大萨得贝里和中国甘肃金川铜镍矿是此类中的著名矿床。
⑤钒-钛-磁铁矿矿床。与辉长岩-斜长岩类有关，矿石矿物为钛铁矿、含钒钛磁铁矿和金红石，是铁和钒的重要来源，中国四川攀枝花市红格铁矿属此类型。
(一)昌乐朱刘煤矿
1.矿区位置
朱刘店井田位于朱刘街道境内,为一孤立井田,周围无其他矿井开采,井田范围东经118°53'53″～118°56'30″,北纬36°43'00″～36°45'00″,交通条件十分便利,胶济铁路、309国道分别在矿区南北两侧通过,北距济青高速公路4.4km,东至潍坊20km,西到昌乐7.5km,铁路公路畅通,可与全国各地相连。井田北西以朱刘店断层(F1)为自然边界,南至各煤层露头线,东以第一勘探线向东200m垂直下切线的人为边界,东西走向长约4.5km,南北倾斜宽约1.64km,面积约7.38km2。
2.矿区地质特征
(1)地层
朱刘井田位于鲁西台背斜之东缘,鄌郚-葛沟断裂西侧,属华北地台型地层序裂,石炭-二叠系是本区的主要含煤地层,古、新近纪地层在该区广泛分布,第四系更新统及全新统在该区都有分布。
朱刘煤田地层自下而上为奥陶系、石炭系、二叠系、古近系、新近系和第四系,地层走向近东西向,倾角西缓东陡,平均35°左右。区内第四系上部为表土层和姜结石,下部为白色黏土岩,一般厚度为30～50m,井田内由东向西逐渐变薄。古近系全区都有分布,由于剥蚀原因,残留厚度变化很大,由南往北逐渐增厚,井田东北部超过400m,除上部有1～5层玄武岩外,其余多由红色黏土组成,底部普遍沉积一层砾岩与下伏地层呈角度不整合接触。
(2)构造
朱刘井田位于沂沭大断裂两侧,鲁西隆起区的东部边缘,向北为沉降凹陷带,煤系地层为一单斜构造,无褶曲存在。断层为井田内主要构造,以正断层为主,极少见逆断层,通过对井田的勘探和采掘工程的实际揭露,共发现较大(＞10m)断层34条,均为正断层,为上陡下缓的“犁”式断层,展布上以东西向和南北向为主。
(3)岩浆侵入活动
朱刘井田内岩浆活动频繁,尤以煤田内第九勘探线以西及第四勘探线以东突出,岩性多为辉长岩和煌斑岩。在中生代燕山期,华北地台地壳活动强烈,鲁西背斜也不例外,在此活动期,岩浆从断裂带侵入到煤系地层中,呈大小不规则的岩床或岩墙,分布于煤层顶底板及煤层中间,规律性不强,其中对煤8和煤10-1破坏严重。整个井田西翼煤8,煤7部分全部被岩浆侵入而破坏,而煤10-1在第10勘探线以西及整个井田东翼大部分区域已被岩浆侵入而破坏。岩浆侵入区内有大量燃烧灰和天然焦,它们与岩浆相互穿插而毫无规律,使朱刘井田内煤层严重破坏,对煤层的开采价值造成了严重影响,这也是朱刘煤矿目前资源量很多(876.2万t),而可采储量少(85.5万t)的主要原因。
在新生代喜马拉雅期,随着地壳活动的加强,岩浆活动也强烈起来,基性玄武岩浆多次喷发间隔在古、新近系红色地层中,该井田玄武岩有数层,在东部较为发育。
3.主要可采煤层情况
矿体呈层状,延伸不稳定。自下而上分为下含煤段、油页岩段、中含煤段、上含煤段4个含煤段:朱刘煤矿共含煤20层,纯煤平均总厚11.67m,含煤系数为3.6%,其可采或局部可采6层,为
煤4-1、煤4-2、煤7、煤8、煤10-1、煤10-2。
1)煤4-1,厚0.20～2.04m,一般0.96m,无夹石,结构简单,沉积稳定。
2)煤4-2,厚0.46～2.67m,一般1.70m,无夹石,结构简单,沉积稳定。
3)煤7,厚0.07～1.45m,一般0.75m,夹1～5cm厚的夹石,结构较复杂,沉积较稳定,但局部区域出现沉积变薄现象。
4)煤8,厚0.10～2.06m,一般1.6m,夹5～10cm厚的夹石,结构较复杂,沉积稳定,局部区域受构造影响而变薄。
5)煤10-1,厚0.31～4.07m,上分层1.56m,下分层0.54m,夹0.50m厚的炭质泥岩,结构复杂,沉积稳定,局部区域由于受火成岩侵入而变为天然焦。
6)煤10-2,厚0.05～1.10m,因井田构造极为发育,致使许多零碎块段失去了开采价值。
4.资源储量
经过多年的开采,共开采出煤炭663万t,至关井时剩余储量876.2万t,可采储量85.5万t。
5.开发利用情况
潍坊朱刘煤矿原为市属国有企业,2001年改制为股份公司。矿井1970年10月始建,1976年10月投产,设计生产能力15万t/a,核定生产能力16万t/a,批准开采煤10-2及以上煤层共六层,批准开采上限-100m、下限-1000m。主井井口标高+48.74m,井底标高-100m,地面标高+37～+47m。矿井开拓方式为斜井多水平开拓,共开拓四个水平,一水平井底标高—100m,二水平井底标高—200m,三水平井底标高—400m,四水平井底标高—600m。
矿井已于2012年5月份按照市府要求停产,于2013年4月份按要求进行了井筒封闭。
(二)昌乐五图煤矿
1.基本概况
(1)矿区位置
矿区位于昌乐县五图街道境内,交通条件便利。中心平面直角坐标X:4059450;Y:20671080。
(2)矿区地质特征
1)地层。五图煤田为陆相沉积隐伏煤田,含煤地层为古近纪五图群李家崖组,属新生代古近纪始新世,总厚度为846m。121队依据沉积岩层岩石特征、层序、煤层及油页岩层的分布,将含煤岩系分为四个含煤(油页岩)岩段:上含煤段(A)、中含煤段(B)、油页岩段(C)和下含煤段(D)。共含煤45层,含油页岩9层。其中上含煤段(A)含煤7层;中含煤段(B)含煤12层;油页岩段(C)含煤12层,含油页岩7层;下含煤段(D)含煤14层,含油页岩2层。可采煤层有10层,即中含煤段(B组)的Bm3、Bm4、Bm5、Bm7煤层;油页岩段的Cm12煤层;下含煤段(D)的Dm1、Dm2、Dm3、Dm4、Dm5煤层,五图煤田古近纪煤系地层综合柱状图见图2-2-1。
2)构造。五图煤田位于华北板块(Ⅰ)鲁西地块(Ⅱ)鲁中窿块(Ⅲ)泰山-沂山隆起(Ⅳ)昌乐凹陷(Ⅴ)的东北部,鄌郚-葛沟大断裂西侧。昌乐凹陷为一形似三角形的聚煤盆地,北界青州断裂,东界为鄌郚-葛沟断裂,西界为营子断裂;盆地内地层走向总体上近东西,南北相向倾斜,构成一小的向斜。含煤岩系分布于昌乐凹陷的中北部,面积约100km2(图2-2-2)。矿区内构造主要为NW向断裂,断面倾向南,为张性断层。
3)岩浆岩。①侵入岩,元古宙侵入岩傲徕山超单元松山单元分布于本区东南部,主要岩性中粒二长花岗岩,对煤矿的形成无影响。中生代侵入岩多为脉状闪长岩、闪长玢岩,侵入于五图群下部,对煤层无侵蚀和烘烤作用。②火山岩,区内火山岩主要形成于中生代早白垩世,次为新生代中新世,岩石类型有熔岩、火山碎屑岩、潜火山岩。区内中生代火山岩为大盛群田家楼组,岩性为安山质火山熔岩、凝灰岩。新生代始新世火山岩赋存于五图群李家崖组上部,是冲刷后沉积的安山质凝灰角砾岩,隔断了煤层。中新世的火山岩属新近纪临朐群牛山组,岩性为橄榄玄武岩,呈层状覆盖于煤系地层之上,对煤层有保护作用。
(3)矿体地质特征
矿体呈层状,延伸不稳定。自下而上分为下含煤段、油页岩段、中含煤段、上含煤段四个含煤段:
图2-2-1 五图煤田古近纪煤系地层综合柱状图
图2-2-2 区域构造位置示意图
下含煤段:含煤12～13层,自上而下编号为Dm1～Dm13,仅个别煤层局部可采,无开采价值。油页岩段不含煤层。
中含煤段含煤12层,自上而下编号为Bm1～Bm12,以Bm4、Bm5、Bm7赋存较好,局部可采,其他均不可采。Bm4厚0～1.75m,平均厚1.08m,结构复杂,含夹石5～6层,下距Bm5为10～20m。Bm5厚0～2.35m,平均厚0.77m,无夹石,结构简单,下距Bm7为26m左右。Bm7厚0～3.36m,平均厚1.43m,结构较复杂。
上含煤段:含煤6～7层,自上而下编号为Am1～Am7,但煤层均很薄,仅个别点可采,无开采价值。
(4)矿石特征
煤层为半暗或暗淡型,煤岩呈褐黑色,沥青光泽,贝壳状断口,条带状结构,层状构造。性脆,具X型节理。煤的成因类型为腐殖煤,杂以过渡煤,以微镜煤为主的显微煤岩类型,有机成分77.74%～96.92%,矿物质3.08%～22.26%。属褐煤、长焰煤,其中褐煤占46.07%～49.11%。水分9.86%～17.76%,灰分一般为41%～43%,为高灰分煤,含硫3.8%～4.1%,含磷0.0542%～0.1090%,属中磷煤,焦油产率4.57%,挥发分46.07%～49.11%。
(5)成因类型及成矿时代
成因类型为内陆湖沼生物化学沉积型,其形成时代为古近纪。聚煤盆地位于华北地台之上,盆地四周为太古宙、古生代地层,含煤岩系基底为白垩系。煤系地层厚达数百米至数千米,岩层组合以碎屑岩、泥质岩为主,夹油页岩。岩性较稳定,含煤数十层,煤层变质差。岩相有洪积相、湖泊沼泽相。盆地内及其边缘断层多为正断层。由此推断,含煤建造的成因类型为“地台山前坳陷盆地型”。在燕山期,太平洋板块与欧亚板块对扭,形成NNE向走滑断层、EW向正断层及EW向展布的断陷或坳陷盆地。昌乐—临朐盆地即为此类盆地之一。至喜马拉雅期,太平洋板块向西俯冲,导致地壳上部扩张,盆地继续扩展。由于气候温湿,水源充足,在盆地中形成一套含煤层及油页岩的粗碎屑岩—细碎屑岩的内陆湖相沉积岩系。
(6)工作程度及评价
山东省煤炭工业管理局121队进行勘探。探明资源储量为0.08亿t,规模为小型矿床。
2.煤层
(1)含煤性
本矿区含煤地层为新生代古近纪五图群李家崖组。煤层呈层状,局部含夹矸。煤层厚度较稳定,多在1.0～3.5m间,属中厚煤层。煤层顶底板较稳定,多有伪顶,直接顶岩性多为砂质页岩。各煤层的厚度、结构稳定性见表2-2-1。其中可采层为油页岩段一层(Cm12),下煤段5层(Dm1～Dm5),共6层,五图煤田煤层柱状图见图2-2-3。
表2-2-1 煤层特征一览表
图2-2-3 五图煤田煤层柱状图
(2)可采煤层
Cm12煤层:在探矿许可证范围内Cm12煤层的见煤点13个,可采点5个,可采系数38%。工业煤层厚0.8～3.40m,平均1.29m。厚度变化规律性较明显,厚度变化系数56%,属较稳定煤层。煤层产状横1线走向NW,横2～横3线走向SN,横4线以东走向NW;倾向NW'或SE,倾角12°～29°,平均大于19°。工业煤层分布于横1～横6线之间,可采面积1.32km2。
煤层无夹矸,属结构简单型。煤层顶板岩性为油页岩、砂质页岩、泥灰岩、炭质页岩;炭质页岩厚0.6～0.7m,属较稳定型顶板。底板岩性多为油页岩、砂质页岩、含油页岩,致密属较稳定型底板。
Dm1煤层:是主要可采煤层之一。在探矿许可证范围内见Dm1煤层的见煤点15个,可采点13个,可采系数87%。工业煤层厚0.8～6.45m,平均2.33m。厚度变化规律性较明显,厚度变化系数66%,属较稳定煤层。煤层产状走向SN或NW,倾向SE或SW,倾角11°～26°,平均19°;工业煤层分布于横1～横6线之间。可采面积1.62km2。煤层含夹矸0～1层,个别地段4层,一般属结构简单型,个别属较复杂型。煤层顶板岩性为砂质页岩,属较稳定型顶板。底板岩性多为砂质黏土页岩、含油页岩,致密,属较稳定型底板。Dm1煤层上距Cm12煤层64.07～27.79m.平均49.35m。
Dm2煤层:在探矿权证范围内,Dm2煤层见煤点9个,可采点5个,可采系数56%。煤层走向SE或NW,倾向SE或SW,倾角12°～25°,平均18°;工业煤层厚0.80～3.87m,平均1.99m。厚度变化规律性较明显,厚度变化系数为22%,属较稳定型煤层。煤层分布面积1.57km2,可采面积0.82km2。煤层结构一般简单,个别较复杂。含夹矸0～2层。煤层顶板岩性多为含油泥页岩,层理发育,属较稳定型岩层。煤层底板为含油页岩局部为砂岩或炭质页岩,属较稳定型底板。Dm2煤层上距Dm1煤层8.38～1.29m,平均5.45m。
Dm3煤层:主要可采煤层之一。在探矿许可证范围内,Dm3煤层见煤点10个,可采点8个,可采系数80%。煤层产状与Dm2煤层基本相同。工业煤层厚0.8～3.58m,平均1.88m。厚度变化规律性较明显,变化系数为67%,属较稳定型煤层。煤层分布面积1.37km2,可采面积1.06km2。煤层含夹矸0～2层,结构一般简单,个别较复杂。煤层顶板以含油页岩为主,局部为炭质页岩,属稳定型岩层。底板以含油页岩为主体,属稳定型岩层。Dm3煤层上距Dm2煤层16.56～10.39m,平均13.19m。煤岩类型属半亮型煤,层状构造,条带状结构;呈黑色,贝壳状断口,条痕为黑褐色,坚硬,风化后表面出现白霜质物,是下煤段最坚硬的煤层。
Dm4煤层:主要可采煤层之一。见煤点11个,可采点9个,可采系数81%。煤层走向NE—NW,倾向SE或SW,倾角12°～28°,平均19°。可采煤层厚0.8～5.06m,平均2.10m,厚度变化规律性明显,厚度变化系数46%,属较稳定煤层。煤层分布面积1.36km2,可采面积1.06km2。煤层结构较简单,含夹矸0～1层,个别地段(25孔)含夹矸4层,属结构简单型。煤层顶板以含油泥页岩为主,局部为泥岩、泥灰岩,属较稳定型岩层。Dm4煤层上距 Dm3煤层24.94～6.57m,平均15.49m。
Dm5煤层:主要可采煤层之一。见煤点13个,可采点8个,可采系数62%。煤层走向NE或NW,倾向SE或SW,倾角11°～28°,平均18°。可采煤层厚0.8～5.64m,平均1.55m,厚度变化规律性明显,厚度变化系数89%,属较稳定煤层。煤层分布面积1.42km2,可采面积0.81km2。煤层结构简单,含0～1层夹矸,属结构简单型。煤层顶板岩性为含油页岩、泥岩,属较稳定型岩层。底板岩性以粉砂岩为主,局部为含油页岩,属稳定型岩层。Dm5煤层上距Dm4煤层26.31～8.60m,平均19.38m。
(3)煤层对比
矿区内含煤地层为古近纪五图群李家崖组,属内陆湖相地层;岩性以细砂岩、页岩为主体,灰岩极少,砾岩仅在李家崖组底部出现。煤层厚度变化小,层位较稳定。沉积环境稳定,层间距变化小。下煤段Dm1～Dm5煤层间,为一明显的煤层密集岩段,且含煤层数基本相同,可作为标志岩段。Bm4、Bm5煤层已开采,定位准确,可作为标志层。依据标志岩段参照层间距及煤层顶底板特征,进行煤层对比,确定煤层的对应性。
3.煤质
(1)煤的主要物理性质
本区各煤层均为黑褐色,条痕为褐色,褐黑色。其他物理性质见表2-2-2。
表2-2-2 物理性质一览表
(2)煤岩特征
各煤岩均以亮煤为主,次为暗煤及极少量丝炭条带,属半亮型煤。条带状、线理状结构,层状、页片状构造;断口呈贝壳状、参差状或阶梯状。易燃,大烟大火。
1)煤的有机显微组分。以凝胶化物质为主,其次为半凝胶化物质、丝炭化物质及黄色物质(以角质体为主,其他为孢子体、树脂体、木栓体)。
凝胶化物质:含量80%左右。在凝胶化物质中,透明基质体为主体,呈浅橙红色条带状均匀分布。在正交偏光下可见微弱的消光现象。
半凝胶化物质:含量5%～20%,多在10%以上;主要为褐色基质体,呈透镜状、线理状分布。
丝炭化物质:含量＜3%,主要为不透明的基质体。呈线理状、碎块状分布。其次是丝炭,呈透镜状分布。
黄色物质:一般无外形特征,个别呈不连续的线理状。
2)煤的无机显微组分。矿物质主要为搬运沉积的岩屑及矿物碎屑。沉积形成的矿物主要为黏土矿物、石英、方解石,成岩矿物以黄铁矿为主。矿物质含量变化较大,为0.42%～36.78%,黏土物质包含在部分凝胶化物质中,是灰分较高的主要原因,矿物杂质主要呈颗粒状的碎屑岩类,颗粒直径在0.01～0.03mm,并见到黄铁矿。矿物呈弧形或线条状结构赋存在煤层中。含矿物多时,形成褐煤质油页岩。
(3)煤的化学性质与工艺性能
一般煤质特征见表2-2-3:
表2-2-3 煤质特征一览表
1)煤的化学组分。原煤水分含量高,变化范围7.62%～10.80%,各煤层平均最高9.50%(Dm3),最低8.20%(Cm12)。灰分含量变化范围32.29%～39.24%,各煤层平均最高为38.05%(Dm4),最低为34.78%(Dm3),属中高灰分煤。原煤全硫变化范围为2.01%～3.55%,各煤层平均最高为2.71%(Dm5),最低为2.12%(Cm12),属中高硫煤。基准发热量变化范围为15.85～21.39MJ/kg,各煤层平均最低17.33MJ/kg,最高20.20MJ/kg,皆大于15.70MJ/kg的工业指标,属中等至高发热量的褐煤。
2)煤的工艺性能。上部煤层(Bm4煤层)于1959年7月由山东化工局采取了工业性的炼油煤样,委托石油部石油五厂研究室在五吨鲁奇式试验炉内进行了低温干馏性能试验,并进行了煤的筛分试验。现将试验结果简述如下。
五图煤矿的煤用于鲁奇式内热干馏炉生产操作不良,不能维持正常生产;生产周期短,干馏效果差。该煤类不能达到直接用于内热式低温干馏要求。煤在干燥烟道温度230～240℃,干馏拱道温度680～700℃,干馏煤中温度480～520℃操作条件下,焦油率69%,半焦产率57.6%,综合炼率78%。干馏后半焦灰分(AC)产率高(45%～49%),而且均系20mm以下的粉末,工业价值不高。5～20mm半焦炭灰分较低,挥发分也较低,干馏较完全。20～60mm半焦灰分较多,干馏不完全;半焦发热量17.31MJ/kg。焦油密度近于水,脱水较困难。该煤焦油芳香烃少(25%～26%)、沥青质低(3%～3.7%),焦油中酚含量高(31.6%～34.7%),提高了焦油的经济价值。
(4)煤质评价与工业利用方向
五图矿区煤类为褐煤二号,煤质松软,极易风化,为不黏结性煤类,不能炼焦,没有洗选的价值。煤的组分中灰分高、挥发分高,以氧、水、氢、二氧化碳为气化介质,经过热处理,把煤转化为煤气;本区深部煤层埋深大,其上有厚层油页岩,可进行地下气化,综合开发煤及油页岩。由于本区煤易风化、氧化、燃点低,易自燃,发热量低,含油量不高,故其主要用途为燃料用煤。
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