隐伏铝土矿找矿方向及勘查技术浅议
隐伏铝土矿找矿方向及勘查技术浅议
赵建敏燕长海刘国印
铝土矿虽然是河南省优势矿产，但其供给形势却越来越紧张，《河南省“十一五”铝工业发展规划》提出的目标是“使河南省成为具有国际竞争力的铝工业基地”，2010年氧化铝产能将达到700万吨，届时仅铝工业年消耗铝土矿储量将达2625万t/年以上，不考虑其它耐火材料、陶瓷等其它工业需求和外供邻省企业，仅对我省铝工业来说，现有储量（1.4亿吨）仅能保障开采5年。为了提高铝土矿资源保障能力，除了加强铝土矿的开采管理、提高铝土矿回采率和利用率之外，加强铝土矿地质勘查、增加资源/储量是必然途径，而我省铝土矿露头区勘查已基本完成，要大幅度增加铝土矿资源/储量，必须全面加强隐伏铝土矿的勘查工作。开展隐伏铝土矿勘查技术和部署研究对全面加强勘查将起到技术支撑作用，对提高勘查效果有重要意义。
1 铝土矿勘查程度
河南省铝土矿勘查大致经历了三个阶段：
50年代铝土矿发现阶段。1950～1951年张伯声、冯景兰等在巩义小关—涉村及鲁山—宝丰地区发现铝土矿后，1955年、1958年北京地质学院等单位先后对新安、渑池一带及登封、新密一带进行地质普查并提交了普查报告；1953～1954年中南地质局417队开始对巩县铝土矿进行大量勘查工作，至1958年先后完成了巩义竹林沟、茶店、水头、钟岭、涉村五个矿区的勘探；1959～1960年其他勘查单位相继完成了三门峡市七里沟耐火粘土矿、新安县郁山耐火粘土矿、新安县竹园—狂口矿区黄铁矿及铝（粘）土矿、宝丰县张八桥铝土矿等矿区勘探工作。所提交的铝土矿多属贫铝矿。
60年代以后富铝矿勘查阶段。从60年代初开始，铝土矿勘查以富铝矿为主要目标，铝土矿勘查工作先是集中于新安一渑池一陕县一带，于60～70年代先后完成了6个铝土矿区的勘探，提交大、中、小型矿床各2个；以后70年代末至90年代初，铝土矿勘查热点先转移至禹州市、偃师市及鲁山、宝丰、登封等地，而后又遍及豫西各主要铝土矿带，以河南省地质局地调二队为主，先后完成矿区勘探11处，详查6处，普查3处，共提交大型矿床2处、中型14处、小型4处铝土矿床。
80年代中期以来浅覆盖区找矿阶段。自80年代中期开始，露头铝土矿勘查趋于结束，铝土矿勘查领域推向有零星露头的大面积第四系覆盖区，先后完成了渑池县贾家洼、陕县支建和崖底、新安县马行沟、宜阳锦屏山、偃师县焦村、新密市刘楼沟等矿区不同程度勘查工作，相应提交了3处大型、l处中型和3处小型矿床。
进入21世纪以来，在开展浅覆盖区勘查的同时，已开始向中深部领域发展，如2003年陕县支建煤矿已开始勘探和建设省内第一个煤铝兼采矿山，对煤下铝勘查深度达到300m以下，特别是2005年在郁山矿区200～500m深度发现大型优质铝土矿以后，铝土矿中深部勘查越来越受到重视，近年完成的曹窑铝土矿中深部普查，最深钻孔已控制到670m。
目前，全省已发现铝土矿床(点)128处，工作程度达到普查及以上的铝土矿床有77处，累计提交资源/储量达8.57亿吨，现保有储量为5.22亿吨，占全国的20.6%。
上述完成勘查的矿区主要是有铝土矿露头的地区，勘查控制矿体深度一般为150 m左右，除了郁山、支建、曹窑等近年进行勘查的矿区控制深度达到300m以下之外，其它矿区300m以下即使有矿体存在
也未进行工程控制，也有相当多的矿区也未对150～300m深度的铝土矿开展系统评价工作。
2 铝土矿勘查方向
根据我省铝土矿勘查程度和发展趋势，露头区勘查已经完成，浅覆盖区勘查也将很快完成，未来铝土矿勘查的主要领域是已有铝煤矿区的中深部，也即所谓的煤下铝。
露头区的铝土矿工作程度已普遍达到普查以上，部分仅做过检查的铝土矿点由于各种条件的限制，在浅部难以发现相当的资源/储量，已失去勘查价值，只能作为中深部找矿勘查的线索。
浅覆盖区是当前铝土矿勘查的主要对象。铝土矿带上大规模的浅覆盖区主要有渑池盆地北缘、伊河盆地周边、汝河谷地两侧、大营盆地东缘、钟岭—水头矿带东段等，这些地段目前均部署了铝土矿勘查工作，可以预期在未来三至五年即将全面完成勘查工作，从而基本结束浅覆盖区的铝土矿勘查工作。
中深部铝土矿勘查是寻找隐伏铝土矿的主要方向。豫西地区各铝土矿带上虽然微岩相、微环境变化极大，使所控制的铝土矿体也有很大差异，但整个豫西地区在宏观上均处于有利铝土矿形成的陆缘古岛与陆缘湖泊或滨海泻湖相间的古环境，都具备形成铝土矿的古地理条件，铝土矿的勘查前提主要取决于含铝岩系的保存与埋藏状况，因此，已知铝土矿区或煤矿区的中深部，在含铝岩系存在且埋藏深度合适的情况下，均应作为中深部铝土矿勘查的目标靶区，这里是铝土矿的第二找矿空间，也是大规模增加我省铝土矿资源储量的希望所在。为了能够整装勘查、形成基地和迅速大幅度铝土矿资源/储量，中深部勘查应优先部署在构造简单、含铝岩系延伸稳定、浅部铝土矿成矿良好的铝土矿带上，如曹窑—段村、张窑院—狂口、龙门—涉村、钟岭—水头、鳌头—西白坪等。
3 铝土矿勘查技术发展趋势
3.1 以往铝土矿勘查技术特点
在有矿层露头的铝土矿区，可以通过地表地质填图和浅井、探槽工程研究查明矿层的露头边界和产状，进一步通过勘探网控制矿层三维形态和分布范围，对矿区做出整体评价。同时由于勘查目的层埋藏不深，单个勘查工程的工程量小而费用低，纠正错误的成本较低，使勘查工程布置具有较大的灵活性，能够根据勘查工作进展，舍弃控制无效的工程，增加新的工程来达到有效控制矿层的目的。
在浅覆盖区，一般具有少量的矿层或含铝岩系露头，但有限的露头使地表地质研究受到很大的限制，无法根据零星露头地质研究较好的布置勘查工程，从而引入了物探方法，最早采用的是电阻率法。上世纪90年代初，原地矿部在山西省安排了寻找隐伏铝土矿物探方法的试验工作，山西物探队先后在山西省孝义县神池、柴场等铝土矿区开展了浅层地震（折射法）、高精度磁测、电阻率测深、瞬变电磁等物探方法试验，试验结果表明浅层地震（折射法）在条件有利时可圈定覆盖层下含铝岩系的分布范围及勾画底板起伏形态，视电阻率测深在条件有利时也有较好的作用。河南省地矿局地调二队也对多种电法、磁法、甚低频电磁法、α径迹测量等方法进行了试验，结果表明，对称四极直流视电阻率测深对新生界反映明显，对基岩分层和了解“奥灰面”起伏局部有效，其它方法均无效或无反映；有色地勘局五队也曾进行以直流对称测深为主、其它物探方法配合的找矿试验，认为电测深效果较好；河南省物探队进行了地震、微重力等找隐伏铝土矿的试验，认为微重力有一定效果；吕佩炎、张晓永等也分别对直流电法、瞬变电磁法寻找隐伏铝土矿进行了研究。各相关勘查部门和单位结合铝土矿勘查也进行了一些类似的物探方法试验。但值得注意的是，各类方法的有效探测深度均未超过150m。
3.2 隐伏铝土矿勘查技术发展趋势
隐伏铝土矿与以往露头铝土矿在赋存特征上的主要区别是矿层处于隐伏状态、上覆厚度不等的煤系地层、埋藏深度较大，一般在200m以深，这种特点对勘查方法的要求与以往的铝土矿勘查有明显的不同，其核心是铝土矿层的精确定位，关键是物探方法的应用，隐伏铝土矿勘查技术的发展主要是物探技术的改进与创新。
由于矿层无露头、埋深大，应用大功率设备和有效探测深度大、精度高的各种高效能物探方法是必然趋势。以往在浅覆盖铝土矿区使用的有效物探方法主要是电阻率测深、瞬变电磁法，浅层地震尽管有效，但因其成本昂贵而在实际勘查中很少使用，目前隐伏铝土矿勘查的目标矿层埋藏深度一般在200～600m，而电阻率测深有效探测深度常常不足100m，瞬变电磁法有效探测深度一般也不超过200m，它们在新的勘查工作中难以发挥作用，必须采用新的具有大功率、大探测深度和高探测精度的物探方法或者多种物探方法相结合的综合物探手段。为此，近年来在铝土矿勘查领域引入了多种新的物探方法，并且已取得了初步的成果。
3.2.1 可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）
可控源音频大地电磁测深法（CSAMT），它是在大地电磁法和音频大地电磁法的基础上发展起来的人工源频率域测深方法，是一种频率域的电磁勘探方法，与其他物探方法相比，具有以下优点：使用可控制的人工场源，信号强，干扰小；勘探深度大，分辨率高；数据采集自动化程度高、受地形影响相对较小、工作效率高，并且随机干扰小。
2005年，河南省地质调查院率先将可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）引入隐伏铝土矿的勘查领域，在三门峡市大安、新安县郁山、偃师市诸葛等铝土矿远景区进行了方法试验，以0—600m为主要探测目标，完成了19条剖面共950个物理点。该方法可以有效推断含铝岩系和铝土矿层（图1）。
图1 可有效推断含铝岩系和铝土矿层的CSAMT曲线
曲线中部低阻拐点为铝土矿层；上部波状变化低阻曲线为含煤岩系；下部单变递增高阻曲线为下古生界碳酸盐岩。
对CSAMT剖面测量结果进行了钻探验证，取得了较好的效果，在郁山煤矿200m深度以下发现了优质的厚层铝土矿，根据该方法推断的目标矿层与实际钻探结果相比，误差不超过10%（图2）。
该方法目前尚不能直接发现或确定铝土矿层的存在，仍需要通过地电剖面结构来判断含铝岩系的存在及其位置，或通过平面及剖面异常为钻探工作提供依据，但仍是隐伏铝土矿勘查方面有较大发展前景的一种物探方法，应针对铝土矿层的识别研究进一步提高探测精度。
3.2.2 高频大地电磁测深法
该方法采用EH-4电导率成像系统，可以较精确地解析被测对象的三维形态、规模、产状和局部结
构，是一种对地下地质体电性结构解析度高、有效探测深度较大的地球物理测深方法，其有效探测深度为20～1200m，但采集数据时对近场电磁干扰屏蔽要求较高。2006年中南大学周剑等曾在河南省某铝土矿区试用了该种方法，认为有明显效果。
3.2.3 超长电磁波地下遥感技术
中国地质大学陈炳武等于2006年第一次将该方法引入铝土矿勘查领域。河南省有色地勘总院张林等也曾将该方法应用于隐伏铝土矿勘查。该方法采用北京大学研制的超长电磁波探测仪，可以探测30～10000m 深度内的地质地质构造和岩性界面，所用探测仪体积小、重量轻、易携带、易操作、高效环保、野外探测成本低。通过试验并取得了应用效果，认为有推广价值。
3.2.4 微重力测量法
河南省地矿局物探队以往曾在铝土矿勘查方面试验过微重力方法，认为有一定作用。河南省地质调查院在进行“河南省重要成矿区带1/5万矿产远景调查”工作时，广泛开展了微重力测量，发现铝土矿区域分布与重力梯度带的密切关系，并与地质和遥感方法相配合，很好地圈出了一批铝煤找矿靶区，实现了隐伏铝土矿找矿方面的突破；为了研究微重力方法在寻找和发现铝土矿体方面的效果，在郁山矿区开展了1/10000微重力测量，在埋藏深度200～600m推断圈出了有利成矿的岩溶溶斗、溶坑，并通过普、详查钻探得到证实。因此，微重力测量在铝土矿勘查方面的价值应得到重视，由于其方法简便易行成本低廉，有较大的研究和推广应用价值。
3.2.5 其它物探方法
除上述方法之外，浅层地震也应是对中深部铝土矿勘查较有价值的物探方法，特别是该方法广泛应用于煤矿勘查，集累了大量工作成果，对于已完成煤矿勘查的煤下铝勘查区来说，充分利用已有地震测量成果，进行针对铝土矿的资料再处理和再解释，将是一条可取的捷径；对于待勘查或正在勘查的煤矿区，充分考虑煤、铝兼探兼采，在地震勘查中将煤矿和铝土矿同时作为探测和解释的目的矿层，将会起到一举多得、事半功倍的效果。
3.3 注重铝煤及其它共（伴）生矿产兼探兼采
矿产综合勘查综合利用是未来矿产勘查开发的必由之路，对于铝煤岩系来说，尤其如此，因为，它们是多种矿产的浓集地段。
3.3.1 煤下铝勘查开发会成为面临闭坑的煤矿企业新生之路
我省煤矿经过几十年的开采，大多已开采到埋深600m的水平，许多矿井面临闭坑或已经闭坑，企业转产势在必行，而对企业最直接、最有利的转产项目是开展煤下铝的勘查开发。我省煤矿企业主要开采山西组二1煤层（大煤），大煤层与铝土矿层之间地层厚度约20～100m，在地层倾角小于45°情况下，垂直距离不超过30～140m。由于铝煤共生，通过煤矿勘查和开采，对矿区地质构造及开采技术条件已充分查明，若进行坑道内钻探，只需投入少量的钻（坑）探工程即可查明煤下铝的规模、质量及赋存情况，在煤下铝开采建设中可以利用已有的采煤工程设施，节约大量建设费用，并且，矿山企业原有的设备、人员也能被充分利用，与转产其它行业相比有较大的优势，同时，与新建一个井采的铝土矿企业相比要减少许多投入，使所采出的铝土矿成本下降，在行业竞争中处于有利地位。因此，面临闭坑的煤矿转产开发煤下铝将可能使企业焕发青春活力。
3.3.2 兼探兼采、综合利用是现代化矿山企业的发展趋势
现代矿山企业要可持续发展必须走资源、环境并重的道路，必须向无污染、无废物排放、绿色环保型企业方向发展，因此，对铝煤矿山企业来说，开展兼探兼采、综合利用不仅有得天独厚的条件，而且也是其未来发展的必然趋势。
含铝岩系是多种矿产富集的资源宝库，除铝土矿之外，常见的共（伴）生矿产有铁矿、硫铁矿、铁矾土、耐火粘土矿、镓、钛、锂、稀土等，在以往铝土矿勘查中，对这些共（伴）生矿产也进行了不同程度的勘查评价，也提交了一定数量的资源/储量。
上述共（伴）生矿产具有重大经济价值。锂、镓是重要的稀有、稀散金属，它们与稀土元素都是价值极高的矿产资源；硫铁矿是重要的化工原料；铁、钛是钢铁工业基本原料，而铁矾土、耐火粘土也多用于生产钢铁工业辅助材料。
在开展煤矿勘查的同时，对铝土矿及上述共（伴）生矿产进行综合勘查、综合评价，将大大降低矿产勘查的平均成本，也会取得具有更大潜在经济价值的勘查成果。
对铝煤及上述共（伴）生矿产进行综合开发、综合利用，在矿山建设等方面增加了部分投入，但所取得的多种矿产品会产生的价值，将会极大提高矿产开发综合效益，也符合循环经济发展的要求；同时，扩大开发领域，将延长矿山服务年限，有利于矿山企业的持续发展；铝土矿开采方式由露采转为井采，多种矿产综合利用从而减少尾矿，也有利于保护矿山自然生态环境。
中铝、义煤等大型国企已经开始了铝煤的兼探兼采以及对其它共伴生矿产的综合利用研究工作。
4 结论
①我省含铝岩系露头区铝土矿勘查已基本结束，浅覆盖区的勘查工作在未来三至五年内也将基本完成，未来铝土矿勘查的主要方向是已知铝土矿带的中深部。
②为适应中深部寻找隐伏铝土矿的需要，应以提高隐伏铝土矿定位精度为目标，发展成本低廉、简便易行、高效能物探技术，目前应重点加强CSAMT、微重力、超长电磁波测量等物探方法在铝土矿勘查方面的应用研究。
③在隐伏铝土矿勘查中应贯彻煤铝兼探兼采、综合勘查综合利用的思想，并落实到未来矿产开发中。
④根据铝、煤及共（伴）生矿产的赋存规律和我省铝、煤勘查开发现状，对含铝煤岩系勘查开发工作提出如下建议：●对已闭坑或面临闭坑的煤矿井田开展煤下铝及共（伴）生矿产的勘查评价工作；●对煤矿井田尚未开采的区段抓紧进行煤下铝的补充勘查，或者，在煤矿开采勘探阶段对煤下铝进行补充勘查，并在未来的开采建设中进行煤铝及其它共（伴）生矿产兼采。●在新的勘查区，在煤、铝预查阶段即进行综合找矿，综合评价，为进一步兼探兼采提供基础依据。●对含铝岩系多种矿产综合利用技术进行研究，提高矿产综合利用水平和效益。●对富水煤矿区矿坑水的利用进行研究，以达到变水害为水利的目的。