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引用本文: 卢俞杰,吴迪,高旭升,刘君宇,李硕,王滑冰 . 2024. 几内亚博凯红土型铝土矿赋存特征及开采技术条件[J]. 矿产勘查,15(2): 252-263.

Citation: Lu Yujie,Wu Di,Gao Xusheng,Liu Junyu,Li Shuo,Wang Huabing. 2024. Occurrence characteristics and mining technical conditions of Boké lateritic bauxite in Guinea[J]. Mineral Exploration,15(2):252-263.

作者简介:

卢俞杰,女,1986年生,工程师,从事水工环地质和固体矿产勘查工作;E-mail:364722283@qq.com。

通讯作者:

王滑冰,男,1987年生,硕士,高级工程师,从事地质矿产勘查工作;E-mail:whb19870116@163.com。

中图分类号:P611;P618.45;P641.4;[P642.5]

文献标识码:A

文章编号:1674-7801(2024)02-0252-12

DOI:10.20008/j.kckc.202402008

参考文献
Hirdes W, Davis D. 2002. U-Pb geochronology of paleoproterozoic rocks in the southern part of the Kedougou-Kenieba Inlier, Senegal, West Africa: Evidence for diachronous accretionary development of the Eburnean province[J]. Precambrian Research, 118: 83-99.
参考文献
刘志如, 魏磊.2020.几内亚红土型铝土矿地质特征研究[J].矿业工程, 18(4): 1-4.
参考文献
施强, 王春帅, 毕炳坤, 王琦.2020.豫西雷门沟钼矿水文地质条件分析及涌水量预测[J].矿产勘查, 11(12): 2742-2748.
参考文献
宋崇宇, 元春华, 李仰景, 陈喜峰.2021.几内亚矿产资源特征、开发现状及投资展望[J].地质与勘探, 57(6): 1287-1296.
参考文献
宋国明.2010.几内亚金属矿业概况[J].中国金属通报, (33): 38-39.
参考文献
徐红伟, 张先忠.2009.几内亚共和国博凯地区红土型铝土矿地质特征和成矿机理初探[J].长春工程学院学报(自然科学版), 10(1): 87-91.
参考文献
闫晋龙, 胡永豪, 李晨晖, 孙健.2020.菲律宾西萨马岛 AMPI 矿区铝土矿床开采技术条件研究[J].矿产勘查, 11(6): 1285- 1290.
参考文献
袁杨森, 高灶其, 张成学, 徐红伟.2010.几内亚博凯地区红土型铝土矿成矿机理和控矿因素研究[J].河南理工大学学报(自然科学版), 29(3): 343-350.
参考文献
元春华, 刘大文, 连长云, 韩九曦.2012.几内亚地质矿产与矿业开发[M].北京: 地质出版社, 1-208.
参考文献
张成学, 张泽夏, 王国库, 张璜.2009.几内亚共和国博凯 558铝土矿区赋矿岩石特征[J].化工矿产地质, 31(1): 25-30.
参考文献
张成学, 王国库, 张泽夏, 张璜.2015.几内亚共和国红土型铝土矿床成矿探讨[J].化工矿产地质, 37(1): 11-19.
参考文献
张海坤, 胡鹏, 姜军胜, 程湘, 王建雄, 刘江涛, 向鹏.2021.铝土矿分布特点、主要类型与勘查开发现状[J].中国地质, 48(1): 68-81.
参考文献
张海坤, 胡鹏, 程湘, 姜军胜, 刘江涛, 向鹏.2022.几内亚优势金属矿产地质特征、成矿作用及开发现状[J].地质通报, 41(1): 141-153.
目录contents

    摘要

    博凯铝土矿床位于几内亚铝土矿矿集区——博韦盆地的西南部,属典型的红土型铝土矿矿床。为了使矿区勘查和开发工作更为经济、高效,本文详细研究了区内铝土矿床的赋矿岩系和矿体地质特征、矿床成因及开采技术条件。研究认为,该区赋矿岩系自上而下可划分为铁铝富集带、风化淋滤带和成矿母岩带,且成矿母岩为玄武岩和辉长岩。矿体空间形态多呈层状、似层状和透镜体状,平面形态呈不规则状、港湾状、锯齿状、短轴状、弧形状、带状等,其产状随地形起伏而变化。矿体中Al2O3含量变化均匀,与SiO2含量呈弱负相关、与铝硅比(A/S)呈弱正相关,但Al2O3含量与Fe2O3含量呈明显的相互消长关系。矿区水文地质、工程地质和环境地质条件简单,适宜露天开采。

    Abstract

    Boké bauxite deposit is a typical lateritic bauxite deposit located in the southwest of Bové Basin,a bauxite concentration area of Guinea. In order to make the exploration and development more economical and efficient, this paper studies the geological characteristics of the host rock series and ore body,ore genesis and the mining technical conditions of the deposit in detail. The results show that the host rock series in this area can be divided from top to bottom into iron and aluminum enrichment zones, weathered leaching zones and ore-forming mother rock zones,and the metallogenic mother rock are basalt and gabbro. The spatial form of the ore body is mostly stratiform, likely stratiform and lenticular. In contrast,the plane form is irregular, harbor, zigzag, short axis, arc and ribbon, etc. , and its occurrence changes with the topography. The content of Al2O3 in the ore body changes uniformly,and has a weak negative correlation with the content of SiO2 and a positive correlation with the ratio of Al to Si. However,the content of Al2O3 and Fe2O3 have an obvious mutual fluctuation relationship. The hydrogeology,engineering geology,and environmental geology of the mining area are simple and suitable for openpit mining.

  • 0 引言

  • 几内亚铝土矿资源非常丰富,是世界上铝土矿资源储量最大的国家,铝土矿远景资源量400亿t以上(宋国明,2010;宋崇宇等,2021)。目前探明铝土矿储量 290 多亿 t,居世界第一位,主要分布于几内亚西部的大西洋沿海平原、中部福塔—贾隆高原和东部草原过渡带。博凯铝土矿床位于西部的博韦 (Bové)盆地铝土矿成矿带西南部,从2008年至今该矿区历经详查、勘探工作,提交探明、控制和推断铝土矿资源量15亿t,其中探明资源量5亿t,属于超大型铝土矿床。前人对该铝土矿床的地质特征及成矿机理等方面进行了较为详细的探索(徐红伟和张先忠,2009袁杨森等,2010张成学等,20092015),但缺乏针对矿床开采技术条件方面的研究工作。本文在综合以往研究资料的基础上,结合近年来的勘查成果,分析了博凯铝土矿的赋存特征、矿床成因以及开采技术条件,以期为各国际矿业公司在几内亚博凯地区及其他具有类似的地区开展铝土矿勘查及开发工作提供有益参考。

  • 1 区域地质特征

  • 几内亚大地构造位置处于西非克拉通南部、马恩—莱奥地盾西部(图1)。主要由 3个地质单元组成,分别为东部太古宙至古元古代马恩—莱奥地盾、西部古生代博韦盆地和西南部泛非期罗科利德 (Rokelide)造山带(张海坤等,20212022)。区域地质构造及成矿作用复杂,主要受里奥尼造山运动 (Léonien)、利比里亚造山运动(Libérien)、埃伯尼造山运动(Eburnéen)和泛非造山运动(Pan-Africa movement)共 4 次大的造山运动的影响。几内亚红土型铝土矿主要分布于西部的博韦盆地和福塔— 贾隆高原,其主要与古生代和新生代长期风化剥蚀、机械沉积作用有关(元春华等,2012)。

  • 区域范围内绝大部分面积被赋存铝土矿的铁铝风化壳覆盖,基岩露头极少,一般零星见于沟谷中。综合区域及不同矿区的勘查资料,区域基岩地层分布较为简单,除新生界外,区域内主要地层为古生界—新元古界海相沉积岩类(图2)。奥陶系— 志留系(OS)是区域分布最广的地层,主要岩性为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质岩等,构成温都博鲁—弗里亚向斜的两翼,呈U型展布于区域的东部、南部和中西部;其次为泥盆系(D)砂岩、粉砂岩、泥质岩,分布于区域中部的向斜轴部,区域的西北角及东部见有零星分布,总体走向北北西;而新元古界(Pt3)仅分布于向斜东北翼,呈不规则状出露于区域的东北部、东部,主要岩性为薄层状粉砂岩、黏土岩、白云质灰岩、凝灰岩、石英岩及冰碛岩等,总体走向北西;第四系(Q)粉砂质黏土及亚黏土等呈不规则状分布于大西洋沿岸冲积平原,水系河谷内两侧分布砂砾石及砂质黏土等。

  • 区域基岩地质构造较为复杂,断裂多见,褶皱不发育。主断裂构造主要为北东向、次之为北西向的性质不明断层,而温都博鲁—金迪亚大断裂呈 150°~330°方向贯穿区域中部,延伸约220 km。区域中北部的温都博鲁—弗里亚向斜构造控制着区域地层走向,沿 170°~350°方向展布,且向斜总体呈北北西方向倾伏,两侧地层缓倾斜产出,倾角一般在 3°~5°。岩浆岩多呈枝杈状分布于区域中部和东北部岩性主要为玄武质火山凝灰岩、球粒玄武岩(粒玄岩)、辉绿玢岩、辉长(绿)岩,为区域铝土矿的主要成矿母岩;区域范围内除第四系冲洪积层外,余则被各国矿业公司分割成大小不等的铝土矿区(张成学等,2009)。

  • 2 矿区地质特征

  • 研究区位于几内亚西部晚古生代温都博鲁— 弗里亚向斜核部的西南缘(图2)。区内绝大部分面积被厚15~30 m的铁铝风化壳覆盖,基岩露头极少,仅见沟谷中零星分布。而铁铝风化壳是区内的含矿地层。综合勘查资料,区内基岩地层主要为泥盆系和奥陶系—志留系碎屑沉积建造。岩性主要为砾岩、砂岩、粉砂岩及泥页岩等。受温都博鲁—弗里亚向斜的影响,区内地层总体走向呈北北西,倾向北东东。区内未见明显断裂、褶皱等构造出露。但从区域上看,矿区构造简单,主要表现为呈北东走向的断裂构造,从矿区中部贯穿,但对区内红土型铝土矿的赋存状态没有影响(徐红伟和张先忠, 2009)。

  • 图1 几内亚和周边地区大地构造位置示意(a)及地质简图(b)(据Hirdes and Davis,2002修改)

  • 1 —太古宇;2—古元古代绿岩带;3—元古代侵入体;4—泛非期构造带;5—新元古界—中生界;6—剪切带;7—国界线;8—研究区

  • 矿区内基性岩浆活动强烈,地表无大面积出露,多通过钻孔、浅井及探槽等探矿工程的揭露,仅在矿区附近沟谷中有小范围露头。岩性主要为球粒玄武岩(粒玄岩)、辉长岩、辉绿岩、辉绿玢岩等。基性岩浆岩多沿沟谷的上游地形较陡峭的谷底呈长条状产出,长数十米至千余米,宽数米至数百米不等,出露高差一般数米至数十米,最大可达 105 m。其出露形态受沟谷形态的制约。总体来看,矿区基性岩浆活动强烈,玄武岩、辉长岩发育,其应为区内铝土矿的成矿母岩。

  • 图2 博凯地区区域地质图

  • 1 —第四系冲洪积物;2—泥盆系砂岩、粉砂岩、泥质岩;3—奥陶系—志留系砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质岩;4—新元古界粉砂岩、黏土岩、白云质灰岩、凝灰岩、石英岩及冰碛岩;5—中生代粒玄岩、玄武岩及少量橄榄岩;6—古生代黑云母花岗岩、角闪岩、云英闪长岩和少量的辉长(绿)岩、苏长辉长岩及角闪辉长岩;7—新元古代流纹岩、细碧岩、玄武玢岩及辉绿岩;8—性质不明断层;9—向斜轴线;10—地层产状;11—河流;12—研究区

  • 3 矿体地质特征

  • 3.1 赋矿岩系特征

  • (1)赋矿岩层及矿物特征

  • 铁铝风化壳为近地表风化残积层,是矿区唯一的赋矿岩系,也是区内分布最广的地质体。从垂向剖面看,赋矿岩系具“三带七层”结构(图3),自上而下分别为:上部铁铝富集带,由铁(铝)帽层和红土层构成,是铝土矿的赋矿层位;中部为成矿母岩风化淋滤带,由铁质黏土岩、黏土岩、粉砂质黏土岩等构成;下部为成矿母岩带,包括风化母岩和母岩层,上部强风化母岩仍可见成矿母岩的残余结构构造。赋矿岩层的厚度及产状明显受地形的起伏变化和下伏基岩(成矿母岩)的制约。各岩层特征分述如下。

  • ①铁(铝)帽层:该层主要分为铁矾土和块状铝土矿,是矿区块状铝土矿的主要赋存部位,被沟谷切割呈不规则状分布,厚度一般为2~5 m,最厚可达 15 m。铁矾土主要分布在地表,呈褐红色,泥质结构,蜂窝状-皮壳状构造;且砾岩型铁帽较为发育,厚度较小,分选性较差,砾岩成分以含铁较高的铝质土为主,并具有一定的磨圆度;主要矿物成分为赤铁矿和黏土矿物,含少量褐铁矿,被泥质-铁质胶结,厚度1~3 m,最厚可达10 m。块状铝土矿位于铁矾土之下,或直接裸露于地表,褐黄色,泥质结构,蜂窝状构造;主要矿物为三水铝石,次要矿物为高岭石、蒙脱石等黏土类矿物,含少量赤铁矿;矿石主要由铝土矿碎块及黏土组成,总体上中上部块度大且多,下部块度少而小,其厚度、含矿率及矿石质量变化大。厚度1~3 m,最厚可达10 m。

  • 图3 博凯地区红土型铝土矿典型柱状图(a)及剖面照片(b)

  • ②铁(铝)红土层:矿区内土状铝土矿的主要赋存层位,位于铁(铝)帽层之下,二者为渐变接触关系。该层厚度 2~5 m,最大厚度可达 23 m。呈砖红色,泥质、豆鲕、结核状结构,土状构造。主要矿物为三水铝石,次之为赤铁矿、针铁矿、白云母、高岭石、石英等。铁红土与土状铝土矿肉眼无法分辨其矿物组成,含矿性只能根据化验结果判断。土状铝土矿石成分极不均匀,由铝土矿块和黏土组成,呈松散状,矿石粒径大小不一,总体上中上部块度大,下部块度小,其厚度、含矿率及矿石质量变化大。

  • ③铁质黏土层:该层产出于铁(铝)红土层的下部,厚度一般为1. 0~9.6 m,与其上的铁(铝)红土层及下伏黏土岩层呈渐变接触关系。紫红、斑杂色,泥质结构,土状构造。主要矿物为白云母,次之为高岭石、石英、三水铝石,含少量赤铁矿、针铁矿等。铁质含量较高,为黏土岩进一步风化、淋滤产物。

  • ④黏土岩层:产出于铁质黏土层的下部,厚度一般为 2. 0~6.7 m。浅灰白色,泥质结构,土状构造。主要矿物为石英、白云母,次之为高岭石,少量三水铝石、赤铁矿等。

  • ⑤粉砂质黏土层:一般分布于黏土岩之下,厚度 1. 0~4.5 m,与上覆黏土岩层呈渐变接触关系。岩性呈浅灰白色,粉砂质结构,土状构造,主要矿物为石英、白云母、高岭石等。

  • ⑥风化母岩层:多呈浅灰、灰黄色,一般厚0.1~0.3 m。与上覆的粉砂质黏土岩层界线较清晰,为下部基岩的直接风化产物,底部具母岩残余结构。其下为成矿母岩,由玄武质凝灰岩、粒玄岩、辉长岩、辉绿岩等岩性构成。

  • (2)赋矿岩系化学成分特征矿区赋矿岩系的主要化学成分为 Al2O3、Fe2O3 及SiO2,次为FeO、TiO2、S、P2O5、K2O、Na2O、CaO、MgO等。其中 Al2O3、Fe2O3、CaO、S、P2O5主要富集于上部的铁铝富集段(铁帽层、红土层)内,沿垂向向下逐渐降低;SiO2在铁铝富集段内含量较低,进入铁质黏土岩向下其含量增幅梯度较大;FeO、K2O 沿垂向向下逐渐增高;Na2O、MgO则富集在铁红土(土状铝土矿)、铁质黏土岩内;TiO2由上而下几乎无变化。

  • 3.2 矿体地质特征

  • 区内铝土矿赋存于铁铝风化壳的中上部,矿层单一,层位稳定,矿体主要分布在海拔 140m 以上的山顶及山坡处。由于地形切割,矿体平面形态较为复杂。在矿区内共圈定出 39 个矿体(图4),其中 A1、A3、A4、A5、A8、A15、A16、A21、A23、A26、A30、 A32、A34、A35、A38、A39 共 16 个矿体规模较大,单个矿体的资源量均在 2000×104 t以上。主要矿体数据见表1。

  • (1)矿体形态规模

  • 矿区铝土矿单个矿体规模中至大型或特大型,主要分布于矿区中北部山丘的中部和上部,总体上呈南北向展布。矿体空间形态多呈层状、似层状和透镜体状,平面形态呈不规则状、港湾状、锯齿状、短轴状、弧形状、带状等。矿体规模相差比较悬殊,控制圈定的 16个主要矿体规模达到大型(表1),一般长大于 2 km,宽几百米至几千米。尤其是 A15矿体长度超过 12 km,宽度大于 7 km,属于特大型矿体。矿体的平面形态受地形制约,呈不规则状,整体平面形态较复杂,属形态中等偏复杂类型。

  • (2)矿体产状

  • 矿体产状随地形起伏而变化,产状较平缓,坡度 0°~12°,受下伏基岩(成矿母岩)产状制约,随基底起伏而变化。

  • (3)矿体厚度

  • 全区39个矿体中,工程控制程度较高且规模较大的矿体有 10 个,根据探矿工程统计,矿体厚度一般 0~10 m,最大厚度超过 20 m,平均厚度 5. 03~10.10 m,厚度变化系数 38.46%~61.61%,除 A14号矿体的厚度变化系数为 38.46% 属稳定类外,其他矿体厚度变化系数均为47.25%~61.61%,属于较稳定类。特别是A5、A15、A21、A30等四个特大型矿体厚度频率值集中明显,在较小范围内变化,厚度频率为正态分布,厚度相对连续,说明矿体厚度稳定。

  • (4)矿石品位

  • 矿区内矿体Al2O3最低为35. 01%,最高为56.87%,平均为 40.72%,品位变化系数为 0.3%~12.43%,平均品位变化系数为6.43%;SiO2最低为0.43%,最高为 10.88%,平均为 2.83%,平均变化系数 21.32%; 矿区铝硅比(A/S)为 4~46,最可高达 255,平均为 15.11,平均变化系数 23.90%(表1)。说明矿石主要化学组分较稳定,矿体品位变化均匀。

  • 表1 博凯铝土矿区主要矿体特征(据贾晓东等,2020

  • 图4 博凯铝土矿区矿体平面分布图

  • 4 矿石 Al2O3含量及铝硅比值变化规律

  • 矿区内实际完成钻孔1931个(27716.64 m),浅井 26 个(136.20 m),刻槽采样 14 件,钻孔样 28535 件。经过矿体内 8241 件样品分析结果统计,Al2O3平均含量 40.72%,SiO2平均含量 2.83%,铝硅比(A/ S)平均为 15.11。其中 Al2O3≥46% 的样品占 12.40%,38%≤Al2O3<46% 的样品占 62.42%,35%≤ Al2O3<38% 的样品占 25.18%。从统计数据可明显看出,Al2O3平均含量变化较小,说明矿石中 Al2O3含量非常稳定。且与SiO2含量呈弱负相关、铝硅比(A/ S)呈弱正相关(图5)。但矿体中 Al2O3含量与 Fe2O3 含量呈明显的相互消长关系,SiO2在矿层中含量变化稳定,进入底板黏土岩中显著升高(刘志如和魏磊,2020;贾晓东等,2020)。

  • 为了解主要矿体 Al2O3含量和 A/S 值在纵横向的变化规律,对 A5、A15 和 A21 三个超大型矿体 Al2O3含量和 A/S值变化进行了分析统计(图6)。结果显示以上 3 个矿体的 Al2O3含量在纵横剖面上变化区间较小,说明这3个矿体的Al2O3含量变化特征与矿区相似,也非常稳定。而矿体的 A/S 值变化相对较大。其中A15矿体的A/S值变化基本无规律可循,A5矿体 A/S值变化在横剖面上也基本无规律可循,但在纵剖面上显示了南低北高的趋势;A21矿体 A/S 值在横剖面上显示了北西低南东高的趋势,在纵剖面上显示了南西高北东低的趋势。

  • 图5 博凯地区矿石中Al2O3含量与SiO2含量(a)、铝硅比(b)相关性图

  • 5 矿床成因

  • 矿区位于几内亚西部博韦盆地铝土矿成矿带西南部。中生代时期大西洋的海底扩张致使西非克拉通产生大规模的断裂构造,与此同时伴随着强烈的岩浆活动,其中以大面积喷溢形成的粒玄岩和浸入的辉长岩、辉绿玢岩、辉绿岩为主,并广泛分布于下几内亚和中几内亚地区,分布面积达数万平方千米(Hirdes and Daris,2002;卢耀东等,2010)。这些基性岩浆岩是一种含铝较高的岩石种类,为红土型铝土矿的矿原岩即成矿母岩;且综合区域铝土矿成因及矿区探矿工程的揭露情况判断,区内的成矿母岩应为玄武岩和辉长岩(张成学等,2019;袁杨森等,2010)。

  • 矿区地处低纬度地区,具备湿热的热带雨林条件,植被异常茂盛,因而以化学风化和生物风化作用为主的地质风化作用强烈而彻底,造成玄武岩和辉长岩中的硅酸盐矿物全部分解,转变为次生铁、铝矿物和高岭石黏土矿物,形成红土型风化壳(卢耀东等,2010)。在此过程中,化学活性较大的 K、 Na、Ca、Mg 等元素迁移流失,化学活性较为惰性的铁、铝及部分硅则形成氧化物、含水氧化物,如水铝石、赤铁矿等呈皮壳状、豆状、透镜状、似层状或分散状等方式保留下来,形成风化残余(积)物。该过程是一个显著的脱硅富铝过程,加之湿热气候带在旱季引起地面水下降,毛细管作用把 Al2O3和 Fe2O3 带到地表,形成铝铁质壳即铁帽,至此,风化残余型即红土型铝土矿形成过程结束。

  • 6 矿床开采技术条件

  • 6.1 水文地质条件

  • 矿区属热带季风气候,一年分为雨季和旱季两季。雨季为每年的 6—10 月,雨季降雨量占全年的 90% 以上。而旱季为每年的 11月至次年 5月,雨量不足全年的10%,适合于室外工作。

  • 矿区铝土矿主要分布在海拔140 m以上的山顶及山坡处,矿体呈层状大部分出露于地表或上覆极薄的腐殖土,埋藏较浅,剥离量很小,因而矿山采用露天开采较适宜。矿体埋藏标高在 85. 00~333.95 m,最低见矿标高 79.10 m,均在当地侵蚀基准面以上。区内第四系腐殖土层、铁帽和铁红土含矿层为透水层,其下的铁质黏土岩层和黏土岩层为隔水层,基底风化母岩位于矿体及隔水层以下,对矿山露天开采影响不大。

  • 图6 主要矿体沿横、纵剖面线Al2O3含量及A/S值变化折线图(剖面位置如图4所示)

  • a、b—A5矿体;c、b—A15矿体;e、f—A21矿体

  • 区内地下水补给、径流和排泄条件受区域地质、地貌和人为因素的控制(施强等,2020)。而矿区地下水完全来自大气降水下渗,地层富水性受季节影响大。经钻孔取样测试,岩芯含水量自上而下逐渐增加;山坡、山头等处由于其渗透系数大,旱季时地下水已通过地下径流及蒸发排泄到较低处, 140 m 高程以上的钻孔多数无水,少数有水钻孔地下水位埋深较大,潜水位在矿体底板之下(表2、表3),地层富水性很弱甚至无水,不存在或不构成矿床充水水源。但是经长期地下水动态观测发现,在雨季和雨季刚结束的一段时期,由于大气降水的下渗,造成地下水位升高,潜水面可以高过矿体底板甚至接近地表,此时开采会造成矿床大量充水。所以,矿山开采时,建议合理设计露天开采台阶角度,利用有利地形自然排水。

  • 综上所述,矿区水文勘探类型为以季节性的大气降水间接充水为主的矿床,主要矿体位于当地侵蚀基准面以上,地形有利于自然排水,矿床主要充水含水层富水性弱,水文地质条件简单。因此,该矿床属水文地质条件简单的矿床。

  • 表2 矿区主要含水层部分钻孔静止水位一览

  • 表3 矿区部分钻孔注水试验结果一览

  • 6.2 工程地质条件

  • (1)岩(矿)石的稳固性。矿石分为块状铝土矿和土状铝土矿两类,分别赋存于铁(铝)帽层和铁红土层中。铁(铝)帽层位于地表,褐色、泥质结构,蜂窝状-块状构造,为透水层,亦是含水层,水可迅速下渗,其内聚力为 80 kPa,内摩擦角 40°;铁红土层:棕红色、砖红色,泥质-豆状结构、土状构造,为透水层,亦为含水层,其内聚力 40 kPa,内摩擦角 38°(表4)。

  • 表4 岩、土力学的指标统计

  • 铁帽和铁红土层总厚度一般不大于 20 m,铁红土逐渐过渡到底板,不含软弱夹层及其他不利的工程地质因素,且矿体一般赋存于坡度小于 15°的地段,地势起伏不大,整体稳固性较好。个别钻孔钻进过程中有掉钻现象,据推测,是由于风化淋滤过程中在风化壳中形成的空洞,对未来矿山开采影响不大。

  • (2)矿体顶底板的稳定性。矿体基本上出露于地表,局部上覆有薄层铁帽层和腐殖土,由于上覆盖层较薄,不适宜实施硐采,故矿山开采时只能实行露天开采,有覆盖的地段在开采前予以剥离即可,所以可以不考虑矿层顶板的稳固性问题。

  • 矿体的底板围岩是黏土岩和铁质黏土岩。黏土岩呈浅灰白色,泥质结构,块状构造,一般为中密,主要矿物成分为黏土矿物,密实,渗透系数小; 铁质黏土岩褐黄、灰白、紫色相间,块状构造,泥质结构,主要矿物成分为黏土矿物,含少量铁质,密实,渗透系数小。黏土岩和铁质黏土岩内聚力 100 kPa,内摩擦角 40°,干燥状态下单轴抗压强度在 5 MPa 以上,RQD 值 60%~80%,完整性较好。故矿层底板稳定性较好。

  • (3)边坡稳定性分析。矿山将采用露天台阶开采方式,边坡问题将是矿山生产期间主要面对的问题。影响边坡稳定性因素较为复杂,包括地震作用、地下水作用、大气降水、人为因素、地质结构面等。就矿区而言,在旱季进行开采,大气降水影响不大,地下水埋藏在矿体以下,矿区未发现软弱夹层或断裂破碎带(卢耀东等,2010)。因此,边坡稳定主要由岩、土体自身物理力学性质决定。

  • 根据对临近矿区的调查发现,美国环球铝业工地开采台阶高度一般在 6 m 左右,边坡角度为 60°~75°。借鉴临近矿区的开采经验,结合矿区实际,设定开采台阶高度 6 m,宽度 6 m,边坡角 65°,进行边坡稳定性验算。根据《矿山地质手册》黏性土土质斜坡稳定系数 K 值(K=1 时,边坡处于临界稳定状态;K=1.3 时,边坡较为稳定;K>1.5 时,边坡很稳定)。边坡角按照 65°验算,求得 K值 3.46>>1.5,边坡很稳定;当雨季地下水位升高时,考虑到地下水位上升的影响,土的内聚力下降,按照 5 kPa 计算,边坡角按照 75°验算,再次求得 K值 1.22,边坡处于临界稳定状态。因此,75°是矿区边坡的临界稳定角度,露采边坡角不宜大于75°。

  • 综上所述,矿区大部分地区未来露天开采时边坡稳定;但在河流、沟谷等雨季地表水的排泄通道处,且受地下水的影响,边坡稳定性不好。因此,沟谷河流等边坡稳定性不好的地区需合理设置边坡角。

  • (4)工程地质类型。矿区地形地貌条件简单,地形有利于自然排水,地层岩性单一,地质构造简单,矿体及其底板稳定,全区大部分均为露天采场边坡稳定区,矿床范围内未发现对矿床开采、工业场地布置有影响的断裂或破碎带,不易发生矿山工程地质问题。因此,矿区属工程地质条件简单类。

  • 矿区地表风化残积层较厚(包括:铁帽、铁红土、铁质黏土岩、黏土岩等),最厚可达30 m,由于其结构较为松软,稳固性较差,不能作为大型建筑(如堤坝、高层建筑)的天然地基,故在进行大型工程建筑前,要做好工程地质勘察和建筑地基处理工作,以防引发各种工程地质问题。

  • 6.3 环境地质条件

  • 矿区多年来未发生过崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害;区内地势起伏不大,未发现陡坡、危岩,沟谷中植被发育、地势平缓、汇水面积小、地表无松散堆积物,因此矿区不易发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。矿区地处内陆,区内散落的居民以农业生产为主,没有工业生产活动。因此,矿区环境地质条件较好。

  • 在未来矿山开采过程中要注重环境地质的保护,矿山开采产生的大量剥离废弃物有造成环境污染和诱发泥石流的可能(闫晋龙等,2020)。矿床开采后,矿层底板或间接底板黏土岩和铁质黏土岩大多会暴露于地表,雨季黏土岩容易软化,造成水土流失。因此,矿山开采后需对黏土岩进行植被恢复治理。

  • 7 结论

  • (1)博凯铝土矿矿体赋存于近地表铁铝风化壳,为典型的红土型铝土矿床,矿区发育的玄武岩和辉长岩为成矿母岩。赋矿岩系自上而下可划分为铁铝富集带、风化淋滤带和成矿母岩带,上部铁铝富集带为铝土矿的赋矿层位。矿体空间形态多呈层状、似层状和透镜体状,平面形态呈不规则状、港湾状、锯齿状、短轴状、弧形状及带状等,其产状随地形起伏而变化,坡度0°~12°。

  • (2)矿体中 Al2O3含量变化均匀,与 SiO2含量呈弱负相关、铝硅比(A/S)呈弱正相关,但其与Fe2O3含量呈明显的相互消长关系。同时,SiO2在矿体中的含量变化不大,但进入底板黏土岩中其含量显著升高。

  • (3)矿区水文地质、工程地质和环境地质条件简单(第Ⅰ类),确定矿山开采方式为露采。矿山开采过程中要注重环境地质的保护,防止造成环境污染和诱发泥石流;矿床开采后,大面积的黏土岩类裸露地表,需要对其进行植被恢复治理。

  • 注释

  • ① 贾晓东,张俊,牛玉锴,魏振国,朱超超.2020.几内亚共和国博凯地区铝土矿开发项目二期生产勘探报告[R].郑州:河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院.

  • ② 卢耀东,高灶其,张成学,聂怀谦,徐红伟,袁杨森.2010.几内亚共和国博凯 558 矿区铝土矿勘探报告[R].郑州:河南省地质矿产勘查开发局第二地质队.

  • 参考文献

    • Hirdes W, Davis D. 2002. U-Pb geochronology of paleoproterozoic rocks in the southern part of the Kedougou-Kenieba Inlier, Senegal, West Africa: Evidence for diachronous accretionary development of the Eburnean province[J]. Precambrian Research, 118: 83-99.

    • 刘志如, 魏磊.2020.几内亚红土型铝土矿地质特征研究[J].矿业工程, 18(4): 1-4.

    • 施强, 王春帅, 毕炳坤, 王琦.2020.豫西雷门沟钼矿水文地质条件分析及涌水量预测[J].矿产勘查, 11(12): 2742-2748.

    • 宋崇宇, 元春华, 李仰景, 陈喜峰.2021.几内亚矿产资源特征、开发现状及投资展望[J].地质与勘探, 57(6): 1287-1296.

    • 宋国明.2010.几内亚金属矿业概况[J].中国金属通报, (33): 38-39.

    • 徐红伟, 张先忠.2009.几内亚共和国博凯地区红土型铝土矿地质特征和成矿机理初探[J].长春工程学院学报(自然科学版), 10(1): 87-91.

    • 闫晋龙, 胡永豪, 李晨晖, 孙健.2020.菲律宾西萨马岛 AMPI 矿区铝土矿床开采技术条件研究[J].矿产勘查, 11(6): 1285- 1290.

    • 袁杨森, 高灶其, 张成学, 徐红伟.2010.几内亚博凯地区红土型铝土矿成矿机理和控矿因素研究[J].河南理工大学学报(自然科学版), 29(3): 343-350.

    • 元春华, 刘大文, 连长云, 韩九曦.2012.几内亚地质矿产与矿业开发[M].北京: 地质出版社, 1-208.

    • 张成学, 张泽夏, 王国库, 张璜.2009.几内亚共和国博凯 558铝土矿区赋矿岩石特征[J].化工矿产地质, 31(1): 25-30.

    • 张成学, 王国库, 张泽夏, 张璜.2015.几内亚共和国红土型铝土矿床成矿探讨[J].化工矿产地质, 37(1): 11-19.

    • 张海坤, 胡鹏, 姜军胜, 程湘, 王建雄, 刘江涛, 向鹏.2021.铝土矿分布特点、主要类型与勘查开发现状[J].中国地质, 48(1): 68-81.

    • 张海坤, 胡鹏, 程湘, 姜军胜, 刘江涛, 向鹏.2022.几内亚优势金属矿产地质特征、成矿作用及开发现状[J].地质通报, 41(1): 141-153.

图1 几内亚和周边地区大地构造位置示意(a)及地质简图(b)(据Hirdes and Davis,2002修改)
图2 博凯地区区域地质图
图3 博凯地区红土型铝土矿典型柱状图(a)及剖面照片(b)
表1 博凯铝土矿区主要矿体特征(据贾晓东等,2020
图4 博凯铝土矿区矿体平面分布图
图5 博凯地区矿石中Al2O3含量与SiO2含量(a)、铝硅比(b)相关性图
图6 主要矿体沿横、纵剖面线Al2O3含量及A/S值变化折线图(剖面位置如图4所示)
表2 矿区主要含水层部分钻孔静止水位一览
表3 矿区部分钻孔注水试验结果一览
表4 岩、土力学的指标统计

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  • 参考文献

    • Hirdes W, Davis D. 2002. U-Pb geochronology of paleoproterozoic rocks in the southern part of the Kedougou-Kenieba Inlier, Senegal, West Africa: Evidence for diachronous accretionary development of the Eburnean province[J]. Precambrian Research, 118: 83-99.

    • 刘志如, 魏磊.2020.几内亚红土型铝土矿地质特征研究[J].矿业工程, 18(4): 1-4.

    • 施强, 王春帅, 毕炳坤, 王琦.2020.豫西雷门沟钼矿水文地质条件分析及涌水量预测[J].矿产勘查, 11(12): 2742-2748.

    • 宋崇宇, 元春华, 李仰景, 陈喜峰.2021.几内亚矿产资源特征、开发现状及投资展望[J].地质与勘探, 57(6): 1287-1296.

    • 宋国明.2010.几内亚金属矿业概况[J].中国金属通报, (33): 38-39.

    • 徐红伟, 张先忠.2009.几内亚共和国博凯地区红土型铝土矿地质特征和成矿机理初探[J].长春工程学院学报(自然科学版), 10(1): 87-91.

    • 闫晋龙, 胡永豪, 李晨晖, 孙健.2020.菲律宾西萨马岛 AMPI 矿区铝土矿床开采技术条件研究[J].矿产勘查, 11(6): 1285- 1290.

    • 袁杨森, 高灶其, 张成学, 徐红伟.2010.几内亚博凯地区红土型铝土矿成矿机理和控矿因素研究[J].河南理工大学学报(自然科学版), 29(3): 343-350.

    • 元春华, 刘大文, 连长云, 韩九曦.2012.几内亚地质矿产与矿业开发[M].北京: 地质出版社, 1-208.

    • 张成学, 张泽夏, 王国库, 张璜.2009.几内亚共和国博凯 558铝土矿区赋矿岩石特征[J].化工矿产地质, 31(1): 25-30.

    • 张成学, 王国库, 张泽夏, 张璜.2015.几内亚共和国红土型铝土矿床成矿探讨[J].化工矿产地质, 37(1): 11-19.

    • 张海坤, 胡鹏, 姜军胜, 程湘, 王建雄, 刘江涛, 向鹏.2021.铝土矿分布特点、主要类型与勘查开发现状[J].中国地质, 48(1): 68-81.

    • 张海坤, 胡鹏, 程湘, 姜军胜, 刘江涛, 向鹏.2022.几内亚优势金属矿产地质特征、成矿作用及开发现状[J].地质通报, 41(1): 141-153.