河南澠池鋁土礦成礦區(qū)地球化學(xué)背景

王燕茹，王慶飛，劉學(xué)飛，李中明

(1.中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，北京 100083;

2.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點實驗室，河南鄭州 450001)

1 研究背景

根據(jù)基巖分類，覆蓋于碳酸鹽巖古喀斯特面之上的鋁土礦被定為喀斯特型鋁土礦。大量的學(xué)者對鋁土礦形成過程中的元素的流動性和富集情況進行了研究(范忠仁，1989;陳漢成等，1996;MacLean et al.，1997;Valeton et al.，1997;Francheschelli et al.，1998;Horbe et al.，1999;Mordberg，2001;?ztürk et al.，2002;戴塔根等，2003;Laskou et al.，2005; Mameli et al.，2007;Calagari et al.，2007;wang et al.，2010，2011;殷科華，2009;劉學(xué)飛等，2008)。研究結(jié)果表明鋁土礦的形成富集Al2O3和TiO2，流失SiO2，F(xiàn)e2O3和其他堿性元素(湯艷杰等，2001;翟東興等，2002;Bardossy，1982;Mameli et al.，2007;Meyer et al.，2002;Valeton et al.，1987;MacLean，1990;Calagari et al.，2007;Liu et al.，2010;Deng et al.，2010b)。

鋁土礦形成后會經(jīng)歷復(fù)雜的褶皺、斷層，并且在空間上會有錯斷，這就意味著找礦更加困難(Zarasvandi et al.，2008)。因此，在褶皺地區(qū)確立鋁土礦的地球化學(xué)找礦指標(biāo)對隱伏礦床的定位預(yù)測有很大幫助的。雖然鋁土礦中有穩(wěn)定的明顯的富集元素，但這些元素的分布幾乎不能指示鋁土礦的空間分布，由于鋁土礦的表層成礦元素的各種復(fù)雜行為，喀斯特型鋁土礦地球化學(xué)指標(biāo)的研究比較少。

澠池鋁土礦屬沉積型鋁土礦，成礦區(qū)內(nèi)有已探明鋁土礦床點27個，且該區(qū)的鋁土礦在形成過程中經(jīng)歷了褶皺和斷層。本文主要研究該區(qū)礦石的地球化學(xué)組成，地球化學(xué)背景及水系沉積物元素的濃度分布。在研究地球化學(xué)背景的基礎(chǔ)上，旨在找出河南澠池鋁土礦成礦區(qū)的地球化學(xué)找礦指標(biāo)，從而為豫西地區(qū)鋁土礦勘查提供有用找礦信息。

2 地質(zhì)背景

研究區(qū)出露地層從老到新依次為:新元古界長城系為一套巨厚的中-基性為主的裂隙性噴發(fā)巖;新元古界薊縣系屬濱海-淺海相的碎屑巖建造;寒武系為碳酸鹽構(gòu)造;奧陶系為灰色厚層-巨厚層灰?guī)r夾白云巖、角礫狀灰?guī)r、角礫狀白云巖;石炭系為一套鐵鋁質(zhì)巖建造，主要由鋁鐵質(zhì)粘土巖、鋁土巖和粘土巖組成，局部含灰?guī)r、砂礫巖、碳質(zhì)頁巖及煤層;二疊系是湖沼相和河流相為主的含煤建造和碎屑巖建造，由煤層、砂巖、頁巖等組成;三疊系屬陸相碎屑巖沉積，以河流相為主，湖沼相次之;侏羅系下部為沼澤相含煤建造，上部為紅土層，屬內(nèi)陸湖泊沉積;白堊系屬內(nèi)陸湖泊相沉積;新生界屬河湖相沉積(圖1)。區(qū)域結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位的是澠池背斜，該背斜被后來的斷層錯斷。區(qū)域構(gòu)造以NE向為主，NW向次之，也有近EW組的斷層。

3 典型礦床地球化學(xué)組成

本次選擇郁山村、火石溝、鉆孔1910、鉆孔701、鉆孔3102、鉆孔501六個地方22個樣品進行分析，測試結(jié)果見表1。本次選擇Al2O3含量不低于20%的樣品的主量、微量、稀土元素進行詳細(xì)分析。

3.1 主量元素

礦石樣品主要包括 Al2O3(23.26 ～71.10wt.%)，F(xiàn)e2O3(0.06～15.99wt.%)，F(xiàn)eO (0.17～19.52wt.%)，SiO2(8.6～45.76wt.%)，K2O(0.26～8.85wt.%)，TiO2(0.91～4.90wt.%)，灼失量(H2O++CO2=6.23～20.81wt.%)，和少量的MgO，CaO，P2O5，Na2O和MnO。

3.2 微量元素

為了顯示研究區(qū)礦石的微量元素富集特征，圖2展示了礦區(qū)內(nèi) Al2O3含量不低于20%樣品的微量元素的原始地幔和上地殼標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖。

微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖2a)呈現(xiàn)不規(guī)則的起伏，明顯富集揮發(fā)性元素(B，F(xiàn))，堿土元素(Li，Rb，Cs，Be，Sr，Ba)，親硫元素(Ga、Bi)，高場強元素(Zr，Hf，Nb，Ta，Th，U)，和Y;虧損Cu、Zn和親鐵元素Cr、Ni。

與微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖相比，微量元素上地殼標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖2b)中明顯富集B，高場強元素(Zr，Hf，Nb，Ta，Th，U)、親硫元素Bi;堿土元素(Li，Rb，Cs，Be，Sr，Ba)則是輕微富集或略微虧損都有。在所有元素中，B元素的富集是最顯著的。

由圖2得出，礦石樣品中富集B元素、高場強元素(Zr，Hf，Nb，Ta，Th，U)和親硫元素Bi。

3.3 稀土元素

Al2O3含量不低于20%樣品的稀土元素球率隕石配分曲線見圖3，稀土配分曲線呈右傾型，稀土總量各不相同，范圍為83.50×10-6～1617.98×10-6，均值578.56×10-6，輕重稀土比值4.26～21.99，均值9.69，明顯富集輕稀土;鈰異常復(fù)雜，樣品具有一致的負(fù)銪異常。

圖1 河南澠池鋁土礦成礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the Mianchi bauxite ore district，Henan Province1-第四系;2-第三系-二疊系;3-石炭系本溪組;4-奧陶系;5-寒武系;6-元古代;7-侵入巖;8-斷層;9-水系;10-鋁土礦;11-粘土礦1-Quaternary;2-Tertiary-Permian;3-Carboniferous Benxi Fm.;4-Ordovician;5-Cambrian;6-Proterozoic;7-intrusive rock; 8-fault;9-water system;10-bauxite deposit;11-clay deposit

圖2 河南澠池鋁土礦成礦區(qū)Al2O3含量不低于20%樣品的微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.2 Spider diagrams of trace elements from the samples with Al2O3content no less than 20%in the Mianchi ore district，Henan Province

圖3 河南澠池鋁土礦成礦區(qū)Al2O3含量不低于20%樣品的稀土元素配分曲線圖Fig.3 REE patterns of the samples with Al2O3 content no less than 20%in the Mianchi ore district，Henan Province

4 現(xiàn)代地球化學(xué)圖

礦石中富集揮發(fā)性元素B，高場強元素(Zr，Hf，Nb，Ta，Th，U)，親硫元素Bi和輕稀土元素。

本次選擇1∶20萬的區(qū)域化探全國掃面計劃的水系沉積物化探數(shù)據(jù)進行分析。區(qū)域化探全國掃面計劃是中國最大的地球化學(xué)填圖項目，自1978年以來涵蓋了600×104km2的高原地區(qū)。水系沉積物測量的采樣密度為每平方公里1個樣品，然后將4km2內(nèi)的樣品組合送交分析(Wang et al.，2007)。

研究區(qū)內(nèi)水系沉積物數(shù)據(jù)共665個。分別對下列元素進行分析:Al2O3，F(xiàn)e2O3，MgO，K2O，SiO2，B，Ba，Ce，Co，Cr，Li，La，Nb，Ni，Sr，Th，Ti，U，V，Zn，和Zr。對典型元素進行直方圖分析有:

圖4中水系沉積物化探數(shù)據(jù)典型元素的直方圖呈塔形分布，指示該區(qū)域內(nèi)元素濃度高低分布均勻，服從正態(tài)分布。因此，用元素濃度的平均值劃分地球化學(xué)圖中得高值區(qū)和低值區(qū)，見圖5。

如圖所示，稀土元素的代表元素鑭的化探異常分布散亂，指示稀土元素與鋁土礦床(點)的空間分布沒有關(guān)系。

圖4 河南澠池鋁土礦成礦區(qū)水系沉積物Al2O3，B，Nb和La元素直方圖Fig.4 Histograms for Al2O3，B，Nb and La concentrations of the stream sediment samples in the Mianchi ore district，Henan Province

圖5 河南澠池鋁土礦成礦區(qū)水系沉積物典型元素地球化學(xué)圖Fig.5 Geochemical maps of the selected elements from stream sediment samples by the mean values in the Mianchi ore district，Henan Province淺灰色-低值區(qū);深灰色-高值區(qū);黑點-鋁土礦床(點)Light grey-low element concentration;dark grey-high element concentration;black point-Bauxite deposit

鋁土礦床(點)分布于Al2O3和高場強元素Nb的異常區(qū)內(nèi):1)高場強元素在風(fēng)化中是穩(wěn)定不移動的，但是第四系沉積物中的高場強元素的持續(xù)富集是在隨后的風(fēng)化作用中形成的，并不表示鋁土礦的形成;2)鋁土礦的風(fēng)化殘留物可以引發(fā)Al2O3濃度異常，不同巖性巖石的風(fēng)化也可以引發(fā)水系沉積物中的Al2O3濃度偏高，因此，水系沉積物Al2O3高值區(qū)的范圍明顯偏大，不適合直接用來指示鋁土礦床的形成。

鋁土礦床(點)一般沿B元素的區(qū)域化探異常邊界分布。因此，微量元素B可以作為鋁土礦找礦的地球化學(xué)指標(biāo)。

5 結(jié)論

(1)礦石地球化學(xué)研究顯示，礦石主要組成是Al2O3和SiO2;微量元素，如Zr，Hf，Nb，Ta，Th，U，特別是B，在鋁土礦成礦過程中明顯富集。

(2)在所有的富集元素中只有B元素高值區(qū)可以更好預(yù)測鋁土礦床的空間存在位置。因此，B元素可以作為鋁土礦的地球化學(xué)找礦標(biāo)志。

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［附中文參考文獻(xiàn)］

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