重慶吳家灣鋁土礦礦床地質(zhì)特征及控礦因素探討

凌小明，趙曉東，李軍敏，陳 莉，呂 濤

(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都 610081)

重慶市鋁土礦資源豐富，已探明儲量居全國第5位，是重慶市優(yōu)勢礦種之一。主要分布于南川、武隆、豐都、涪陵、黔江等地，以南川、武隆為主，均為沉積型鋁土礦。已發(fā)現(xiàn)51個鋁土礦床(點)，其中大型礦床1個，中型礦床5個，小型礦床8個，礦點、礦化點37個，資源量10390萬噸［1］。本次研究選取吳家灣鋁土礦床，從該礦床的地質(zhì)特征入手，通過礦區(qū)勘查、剖面測制、地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析等手段，對吳家灣鋁土礦的礦石品位、控礦因素做了詳細(xì)的對比研究，本研究成果可為進一步開展吳家灣乃至渝南地區(qū)鋁土礦的找礦與開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

吳家灣鋁土礦位于重慶市南川市境內(nèi)。大地構(gòu)造位置位于揚子陸塊區(qū)三級構(gòu)造單元川中前陸盆地、揚子陸塊南部碳酸鹽臺地與上揚子?xùn)|南緣被動邊緣盆地內(nèi)［1］。區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列燕山運動形成的北北東向大型格擋式褶皺及深大斷裂，出露的最老地層為寒武系上統(tǒng)(∈3)，最新地層為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)。褶皺構(gòu)造主要有長壩向斜和吳家灣倒轉(zhuǎn)背斜，局部見由斷層兩盤相對位移形成的一些小型牽引褶曲。受區(qū)域大斷裂大矸壩逆沖斷層(F1)影響，次級斷層(F3、F4、F5、F6 等)較發(fā)育，除F3斷層為傾向NWW的正斷層外，其余斷層均傾向SEE，與大矸壩逆沖斷層(F1)大致平行，形成一組疊瓦式構(gòu)造(圖1)。

2 礦床地質(zhì)

2.1 含礦巖系及礦體特征

含礦巖系伏于中二疊統(tǒng)梁山組(P2l)之下［2］，為一套呈假整合覆于中志留統(tǒng)韓家店組粉砂質(zhì)頁巖或中石炭統(tǒng)黃龍組灰?guī)r之上的含鋁粘土巖組合。本次研究選取22-22′號勘探線剖面為代表，對吳家灣礦區(qū)礦床地質(zhì)特征進行描述。

礦體主要位于大矸壩逆沖斷層下盤吳家灣倒轉(zhuǎn)背斜傾伏端及背斜南東翼。礦體呈透鏡狀賦存于含礦巖系中上部，吳家灣背斜軸部近地表和背斜南東翼局部地段礦體厚度較大，其余地段礦體厚度變化較大。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，礦體呈弧形展布(圖2)。

鋁土礦礦石包括土狀(含半土狀)、豆(鮞)狀、致密狀、礫屑狀4種類型。其中以土狀鋁土礦石質(zhì)量最好，豆(鮞)狀次之，致密狀鋁土礦石相對較差。礦石礦物成份主要有硬水鋁石、高嶺石、綠泥石等;次要礦物有軟水鋁石、鋁凝膠、三水鋁石、伊利石、菱鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦。一水硬鋁石為礦石中最主要的含鋁礦物，礦石中一水硬鋁石常呈無色、淺黃色、淺褐色、淺綠色，常呈集合體狀產(chǎn)出。

圖1 吳家灣礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Simplified geological map of the Wujiawan bauxite deposit

2.2 礦石化學(xué)成份

由于被斷層破壞，礦體被錯斷分割成多個塊段，礦石平均化學(xué)成份:Al2O359.87%、SiO217.07% 、Fe2O33.45%、TiO22.78%、S 1.16%。A/S 3.51。吳家灣鋁土礦具有高硅、高硫、高鐵、低鋁的“三高一低”的特征。

3 控礦因素分析

重慶吳家灣鋁土礦在形成過程中，不僅受到地層的控制，還受到了古地貌、古環(huán)境、古地理等因素的控制。志留紀(jì)中晚期，受加里東運動影響，整個渝東南地區(qū)普遍上升為陸，遭受風(fēng)化剝蝕，致使該區(qū)志留系上統(tǒng)、泥盆系、石炭系地層部分或全部缺失，形成長達億年之久的沉積間斷面。至少在晚石炭世或早二疊世初期，受海西運動影響，該區(qū)地殼全面下降，海水從南西、北東方向浸入，將風(fēng)化剝蝕的殘留物(古風(fēng)化殼鋁土物質(zhì))原地或準(zhǔn)原地堆積在該區(qū)，形成含鋁巖系建造。

3.1 古環(huán)境因素

溫暖潮濕的氣候是鋁土礦成礦的前提條件［3-7］。經(jīng)古地磁研究，本區(qū)晚古生代時處于低緯度帶或赤道帶(8.2o左右)，屬熱帶、亞熱帶氣候環(huán)境。早二疊世初及其以前，本區(qū)屬上揚子古陸，據(jù)巖相分析，其東為下?lián)P子濱淺海，其南為黔北分水嶺。根據(jù)鋁土礦伴生元素進行分析，本礦區(qū)古地理位置處于古陸近海地帶，總體沉積環(huán)境為淡化潟湖，成礦優(yōu)勢地形為潮間-潮下帶交界區(qū)域內(nèi)［2］，且受海洋潮濕多雨氣候影響，有利于各種風(fēng)化作用的進行。

3.2古地貌因素

長期風(fēng)化剝蝕作用形成的準(zhǔn)平原化地形是鋁土礦成礦的另一個重要條件［6］。因鋁土礦主要形成于化學(xué)風(fēng)化作用中，若準(zhǔn)平原化程度低，物理風(fēng)化作用強于化學(xué)風(fēng)化作用，則不利于鋁土礦的形成。準(zhǔn)平原化程度較高，有利于化學(xué)風(fēng)化作用進行，喀斯特洼地和低谷地貌形態(tài)是鋁土礦母巖物質(zhì)的早期匯集地。吳家灣鋁土礦發(fā)育于中下志留統(tǒng)韓家店組或上石炭統(tǒng)黃龍組的不整合面上，鋁土礦母巖物質(zhì)風(fēng)化后在水介質(zhì)滲透淋濾過程中，帶走易溶物，同時伴隨脫硅、排鐵、富鋁的紅土化作用，有利于鋁土礦形成。

3.3 構(gòu)造因素

相對穩(wěn)定的古構(gòu)造環(huán)境是鋁土礦形成的前提。風(fēng)化殼物質(zhì)形成以后，必須有一個相對穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，才能保存風(fēng)化殼鋁土物質(zhì)，不致流失。

前人研究表明［5-6］，后期構(gòu)造運動的改造對鋁土礦的富集有積極有意義。由于上覆巖層靜壓力的加大或構(gòu)造應(yīng)力作用，使已固礦體或巖層產(chǎn)生裂隙和壓溶作用，在地下水積極參與和影響下，尤其在褶皺轉(zhuǎn)折端，可引起礦層的交代作用和后生礦物的形成，這也是鋁土礦區(qū)有斷層經(jīng)過處礦石品位普遍較高的合理解釋。當(dāng)?shù)貧ど仙盥竦叵碌脑间X土礦層又返回地殼淺部，受大氣環(huán)境影響，參加大氣環(huán)境下的循環(huán)，形成一系列表生礦物，從而使粘土礦物中的硅質(zhì)淋失，而鋁質(zhì)富集，形成鋁土礦床。

圖2 吳家灣鋁土礦區(qū)22-22′勘探線剖面圖Fig.2 22-22′exploratory profile through the Wujiawan bauxite deposit

表1 吳家灣鋁土礦區(qū)常量元素數(shù)據(jù)表(%)Table 1 Major elelment contents in the Wujiawan bauxite deposit(%)

3.4 地層因素

對本區(qū)鉆孔進行橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，二疊系下統(tǒng)梁山組之下與志留系韓家店組(石炭系黃龍組)之上是區(qū)內(nèi)鋁土礦的唯一賦礦層位，至目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)超出該層位的鋁土礦存在。

本礦區(qū)鋁土礦的高品位礦(Al2O3含量60% ～70%，A/S比值＞7)主要分布在含礦層位的中上部和中部，極少分布于下部，其礦石類型主要為土狀、豆?fàn)钿X土礦和礫屑狀鋁土礦，少量為致密塊狀鋁土礦，而貧礦主要分布于含礦層位的上部和下部;所賦存的礦石類型主要為鋁土巖和粘土巖，鉆孔柱狀對比見圖3。

綜上所述，吳家灣鋁土礦中二疊統(tǒng)梁山組之下，嚴(yán)格受地層控制，展布方向與分布范圍受北北東向發(fā)育的向斜構(gòu)造控制。長期風(fēng)化剝蝕作用形成的準(zhǔn)平原化地形和相對穩(wěn)定的大地構(gòu)造環(huán)境有利于鋁土礦的形成和保存，古地貌因素是直接控制成礦的重要因素，古環(huán)境因素對鋁土礦的成礦起到了制約作用。

4 找礦標(biāo)志

重慶吳家灣型鋁土礦在區(qū)域上具有以下明顯的找礦標(biāo)志［8］:

(1)地貌標(biāo)志:由于鋁土礦層上覆棲霞灰?guī)r的抗風(fēng)化性能強，使其在現(xiàn)代風(fēng)化作用中多數(shù)形成陡崖出現(xiàn)。在黔北地區(qū)以鋁土礦的上覆棲霞灰?guī)r層形成的山峰及其90°直立的陡崖險壁為標(biāo)志，含礦層多位于懸崖與緩坡轉(zhuǎn)換處，在直立的陡壁角大量散布著鋁質(zhì)巖塊的巨石和礫巖下就是鋁土礦層產(chǎn)出的位置(鋁土礦層傾角20°～40°)。其是在野外最為直接和有效的找礦標(biāo)志。

圖3 吳家灣鋁土礦區(qū)鉆孔柱狀對比圖Fig.3 Columnar correlation of the boreholes in the Wujiawan bauxite deposit

(2)植被標(biāo)志:因鋁土礦層為碎屑巖，比較容易風(fēng)化成土壤，易于植物的生長，也就剛好和上覆灰?guī)r植被稀疏形成鮮明的對比，也是一個很好的找礦標(biāo)志。

(3)層位標(biāo)志:鋁土礦始終產(chǎn)于一特定的層位之中，層位是最直接的找礦標(biāo)志，本區(qū)鋁土礦以“棲霞灰?guī)r之下”為找礦的層位標(biāo)志。

(4)底板巖性標(biāo)志:本區(qū)鋁土礦層是覆于中志留統(tǒng)韓家店組粉砂質(zhì)頁巖或中石炭統(tǒng)黃龍組灰?guī)r之上的一套含鋁粘土巖組合，本區(qū)鋁土礦不因底板不同而呈現(xiàn)不同的品位。

(5)向斜構(gòu)造標(biāo)志:區(qū)域成礦帶明顯受褶皺構(gòu)造控制，鋁土礦主要賦存在向斜構(gòu)造中，礦床(點)沿向斜集中展布，并在向斜的翼部和仰起端出露鋁土礦層。

致謝:本文是“渝東地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化及鐵鋁基地研究”和“重慶市大佛巖、吳家灣、申基坪鋁土礦區(qū)鋁土礦伴生鈧、鋰、鎵綜合評價”項目的成果，野外取樣工作中得到重慶市地調(diào)院、重慶市地勘局107地質(zhì)大隊的幫助;國土資源部西南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成薄片制樣、樣品粉碎和常量元素測試工作，在此一并表示感謝。

［1］潘桂堂，等.中國大地構(gòu)造單元劃分［J］.中國地質(zhì)，2009，36(1):1-28.

［2］李軍敏，尹福光，陳陽，等.2012.渝南大佛巖礦區(qū)鋁土巖系炭質(zhì)頁巖孢粉組合特征及其意義［J］.古生物學(xué)報，51(4):508-514.

［3］劉寶珺.沉積巖石學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1980.406.

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［5］劉巽鋒，王慶生，陳有能，等.黔北鋁土礦成礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律.貴陽:貴州人民出版社，1990.12-14.

［6］廖士范，梁同榮，等.中國鋁土礦地質(zhì)學(xué)［M］.貴陽:貴州科技出版社，1991.170.

［7］劉長齡，等.中國鋁土礦和高鋁粘土［M］.天津:天津科技出版社，1992.164.

［8］劉幼平，夏云，王潔敏.黔北地區(qū)鋁土礦找礦標(biāo)志與找礦模式研究［J］.礦產(chǎn)與地質(zhì)，2010，24(4):338-342.