滇西北鶴慶松桂鋁土礦地球化學(xué)特征

吳春嬌，張莉，王根厚，孟獻(xiàn)真，桑學(xué)鎮(zhèn)，5，周潔

（1.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；2.武警黃金第二支隊，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3.韓國延世大學(xué)，韓國 首爾 120749；4.安徽省地質(zhì)測繪技術(shù)院，安徽 合肥 230022；5.山東魯?shù)氐V業(yè)投資有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

滇西北鶴慶松桂鋁土礦地球化學(xué)特征

吳春嬌1，2，張莉3，王根厚1，孟獻(xiàn)真4，桑學(xué)鎮(zhèn)1，5，周潔1

（1.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；2.武警黃金第二支隊，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3.韓國延世大學(xué)，韓國 首爾 120749；4.安徽省地質(zhì)測繪技術(shù)院，安徽 合肥 230022；5.山東魯?shù)氐V業(yè)投資有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

研究區(qū)礦體產(chǎn)于三疊系中窩組底部油頁巖與下伏中三疊統(tǒng)北衙組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r不整合面上，礦體呈透鏡狀、漏斗狀，受巖漿侵入、巖溶發(fā)育影響，礦層厚度不穩(wěn)定.主要礦石礦物有一水硬鋁石和三水硬鋁石，呈鮞狀、致密豆?fàn)?、松散狀（土狀?該礦床的Al/Si比值等巖石化學(xué)數(shù)據(jù)總體反映出Al2O3與SiO2、TiO2含量均成正相關(guān)關(guān)系.礦石樣品∑REE富集，δCe顯示正異常，δEu負(fù)異常明顯.微量元素研究顯示出沉積成因特征和成礦物源的多源性，鋁土礦礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、沉積特點(diǎn)及生物組成反映其形成環(huán)境主要為海相沉積環(huán)境.

鋁土礦；地球化學(xué)元素；鶴慶松桂；滇西北

云南鋁資源的地質(zhì)勘查工作雖然較早，但迄今除昆明地區(qū)的少數(shù)礦床被開采作耐火材料外，大多數(shù)礦床還未開發(fā)利用.與黔、桂地區(qū)［1-2］相比，本區(qū)有關(guān)鋁土礦地球化學(xué)方面研究尚無全面、詳細(xì)的報道，研究程度不夠深入.本文通過對礦區(qū)鋁土礦石樣品的微量元素含量進(jìn)行測試分析和相關(guān)比值計算，以及稀土元素豐度特征、配分特征等地球化學(xué)特征研究，結(jié)合光薄片鏡下特征，同時在前人研究基礎(chǔ)上，對滇西北鶴慶松桂鋁土礦地球化學(xué)特征及成礦環(huán)境進(jìn)行探討.

1 礦區(qū)及礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺與三江褶皺帶的過渡帶，松桂向斜南西翼轉(zhuǎn)折端，由南西往北東鋁土礦系呈由薄變厚趨勢.礦區(qū)內(nèi)分布有二疊系玄武巖組上段（Pβ3）、下三疊統(tǒng)（T1）、中三疊統(tǒng)北衙組上段（T2b2）及上三疊統(tǒng)中窩組（T3z）、第四系（Qh）地層，區(qū)內(nèi)以褶皺構(gòu)造為主，斷裂構(gòu)造不發(fā)育.礦區(qū)巖體主要為燕山期鋪臺山巖體（ξπ53），與上三疊統(tǒng)中窩組及中三疊統(tǒng)北衙組呈侵入接觸.本區(qū)變質(zhì)作用較微弱，鋁土礦與圍巖蝕變無關(guān).

礦體以一水鋁石鋁土礦為主，含礦巖系中窩組呈假整合于北衙組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r侵蝕面上.從云南鶴慶三疊世區(qū)域構(gòu)造分布及鋁土礦分布規(guī)律，認(rèn)為鋁土礦形成于假整合面（圖1），礦體呈透鏡狀、漏斗狀，受巖漿侵入影響較大.

圖1 滇西北構(gòu)造位置示意圖（據(jù)云南有色地質(zhì)局301隊，2009，有改動）Fig.1Geologic structural map of northwestern Yunnan（Modified from Yunnan Bureau of Nonferrous Metallic Geology,2009）

2 巖石學(xué)特征

本次研究的樣品采集兼顧礦區(qū)鋁土礦礦體分布和礦石類型特征，力求使礦石樣品具有足夠的典型性和代表性.筆者選取了5個典型鋁土礦點(diǎn)進(jìn)行了研究并采集樣品，采樣位置見圖2.

圖2 云南鶴慶松桂鋁土礦采樣位置Fig.2Sampling position of bauxite ore in Heqing, Yunnan Province

2.1 礦石的礦物成分

主要礦石礦物有一水硬鋁石、三水硬鋁石、膠鋁礦，次要礦物為褐鐵礦、高嶺石、水云母等.一水硬鋁石為灰白色、淺黃色，板片狀集合體呈豆?fàn)?，豆粒大小?.2～4 mm左右，在晶粒間及裂隙中多被黏土質(zhì)、膠鋁礦、錳鐵質(zhì)交代充填.三水硬鋁石為灰白色，半自形至自形粒狀、片狀，粒度為0.10～0.5 mm.膠鋁礦呈隱晶質(zhì)圍繞于豆?fàn)铙w邊緣，或沿豆粒間及裂隙間分布.

主要脈石礦物為高嶺石，占3%～5%，次為水云母.高嶺石呈細(xì)鱗片狀，充填鋁土礦豆體中，在礦化強(qiáng)及富礦部位高嶺石多呈片狀集合體.水云母為細(xì)鱗片狀，少部分呈集合體產(chǎn)出，在礦化強(qiáng)及富礦部位較多.

2.2 礦石化學(xué)成分

礦化巖石主要是泥巖（含鋁質(zhì)）、頁巖，少部分為灰?guī)r.巖石內(nèi)部分含砂屑、泥質(zhì)、炭質(zhì).上述因素對礦石化學(xué)成分起控制作用.據(jù)本次采樣數(shù)據(jù)，其中干河北村品位A12O3：66.05%～69.30%，平均67.19%；SiO2：6.10%～ 14.70%，平均9.75%；Al/Si：7.85；Fe2O3：0.04%～1.03%，平均0.56%.黃柏箐處品位A12O3：47.60%；SiO2：12.62%；Al/Si：3.77；Fe2O3：3.52%.

2.3 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石多呈豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，少部分呈簡單鮞狀.豆粒大小為0.2～4.0 mm，呈圓形、橢圓形.礦石以土狀、塊狀構(gòu)造為主，次為蜂窩狀構(gòu)造，極少量角礫狀構(gòu)造.野外可見結(jié)核狀核形石，層理全包裹或半包裹核心.

2.4 礦石類型

礦石自然類型按結(jié)構(gòu)構(gòu)造可劃分為：鮞狀鋁土礦、致密豆?fàn)钿X土礦、松散狀（土狀）鋁土礦、碎屑狀鋁土礦.礦石顏色多為灰白、灰、淺紅、淺綠及雜色.

表1 滇西北鶴慶松桂鋁土礦巖石樣品中主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1Contents of major elements in the samples from Songgui bauxite deposit

圖3 松桂鋁土礦Al2O3與SiO2、TiO2、CaO和MgO含量關(guān)系Fig.3Relationships between contents of Al2O3and SiO2，TiO2，CaO and MgO in Songgui bauxite deposit

3 地球化學(xué)分析

3.1 巖石化學(xué)

據(jù)表1列出的松桂鋁土礦床主量元素測試結(jié)果及特征元素比值，可歸納其主要特征如下：鋁土礦樣品中，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比含量為47.60%～74.25%，平均含量64.68%；SiO2含量5.94%～14.70%，平均含量9.56%；TiO2含量2.80%～4.16%，平均含量3.43%；計算得到該礦床的Al/Si比值0.94～12.50，平均值5.59.鋁土礦的鈦率（Al2O3/TiO2比值）16.17～22.23，平均值18.49.礦區(qū)樣品數(shù)據(jù)總體反映出Al2O3與SiO2、TiO2含量均呈正相關(guān)關(guān)系，與CaO和MgO線性關(guān)系不明顯［3-4］（圖3）.其中MgO和TiO2是有害組分，不利于鋁的冶煉回收.而硫是鋁土礦的首要有害成分，主要存在硫鐵礦中，極少量存在于其他金屬硫化物內(nèi)［3］.此外，常含一定量的CaO、SiO2等雜質(zhì).

3.2 微量元素地球化學(xué)特征

由于許多微量元素是良好的地球化學(xué)指示劑，因此利用微量元素的地球化學(xué)特征來研究礦物成礦環(huán)境具有較好的效果.通過對松桂礦區(qū)以上樣品微量元素進(jìn)行含量測試分析和相關(guān)比值計算，獲得數(shù)據(jù)見表2.

利用等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定鑭系15個稀土元素含量，其檢出限為1×10-6，分析精度為5%～ 10%.松桂鋁土礦床樣品中，Be含量為1.65×10-9～ 3.12×10-9，平均2.36×10-9，總體變化不大，顯示出沉積成因特征，而非殘積成礦的特點(diǎn).與劉巽鋒、廖士范等［5］的研究結(jié)果，即松桂鋁土礦床成因主要屬于古風(fēng)化殼沉積型相一致.

松桂鋁土礦Th含量為5.54×10-6～54.36×10-6，平均35.02×10-6，除褐鐵礦化樣品外含量相對較集中.U含量5.38×10-6～16.37×10-6，平均8.88×10-6，含量范圍較集中.Zr含量151.30×10-6～1576.00×10-6，平均1148.93× 10-6；Ta含量0.55×10-6～5.73×10-6，平均3.84×10-6，此二者與Th類似，除褐鐵礦化樣品外含量相對較一致.

3.3 稀土元素地球化學(xué)特征

稀土元素是一組具有特殊地球化學(xué)屬性的指示性元素，對沉積巖而言，能夠提供母巖物質(zhì)、成礦環(huán)境與成礦過程等較多的地質(zhì)和地球化學(xué)信息.松桂鋁土礦稀土元素∑REE、LREE、HREE和LREE/HREE比值等特征值見表3.

表2 松桂鋁土礦部分微量元素含量與特征值比值Table 2Contents and eigenvalues of some trace elements in Songgui bauxite deposit

表3 松桂鋁土礦床稀土元素含量特征值Table 3REE contents and eigenvalues of Songgui bauxite deposit

由表可知，礦石樣品∑REE值91.06×10-6～ 2300.65×10-6，平均值968.43×10-6，盡管∑REE變化范圍較大，但都表現(xiàn)為∑REE富集.礦石樣品LREE值60.84×10-6～2184.04×10-6，平均值839.13×10-6，HREE值30.23×10-6～209.07×10-6，平均值99.30×10-6，樣品LREE/HREE值0.95～18.73，平均值8.10，表明礦石樣品LREE與HREE分異明顯且相對富集.礦區(qū)鋁土礦稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值化后特征值見表4.

礦石樣品δCeN值為0.27～4.02，平均值1.78大于1，顯示正異常.716-1的3個樣品顯示出δCeN的正異常，716-4的3個樣品中δCeN均小于1，顯示負(fù)異常.礦石樣品Ce正、負(fù)異常均有較明顯表現(xiàn).Ce呈正異常，表明Ce在氧化環(huán)境的淋濾作用條件下，Ce3+、Ce4+水解沉淀，其他REE被淋失而造成［6-8］.

礦石樣品δEuN值為0.03～0.06，平均值0.05小于1，（Eu/Sm）N值為0.26～0.55，平均值0.46小于1，表明礦石樣品Eu負(fù)異常明顯.Eu負(fù)異常特征顯示，在缺氧的條件下，Eu3+被還原成Eu2+，從而導(dǎo)致沉積物中的Eu發(fā)生分離虧損.

（La/Yb）N值為1.81～84.30，平均值為19.96大于1.（La/Sm）N值為0.70～22.91，平均值6.37大于1.以上數(shù)據(jù)均與LREE/HREE值類似，表明礦石樣品LREE與HREE分異明顯且相對富集.（Gd/Yb）N值為1.00～5.02，平均值2.48大于1，也表明礦石樣品HREE分異明顯.（La/Yb）N、（La/Lu）N和（Ce/Yb）N比值可以反映REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中的曲線的總體斜率，計算結(jié)果表明上述比值均大于1，即LREE和HREE的分異程度較高.

將礦石樣品以球粒隕石［9-10］標(biāo)準(zhǔn)化，繪制稀土元素配分曲線圖4，礦區(qū)礦石樣品稀土元素配分模式顯示出以下明顯特征：松桂樣品REE配分模式基本相同，并具普遍特征.樣品REE配分曲線總體形狀相似、位置相近，REE配分曲線總體右傾明顯，LREE部分右傾較大，而HREE部分則相對平緩，總體顯示出δCeN的正異常和δEuN的負(fù)異常.

4 成礦環(huán)境、成礦物質(zhì)來源討論

4.1 成礦環(huán)境討論

圖4 滇西北松桂鋁土礦稀土球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖（球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值引自S.R.Taylor et al.,1985）Fig.4REE distribution patterns of Songgui bauxite deposit（standardized by CI）（Standardized values from S.R.Taylor et al.,1985）

沉積物微量元素蘊(yùn)含著豐富的環(huán)境信息，一些微量元素對沉積環(huán)境的指示作用見表5.目前，在沉積環(huán)境研究中，應(yīng)用最廣的微量元素主要為Sr、Ba、Ga、Ru及相關(guān)的比值，它們不僅可以用于區(qū)分淡水和海水沉積物，而且可以用于測定古鹽度和分析古氣候.

表5 微量元素對沉積環(huán)境的指示作用Table 5Indicating effects of the trace-element on sedimentary environment

表4 松桂鋁土礦床稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值化后特征值Table 4REE distribution eigenvalues of Songgui bauxite deposit（standardized by CI）

Sr和Ba同是地殼中分布較廣的微量元素，Sr/Ba值常用作區(qū)分淡水和咸水沉積的參數(shù)，從淡水沉積至海水沉積過程中，Sr/Ba值也隨著遠(yuǎn)離海洋而逐漸增大，淡水沉積的Sr/Ba值多明顯低于海水沉積.松桂鋁土礦樣品數(shù)據(jù)Sr/Ba比值為0.66～1.96，平均值為1.40，高于我國13個現(xiàn)代海洋底質(zhì)樣品0.8～1.0［9］的比值，推測鋁土礦主要形成環(huán)境主要為海相沉積環(huán)境.Sr/Ba及Be含量揭示，鋁土礦形成環(huán)境可能主要為內(nèi)陸河湖沼澤環(huán)境，局部為局限海域的濱海前緣.

鋁土礦層樣品Th/U比值為1.03～6.78，平均值為4.04.據(jù)Laukas［16］研究，Th/U＞7，鋁土礦為強(qiáng)烈紅土化作用形成；Th/U＜2，鋁土礦為還原環(huán)境下的沉積產(chǎn)物；Th/U=2～7，可能為風(fēng)化作用不徹底或者沉積混雜所致.據(jù)松桂礦區(qū)鋁土礦床Th/U顯示，物源既有強(qiáng)烈紅土化作用產(chǎn)物，也可能有風(fēng)化作用不徹底或者沉積混雜所致，具多源性.鋁土礦中V/Ni比值為2.11～27.65，平均值為13.81.據(jù)崔光來推測物源主要來自海相沉積.

據(jù)鋁土礦核形石構(gòu)造特征可知其產(chǎn)于高能量淺水環(huán)境.野外劈理化帶也較為明顯，風(fēng)化面可見生物碎屑，海百合、腕足等生物化石，也可確定淺海的沉積環(huán)境.

4.2 成礦物質(zhì)來源討論

鋁土礦成礦物質(zhì)來源在鋁土礦研究中尚存在一定爭論，不同學(xué)者針對不同地區(qū)不同類型鋁土礦的物質(zhì)來源有不同認(rèn)識.

鋁土礦的鈦率（Al2O3/TiO2）是成因機(jī)理的一個重要地球化學(xué)標(biāo)志，成礦物源相同的各類礦（巖）石的鈦率一般都很接近，可反映物源特征［17］.礦區(qū)鈦率平均為18.49，顯示出更接近灰?guī)r，反映下伏灰?guī)r可能為主要成礦物質(zhì)來源.碳酸鹽巖雖然鋁含量低，但一定厚度的風(fēng)化剝蝕也可提供足夠的物質(zhì)來源［18］.

從微量、稀土元素分析結(jié)果表可以看出，Pb、Zn、Ti、Nb、Th等元素的含量較高，說明鋁土礦的物質(zhì)來源經(jīng)過長期的風(fēng)化和搬運(yùn)，相對穩(wěn)定元素得以保存、富集，不穩(wěn)定元素則流失.同時說明礦源離礦區(qū)較遠(yuǎn)，不是近源就地遷移堆積.

礦區(qū)位于峨眉山大火成巖省的外帶，在研究區(qū)周圍廣泛分布二疊系峨眉山玄武巖，也為成礦提供了大量的物質(zhì)來源.

5 結(jié)論

通過野外實(shí)地調(diào)研，結(jié)合室內(nèi)顯微鏡鑒定及地球化學(xué)綜合分析，取得如下進(jìn)展和認(rèn)識.

1）該礦床巖石化學(xué)數(shù)據(jù)總體反映出Al2O3與SiO2、TiO2含量均成正相關(guān)關(guān)系，與CaO和MgO線性關(guān)系不明顯；微量元素含量總體變化不大，顯示出沉積成因特征，而非殘積成礦的特點(diǎn)；礦石樣品∑REE富集，LREE與HREE分異明顯且相對富集，樣品REE配分曲線總體形狀相似、位置相近，右傾明顯，δCe、δEu異常明顯.

2）成礦物質(zhì)來源具多源性，與下伏基底砂頁巖、碳酸鹽巖關(guān)系密切，此外據(jù)微量元素比值顯示鋁物質(zhì)部分來源于巖體.據(jù)鋁土礦礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、沉積特點(diǎn)及生物組成，認(rèn)為其形成環(huán)境主要為海相沉積環(huán)境.鋁土礦的成礦物質(zhì)經(jīng)長期風(fēng)化、搬運(yùn)，不是近源就地遷移堆積.結(jié)合其他特征，本鋁土礦點(diǎn)應(yīng)屬古風(fēng)化殼異地堆積礦床.

致謝：感謝野外工作中云南有色地質(zhì)局、地質(zhì)310隊提供的便利條件，感謝崔銀亮總工程師的指導(dǎo)與關(guān)懷.感謝溫長順教授、周洪瑞教授在野外的教導(dǎo)與幫助.感謝在后期論文撰寫過程中王行軍學(xué)長提出的寶貴修改意見.

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GEOCHEMCIAL CHARACTERISTICS OF THE SONGGUI BAUXITE DEPOSIT IN HEQING,NORTHWESTERN YUNNAN PROVINCE

WU Chun-jiao1,2,ZHANG Li3,WANG Gen-hou1,MENG Xian-zhen4,SANG Xue-zhen1,5,ZHOU Jie1
（1.China University of Geosciences,Beijing 100083,China;2.No.2 Gold Brigade,CAPF,Hohhot 010010,China;3.Yonsei University,Seoul 120749, ROK;4.Anhui Institute of Geological Surveying and Mapping Technology,Hefei 230022,China;5.Shandong Ludi Mining investment Co.,Ltd.,Jinan 250013,China）

The orebodies of researched area are hosted in the unconformity between the Triassic oil shale at the bottom of the Zhongwo Formation and the underlying limestone and dolomitic limestone of Beiya Formation,showing as lenticular and funnel-shaped.Impacted by magma intrusion and karst development,the thickness of ore bed is unstable.The ore minerals are mainly diaspore.According to the structure,the ore types can be divided into oolitic bauxite,dense bean-like bauxite and loose（soil-like）bauxite.The lithochemical data of the deposit such as Al/Si ratio generally reflect the positive correlation between Al2O3,SiO2and TiO2.The ore samples show enrichment of ΣREE,positive anomalies of δCe and negative anomalies of δEu.The study of trace elements indicates the characteristics of sedimentary origin,showing the multi-source of oreforming materials. It could be inferred that the bauxite was deposited in a marine environment.

bauxite;geochemical element;Songgui deposit;Northwest Yunnan Province

1671-1947（2014）04-0383-06

P595

A

2013－03－06；

2013-05-29.編輯：李蘭英．

云南省鋁土礦成礦規(guī)律與找礦選區(qū)研究項目（20100610）資助.

吳春嬌（1988—），女，碩士，主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究工作，通信地址內(nèi)蒙古呼和浩特市賽罕區(qū)興安南路24號，E-mail//wucj88@126.com