黔北栗園向斜北段鋁土礦床地質特征及控礦條件研究

，，

(貴州省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一六地質大隊，貴州遵義563000)

黔北栗園向斜北段鋁土礦床地質特征及控礦條件研究

熊星，王希文，程悅

黔北栗園向斜北段鋁土礦是產(chǎn)于早志留世韓家店群(S1Hj)泥頁巖或晚石炭世黃龍組(C2h)粗晶灰?guī)r之上的一水硬鋁石型沉積型鋁土礦床。鋁土礦產(chǎn)出層位為晚石炭世大竹園組(C2d)。在闡述該鋁土礦床的成礦地質背景和礦床地質特征的基礎上，對礦床形成過程中的控礦條件進行了分析，認為主要有構造、古地理及古氣候、地層、成礦物質來源四大控礦條件。鑒于區(qū)域內具備相似條件的向斜構造還有多個，如參照該礦床開展地質勘查工作，有望再找到多個中—大型鋁土礦床。

鋁土礦；控礦條件；栗園向斜；貴州務川

0 引 言

黔北栗園向斜鋁土礦初步估算鋁土礦資源量超億噸，達超大型規(guī)模。利用栗園向斜內2007—2009年大竹園鋁土礦勘探和2010—2013年整裝勘查的階段性資料，結合前人的研究成果，對栗園向斜北段鋁土礦床地質特征及控礦條件進行初步分析。

1 成礦地質背景

栗園向斜北段鋁土礦區(qū)在大地構造上屬揚子準地臺黔北臺隆的北緣(貴州省地質礦產(chǎn)局，1987)。區(qū)域內分布有多個NNE向展布的向斜褶皺(圖1)。

早志留世期，黔北地區(qū)沉積了早志留世韓家店群(S1Hj)頁巖，劃屬開闊海臺地相沉積(貴州省地質礦產(chǎn)局，1987)。從志留紀末到泥盆紀初，黔北地區(qū)在廣西運動中持續(xù)隆起上升。經(jīng)歷了長時間的古風化剝蝕后，黔北地區(qū)在早石炭世形成了侵蝕盆地，并在晚石炭世的海水浸入中變?yōu)闇\海臺地環(huán)境，逐步沉積了晚石炭世黃龍組灰?guī)r。從晚石炭世中期起，黔北地區(qū)又逐漸上升，黃龍組(C2h)灰?guī)r遭風化剝蝕保存不全而呈斷續(xù)分布(雷志遠等，2013)，大陸巖溶盆地形成，與侵蝕盆地一起成為晚石炭世晚期馬平期鋁土礦含鋁巖系沉積的良好場所。晚三疊世以后含鋁巖系及上覆地層持續(xù)上升成陸，經(jīng)歷長期的風化剝蝕至今(殷科華，2009)。

圖1 黔北向斜構造綱要及鋁土礦床(點)分布圖

2 礦床地質特征

2.1 地層

栗園向斜內出露地層主要是沉積巖，栗園向斜是研究區(qū)最主要的含礦構造體系，無論是向斜的核部還是兩翼均存在鋁土礦層。區(qū)內出露地層由老至新為早志留世韓家店群(S1Hj)，晚石炭世黃龍組(C2h)、大竹園組(C2d)，中、晚二疊世地層和早三疊世夜郎組(T1y1)、茅草鋪組(T1m)及零星分布的第四系，其間缺失中、上志留世，泥盆世和早石炭世地層。

大竹園組(C2d)為向斜內鋁土礦賦礦層位，真厚0～13.2 m。含礦巖系一般下部為灰-灰綠或紫紅色黏土巖、含黃鐵礦或綠泥石黏土巖，偶夾赤鐵礦或菱鐵礦透鏡體或結核；中上部為灰-黃灰色半土狀、碎屑狀鋁土礦或鋁土巖，偶見灰色鮞狀鋁土礦、灰綠色綠泥石鋁土礦及灰色致密狀、鮞狀、豆鮞狀鋁土巖、黏土巖等。黏土礦物主要為伊利石；頂部常為深灰、褐黃色中厚層致密狀黏土巖及鋁土巖，僅個別地段的礦層直接與中二疊世梁山組炭質頁巖接觸，代表性地質剖面為含鋁巖系鉆孔ZK2801巖芯剖面。

栗園向斜含鋁巖系鉆孔ZK2801巖芯剖面

上覆地層：梁山組(P2l)

黑色炭質黏土巖

——————假 整 合——————

大竹園組(C2d)

總厚度5.93 m

(5) 灰、黃灰色致密狀鋁土巖

厚度0.74 m

(4) 黃灰色半土狀鋁土礦

厚度1.55 m

(3) 灰色、褐灰色致密狀鋁土礦

厚度1.32 m

(2) 深灰色含粉晶狀黃鐵礦鋁土質黏土巖

厚度1.33 m

(1) 黑灰綠色中厚層致密狀黏土巖，含粉晶狀黃鐵礦

厚度0.99 m

——————假 整 合——————

下伏地層：黃龍組(C2h)

灰、灰白色局部為肉紅色厚層至塊狀中—粗晶灰?guī)r

2.2 構造

研究區(qū)內主體褶皺構造是兩翼不對稱的平緩向斜——栗園向斜。次要斷裂構造：一種是與栗園向斜同期形成的逆斷層；另一種是在栗園臺地形成以后，含鋁巖系之下的韓家店群地層軟弱易風化，在臺地邊緣形成較大臨空面，在重力作用下形成的重力滑移斷裂——正斷層(圖2)。

2.3 礦體產(chǎn)出特征

栗園向斜北段鋁土礦礦體為一呈層狀、似層狀產(chǎn)出的連續(xù)礦體，位于向斜北段兩翼大竹園組含鋁巖系中上部，在研究區(qū)內自西向東礦體連續(xù)分布，產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，礦體塊段厚1.22～4.18 m，礦體平均厚2.06 m，厚度呈波狀起伏變化，較為穩(wěn)定。區(qū)內鋁土礦含鋁巖系(C2d)根據(jù)巖性分為上、下2段(圖3)。

圖2 黔北栗園向斜北段鋁土礦床地質略圖(據(jù)貴州省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一0六地質大隊，2013縮編)1-早三疊世茅草鋪組；2-早三疊世夜郎組；3-晚二疊世吳家坪組、長興組；4-中二疊世茅口組；5-中二疊世棲霞組、梁山組；6-晚石炭世大竹園組、黃龍組；7-早志留世韓家店群；8-礦體出露線；9-地層界線；10-向斜軸；11-逆斷層；12-重力滑移斷裂；13-地層產(chǎn)狀石炭系黃龍組(C2h)和二疊系梁山組(P2l)，極薄，僅零星分布

下部為灰綠色厚層-塊狀綠泥石黏土巖、綠泥石巖和淺灰及深灰色黃鐵礦黏土巖、黏土巖，局部夾赤鐵礦、硫鐵礦透鏡體。

中、上部以灰、深灰及褐黃色半土狀鋁土礦為主，局部為碎屑狀鋁土礦。偶見灰色致密狀鋁土礦、豆鮞狀鋁土礦、灰綠色綠泥石鋁土礦、黏土巖等透鏡體及炭質頁巖和劣質煤夾層，與半土狀、碎屑狀鋁土礦同時產(chǎn)出。

頂部常為深灰、褐黃色中厚層致密狀黏土巖及鋁土巖，僅個別地段的礦層直接與中二疊世梁山組炭質頁巖接觸，如鉆孔ZK2801巖芯地質剖面。

礦體規(guī)模。礦體主要分布于栗園向斜北段兩翼及北部轉折端，整體呈“∩”形展布，東西長約12 000 m，南北寬約400～3 800 m，展布面積約10 km2，鋁土礦資源量超億噸。

礦體形態(tài)、結構和產(chǎn)狀。礦體沿栗園向斜北段轉折端和兩翼呈層狀、似層狀產(chǎn)出，除少量地段見無礦或厚度不可采天窗外，總體形態(tài)簡單完整。

礦體產(chǎn)狀與圍巖基本一致，總體上向斜北西翼傾向南東，平均傾角17°；向斜南東翼傾向北西，平均傾角13°。

2.4 礦石特征

2.4.1 礦石類型及組成 研究區(qū)內有3種不同工業(yè)類型的鋁土礦礦石：低鐵低硫型、高鐵低硫型和高硫型一水硬鋁石礦石。按照宏觀特征及鑒定結果，區(qū)內礦石劃分為半土狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦、致密狀鋁土礦和豆鮞狀鋁土礦4種自然類型。其中，半土狀鋁土礦質量較優(yōu)，Al2O3質量分數(shù)多大于65%、鋁硅比值(A/S)多大于7，是區(qū)內鋁土礦主要自然類型；碎屑狀鋁土礦總體質量較好，其中灰、深灰色角礫狀及少部分砂屑狀鋁土礦Al2O3質量分數(shù)大于60%、A/S>7。隨著碎屑質量分數(shù)減少，在空間上與半土狀鋁土礦呈漸變關系；致密狀鋁土礦Al2O3質量分數(shù)一般為50%左右,A/S平均約為4：豆鮞狀鋁土礦Al2O3質量分數(shù)多大于 50%、A/S>5，但區(qū)內極少見。

2.4.2 礦石結構與構造 研究區(qū)內鋁土礦礦石結構有碎屑結構、豆鮞結構、泥晶結構和粉晶結構等；

圖3 栗園向斜北段鋁土礦含礦巖系綜合柱狀圖(據(jù)貴州省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一六地質大隊，2013修編)

圖4 栗園向斜北段鋁土礦鋁硅比值頻率分圖(據(jù)貴州省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一六地質大隊，2013)

礦石構造有塊狀構造、半土狀構造和致密狀構造，其中，碎屑結構為區(qū)內主要礦石結構類型；塊狀構造是礦區(qū)礦石構造的主要類型之一，多由一水硬鋁石堆積為厚度>0.5 m的厚層構造，無明顯細層區(qū)分，且礦石質量最佳(李沛剛等，2014)；半土狀構造和致密狀構造的礦石分布無規(guī)律，質量稍次。2.4.3 礦石的化學組成 區(qū)內鋁土礦石的主要化學成分為Al2O3、SiO2，其次為Fe2O3、TS、TiO2和LOI，上述6種組分之和一般大于95%。

其中，Al2O3質量分數(shù)為40.26%～81.20%，平均65.34%；SiO2質量分數(shù)為0.46%～24.90%，平均10.78%；評價鋁土礦石質量最重要的指標鋁硅比值范圍為2.21～166.17，總體上地表礦石的鋁硅比值高，優(yōu)于深部礦石(圖4)。

3 控礦條件

3.1 構造

廣西運動為黔中—黔北—渝南廣大地域的持續(xù)隆起、早古生代地層的風化剝蝕、起伏不大的準平原化地貌的孕育形成提供了極其重要的古構造條件。天山運動使研究區(qū)沉積了黃龍組厚層灰?guī)r，海退后演變?yōu)殛懴喑练e盆地，沉積了研究區(qū)的含礦巖系，同期及稍后形成的黔北一系列向斜(包括栗園向斜)為鋁土礦的保存提供了重要場所。

3.2 古地理及古氣候

晚泥盆世—早石炭世之間發(fā)生的紫云運動，使研究區(qū)古陸持續(xù)上升并向南漂移至古緯度北緯8.2°附近(劉平，2001，2007；翁申富等，2008)，屬于比較炎熱的赤道地區(qū), 為區(qū)內鋁土礦成礦母質的形成提供了濕熱氣候環(huán)境。強烈的化學風化作用使黏土礦物再分解(鋁和硅分離)，硅被地下水帶走，而鋁則在pH值為弱酸性—弱堿性的溶液中產(chǎn)生沉淀；再經(jīng)紅土化作用，形成了大范圍的含三水鋁石鋁土礦的紅土風化殼，為爾后的鋁土礦沉積提供了充足的成礦母質。在鋁土礦層中，常夾炭質頁巖或劣質煤等有機物殘留，個別山地工程或鉆孔中甚至可見風化殘留的標志層(雷志遠等,2010),由此推斷，當時處于炎熱而又潮濕的古氣候環(huán)境，有利于鋁土礦的形成。

3.3 地層

晚石炭世，海水自北向南浸漫，在滑石板—達拉期形成黃龍灰?guī)r后，原來堆積在高地上的鋁土礦成礦母質被地表徑流搬運、沉積在低洼濱?！訚蓞^(qū)沉積成礦。而區(qū)內鋁土礦均產(chǎn)于韓家店群(S1Hj)或黃龍組(C2h)之上、梁山組(P2l)或棲霞組(P2q)之下的大竹園組(C2d)中上部，是研究區(qū)鋁土礦唯一賦礦層位，也是區(qū)內鋁土礦勘查的主要標志和依據(jù)，成礦層位專屬性非常明確，是區(qū)內最直觀、最重要的成礦控制因素。

3.4 成礦物質來源

研究區(qū)鋁土礦成礦物質主要來源于含礦巖系沉積基底的韓家店群(S1Hj)泥、頁巖。據(jù)1992—1995年大竹園鋁土礦區(qū)普查資料顯示，在同樣的成礦條件下，韓家店群(S1Hj)泥、頁巖演化為鋁土礦所需Al2O3、TiO2、Ga的富集率分別僅為2.47,2.91,3.57倍(劉平，1993；雷志遠等，2007)，而另一基底黃龍組(C2d)灰?guī)r演化為鋁土礦所需相同系列氧化物和Ga元素的富集率則分別高達66.66,102.00,41.67倍。從稀土元素分布模式(圖5)的對比研究看，鋁土礦與韓家店群泥、頁巖非常接近，具有明顯的親緣關系。上述地球化學研究結果表明，韓家店群泥、頁巖具有最大機率成為鋁土礦的成礦母巖。

圖5 鋁土礦與下伏灰?guī)r、泥頁巖的稀土元素分布模式圖(據(jù)劉平，1993)

4 結 論

(1) 栗園向斜北段鋁土礦床是產(chǎn)于早志留世韓家店群(S1Hj)泥、頁巖或晚石炭世黃龍組(C2h)粗晶灰?guī)r之上的一水硬鋁石型沉積型鋁土礦床。礦床的形成主要受構造(向斜)、古地理及古氣候(古赤道地區(qū)炎熱而又潮濕的古氣候環(huán)境)、地層(古低洼濱海沼澤區(qū)沉積形成的大竹園組(C2d)以及成礦物質來源)、基底(韓家店群(S1Hj)泥、頁巖)等條件控制。

(2) 在黔北地區(qū)栗園向斜方圓約50 km以內，具有相似的向斜構造多達近10個，在古地理及古氣候、地層、成礦物資來源等條件均相似的情況下，按照“從已知到未知”的找礦原則，從向斜構造、含鋁巖系著手，逐步開展深部鉆探工程驗證，該區(qū)域有望再找到多個中—大型鋁土礦床。

5 致 謝

在成文過程中得到了翁申富研究員的悉心幫助，文中多處資料引用了貴州省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一六地質大隊多年的找礦成果，在此一并表示衷心感謝！

貴州省地質礦產(chǎn)局.1987.貴州省區(qū)域地質志[M].北京：地質出版社.

劉平.1993.三論貴州之鋁土礦:貴州北部鋁土礦成礦時代、物質來源及成礦模式[J].貴州地質，10(2)：105-113.

劉平.2001.八論貴州之鋁土礦：黔中—渝南鋁土礦成礦背景及成因探討[J].貴州地質，18(4)：238-243.

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熊星.2011.黔北務正道鋁土礦礦床地質特征及成礦規(guī)律初步研究:以黔北大竹園鋁土礦床為例[D].成都:成都理工大學.

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On bauxite geological properties and ore control conditions in northern block of Liyuan syncline of northern Guizhou

XIONGXing,WANGXi-wen,CHENGYue

(106 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Minerals Exploration and Development, Zunyi 563000, Guizhou, China)

The bauxite deposit in northern block of Liyuan syncline of northern Guizhou was a kind of diasporic and sedimentary bauxite occurred in mud shale of Hanjiadian Group in early Silurian Epoch (S1Hj)or coarse grained limestone of Huanglong Formation in late Carboniferous Epoch(C2h). The production horizon for the bauxite was Dazhuyuan Formation in late Carboniferous Epoch. Based on the descriptions of metallogenic geological settings and deposit geological properties, the authors analyzed the ore control conditions in the process of its formation: tectonics, palaeogeography and palaeoclimate, stratigraphy, ore-forming material source. In light of other syncline structures of similar conditions existed in the study area, the authors suggested to conduct further exploration for a next medium to large sized bauxite deposit.

Bauxite; Ore-control condition; Liyuan syncline; Wuchuan, Guizhou

10.3969/j.issn.1674-3636.2014.04.594

2014-04-23；

：2014-05-29；編輯：侯鵬飛

貴州省地勘基金項目“貴州務正道地區(qū)鋁土礦基礎地質與成礦規(guī)律研究”

熊星(1980— )，男，工程師，碩士，從事地質礦產(chǎn)勘查工作，E-mail：769109479@qq.com

P618.45

：A

：1674-3636(2014)04-0594-05