貴州修文小山鋁土礦床地質(zhì)特征及其成因探討

蘭永文，王洪雨，栗歡歡

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊，貴州安順561000)

貴州修文小山鋁土礦床地質(zhì)特征及其成因探討

蘭永文*，王洪雨，栗歡歡

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊，貴州安順561000)

貴州修文小山鋁土礦產(chǎn)于寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群（∈2-3ls）白云巖古侵蝕面上；礦體的形態(tài)、規(guī)模受古侵蝕面控制，多成似層狀、扁平透鏡狀；含礦層位為石炭系下統(tǒng)九架爐組（C1jj），含礦巖系厚度與鋁土礦層厚度、鋁土礦石質(zhì)量呈正相關(guān)；礦床成因?qū)俟棚L化殼沉積型；鋁土礦屬一水硬鋁石型。關(guān)鍵詞：小山；鋁土礦；地質(zhì)特征；成因探討

修文小山鋁土礦位于修文縣城南東約5km處；礦區(qū)內(nèi)大部分為碳酸鹽巖地層，巖溶漏斗發(fā)育，為喀斯特地形地貌；礦區(qū)屬長江流域烏江水系；區(qū)內(nèi)氣候?qū)賮啛釒С睗駳夂騾^(qū)，多雨霧。礦區(qū)南面與小山壩、斗篷山礦區(qū)相接，北東與清水塘礦區(qū)相鄰，位于黔中鋁土礦成礦帶東側(cè)，屬于古風化殼型鋁土礦床。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

工作區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚子準地臺、黔北臺隆、遵義斷拱、貴陽復雜構(gòu)造變形區(qū)中部，屬于“黔中隆起”南緣古巖溶盆地的黔中鋁土礦成礦區(qū)東側(cè)。

區(qū)域內(nèi)在前震旦紀晚期至第四紀沉積系列中，除無晚奧陶世、晚志留世及晚侏羅世沉積外，其余均有沉積，其中以三疊系和二疊系分布最廣，發(fā)育較完整。鋁土礦則產(chǎn)于石炭系下統(tǒng)九架爐組中。

本區(qū)位處貴陽復雜構(gòu)造變形區(qū)中部，主要構(gòu)造形態(tài)呈北東—南西走向，褶皺斷裂較發(fā)育，其中北西側(cè)斷裂較少，構(gòu)造較簡單；東部、東南部和南部褶皺斷裂發(fā)育，褶皺較緊密，構(gòu)造相對較復雜。

本區(qū)為貴州鋁土礦的重要產(chǎn)區(qū)，有大型鋁土礦床九處、中小型礦床（點）三十多處。重點鋁土礦山有小山壩、斗篷山、林歹、燕垅、長沖河、麥格等。民采礦山更是星羅棋布。與鋁土礦伴生的稀散元素有Ga、Ti、V等，其中Ga可以綜合利用。此外，與鋁土礦共生的耐火粘土、赤鐵礦等亦已被利用。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層由老至新有：寒武系中上統(tǒng)、石炭系下統(tǒng)、二疊系中統(tǒng)及第四系。缺失奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系上統(tǒng)及二疊系下統(tǒng)。

寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群（∈2—3ls）：為鋁土礦含礦層的基底，頂面為一侵蝕間斷面。巖性：頂部0～2m通常為淺紅色含鐵質(zhì)白云巖，上部以淺灰、肉紅色中厚層、厚層細晶白云巖為主，厚80～110m。本區(qū)僅出露上部，未見底。分布于礦區(qū)西部。

石炭系下統(tǒng)九架爐組（C1jj）：為本區(qū)鋁土礦含礦層位，中上部由雜色頁巖、粘土巖、鋁質(zhì)粘土巖、鋁土礦組成，下部為高嶺石粘土巖、暗綠色鐵綠泥石粘土巖、紫紅色鐵質(zhì)頁巖、含鐵質(zhì)粘土巖夾赤鐵礦結(jié)核，全組厚0～15m，分布于礦區(qū)西部。

石炭系下統(tǒng)擺佐組（C1b）：中上部為深灰—淺灰色中厚層狀細晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，底部為淺—深灰色白云質(zhì)灰?guī)r夾薄—中層粉砂巖。全組厚5～25m，伴隨礦系出露。

二疊系中統(tǒng)梁山組（P2l）：上部為黑灰色炭質(zhì)頁巖夾砂質(zhì)頁巖，中部為灰—灰黑色石英砂巖夾炭質(zhì)頁巖，下部為灰色粘土巖、含鋁質(zhì)粘土巖。厚2～18m，多為4～12m。分布于礦區(qū)西部。

二疊系中統(tǒng)棲霞組（P2q）：區(qū)內(nèi)根據(jù)巖性特征自下而上分為3層：

棲霞組a層（P2qa）：灰黑色薄至中層泥質(zhì)灰?guī)r夾灰黑色層狀生物碎屑灰?guī)r,底部夾炭質(zhì)頁巖。厚20～40m,分布于礦區(qū)西部及南部。

棲霞組b層（P2qb）：深至淺灰色中厚層狀生物灰?guī)r局部含燧石結(jié)核,底部偶見燧石條帶。厚128～160m,大面積分布于礦區(qū)內(nèi)。

圖1 修文小山地質(zhì)略圖

棲霞組c層（P2qc）：灰黃色厚層至塊狀白云質(zhì)細晶灰?guī)r，層狀生物碎屑灰?guī)r，含較多燧石結(jié)核，厚60～70m。分布于礦區(qū)中部及東部。

第四系（Q）：不整合于上述各地層之上，淺褐、灰黃色砂質(zhì)粘土、粘土夾石英砂巖、鋁土礦及鐵礦碎塊，零星分布于溝谷、低凹地帶。厚度不均，0～15m。

2.2 構(gòu)造

本區(qū)構(gòu)造比較簡單，為一單斜地層，地層傾向南東，傾角6°～14°，在九層坡一帶局部由于受礦區(qū)外圍構(gòu)造的影響，傾角可達24°～44°，區(qū)內(nèi)未見斷層。礦區(qū)構(gòu)造復雜程度屬于簡單型。

2.3 含礦巖系特征

石炭系下統(tǒng)九架爐組為本區(qū)鋁土礦含礦系，其基底為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群白云巖，因遭到長期風化剝蝕，形成不平整的古喀斯特侵蝕面，偶見白云巖“石牙”突起于含礦系內(nèi)。由于該基底的凹凸不平，影響了含礦系的組成和厚度，使其變化于0～15m之間。從礦區(qū)總趨勢上，一般厚2～8m，礦系頂部與擺佐組呈整合接觸。

含礦系在剖面上的巖性有以下幾種類型（圖2）：

圖2 巖性類型

（1）鋁鐵礦系型：此為有鋁礦系和鐵礦系組成的一種完整的含礦系組合類型，亦為本區(qū)含礦系的主要類型，占大多數(shù)。下部鐵礦系由紫紅色、暗紅色、鐵質(zhì)粘土巖及暗綠色綠泥石巖組成，間夾赤鐵礦結(jié)核，或透鏡體。

（2）鋁礦系型：其組成特征是缺失九架爐組下部鐵礦系，為本區(qū)次要的含礦系類型，按其剖面特征又可分為下列類型：

(1)完整的鋁礦系：下部為粘土巖，有時為鋁質(zhì)粘土巖，中部為鋁土礦體，包括土狀、碎屑狀和致密狀鋁土礦，但不一定同時并存，或單一類型存在，或2種以上類型混合組成，一般土狀鋁土礦位于中部，上下為致密狀或碎屑狀鋁土礦；上部為粘土巖，有時為鋁質(zhì)粘土巖，少數(shù)頂部為雜色粘土巖或鐵質(zhì)粘土巖。

(2)非完整的鋁礦系：

①上層粘土巖+鋁土礦：缺失下層粘土巖，鋁土礦直接覆寒武系之上。

②鋁土礦+下層粘土巖：缺失上層粘土巖，鋁土礦直接頂板為擺佐組粘土質(zhì)灰?guī)r或粘土質(zhì)白云巖、灰?guī)r。

③粘土巖：其特點無鋁土礦，有時可見鋁質(zhì)粘土巖。

（3）鐵礦系型：其組成特征是缺失九架爐組上部鋁礦系。

一般情況下，鋁礦系和礦體的變化呈正相關(guān)關(guān)系，即鋁礦系厚，礦體亦厚，反之，則異。礦體中心部位礦系較厚，而四周則薄。但巖性組合的變化則無規(guī)律可尋。

2.4 礦體特征

本區(qū)礦體的平面形態(tài)因受基底古地形制約，而顯多邊形狀，形態(tài)較簡單。礦體的剖面形態(tài)為似層狀及扁平透鏡狀（見圖3），較規(guī)則，且有膨脹、收縮現(xiàn)象，并多反映在礦體底板，致使局部起伏變化較大。礦體形態(tài)總體較簡單，各礦體的規(guī)模各異，長度50～1130m，寬38～215m。礦體產(chǎn)狀平緩，一般7°～10°左右。各礦體厚度變化較穩(wěn)定，平均厚度相差不大，礦體平均厚度為1.74m，無大厚度工程。礦體品位變化較均勻，Al2O3含量平均值相差不大，位于56.73%～63.64%之間，平均為62.72%，A/S值位于3.8～5.2之間，平均為3.8，F(xiàn)e2O3含量平均為2.42%，S含量平均為0.10%，屬于低硫含鐵型鋁土礦。

礦石自然類型分為3類：即土狀、碎屑狀和致密狀鋁土礦，其中以碎屑狀為主。

土狀鋁土礦：淺灰、灰白色，吸水性強。由砂屑泥晶、微晶構(gòu)成，少數(shù)達礫屑，為殘余碎屑，

具成巖后生作用特征。此類多為原生礦經(jīng)風化淋濾作用形成，Al2O3含量一般大于70%。

碎屑狀鋁土礦：淺灰色，由砂屑泥晶和鮞粒構(gòu)成。碎屑多呈次圓—橢圓狀，膠結(jié)物為隱晶狀水鋁石和粘土質(zhì)，Al2O3含量一般60%～70%。

致密狀鋁土礦：灰色，呈顯微粒狀或隱晶集合體，有時見膠狀，Al2O3含量一般小于60%。

本礦區(qū)礦石的分布，土狀礦石一般賦于礦層的中部，上下為碎屑狀或致密狀礦石，但這種結(jié)構(gòu)并不嚴格，時有互相穿插現(xiàn)象，有時僅有土狀礦石，或僅有碎屑狀或致密狀礦石。

本礦區(qū)礦石主要鋁礦物是一水硬鋁石，平均為73.1%，次為一水軟鋁石，三水鋁石含量很少。高嶺石是硅的主要礦物，平均為17.8%。銳鈦礦和金紅石是鈦的主要礦物，平均為2.3%。本區(qū)鋁土礦石主要為低硫低鐵鋁土礦石；S含量極低，一般都在萬分之幾，根據(jù)組合分析結(jié)果，MgO、P2O5等有害雜質(zhì)的含量也都遠低于工業(yè)指標要求。

3 礦床成因及找礦標志

3.1 成礦區(qū)巖相古地理分析

寒武紀末，受加里東構(gòu)造運動的影響，本區(qū)上升為陸，形成“黔中隆起”。經(jīng)奧陶紀—泥盆紀約1.8～2億年的長期風化剝蝕，成為準平原化、巖溶極發(fā)育的溶蝕凹地或孤峰，兼之氣候炎熱潮濕，致使古巖溶侵蝕面之上發(fā)育著厚薄不一的鈣紅土風化殼。在早石炭世初期，受海西運動影響，本區(qū)開始緩慢下沉，海水從南往北貫入，遭受廣泛海侵。然而在本區(qū)之南的廣順一帶仍高出水面，形成障壁島，使現(xiàn)在的織金、修文、清鎮(zhèn)三縣（市）交界處東西寬約150km，南北寬約60km的范圍，處于有障壁的“黔中島后瀉湖”環(huán)境。在障壁島后，海水較為平靜，呈典型的瀉湖環(huán)境。清鎮(zhèn)以東則由于經(jīng)潮汐通道與廣海相連，受潮汐的影響，與內(nèi)部瀉湖比較，水域較為動蕩，水浪沖擊的能量較高，加之大陸淡水的補給，鹽度降低，使之處于高能氧化環(huán)境。也由于升降運動和巖溶化作用的交替影響，巖溶盆地內(nèi)凹凸不平，呈東—西向帶狀分布。從早石炭世的九架爐組沉積厚度分析，古地形凹陷深度由西向東，貓場、林歹、小山壩、銀廠坡凹陷的深度較大，一般10～20m，最深達53m，其間則為相對凸起。凹陷深度一般5～7m，最深13m。如此凹凸環(huán)平、大小不等的古地形，為早石炭世大塘期的九架爐組沉積準備了環(huán)境，為成礦物質(zhì)的聚沉提供了良好的場所。一般凹陷深礦系沉積厚，相應的礦體規(guī)模也大，形態(tài)亦穩(wěn)定，如林歹、斗蓬山等礦區(qū)，礦系厚度一般大于10m，個別達53m，而礦體厚度在3～5m；凹陷淺則礦系沉積較薄，如老黑山等地，礦系厚度小于10m，而礦體形態(tài)復雜，厚度亦小，甚至尖滅。因此，鋁土礦的分布和巖性組合，均嚴格受大地構(gòu)造位置及古地貌的制約。

3.2 成礦物質(zhì)來源

本區(qū)物質(zhì)主要來源于基底婁山關(guān)群白云巖的風化產(chǎn)物，其依據(jù)有：

（1）具有充足的成礦物質(zhì)基礎(chǔ)。根據(jù)鄰近斗蓬山礦區(qū)資料，基底白云巖及其風化殼粘土和白云巖中粘土巖夾層取樣結(jié)果：白云巖A12O3平均含量為3.l2%，遠比平均克拉克值(0.54%)高；風化殼粘土A12O3含量高達27.28%，且普遍存在，其原始厚度是很大的；粘土(頁)巖夾層A12O3含量8.80%～32.87%，含量是可觀的。同時還表明，從新鮮白云巖到風化狀態(tài)白云巖，直至風化殼粘土，即隨風化作用的進行，A12O3的含量也在不斷上升。說明在漫長的風化作用過程中，K、Na、Ca、Mg等被帶走，而Al、Fe、Si、Ti等穩(wěn)定組份則在風化殼中“初步富集”(稱原始富集)。

根據(jù)理論，沉積1m厚的鋁土礦(A12O3＞70%)，只需50m厚的上述巖石(以A12O3：1.5%計)。而本區(qū)數(shù)百米厚的基底碳酸鹽巖石，其A12O3的平均含量還大于1.5%，且常見粘土巖夾層，推算300m厚的此類巖石完全風化，則可形成今日之A12O3大于60%的鋁土礦，大約平均每50年風化0.08m，這是完全可能的。

（2）具有相似的A12O3/TiO2比值(鈦率)。即從白云巖、風化殼粘土至含礦系的鈦率具一致性，這與鋁、鈦極其相似的地球化學習性有關(guān)，因而在風化過程中也呈規(guī)律性變化。

（3）鋁土礦與其基底白云巖中重礦物的一致性。經(jīng)重砂鑒定，均見金紅石、鋯石、銳鈦礦、板鈦礦等礦物，不同之點是鋁土礦中所含較多、磨蝕程度較高而已。

上述資料說明碳酸鹽巖經(jīng)風化后，有足夠的鋁質(zhì)形成具工業(yè)意義的鋁土礦。但也不排除極少部份鋁質(zhì)可能來自異地，因為見到了具有一定磨蝕程度的碎屑成分。

3.3 形成過程

在作為供鋁主體的鈣紅土化風化殼中，Al、Si、Fe、Ti等較穩(wěn)定的元素相對富集，其氧化物難溶于水。當廣泛海侵后，原地和被搬運來的微屑和膠溶體狀的氧化物被海解，帶正電荷的A12O3溶膠與帶負電荷的SiO2溶膠相遇，在pH=4.1～6時，便產(chǎn)生聚沉，首先Fe2O3聚沉為赤鐵礦，而后A12O3與SiO2聚沉為高嶺石等粘土礦物。在這種化學凝膠沉積的同時，伴有機械微屑沉積，后經(jīng)成巖作用逐漸脫硅為鋁土礦，形成一水硬鋁石為主的鋁土礦床。

若成礦作用迅速，則由于沉積分異差、脫硅不完全，形成品位較低的致密狀礦石，含粘土礦物多；若在成巖作用過程中，遭受潮汐、波浪沖擊，固結(jié)或半固結(jié)的沉積物“顆?；保?jīng)簸選，遷移在不同的環(huán)境中與繼續(xù)進行的化學凝膠作用一起再沉積，形成碎屑狀礦石。在島后瀉湖內(nèi)，由于這種搬運、磨蝕和分選作用，使有的經(jīng)受了2次或多次成巖脫硅轉(zhuǎn)移，形成品位高的內(nèi)砂屑和內(nèi)粉屑狀礦石。

粘土礦物脫硅為鋁土礦的形成過程，在成巖(礦)后期改造作用中仍在進行。如代表最早沉積的鋁土礦中，SiO2高(7%～19%)，粘土礦物多達25%～45%，而改造后的土狀礦中，SiO2低(2%～7%)，粘土礦物少(5%～20%)。掃描電鏡中見一水硬鋁石包裹交代高嶺石，近礦圍巖中高嶺石多，遠礦圍巖中水云母多，反映了粘土礦物到鋁土礦的轉(zhuǎn)變過程是：水云母→高嶺石→鋁土礦。

綜上所述：本區(qū)鋁土礦的形成，是基底碳酸鹽巖石經(jīng)紅土化作用形成的“初始富集”層通過海解改造后，以微屑和膠體化學聚沉，巖溶盆地內(nèi)顆粒再沉積，主要由鋁土礦物高嶺石脫硅成礦，再經(jīng)成巖期后至風化淋濾改造，富化形成品位較高的鋁土礦。礦床成因為：“古風化殼一再沉積、改造礦床”。

3.4 找礦標志

黔中鋁土礦成礦區(qū)，地質(zhì)研究工作程度很高，比較大的礦床均已勘探和補勘，中小型礦床(點)也經(jīng)過多次普查評價，特別是地表明顯可見的礦點都已工作過，今后的找礦，關(guān)鍵是繼續(xù)總結(jié)前人資料，深入研究鋁土礦的成礦規(guī)律，并與沉積環(huán)境對應研究，尋找石炭紀初期的沉積凹地，并且注重尋找隱伏礦體。

（1）地層標志。在本區(qū)鋁土礦產(chǎn)于石炭世下統(tǒng)九架爐組中，層位固定，并嚴格受低層層位控制，時代為早石炭世，尋找鋁土礦床，如本區(qū)有含礦層存在，則有形成鋁土礦礦床的可能。

（2）鋁土礦石標志。發(fā)現(xiàn)地表有鋁土礦石產(chǎn)出地方（常見民采），即為鋁土礦產(chǎn)出地方，是其直接的找礦標志。

4 結(jié)論

(1)修文小山鋁土礦下伏基巖是碳酸鹽巖，其風化作用形成的是富鋁鈣紅土殘坡積層，一般說侵蝕間斷時間越長，即風化作用時間越長，由風化作用形成的殘坡積富鋁鈣紅土層越多、越厚，生成的鋁土礦物越多，粘土礦物越少，礦石品位越富，礦層厚度也越大。

(2)含礦巖系厚度與鋁土礦層厚度、鋁土礦石質(zhì)量成正相關(guān)關(guān)系。

(3)礦石自然類型分為3類：即土狀、碎屑狀和致密狀鋁土礦，其中以碎屑狀為主。

[1]楊明德.黔中鋁土礦礦床沉積環(huán)境及成礦作用[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，1989.

[2]周福明.貴州省修文縣小山壩鋁土礦區(qū)地質(zhì)特征及找礦方法探討[R].2012.

[3]董家龍等.貴州省貴陽市白云區(qū)斗蓬山鋁土礦區(qū)詳細勘探地質(zhì)報告[R].1988.

[4]蘭永文.貴州省修文縣龍場華飛小山鋁土礦（整合）資源儲量核實及詳查報告[R].2013.

P618

A

1004-5716(2015)08-0171-05

2014-08-27

蘭永文（1986-），男（漢族），四川樂山人，助理工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)勘查技術(shù)工作。