貴州貓場超大型鋁土礦床成因淺析

莊志賢，陶泳昌，周安樂

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局115地質(zhì)大隊，貴州 清鎮(zhèn) 551400)

貴州貓場超大型鋁土礦床成因淺析

莊志賢，陶泳昌，周安樂

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局115地質(zhì)大隊，貴州 清鎮(zhèn) 551400)

貓場鋁土礦床位于大威嶺背斜北東端貓場穹窿背斜。由于寒武系碳酸鹽巖古喀斯特侵蝕面，經(jīng)長期風化溶蝕淋濾作用，在古喀斯特正地形上先形成粘土層，粘土層進一步風化溶蝕經(jīng)脫硅、脫鐵形成三水鋁石的礦源層，而古喀斯特負地形則為鋁土礦的沉積提供了充足的場所。本文通過對含礦巖系的特征分析，結合沉積相與古地理環(huán)境等研究，揭示了貓場鋁土礦床的形成嚴格受大地構造和古喀斯特地形的控制。

鋁土礦；古喀斯特；含礦巖系；沉積旋回；風化溶蝕淋濾作用；貴州

1 前言

貓場鋁土礦是黔中地區(qū)已知的超大型鋁土礦床，位于大威嶺背斜北東端貓場穹窿背斜，東西長12 km，可勘面積約120 km2。

自1959年發(fā)現(xiàn)以來，迄今55年，經(jīng)過三代地質(zhì)隊員的不懈努力，已完成0-24線，紅花寨、白浪壩礦段的勘探，周劉彭礦段的詳查，目前水落潭礦段正在詳查，平橋礦段(整合)(包括小平橋、李家沖、小貓場、楊家洞礦段)正在詳查及勘探，已累計查明各類別鋁土礦資源量2.37億噸，為貴州第一，在全國也屈指可數(shù)的超大型鋁土礦床(張成旺，1993；莊志賢等，2012；楊能坤等，2013；黃征等，2016；楊明坤等，2016)，(見貓場鋁土礦區(qū)礦權劃分和礦體形態(tài)分布圖，圖1)。

貓場是一個保存完整的隱伏鋁土礦床，無論是成礦條件，還是控礦因素，產(chǎn)出特征，分布規(guī)律，巖(礦)構造組合，礦石類型均有獨特之處。既具特殊性，也有普遍性。

2 巖相古地理分析

鋁土礦產(chǎn)于寒武系碳酸鹽巖古喀斯特侵蝕面上，由于長期風化溶蝕淋濾作用，在古喀斯特正地形上先形成粘土層，粘土層進一步風化溶蝕經(jīng)脫硅、脫鐵形成三水鋁石的礦源層。喀斯特負地形為鋁土礦的沉積提供了充足的場所，后經(jīng)地殼運動，黔中古陸抬升，由地表徑流把礦源層的礦物遷移至負地形中，由機械沉積作用和化學沉積作用形成各種自然類型的鋁土礦，因間歇性地殼運動的抬升，造成截然不同類型的巖(礦)組合。所以，該鋁土礦的形成嚴格受大地構造和古喀斯特地形的控制(陳履安，2011)。

3 鋁土礦形成控制因素

3.1 氣候條件

根據(jù)古地磁測量，遵義地區(qū)鋁土礦處在北緯8.2°，貓場離遵義不遠，因為熱帶和亞熱帶季風氣候，潮濕、多雨有利于形成風化礦床。因為雨量充沛，有足夠的水源對母巖進行長期的溶蝕和淋濾作用。

3.2 地形條件

黔中古陸是奧陶紀末—志留紀初的都勻運動，從海中抬升成陸的半島，屬中低山和丘陵地區(qū)，有利于風化殘留物的形成和保存。

3.3 基底母巖成分

圖1 貓場超大型鋁土礦床礦段劃分示意圖

Fig.1 Ore block division of Maocheng super large bauxite deposit

1—龍?zhí)督M；2—玄武巖；3—茅口組；4—棲霞組；5—梁山組；6—地層界限；7—產(chǎn)狀；8—斷層；9—無礦天窗；10—礦體界限；11—礦段邊界

3.4 地質(zhì)構造條件

黔中地區(qū)在南北壓應力作用下，從海中隆起成陸，必然要發(fā)生褶皺和斷裂。隨古陸隆起的同時還會發(fā)生南北向的張性斷裂和東西向的壓性斷裂，以及北東、北西向的兩組共軛壓扭性斷裂。斷層和破碎帶有利于地下水的流動和溶蝕，加之基底巖層中的粘土巖厚度不大，隔水作用不強，又瀕臨大海，古陸邊緣的排水是暢通的。潛水面隨古陸的每次抬升而下降，深度適中，基底母巖的分解速度略小于地下水淋濾帶走物質(zhì)的速度，所以在古喀斯特正地形上，有利于殘余物的形成和聚集。

3.5 風化時間因素

從奧陶紀末的都勻運動隆起成陸，至志留紀末的廣西運動，中間長達2 500萬年。再由廣西運動到紫云運動又經(jīng)過5 600萬年，再從紫云運動到黔中隆起下沉接受二疊系地層覆蓋，其間又是5 900萬年。自黔中隆起成陸到沉沒海底合計有1.43億年的風化溶蝕成礦作用時間，足以形成大規(guī)模的鋁土礦床。古陸每次運動的抬升，促使基底母巖潛水面的下降，能確?？λ固卣匦蔚娜芪g淋濾作用始終暢通無阻，才有時間和條件形成礦源層。

4 成礦物質(zhì)來源分析

5 含礦巖系特征

5.1 巖性段劃分

根據(jù)貓場礦區(qū)大量鉆探實際資料分析和研究，依據(jù)沉積先后順序，不同的巖(礦)組合，將九架爐組劃分為四個巖(礦)性段，兩個沉積旋回。

自上而下劃分為：

中上部鐵質(zhì)粘土巖巖段(C1jja2)：為褐紅色夾灰綠色鐵質(zhì)粘土巖和赤鐵礦組成。厚度0.94 m。

5.2 組合類型

古喀斯特的地理環(huán)境，無疑對九架爐組巖性的組合結構起著決定性的控制作用。由于基底古巖溶侵蝕面凹凸不平，凹地規(guī)模大小不等，形成時間先后不一，形態(tài)各異，所以各巖性段在橫向和垂向的分布和疊加是各式各樣的。

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在垂向上，根據(jù)貓場鉆孔實際資料總結出11種類型。

四段式 (1) C1jja1+C1jjb1+C1jja2+C1jjb2

三段式 (2) C1jja1+C1jjb1+C1jjb2

二段式 (3) C1jja1+C1jjb1

(4) C1jja1+C1jjb2

(5) C1jja2+C1jjb2

一段式 (6) C1jjb2

(7) C1jjb1

(9) 黃鐵礦型

(10) 硫鐵礦型

(11) 粘土巖型

※ C1jja1和C1jja2單獨存在時不易區(qū)分!

5.3 剖面實例

例 四段式組合類型剖面

本類型剖面是礦區(qū)最完整的組合類型，它全面反映了礦區(qū)地質(zhì)構造環(huán)境的變化和巖(礦)生成次序的真實記錄，見ZKXXX孔主要化學成分變化曲線圖(圖2)。

圖2 ZKXXXX孔主要化學成分變化曲線圖

6 鋁土礦形成過程

首先奧陶紀末的都勻運動，黔中從海中隆起成陸，在當時氣候和地理環(huán)境下，基底白云巖必然以化學風化為主，物理風化為輔。風化溶蝕作用往往是以母巖的節(jié)理、裂隙和斷層破碎帶等薄弱部位開始，不但溶蝕速度快，而且方向性很強，和古陸隆起時發(fā)生的南北向張性斷裂、東西向的壓性斷裂及北東、北西向兩組共軛扭性斷裂是基本一致的。不難從貓場鋁土礦區(qū)—鋁土礦的分布和形態(tài)上看得出來。如貓場的鋁土礦體，它是由4個溶洼控制的南北向串珠狀鋁土礦體組成；周劉彭鋁土礦體是由北東和北西兩組共軛斷裂溶蝕形成的溶坑控制的鋁土礦體，首尾相連而成環(huán)狀；楊家洞鋁土礦體是由東西向和北東向的溶蝕槽谷控制的鋁土礦體。在貓場外，呈南北向線狀分布的：巖上—燕隴—母豬沖—魏家寨—李家沖鋁土礦體，又如呈東西向的馬場—凹河—老黑山的鋁土礦體，都是以溶盆和溶洼組合成的串珠狀形態(tài)出現(xiàn)，這說明鋁土礦床的形成和分布與構造斷裂密切相關(高道德等，1992)。

古陸基底白云巖在炎熱、多雨、潮濕氣候的環(huán)境下，富含O2和CO2水首先從母巖中分解出堿金屬K+、Na+離子，其次是堿土金屬Ca2+、Mg2+離子。當K+、Na+、Ca2+、Mg2+和陰離子HCO3-、SO42-、Cl-以不同方式幾乎全部遷出母巖后，不能被溶解帶走的主要是Fe、Si、Al的氧化物和氫氧化物，殘留原地，成為厚度不等殘積層，聚集在喀斯特正地形上。

基底白云巖在長期風化溶蝕作用下，形成喀斯特地貌，正地形有溶原，溶垅，溶脊、峰林、峰叢、孤丘、石芽……；負地形有溶蝕漏斗、溶溝、溶洼、溶槽、溶盆、溶蝕湖等。正地形頂著粘土的殘積層；負地形接受風化殘余物的充填、沉積，首先形成含礦系下部的鐵質(zhì)粘土巖段(C1jja1)。

其次，志留紀末的廣西運動，依古陸第二次抬升，侵蝕基準面下降，新的風化溶蝕作用又活躍起來，殘積層中的粘土礦物，繼續(xù)在富O2和CO2水長期淋濾下，脫Si轉變?yōu)楦邘X石和三水鋁石。SiO2被水大量帶走，Al2O3相對富集，形成礦源層。我們知道，具有多種活性基團的腐殖酸廣泛存于自然界中，它有溶解Si4+、Fe3+、Al3+離子和保護SiO2、Al2O3、Fe2O3呈膠體遷移的能力。

在相同條件下，SiO2的溶解度遠大于Fe2O3和Al2O3。加之殘積層處在正地形上，水流暢通無阻的開放氧化帶環(huán)境中，在富含O2和CO2的弱酸性或酸性的長期淋濾下，地下水帶走溶解物質(zhì)的速度快于水對巖(礦)分解的速度，使粘土層處于不斷被分解脫Si富Al的過程。同時，在脫Si過程中，有部分Si、Fe、Al被分解成膠溶體，在富含腐殖酸的保護下，被水搬運到喀斯特負地形中。由于水體中PH和Eh值的變化，Si、Fe、Al膠溶體離子經(jīng)正負電荷的中和作用，凝聚成膠體沉淀，構成中下部菱鐵礦質(zhì)—鋁質(zhì)巖段(C1jjb1)，即高鐵鋁土礦段，覆蓋下部鐵質(zhì)—粘土巖段(C1jja1)或寒武系白云巖侵蝕面上。

再次，泥盆紀末的紫云運動，古陸再次抬升，在喀斯特正地形上的礦源層和沉積在負地形中的鐵質(zhì)—粘土巖段(C1jja1)和菱鐵礦質(zhì)—鋁質(zhì)巖段(C1jjb1)同時被抬高，古陸基底母巖中的潛水面下降，古陸又處于風化溶蝕淋濾的長河中。負地形向縱深發(fā)展，不斷加深，向周邊擴散，加寬變大，溶洼變成溶盆，溶盆變湖盆，終究為鋁土礦的形成準備了沉積場所。

由于負地形的不斷擴張，正地形不斷縮小，礦源層不斷被侵蝕。同時礦源層的溶原、溶垅、溶脊的基地白云巖在溶蝕作用下形成空洞，促使礦源層的垮塌、崩解，破碎成碎塊，天干物燥時，甚至變?yōu)閴m土。下雨后，塵土和地表水混合成渾濁液，裹挾礦源層的礫塊、碎石，經(jīng)過一段遠近不同距離的搬運，礫塊、碎石相互碰撞、摩擦，變成次棱角狀、橢圓狀、圓狀，搬運到喀斯特負地形中。因水動力條件減弱，在重力作用下，逐漸依次沉積下礫石、碎屑、泥質(zhì)物，并遠離岸邊向盆地中心移動，形成略具帶狀分布的沉積相構造。

最后，當九架爐組含礦巖系沉積后(C1jj)，古陸南部下沉被海水淹沒，接受石炭系下統(tǒng)擺佐組(C1b)白云巖和灰?guī)r的覆蓋，厚達100多米。但缺失上統(tǒng)達拉組(C2d)、滑石板組(C2hs)、馬坪組(C2m)，有一短暫上升剝蝕時期。二疊紀早期，梁山、棲霞時，整個古陸下沉，接受陸源碎屑物的沉積，后連續(xù)為碳酸鹽類沉積覆蓋。含礦巖系在地應力作用下，經(jīng)成巖脫水，由三水鋁石轉化為一水硬鋁石。直到侏羅紀末，早白堊紀初的燕山運動，它控制和破壞了鋁土礦體的完整性，被分割在不同的構造單元內(nèi)，有的被抬出地表，有的還深埋地下(袁見齊等，1979；樂光禹等，1994)。

7 結論

鋁土礦產(chǎn)于寒武系碳酸鹽巖古喀斯特侵蝕面上的一水硬鋁石沉積礦床，由于長期風化溶蝕淋濾作用，在古喀斯特正地形上先形成粘土層，粘土層進一步風化溶蝕經(jīng)脫硅、形成三水鋁石的礦源層，喀斯特負地形為三水鋁石的進一步形成提供了有利條件和鋁土礦的聚積提供了充足的場所，后經(jīng)地殼運動，黔中古陸抬升，由地表徑流把礦源層的礦物遷移至負地形中，由機械沉積作用和化學沉積作用形成各種自然類型和工業(yè)類型的鋁土礦，因間歇性地殼運動的抬升，造成截然不同類型的巖(礦)組合。所以，鋁土礦的形成嚴格受大地構造和古喀斯特地形的控制(高道德，等1992)。

圖3 貓場鋁土礦形成過程示意圖

陳履安.2011.溶解運移與沉淀成礦—成礦作用的化學與地學交叉研究.貴陽：貴州科技出版社.

高道生，盛章琪，等.1992.貴州中部鋁土礦地質(zhì)研究.貴陽：貴州科技出版社.

黃征，黃汝超，等.2016. 貴州省清鎮(zhèn)市貓場鋁土礦區(qū)水落潭礦段鋁土礦詳查報告.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一五地質(zhì)大隊.

樂光禹，等.1994.貴州省中西部的構造格局與構造應力場.地質(zhì)科學，第1期.

袁見齊，朱上慶編.1979.礦床學.北京：地質(zhì)出版社.

楊明坤，朱煥然，等.2016.貴州省清鎮(zhèn)市貓場礦區(qū)0-24線外圍紅花寨、白狼壩礦段鋁土礦勘探報告.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一五地質(zhì)大隊.

楊能坤，楊林，等.2013.周劉彭礦段鋁土礦詳查報告.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊.

張成旺，皇甫強，馮學嵐，等.1993.貴州清鎮(zhèn)鋁土礦貓場礦區(qū)0—24線勘探報告.貴州省地礦局一一五地質(zhì)大隊.

莊治賢，蔣建文，等.2012.貴州省清鎮(zhèn)市貓場鋁土礦區(qū)平橋礦段(整合)鋁土礦普查報告.貴州省地礦局一一五地質(zhì)大隊.

中國科學院地質(zhì)研究社巖溶研究組.1979.中國巖溶研究.北京：科學出版社.

Genesis Discussion of Maochang Super-large Bauxite Deposit

ZHUANG Zhi-xian，TAO Yong-chang，ZHOU An-le

(No.115GeologicalParty，GuizhouBureauofGeologyandMineralExploration&Development，Qingzhen551400，Guizhou，China)

Maochang bauxite deposit situated in Maochang dome anticline of northeast Daweiling anticline. Because the carbonate rock ancient karst erosion surface of Cambrian suffered long time weathering corrosion and leaching progress, claypan formed on the ancient karst positive landform, then the claypan formed ore source bed of gibbsite by further weathering corrosion desilication and deferrization, the negative landform supported enough space for bauxite sediment. By analysis the characteristics of ore-bearing rock series, with the study of sedimentary facies and paleographic environment, improved that the formation of Maochang bauxite deposit was controlled strictly by geotectonics and ancient karst topography.

Bauxite deposit; Ancient karst; Ore-bearing rock series; Sedimentary cycle; Weathering corrosion and leaching progress

莊志賢(1967—)，男，工程師，長期從事區(qū)域地質(zhì)和礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查，鋁土礦和金礦的地質(zhì)勘查工作。

P618.45

A

1000-5943(2016)04-0272-06

[收購日期]2016-05-30