晉西南地區(qū)鋁土礦地球化學(xué)特征及成礦地質(zhì)環(huán)境分析

（山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西 晉中 030620）

鋁土礦不僅可以提煉出鋁、鎵與稀土元素等重要原料，還可以用作高鋁水泥、研磨材料、耐水材料的原材料。因?yàn)殇X土礦的用途十分廣泛，所以使得鋁土礦在國(guó)民生產(chǎn)活動(dòng)中具有重要的地位。在鋁土礦中，鋁礦物主要為硬水鋁石、軟水鋁石與三水鋁石。在近10年的時(shí)間里，我國(guó)對(duì)鋁的需求成急速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中有高達(dá)50%的氧化鋁需要依賴從其他國(guó)家進(jìn)口。

對(duì)于我國(guó)來講，金屬鋁的提煉是鋁土礦最重要的用途之一，因此鋁是具戰(zhàn)略意義的金屬[1]。必須加強(qiáng)中國(guó)鋁土礦地球化學(xué)特征、巖石礦物學(xué)特征、物源、成礦環(huán)境、成礦時(shí)代、成礦作用等方面的研究工作，并且提高對(duì)高品位、大型鋁土礦礦床形成的理論認(rèn)識(shí)水平，也有助于加快鋁土礦資源勘查，為中國(guó)鋁工業(yè)的發(fā)展提供資源保障，這樣中國(guó)就可以解決鋁土礦資源受控于國(guó)外的困境問題。

1 探究晉西南地區(qū)鋁土礦地球化學(xué)特征

1.1 鋁土礦的成因

針對(duì)上述問題，以晉西南地區(qū)鋁土礦為例，探究其地球化學(xué)特征，經(jīng)過探測(cè)發(fā)現(xiàn)，這一地區(qū)的鋁土礦中碳酸鹽巖的元素富集程度要高于碎屑巖，這表明該地區(qū)有利于鋁土礦成礦的主要容礦巖石為碳酸鹽巖。礦區(qū)地層中有豐富的鋁、Ti、Ga、Ni、Cd等成礦物質(zhì)。因?yàn)殇X具有強(qiáng)烈的親硫性并極易形成含硫化合物，所以在基地巖石中，鋁以硫化物形式存在，又由于硫化物與硫酸鹽的形成受溫度、ph值、氧逸度、總硫濃度等參數(shù)決定[2]。所以結(jié)合同位素的平衡溫度和推斷溶液的含硫同位素來實(shí)現(xiàn)同位素特征的測(cè)定。經(jīng)過研究硫同位素發(fā)現(xiàn)該礦硫化物的含量占比分散，所以認(rèn)為形成鋁土礦的主要成因是沉積。金屬礦成因需要大量還原硫的沉積，而還原硫主要通過熱液中硫酸鹽和有機(jī)質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)。

有機(jī)質(zhì)吸附的金屬元素如鋁、鈦、Ni等，與有機(jī)絡(luò)合基發(fā)生絡(luò)合物分解或氧化還原的反應(yīng)產(chǎn)生有機(jī)金屬絡(luò)合物，形成難溶硫化物沉淀，這樣可以使更多的金屬元素保留下來。在熱還原反應(yīng)過程中不僅提供了反應(yīng)所需的還原硫，還產(chǎn)生大量的熱能，有助于加速有機(jī)質(zhì)的分解和硫化物沉淀。

1.2 鋁土礦的組成

經(jīng)過探測(cè)，晉西南地區(qū)鋁土礦下伏地層有奧陶系馬家溝組灰?guī)r組成。奧陶系馬家溝組灰?guī)r因與含礦巖系直接接觸，且鋁土礦三大類型之一的巖溶型鋁土礦是碳酸鹽巖提供的，所以奧陶系馬家溝組灰?guī)r為鋁土礦的物源之一。本溪組頁巖因含鋁量高，且地層厚度較大，所以認(rèn)為是鋁土礦在成礦過程中提供了成礦物質(zhì)的巖石。

在相同條件下，本溪組泥頁巖至鋁土礦鋁富集只需鋁3.58倍，鈦3.82倍，鎵4.28倍，奧陶系灰?guī)r則需富集鋁66倍，鈦103倍，鎵42倍，對(duì)照Zr-Cr-Ga圖解與稀土元素配分模式、穩(wěn)定元素、稀土元素配分比率上可以得出結(jié)論：鋁土礦的物源為本溪組頁巖。

2 分析成礦地質(zhì)環(huán)境

鋁土礦在成礦時(shí)間、空間以及氣候等方面都有不同的特點(diǎn)，以下就其這三個(gè)方面逐一進(jìn)行分析。

2.1 從時(shí)間上分析

大地構(gòu)造發(fā)展期的某一個(gè)階段都對(duì)應(yīng)著鋁土礦的每個(gè)成礦期，所以每個(gè)階段成礦特征都有所區(qū)別。最重要的是成礦期，其表現(xiàn)特征為以酸性、中酸性巖漿的侵入和噴溢。成巖成礦作用分為早晚兩個(gè)時(shí)期，構(gòu)成了成礦與擠壓、伸展的構(gòu)造背景。極個(gè)別地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜的區(qū)域，在多期次、多旋回的構(gòu)造及巖漿活動(dòng)與成礦作用下，形成的成礦帶富含多個(gè)重要的多金屬。

2.2 從空間上分析

從空間角度分析，鋁土礦礦床的成礦分區(qū)多呈現(xiàn)出“塊”、“帶”的排布，塊體邊緣都存在深斷裂帶聚礦物質(zhì)，分帶沿前陸推覆沖斷帶“向洋”[3]。鋁土礦的形成環(huán)境屬整體低能而局部相對(duì)高能。這一地區(qū)的鋁土礦可分為致密、半土、鮞狀、碎屑四種自然類型結(jié)構(gòu)，四種不同類型鋁土礦具有不同的環(huán)境意義。致密狀鋁土礦表示其處于低能環(huán)境狀態(tài)下，而碎屑與鮞狀鋁土礦形成于沉積環(huán)境中相對(duì)高能的位置狀態(tài)，半土狀鋁土礦是強(qiáng)淋濾作用下由其余類型礦石轉(zhuǎn)化而來的，在不同類型礦石的組合分布特征中，可以識(shí)別鋁土礦的不同沉積環(huán)境。

2.3 從氣候上分析

雨天最適宜鋁土礦進(jìn)行淋濾作用。淋濾作用指的是由雨水引發(fā)的脫硅排鐵作用，在排水條件良好且淋濾條件十分有利的時(shí)，鋁土礦會(huì)直接發(fā)生紅土化作用[4]，在成礦過程中提供了成礦物質(zhì)的鋁硅酸鹽礦物直接轉(zhuǎn)變成氧化鋁礦物。在排水條件不是非常好的情況下，鋁硅酸鹽礦物則發(fā)生間接成礦作用，先轉(zhuǎn)變成粘土礦物，再轉(zhuǎn)變成氧化鋁礦物。紅土化作用可以改變鋁土礦的礦物成分、組合、品位、厚度等。鋁土礦脫硅排鐵的關(guān)鍵是地下水的垂向與側(cè)向移動(dòng)，一個(gè)決定性的因素是大量的滲流雨水活動(dòng)。在模擬鋁土礦的搬運(yùn)、對(duì)流、分散模式時(shí)，得到的結(jié)果與實(shí)際剖面大體吻合。所以地下水系統(tǒng)直接影響淋濾作用的效果，季節(jié)性的變動(dòng)會(huì)直接影響淋濾作用于鋁土礦層的厚度、品質(zhì)、礦物組合，使其結(jié)果發(fā)生改變。

3 結(jié)語

相比于國(guó)際鋁土礦的研究，中國(guó)對(duì)鋁土礦研究起步較晚，研究者們經(jīng)過幾代的持續(xù)工作研究，在很多方面的研究都有較大進(jìn)展，例如在礦床成因方面、物質(zhì)組成方面等，目前的問題在于，成礦過程較為復(fù)雜，使得研究難度增加，并且在成礦方式、物質(zhì)來源等方面研究者們也存在諸多爭(zhēng)議。本文闡述了晉西南地區(qū)鋁土礦地球化學(xué)特征及成礦地質(zhì)環(huán)境的一部分研究?jī)?nèi)容，但是在物質(zhì)組成、成礦過程與找礦標(biāo)志方面仍然需要進(jìn)一步深入研究。