貴州省鋁土礦礦床特征分析

楊 濤，黃 波,，張銀峰，楊順文

(1.貴州理工學院 資源與環(huán)境工程學院，貴陽 550003；2.貴州有色金屬和核工業(yè)地質勘查局物化探總隊，貴州 都勻 558000)

鋁土礦是貴州省優(yōu)勢礦種，具有資源量大、礦石質量好、分布廣泛等特點[1-7]。根據(jù)貴州鋁土礦床的分布狀況、資源特點、主要成因類型等方面，系統(tǒng)地總結了貴州鋁土礦特征，對深入研究鋁土礦成礦規(guī)律和資源潛力，科學指導深部找礦，制定資源開發(fā)戰(zhàn)略等具有重要意義。

1 貴州鋁土礦礦床類型

根據(jù)《鋁土礦地質勘查規(guī)范》(DZ/T0202—2002)[8]，將鋁土礦劃分為沉積型、堆積型和紅土型，貴州鋁土礦以沉積型為主，少見堆積型，目前未見有紅土型鋁土礦[3,7,9]。

1.1 沉積型鋁土礦

沉積型是貴州主要的礦床類型，根據(jù)侵蝕面的不同，分為二個亞類，即產于碳酸鹽巖侵蝕面的鋁土礦和產于碎屑巖及玄武巖侵蝕面上的鋁土礦[3，7，9]。

1)產于碳酸鹽巖侵蝕面上的鋁土礦：礦體多為層狀—似層狀、透鏡狀和漏斗狀等，單個礦體一般數(shù)百米至2 km，寬200 m至上千米，產狀一般平緩。礦層厚度變化穩(wěn)定—很不穩(wěn)定，一般厚1～6 m，規(guī)模多為大—中型。礦石結構呈土狀、鮞狀、豆狀、碎屑狀等，顏色多為灰白色，礦物成分以一水硬鋁石為主，其次為高嶺石、水云母、綠泥石、褐鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦、一水軟鋁石等，有時有黃鐵礦、菱鐵礦及三水鋁石等。主要化學組分：Al2O340%～75%、SiO24%～18%、Fe2O32%～20%、S 0.8%～8%、Al/Si值3～12，伴生有用元素鎵0.007%～0.011%，共生礦產有耐火黏土、鐵礦、硫鐵礦、熔劑灰?guī)r、煤礦等，多為低鐵低硫型礦石。

2)產于碎屑巖、玄武巖侵蝕面上的鋁土礦：礦體呈層狀—似層狀或透鏡狀，單個礦體一般長數(shù)百米到2～3 km，厚度較穩(wěn)定，一般厚1～4 m，規(guī)模為大到小型均有，礦石結構呈致密狀、角礫狀、鮞狀、豆狀等，局部為半土狀。礦石顏色呈灰、淺綠、紫紅及雜色等，礦物主要為一水硬鋁石，其次為高嶺石、蒙脫石、多水高嶺石、綠泥石、菱鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦等。主要化學組分：Al2O340%～70%、SiO28%～20%、Fe2O32%～20%、S 0.8%～3%、Al/Si值3～9，一般3～5，伴生有用元素鎵0.005%～0.01%，共生礦產有半軟質和硬質黏土礦等，其中高鐵高硫型礦石占有較大比例。

1.2 堆積型鋁土礦

礦床由原生沉積鋁土礦在適合的構造條件下經(jīng)風化淋濾，就地殘積或巖溶洼地中重新堆積而成，在風化過程中有害組分硫被淋失后，轉變?yōu)楦哞F鋁土礦，提高了礦床工業(yè)利用價值，礦石呈大小不等的塊礫及碎屑夾于松散紅土中構成含礦層(礦體)，礦體形態(tài)復雜，多隨基底地形而異，長數(shù)百米至2 km左右，寬數(shù)十米至上千米，厚度0.5～10 m，規(guī)模多為中小型。礦石結構呈鮞狀、豆狀、碎屑狀，顏色呈灰色、褐紅色及雜色等，礦物成分以一水硬鋁石為主，其次為高嶺石、針鐵礦、赤鐵礦、三水鋁石及一水軟鋁石等，主要化學組分：Al2O340%～65%、SiO22%～12%、Fe2O316%～25%、S<0.8%、Al/Si值4～15，一般<10，伴生有用元素鎵0.006%～0.009%。

2 貴州鋁土礦床特征

2.1 鋁土礦分布特征

根據(jù)前人對貴州鋁土礦的礦集區(qū)(帶)劃分[10]，主要集中于4個成礦區(qū)(帶)，即黔北的務(川)—正(安)—道(真)地區(qū)、黔東的凱里—黃平地區(qū)、黔中的遵義—息烽地區(qū)和清鎮(zhèn)—修文地區(qū)(圖1)，形成相應的貴州主要鋁土礦礦集區(qū)。

圖1 貴州省鋁土礦礦床(點)及礦集區(qū)(帶)分布示意圖(據(jù)貴州礦藏略有修改，2014)

2.2 鋁土礦礦床特征

根據(jù)前人研究成果[1-7，9-11]，我們總結了貴州鋁土礦成礦區(qū)帶、賦礦地層、基底巖性、古地理環(huán)境、物質來源、控礦構造、礦體形態(tài)、礦床規(guī)模等方面特征(見表1)。

3 成因分析

貴州鋁土礦以沉積型為主，前人對貴州鋁土礦成因研究較多[3,7,9,11-24]，主要為廖士范等[22]、陳履安[23-24]及劉幼平等[3、7]提出的三個階段(表2)，即紅土化風化、遷移就位及表生富集三個階段。因此，劉幼平等認為鋁土礦的形成中紅土化作用是“成礦”，次生富集作用是“排雜”，進而形成鋁土礦礦床。

表1 貴州省鋁土礦礦床特征表

總的來說，鋁土礦礦石類型多為土狀—半土狀、碎屑狀及致密塊狀，表明經(jīng)過反復風化、遷移及沉積過程；賦礦巖系為晚古生代中晚期地層，相應的成礦時代為：早石炭世大塘期—中二疊世羅甸期；古地理環(huán)境為：黔中瀉湖海盆、凱里海灣(黔東地區(qū))和渝南—黔北半封閉瀉湖海灣的濕熱環(huán)境[1-3,7,9,29]，早古生代晚期—晚古生代早期加里東晚期—海西早期運動讓貴州地殼抬升，使地表各類巖石接受風化剝蝕，殘留了以鋁硅鐵等氧化物為主的古風化殼(排雜)，搬運到瀉湖海盆相沉積環(huán)境中進一步“降硅沉鐵”作用，促進部分硅質遷出(降硅)和鐵質與鋁土礦分離下沉于鋁土礦底部(沉鐵)，使鋁進一步富集并在下石炭統(tǒng)九架爐組、中下二疊統(tǒng)大竹園組及梁山組地層中沉積形成鋁土礦礦床。

表2 貴州鋁土礦的成因機制研究統(tǒng)計表

4 討論

1)鋁是地殼上最多的元素之一，化學性質活潑，形成主要的造巖礦物而廣泛分布于各類巖石中[26]，在特定的地質背景和成礦條件下，從各類巖中“脫穎而出”并沉積形成礦床。

2)各類巖石出露地表接受風化剝蝕，尤其是濕熱環(huán)境中加快了風化過程，淋濾出易于遷出的元素，殘留了以鋁硅鐵氧化物為主的紅土化風化殼(表3)[27-29]，并經(jīng)水流搬運到湖(海)或低洼處接受沉積。

表3 石灰?guī)r、腐蝕石灰粉末及上覆紅土的化學成分分析結果表

(據(jù)符必昌等，2003)

3)貴州鋁土礦絕大多數(shù)為沉積型礦床，加里東晚期—海西早期運動的裂陷背景下大陸裂谷盆地使早古生代—晚古生代早期各類巖石接受長期風化剝蝕[1-2,9,30,-31]，淋濾出易于遷移的元素(排雜)，殘留了以硅鋁鐵的氧化物為主的古風化殼，使鋁得到初步富集(礦化)。經(jīng)過搬運后集中于黔中瀉湖海盆、凱里海灣(黔東地區(qū))和渝南—黔北半封閉瀉湖海灣的濕熱古地理環(huán)境中進行沉積。

4)鋁土礦上部多為含煤地層或碳質頁巖，表明古生物來源豐富及來源于相應濕熱的弱酸性沉積環(huán)境。陳履安通過鋁土礦形成實驗證實在濕熱的弱酸性環(huán)境中利于鐵硅質緩慢遷出，與盛章琪等[32]在常見的鋁土礦中生物碎屑(角質層、孢子、絲狀體、樹皮)被一水硬鋁石交代的現(xiàn)象，認為在沉積后期富含有機質的弱酸性環(huán)境中脫硅、脫鐵作用對應。從鋁土礦下部來看多為鐵礦系(表1)(如清鎮(zhèn)長沖鋁土礦底部鐵礦層中TFe51%～64%[7])，由此我們認為鐵不是遷出，是下沉于鋁土礦下部，“沉鐵”過程使鋁進一步得到富集，可能也是沉積型鋁土礦相對于堆積型中鐵的含量較低的原因(堆積型多為高鐵鋁土礦，即Fe2O316%～25%[7]，與表3中紅土對應，沒有經(jīng)過瀉湖海盆環(huán)境中的“沉鐵”作用)。

5)原地殘留的富鋁古風化殼，沒有經(jīng)過長距離搬運或原地殘留，形成堆積型鋁土礦，此類礦床在貴州的鋁土礦床中少得多，規(guī)模也相對較小。而殘留的富鋁古風化殼，經(jīng)過搬運并集中于瀉湖海盆(灣)形成的沉積型鋁土礦，是貴州鋁土礦的主要類型，規(guī)模也比堆積型明顯大得多。

6)鋁土礦的形成是一個漫長過程，從下伏地層的寒武系—下志留統(tǒng)韓家店組到上覆地層的中下石炭統(tǒng)—中二疊統(tǒng)棲霞組，大概經(jīng)歷了200 Ma，即從古風化殼的產生到瀉湖海盆中沉積成礦過程超過了150 Ma，使“排雜”和“降硅沉鐵”作用較為徹底，賦礦地層主要為下石炭統(tǒng)九架爐組—中下二疊統(tǒng)大竹園組、梁山組。中生代印支—燕山運動，貴州地處擠壓背景的前陸盆地，隨著喜山運動貴州大陸抬升而接受廣泛的剝蝕，改變了利于形成鋁土礦的條件，雖形成不同程度的風化殼，Al2O3也初步富集到近30%，僅為紅土化的“排雜”過程，沒有經(jīng)過“降硅沉鐵”作用，不再形成鋁土礦。

5 結語

1)加里東晚期—海西早期運動形成的裂陷背景下大陸裂谷盆地，使早古生代—晚古生代早期的各類巖石接受風化剝蝕(排雜)，產生古風化殼使鋁得到初步富集。經(jīng)過搬運并集中于黔中瀉湖海盆、凱里海灣(黔東地區(qū))和渝南—黔北半封閉瀉湖海灣的濕熱古地理環(huán)境中進行“降硅沉鐵”作用，使鋁進一步得到富集“脫穎而出”并沉積形成鋁土礦礦床。

2)貴州鋁土礦絕大多數(shù)屬于沉積型礦床，主要集中于下石炭統(tǒng)九架爐組—中下二疊統(tǒng)大竹園組、梁山組地層中，中新生代貴州地處擠壓背景的前陸盆地不具備鋁土礦大規(guī)模成礦的有利條件，目前沒有發(fā)現(xiàn)鋁土礦產出。因此，晚古生代中晚期特定地層中可能存在隱伏的鋁土礦礦床，在省內還有可能存在新的大型—超大型礦集區(qū)，甚至在全國范圍內更可能存在大規(guī)模鋁土礦礦集區(qū)。