中國(guó)鋁土礦沉積中的碎屑鋯石記錄：對(duì)鋁土礦物源模式與礦床分類的啟示*

余文超 杜遠(yuǎn)生 熊國(guó)林 周錦濤 龐大衛(wèi) 鄧旭升 翁申富 李沛剛

1 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074 2 自然資源部基巖區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工程技術(shù)創(chuàng)新中心，貴州貴陽(yáng) 550081 3 貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州貴陽(yáng) 550081 4 貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局一〇六地質(zhì)大隊(duì)，貴州遵義 563000

1 概述

鋁土礦沉積的風(fēng)化物質(zhì)來(lái)源是長(zhǎng)期以來(lái)困擾研究者的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一，其研究難點(diǎn)在于鋁土礦沉積是母巖經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈化學(xué)風(fēng)化作用的殘留物質(zhì)，其中可供追溯其物源的沉積學(xué)及地球化學(xué)信息往往難以保存(Valeton，1972；Brdossy，1982；廖士范和梁同榮，1991；Yuetal.,2019)，因此常規(guī)碎屑沉積研究中經(jīng)常使用的諸如古流向組構(gòu)、地球化學(xué)示蹤指標(biāo)等在鋁土礦沉積的物源研究中難以奏效。物源辨識(shí)不清所引發(fā)的伴生問(wèn)題是對(duì)鋁土礦床形成時(shí)成礦碎屑物質(zhì)搬運(yùn)作用難以準(zhǔn)確厘定，從而導(dǎo)致如成礦母質(zhì)是否發(fā)生過(guò)搬運(yùn)作用、搬運(yùn)作用中物質(zhì)以何種方式發(fā)生遷移、搬運(yùn)作用的距離等基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題難以解釋。此外，雖然鋁元素是地殼中含量最高的金屬元素，但由于鋁單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)活潑，在地殼中主要以化合物形式賦存于氧化物、氫氧化物及硅鋁酸鹽礦物晶格中，因此在鋁土礦形成過(guò)程中，鋁的活化及地球化學(xué)遷移問(wèn)題也存在爭(zhēng)議(Valeton，1972；Brdossy，1982)。

前人以鋁土礦的物源區(qū)與就位成礦區(qū)的距離遠(yuǎn)近將礦床分為原地(autochthonous)、準(zhǔn)原地(parautochthonous)及異地(allochthonous)等類型(D’Argenio and Mindszenty，1995)。早期的學(xué)者將鋁土礦層中出現(xiàn)與下伏基巖巖性不同的碎屑假象或破碎的豆鮞等沉積組構(gòu)視為成礦母質(zhì)經(jīng)過(guò)中—短距離搬運(yùn)作用的重要證據(jù)(Grubb，1963；Moses and Michell，1963；Valeton，1974)，從而將這部分鋁土礦床與含有明顯殘留風(fēng)化作用痕跡的原地鋁土礦床區(qū)分開(kāi)來(lái)，用準(zhǔn)原地或異地加以描述。需要指出的是，準(zhǔn)原地與異地鋁土礦床并沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)分界線，無(wú)法使用定量化的搬運(yùn)距離來(lái)對(duì)異地型鋁土礦床進(jìn)行區(qū)分。因此在實(shí)際使用過(guò)程中，不同研究者只能依據(jù)自己的判斷挑選使用以上名詞，造成了術(shù)語(yǔ)使用上的混亂。在搬運(yùn)作用發(fā)生的情況下，鋁質(zhì)如何發(fā)生遷移同樣也是頗具爭(zhēng)議的問(wèn)題。Brdossy(1982)總結(jié)了前人對(duì)于鋁土礦成礦母質(zhì)遷移形式的主要觀點(diǎn)，對(duì)鋁元素在真溶液中發(fā)生遷移的模式提出了強(qiáng)烈質(zhì)疑，因?yàn)闈M足鋁離子溶解態(tài)的酸性或堿性溶液在自然界地表環(huán)境中難以穩(wěn)定存在，也無(wú)法發(fā)生大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移。目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為，鋁元素以膠體或碎屑物質(zhì)形態(tài)發(fā)生遷移的推斷更具合理性。現(xiàn)代土壤學(xué)及環(huán)境學(xué)研究業(yè)已證明土壤中可發(fā)生高嶺石、蒙脫石及蛋白石的膠體運(yùn)移行為(劉慶玲等，2007，2008；孫慧敏等，2012)，但是該類膠體遷移方式似乎更適合解釋剖面尺度的難溶元素遷移現(xiàn)象，而難以用來(lái)解釋區(qū)域尺度的元素遷移活動(dòng)(McGechan，2002；McGechan and Lewis，2002)。目前報(bào)道的鋁土礦沉積中尚缺乏直接指明由膠體沉淀造成鋁元素富集的直接證據(jù)，與之相反，很多鋁土礦床中出現(xiàn)了以厘米級(jí)別滲濾管為代表的風(fēng)化沉積構(gòu)造，指示鋁土礦化剖面中仍然存在鋁及鐵元素在剖面尺度的元素再遷移過(guò)程(Brdossy，1982；余文超，2017)。因此，若鋁土礦沉積在形成過(guò)程中存在搬運(yùn)作用，其成礦母質(zhì)以風(fēng)力搬運(yùn)或地表片流—洪流的形式遷移之后，在沉積區(qū)接受原地風(fēng)化淋濾作用形成鋁土礦沉積的成礦模式受到目前多數(shù)研究者的接受(王慶飛等，2012)。

通過(guò)鋁土礦沉積中重礦物分析來(lái)獲取源巖信息的研究思路長(zhǎng)期以來(lái)都應(yīng)用于鋁土礦研究中。早期研究由于分析手段的限制，僅能對(duì)鋁土礦沉積中重礦物類型與形態(tài)進(jìn)行分析，往往只能得到較為粗略的物源約束(Hartman，1959；Mordbergetal.,2001；劉長(zhǎng)齡，2013)。本世紀(jì)以來(lái)，隨著碎屑鋯石年代學(xué)分析在大地構(gòu)造沉積學(xué)研究中的普及，其已發(fā)展成為研究碎屑巖地層物源的主要手段之一，并累積了大量數(shù)據(jù)資料，特別是近年來(lái)將大數(shù)據(jù)分析法引入碎屑鋯石年代學(xué)分析后，在數(shù)據(jù)挖掘方面取得了一些突破性進(jìn)展(Cawood and Hawkesworth，2014；Cawoodetal.,2020；Sharman and Malkowski，2020)。20世紀(jì)80年代有研究者嘗試使用鋯石裂變徑跡年齡來(lái)對(duì)牙買加鋁土礦及紅土沉積的物源進(jìn)行限定(Comeretal.,1980)，但該技術(shù)方法并未在鋁土礦研究中獲得推廣。當(dāng)更為高效及普適的LA-ICP-MS及SIMS方法引入鋁土礦碎屑鋯石年代學(xué)研究后，在中國(guó)(Dengetal.,2010；Wangetal.,2010；Guetal.,2013b；金中國(guó)等，2013；趙芝等，2013；余文超等，2014a；Caietal.,2015；Wangetal.,2016；Yuetal.,2016；Houetal.,2017；Wangetal.,2018；Yangetal.,2018；Zhao and Liu，2019)、意大利(Bonietal.,2012；Mongellietal.,2016)、澳大利亞(Gatehouseetal.,2001)等國(guó)家和地區(qū)的鋁土礦及風(fēng)化沉積物中產(chǎn)生了大量高質(zhì)量的鋯石U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)鋁土礦物源研究起到了極大的推動(dòng)。特別是自2010年以來(lái)，中國(guó)鋁土礦沉積的物源研究中累積了世界范圍內(nèi)系統(tǒng)性最好的碎屑鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)，幾乎涵蓋了中國(guó)所有時(shí)代和地區(qū)的主要鋁土礦沉積。本研究在系統(tǒng)收集及整理目前中國(guó)鋁土礦沉積中的碎屑鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，以華南地區(qū)黔中—黔北下石炭統(tǒng)九架爐組、黔北務(wù)川—正安—道真(以下簡(jiǎn)稱務(wù)正道)地區(qū)下二疊統(tǒng)大竹園組、桂西地區(qū)上二疊統(tǒng)合山組、桂中地區(qū)第四系三水鋁石沉積以及華北地區(qū)上石炭統(tǒng)本溪組為研究對(duì)象，對(duì)中國(guó)不同時(shí)空分布的鋁土礦沉積的物源研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述工作，并在此基礎(chǔ)上對(duì)鋁土礦礦床劃分方案展開(kāi)討論。

不規(guī)則色塊表示大面積鋁土礦成礦區(qū)域，正方形色塊表示零星礦點(diǎn)圖 1 中國(guó)主要鋁土礦床及碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of Chinese bauxite deposits and detrital zircon age data-points in China

2 中國(guó)鋁土礦的礦床分布與時(shí)代特征概要

前人已對(duì)中國(guó)鋁土礦床的地理分布與形成時(shí)代等礦床基本信息進(jìn)行了較為詳細(xì)的梳理工作(廖士范和梁同榮，1991；劉長(zhǎng)齡，2013；高蘭等，2014，2015)。從地理分布上來(lái)看(圖 1)，中國(guó)華南地區(qū)鋁土礦沉積主要集中在廣西中部至西部、貴州中部至北部、重慶南部、四川南部、云南東部等地區(qū)，在湖南、湖北、海南、福建、廣東等省有零星產(chǎn)出，其中鋁土礦儲(chǔ)量主要集中于廣西、貴州2省。在華北地區(qū)，鋁土礦沉積主要集中在河南省三門峽—鄭州—平頂山之間區(qū)域以及山西省中北部，在河北、遼寧、山東、山西、甘肅、內(nèi)蒙古等省自治區(qū)也存在少量礦床分布。鋁土礦沉積在上述地區(qū)分布并不均衡，其中河南、山西、廣西和貴州四省的鋁土礦儲(chǔ)量就占據(jù)了中國(guó)鋁土礦總儲(chǔ)量的90%以上。

針對(duì)中國(guó)鋁土礦的成礦時(shí)代的限定，除去第四紀(jì)正在形成的鋁土礦(如桂中地區(qū)、海南文昌—蓬萊地區(qū)、福建漳浦地區(qū)等)(Yangetal.,2018)和已有成礦期絕對(duì)年齡數(shù)據(jù)的礦床(如桂西上二疊統(tǒng)鋁土礦)(Dengetal.,2010；Yuetal.,2016；Houetal.,2017)，其他鋁土礦沉積的成礦時(shí)代主要由鋁土礦頂?shù)装宓貙拥臅r(shí)代及鋁土礦沉積中孢粉化石等材料進(jìn)行相對(duì)地質(zhì)年代的限定(黃興等，2012；劉平和廖友常，2012；史驍?shù)龋?014；劉平等，2015)。華北地區(qū)鋁土礦形成層位較為統(tǒng)一，集中出現(xiàn)在上石炭統(tǒng)本溪組底部。華南地區(qū)鋁土礦成礦時(shí)代則較為復(fù)雜，貴州中部清鎮(zhèn)—修文至貴州北部遵義一帶九架爐組鋁土礦主要形成于早石炭世，貴州北部務(wù)正道地區(qū)至重慶南部、湖北西北部、湖南西部、四川中部等地區(qū)鋁土礦沉積被認(rèn)為形成于早二疊世，廣西西部至云南東部廣泛分布上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦，第四系鋁土礦主要分布在廣西中、西部以及東南沿海地區(qū)。

圖 2 顯生宙以來(lái)世界鋁土礦成礦速率(引用自Brdossy， 1982)與中國(guó)鋁土礦成礦速率曲線(據(jù)高蘭等，2014)Fig.2 Phanerozoic bauxite formation rates in the world (Brdossy，1982)and China(Gao et al.,2014)

從中國(guó)與世界其他地區(qū)鋁土礦的成礦時(shí)代分布來(lái)看(圖 2)，顯生宙以來(lái)，全球鋁土礦成礦速率在晚古生代冰期時(shí)降至最低，之后逐步恢復(fù)，在中生代晚期達(dá)到高峰，之后又在第四紀(jì)冰期時(shí)下降。中國(guó)鋁土礦的成礦速率曲線與全球曲線存在較大差異，晚古生代冰期(早石炭世晚期至晚二疊世)與第四紀(jì)冰期(第四紀(jì)以來(lái))是中國(guó)鋁土礦形成的主要時(shí)期。需要注意的是，對(duì)中國(guó)第四紀(jì)鋁土礦儲(chǔ)量的統(tǒng)計(jì)表明，其主要儲(chǔ)量貢獻(xiàn)來(lái)自于廣西西部及云南東部第四紀(jì)巖溶堆積型鋁土礦，其成因?yàn)橥矶B世原生鋁土礦沉積的破碎剝蝕與次生淋濾作用(Yuetal.,2014;Liuetal.,2017)。作者此前的綜述研究分析了中國(guó)鋁土礦沉積與晚古生代冰期事件的關(guān)系，認(rèn)為該時(shí)期的大規(guī)模鋁土礦成礦作用是構(gòu)造活動(dòng)、古氣候、海平面變化與古水文系統(tǒng)等一系列環(huán)境因素的耦合結(jié)果(Yuetal.,2019)。在石炭—二疊紀(jì)，華南板塊與華北板塊的古緯度位于熱帶輻合帶內(nèi)，具有高年平均氣溫與降水量，而冰期頻繁的海平面波動(dòng)造成了濱岸及近岸地區(qū)地下水水位的變化。冰期低的海平面將造成基巖的大范圍暴露剝蝕，同時(shí)期低地下水水位將導(dǎo)致垂向淋濾作用控制下的鋁土礦化作用產(chǎn)生。與之相反，間冰期或冰后期海平面上升將淹沒(méi)大量近海區(qū)域，同時(shí)抬升的地下水水位將限制淋濾作用的發(fā)生，因此形成低品位的鋁質(zhì)黏土巖或煤層。

3 中國(guó)鋁土礦沉積碎屑鋯石數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計(jì)

3.1 華南貴州下石炭統(tǒng)九架爐組與下二疊統(tǒng)大竹園鋁土礦碎屑鋯石年齡組合

從華南貴州地區(qū)鋁土礦沉積中的碎屑鋯石年齡譜來(lái)看，除黔中修文地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐組鋁土礦沉積中出現(xiàn)838 Ma年齡主峰外(圖 3-A)，貴州其他地區(qū)與層位的鋁土礦沉積中均出現(xiàn)明顯的約960 Ma的主年齡峰值(圖 3-B，3-D，3-E)。2個(gè)次級(jí)年齡峰值～550 Ma和～2450 Ma在貴州鋁土礦沉積中廣泛存在，此外，在黔北遵義地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐組鋁土礦沉積中出現(xiàn)了446±12 Ma的最小年齡峰值(圖 3-B)，在黔北務(wù)正道地區(qū)大竹園組鋁土礦沉積中尚出現(xiàn)了1745±11 Ma的次級(jí)年齡峰值(圖 3-D)。貴州鋁土礦沉積的下伏碎屑巖地層中的碎屑鋯石年齡譜展現(xiàn)出與各對(duì)應(yīng)的上覆鋁土礦層間類似的碎屑鋯石年齡譜分布特征(圖 3)，這種相似性證明了貴州鋁土礦沉積中的碎屑鋯石物源對(duì)下伏碎屑巖地層具有繼承性。

3.2 華南廣西上二疊統(tǒng)合山組與第四系三水鋁石鋁土礦碎屑鋯石年齡組合

廣西地區(qū)鋁土礦的2種類型分別是上二疊統(tǒng)合山組底部原生鋁土礦和第四系鋁土礦，其中第四系鋁土礦又可分為桂西地區(qū)主要來(lái)源于上二疊統(tǒng)合山組原生鋁土礦垮塌形成的次生堆積型(巖溶型薩倫托亞型)鋁土礦(劉長(zhǎng)齡，1988；祝瑞勤等，2004；蔡書(shū)慧等，2012；余文超等，2014b)及桂中地區(qū)三水鋁石沉積(鄧軍，2006)。桂西地區(qū)不同礦點(diǎn)的上二疊統(tǒng)合山組原生鋁土礦中碎屑鋯石年齡譜均顯示單一峰值特征，主峰集中于261±3 Ma(圖 4-A)。與之相對(duì)，桂中地區(qū)第四系三水鋁石沉積中的碎屑鋯石年齡譜組成更加復(fù)雜，年齡主峰出現(xiàn)在101±1 Ma，此外還具有261 Ma、448 Ma、1847 Ma及2459 Ma等4個(gè)次級(jí)年齡峰值(圖 4-B)，其中261 Ma峰值可以與上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦中的年齡主峰對(duì)應(yīng)。

鞏固擴(kuò)大軍隊(duì)改革成效。軍隊(duì)行政權(quán)力清單制度的制定，必須隨著國(guó)防和軍隊(duì)改革而變化，并以最新改革成果為依據(jù)。同時(shí)，軍隊(duì)行政權(quán)力清單制度可以有效促使各級(jí)機(jī)關(guān)部門理順新體制下各項(xiàng)工作運(yùn)行機(jī)制，合理切分權(quán)力事項(xiàng)，優(yōu)化權(quán)力運(yùn)行程序，并使得新的工作運(yùn)行機(jī)制固化下來(lái)。

3.3 華北地區(qū)上石炭統(tǒng)本溪組鋁土礦碎屑鋯石年齡組合

雖然華北地區(qū)鋁土礦沉積均位于相同層位，即上石炭統(tǒng)本溪組與中奧陶統(tǒng)馬家溝組之間的不整合界面上，但依據(jù)其所處板塊位置可分為華北板塊內(nèi)部、北部與南部3個(gè)不同區(qū)域(圖 1)。在華北板塊內(nèi)部(圖 5-A)，年齡主峰出現(xiàn)在455 Ma，此外還有324 Ma、1015 Ma、1944 Ma和2487 Ma等4個(gè)次級(jí)年齡峰值。在華北板塊北部(圖 5-B)，年齡主峰出現(xiàn)在308 Ma，此外還有434 Ma、1934 Ma和2474 Ma等3個(gè)次級(jí)年齡峰值。在華北板塊南部(圖 5-C)，年齡主峰出現(xiàn)在438 Ma，此外還有983 Ma和2465 Ma 2個(gè)次級(jí)年齡峰值。對(duì)比以上3組年齡譜數(shù)據(jù)可見(jiàn)，華北板塊南部與北部鋁土礦沉積中碎屑鋯石年齡譜差異較大，而中部鋁土礦沉積年齡譜呈現(xiàn)出南部與北部年齡譜混合的特征。

A—黔中修文地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐組鋁土礦(Wang et al.,2018)；B—黔北遵義地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐組鋁土礦(Xiong et al.,2020)；C—黔北地區(qū)下—中奧陶統(tǒng)湄潭組細(xì)砂巖(Xiong et al.,2020)；D—黔北務(wù)正道地區(qū)下二疊統(tǒng)大竹園組鋁土礦(Gu et al.,2013b；金中國(guó)等，2013；趙芝等，2013；余文超等，2014a)；E—黔東南凱里地區(qū)下二疊統(tǒng)大竹園組鋁土礦(Wang et al.,2018)；F—黔北務(wù)正道地區(qū)下志留統(tǒng)韓家 店組細(xì)砂巖(Gu et al.,2013b；余文超等，2014a)圖 3 華南貴州地區(qū)鋁土礦沉積及下伏碎屑巖地層中碎屑鋯石年齡譜Fig.3 Detrital ziron U-Pb age specturms for bauxite deposits and their underlying clastic rocks in Guizhou Province,South China

A—桂西地區(qū)上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦(Deng et al.,2010；Yu et al.,2016；Hou et al.,2017)；B—桂中地區(qū)第四系三水鋁石沉積 (Yang et al.,2018)圖 4 華南廣西地區(qū)鋁土礦沉積中碎屑鋯石年齡譜Fig.4 Detrital ziron U-Pb age specturms for bauxite deposits in Guangxi，South China

A—華北板塊內(nèi)部鋁土礦沉積(Wang et al.,2010；Liu et al.,2014；Wang et al.,2016)；B—華北板塊北部鋁土礦沉積(Liu et al.,2014；Wang et al.,2016)；C—華北板塊南部鋁土礦沉積(Cai et al.,2015； Zhao and Liu，2019)圖 5 華北地區(qū)鋁土礦沉積中碎屑鋯石年齡譜Fig.5 Detrital ziron U-Pb age specturms for bauxite deposits in North China

4 討論

4.1 鋁土礦沉積中碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)與物源信息可靠性評(píng)估

碎屑鋯石年代學(xué)物源研究理論的基本假設(shè)是剝蝕區(qū)形成的風(fēng)化碎屑物質(zhì)隨搬運(yùn)作用進(jìn)入沉積盆地，盆地中的沉積物繼承了剝蝕區(qū)巖層中的抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的重礦物組分(其中尤以鋯石為代表)，因此可以通過(guò)分析沉積盆地中地層的碎屑鋯石年齡譜來(lái)反推剝蝕區(qū)物源情況(Fedoetal.,2003；Sharman and Malkowski，2020)。在鋁土礦沉積中使用碎屑鋯石年代學(xué)研究方法時(shí)因此也需要滿足2個(gè)前提條件：(1)化學(xué)穩(wěn)定性，鋯石等重礦物在強(qiáng)烈地球化學(xué)風(fēng)化環(huán)境中仍然能保持礦物的穩(wěn)定性，并且其中的U-Pb同位素體系仍然保持封閉；(2)物理繼承性，以鋯石為代表的重礦物組分會(huì)在搬運(yùn)作用中隨著風(fēng)化成礦母質(zhì)一起發(fā)生遷移。

數(shù)據(jù)來(lái)源：黔北遵義地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐鋁土礦(Weng et al.,2019)，黔北務(wù)正道地區(qū)下石炭統(tǒng)大竹園鋁土礦(Gu et al.,2013a；Wang et al.,2013)，廣西西部上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦(Yu et al.,2014；Liu et al.,2017)，廣西中部第四系三水鋁石(Chen et al.,2018；Yanget al.,2018)，華北地區(qū)上石炭統(tǒng)本溪組鋁土礦(Wang et al.,2012；Liu et al.,2013)圖 6 中國(guó)主要鋁土礦沉積中Zr元素含量與Al2O3、TiO2含量的二元圖解Fig.6 Binary diagrams for Zr-Al2O3 and Zr-TiO2 in main bauxite deposits in China

對(duì)比中國(guó)主要鋁土礦沉積與基底碎屑巖地層中的鋯石年齡譜可見(jiàn)，一些研究案例，如黔北遵義地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐組鋁土礦與下—中奧陶統(tǒng)湄潭組細(xì)砂巖夾層(圖 3-B，3-C)、黔北至黔東南地區(qū)下二疊統(tǒng)大竹園組鋁土礦與下志留統(tǒng)韓家店組細(xì)砂巖夾層(圖 3-D，3-E，3-F)中的碎屑鋯石年齡譜均高度相似，這證明從碎屑組分源巖到鋁土礦的演變過(guò)程中，碎屑鋯石組分表現(xiàn)出良好的物理繼承性。但是鋁土礦中的碎屑鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)所反映出的物源信息也存在一定局限性，由于碎屑鋯石具有繼承性，會(huì)優(yōu)先反映保存了大量鋯石的物源提供者，如粗碎屑巖、巖漿巖、火山灰等，但是對(duì)于那些缺乏鋯石的物源提供者，如細(xì)碎屑巖、泥灰?guī)r等則難以僅憑碎屑鋯石年齡信息得到反映。這就需要通過(guò)諸如區(qū)域地質(zhì)背景、元素地球化學(xué)示蹤等方法對(duì)物源信息加以綜合判別。例如在針對(duì)黔北務(wù)正道地區(qū)(余文超等，2014a)、黔北遵義地區(qū)(Xiongetal.,2020)、桂西地區(qū)(Yuetal.,2016)等地的鋁土礦沉積物源研究過(guò)程中，均通過(guò)質(zhì)量平衡計(jì)算等方法對(duì)基底地層或鄰近區(qū)域地層(以碳酸鹽巖沉積為主)的物源貢獻(xiàn)情況進(jìn)行了評(píng)估，認(rèn)為這些地層對(duì)鋁土礦沉積的貢獻(xiàn)量有限，往往不能成為主要的物源貢獻(xiàn)者。針對(duì)華北地區(qū)鋁土礦系中黏土層的研究則表明，本溪組底部鐵礦和鐵質(zhì)黏土巖主要來(lái)自下伏馬家溝組灰?guī)r的風(fēng)化物質(zhì)貢獻(xiàn)(劉學(xué)飛等，2020)。

綜上所述，針對(duì)現(xiàn)代風(fēng)化剖面中鋯石顆粒及古風(fēng)化殼中地球化學(xué)特征的研究均證明鋯石在強(qiáng)烈化學(xué)風(fēng)化作用下仍然具有穩(wěn)定性，且鋯石在風(fēng)化母質(zhì)搬運(yùn)過(guò)程及風(fēng)化過(guò)程中具有顯著物理遷移與風(fēng)化殘余特征。因此碎屑鋯石年代學(xué)方法可以應(yīng)用于鋁土礦沉積物源研究中，但是需要排除那些具有明顯溶蝕現(xiàn)象及不諧和(諧和度小于90%)的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)點(diǎn)。此外，碎屑鋯石年代學(xué)物源示蹤方法目前尚難以反映鋁土礦沉積中的全部物源信息，對(duì)含有大量鋯石的物源貢獻(xiàn)者，如中—粗粒碎屑巖地層、巖漿巖或火山灰物質(zhì)等對(duì)象示蹤效果較好，而對(duì)于那些完全由碳酸鹽巖或細(xì)碎屑巖組成的地層則難以進(jìn)行示蹤。因此，在對(duì)鋁土礦沉積使用碎屑鋯石年代學(xué)方法進(jìn)行物源研究時(shí)，仍需要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況及地球化學(xué)示蹤結(jié)果進(jìn)行綜合分析。

4.2 鋁土礦沉積中碎屑鋯石對(duì)物源的指示作用及物源模式的建立

4.2.1 華南貴州地區(qū)鋁土礦沉積——板塊內(nèi)部原地—準(zhǔn)原地物源實(shí)例

A—古地理分布特征與物源模式； B—黔北至黔中地區(qū)鋁土礦形成 時(shí)期古地貌展布與鋁土礦形成位置。修改自Yu et al.(2019)圖 7 華南貴州地區(qū)石炭紀(jì)—二疊紀(jì) 鋁土礦沉積分布及古地理恢復(fù)Fig.7 Palaeogeography reconstruction and the Carboniferous and Permian bauxite deposits in Guizhou，South China

4.2.2 華南廣西地區(qū)鋁土礦沉積——異地火山灰物源與次生風(fēng)化中物源變化實(shí)例

廣泛分布于廣西西部至云南東部地區(qū)的中二疊世與晚二疊世界線附近的鋁土礦沉積具有相似的鋯石年齡峰值特征，其中以261 Ma附近的年齡占據(jù)統(tǒng)治性(90%以上)年齡組成(圖 4-A)，該年齡與峨眉山大火成巖省的噴發(fā)年齡及華南板塊與印支板塊之間長(zhǎng)山火山弧的活動(dòng)年齡接近，說(shuō)明同時(shí)期火山活動(dòng)產(chǎn)物為鋁土礦的形成提供了重要物源(Dengetal.,2010；Yuetal.,2016；Houetal.,2017)。結(jié)合中二疊世至晚二疊世的古地理恢復(fù)成果，該類型鋁土礦沉積區(qū)域被嚴(yán)格限定在右江盆地內(nèi)部孤立碳酸鹽巖臺(tái)地區(qū)域(圖 8-A)，孤立碳酸鹽巖臺(tái)地之外仍然存在連續(xù)的臺(tái)間海槽沉積，證明在當(dāng)時(shí)只有孤立碳酸鹽巖臺(tái)地區(qū)域發(fā)生了暴露風(fēng)化作用(Yuetal.,2016)。對(duì)于異地的火山碎屑物質(zhì)如何越過(guò)臺(tái)間海槽的阻礙，進(jìn)入到暴露的孤立碳酸鹽巖臺(tái)地區(qū)域的搬運(yùn)機(jī)制較為合理的解釋是：火山灰物質(zhì)通過(guò)大氣輸送降落在了發(fā)生暴露的碳酸鹽巖臺(tái)地區(qū)域(圖 8-B)，之后通過(guò)原地淋濾作用形成了鋁土礦沉積(Yuetal.,2016；Houetal.,2017)。在該物源模型中，火山灰物質(zhì)從源區(qū)經(jīng)過(guò)了上百千米的遠(yuǎn)搬運(yùn)距離，最終就位于鋁土礦沉積區(qū)，因此該研究案例中鋁土礦物源是典型的異地來(lái)源。

圖 8 華南廣西及鄰區(qū)古地理圖(A)及上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦物源模式圖(B)(修改自Yu et al.,2016)Fig.8 Palaeogeography map(A)and provenance model for bauxite in the Upper Permian Heshan Formation,Guangxi，South China(modified from Yu et al.,2016)

圖 9 華南桂中地區(qū)第四系三水鋁石沉積分布范圍 與物質(zhì)來(lái)源示意(據(jù)Yang et al.,2018，修改)Fig.9 Distribution and provenance directions of the Quaternary gibbsite deposits in central Guangxi，South China(modified from Yang et al.,2018)

4.2.3 華北地區(qū)鋁土礦沉積——板塊邊緣造山帶異地物源實(shí)例

圖 10 華北板塊晚石炭世鋁土礦成礦期物源供給模式示意圖(修改自Wang et al.,2016)Fig.10 Provenance model for the Late Carboniferous bauxite formation period in North China(modified from Wang et al.,2016)

華北地區(qū)鋁土礦沉積雖然均位于晚石炭世本溪組底部，但碎屑鋯石年齡譜所指示的物源在華北板塊內(nèi)部(圖 5-A)、北部(圖 5-B)與南部(圖 5-C)具有顯著差異。在華北板塊南部，晚石炭世發(fā)生隆起暴露剝蝕的北秦嶺造山帶為華北板塊南部至內(nèi)部提供了大量碎屑物源(Liuetal.,2013；Zhao and Liu，2019)，在暴露的中奧陶統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r表面所形成的巖溶負(fù)地形區(qū)域就位后發(fā)生了原地的風(fēng)化淋濾作用，形成鋁土礦沉積，其中保留有指示北秦嶺造山帶來(lái)源的～438 Ma碎屑鋯石年齡主峰(圖 5-C，圖 10-A)。此后，華北板塊北緣形成中亞造山帶南部分支，造成華北板塊北緣一帶出現(xiàn)隆起剝蝕，為華北板塊北部的鋁土礦沉積提供了物質(zhì)來(lái)源，其中包含有～308 Ma的特征年齡主峰(圖 5-B，圖 10-B)，南北方向雙向輸入的物源在華北板塊內(nèi)部發(fā)生匯聚，因此華北板塊內(nèi)部鋁土礦沉積中的碎屑鋯石年齡譜兼具南部物源與北部物源的特征(圖 5-A)(Wangetal.,2010；Wangetal.,2012；Liuetal.,2014；Caietal.,2015；Wangetal.,2016)。雖然華北板塊在晚奧陶世至晚石炭世長(zhǎng)期處于較為穩(wěn)定的構(gòu)造背景，在馬家溝組灰?guī)r地層上發(fā)育了準(zhǔn)平原化的巖溶地貌，但是僅依靠灰?guī)r的風(fēng)化物質(zhì)無(wú)法為華北板塊上的鋁土礦沉積提供全部的鋁質(zhì)來(lái)源，僅能形成礦系底部鐵質(zhì)黏土巖及鐵礦沉積，而環(huán)板塊周緣發(fā)育的造山帶區(qū)域的隆起暴露與風(fēng)化剝蝕作用為中上部鋁土礦層形成提供了成礦物質(zhì)基礎(chǔ)(劉學(xué)飛等，2020)。

4.3 中國(guó)鋁土礦沉積中碎屑鋯石記錄對(duì)鋁土礦床分類方案的啟示

杜遠(yuǎn)生和余文超(2020)詳細(xì)討論了此前一些鋁土礦床分類方案的優(yōu)缺點(diǎn)。目前國(guó)際鋁土礦研究中使用最為廣泛是Brdossy分類方案，該方案最大特色是通過(guò)鋁土礦層基底巖性來(lái)對(duì)鋁土礦類型進(jìn)行區(qū)分。早期的分類方案以二元分類法為特色：碳酸鹽巖為基底的鋁土礦床即為“巖溶型”，以硅鋁酸鹽巖為基底的即為“紅土型”(Brdossy，1982)。這種分類方案以基巖巖性作為礦床中明確而能直接觀察到的分類標(biāo)準(zhǔn)，但是Brdossy(1994)又將以硅鋁酸鹽巖為基底的鋁土礦床類型重新劃分為原地殘積的“紅土型”與異地物源“沉積型(或Tikhvin型)”，并與“巖溶型”形成并列關(guān)系(Brdossy，1994)，這實(shí)際上造成了該分類方案中觀察與解釋并存的現(xiàn)象。此分類方案在中國(guó)鋁土礦床研究中使用時(shí)遭遇到一些困難，例如黔北務(wù)正道地區(qū)大竹園組鋁土礦同時(shí)覆蓋在黃龍組灰?guī)r及韓家店組碎屑巖基底之上，導(dǎo)致大竹園組鋁土礦在Brdossy分類方案中難以找到合適的類型加以概括(Guetal.,2013a；Lietal.,2020)。此外，一些次級(jí)礦床分類方案之間具有重疊性，例如黔北地區(qū)九架爐組鋁土礦具有哈薩克斯坦亞型礦床含礦巖系由鋁土礦和含鋁土質(zhì)黏土構(gòu)成幾層透鏡體或巢狀礦體及基巖表面強(qiáng)巖溶化的特點(diǎn)，但同時(shí)也具有阿列日亞型下部為沉積黏土，上部由含黏土的鋁土礦過(guò)渡到鋁土礦的二分性特點(diǎn)(Wengetal.,2019)。因此分類標(biāo)準(zhǔn)的模糊性與主觀性導(dǎo)致在針對(duì)中國(guó)鋁土礦床使用Brdossy分類方案時(shí)產(chǎn)生了一些混亂。

本次對(duì)中國(guó)主要鋁土礦沉積中碎屑鋯石年代學(xué)結(jié)果的收集整理工作顯示，無(wú)論是覆蓋于碎屑巖基底的鋁土礦沉積(如黔北務(wù)正道地區(qū)大竹園組鋁土礦)，抑或是覆蓋于碳酸鹽巖基底的鋁土礦沉積(如黔中至黔北遵義地區(qū)九架爐組鋁土礦、桂西地區(qū)合山組鋁土礦、桂中地區(qū)第四系三水鋁石沉積、華北地區(qū)本溪組鋁土礦)，其成礦物質(zhì)來(lái)源均存在準(zhǔn)原地或異地搬運(yùn)的碎屑沉積物風(fēng)化產(chǎn)物的顯著參與。特別是碳酸鹽巖為基底的鋁土礦床中，其物質(zhì)來(lái)源可能比之前的認(rèn)識(shí)更為復(fù)雜：礦系底部的鐵質(zhì)黏土巖或鋁土質(zhì)黏土巖來(lái)源于碳酸鹽巖風(fēng)化殘余物(Wengetal.,2019；劉學(xué)飛等，2020)，礦系中部和上部達(dá)到工業(yè)利用標(biāo)準(zhǔn)的鋁土礦石則主要由硅鋁酸鹽巖風(fēng)化產(chǎn)物經(jīng)過(guò)搬運(yùn)與原地淋濾作用過(guò)程形成。從這個(gè)意義上說(shuō)，鋁土礦形成的物源是原地、準(zhǔn)原地或異地的指標(biāo)并不適合作為中國(guó)鋁土礦床分類的判別標(biāo)準(zhǔn)。同樣地，以礦體形態(tài)和礦層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的劃分標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際使用的過(guò)程中也會(huì)造成一定混亂，容易造成同物異名或異物同名的現(xiàn)象。

廖士范和梁同榮(1991)從實(shí)際情況出發(fā)，提出了更為適合中國(guó)鋁土礦沉積的礦床分類方案，以“古風(fēng)化殼型”和“紅土型”作為基礎(chǔ)分類，將“紅土型”限定為“無(wú)上覆地層覆蓋的近現(xiàn)代風(fēng)化的鋁土礦”，而將其他所有鋁土礦床統(tǒng)一歸納為“古風(fēng)化殼型”。該分類方案突破了基底巖性的分類條件，強(qiáng)調(diào)了沉積環(huán)境因素對(duì)鋁土礦床不同類型的控制作用。但是該分類方案在進(jìn)行亞型劃分時(shí)也大量使用了“原地”、“準(zhǔn)原地”、“異地”等物源距離判別指標(biāo)及“淡水”、“咸水”及“海水”等沉積環(huán)境指標(biāo)，造成物源因素的判別度不強(qiáng)，且忽略了鋁土礦淋濾作用的重要性，其分類指導(dǎo)思想似乎為成礦物質(zhì)在經(jīng)過(guò)充分風(fēng)化淋濾作用后，再經(jīng)過(guò)再沉積作用直接沉積成礦，該觀點(diǎn)與目前主流鋁土礦成礦理論存在較大差異。綜上所述，結(jié)合近年來(lái)鋁土礦研究中所取得的進(jìn)展，如何合理地在前人分類方案的基礎(chǔ)上提出新的、更合理的分類方案是目前鋁土礦研究中極為重要且亟待解決的問(wèn)題，杜遠(yuǎn)生和余文超(2020)所提出的新的分類方案即是一次初步而有益的嘗試。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)中國(guó)主要沉積型鋁土礦中碎屑鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)的收集、整理與分析工作，得到以下主要結(jié)論：

1)對(duì)鋯石在現(xiàn)代熱帶典型紅土剖面中的礦物穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，以及中國(guó)鋁土礦床中的Zr、Ti、Al等元素的演化趨勢(shì)分析，可以認(rèn)為鋯石顆粒兼具抗風(fēng)化的化學(xué)穩(wěn)定性及隨風(fēng)化產(chǎn)物遷移的物理穩(wěn)定性。因此鋁土礦沉積中的鋯石顆粒對(duì)于指示碎屑物源的成礦貢獻(xiàn)具有良好的指示意義。

2)中國(guó)主要鋁土礦沉積的成礦母質(zhì)均具有碎屑巖地層或沉積物的貢獻(xiàn)，對(duì)碳酸鹽巖為基底的鋁土礦沉積而言，鋁土礦系中上部品質(zhì)更好的鋁土礦來(lái)源于硅鋁酸鹽強(qiáng)烈風(fēng)化的貢獻(xiàn)，基底碳酸鹽巖的風(fēng)化殘余形成了下部的富鐵黏土巖或鋁土質(zhì)黏土巖。通過(guò)鋯石年齡譜對(duì)比工作，可以標(biāo)定鋁土礦沉積形成時(shí)提供主要碎屑物源貢獻(xiàn)的地質(zhì)體，從而恢復(fù)成礦期古地貌特征與大地構(gòu)造背景。

3)中國(guó)的鋁土礦沉積僅依照基巖巖性與礦體形態(tài)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分類可能會(huì)造成分類方案的模糊性與不確定性。此外，由于中國(guó)鋁土礦沉積中廣泛存在指示準(zhǔn)原地及異地成因的碎屑鋯石組分，因此使用原地/異地指標(biāo)也無(wú)法進(jìn)行有效區(qū)分。在考慮鋁土礦分類方案時(shí)，除考慮鋁土礦的風(fēng)化產(chǎn)物屬性，還應(yīng)對(duì)其作為沉積物的屬性加以考量。

致謝感謝歐越與劉浩等同志為華北地區(qū)鋁土礦點(diǎn)信息提供的幫助。