華北克拉通南緣石炭系本溪組鐵-鋁黏土礦物質(zhì)來源：以河南三門峽大安鋁黏土礦床為例*

劉學(xué)飛 王慶飛 馬 遙 李中明 趙利華 周智慧 劉百順 馬欣莉

1 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2 河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南鄭州 450001

1 概述

華北克拉通在中奧陶世至晚石炭世(445—300iMa)之間一直暴露于地表，經(jīng)歷了強烈的喀斯特化作用、風(fēng)化作用和鐵-鋁黏土礦化作用(Liuetal.,2013;Wangetal.,2016;Yuetal.,2019)，形成了中國著名的山西式鐵礦和超過30×108it的鋁黏土礦(王慶飛等，2012)。華北石炭系本溪組鐵-鋁黏土礦成因研究起始于20世紀(jì)50年代，其中，物質(zhì)來源一直是研究中的熱點。關(guān)于其物質(zhì)來源一直存在較多爭論，傳統(tǒng)觀點主要包括：(1)底板奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖是鐵-鋁黏土礦主要物質(zhì)來源(趙運發(fā)和柴東浩，2002;袁躍清，2005;賀淑琴等，2007)；(2)成礦前發(fā)育于克拉通內(nèi)部的前寒武系古陸變質(zhì)巖為鋁黏土礦成礦提供物源(劉長齡和時子禎，1985;盧靜文等，1997)；(3)底板馬家溝組碳酸鹽巖和前寒武系古陸變質(zhì)巖共同為鋁黏土礦化提供物質(zhì)來源(劉長齡，1992;杜大年，1995;吳國炎，1996;孟健寅等，2011)。近年來，碎屑鋯石U-Pb定年和Hf同位素分析以及碎屑金紅石微量元素組成被廣泛應(yīng)用于華北石炭系喀斯特型鋁土礦物源研究中，結(jié)果證實了北秦嶺造山帶中火成巖和變質(zhì)巖以及華北北緣火成巖和變質(zhì)巖為鋁黏土礦提供重要成礦物質(zhì)(Wangetal.,2010;Liuetal.,2014;Wangetal.,2016;Zhao and Liu，2019)。

圖 1 華北克拉通中鋁黏土礦分布(a)、河南三門峽地區(qū)地質(zhì)圖及大安鋁黏土礦位置(b)Fig.1 Distribution of bauxite and clay deposits in North China Craton(a)，and geological map and location of Da’an bauxite and clay deposit in Sanmenxia area，Henan Province(b)

華北石炭系喀斯特型鋁黏土礦的形成經(jīng)歷了復(fù)雜的風(fēng)化、搬運以及沉淀過程(Liuetal.,2013)。礦石中碎屑鋯石、金紅石的研究盡管能指示鋁土礦物質(zhì)來源范圍，但是由于鋯石和金紅石在不同巖石類型中分布的不均一性，導(dǎo)致研究結(jié)果并不能完全限定鋁土礦的成礦母巖。通過微區(qū)礦物學(xué)分析尋找風(fēng)化殘留的微量礦物是喀斯特型鋁土礦物質(zhì)來源探索的重要方法之一(Mindszenty，1984;Dunkl，1992;D′Argenio and Mindszenty，1995;Liuetal.,2010)。另外，前期研究中對本溪組底部鐵質(zhì)黏土和鐵礦與上部鋁黏土礦之間是否為同一來源討論較少。筆者在前期研究過程中發(fā)現(xiàn)華北石炭系本溪組中底部鐵質(zhì)黏土和鐵礦層具有明顯的原地和近原地風(fēng)化成因特征，而上部鋁黏土礦具有明顯的沉積層理結(jié)構(gòu)，顯示異地來源特征(劉學(xué)飛，2011)?；谏鲜鲅芯楷F(xiàn)狀，本研究選取華北板塊南緣大安鋁黏土礦為研究對象，通過系統(tǒng)的微區(qū)礦物特征和元素地球化學(xué)特征分析，探索本溪組內(nèi)部鐵-鋁黏土礦物質(zhì)來源縱向變化特征，進一步揭示華北石炭系本溪組鐵-鋁黏土礦形成過程。

2 區(qū)域地質(zhì)與礦床地質(zhì)

華北克拉通南緣為秦嶺造山帶，北部為中亞造山帶，東側(cè)為太平洋板塊(Wangetal.,2018;Dengetal.,2020;圖 1-a)。華北克拉通形成于1800iMa至1900iMa之前，其中太古界巖石的年齡可高達3.8iGa，大多數(shù)克拉通生長發(fā)生在2.9—2.5iGa之間，隨后在克拉通結(jié)晶基底形成之前遭受了多次改造(Zhaietal.,2007;Zhaoetal.,2010;Zhao and Zhai，2013;Kuskyetal.,2016)。在元古代—古生代(1300—445iMa)之間，華北克拉通整體處于靜止?fàn)顟B(tài)，并有巨量的海洋沉積物沉積于基底之上(Wangetal.,2018)。在中奧陶世—晚石炭世(445—315iMa)之間，華北克拉通整體抬升出露地表，遭受了強烈的喀斯特化和風(fēng)化作用，形成了著名的風(fēng)化成因的山西式鐵礦和大規(guī)模的鋁黏土礦(Wangetal.,2010，2018;Liuetal.,2013; Wangetal.,2016)。晚石炭世(320—300iMa)，北秦嶺島弧向華北克拉通南緣擠壓導(dǎo)致其南緣抬升，隨后北秦嶺造山帶為華北內(nèi)部鋁黏土礦化提供了大規(guī)模成礦物質(zhì)(Wangetal.,2016)。與此同時，古亞洲洋洋殼向華北北緣俯沖，引起大規(guī)模巖漿作用和火山活動，由此形成的火成巖也是鋁黏土礦的重要物質(zhì)來源(Liuetal.,2014;Zhao and Liu，2019)。在鋁黏土礦形成之后，華北克拉通自北向南被海水淹沒，巨量的海相沉積物覆蓋于鋁黏土礦之上(Wangetal.,2018)。

a—大安礦床內(nèi)溶斗巖溶地貌，鋁土礦主要分布于溶斗內(nèi)部；b—大安礦床內(nèi)一溶斗中本溪組含礦巖系地層組成，自下而上包括底板白云巖、鐵質(zhì)黏土/風(fēng)化殼、鋁土礦、鋁質(zhì)黏土，D1-1～D1-2: 樣品采集位置及編號；c—大安礦床內(nèi)局部高地本溪組含礦巖系層序組成，自下而上包括底板白云巖、風(fēng)化殼、鋁質(zhì)黏土巖和頂板砂巖，D-1～D-10: 樣品采集位置及編號；d—風(fēng)化殼與鐵質(zhì)白云巖呈漸變接觸，與鋁質(zhì)黏土巖呈突變接觸；e—鋁土礦礦石的碎屑結(jié)構(gòu)和鮞粒結(jié)構(gòu)；f—鋁土礦礦石中的硬水鋁石豆粒圖 2 河南三門峽大安鋁黏土礦含礦巖系野外地質(zhì)、樣品采集位置及鋁土礦礦石顯微鏡下特征Fig.2 Field geological characteristics，sampling locations，and microscopic characteristics of bauxite ore of Da’an bauxite and clay deposit in Sanmenxia area，Henan Province

圖 3 河南三門峽大安溶斗型鋁土礦物質(zhì)(鐵，鋁和黏土) 空間分布規(guī)律示意圖Fig.3 Schematic diagram showing the bauxite materials(Fe，Al，and clay)distribution in a karstic doline at Da’an in Sanmenxia area，Henan Province

三門峽地區(qū)位于華北克拉通南緣，賦存有大規(guī)模的石炭系本溪組鐵-鋁黏土礦(圖 1-b)。該地區(qū)由于大規(guī)模的采礦作用，地層出露完整，有利于詳細的野外礦床地質(zhì)特征調(diào)查。該地區(qū)石炭系本溪組含礦巖系組成自底板向上依次包括底板碳酸鹽巖、鐵質(zhì)風(fēng)化殼(鐵質(zhì)黏土層或者鐵礦層)、鋁土礦層或者鋁黏土礦夾層、鋁質(zhì)黏土礦層和頂板砂巖或者灰?guī)r(圖 2，圖 3)。該地區(qū)鐵-鋁黏土礦的產(chǎn)出嚴(yán)格受喀斯特地形地貌的控制(圖 2-a，2-b)。風(fēng)化型鐵礦和含赤鐵礦、針鐵礦黏土層主要賦存于喀斯特地貌的隆起部位(圖 2-d)，而在喀斯特地貌的洼地主要以含菱鐵礦和黃鐵礦的黏土層為主(圖 2-b)。鋁土礦主要賦存在喀斯特洼地中，在喀斯特洼地的底部通常發(fā)育豆鮞狀鋁土礦，向上逐步變?yōu)閴K狀鋁土礦；在喀斯特洼地附近的喀斯特高地，鋁土礦層相對較薄，局部地區(qū)缺失鋁土礦礦石，而以鋁質(zhì)黏土礦為主(圖 2-c)。鋁質(zhì)黏土礦通常出現(xiàn)在鋁土礦層之上，或者少量夾層于鋁土礦內(nèi)部。受喀斯特地形地貌的控制，鋁土礦通常呈透鏡狀、似層狀和層狀產(chǎn)出(圖 2-a，2-b；圖 3)。礦石結(jié)構(gòu)在鋁土礦層底部以豆粒和鮞粒結(jié)構(gòu)為主；在鋁土礦層頂部礦物顆粒細小，通常呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖 2-e，2-f)。碎屑結(jié)構(gòu)普遍發(fā)育在鋁土礦礦石中，指示復(fù)雜的沉積和搬運過程(圖 2-e)；硬水鋁石集合體在鋁土礦礦石中發(fā)育，指示硬水鋁石可能存在多期形成和改造(圖 2-f)。

3 樣品采集及分析方法

本研究在詳實的野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，對三門峽地區(qū)大安鋁黏土礦床進行典型樣品采集(圖 2-b，2-c)，并展開系統(tǒng)的礦物學(xué)和地球化學(xué)分析。全巖X粉晶衍射(XRD)測試在中石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院實驗中心粉晶衍射室完成；使用儀器為日本理學(xué) D/Mac-RC，試驗條件為：CuKα1靶，電壓40ikV，電流80imA，石墨單色器，掃描方式為連續(xù)掃描，掃描速度8°/min，狹縫DS=SS=1°，環(huán)境溫度18i℃，濕度30%。掃描電鏡分析在中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室掃描電鏡室完成；使用儀器為HITACHI S-450，壓力1ibar，溫度 21±0.5i℃，濕度46%±1%。電子探針分析在中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室電子探針室完成； 使用儀器為JCXA_733，電壓15ikV，電流1×10-8iA，電子束斑大小1iμm。樣品全巖常量、微量和稀土元素組成分析在中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所的廊坊地質(zhì)與勘探實驗室完成。常量元素(除了FeO、H2O+和CO2)和一些微量元素(Ba、Cr、Rb、Sr、V、S、Zn、Zr)用X熒光(XRF)方法測定，分析儀器為Phillips PW1400；FeO含量采用重鉻酸鉀滴定法測定，H2O+含量用重量分析法測定，CO2含量用電位法測定。微量元素(Be、Bi、Cs、Cu、Ga、Li、Hf、Nb、Ni、Sc、Th、Ta、U、W)和稀土元素分析采用感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜分析儀(ICP-MS)完成。常量元素的分析精度不大于0.1iwt.%，微量和稀土元素分析精度不大于2iμg/g(除Ba、Cr、Rb、Sr、V和S，它們的精度分別為5、5、5、5、5和50iμg/g)。

D：鋁石；I：伊利石；Ha：埃洛石；A：銳鈦礦；R：金紅石；Go：針鐵礦；H：赤鐵礦；P：黃鐵礦； J：黃鉀鐵礬；K：高嶺石；G：三水鋁石；S：菱鐵礦圖 4 河南三門峽大安鋁黏土礦含礦巖系中典型樣品XRD圖譜Fig.4 XRD pattern of typical samples of Da’an bauxite and clay deposit in Sanmenxia area，Henan Province

4 礦物組成與微區(qū)研究

a，b—電子探針(BSE)照片顯示大安鋁黏土礦層底部(樣品D-6)發(fā)育碳化硅、自然硅、硅鐵礦和鉻鐵礦； c，d—掃描電鏡(SEM)照片顯示鋁黏土礦層中(樣品D-6)碳化硅表面具有明顯的磨圓和侵蝕作用圖 5 河南三門峽大安鋁黏土礦微區(qū)礦物分析Fig.5 Microanalysis of minerals in Da’an bauxite and clay deposit in Sanmenxia area，Henan Province

表 1 河南三門峽大安黏土礦中碳硅石電子探針分析結(jié)果(單位：wt.%)Table1 Electron probe analysis results of moissanite in Da’an clay deposit in Sanmenxia area，Henan Province(Unit: wt.%)

5 元素地球化學(xué)特征

本研究對大安礦區(qū)一個含鋁巖系剖面的常量、微量和稀土元素地球化學(xué)組成進行分析(表 2)。分析結(jié)果顯示鋁質(zhì)黏土礦的常量元素氧化物以SiO2(30.41iwt.%～52.9iwt.%)、Al2O3(21.86iwt.%～30.06iwt.%)、Fe2O3(0.88iwt.%～12.01iwt.%)、K2O(6.76iwt.%～7.50iwt.%)、TiO2(0.90iwt.%～2.00iwt.%)為主，此外含有少量FeO、MgO、CaO、P2O5；鐵質(zhì)黏土層中常量元素氧化物以SiO2(28.68iwt.%～39.90iwt.%)、Al2O3(28.22iwt.%～30.72iwt.%)、Fe2O3(12.46iwt.%～22.47iwt.%)為主。微量元素蜘蛛網(wǎng)圖顯示底板白云巖和半風(fēng)化白云巖具有類似的微量元素組成和變化趨勢，相對于上地殼元素組成，白云巖中富集B元素，其余元素整體呈現(xiàn)虧損特征(圖 6-a)。風(fēng)化殼中微量元素相對于底板白云巖整體富集，其中，B、S、Cu、Zn，F(xiàn)、Li，Rb和Sr富集程度較高(圖 6-a)。鋁質(zhì)黏土礦中微量元素組成變化規(guī)律基本一致，與風(fēng)化殼具有不同的微量元素組成(圖 6-b)。元素Li、B、S呈現(xiàn)明顯富集，Ni、Cu、Zn明顯虧損，高場強元素Zr、Hf、Nb、Ta、W呈現(xiàn)富集特征。

大安鋁黏土礦中稀土元素配分曲線見圖 7，顯示底板白云巖與半風(fēng)化白云巖以及鐵質(zhì)風(fēng)化殼具有一致的稀土元素配分曲線，并在底板白云巖向鐵質(zhì)風(fēng)化殼過渡中整體呈現(xiàn)富集特征。鋁質(zhì)黏土礦中稀土元素組成特征與鐵質(zhì)風(fēng)化殼明顯不同，鋁質(zhì)黏土礦中稀土含量明顯高于鐵質(zhì)風(fēng)化殼中稀土含量，而且鋁質(zhì)黏土礦中稀土元素配分曲線呈典型的右傾型特征，體現(xiàn)出明顯的輕重稀土分異特征。

表 2 河南三門峽大安鋁黏土礦常量、微量、稀土元素分析結(jié)果Table2 Major，trace，and rare earth element compositions of the analyzed samples in Da’an bauxite and clay deposit in Sanmenxia area，Henan Province

圖 6 河南三門峽大安鋁黏土礦微量元素蜘蛛網(wǎng)圖Fig.6 The upper crust-normalized trace element diagrams(spidergram)of typical samples in Da’an bauxite and clay deposit in Sanmenxia area，Henan Province

圖 7 河南三門峽大安鋁黏土礦稀土元素配分曲線圖Fig.7 The chondrite-normalized curves of rare earth elements in Da’an bauxite and clay deposit in Sanmenxia area，Henan Province

6 鐵-鋁黏土礦物質(zhì)來源及形成過程

6.1 物質(zhì)來源縱向變化

穩(wěn)定元素比率以及稀土元素特征是風(fēng)化型礦床傳統(tǒng)的物質(zhì)來源鑒定方法(Mongellietal.,2016)。其中，華北石炭系鐵-鋁黏土礦礦化過程中，TiO2、Zr、Hf、Nb和Ta被認(rèn)為是穩(wěn)定的元素組合(劉學(xué)飛，2011;孟健寅等，2011;Liuetal.,2013)。大安鋁黏土礦中底部鐵質(zhì)風(fēng)化殼與底板白云巖具有一致的微量元素和稀土元素特征，指示兩者有明顯的風(fēng)化繼承關(guān)系，說明風(fēng)化殼是底板白云巖長期風(fēng)化作用的結(jié)果，這與區(qū)域上其他鋁黏土礦分析結(jié)果一致(劉學(xué)飛，2011)。而上部鋁質(zhì)黏土礦與下部鐵質(zhì)風(fēng)化殼具有不同的微量元素和稀土元素組成以及穩(wěn)定元素比率(例如Zr/TiO2、Hf/TiO2、Nb/TiO2、Ta/TiO2；圖 8)指示二者并非同一物質(zhì)來源，在黏土層底部發(fā)現(xiàn)大量的碳化硅等碎屑礦物進一步證實了該結(jié)論。因此，元素地球化學(xué)研究和微區(qū)礦物分析結(jié)果顯示華北石炭系本溪組中底部鐵質(zhì)黏土層和上部鋁黏土礦具有不同的物質(zhì)來源。

6.2 鋁黏土礦物質(zhì)來源

圖 8 河南三門峽大安鋁黏土礦中元素雙變量圖解Fig.8 Diagram of element bivariate in Da’an bauxite and clay deposit in Sanmenxia area，Henan Province

關(guān)于華北石炭系鋁黏土礦物質(zhì)來源，前人已經(jīng)有大量的工作和豐碩的認(rèn)識。目前，大部分學(xué)者認(rèn)為北秦嶺造山帶中950iMa和450iMa火成巖及前寒武變質(zhì)巖是華北克拉通中南部鋁黏土礦的重要物質(zhì)來源(Wangetal.,2016;Zhao and Liu，2019)，而華北北緣320—200iMa侵入巖和變質(zhì)巖是華北克拉通北部地區(qū)鋁黏土礦的主要物質(zhì)來源(Liuetal.,2014;Wangetal.,2018)。本研究在華北南緣大安鋁黏土礦中發(fā)現(xiàn)了大量的碳化硅，對華北鋁黏土礦物質(zhì)來源具有重要指示意義。天然碳硅石(SiC)是Moissan(1904)在隕石中發(fā)現(xiàn)并以其姓名命名的礦物。經(jīng)過1個世紀(jì)多的研究，碳硅石已經(jīng)被廣泛發(fā)現(xiàn)于多種巖石類型中，包括巖漿巖、火山巖、變質(zhì)巖、沉積巖、蝕變巖、松散沖積物和紅土型鋁土礦(Kaminskiyetal.,1968，1969; Lyakhovich，1980; Qietal.,2007;Xuetal.,2008;Trumbulletal.,2009)?，F(xiàn)今有多種碳硅石來源假設(shè)，包括隕石、金伯利巖、蛇紋巖、火山巖(Lyakhovich，1980;Trumbulletal.,2009)，但原生碳硅石只有在隕石、金伯利巖和蛇紋巖中被報道過(Bernatowiczetal.,1987;Tangetal.,1989;Leungetal.,1990;Mathezetal.,1995;Qietal.,2007;Xuetal.,2008;Trumbulletal.,2009)。結(jié)合前期研究，華北石炭系本溪組鋁黏土礦已經(jīng)在大安、貫溝和波茨等礦區(qū)發(fā)現(xiàn)碳化硅(劉學(xué)飛，2011)；而且在大安鋁黏土礦中還發(fā)現(xiàn)與碳化硅共存的自然硅、硅鐵礦和鉻鐵礦。大安、貫溝和波茨鋁黏土礦均靠近北秦嶺造山帶；造山帶內(nèi)部的商丹縫合帶和二郎坪群中均存在大量的蛇綠巖，二者形成時間均早于華北石炭系鋁(黏)土礦。另外，在大別山造山帶的蛇綠巖中已有原生碳化硅的報道(Xuetal.,2008)。依據(jù)碳化硅元素組成和礦物組合，結(jié)合區(qū)域?qū)Ρ妊芯?，碳化硅與自然硅、硅鐵礦、鉻鐵礦組合來自北秦嶺造山帶的蛇綠巖中(Xuetal.,1994;Laietal.,2003;徐樹桐等，2005;Trumbulletal.,2009)。

6.3 鐵-鋁黏土礦形成過程

基于本研究認(rèn)識，結(jié)合早期研究成果(Wangetal.,2010;劉學(xué)飛，2011;劉學(xué)飛等，2012;王慶飛等，2012;Wangetal.,2012，2016;Liuetal.,2013;Zhao and Liu，2019)，總結(jié)華北石炭系本溪組鐵-鋁黏土礦形成過程。在445—340iMa之間，華北克拉通位于北緯30i℃附近，華北板塊內(nèi)部巨厚的碳酸鹽巖經(jīng)歷了長期的喀斯特化作用，形成了大范圍的喀斯特型地貌；同時，也形成了碳酸鹽巖之上的鐵質(zhì)黏土巖和鐵礦層。在喀斯特隆起地區(qū)，形成以伊利石、高嶺石、赤鐵礦、針鐵礦為主的鐵質(zhì)黏土層，局部可形成鐵礦層(山西式鐵礦)，而在喀斯特洼地中，則形成以黃鐵礦、菱鐵礦、伊利石為主的鐵質(zhì)黏土層(劉學(xué)飛，2011)。在340—320iMa之間，華北克拉通漂移至赤道附近，在溫暖潮濕的環(huán)境下，地表風(fēng)化作用加速，部分礦物被解離后釋放出了大量的Al3+、Fe2+、Ti4+等。這些離子在喀斯特洼地中聚集于早期形成的鐵質(zhì)黏土層之上，在底板碳酸鹽巖喀斯特化過程的影響下，于堿性和還原的環(huán)境中結(jié)晶形成了硬水鋁石—菱鐵礦—黃鐵礦—銳鈦礦集合體(劉學(xué)飛，2011)，進而形成了華北石炭系本溪組底部鐵質(zhì)黏土層之上普遍發(fā)育的豆鮞狀鋁土礦層(圖 3)。在320—300iMa之間，華北克拉通南邊受到北秦嶺造山帶的擠壓，導(dǎo)致北秦嶺造山帶和華北南緣快速抬升，隨后北秦嶺表層大規(guī)模的風(fēng)化物質(zhì)被搬運至華北克拉通內(nèi)部(Wangetal.,2016)。同時，在華北克拉通北緣由于古亞洲洋的俯沖作用，該地區(qū)發(fā)育大規(guī)模的巖漿侵入和火山活動，導(dǎo)致北緣地區(qū)也大規(guī)模抬升，大量的來自北緣的風(fēng)化物質(zhì)被搬運至華北克拉通內(nèi)部(Zhao and Liu，2019)。赤道附近溫暖潮濕的環(huán)境，火山活動導(dǎo)致的地表溫度上升、風(fēng)化作用加強、酸雨普降，以及微生物作用的參與導(dǎo)致地表母巖進行的徹底和快速的風(fēng)化解離，風(fēng)化過程中釋放出來的離子受進一步的喀斯特化作用的影響，形成了以硬水鋁石、銳鈦礦、黃鐵礦為主的鋁土礦層，進而形成了大規(guī)模的喀斯特型鋁黏土礦。

7 結(jié)論

結(jié)合前期研究成果，本研究對華北克拉通石炭系鐵-鋁黏土礦，尤其是南緣地區(qū)鐵-鋁黏土礦有如下認(rèn)識：

1)華北克拉通南緣鐵-鋁黏土礦礦體特征主要受溶斗喀斯特地貌控制；本溪組含礦巖系自下而上包括底部鐵質(zhì)黏土和鐵礦層、鋁土礦及鋁質(zhì)黏土礦；鋁土礦主要分布在溶斗洼地中，向溶斗兩側(cè)逐步減薄甚至消失。

2)溶斗洼地內(nèi)鐵質(zhì)黏土層通常以含菱鐵礦、黃鐵礦和伊利石為主，而溶斗兩側(cè)高地上通常以赤鐵礦、針鐵礦、伊利石和高嶺石為主；鋁土礦以硬水鋁石、銳鈦礦及黃鐵礦為主；鋁質(zhì)黏土礦以伊利石為主，局部發(fā)育黃鉀鐵礬。

3)礦物微區(qū)組成研究表明大安鋁質(zhì)黏土礦層底部發(fā)育大量的碳化硅和少部分自然硅、硅鐵礦、鉻鐵礦，揭示北秦嶺造山帶內(nèi)商丹縫合帶和二郎坪群中的蛇綠巖也為鋁黏土礦成礦提供了重要成礦物質(zhì)。

4)底部鐵質(zhì)黏土層與上部鋁黏土礦層稀土元素配分曲線以及穩(wěn)定元素比率(例如Zr/TiO2、Hf/TiO2、Nb/TiO2、Ta/TiO2)存在明顯差異，揭示二者為不同來源；底部鐵質(zhì)黏土巖和鐵礦層為底板碳酸鹽巖原地風(fēng)化的產(chǎn)物。