廣西來賓市北敢堆積型鋁土礦地質(zhì)特征及找礦標(biāo)志

徐 勇，林 權(quán)，林大統(tǒng)，柳美軍

(廣西壯族自治區(qū)三○七核地質(zhì)大隊(duì)，廣西 貴港 537100)

0 引言

廣西鋁土礦資源豐富，儲(chǔ)量位居全國第3位，占全國資源儲(chǔ)量的1/3以上，礦石鋁硅比高，含鐵量也高，主要集中分布于桂西資源富集區(qū)的百色市平果、德保、靖西、那坡、田東、田陽一帶[1-4]，在崇左地區(qū)也有發(fā)現(xiàn)[5]。按成因類型可分為巖溶堆積型和沉積型鋁土礦，以堆積型為主。隨著廣西鋁土礦勘查工作的穩(wěn)步進(jìn)展，繼桂西、崇左巖溶堆積型鋁土礦之后，在來賓市興賓區(qū)的北敢礦區(qū)亦發(fā)現(xiàn)了堆積型鋁土礦床。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、礦區(qū)地質(zhì)特征對(duì)該區(qū)域的堆積型鋁土礦的礦床成因進(jìn)行淺析，并對(duì)找礦標(biāo)志進(jìn)行總結(jié)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域上，北敢鋁土礦位于廣西二級(jí)構(gòu)造單元南華活動(dòng)帶，三級(jí)構(gòu)造單元桂中桂東北褶皺系的來賓凹陷中部。

來賓凹陷是晚古生代凹陷較深的地區(qū)，基底未露，東部邊緣為下泥盆統(tǒng)濱岸相碎屑巖外，廣泛分布碳酸鹽巖，以平緩開闊褶皺為主，構(gòu)造線方向?yàn)镹E和NW向，或SN向和EW向，幾乎無巖漿活動(dòng)。

區(qū)域上出露地層由老至新主要為寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系、第四系。其中二疊系合山組與下伏茅口組呈平行不整合接觸，白堊系與下伏三疊系呈角度不整合接觸。

區(qū)域上經(jīng)歷了印支及燕山兩期較劇烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，褶皺、斷裂較發(fā)育。區(qū)域主體褶皺構(gòu)造為一開闊復(fù)式向斜，構(gòu)造線走向主要為SN向、NE向。次級(jí)褶皺多為寬展平緩的短軸背、向斜。褶皺主要有喬賢向斜、天山背斜、合山向斜。桂中地區(qū)夾持于桂北地塊與云開地塊之間，處于西以南丹至昆侖關(guān)斷裂為界，北以宜州斷裂為界，北東以東鄉(xiāng)—永福和大黎斷裂為界組成的三角區(qū)域。斷裂構(gòu)造具有多期活動(dòng)的特征，以SN向?yàn)橹?，其次是NE向，斷裂主要有平塘斷裂、三五斷裂、蓮塘正斷層、良江斷裂等。構(gòu)造的切割有利于地層不斷運(yùn)動(dòng)抬升與沉積，通過紅化作用，形成凹凸不平的古風(fēng)化殼鐵鋁巖層，對(duì)沉積型鋁土礦的形成起了關(guān)鍵的作用[6]。

區(qū)域的巖漿活動(dòng)主要表現(xiàn)為噴出活動(dòng)，在上二疊統(tǒng)大隆組中夾有多層中酸性凝灰?guī)r和凝灰熔巖(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional and geological map1—臨桂組 2—板納組 3—北泗組 4—馬腳嶺組 5—羅樓組6—合山組 7—茅口組 8—棲霞組 9—南丹組 10—馬平組 11—巴平組 12—地質(zhì)界線 13—平行不整合界線 14—斷裂構(gòu)造

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)出露地層有石炭系馬平組、石炭系南丹組，中—上二疊統(tǒng)的棲霞組、茅口組、合山組，三疊系羅樓組、馬腳嶺組，第四系臨桂組。石炭系上統(tǒng)至三疊系下統(tǒng)為一套淺海相沉積的碳酸鹽巖。第四系為碳酸鹽巖溶余堆積物，陸相碎屑沉積，主要沿河流、谷地、山坡及巖溶洼地分布。覆蓋于茅口組之上的第四系是堆積型鋁土礦的主要賦礦層位。

礦區(qū)位于桂中桂東北褶皺系的來賓凹陷中部，處于合山向斜的南端，褶皺主要為一系列近SN向的短軸狀寬闊褶皺復(fù)式向斜，二疊系茅口組和合山組的不整合面發(fā)育小褶曲，巖石破碎，常充填硅質(zhì)脈。核部主要為合山組的泥質(zhì)灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖和炭質(zhì)泥巖、硅質(zhì)巖及煤層。傾角為40°～50°，核部地勢(shì)較低洼、平坦，多被第四系覆蓋。兩翼地層主要為中厚層—塊狀泥晶生物碎屑灰?guī)r、生物屑灰?guī)r夾薄層狀硅質(zhì)巖，傾角為10°～50°。

礦區(qū)屬中—低山巖溶地貌。按地貌組合特征分為溶蝕洼地、巖溶丘陵、峰叢-洼地、巖溶坡地，以溶蝕洼地為主，其特征是洼地封閉性差、開闊、面積大，多呈狹長帶狀或橢圓形；峰叢-洼地主要分布在工作區(qū)的西側(cè)及南西側(cè)；巖溶丘陵的斜坡分布巖溶殘余紅土和鋁土礦礦塊，是礦區(qū)堆積鋁土礦的容礦場(chǎng)所。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 含礦巖系特征

礦區(qū)堆積型鋁土礦主要賦存于第四系更新統(tǒng)峰叢洼地、巖溶坡地等巖溶堆積層中。堆積型鋁土礦的含礦巖系是第四系臨桂組的黏土和鋁土礦的組合。含礦巖系厚度大小不一，一般厚度為5.0～13.0 m，自下而上一般可以分為3層：① 底部含硅質(zhì)巖碎塊的黏土層或黏土層，呈黃褐色、灰黃色、紅棕色及紫紅色。主要由黏土組成，黏性和可塑性較大，含少量次圓狀鋁土礦塊、硅質(zhì)巖碎塊和鐵錳質(zhì)結(jié)核等。該層的厚度與下伏茅口組的地貌關(guān)系密切。② 堆積型鋁土礦層，呈紅褐色、土紅色、黃褐色。主要由大小不等的鋁土礦碎塊、褐鐵礦、巖屑、黏土和硅質(zhì)巖碎塊等組成，鋁土礦碎塊大小不一，大者直徑可達(dá)1 m，小者直徑約為1 mm，一般為1～20 cm，呈棱角狀—次棱角狀。礦層厚度一般為1.0～5.0 m，最大厚度8.0 m。堆積型鋁土礦與底部含硅質(zhì)巖碎塊的黏土層或黏土層、上部黏土層界線明顯。③ 上部黏土層，主要是一套由黏土、砂質(zhì)黏土和少量鋁土礦石碎塊及巖石碎屑形成的腐殖層或表土層，呈紅棕色、褐紅色、灰黑色、灰黃色、黃褐色的，質(zhì)地松散，厚度為0～50 cm。礦區(qū)大部分鋁土礦礦石在丘陵緩坡或山脊直接裸露地表[7]。

3.2 礦體特征

礦區(qū)共圈定堆積型鋁土礦礦體47個(gè)，以二疊系茅口組碳酸鹽巖為基底的第四系臨桂組溶余堆積紅土化殘坡積層是堆積型鋁土礦的賦礦層位。礦體分布較分散、連續(xù)性較差，礦體多被第四系含硅質(zhì)巖碎塊的黏土分布區(qū)所分割，礦體平面形態(tài)呈條帶狀、短軸狀、橢圓狀、不規(guī)則狀等。剖面上呈似層狀、層狀、扁豆?fàn)睢⑼哥R狀。礦體產(chǎn)狀較平緩，僅有小的波動(dòng)起伏，總體比較平穩(wěn)，傾角為0°～40°，礦體產(chǎn)狀與地形地貌密切相關(guān)，基本上與山坡坡向和坡角一致，由于受下伏茅口組碳酸鹽巖侵蝕面凹凸不平影響，礦體厚度隨之起伏變化。礦體一般分布于獨(dú)立的低山丘陵，形態(tài)較簡(jiǎn)單。

礦體規(guī)模大小不一，一般長100～2050 m，寬100～300 m，厚度一般為1.0～4.0 m，最厚為7.7 m。w(Al2O3)為40.04%～53.54%，平均45.40%；w(SiO2)為4.68%～17.16%，平均10.71%；w(Fe2O3)為16.13%～39.99%，平均26.99%；A/S比值為2.68～10.73，平均4.24。

礦體是由大小不等的鋁土礦石及黏土混雜堆積而成，偶爾含硅質(zhì)巖、泥巖、砂巖、褐鐵礦等碎塊。工作區(qū)礦石含礦率總體不高，含礦率為344～1303 kg/m3，礦區(qū)平均含礦率為768 kg/m3，且呈均勻—不均勻分布，礦體含礦率局部變化較大，一般由正地形向負(fù)地形急劇降低。具有一定的分布規(guī)律：靠近礦源層的礦體含礦率較高，礦體處于低山丘陵邊坡地段及隆起地段含礦率相對(duì)較高，靠近低洼或開闊平坦地帶含礦率較低。垂向上一般是中上部礦石塊體大、礦石質(zhì)量好且含礦率較高，而底部礦石塊體小、礦石質(zhì)量差且含礦率較低。圖2為北敢礦區(qū)17號(hào)勘探線地質(zhì)剖面圖。

圖2 北敢礦區(qū)17號(hào)勘探線地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geological section map of exploration line No.17 in Beigan mining area1—第四系臨桂組 2—二疊系茅口組 3—黏土層 4—灰?guī)r 5—松散堆積型鋁土礦礦體 6—見礦淺井及編號(hào)

3.3 礦石特征

1)礦物組分：堆積鋁土礦凈礦石的礦物組分較為復(fù)雜，主要礦物為一水硬鋁石，含量約占30%～90%，次要礦物為褐鐵礦、赤鐵礦、高嶺石、針鐵礦、膠鋁礦、一水軟鋁石和三水鋁石，少量的綠泥石、水云母、磁鐵礦及稀土礦物等。

2)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造：主要結(jié)構(gòu)類型是粒屑結(jié)構(gòu)(砂屑結(jié)構(gòu)、粉屑結(jié)構(gòu))、豆粒結(jié)構(gòu)、鮞粒結(jié)構(gòu)，其次是隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)和半自形結(jié)構(gòu)等。構(gòu)造主要為致密塊狀構(gòu)造，部分礦石粒屑呈現(xiàn)出定向排列的規(guī)律，礦石具有明顯的條帶狀構(gòu)造或環(huán)形構(gòu)造。極少量礦石中的硫化物完全淋失，氧化形成氧化鐵，通常具有蜂窩狀、多孔狀構(gòu)造。

3)礦石化學(xué)組分：化學(xué)組分主要為Al2O3、SiO2、Fe2O3及灼失量，四者質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為90.16%～99.35%，一般為93%～96%，平均95.55%；次要化學(xué)組分為TiO2，w(TiO2)為3.03%～5.27%，平均4.26%；微量化學(xué)組分有MgO、CaO、K2O、MnO、CO2、P2O5、Ga、TR2O3等(表1)。

表1 組合樣品分析結(jié)果Table 1 Analysis data of the combined samples

伴生有用組分有Ga、Nb2O5、Ta2O5、TRE2O5等，w(Ga)為25×10-6～45×10-6，平均32×10-6；w(Nb2O5)為111×10-6～187×10-6，平均151×10-6；w(Ta2O5)為5×10-6～11×10-6，平均8×10-6；w(TRE2O5)為179×10-6～483×10-6，平均266×10-6。其中稀散元素Ga含量較高，達(dá)到一般工業(yè)要求。

伴生有害組分有S、CaO、MgO、P2O5、TiO2、CO2，w(S)為0.028%～1.64%，平均0.196%；w(CaO)為0.040%～0.089%，平均0.061%；w(MgO)為0.057%～0.12%，平均0.081%；w(P2O5)為0.025%～0.099%，平均0.050%；w(TiO2)為3.03%～5.27%，平均3.99%；w(CO2)0.030%～0.089%，平均0.048%。有害組分含量均低于礦床工業(yè)指標(biāo)對(duì)有害組分的最大允許含量要求，對(duì)礦石的選冶沒有影響。

4)礦石類型：按結(jié)構(gòu)構(gòu)造可分為豆-鮞狀鋁土礦、致密狀鋁土礦、礫-砂屑鋁土礦。以砂屑鋁土礦、致密塊狀鋁土礦為主，各類型礦石分布無規(guī)律。按主要的鋁礦物成分劃分，屬于一水硬鋁石型鋁土礦石。一水型鋁土礦石主要由一水硬鋁石和褐鐵礦組成，部分礦石含少量三水鋁石，三水鋁石含量一般小于10%。根據(jù)化學(xué)組分含量劃分主要為高鐵型鋁土礦。

4 礦床成因

北敢礦區(qū)堆積型鋁土礦的分布特征與桂西地區(qū)的堆積型鋁土礦分布特征存在明顯的差異。北敢礦區(qū)堆積型鋁土礦主要在低山、山坡、丘陵等高地上分布較多，且地勢(shì)高處礦體厚度大、礦石質(zhì)量好，而低洼處鋁土礦分布較少甚至未見出露。而桂西地區(qū)堆積型鋁土礦分布特征恰恰相反，堆積型鋁土礦多分布在地勢(shì)低的巖溶洼地、谷地的第四系紅土層中，地勢(shì)高的山坡或山頂上幾乎未見鋁土礦分布[1-4，8]。

區(qū)域上，上二疊統(tǒng)合山組(P3h)與中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)平行不整合面廣泛夾一層厚度1 m至數(shù)米的沉積型鋁土礦或鐵鋁巖，是本礦區(qū)堆積型鋁土礦的礦源層。

由于早二疊世末期的東吳運(yùn)動(dòng)，使桂中—桂東北的地區(qū)普遍上升，形成區(qū)域性間斷，碳酸鹽巖遭受風(fēng)化剝蝕，濕熱的亞熱帶氣候，強(qiáng)烈的巖溶作用，易溶的鈣質(zhì)浸出，難溶的鋁質(zhì)殘留富集在原地，后期地殼緩慢下沉，富含鋁質(zhì)的溶蝕堆積層在原地沉積，于二疊系合山組底部形成沉積型鋁土礦、鐵鋁土巖。

新近紀(jì)以來，桂中地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)進(jìn)入相對(duì)平靜階段，但總體上呈緩慢上升趨勢(shì)，在此構(gòu)造地質(zhì)背景下，經(jīng)歷了多期多階段的巖溶作用，碳酸鹽巖地區(qū)氣候條件潮濕炎熱，遭受長時(shí)間的風(fēng)化侵蝕，形成了溶蝕洼地、巖溶丘陵、峰叢-洼地等巖溶地貌。原生沉積鋁土礦在長期的巖溶過程中遭受風(fēng)化剝蝕等物理作用，或就地堆積，或在重力作用下崩塌陷落，與巖溶殘余物混雜堆積于不同的巖溶地貌上，在酸性或偏酸性的介質(zhì)條件下，易溶的碳酸鹽巖極易發(fā)生紅土化作用，將易溶的Cl、S、Ca、Mg、Si等淋失，而不易溶的Ti、Al、Fe等組分被殘留下來，形成了堆積型鋁土礦。

進(jìn)入第四紀(jì)，堆積型鋁土礦再次遭受風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、堆積。因桂中地區(qū)屬于低山谷地巖溶交錯(cuò)的半丘陵地區(qū)，亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，氣候溫和、光熱充足、降水充沛，工作區(qū)裸露地表的碳酸鹽巖再次遭受大氣降水的雨水沖刷、風(fēng)化淋濾、溶蝕溶解等破壞作用，從而導(dǎo)致裸露的碳酸鹽巖地層相對(duì)下降，而堆積型鋁土礦原先賦存在巖溶洼地的風(fēng)化殼中，由于紅土風(fēng)化殼主要由含褐鐵礦黏土層和腐巖層構(gòu)成，且黏土層滲透性較差，起到很好的隔水層作用。使該地層遭受大氣降水的風(fēng)化剝蝕等作用減弱，從而導(dǎo)致賦存堆積型鋁土礦的洼地地勢(shì)相對(duì)抬升。最終形成了“堆積型鋁土礦在巖溶坡地和丘陵等高地上分布較多，而在低洼處分布較少甚至未見出露”分布特征[9-13]。

5 找礦標(biāo)志

1)礦源層標(biāo)志：上二疊統(tǒng)合山組與中二疊統(tǒng)茅口組間的平行不整合接觸面上沉積鋁土礦或鐵鋁巖層，是形成堆積鋁土礦的礦源層。由于礦體上覆地層為易溶灰?guī)r，背斜地勢(shì)高，易風(fēng)化淋濾，導(dǎo)致沉積型鋁土礦裸露并剝蝕而形成堆積型鋁土礦；向斜地勢(shì)低，基本上未遭到剝蝕或輕微剝蝕，原生鋁土礦層得以保留下來。故在該不整合面分布區(qū)附近的向斜山是尋找沉積型鋁土礦、背斜谷是尋找堆積型鋁土礦的有利地段。

2)地貌標(biāo)志：堆積型鋁土礦主要賦存于以中二疊統(tǒng)茅口組碳酸鹽巖為基底的第四系臨桂組溶余堆積紅土化殘坡積層中。其形態(tài)分布受地表形態(tài)控制，故碳酸鹽巖地區(qū)的溶蝕洼地、巖溶丘陵、峰叢-洼地等巖溶地貌就成為堆積型鋁土礦的一個(gè)直觀找礦標(biāo)志。

3)直接標(biāo)志：礦區(qū)堆積型鋁土礦礦體大部分直接裸露于第四系巖溶洼地、坡地，故地表出露的鋁土礦塊可作為直接找礦標(biāo)志[14]。

6 結(jié)論

1)礦源層來自上二疊統(tǒng)合山組底部與中二疊統(tǒng)茅口組頂部的古侵蝕間斷面上的原生鐵鋁巖(鋁土礦)。

2)礦區(qū)成礦過程具有多期多階段性，經(jīng)歷了原生鐵鋁巖的形成、初始堆積鋁土礦的形成和改造富集成礦三個(gè)階段后再次遭受風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)和堆積。

3)堆積型鋁土礦主要分布在不整合接觸帶東面的不封閉洼地中，礦石質(zhì)量較桂西地區(qū)差，具有中鋁、高鐵、低硫等特征。

4)本區(qū)堆積型鋁土礦分布特征是鋁土礦在山坡和丘陵等高地上分布較多，低洼處分布較少。

5)該區(qū)找礦標(biāo)志明顯，碳酸鹽巖地區(qū)的巖溶洼地、巖溶丘陵、峰叢-洼地等是尋找堆積型鋁土礦的有利地段，找礦標(biāo)志主要為第四系臨桂組的含礦巖系及鋁土礦塊露頭。