廣西平果沉積型鋁土礦床物質(zhì)來源分析

陳碩為，陳遠(yuǎn)榮，劉能源，趙曉東，王 明，鐘玉龍

(桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541006)

0 引言

鋁土礦的成礦物質(zhì)來源一直是廣大地質(zhì)學(xué)者們難以攻克的問題，由于其特殊的成礦過程中所經(jīng)歷過熱帶及亞熱帶的強烈風(fēng)化作用，導(dǎo)致其母質(zhì)中保留下來可供辨識的信息極少，因此要精確判別其母質(zhì)來源就有很大難度。

關(guān)于平果沉積型鋁土礦的物質(zhì)來源問題，前人做了大量研究，但到目前為止并沒有一個統(tǒng)一且令人信服的結(jié)果。依據(jù)前人的研究成果來看，對平果沉積型鋁土礦的物質(zhì)來源認(rèn)識的主要有三種觀點：一是來源于合山組灰?guī)r[1]；二是來源于茅口組灰?guī)r[2-8]。然而，無論是合山組還是其下伏的茅口組灰?guī)r的主要成分為CaCO3、MgCO3，鋁含量很低，往往不足1%，其風(fēng)化殘留物難以提供足夠的鋁形成鋁土礦；另外，形成數(shù)米厚的鋁土礦需要風(fēng)化巨厚的茅口組灰?guī)r，需要的風(fēng)化時間長達(dá)幾千萬年，而桂西地區(qū)東吳運動的活動時間很短，短暫的沉積間斷難以使茅口組灰?guī)r提供大量的風(fēng)化殼紅土。另外，鋁土礦中存在大量的自形鋯石，與茅口組灰?guī)r中磨圓的鋯石完全不同。所以，這兩個觀點有爭議。三是來源于峨眉山玄武巖[9-10]，然而，桂西地區(qū)屬于屬于峨眉山旋回影響的邊緣地帶，即屬于峨眉山旋回的外圍區(qū)，巖漿巖極不發(fā)育，平果鋁周圍幾乎沒有任何玄武巖出露的信息，礦石中也未見任何玄武巖或其他巖漿巖的殘留物，所以這個說法也有爭議。

因此，對于其復(fù)雜的物源問題，本文試圖通過分析平果鋁土礦周圍地區(qū)老基地寒武系的鋁含量，并就平果三個礦床礦石的稀土元素配分模式與桂西南老基底寒武系的稀土元素配分模式對比，以期闡明它們之間的關(guān)聯(lián)性，進而查明平果沉積型鋁土礦的成礦物質(zhì)來源。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及樣品

平果鋁礦床在大地構(gòu)造位置上處于華夏板塊與揚子板塊碰撞拼接的過渡帶，同時，又處在廣西山字型構(gòu)造體系的前弧西翼外緣和右江復(fù)向斜東南部(圖1)。區(qū)域構(gòu)造輪廓復(fù)雜，形成于燕山期，該構(gòu)造輪廓奠定了現(xiàn)代桂西鋁土礦成礦帶的構(gòu)造格局[11]。

圖1 桂西地區(qū)綜合地質(zhì)圖(據(jù)王文鵬，2016[12]，修改)

1.1 礦床地層特征

平果鋁土礦床出露地層較為齊全，從古生代到新生代均有出露，其中主要以石炭系、二疊系和三疊系為主。此外，泥盆系、古近系、新近系和第四系出露相對較少，泥盆系主要以東崗嶺組、融縣組灰?guī)r及白云巖為主，厚91～111 m；石炭系主要為灰?guī)r與白云巖，厚800～1600 m；二疊系為主要鋁土礦層，主要為棲霞組白云巖，茅口組含白云質(zhì)灰?guī)r，合山組灰?guī)r，厚度范圍分別為200～250 m、200～350 m、100～160 m。

1.2 礦床構(gòu)造特征

平果鋁土礦床所處的的大地構(gòu)造位置即決定了該區(qū)經(jīng)歷的構(gòu)造運動比較復(fù)雜，形成了一系列的褶皺與斷裂，這些構(gòu)造對礦床的原生沉積鋁土礦的形成與分布有著重要影響。

1.2.1 褶皺

礦床處于右江復(fù)式向斜的中部，受到NE—SW向的應(yīng)力作用，形成了一系列NE向排列且軸向為NW向的褶皺形態(tài)格架，主要形成的褶皺有那豆背斜、太平向斜、太平—教美背斜、果化復(fù)式向斜及布絨小向斜。屬于對稱褶皺類型，呈現(xiàn)出背斜寬緩、向斜緊閉的特征，各褶皺的剝蝕程度差別很大，從那豆背斜至太平—教美背斜其剝蝕程度逐漸增加。

1.2.2 斷裂

礦床的斷裂較為發(fā)育，按走向總體上分為兩組，主要以平行于褶皺軸向的NW向扭性斷裂為主，次為形成較晚的一系列切割NW向斷裂的NE向小斷裂。斷裂多分布于褶皺軸及兩翼，其中以右江大斷裂規(guī)模最大，為區(qū)域性大斷裂，是整個桂西的主要的控礦構(gòu)造。

1.3 巖漿巖

礦床內(nèi)巖漿巖出露很少，只在太平向斜的翼部、那豆背斜的北西方向、平果縣城西南方向出現(xiàn)少許三疊紀(jì)晚期海底噴發(fā)的凝灰?guī)r。該地區(qū)的巖漿活動很弱，表明該礦床受巖漿影響及其微弱。

2 各礦床及鄰區(qū)寒武系主量元素特征

平果沉積型鋁土礦分布范圍比較廣泛，且具有明顯的規(guī)律性，主要產(chǎn)于那豆、太平、教美各地的二疊系中。在平果鋁礦床西南部約200 km的靖西縣吞盤鄉(xiāng)境內(nèi)，出露有寒武系。

2.1 平果礦床礦石的主量元素特征

在那豆、太平、教美三個礦床共采集了35件塊狀礦石樣品，其中那豆礦床17件，天平礦床10件，教美礦床8件，主量元素含量特征見表1。

由表1可知：

表1 平果三個礦床礦石主量元素平均含量

光譜儀(ZSX Primus Ⅱ)；括號內(nèi)為統(tǒng)計樣品件數(shù)。

1)平果礦石中主量元素主要由Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2及燒失量組成，這5種成分含量之和≥97%；CaO、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5這些主量元素含量占比極少，含量之和總體上小于1%。

2)那豆礦床礦石中的w(Al2O3)在66.11%～80.63%之間，平均值為75.48%；w(Fe2O3)在0.37%～14.74%之間，平均值為3.40%；w(SiO2)在3.30%～5.90%之間，平均值為3.88%；w(TiO2)在2.96%～6.52%之間，平均值為4.70%；燒失量(LOI)在0.10%～16.63%之間，平均值為10.99%；Al/Si比值變化范圍在12.79～24.44之間，平均值為19.97。

3)太平礦床礦石中的w(Al2O3)在62.37%～78.62%之間，平均值為71.57%；w(Fe2O3)在0.32%～15.91%之間，平均值為5.31%；w(SiO2)在3.31%～5.01%之間，平均值為3.89%；w(TiO2)在3.53%～7.54%之間，平均值為5.19%；燒失量(LOI)在0.09%～15.25%之間，平均值為11.53%；Al/Si比值變化范圍在15.69～20.42之間，平均值為18.58。

4)教美礦床的w(Al2O3)在62.20%～75.56%之間，平均值為71.45%；w(Fe2O3)在0.92%～12.74%之間，平均值為5.18%；w(SiO2)在3.38%～5.17%之間，平均值為3.72%；w(TiO2)在2.86%～8.18%之間，平均值為5.47%；燒失量(LOI)在11.08%～14.84%之間，平均值為13.56%；Al/Si比值變化范圍在14.42～22.17之間，平均值為19.49。

2.2 桂西南老基底寒武系主量元素特征

對桂西南地區(qū)通過靈馬斷層體系與平果礦床關(guān)聯(lián)起來的寒武系及其周圍出露的脈狀輝綠巖采集了39件巖石樣品，其中寒武系樣品30件，輝綠巖樣品9件，其主量元素分析結(jié)果見表2。

儀(ZSX Primus Ⅱ)；括號內(nèi)為統(tǒng)計樣品件數(shù)。

由表2可知：

1)礦石中主量元素主要由Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2及燒失量組成，這5種成分含量之和≥90%，CaO、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5這些組分含量占比少，含量之和總體上小于10%。

2)寒武系的w(Al2O3)在18.52%～25.28%之間，平均值為21.05%；w(Fe2O3)在2.68%～9.39%之間，平均值為7.78%；w(SiO2)在50.26%～60.15%之間，平均值為56.27%；w(TiO2)在0.71%～0.99%之間，平均值為0.81%；燒失量(LOI)在4.90%～7.75%之間，平均值為6.25%；鋁硅比值變化范圍在0.31～0.45之間，平均值為0.38。

3)輝綠巖的樣品中，w(Al2O3)在11.61%～17.91%之間，平均值為15.23%；w(Fe2O3)在6.43%～14.48%之間，平均值為10.45%；w(SiO2)在43.66%～50.86%之間，平均值為47.72%；w(TiO2)在0.93%～2.94%之間，平均值為1.63%；燒失量(LOI)在3.12%～14.24%之間，平均值為6.17%；Al/Si比值變化范圍在0.26～0.35之間，平均值為0.32。

2.3 討論

雖然桂西南地區(qū)靠近平果鋁礦床的寒武系中的w(Al2O3)、w(Fe2O3)平均值分別為21%和7.8%，遠(yuǎn)低于平果鋁礦床各礦床礦石的鋁、鐵含量，卻仍然高于輝綠巖脈 [平均w(Al2O3)=15%]、桂中寒武系[13][平均w(Al2O3)=13.10%] 和桂北寒武系[14][平均w(Al2O3)=13.56%] 中的Al2O3含量，幾乎達(dá)到了鋁土巖級別。而另一方面，桂西南地區(qū)靖西縣吞盤鄉(xiāng)一帶寒武系出露的范圍較廣，輝綠巖分布有限。因此，桂西南寒武系通過近2.7億年風(fēng)化作用后，隨著K、Na、Si、Mg等元素的流失，風(fēng)化的殘留物將逐步變成規(guī)模較大且含鋁鐵較高的古風(fēng)化殼，通過海進作用，以NE向的領(lǐng)嗎斷層帶為通道，可將古風(fēng)化殼的大量含鋁鐵物質(zhì)搬運至平果鋁一帶的盆地區(qū)域沉淀下來。換言之，廣西西南部靠近平果鋁礦床的寒武系可為區(qū)內(nèi)沉積型鋁土礦提供成礦物質(zhì)來源。

3 稀土元素特征分析

桂西南老基底寒武系存在著以泥巖、頁巖為主要巖性的地層，為了進一步驗證平果沉積型鋁土礦的成礦物質(zhì)是否真正來源于桂西南老基底寒武系，對它們的稀土元素變化特征及稀土配分模式進行了分析。

3.1 平果礦床礦石的稀土元素特征

分別對平果的那豆、太平、教美三個礦床進行了較為系統(tǒng)的采樣，共采集礦石樣品15件。其中，那都礦床5件，太平礦床5件，教美礦床5件。三個礦床的稀土元素分析結(jié)果見表3，配分曲線圖見圖2。

表3 各礦床稀土元素平均含量

圖2 平果礦床稀土配分曲線圖

1)從稀土元素總量、其變化范圍及平均值看，太平礦床礦石稀土元素總量變化范圍較大，ΣREE=(188.5～382.7)×10-6，平均值為254.1×10-6，處于三個礦床中稀土總量和平均值最低；那豆礦床的稀土元素總量變化范圍較大，ΣREE變化于(332.1～530.6)×10-6，平均值為403.7×10-6，處于三個礦床稀土總量和平均值之間；教美礦床礦石稀土元素總量變化范圍很大，ΣREE=(320.6～620.7)×10-6，平均值為430.5×10-6，在三個礦床中總量和平均值最高。

2)從輕重稀土比值來看，那豆礦床的LREE/HREE比值為3.8～13.8，平均值在三個礦床中最高(8.2)；太平礦床的LREE/HREE比值為2.7～15.0，平均值在三個礦床中最低(6.7)；教美礦床的LREE/HREE比值為2.5～12.6，平均值為7.1。

3)從δCe指數(shù)來看，那豆礦床的δCe=0.4～1.1，平均值為0.8，整體呈現(xiàn)負(fù)鈰異常；太平礦床的δCe=0.6～1.9，平均值為1.2，礦石顯示既有負(fù)鈰異常也有正鈰異常；教美礦床的δCe=0.9～3.4，平均值為1.2，礦石顯示既有負(fù)鈰異常也有正鈰異常。

4)從其他相關(guān)指數(shù)來看，三個礦床的鋁土礦石均顯示明顯的負(fù)銪異常，三個礦床的δEu值范圍分別為那豆礦床0.20～0.55、太平礦床0.42～0.55、教美礦床0.35～0.52，平均值分別為那豆礦床0.4、太平礦床0.5、教美礦床0.5。三個礦床鋁土礦礦石的(La/Yb)N值范圍分別為那豆礦床6.10～16.43、太平礦床3.21～21.32、教美礦床1.46～10.15，平均值分別為那豆礦床10.3、太平礦床7.9、教美礦床6.2，反應(yīng)出那豆、太平、教美礦床鋁土礦礦石稀土配分曲線均為右傾型；鋁土礦礦石的(La/Sm)N值范圍分別為那豆礦床8.29～29.66、太平礦床9.4～29.58、教美礦床8.06～50.94，平均值分別為那豆礦床20.6、太平礦床15.2、教美礦床21.3，反映出三個礦床輕稀土元素內(nèi)部均存在明顯的分餾作用，其中教美礦床最為明顯，那豆礦床其次，太平礦床的相對最弱；三個礦床鋁土礦石的(Gd/Lu)N值范圍分別為那豆礦床3.17～8.86、太平礦床2.99～8.96、教美礦床2.33～7.38，平均值分別為那豆礦床6.0、太平礦床5.8、教美礦床3.7，說明三個礦床重稀土元素內(nèi)部均存在較弱的分餾作用，其中教美礦床的最弱，那豆礦床、太平礦床的相對較強。

5)從稀土配分曲線趨勢來看，那豆、太平、教美三個礦床雖然有所差異，但其趨勢還是相似的。

綜上，盡管在稀土總量、輕重稀土比值、Ce、Eu指數(shù)、(La/Yb)N比值、(La/Sm)N比值、(Gd/Lu)N比值上，那豆礦床、太平礦床、教美礦床均有所差異，但是在稀土配分曲線變化趨勢上，體現(xiàn)出較大的相似性，而且三者均屬于負(fù)Eu異常。

3.2 桂西南老基底的稀土元素分析

在桂西南地區(qū)進行較為系統(tǒng)的采樣，共采集了巖石化學(xué)分析樣12件。稀土元素分析結(jié)果見表4，配分曲線圖見圖3。

表4 桂西南老基底地層(寒武系)稀土元素分析結(jié)果

圖3 桂西南稀土配分曲線圖

1)從稀土總量和變化范圍來看，桂西南寒武系老基底地層稀土元素總量和變化范圍都較大，ΣREE值處于(142.8～204.8)×10-6之間，平均值為195.9×10-6。

2)從輕重稀土比值來看，LREE/HREE比值的變化范圍為(8.10～11.63)×10-6，平均值為9.4×10-6。

3)從δCe指數(shù)來看，桂西南寒武系老基底地層的δCe值范圍在0.7～1.0之間，平均值為0.9，整體顯示為負(fù)異常，只有一個樣品顯示正異常。

4)從其他相關(guān)指數(shù)來看，桂西南寒武系老基底地層呈現(xiàn)明顯的負(fù)銪異常；δEu的數(shù)值顯示，δEu范圍在0.5～0.7之間，平均值為0.6；桂西南老基底的(La/Yb)N值范圍為7.7～14.6，反應(yīng)樣品的分配曲線為右傾型；(La/Sm)N=4.1～9.0，平均值為6.7，反映輕稀土元素內(nèi)部存在明顯的分餾作用；而(Gd/Lu)N=8.5～20.6，平均值為13.6，表明重稀土內(nèi)部存在更加強烈的分餾作用。

3.3 對比分析討論

綜上，通過對平果礦床和老基底的稀土元素對比可知，桂西南老基底寒武系與平果地區(qū)的沉積型鋁土礦的稀土標(biāo)準(zhǔn)化分布模式圖均顯示為右傾型，而且都具有相似的負(fù)銪異常，輕重稀土比值也很相似。不同的是，平果地區(qū)的沉積型鋁土礦表現(xiàn)為正、負(fù)鈰異常均有體現(xiàn)，而桂西南寒武系老基底表現(xiàn)為較弱的負(fù)鈰異常，但是總體影響不大。因此，通過以上的各項研究可進一步證明，桂西地區(qū)的老基底地層可能為平果沉積型鋁土礦提供了最初始的鋁物質(zhì)。

4 結(jié)論

根據(jù)對比平果三個礦床及桂西南老基底地層的稀土元素配分模式，可得出如下結(jié)論：

1)在主量成分上，桂西南地區(qū)靠近平果鋁土礦床的老基底寒武系的w(Al2O3)平均值為21.05%，高于其周圍出露的輝綠巖 [平均w(Al2O3)=15.23%]、桂中寒武系 [平均w(Al2O3)=13.10%] 和桂北寒武系 [平均w(Al2O3)=13.56%] 的Al2O3含量，顯示出桂西南老基底寒武系具備為平果鋁土礦提供成礦物質(zhì)的條件。

2)平果三個礦床與桂西南寒武系老基底地層的稀土配分模式相似，且均有顯著的Eu負(fù)異常。

3)平果三個礦床與桂西南老基底地層的LREE/HREE比值相比變化較大，說明沉積鋁土礦的LREE較之HREE顯著富集。

4)平果礦床沉積型鋁土礦的物質(zhì)來源為桂西南老基底寒武系。