貴州正安鋁土礦基底地貌控礦作用及找礦意義
——以正安旦坪鋁土礦床Ⅰ號(hào)礦體為例

李源洪，杜紅毅，李信念，劉 旭，胡 鵬

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局106地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000)

貴州省正安地區(qū)鋁土礦主要分布于新模、張家院、安場三個(gè)向斜構(gòu)造之中，查明資源量近3.5億噸，為貴州鋁土礦在全國保持資源優(yōu)勢(shì)起到了舉足輕重的作用。旦坪鋁土礦是貴州省正安地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)具超大型規(guī)模的鋁土礦床，其礦石資源量達(dá)1.1億噸，其中Ⅰ號(hào)礦體為區(qū)內(nèi)礦石品質(zhì)最好、控制程度最高、資源規(guī)模較大的一個(gè)主礦體，其已基本完成勘探工作，單礦體圈定資源規(guī)模達(dá)到大型礦床規(guī)模。因此對(duì)其成礦規(guī)律的研究可以很好地指導(dǎo)正安地區(qū)鋁土礦的找礦勘查工作。

1 成礦地質(zhì)背景

貴州正安旦坪鋁土礦位于渝南-黔北鋁土礦成礦帶-務(wù)正道早二疊世阿瑟爾期至亞丁斯克期鋁土礦成礦亞帶(徐志剛 等，2008，劉平 等，1999)，區(qū)內(nèi)地層由老至新依次有志留系下統(tǒng)韓家店組，石炭系上統(tǒng)黃龍組，二疊系下統(tǒng)大竹園組，二疊系中統(tǒng)梁山組、棲霞組、茅口組，二疊系上統(tǒng)長興組、吳家坪組。含礦層位為二疊系下統(tǒng)大竹園組的中上部，基底主要為志留系下統(tǒng)韓家店組頁巖，其次為石炭系中統(tǒng)黃龍組，其中韓家店頁巖富含水云母，是鋁土成礦物源的最大貢獻(xiàn)者(韓英 等，2014)，務(wù)正道地區(qū)早二疊世紫松期-隆林期古地理環(huán)境為一個(gè)向北開口的半封閉海灣(崔濤 等，2013)，研究區(qū)旦坪鋁土礦的形成環(huán)境主要為半封閉海灣向近岸平原過渡的濱岸濕地(圖1)。

圖1 早二疊世紫松期-隆林期古地理圖 (據(jù)杜遠(yuǎn)生 等，2014)Fig.1 Paleogeographic map in Zisong period and Longlin period of early Permian

2 礦床特征

區(qū)內(nèi)含礦層位為二疊系下統(tǒng)大竹園組(P1d)，習(xí)稱鋁土礦含礦巖系。其下部為(淺)灰綠、黃綠、灰白色綠泥石粘土巖、鐵綠泥石巖、水云母粘土巖、含鐵質(zhì)或鐵質(zhì)粘土巖、含豆鮞或碎屑狀粘土巖，偶見黃鐵礦(層)赤鐵礦層；中上部為灰白色、淺灰色、灰色、深灰至黑灰色碎屑狀、豆鮞狀、致密狀、半土狀鋁土礦或鋁土巖，常見黃鐵礦呈團(tuán)塊狀、結(jié)核狀、星點(diǎn)狀、細(xì)脈狀和葉片狀產(chǎn)出；頂部為灰白、淺灰色、灰色粘土巖，含豆鮞(復(fù)豆鮞)狀及碎(礫)屑狀粘土巖，含植物化石碎片；含礦巖系內(nèi)見蕨類植物孢子和裸子植物花粉。

圖2 正安縣旦坪鋁土礦床地質(zhì)略圖(據(jù)《中國礦產(chǎn)地質(zhì)志·貴州卷·鋁土礦》修編)

3 樣品采集及數(shù)理統(tǒng)計(jì)

本次研究樣品主要來源于旦坪鋁土礦Ⅰ號(hào)礦體勘探的146個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，共計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)了礦系厚度、礦體厚度、三氧化二鋁含量、鋁硅比值、二氧化硅含量數(shù)據(jù)點(diǎn)5個(gè)參數(shù)，數(shù)據(jù)點(diǎn)均為146個(gè)(表1)。從標(biāo)準(zhǔn)偏差看本次采用數(shù)據(jù)中礦系厚度、礦體厚度離散程度較小，數(shù)據(jù)較為集中，三氧化二鋁、鋁硅比值及二氧化硅數(shù)據(jù)相對(duì)較為離散，數(shù)據(jù)變化稍大。但從變異系數(shù)看數(shù)據(jù)變異系數(shù)均小于1，整體較為均一，離散程度低，因此本次使用的樣品數(shù)據(jù)具有較好代表性。

表1 旦坪鋁土礦Ⅰ號(hào)礦體礦體特征統(tǒng)計(jì)表

表注：依據(jù)146個(gè)勘探鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

4 基底微地貌特征

4.1 基底微地貌編圖方法

研究區(qū)鋁土礦產(chǎn)于二疊系下統(tǒng)大竹園組中，其直接沉積于下伏志留系韓家店組或石炭系中統(tǒng)黃龍組地層之上，早二疊世時(shí)期，受加里東運(yùn)動(dòng)影響，務(wù)正道地區(qū)發(fā)生大規(guī)模的水位下降，鋁土礦基底地層上石炭統(tǒng)黃龍組或下志留統(tǒng)韓家店組長期遭受風(fēng)化剝蝕而形成準(zhǔn)平原化地貌，在準(zhǔn)平原化地貌中形成了大小不等、深淺不一的盆地。在此之后沉積了含鋁巖系早二疊世大竹園組，該時(shí)期務(wù)正道地區(qū)整體為向北開口的半封閉海灣的沉積環(huán)境，而正安地區(qū)表現(xiàn)為濱岸濕地環(huán)境，僅存在垂向上的水位變化，未發(fā)生水平方向的擠壓或拉張。至中二疊世發(fā)生長期海侵形成了梁山組泥質(zhì)巖和棲霞組、茅口組灰?guī)r沉積，為鋁土礦含鋁巖系或鋁土礦的保存提供了足夠的蓋層條件，使之免受剝蝕。因此利用鉆孔揭露礦系厚度可以反應(yīng)基底古地貌，本次研究編圖方法是系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)Ⅰ號(hào)礦體實(shí)施的勘探鉆孔礦系厚度，取負(fù)值利用sufer8.0軟件中的表面圖、等值線圖功能生成基底三維微地貌圖來直觀反應(yīng)研究區(qū)基底微地貌的特征。

4.2 基底微地貌特征

圖3 三維基底微地貌圖

圖4 黃龍組灰?guī)r分布圖

4.3 礦體厚度、品位特征及其與礦系厚度的相關(guān)性規(guī)律

根據(jù)研究區(qū)礦系厚度、礦體厚度、三氧化二鋁含量及鋁硅比值相關(guān)系數(shù)矩陣(表2)，研究區(qū)共有樣本數(shù)146個(gè)，按0.05的顯著水平，相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)臨界值為0.162 52，礦體厚度與礦系厚度相關(guān)系數(shù)為0.51，Al2O3含量與礦系厚度相關(guān)系數(shù)0.44，呈明顯正相關(guān)，SiO2與礦系厚度相關(guān)系數(shù)-0.42，呈明顯負(fù)相關(guān)，Al/Si值相關(guān)系數(shù)0.21，呈現(xiàn)一般正相關(guān)，SiO2含量與Al2O3含量相關(guān)系數(shù)-0.83，相關(guān)性極強(qiáng)，呈極其明顯負(fù)相關(guān)。

表2 旦坪鋁土礦Ⅰ號(hào)礦體礦體特征數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣(顯著水平=0.05)

4.4 研究區(qū)沉積基底與古地理、地貌

研究區(qū)鋁土礦的沉積基底包括2種類型：①志留系下統(tǒng)韓家店組泥質(zhì)巖；②石炭系上統(tǒng)黃龍組灰?guī)r。從黃龍組厚度等值線圖(圖4)可以看出，以韓家店組泥質(zhì)巖為基底的主要分布在研究區(qū)南部，以黃龍組灰?guī)r為基底的則位于北部。這說明在石炭紀(jì)時(shí)期研究區(qū)北部存在一定的淺海相碳酸鹽巖沉積，而南部為地勢(shì)較高的剝蝕區(qū)，區(qū)內(nèi)地貌總體存在南高北低的特征，而與道真、務(wù)川一帶相比研究區(qū)黃龍組灰?guī)r厚度較薄，結(jié)合前人研究將研究區(qū)歸屬于海相向陸相過度的濱岸濕地環(huán)境較為妥當(dāng)。從研究區(qū)含礦巖系的組合特征看，區(qū)內(nèi)礦石以碎屑狀、豆鮞狀鋁土礦為主，約占所有礦石的93%，也體現(xiàn)出該區(qū)沉積環(huán)境為水動(dòng)力較強(qiáng)的高能環(huán)境，此外前人對(duì)該區(qū)W(B)進(jìn)行了采樣分析，指示亦接近海陸過渡相，因此可以認(rèn)為研究區(qū)鋁土礦形成的古地理為濱岸濕地，總體地勢(shì)為南高北低。

圖5 礦系、礦體厚度及品位等值線圖

5 基底控礦作用及找礦意義討論

5.1 基底微地貌控礦

正安地區(qū)鋁土礦基底巖性以下志留統(tǒng)韓家店組(S1hj)灰黃色、紫紅色伊利石頁巖為主，次為上石炭統(tǒng)黃龍組(C2h)淺灰色厚層粗晶灰?guī)r。根據(jù)正安地區(qū)早二疊世鋁土礦的成礦模式圖(如圖6)。鋁土礦成礦作用經(jīng)歷了風(fēng)化作用(紅土化或鈣紅土化作用)、淋濾作用、搬運(yùn)作用、沉積作用和成巖作用等幾個(gè)階段。也就是說正安地區(qū)是黔北古陸的含鋁碎屑巖及少量的碳酸鹽巖經(jīng)過紅土化作用形成了成礦母質(zhì)，再經(jīng)過搬運(yùn)作用到海陸交互的近岸平原、濱岸濕地、半封閉海灣等環(huán)境下通過沉積和后期的淋濾等改造作用形成礦體。通過對(duì)務(wù)正道地區(qū)不同類型礦石的分布特征研究已經(jīng)表明，正安新模向斜地區(qū)總體屬于海水動(dòng)力較強(qiáng)的濱岸濕地環(huán)境(崔濤 等，2013)，其古水文地質(zhì)條件區(qū)別不大，此外整個(gè)正安地區(qū)在成礦期均處于古緯度8.2°赤道附近的熱帶地區(qū)，氣候濕熱，然而卻出現(xiàn)了礦體厚度、礦石品質(zhì)的較大差異，側(cè)面說明了古地貌在該區(qū)鋁土礦的形成過程中取到了至關(guān)重要的作用。正安地區(qū)早二疊世鋁土礦沉積盆地主要是硅質(zhì)陸屑巖的侵蝕平原上的負(fù)地貌，雖相對(duì)黔中地區(qū)鋁土礦基底起伏明顯平緩，但是從旦坪地區(qū)的基底微地貌可以看出仍然存在著深度15米以內(nèi)起伏，其是控制鋁土礦形成過程中礦體的就位和品位的富集的關(guān)鍵因素。從礦體厚度、品位特征及其與礦系厚度的相關(guān)性分析及 礦體厚度、品位等值線圖與礦系厚度等值線圖、三維基底微地貌圖對(duì)比耦合均表明了基底微地貌是研究區(qū)的重要控礦因素，其控制了礦體形成、厚度及礦石品質(zhì)。

前人在黔中、務(wù)正道以及龍里地區(qū)的研究成果(翁申富 等，2013，吳波 等，2020，陳文一 等，1984，梅冥相 等，1991，盛章琪 等，2010，陳慶剛 等，2012，劉平 等，2020)已經(jīng)表明，務(wù)正道地區(qū)、黔中地區(qū)、凱里地區(qū)鋁土礦成礦因素大體一致，最大的差別主要體現(xiàn)在含礦巖系厚度上，也就是說基底微地貌的不同，這也側(cè)面說明鋁土礦沉積基底的微地貌是控制研究區(qū)鋁土礦形成關(guān)鍵因素。

圖6 早二疊世鋁土礦成礦模式圖(據(jù)《中國礦產(chǎn)地質(zhì)志·貴州卷·鋁土礦》)

5.2 基底微地貌控礦作用及找礦意義

以往研究成果表明，濕熱的氣候、負(fù)地形地貌、充裕的風(fēng)化時(shí)間、植被和微生物參與、氧化和酸性的沉積環(huán)境、通暢的水文系統(tǒng)是鋁土礦形成的成礦地質(zhì)條件(杜遠(yuǎn)生 等，2014，Yu et al.2019，余文超 等，2013)，正安旦坪地區(qū)鋁土礦形成于濱岸濕地環(huán)境，由于其海陸交互的沉積環(huán)境，保障了水文系統(tǒng)的通暢，因此在小范圍內(nèi)古地貌條件控礦作用更為明顯，負(fù)地貌為風(fēng)化剝蝕后的含礦物質(zhì)提供了搬運(yùn)駐留的儲(chǔ)存空間，是礦床形成的基礎(chǔ)。儲(chǔ)存在負(fù)地貌內(nèi)的鋁硅酸鹽巖紅土，由于洼地的存在，形成了一個(gè)淋濾作用的溫床，受到后期多期淋濾作用，易溶于水的Fe、Si、Mg、Ca等元素被地下水帶走，而難溶于水的Al、Ti等元素則相對(duì)富集，從而形成鋁土礦床。而由于局部地形洼地則控制了淋濾作用時(shí)間的長短，從而控制了鋁土礦礦體的厚度及品質(zhì)，通過整理對(duì)比旦坪1號(hào)礦體中的礦系厚度最大的鉆孔ZK606與礦系較薄的鉆孔ZK1316可以明顯看出(圖7)，ZK606鉆孔經(jīng)歷了3個(gè)期次的淋濾作用，形成了黑白相間的3個(gè)淋濾旋回，其礦體厚度達(dá)5.30m厚，單工程Al2O3達(dá)到73.63%，鋁硅比達(dá)20.92，不僅礦體較厚，品質(zhì)也更好，而礦系厚度較薄的ZK1316鉆孔，僅出現(xiàn)了1個(gè)淋濾旋回，Al2O3最高含量僅35.32%，未成礦。旦坪地區(qū)洼地內(nèi)鋁土礦形成一般經(jīng)歷了2-4期的淋濾作用，而高地上則通常只表現(xiàn)為1期或無法看出淋濾旋回，洼地內(nèi)含礦層遭受了更長時(shí)間的淋濾，因此高品質(zhì)的鋁土礦往往產(chǎn)于古地貌凹地的中心，向外礦體厚度與品質(zhì)逐漸變薄、變差，從圖3、圖4中可以明顯看出三氧化二鋁、鋁硅比值的濃集中心正好集中在凹地最深區(qū)域，很好地印證了這一結(jié)論。因此筆者認(rèn)為研究區(qū)鋁土礦的沉積基底負(fù)地貌是控制礦床形成的基礎(chǔ)，為鋁土礦的形成提供了淋濾場所，從而控制了鋁土礦產(chǎn)出的形態(tài)及厚度，而微地貌中的負(fù)地形洼地通過影響后期品位富集的關(guān)鍵淋濾作用的時(shí)間來控制了礦石品質(zhì)的好壞。

基于以上成果，筆者認(rèn)為對(duì)于此類鋁土礦的勘查應(yīng)著重注意對(duì)基底古微地貌的研究，研究成礦期基底古微地貌特征，找尋地形相對(duì)較低的盆地作為找礦靶區(qū)，將鉆孔布置在盆地中的凹地內(nèi)，避開臺(tái)地，有利于提高見礦率，找到大礦、富礦。

圖7 典型鉆孔淋濾期次對(duì)比圖

6 結(jié)論

(1)旦坪鋁土礦Ⅰ號(hào)礦體沉積古地貌總體表現(xiàn)為南高北低，北部表現(xiàn)為碳酸鹽巖古巖溶地貌，南部表現(xiàn)為硅酸鹽巖風(fēng)化侵蝕地貌。

(3)正安地區(qū)鋁土礦的沉積基底微地貌主要通過影響后期淋濾作用的時(shí)間長短控制礦體的厚度與礦石品質(zhì)。

(4)正安地區(qū)的勘查找礦要著重加強(qiáng)對(duì)基底古地貌及原型盆地恢復(fù)的研究，將勘查重點(diǎn)靶區(qū)放在盆地內(nèi)，工程布置于盆地凹地內(nèi)，可以提高見礦率，找到大礦富礦。

致謝：文章所用數(shù)據(jù)來源于旦坪鋁土礦精查項(xiàng)目組，成文過程中得到了李沛剛、翁申富、朱永紅三位研究員的指導(dǎo)，在此對(duì)項(xiàng)目組所有參加人員及三位指導(dǎo)老師表示衷心的感謝！