滇東南文山地區(qū)與桂西平果地區(qū)鋁土礦品位差異原因分析*

陳茂昇，楊海林

(昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

0 引言

文山州是云南省鋁土礦資源較豐富的地區(qū)之一，該地區(qū)二疊紀(jì)形成的鋁土礦主要賦存于晚二疊吳家坪期形成的龍?zhí)督M、吳家坪組地層中。平果位于廣西省百色市，地處桂西，百色市與文山州相接，二疊紀(jì)形成的鋁土礦主要賦存于晚二疊龍?zhí)督M或合山組地層中。

雖然兩地鋁土礦賦存地層時(shí)期相當(dāng)，但桂西平果地區(qū)的鋁土礦Al2O3含量明顯高于滇東南一帶。由于晚二疊時(shí)期，平果地區(qū)與文山地區(qū)處于同一沉積盆地——右江盆地中[1]，該盆地位于南華洋盆南部。平果地區(qū)位于右江盆地中部偏南東方向，文山地區(qū)位于右江盆地西部。龍?zhí)督M與吳家坪組為晚二疊同期異相地層。合山組形成于晚二疊世的吳家坪期至長興期，與龍?zhí)督M為同期異相地層，且鋁土礦多存在于合山組下部[2]。故本文將處于滇東南的文山州龍?zhí)督M、吳家坪組與桂西地區(qū)的龍?zhí)督M、合山組進(jìn)行對比，從巖相古地理角度分析造成兩地鋁土礦品位差異的原因。

1 區(qū)域地質(zhì)

1.1 區(qū)域構(gòu)造

1.1.1 文山州區(qū)域地質(zhì)

該區(qū)域位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺的西南緣，是該構(gòu)造單元的組成部分，西南面與哀牢山斷塊毗鄰，其構(gòu)造單元屬華南褶皺系的滇東南褶皺帶，文山-富寧褶斷束，為越北古陸邊緣坳陷帶，地殼運(yùn)動(dòng)以升降運(yùn)動(dòng)為主[3](見圖1)。

圖1 滇東南構(gòu)造分區(qū)(簡圖，據(jù)文獻(xiàn)[1])

由于本區(qū)地跨多個(gè)構(gòu)造單元，沉積建造在時(shí)間和空間上比較復(fù)雜。中二疊世晚期，本區(qū)隆起為陸，發(fā)生沉積間斷，區(qū)內(nèi)大部分地段的下二疊統(tǒng)地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，局部甚至剝蝕殆盡，導(dǎo)致上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M與下伏石炭紀(jì)地層呈不整合接觸[1]。該地層因長時(shí)間暴露而被風(fēng)化，風(fēng)化產(chǎn)物在古巖溶作用下，形成紅土化風(fēng)化殼，為上二疊統(tǒng)原生沉積鋁土礦床的形成提供了物質(zhì)條件。上二疊統(tǒng)-三疊系為一套厚度不大的碳酸鹽建造和砂泥質(zhì)建造。

1.1.2 桂西區(qū)域地質(zhì)

平果位于右江褶皺斷裂帶的中部，褶皺斷裂構(gòu)造發(fā)育。斷裂以右江大斷裂為主，并發(fā)育許多次級斷裂(見圖2)。

圖2 平果礦區(qū)地理位置及構(gòu)造位置(據(jù)文獻(xiàn)[4])

出露地層有晚古生界地層，三疊系地層與新生代地層。除第四系為陸相外，其余地層均為淺海相碳酸鹽巖及碎屑巖沉積。鋁土礦所賦存的上二疊統(tǒng)地層與其下伏中二疊統(tǒng)茅口組呈平行不整合接觸。

1.2 區(qū)域地層

1.2.1 滇東南地層

滇東南沉積型鋁土礦的含礦地層為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M，下伏地層主要為下石炭大塘組或上石炭威寧組。

二疊系：龍?zhí)督M分為上下兩段。上段為灰色、灰白色薄層狀硅質(zhì)巖，局部見厚度不等的煤層；下段為紫紅色、灰綠色、灰色致密塊狀鋁土礦(鋁土巖)，局部夾灰黑色薄至中層狀灰?guī)r，含有化石。

吳家坪組：該組為濱-淺海臺地相沉積，下部為黃褐色、棕紅色鋁土巖和鋁土質(zhì)泥巖；中上部為深灰、灰黑色中-薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r、生物灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，局部夾硅巖。下與峨眉山玄武巖平行不整合或超覆于下層灰?guī)r層之上，與上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M為同期異相，主要分布于廣南、板茂、麻栗坡鐵廠及富寧等地(見圖3)。

圖3 滇東南及桂西平果含鋁巖段對比

1.2.2 桂西平果地區(qū)地層

沉積型鋁土礦主要賦存于上二疊統(tǒng)合山組中，合山組為潮平潟湖、沼澤(或泥炭坪)與孤立臺地相沉積的交替組合[2]。

二疊系：茅口組地層為厚層-塊狀淺灰色、灰白色生物屑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，細(xì)晶-中晶，部分地段底部夾一層厚層狀白云巖[4]。

合山組地層上段為淺色灰?guī)r層及巨厚層狀鮞?；?guī)r，下段為鋁土礦含礦地層、頁巖夾煤層、生物碎屑灰?guī)r及白云巖，與茅口組為不整合接觸。

2 沉積相劃分及特征

通過對剖面及地質(zhì)資料的分析，根據(jù)巖性組合、沉積構(gòu)造等特征得出滇東南地區(qū)上二疊統(tǒng)地層的沉積型鋁土礦相帶總體具有開闊臺地相特點(diǎn)，屬局限淺海穩(wěn)定沉積環(huán)境。桂西地區(qū)由于臺地區(qū)域性抬升、暴露、剝蝕風(fēng)化，造成上二疊統(tǒng)底部廣布古風(fēng)化殼。吳家坪初期在溫濕氣候條件下海侵，沉積了潮平潟湖或泥炭坪的泥質(zhì)、灰泥質(zhì)、鋁鐵質(zhì)及含煤建造。滇東南和桂西沉積相分別見表1、表2。

表1 滇東南沉積相分類

表2 桂西沉積相分類

2.1 濱淺海環(huán)境

2.1.1 半閉塞臺地

半閉塞臺地相沉積(局限淺海)分布于文山一帶。外側(cè)為開闊臺地，內(nèi)側(cè)為濱海帶，北與羅平臺盆相鄰。僅局部地區(qū)發(fā)育小規(guī)模沼澤。水體循環(huán)受一定限制，水動(dòng)力較弱，沉積物以泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖、頁巖為主，含少量泥質(zhì)粉砂巖、硅質(zhì)巖，底部吳家坪組含鋁土礦層[3]。

2.1.2 開闊臺地

開闊臺地相沉積(局限淺海)硯山-富寧地區(qū)海水與外海連通，水體能量中等，灰?guī)r占巖石總量的80%以上，主要由灰色泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r、生物屑灰?guī)r、骨屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r組成，底部吳家坪組為粉砂質(zhì)泥巖，鐵鋁質(zhì)泥巖及鋁土巖。以大量正常海相化石類、有孔蟲、腕足類、海綿、珊瑚、雙殼類、腹足類、藻類等為特征，沼澤基本不發(fā)育，僅個(gè)別點(diǎn)(如硯山干河)形成小規(guī)模沼澤，所形成的煤層薄、分布范圍小[3]。

潮坪相帶外側(cè)由于經(jīng)常受海水浸漫，對沼澤發(fā)育不利。

2.1.3 孤立陸棚臺地

桂西一帶主要為有島嶼的孤立陸棚臺地，島嶼主要為大新古島，該島主要遭受化學(xué)風(fēng)化，為周圍臺地的沉積提供細(xì)粒陸源物質(zhì)[2]。

臺緣礁灘亞相多沿臺地呈不連續(xù)帶狀分布，水動(dòng)力較強(qiáng)。

臺緣后側(cè)潟湖亞相分布于臺緣礁灘相與大新古島之間的區(qū)域，古風(fēng)化殼之上的含鋁地層巖性為鋁土巖、鋁土質(zhì)黏土巖、泥質(zhì)巖。

2.2 淺海-深海環(huán)境

2.2.1 臺盆

廣南那梭臺盆和富寧以東的臺盆，水體滯流，沉積物供給不充分，厚度一般為50 m，最厚達(dá)200 m，以凝灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖、放射蟲硅質(zhì)巖、粉砂巖為主，富寧以東局部夾結(jié)晶灰?guī)r和玄武巖，為補(bǔ)償不足型臺盆。臺盆中多以浮游生物為主，邊緣局部淺水區(qū)有底棲生物，如有孔蟲、棘皮類、介形蟲、腕足類、藻類等。

臺盆邊緣礁灘相沉積廣南一帶有大量的藻屑、藻結(jié)核、海綿、珊瑚等聚集，由此形成了生物礁灰?guī)r、塊灘灰?guī)r、層灘灰?guī)r，并構(gòu)成一帶狀礁、灘，對那梭臺盆起一定的障壁作用。

2.2.2 淺水-半深水盆地

吳家坪期盆地差異不大，盆地內(nèi)發(fā)育火山運(yùn)動(dòng)，主要有硅質(zhì)巖、硅泥質(zhì)巖、火山碎屑濁積巖等，廣西北西向盆地以中-基性火山巖及火山碎屑巖為主。

至長興期盆地規(guī)模增大，此時(shí)期桂西地區(qū)已發(fā)育為深水盆地，平果縣所在的百色地區(qū)中基性火山巖最盛。在臺地邊緣發(fā)育有潛水盆地沉積組合，與半深水-深水盆地為過渡關(guān)系[2]。

3 含礦地層的地化特征與示蹤

本次對丘北的架木格、飛尺角、古城等礦區(qū)，文山的天生橋-者五舍礦區(qū)、楊柳井礦區(qū)，廣南砂子塘礦區(qū)及桂西平果地區(qū)的含礦巖系主、微量元素及稀土元素進(jìn)行整理，共得數(shù)據(jù)40組，巖性為鋁土礦、鐵鋁質(zhì)巖、鋁質(zhì)黏土巖的數(shù)據(jù)37組，另取2組玄武巖數(shù)據(jù)、1組灰?guī)r數(shù)據(jù)。

3.1 主量元素對比

主量元素在沉積巖中的應(yīng)用主要為海陸沉積相的劃分，古氧化還原環(huán)境的判別，古氣候、古水深及物源的地球化學(xué)示蹤。

對比主量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可知：平果那豆礦區(qū)Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯比云南文山地區(qū)的高；鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與文山鋁土礦相比較低，TFeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.36%～0.13%，平均為1.81%；TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較文山鋁土礦的低。

6個(gè)鋁土礦礦區(qū)中鋁土礦的SiO2、Na2O與K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯示滇東南與桂西地區(qū)的鋁土礦均為島弧沉積(見圖4)。與滇東南地區(qū)鋁土礦相比，平果那豆礦區(qū)鋁土礦中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，TFeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為1.81%。

圖4 研究區(qū)鋁土礦ω(Na2O+K2O)與ω(SiO2)的對應(yīng)關(guān)系

根據(jù)ω(MgO)/ω(CaO)可以判斷沉積物沉積時(shí)的氣候環(huán)境[5-6]。在炎熱干旱的氣候下該值較高，在溫暖濕潤的氣候下該值較低[7-8]。由6個(gè)礦區(qū)的ω(MgO)/ω(CaO)(見圖5)可以看出，平果地區(qū)的氣候相對文山較干熱，鋁土礦品質(zhì)或與氣候有關(guān)。

圖5 各礦區(qū)的ω(MgO)/ω(CaO)

由ω(Mg)/ω(Ca)(見圖6)可以看出：該值與ω(Mg)/ω(Ca)總體對應(yīng)，顯示砂子塘至那豆一帶氣候較文山其他礦區(qū)干熱；砂子塘礦區(qū)ω(Mg)/ω(Ca)最接近那豆礦區(qū)，且鋁土礦品位高于文山地區(qū)其他礦區(qū)。

圖6 各礦區(qū)的ω(Mg)/ω(Ca)

3.2 微量元素

3.2.1 比值法

鈾與釷兩種元素在風(fēng)化過程中表面氧化后易分離，其中，鈾元素易被氧化淋濾掉，而釷元素則容易吸附在黏土礦物上。因此，該比值常被用來判斷水介質(zhì)的性質(zhì)[9-11]。

砂子塘與飛尺角礦區(qū)的鋁土礦ω(Th)/ω(U)有較高的值，在1.98～8.65。文山地區(qū)的4個(gè)礦區(qū)的ω(Th)/ω(U)在1.01～8.65，總體為海陸過渡環(huán)境；而那豆礦區(qū)的ω(Th)/ω(U)較低，為海相至海陸過渡環(huán)境。

3.2.2 沉積環(huán)境的氧化還原條件

對于沉積環(huán)境的氧化還原條件的判斷，常用ω(U)/ω(Th)、ω(V)/ω(Ni)、ω(V)/ω(V+Ni)、ω(V)/ω(Cr)、ω(Ni)/ω(Co)、δ(Eu)與δ(Ce)等進(jìn)行判斷[7,12-14]，判別標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 氧化還原環(huán)境判斷標(biāo)準(zhǔn)

滇東南地區(qū)的ω(V)/ω(Cr)為0.25～3.25，11個(gè)樣品為還原環(huán)境，12個(gè)樣品為氧化環(huán)境；平果那豆礦區(qū)樣品均為氧化沉積環(huán)境。由ω(Ni)/ω(Co)可知，滇東南文山地區(qū)14個(gè)樣品為氧化環(huán)境，9個(gè)樣品為還原環(huán)境；那豆礦區(qū)均為氧化沉積環(huán)境。由ω(U)/ω(Th)可知，文山地區(qū)與那豆礦區(qū)絕大多數(shù)為氧化環(huán)境，極少數(shù)為還原環(huán)境(見圖7)。從微量元素的數(shù)據(jù)來看，滇東南文山地區(qū)的鋁土礦沉積環(huán)境多為氧化環(huán)境，部分地區(qū)為貧氧環(huán)境。而平果地區(qū)則氧氣充足，氧化反應(yīng)進(jìn)行得比文山地區(qū)好，故鋁土礦品質(zhì)較好。

圖7 研究區(qū)鋁土礦微量元素分析

3.2.3 鋁土礦物源分析

礦區(qū)微量元素蛛網(wǎng)圖如圖8、圖9所示。由圖8可知，平果那豆礦區(qū)鋁土礦主要來源為海南五指山花崗巖，部分來自下伏碎屑巖。由圖9可知：砂子塘礦區(qū)鋁土礦物源主要以下伏灰?guī)r為主，峨眉山玄武巖為次要物質(zhì)來源；文山其他礦區(qū)主要物源為玄武巖，灰?guī)r為次要物質(zhì)來源。

圖8 平果那豆鋁土礦與海南五指山花崗巖微量元素蛛網(wǎng)圖

圖9 文山各礦區(qū)微量元素蛛網(wǎng)圖

3.3 稀土元素

砂子塘地區(qū)鋁土礦稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體較高，為721.52×10-6～1 491.27×10-6，平均為1 036.95×10-6；輕稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為484.93×10-6～946.47×10-6，平均為709.82×10-6；重稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82.56×10-6～148.30×10-6，平均為112.05×10-6，重稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)中等。古城礦區(qū)的鋁土礦稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)與砂子塘地區(qū)相似，輕稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，平均為543.67×10-6；重稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般，平均為80.88×10-6。文山其他礦區(qū)的鋁土礦輕稀土較砂子塘礦區(qū)、古城礦區(qū)低，鋁土礦品質(zhì)也較差。架木格地區(qū)的鋁土礦顯示出Eu的正異常，表明該地區(qū)在晚二疊世為還原環(huán)境。重輕稀土分餾程度不等，輕稀土元素與重稀土元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為1.43～14.61，平均為6.70。

平果地區(qū)鋁土礦中稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，為63.60×10-6～704.90×10-6，平均為281.77×10-6。輕稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54.60×10-6～630.20×10-6，平均為239×10-6；重稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，為9.04×10-6～74.67×10-6，平均為42.73×10-6。重輕稀土分餾程度不等，輕稀土元素與重稀土元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為2.98～8.44，平均為5.50。Eu的負(fù)異常表示該地區(qū)為富氧沉積環(huán)境。

3.4 討論

從主量元素含量來看，平果地區(qū)在晚二疊世的沉積環(huán)境中，溫度較文山地區(qū)高，風(fēng)化作用好。微量元素含量顯示，文山地區(qū)在鋁土礦沉積環(huán)境中有氧化環(huán)境也有還原環(huán)境，而平果地區(qū)的鋁土礦沉積環(huán)境均為氧化環(huán)境，這有利于鋁土礦的形成。在稀土元素的分配中，平果地區(qū)的鋁土礦稀土元素分配與海南五指山花崗巖相似，海南五指山花崗巖形成于早二疊世，地理位置與桂西地區(qū)相鄰，在時(shí)間與空間上均存在可能性。

4 結(jié)論

a.云南文山地區(qū)與桂西平果地區(qū)的鋁土礦分布規(guī)律為由文山向平果地區(qū)方向品位逐漸升高。在參與對比的礦區(qū)中，平果礦區(qū)的鋁土礦品位最高。在文山地區(qū)中，與桂西平果地區(qū)相距最近的砂子塘礦區(qū)鋁土礦品位最高。

b.云南文山地區(qū)的鋁土礦與平果地區(qū)鋁土礦品位存在較大差異的原因可能是：①平果地區(qū)沉積環(huán)境全部為氧化環(huán)境，而文山地區(qū)既有氧化環(huán)境又有還原環(huán)境，完全處于氧化環(huán)境下的平果地區(qū)更容易形成高品位鋁土礦；②平果地區(qū)在晚二疊世的環(huán)境下，溫度相對文山地區(qū)高，有利于風(fēng)化作用和氧化作用的進(jìn)行；③文山地區(qū)的物源主要為峨眉山玄武巖與下伏灰?guī)r，而平果地區(qū)的物源為海南五指山花崗巖，物源不同導(dǎo)致了鋁土礦的品位差異。