貴州務(wù)正道地區(qū)鋁土礦成礦規(guī)律淺析

田合利 ，聶 坤，李信念

(貴州省地礦局一〇六地質(zhì)大隊(duì) 貴州 遵義 563000)

貴州務(wù)正道(務(wù)川-正安-道真)鋁土礦礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查調(diào)查區(qū)位于貴州省遵義市務(wù)川縣、正安縣、道真縣，2016年6月至2017年10月完成1∶50000舊城幅遙感地質(zhì)解譯及礦產(chǎn)地質(zhì)填圖453km2；地質(zhì)剖面59.63km，1：100精細(xì)剖面測(cè)量1.01km /97條；并開展一般工作區(qū)概略檢查及道真向斜、浣溪向斜重點(diǎn)工作區(qū)的重點(diǎn)檢查工作。

1 成礦地質(zhì)背景及地質(zhì)條件

調(diào)查區(qū)大地構(gòu)造屬揚(yáng)子陸塊，上揚(yáng)子地塊，黔北隆起區(qū)，鳳岡南北向構(gòu)造變形區(qū)(《貴州省區(qū)域地質(zhì)志》 2013)。屬近南北向黔中-渝南鋁土礦成礦帶內(nèi)正安鋁土礦帶和道真鋁土礦帶。出露最老地層為寒武系第二段金頂山組，最新為晚白堊系茅臺(tái)群。古生界缺失泥盆系，殘留部分晚石炭系黃龍組，中二疊系至晚白堊系較為發(fā)育[1]。中晚寒武系以臺(tái)地相碳酸鹽巖為主，出露于各背斜核部；奧陶系為碳酸鹽巖夾碎屑巖建造，志留系、上石炭統(tǒng)以及中二疊統(tǒng)早期淺海陸棚-臺(tái)地碎屑巖及碳酸鹽巖主要分布于測(cè)區(qū)中北部，呈斷續(xù)透鏡狀產(chǎn)出；晚二疊世海陸交互相龍?zhí)督M與淺海相合山組為一套含煤巖系，主要出露于各向斜中；中二疊世至中三疊世早期遍及全區(qū)；侏羅系主要分布于測(cè)區(qū)西北隅，北部白堊系為大型內(nèi)陸河湖砂泥巖沉積；東南部零星白堊系為小型內(nèi)陸山間盆地類復(fù)理式砂礫巖沉積，第四系在黔北山地殘留不多。區(qū)域內(nèi)近南北向褶皺構(gòu)造、逆沖斷裂及北東向斷裂發(fā)育。鳳岡南北向褶皺區(qū)東部褶皺軸以近南北向及北北東為主，大型褶皺多復(fù)式褶皺，延長(zhǎng)數(shù)十至百余千米，以線狀緊閉型為主，與中常-寬緩型疏密相嵌，為侏羅山式褶皺。大型走向逆沖斷層發(fā)育，走向大多北東向，斷面多傾向北西，形成疊瓦狀組合。其次北東向斷層較發(fā)育，斜切大型褶皺，表現(xiàn)為走滑性質(zhì)[2]。

2 務(wù)正道地區(qū)鋁土礦地質(zhì)特征

務(wù)正道地區(qū)鋁土礦床位于正安鋁土礦帶和道真鋁土礦帶內(nèi)二疊系下統(tǒng)大竹園組(P1d)中上部，大竹園組和下伏石炭系上統(tǒng)黃龍組(C2h)或志留系下統(tǒng)韓家店組(S1hj)為平行不整合接觸，局部有古喀斯特地貌和古風(fēng)化殼，在風(fēng)化面上有大量鐵質(zhì)富集，偶見鋁土礦。是沉積型鋁土礦[3]。礦床類型為風(fēng)化沉積型，屬產(chǎn)于碳酸鹽巖侵蝕面上的一水硬鋁型鋁土礦礦床。以單層礦產(chǎn)出為特征，主要保存于向斜構(gòu)造內(nèi)，長(zhǎng)200m～7400m，寬200 m～7700m。呈層狀、似層狀，局部透鏡狀產(chǎn)出，其厚度變化較小，產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀基本一致，除部分地段產(chǎn)狀較陡外，總體產(chǎn)狀平緩。平面上偶見無礦天窗，剖面上偶見無礦地段[4]。

2.1 典型礦床特征

本次1∶5萬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查成果，以“大竹園鋁土礦”為典型礦床對(duì)比研究，總結(jié)其地質(zhì)特征，提取典型礦床成礦要素和預(yù)測(cè)要素，建立工作區(qū)找礦模型。

大竹園鋁土礦礦床是區(qū)內(nèi)最典型礦床，位于黔北務(wù)川縣北部北東-南西向展布的栗園-鹿池向斜區(qū)北段，有1個(gè)礦體出露于向斜兩翼及北部轉(zhuǎn)折端，由西往北向東呈“∩”形展布，走向長(zhǎng)12.5km，寬400m～3800m，展布面積10.13km2。栗園向斜是礦床的主體構(gòu)造格架，其北段是礦床最主要的含礦構(gòu)造體系，無論是向斜的核部還是兩翼均存在鋁土礦層(圖1)。

圖1 大竹園鋁土礦床地質(zhì)略圖(據(jù)貴州省地礦局106地質(zhì)大隊(duì)2014修改)

(1)地層：礦內(nèi)出露志留系蘭多維列統(tǒng)韓家店組，石炭系上統(tǒng)黃龍組、二疊系船山統(tǒng)大竹園組，二疊系陽(yáng)新統(tǒng)梁山組、棲霞組、茅口組，樂平統(tǒng)長(zhǎng)興組、合山組，三疊系下統(tǒng)夜郎組、嘉陵江組及第四系。其中大竹園組是區(qū)內(nèi)鋁土礦賦存層位。下部為黃鐵礦粘土巖、紫紅色、灰色粘土巖、綠泥石粘土巖及綠泥石巖，間或夾有菱鐵礦或赤鐵礦結(jié)核、透鏡體或扁豆體；中上部為灰、灰黃色半土狀、碎屑狀鋁土礦和鋁土巖，偶見灰綠色綠泥石、粘土巖、灰色致密狀鋁土巖或灰色緬狀、豆瓣?duì)钿X土礦等。與下伏地層呈假整合接觸[5]。

(2)礦體(礦層)特征：產(chǎn)于大竹園組含鋁巖系中上部，一個(gè)主礦體，主要以單層產(chǎn)出，出露于栗園-鹿池向斜兩翼及北部轉(zhuǎn)折端，由西往北向東呈扇形展布，產(chǎn)狀與圍巖一致，形態(tài)簡(jiǎn)單完整，連續(xù)穩(wěn)定。礦體厚度0.83m～6.30m，平均厚度為2.06m，在平面上總體呈由地表向深部，從北往南逐漸變薄的趨勢(shì)，沿走向總體上呈現(xiàn)出向南逐漸變薄的趨勢(shì)，走向長(zhǎng)12.5km，寬400m～3800m，展布面積10.94km2(圖1)。提交鋁土礦資源儲(chǔ)量8400余萬噸，含Al2O357.04ω%～73.07ω%，平均63.99ω%，A/S4.21～15.83，平均6.27，達(dá)超大型礦床規(guī)模；下部為灰綠色厚層-塊狀綠泥石粘土巖、綠泥石巖和淺灰及深灰色黃鐵礦粘土巖、粘土巖。局部夾赤鐵礦、硫鐵礦透鏡體(圖2)，大竹園鋁土礦沉積剖面圖如圖3。由下至上為灰綠色中厚層狀致密狀綠泥石粘土巖，淺灰及灰色中厚層狀致密狀黃鐵礦粘土巖，分布于無礦地段[6]。

圖2 大竹園鋁土礦床A—A′剖面圖(據(jù)貴州省地礦局106地質(zhì)大隊(duì)2014修改)

圖3 大竹園鋁土礦沉積剖面圖(據(jù)貴州省地礦局106地質(zhì)大隊(duì)2014修改)

(3)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦物成分：礦石結(jié)構(gòu)有碎屑結(jié)構(gòu)、豆鮞結(jié)構(gòu)、粉晶結(jié)構(gòu)和泥晶結(jié)構(gòu)；構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、半土狀構(gòu)造和致密狀構(gòu)造；以一水硬鋁石為主，其次少量高嶺石、水云母和綠泥石等粘土礦物，極少量的赤鐵礦、黃鐵礦、鋯石、銳鈦礦、金紅石、板鈦礦和電氣石等；

(4)礦石類型及化學(xué)成分：礦石自然類型以半土狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦和致密狀鋁土礦為主，少數(shù)豆鮞狀鋁土礦；工業(yè)類型以低硫型礦石為主，占59.15%，高硫型礦次之，占40.85%，均可用于氧化鋁生產(chǎn)；化學(xué)成分主要為Al2O3、SiO2、Fe2O3、SiO2、TiO2、TS和LOI。S是鋁土礦中有害物質(zhì)，地表礦石TS含量低于深部礦石[7]。

2.2 控礦因素

貴州區(qū)域二疊紀(jì)處于南緯8°～14°熱帶地區(qū)，鋁土礦巖石為暗灰-灰黑色，內(nèi)含植物化石葉片，據(jù)此，當(dāng)時(shí)古氣候總體特點(diǎn)為炎熱潮濕，有利于鋁土礦形成，圖4。在巖溶型或沉積型鋁土礦類型中，礦體在含礦系地表、淺部或頂部存在溶洞中，受地表水、地下水淋濾作用是成礦的重要步驟。原生礦石中CaO、SiO2、Fe2O3及S不同程度地被帶走，Al2O3相對(duì)富集。底部黃龍組灰?guī)r殘積物中鋁土礦品質(zhì)較好，可能與黃龍組透水作用使得雜質(zhì)元素隨垂向流動(dòng)的地下水被帶走，使淋濾作用增強(qiáng)有關(guān)[8]。證明淋濾作用對(duì)于鋁土礦的形成有著重要的意義。

圖4 黔北務(wù)正道地區(qū)鋁土礦含礦層下伏地層特征(據(jù)貴州省地礦局106地質(zhì)大隊(duì)2014修改)

2.3 礦床成礦模式

務(wù)正道地區(qū)早二疊世鋁土礦控礦作用表現(xiàn)為沉積古地理控制了含礦巖系分布和厚度，決定了暴露淋濾區(qū)范圍，準(zhǔn)同生及后生淋濾作用控制了鋁土礦品質(zhì)和分布，成礦模式見圖5。找礦模型如圖6。晚石炭世后期，黔北準(zhǔn)平原受大規(guī)模海退而暴露，下二疊統(tǒng)大竹園組和上石炭統(tǒng)黃龍組呈平行不整合，部分地區(qū)黃龍組被剝蝕殆盡形成大竹園組與志留系韓家店組平行不整合。由于該區(qū)處于熱帶干濕相間的氣候條件下，長(zhǎng)期的風(fēng)化作用導(dǎo)致黃龍組巖石風(fēng)化成鈣紅土、韓家店組巖石風(fēng)化成紅土，為早二疊世鋁土礦成礦準(zhǔn)備了充足物源[9]。早二疊世末期到中二疊世早期，黔北地區(qū)又一次發(fā)生大規(guī)模暴露。已經(jīng)形成的鋁土礦和含礦巖系再次經(jīng)歷淋濾。之后中二疊世海侵形成了梁山組泥質(zhì)巖和棲霞組灰?guī)r，沉積又淋濾到大竹園組頂部，導(dǎo)致大竹園組頂部含礦巖系不成礦或礦石品質(zhì)較差。

圖5 務(wù)正道地區(qū)早二疊世鋁土礦的成礦模式(據(jù)貴州省地礦局106地質(zhì)大隊(duì)2014修改)

圖6 務(wù)正道地區(qū)鋁土礦找礦模型圖(據(jù)貴州省地礦局106地質(zhì)大隊(duì)2014修改)

2.4 區(qū)域成礦要素

在“大竹園鋁土礦”典型礦床研究基礎(chǔ)上，總結(jié)典型礦床地質(zhì)特征，提取典型礦床成礦要素，務(wù)正道式鋁土礦成礦要素見表1。

3 務(wù)正道地區(qū)鋁土礦成礦規(guī)律

3.1 古構(gòu)造、古地貌、古氣候及古地理位置

古地磁研究表明，貴州所在區(qū)域于石炭紀(jì)處于南緯8°～14°熱帶地區(qū)，鋁土礦相間的地層為暗灰色-灰黑色，內(nèi)含植物化石葉片，當(dāng)時(shí)古氣候總體特點(diǎn)為炎熱潮濕，這種氣候條件非常有利于鋁土礦的形成[11]。務(wù)正道地區(qū)早二疊世鋁土礦控礦地質(zhì)作用表現(xiàn)為沉積古地理控制了含礦巖系的分布和厚度，決定了暴露淋濾區(qū)的范圍，準(zhǔn)同生及后生的淋濾作用控制了鋁土礦的品質(zhì)和分布[12]。

3.2 成礦時(shí)空演化過程

早二疊世冰期-間冰期引起研究區(qū)大規(guī)模的海侵-海退循環(huán)。在間冰期海侵期，全區(qū)紅土、鈣紅土被淹沒，而在冰期海退期，濱岸平原乃至黔北平原的紅土、鈣紅土向半封閉海灣方向搬運(yùn)，形成含礦巖系。冰期的氣候變化(小冰期)也引起高水位和低水位的差別。在高水位期，濱岸濕地被淹沒，濱岸平原紅土、鈣紅土繼續(xù)向海灣方向搬運(yùn)，在低水位期，濱岸濕地形成，并出現(xiàn)準(zhǔn)同生期的淋濾作用，導(dǎo)致土狀、半土狀優(yōu)質(zhì)鋁土礦的形成[13]。

表1 務(wù)正道式鋁土礦成礦要素

3.3 淋濾作用在鋁土礦成礦過程中的作用

在巖溶型或沉積型鋁土礦類型中，礦體在地表、淺部或礦系頂部存在溶洞地層中經(jīng)受地表水、地下水的淋濾作用被認(rèn)為是鋁土礦成礦的重要步驟。原生礦石中CaO、SiO2、Fe2O3及S不同程度地被帶走，造成Al2O3的相對(duì)富集。隨著淋濾程度的加強(qiáng)，由于易溶礦物的流失使得礦石的孔隙度增加，礦體密度減小。而具有滑膩感的層狀或鱗片狀粘土礦物向粒柱狀的一水硬鋁石轉(zhuǎn)化造成礦石粗糙程度增加。對(duì)于礦層內(nèi)部的元素質(zhì)量平衡計(jì)算表明，淋濾作用發(fā)生時(shí)，雜質(zhì)元素諸如堿土元素、Si、Fe、S等相對(duì)Al的更高程度移除是決定鋁土礦成礦的關(guān)鍵因素。因此，多期淋濾事件對(duì)鋁土礦品質(zhì)的提升，優(yōu)質(zhì)礦層厚度的增加有著重要的控制作用[14]。鋁土礦層在沉積時(shí)的古水文系統(tǒng)的演化模式概括如下圖7所示。

圖7 黔北務(wù)正道地區(qū)鋁土礦層形成過程中古地下水文系統(tǒng)演化示意圖

階段Ⅰ：在黃龍組灰?guī)r結(jié)束沉積之后，該區(qū)域發(fā)生暴露，此時(shí)由于區(qū)域內(nèi)廣布透水性強(qiáng)的灰?guī)r，古氣候適宜，發(fā)生喀斯特化形成巖溶地貌，大氣降水可以直達(dá)韓家店組隔水層，因此，在黃龍組灰?guī)r中地下水的流動(dòng)方向以垂直方向?yàn)橹?，而在韓家店組泥巖中，由于泥巖層的阻礙，地下水流動(dòng)方向以水平方向?yàn)橹鱗15]。

階段Ⅱ：形成的成礦母質(zhì)(韓家店組與黃龍組風(fēng)化形成的紅土質(zhì)物質(zhì))被搬遠(yuǎn)到巖溶凹陷或溶洞中隨之發(fā)生沉積。由于成礦母質(zhì)大量為松散堆積的紅土化物質(zhì)，因此大氣降水能穿透該層繼續(xù)侵蝕黃龍組灰?guī)r，使喀斯特化進(jìn)一步加劇[16]。

階段Ⅲ：強(qiáng)烈的喀斯特化及成礦母質(zhì)沉積之后發(fā)生的次生巖溶作用導(dǎo)致黃龍組灰?guī)r的厚度大幅減薄，部分區(qū)域內(nèi)鋁土礦層直接與韓家店組泥巖接觸[17]。與灰?guī)r接觸的礦層由于底部存在灰?guī)r透水層，此時(shí)仍然會(huì)發(fā)生地下水的垂向遷移，鋁土質(zhì)充填到灰?guī)r裂隙中，次生巖溶作用繼續(xù)發(fā)生也使得次生巖溶角礫隨著地下水的流動(dòng)發(fā)生遷移；而與韓家店組接觸的鋁土礦層，由于泥巖的阻隔作用，地下水的垂向流動(dòng)受阻，大部分水流呈近水平方向在礦層內(nèi)部流動(dòng)，鋁土礦層內(nèi)部發(fā)生改變，底部層位與下部層位呈現(xiàn)漸變過渡關(guān)系，且出現(xiàn)底部層位出現(xiàn)下部層位的充填及下部層位中出現(xiàn)底部層位碎屑的現(xiàn)象[18]。

4 結(jié) 論

(1)務(wù)正道地區(qū)早二疊世鋁土礦礦床類型為風(fēng)化沉積型，屬產(chǎn)于碳酸鹽巖侵蝕面上的一水硬鋁型鋁土礦礦床。

(2)控制鋁土礦的關(guān)鍵因素是沉積古地理控制了含礦巖系的分布和厚度，決定了暴露淋濾區(qū)的范圍，準(zhǔn)同生及后生的淋濾作用控制了鋁土礦的品質(zhì)和分布。