鋁土礦地質與成因分析

李治海

（貴州省地質調查院，貴州 貴陽 550081）

通常情況下，鋁土礦主要是在潮濕的熱帶-亞熱帶氣候條件下地表風化作用的產物，其富含鋁﹑鐵和鈦元素，在化學分類上來講，多數以氫氧化物或者氧化物的形式存在。鋁土礦是金屬鋁的主要原材料，其用量占據了世界鋁土礦總產量的九成以上，同時鋁土礦還能夠用于現階段耐火材料﹑化學制品以及水泥行業(yè)新產品的開發(fā)等。我國鋁土礦儲量占世界總儲量的3%，但是卻是原鋁生產大國?？偠灾X土礦的資源在我國儲量不多，但是在市場發(fā)展的背景下需求量巨大。因此大力開展鋁土礦勘探﹑研究鋁土礦的分布和成因對發(fā)展我國經濟建設和原鋁開發(fā)具有重要的意義和作用。

1 鋁土礦礦床分類

1.1 分類體系

鋁土礦的分類體系構建經歷了一個世紀的探索和研究，才形成現階段依靠鋁土礦的物質組成﹑礦體形態(tài)﹑地質產狀﹑基巖類型以及礦床成因等對鋁土礦進行詳細分類的體系。最早對鋁土礦進行不同類型區(qū)分的標準就是按照礦石的礦物和化學組成，但是在實際研究的過程中能夠發(fā)現大多數的鋁土礦其內部的化學和礦物組成都是不同的，所以應用這種分類方法能夠將鋁土礦進行化學和礦物學方面的學科分開。在這種背景下，應運而生了大地構造位置的分類方法，也就是研究人員根據鋁土礦的大地構造位置不同為鋁土礦進行分類。但是這種分類方法在實際應用的過程中能夠發(fā)現只能夠間接影響鋁土礦的形成，不能夠作為標準來分辨各種鋁土礦的研究標準。所以之后鋁土礦的礦體形狀以及地質產狀成為了分類的標準，這種分類方法的優(yōu)勢就是能夠直接反應礦體形狀和位置的真正差別，同時模糊性依舊存在。目前應用最廣泛的分類方法就是根據鋁土礦的基巖來對鋁土礦進行分類，產生在碳酸鹽巖古喀斯特面上的鋁土礦被叫做喀斯特型鋁土礦，產生在鋁硅酸鹽巖上的是紅土型鋁土礦。而喀斯特型鋁土礦能夠根據其產出大地構造背景劃分為板內和造山帶型鋁土礦。應用基巖對鋁土礦進行分類的本質就是基巖的組成物質能直接影響礦體的形態(tài)，所以分類較為清晰和明確[1]。

1.2 我國鋁土礦分布以及類型

現階段我國以及世界上對鋁土礦進行分類的主要方法就是根據鋁土礦的基巖來進行分類，鋁土礦主要分為喀斯特型和紅土型，也就是在不同地貌和地質上形成的鋁土礦種類不同。我國喀斯特型鋁土礦主要分布在我國的河南﹑陜西﹑貴州以及廣西等地區(qū)，占據了我國鋁土礦資源的85%以上，因為其含鋁的礦物主要是硬水鋁石，所以也被稱為硬水鋁石喀斯特型鋁土礦。而紅土型鋁土礦主要分布在桂中﹑廣東雷州半島以及海南蓬萊等地，因為其含鋁礦物為三水鋁石，所以也被叫做三水鋁石紅土型鋁土礦。

2 礦體結構和共生礦產

2.1 礦體層序

我國不同地區(qū)的鋁土礦礦體層序是不同的，在我國華北地區(qū)的鋁土礦往往受到喀斯特地形控制，例如在我國華北G層的鋁土礦溶斗和溶洼型鋁土礦體中，溶斗內部從上到下的順序是砂巖﹑碳質泥頁巖﹑鋁土質黏土巖﹑塊狀鋁礦土﹑鋁紙黏土等，同時在溶斗周圍的隆起位置，從上到下的順序是砂巖﹑碳質泥頁巖﹑鋁土質黏土言﹑塊狀鋁土礦﹑鐵質黏土[2]。而在溶洼地形中，層序從上到下主要是砂巖﹑碳質泥頁巖﹑鋁紙黏土巖﹑塊狀鋁土礦﹑碳質泥頁巖﹑含有菱鐵礦黏土的鋁質黏土。鋁土礦體中的層序變化主要體現的就是不同部位的氧化不同。而在桂西的喀斯特型鋁土礦中，主要具備的就是二疊系沉積性和第四系堆積型兩種鋁土礦。二疊系沉積型的鋁土礦在二疊系三合組的地底部。鋁土礦在這種層序中受到喀斯特地形地貌的控制，其中礦體的主要層序主要是由下部的貼紙黏土和上部的含鋁巖石構成。在桂中的鋁土礦中，鋁土礦內容和高嶺土礦共生，桂中紅土型鋁土礦主要分布在平原內低丘以及臺地的第四系紅土層中。在我國貴州清鎮(zhèn)市黑土田鋁土礦主要的分布上段是鋁土礦系，一般由雜色的頁巖﹑鋁土巖以及碎屑狀鋁土礦和局部黃鐵礦組成，下段是鐵礦系，往往由紫紅色鐵質黏土巖﹑頁巖和黑綠色鐵綠泥石巖組成。

2.2 共生礦產

不同類型的鋁土礦其共生礦產也是不同的，這是因為不同類型的鋁土礦成礦的條件不同，所以在成礦過程中的環(huán)境也是不同的，不同的環(huán)境對共生礦產的影響導致共生礦產類型不同。根據我國的相關調查以及研究，喀斯特型鋁土礦的共生礦種類最多，沉積型的鋁土礦上覆地層中常出現煤礦﹑熔劑灰?guī)r礦和油頁巖礦等礦產資源。在含鋁巖石體系中共生常見的有耐火黏土﹑鐵礬土﹑鐵礦以及硫鐵礦等礦產資源，其中以內火黏土和鐵礬土為主。我國堆積型鋁土礦共生礦生產主要是低品的三水鋁石狂，而紅土型鋁土礦的共生礦產資源為高嶺土和鈷土礦[3]。這些礦產資源的出現不僅能夠對研究鋁土礦的地質學意義具有重要的推動作用，同時對我國經濟建設和礦產資源的開發(fā)利用能夠起到積極的促進作用。耐火黏土礦是喀斯特型鋁礦土中極為重要的共生礦產，通常和鋁土礦處于相互層變或者是夾層的關系。我國的耐火黏土主要分布在山西﹑河南﹑河北以及山東等地區(qū)的喀斯特型鋁土礦中。耐火黏土礦的工業(yè)經濟價值主要是以鋁土礦床的規(guī)模為基礎，如果礦床中鋁土礦為主要礦產資源，那么耐火黏土礦就是次要礦產資源。如果鋁土礦的規(guī)模相對較小，那么礦床的開發(fā)和利用應該以耐火黏土礦為主。需要注意的是，在實際開發(fā)的過程中，低鐵低硫型高級鋁土礦也是高鋁耐火黏土礦，所以其經濟價值明顯高于普通的鋁土礦。還有就是我國桂中的高鐵型紅土鋁土礦層頂部共生了硬質黏土礦，這種共生礦產較為少見，主要的礦物為高嶺石。鐵礦也是喀斯特型鋁土礦常見的共生礦物種類之一，通常位于鋁土礦下部，地板碳酸鹽風化面的上部。例如華北地臺上的“山西式鐵礦”，貴州的“清鎮(zhèn)市鐵礦”，這些鐵礦的資源量十分巨大，但是由于礦產資源開發(fā)技術不完善，所以目前應用的質量和效率較低，需要研究人員提高這部分礦產資源的應用效率。伴生礦由黃鐵礦﹑鐵礦以及赤鐵礦構成。硫鐵礦主要是由黃鐵礦和黏土礦物組成，分布在我國喀斯特型鋁土礦中較多，但是利用效率不高。我國鋁土礦共生礦產還有鐵礬土﹑低品位三水鋁石礦﹑石灰?guī)r以及鈷土礦等多種資源，應該對這些共生礦產資源進行高質量和效率的利用。

3 成礦機制分析與成礦物質來源

3.1 成礦機制

在地質學以及鋁土礦的研究領域中，嚴格的成礦機制主要包括鋁土礦母巖的風化機制﹑物質搬運過程以及同生期等多個階段的礦石結構和物質演化過程。成礦母巖和礦物風化的具體機制﹑速率以及控制因素已經實現了基本的共識，所以本文強調的是鋁土礦在形成過程中的搬運或者是同生期過程?，F階段根據相關研究發(fā)現，喀斯特型鋁土礦形成機制主要有三種，第一種就是紅土化作用形成含鋁物質，含鋁物質在風化作用以及搬運作用的影響下移動到碳酸鹽巖表面，進而形成鋁土礦。第二種就是風化殼中的含鋁溶液通過化學形式來搬運到喀斯特洼地中，通過結晶來形成鋁土礦。第三種就是碳酸鹽巖表面或者是內部的鋁硅酸鹽出現礦化，進而通過堆積而形成了鋁土礦[4]。在一些特殊的情況中，喀斯特型鋁土礦的形成是三種成礦機制共同作用或者是任意一種機制單獨發(fā)揮作用的產物?，F階段發(fā)現的喀斯特鋁土礦往往主要以第一種機制為主要成因。同時在地質研究學者進行研究的背景下，將第一種礦物成因機制進行了階段的分層，進而提高了對喀斯特鋁土礦的認知。首先就是物質準備階段，在這一階段中，母巖中的礦物質經過風化作用以及紅土作用導致母巖中的礦物質分解稀釋，進而釋放出各種離子，堿性的堿土元素會隨著風化的作用的影響而逐漸流失，留下來的元素形成了氧化物或者是氫氧化物以及部分黏土礦物，這些基礎物質為鋁土礦的形成提供了必要的原生物質。其次就是物質轉移階段，已經形成的鋁土礦基礎物質在各種環(huán)境作用下實現位置移動和搬運，進而在喀斯特洼地中沉積，形成了一定的鋁土礦層。最后就是后期改造的階段，也就是對于已經形成的鋁土礦層進行后成巖作用﹑變質作用以及風化作用，鋁土礦中的礦物質在這個階段中實現富集和優(yōu)化的目標。

喀斯特型鋁土礦的成因機制探索往往基于區(qū)域地質演化﹑巖相古地理特征等因素，通過礦石結構的構造﹑礦物成因以及元素活動行為進行綜合探討?，F階段我國最前沿的研究進展顯示我國喀斯特型鋁土礦和重大的地質運動時間密切相關。像華北喀斯特型鋁土礦的成因可能和大陸漂移以及集體風化有關。所以對喀斯特型鋁土礦的研究應該進一步提高力度，探究深度成因。

3.2 成礦物質來源

鋁土礦中的物質來源是現階段鋁土礦理論研究中的重難點，對于紅土型鋁土礦的研究，能夠根據紅土型鋁土礦的物質組成以及礦石結構特點來對其和母巖的關系進行探究。但是喀斯特型鋁土礦的形成過程相對復雜，所以需要學者綜合使用地質學﹑巖相學﹑礦物學和化學綜合探究來追究成礦的母巖成分，近年來對于地球化學的良好應用對研究成礦物質起到了極為積極的促進作用。根據大量的研究結果，喀斯特型鋁土礦成礦物質的巖石類型主要有碳酸鹽巖﹑火山灰﹑風搬運物質以及鐵鎂質巖石等多種物質。同時由于鋁土礦在形成的過程中，元素的改變以及行為活動受到母巖成分﹑元素在母巖中的表現形式﹑元素化學性質﹑成礦物理化學條件以及后期環(huán)境改變和改造多種因素的影響。所以僅僅使用地球化學的圖解來判斷鋁土礦中的物質來源具有一定的不確定性。同時不同地區(qū)鋁土礦中的微量元素組成以及化學變化規(guī)律不同，所以根據局部地區(qū)的鋁土礦物質組成研究來判斷全球或者是其他地區(qū)的鋁土礦物質組成也具有一定的局限。因此現階段對喀斯特鋁土礦的物質來源探究需要新型的研究手段和方法，盡可能的保證對鋁土礦的物質來源探究使用的方法適用于更大范圍的鋁土礦物質來源探究，同時應該盡可能保證探究的結果能夠滿足不同地區(qū)的實際鋁土礦物質表現，以此來實現良好的鋁土礦研究進展目標。鋯石普遍存在于各種類型的巖石中，同時鋯石具有良好的鈾元素和鉛元素，具備良好的封閉溫度和性質穩(wěn)定，所以其能夠用來研究巖石的成因和地質事件形成時代。隨著近年來我國的科學技術發(fā)展水平不斷提高，將鋯石的研究逐漸向高精度﹑微小化的方向開展，鋯石的離子探針和激光探針成為研究鈾元素和鉛元素同位素定年的重要手段，再利用鋯石背散射電子圖像或者是陰極發(fā)光圖像等方面的資料，對研究鋁礦土的巖石成因﹑地殼形成和沉積園區(qū)取得了良好的進展。在貴州清鎮(zhèn)市鋁土礦中，根據鏡下鑒定以及X射線衍射分析等手段分析的礦物組成有一水硬鋁石﹑高嶺石﹑白云母﹑銳鈦礦等14種物質。一水硬鋁石的出現是古陸紅土化的證明；高嶺石是硅的主要礦物；銳鈦礦是礦石中鈦的主要礦物，其干涉色能達到四級黃綠標準。因此現階段鋁土礦物質來源研究的主要手段就是鋯石利用和成因礦物學和地球化學的綜合利用手段。

4 成礦環(huán)境分析

鋁土礦中的礦物類型﹑地球化學特征以及礦石的結構特點對成礦環(huán)境也能夠起到一定的制約作用?，F階段的研究結果表明，喀斯特型鋁土礦的形成環(huán)境主要包括兩種，分別是氧化滲流以及還原潛水。氧化滲流環(huán)境中的鋁土礦主要礦物類型是三水鋁石﹑一水軟鋁石﹑高嶺石﹑針鐵礦和赤鐵礦。在實際的研究中能夠發(fā)現，其實多數的喀斯特型鋁土礦并不包含兩種環(huán)境中鋁土礦非常一致的礦石﹑礦物。僅僅通過礦石結構﹑礦石顏色以及礦物類型等特征來對鋁土礦的沉積或者是成礦環(huán)境進行分析具有局限性，因為環(huán)境過于復雜，同時存在處于兩種成礦環(huán)境之間的過渡帶環(huán)境。比如說在造山帶環(huán)境中的喀斯特鋁土礦，往往會因為造山作用導致形成的成礦環(huán)境主體為氧化滲流，或者是靠近氧化滲流。而在板內環(huán)境中的鋁土礦通常是還原潛水型或者還是靠近還原潛水型。但是如果板內的碳酸鹽臺地受到了造山作用的影響，也會出現一定的氧化滲流環(huán)境，進而形成滲流性質的鋁土礦。我國幅員遼闊，同時地形復雜，兼顧高原﹑平原﹑山地﹑丘陵以及盆地等多種地形，基本上除桂西第四系堆積型鋁土礦之外，大多數都是還原潛水環(huán)境，而桂系第四系堆積型鋁土礦是還原滲流環(huán)境。例如我國貴州清鎮(zhèn)市鋁土礦主要就是因為受到加里東構造運動的影響，在旱石炭系初期受到海西運動的影響，進而受到廣泛的海侵，隨著海進階段，淮平原區(qū)形成“鈣紅土風化物質初步富集”，這些物質涌入盆地重新分配，在物理化學條件下聚集形成現在的鋁土礦和鋁紙黏土巖。

5 鋁土礦勘探開發(fā)的思考

我國國內的鋁土礦資源相對豐富，同時分布的地區(qū)相對較廣，共生的礦產類型較為豐富和多樣，所以具有較高的勘察價值。但是現階段我國對鋁土礦開發(fā)利用的資源相對較少，開發(fā)利用的效率較低。同時由于我國生態(tài)建設強國和節(jié)能減排工作的落實，對一些低效開發(fā)礦產資源的行為進行了遏制。因此我國未來對鋁土礦勘探開發(fā)應該從以下角度進行入手。第一就是充分提高開發(fā)利用鋁土礦資源的技術能力，不僅要對鋁土礦進行高效的開發(fā)和利用，同時應該對鋁土礦的共生礦產進行高質量的開發(fā)利用，通過這種方式來充分發(fā)揮礦產資源的經濟價值和研究價值。第二就是我國鋁土礦資源總量相對較低，為了能夠充分保證我國生產建設活動對鋁土礦的要求，我國的礦產開發(fā)企業(yè)以及公司應該積極的向國外鋁土礦資源豐富的地區(qū)進行勘察和發(fā)展，通過這種方式來盡可能的彌補國內鋁土礦資源勘察以及開發(fā)的不足。第三就是在實際開發(fā)和利用的過程中應該重視縮小對生態(tài)環(huán)境的破壞。在我國生態(tài)強國工作和節(jié)能減排工作開展的背景下，對礦產資源的開發(fā)應該以縮小對生態(tài)環(huán)境的破壞，降低過度能耗機械的使用為主。這就要求相關企業(yè)以及部門在實際開發(fā)和利用的過程中應該使用可靠的新型機械設備，同時構建良好的開發(fā)管理機制，通過這種方式滿足我國生態(tài)強國建設的目標和節(jié)能減排工作的目標，進一步提高鋁土礦礦產資源的開發(fā)質量和效率。第三就是要結合鋁土礦的資源潛力進行開發(fā)，應該盡可能開發(fā)資源潛力較大的鋁土礦，避免對過小資源的開發(fā)和勘察造成生態(tài)環(huán)境破壞。對潛力較大的鋁土礦進行開發(fā)能切實帶動地區(qū)以及我國的經濟發(fā)展和進步，同時也能對鋁土礦的研究發(fā)展起到一定的促進作用。

6 結語

總而言之，鋁土礦的實際開發(fā)和利用在我國經濟發(fā)展和社會進步中具有十分積極的促進作用，同時對鋁土礦進行充分的研究對促進地質學發(fā)展具有重要的促進意義。

在我國科學技術以及信息技術的發(fā)展的背景下，我國地質研究人員應該充分利用科學技術優(yōu)勢來對鋁土礦分布﹑成因﹑特點﹑伴生礦產進行深度勘探，通過這種方式來切實提高對鋁土礦的認知，進而為其進一步開發(fā)和利用奠定一定的基礎。同時我國地質研究人員應該重視對鋁土礦的研究，構建良好的研究框架，促進鋁土礦在理論學科中實現發(fā)展和進步。