桂西鋁土礦中火山灰特征及其地質(zhì)意義

張啟連，陳有斌，劉希軍，黃文芳，韋訪，黃光瓊, 黎家龍，徐海棚，梁國(guó)科，葉寶月 廣西地質(zhì)調(diào)查院，南寧，530023； 廣西環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，南寧，530023； 廣西274地質(zhì)隊(duì)，廣西北海，536005； 桂林理工大學(xué)，廣西桂林，541004

內(nèi)容提要: 巖溶型鋁土礦中火山物質(zhì)參與成礦的直接證據(jù)需要進(jìn)一步明確。通過(guò)線路調(diào)查和剖面研究，在桂西大范圍內(nèi)的鋁土礦及其早期的鋁土質(zhì)巖中觀察到大量的火山灰，含量大于30%；火山灰種類(lèi)有巖屑、晶屑、玻屑和火山塵，塑性—半塑性變形及剛性爆裂顯著，自由降落為主，屬原地—準(zhǔn)原地沉積；火山灰易于分解為水鋁石、高嶺石、赤鐵礦等微細(xì)礦物，屑狀火山灰相對(duì)塵狀火山灰更易于礦化，大量火山灰主要以直接鋁土礦化作用成礦。元素地球化學(xué)特征顯示鋁土礦和鋁土質(zhì)巖具有親巖漿性，不活動(dòng)元素圖解判別及鋁土礦測(cè)年數(shù)據(jù)顯示火山灰原巖漿以堿性玄武巖為主，與島弧火山巖一致，主要來(lái)自于哀牢山—松馬造山帶的二疊紀(jì)島弧，鋁土礦層具有穿時(shí)性，部分火山灰可來(lái)源于峨眉山火成巖。鋁土礦層中的火山灰豐富，跨度長(zhǎng)，可能是瓜德魯普世末生物滅絕的肇兇。

按Bárdossy(1982)和Bárdossy等(1994)分類(lèi)，鋁土礦床分為紅土型、巖溶型和齊赫文型(Tikhvin，前蘇聯(lián)城市齊赫文)，前兩者占比99.5%，齊赫文型為遠(yuǎn)距離異地沉積的碎屑鋁土礦，覆蓋在鋁硅酸鹽巖石剝蝕面上，屬紅土型鋁土礦的剝蝕產(chǎn)物，很難保存，故其量極少。巖漿巖參與鋁土礦成礦作用在以鋁硅酸鹽巖為基巖的紅土型鋁土礦床中十分顯著，幾內(nèi)亞、越南—老撾—柬埔寨的紅土型鋁土礦的風(fēng)化母巖為玄武巖或輝綠巖(陳志友，2016；張如放等，2018；陳喜峰等，2019)，而澳大利亞南部地區(qū)的紅土型鋁土礦母巖為花崗巖類(lèi)(王兆忠，2017)，南美洲紅土型鋁土礦則二者兼而有之(姚仲友等，2017)，此類(lèi)礦床的一個(gè)顯著特征，就是保留著原巖的構(gòu)造和結(jié)構(gòu),尤其是在礦層與基巖之間的腐土層(亦稱(chēng)過(guò)渡層)中清晰可見(jiàn)，最常見(jiàn)的特征是長(zhǎng)石晶體發(fā)生黏土化(巴多西等，1994)；巖溶型鋁土礦的基巖為碳酸鹽巖，盡管眾多研究者贊成火山灰參與了鋁土礦成礦的觀點(diǎn)，但在國(guó)外僅個(gè)別礦床(意大利坎波費(fèi)利切礦床)偶然發(fā)現(xiàn)了凝灰?guī)r的直接證據(jù)(巴多西，1990)。在國(guó)內(nèi)近年來(lái)有研究者通過(guò)間接方法論證火山物質(zhì)參與了巖溶型鋁土礦的成礦作用，如鋯石研究(Liu Jian et al.，2014；Yu Wenchao et al.，2016)和黏土礦物學(xué)研究(曹高社等，2016)。近年有研究者在桂西平果礦區(qū)發(fā)現(xiàn)了直接的火山物質(zhì)證據(jù)—晶屑(侯瑩玲，2017；程順波等，2020)，支持了火山物質(zhì)在巖溶型鋁土礦中參與成礦的觀點(diǎn)，但僅限于單個(gè)礦區(qū)的單個(gè)礦層，火成巖參與成礦的廣泛性仍需進(jìn)一步夯實(shí)。筆者等通過(guò)近年調(diào)查，發(fā)現(xiàn)桂西地區(qū)鋁土礦每個(gè)礦層及早期的鋁土質(zhì)巖建造中均存在火山灰。本文即在展示鋁土礦中火山灰特征基礎(chǔ)上，闡釋其成礦特點(diǎn)，并通過(guò)元素地球化學(xué)分析進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境判別，厘定桂西地區(qū)鋁土礦中火山灰的來(lái)源。

1 地質(zhì)概況

桂西地區(qū)屬于右江盆地主體，該盆地經(jīng)歷了裂谷盆地(早泥盆世晚期—晚泥盆世)、被動(dòng)大陸邊緣(早石炭世—早三疊世)、前陸盆地(中三疊世)的演化，至印支運(yùn)動(dòng)后轉(zhuǎn)入大陸演化階段。前兩階段為溝臺(tái)沉積，體現(xiàn)為許多大小不一的淺水碳酸鹽孤立臺(tái)地和深水臺(tái)溝，臺(tái)地相區(qū)(圖1中藍(lán)灰色分布區(qū))以沉積碳酸鹽巖、生物礁灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、鮞?；?guī)r、角礫巖等為特征，溝槽相或盆地相區(qū)則形成深水的硅質(zhì)—泥質(zhì)—灰質(zhì)的混合沉積，夾基性—中性火山巖建造(杜遠(yuǎn)生等，2013)。

圖1 桂西大地構(gòu)造(a)和臺(tái)地相二疊系與鋁土礦床分布圖(b)(據(jù)杜遠(yuǎn)生等，2013；張啟連等，2020修改)Fig. 1 Tectonics(a) of the western Guangxi and distribution(b) of the platform-facies Permian and bauxite deposits(after Du Yuansheng et al. 2013&； Zhang Qilian et al.,2020&)

右江盆地從早泥盆世晚期至早三疊世主要受引張機(jī)制制約，彭陽(yáng)等(2004，2009，2015)、喬秀夫等(2002)通過(guò)臺(tái)地邊緣碳酸鹽巖墻、碳酸鹽巖脈、原地震裂角礫巖、毗鄰不整合、振動(dòng)液化等等各種地震記錄論證了同生斷裂的強(qiáng)烈活動(dòng)；筆者等還發(fā)現(xiàn)，臺(tái)緣向內(nèi)的臺(tái)地內(nèi)部鋁土礦層及上下圍巖中亦存在古地震記錄。自中三疊世起至晚三疊世，盆地處于擠壓背景之下，經(jīng)歷殘余盆地到前陸盆地的演變，體現(xiàn)在復(fù)理石建造中發(fā)育有擠壓皺紋、擠壓巖枕、擠壓皺脊、擠壓裂隙等同沉積擠壓構(gòu)造(呂洪波等，2003)。

桂西二疊系鋁土礦層產(chǎn)于臺(tái)地相上二疊統(tǒng)合山組底部，與下伏茅口組灰?guī)r呈平行不整合接觸，具有典型的分層結(jié)構(gòu)，其中最常見(jiàn)的是下部為單層的厚層狀礦層和上部為薄層狀為主的礦層(圖2d、e、f，圖3b、c)，分層間礦石類(lèi)型和化學(xué)成分具有明顯的差別(張啟連等，2020)；尚有一種呈中厚層狀的礦層(圖2b、c，圖3d、e)，據(jù)測(cè)年數(shù)據(jù)應(yīng)為厚層狀礦層的同時(shí)異相產(chǎn)物。各礦層頂部多以泥質(zhì)鋁土巖與上覆巖層過(guò)渡(圖3)。本次研究還對(duì)崇左岜板剖面中過(guò)去被認(rèn)為是“貧鐵礦”的紫紅色鋁土質(zhì)巖進(jìn)行了分層，它在南部寧明—崇左—扶綏一帶斷續(xù)地成片出露，在中部的靖西三合等礦區(qū)則以礫石形式出現(xiàn)于鋁土礦層中(圖2c)，此套鋁土質(zhì)巖建造在崇左市岜板可見(jiàn)下部為古土壤層(可見(jiàn)龜裂)，弱層理，中部為鐵質(zhì)鋁土質(zhì)泥巖，上部為鐵質(zhì)泥質(zhì)鋁土巖；而在扶綏縣東羅附近僅出露上部的鐵質(zhì)泥質(zhì)鋁土巖，兩處均未見(jiàn)頂，故厚度不清(圖2a，圖3f)，成分逐漸過(guò)渡；礫石賦存狀態(tài)表明鋁土質(zhì)巖建造早于鋁土礦層的形成，根據(jù)赤鐵礦大量存在及層理發(fā)育特點(diǎn)，初步認(rèn)為屬于湖相沉積，大范圍內(nèi)的古紅土得到了聚集，為后期風(fēng)化殼發(fā)展奠定了成礦基礎(chǔ)。

圖2 桂西地區(qū)上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦成層特征Fig. 2 Characteristics of bauxite stratification of the upper Permian Heshang Formation in western Guangxi (a)鋁土質(zhì)巖建造的中下部，由古土壤層、鐵質(zhì)鋁土質(zhì)泥巖組成，右下角為龜裂構(gòu)造，示土壤屬性，崇左岜板。 圖中人高165 cm。(b)中厚層狀鋁土礦層，紅色泥巖為古暴露面，扶綏岜羊。 圖人中高165 cm。(c)中厚層狀鋁土礦層中分布的泥質(zhì)鋁土巖礫石，示兩者之間的先后關(guān)系，靖西三合。 圖中人高165 cm。(d)鋁土礦層的厚層狀與薄層狀礦層組合，靖西新圩。(e)鋁土礦層的分層現(xiàn)象及礦石類(lèi)型，樂(lè)業(yè)刷把。 圖中人高166 cm。(f)厚層狀鋁土礦層與薄層狀礦層，平果太平(a) The mid—lower part of bauxite formation composted of paleosoil, ferruginous-bauxite mudstone, with mud crack in mudstone indicating soil property, Baban， Chongzuo City. The man is 165 cm tall. (b) The middle—thick layer with ancient exposed surface represented by red mudstone, Bayang of Fushui County. The man is 165 cm tall. (c) The gravel of aregillaceous allite distributing among the middle—thick ore layer, showing precedence relationship of two stones, Shanhe of Jingxi City. The man is 165 cm tall. (d) The combination of thick and thin ore layers,Xinxu of Jingxi City. (e) The appearance of stratification, and the types of ore, Shaba of Leye County. The man is 166 cm tall;(f) The thick and thin bauxite layers, Taiping of Pingkuo City

圖3 采樣剖面柱狀對(duì)比圖Fig. 3 Columnar comparison diagram of the sampling section

桂西鋁土礦中最常見(jiàn)的礦石為灰色—深灰色碎屑狀礦石和塊狀礦石，其次為深灰色—黑色的致密狀礦石，屬于鋁土礦與泥巖的過(guò)渡類(lèi)型，含泥較高；厚層狀礦層以塊狀礦石為主，薄層狀礦層以致密狀礦石為主，中厚層狀礦層下部以碎屑狀礦石為主，上部以致密狀礦石為主。有些鉆孔工程中可見(jiàn)灰黑色礦石向下漸漸過(guò)渡至青灰色礦石,再至紅色鋁土巖，喻示紫紅色鋁土巖早于灰黑色礦石。

2 樣品采集

樣品采集范圍涉及桂西北部隆林至南部崇左的廣大地區(qū)(圖1)，采全塊狀、碎屑狀、致密狀等礦石類(lèi)型，并顧及礦層頂板的鋁土質(zhì)泥巖(圖3b)；同時(shí)為了便于對(duì)比分析，對(duì)鋁土質(zhì)巖建造中的土壤層、鐵質(zhì)鋁土質(zhì)泥巖和鐵質(zhì)泥質(zhì)鋁土巖亦采適量的樣品，樣品在剖面中的位置如圖3所示，樣品編號(hào)見(jiàn)表1。巖礦標(biāo)本制作成無(wú)玻蓋光薄片，經(jīng)拋光處理，制作過(guò)程中能減少大部分黏土物質(zhì)脫落，較之普通薄片更能反映實(shí)際。主微量元素由澳實(shí)分析檢測(cè)(廣州)有限公司進(jìn)行檢測(cè)。樣品破碎后縮分出300 g研磨至75 μm(200目)，檢測(cè)方法為X射線熒光光譜儀熔融法分析主次量元素(代號(hào)：P61-XRF26s)，檢出限為0.01%，和電感耦合等離子體質(zhì)譜稀土微量元素分析(代號(hào)：M61-MS81),微量與稀土元素分析相對(duì)誤差為5%～10%。

表1 桂西鋁土礦主量元素分析結(jié)果(%)Table 1 The major element composition(%) of bauxite in western Guangxi

3 火山灰類(lèi)型和典型結(jié)構(gòu)

鋁土礦中主要礦物為水鋁石、赤(針)鐵礦、高嶺石，水鋁石中鏡下能觀察到的多為一水硬鋁石，礦物多以隱晶、微晶、粉晶狀緊密連生。光性顯著時(shí)，單偏光鏡下一水硬鋁石為黃灰色，褐灰色，正交偏光鏡下為藍(lán)色、黃色、紅色等復(fù)雜色調(diào)，顯示針狀、柱狀等晶形；高嶺石單偏光鏡下多為白色至淺黃灰色，亮度高于一水硬鋁石，正交偏光下則為一級(jí)灰或月白色，且為無(wú)定形輪廓；赤(針)鐵礦呈深紅色或不透明，反射光下呈灰白色。膠體(凝膠)呈流質(zhì)狀、融化狀、絮狀，黑色、白色、紅色、褐色、黃色等多種顏色，含鐵時(shí)呈紅色調(diào)，不同顏色的膠體可組合成疊層狀柱或條帶。

3.1 火山灰類(lèi)型

巖溶型鋁土礦成礦作用經(jīng)歷時(shí)間漫長(zhǎng)，鋁土巖建造沉積期即至少經(jīng)歷過(guò)一次風(fēng)化殼發(fā)展階段，鋁土礦層沉積期亦至少經(jīng)歷過(guò)一次風(fēng)化殼發(fā)育階段，其間的氧化淋濾和礦物重組等作用已使原巖中的礦物遭受了重大改變。盡管如此，持續(xù)的火山作用促使火山物質(zhì)在風(fēng)化殼進(jìn)程中沉降，使之在鋁土礦(巖)石中得以部分保存。本次所見(jiàn)的火山碎屑主要為火山灰(粒徑<2 mm)。

(1)巖屑，玄武巖屑(圖4a、圖5o)渾圓狀輪廓基本完整，雙晶可辨，部分晶體間大角度交叉，屬于典型的填間粒結(jié)構(gòu)；凝灰?guī)r巖屑(圖4d)輪廓清晰，其內(nèi)既有火山塵又有玻屑和晶屑，玻屑邊緣有不規(guī)則的冷卻邊，而晶屑的邊界較平直；安山巖屑(圖4b)輪廓基本完整，其內(nèi)微細(xì)斜長(zhǎng)石假晶略呈定向或小角度交織，雙晶可辨；浮巖(？)(圖4f、h)，氣孔發(fā)育，充填物已分解出水鋁石和高嶺石，不透明物質(zhì)(赤鐵礦)另居一隅。氣孔發(fā)育是陸相噴發(fā)的典型標(biāo)志(曾允孚等，1986)。有些巖屑已無(wú)法識(shí)別巖性，但輪廓完整，如圖4g中鮞粒左上角所示。

(2)晶屑(圖4a、圖5k、l、m、n、o)，斑狀、次渾圓狀、刀鞘狀、軛狀、假晶等各種形態(tài)，邊界常具開(kāi)口向外的“V”或“U”樣式，有時(shí)局部有半齒輪狀邊界，顯示炸裂成因，內(nèi)部以均勻的單色調(diào)為主，點(diǎn)綴淺褐色鐵質(zhì)，渾圓狀輪廓者多是石英斑晶，長(zhǎng)條或柱狀者多是長(zhǎng)石斑晶，輝石(圖5k)晶屑中可見(jiàn)磁鐵礦析出于解理縫及裂隙中，輝石晶屑右上方有一顆礦物假晶似為橄欖石晶形。

圖5 桂西鋁土礦中火山灰特征(二)Fig. 5 Characteristics of volcanic ash of bauxite in western Guangxi(B)(i)塊狀礦石中的晶屑，鋁土礦化強(qiáng)烈，可辨識(shí)的火山灰少，平果太平ZK4004-1，(±)；(j)碎屑狀礦石中的玻屑和火山塵，塑性—半塑性變形，大小懸殊；火山塵極多，褐紅色膠體呈絮狀分布，鋁土礦化強(qiáng)烈，靖西三合SH-2，(-)；(k)鋁土質(zhì)泥巖中的長(zhǎng)石晶屑，已分解出水鋁石和高嶺石，樂(lè)業(yè)刷把SB-3，(±)；(l)鐵質(zhì)泥質(zhì)鋁土巖中的輝石和橄欖石假晶，隆林龍艾LA-2，(反射光)；(m)鐵質(zhì)泥質(zhì)鋁土巖中的晶屑，已分解為一水硬鋁石、高嶺石及玉髓等微細(xì)礦物，隆林龍艾LA-1，(-)；(n)鋁土質(zhì)泥巖中的安山巖屑、晶屑和火山塵，崇左岜板BB2-1，(-)；(o)古土壤層中的玄武質(zhì)巖屑，及晶屑，崇左岜板BB2-A，(-)；(p)薄層礦層中的礫狀礦石，凝膠及初鮞，可見(jiàn)晶屑，平果太平-1，(-)(i) The crystal fragment in massive ore, and scarcely observable volcanic dust due strong mineralization,ZK4004-1,Taiping,Pingkuo City, (±). (j) The hyaloclastic fragment and volcanic dust in clastic ore, plastic and semi-plastic deformation, with size of great variety; and showing a lot of volcanic dust, and maroon colloid present flocculently, showing strong mineralization, SH-2,Shanhe, Jingxi City,(-). (k) The crystal fragment of feldspar in bauxite mudstone, decomposed into diaspore,kaolinite,SB-3,Shaba,Leyu County, (±). (l) The pseudomorphic of pyroxene and olivine in ferruginous—aregillaceous allite,LA-2,Longai,Longlin County,(reflected light). (m) The crystal fragment in ferruginous— pelitic allite, decomposed into diaspore,kaolinite and chalcedony,LA-1, Longai,Longlin County,(-). (n) The andesite detritus, crystal fragment and volcanic dust in bauxite mudstone,BB2-1,Baban, Chongzuo City, (-). (o) The detritus and crystal fragment of basalt in paleosoil,BB2-A,Baban, Chongzuo City, (-). (p) The conglomerate bauxite ore of thin layer,showing gel and embryo of oolite,with crystal fragment visible,太平-2, Taiping,Pingkuo City, (-)

(3)玻屑，有一種玻屑被稱(chēng)為漿屑(南京大學(xué)地質(zhì)系礦物巖石教研室，1979)(圖4e)，切面呈餅狀、透鏡狀、窗棱狀，大小懸殊但又同層分布，分選性差，其內(nèi)腔為梳狀一水硬鋁石充填，兩端有撕裂現(xiàn)象，表明漿屑既沉降于陸地中又近距離搬運(yùn)到水體中沉積；長(zhǎng)條狀玻屑(圖4c)，常見(jiàn)彎曲的細(xì)尖分枝，前期的玻屑呈紅色，邊界模糊；后期的玻屑呈淺灰色，邊界清晰，隱約可見(jiàn)藍(lán)黑色的冷卻邊，其未消失說(shuō)明后者為同沉積期沉降的產(chǎn)物，受改造程度小，而前者則受到了一定程度的改造，最明顯的改造痕跡是成鮞作用形成的圈層構(gòu)造截切或吞噬前期的紅色玻屑；復(fù)雜形態(tài)的玻屑(圖4g左下角)呈長(zhǎng)條狀、多角狀；圖5j中正中有一較大的“鞋狀”玻屑，下部界線彎曲，且有冷凝邊，上部面包皮狀，邊界不清，表明落地時(shí)上部殼體崩裂，原冷卻邊大多崩離，類(lèi)似于火山彈形態(tài)，其附近及上下見(jiàn)有火焰狀、蟹狀玻屑和褐紅色膠體，并有截切膠體現(xiàn)象，類(lèi)似“砸落”，表明風(fēng)化作用發(fā)生當(dāng)時(shí)有火山灰沉降，因?yàn)槟z體是原礦物風(fēng)化后的非晶質(zhì)物質(zhì)，其老化后即形成水鋁石、針鐵礦、高嶺石等微晶礦物，當(dāng)其老化不完全時(shí)即可殘存，表征風(fēng)化淋濾作用正在進(jìn)行(多巴西，1994；廖士范等，1989)。

(4)火山塵，黑色、褐色等小黑點(diǎn)外，可能還有眾多已脫?；纬闪损ね恋V物而呈小白點(diǎn)，與玻屑共生，是凝灰?guī)r的主要組分，圖4d和圖6e中火山塵小斑點(diǎn)較為典型。

圖6 桂西鋁土礦中某些典型火山巖結(jié)構(gòu)Fig. 6 Some typical volcanic structures of bauxite in western Guangxi(a)碎屑狀礦石中的球顆結(jié)構(gòu)(紅箭頭)，包含結(jié)構(gòu)(黃箭頭)，隆林龍艾LA-2，(-)；(b)碎屑狀礦石中的碎斑結(jié)構(gòu)(紅箭頭)，包含結(jié)構(gòu)(黃箭頭)，隆林龍艾LA-2，(-)；(c)碎屑狀礦石中的沸石交代結(jié)構(gòu)，平果太平-1，(±)；(d)碎屑狀礦石中的綠泥石交代結(jié)構(gòu)(紅箭頭)，包含結(jié)構(gòu)(黃箭頭)，樂(lè)業(yè)刷把SB-1，(-)；(e)碎屑狀礦石中的凝灰結(jié)構(gòu)，扶綏岜羊BY-2，(-)；(f)塊狀礦石中的篩狀結(jié)構(gòu)，鳳山那東ND，(-)(a) The variolitic(red arrow) and poikilitic(yellow arrow) texture of clastic ore,LA-2,Longai,Longlin County,(-). (b) The mortar texture(red arrow) and poikilitic(yellow arrow) of clastic ore,LA-2,Longai,Longlin County,(-). (c) The zeolite metasomatic texture of clastic ore,太平-1,Pingkuo City, (±). (d) The chlorite metasomatic(red arrow) and poikilitic(yellow arrow) texture of clastic ore,SB-1,Shaba,Leye County,(-). (e) The stuff texture of clastic ore,BY-2,Bayang,Fushui County,(-). (f) The sieve texture of massive ore,Nadong,Fengshan County,(-)

3.2 火山巖典型結(jié)構(gòu)構(gòu)造

除前述的玄武巖填間結(jié)構(gòu)，安山巖的交織結(jié)構(gòu)，下述的典型火山巖結(jié)構(gòu)亦有發(fā)現(xiàn)。

(1)球顆結(jié)構(gòu)(圖6a)，微晶纖維呈放射狀生長(zhǎng)，但對(duì)稱(chēng)性較差，散落有許多具暗邊的粒狀礦物，結(jié)構(gòu)特征與球粒玄武巖相似(南京大學(xué)地質(zhì)系礦物巖石教研室，1994)。

(2)碎斑結(jié)構(gòu)(圖6b)，長(zhǎng)條形晶體受力裂解，但分開(kāi)距離不大，略有旋轉(zhuǎn)，基本可以拼接。

(3)沸石交代結(jié)構(gòu)(圖6c)，沸石集合體充填于玻璃質(zhì)空隙中，沸石化幾乎是火山碎屑巖特有的交代蝕變產(chǎn)物(曾允孚等，1986)。

(4)綠泥石交代結(jié)構(gòu)(圖6d)，巖屑已基本發(fā)生綠泥石化，巖屑中晶屑隱約可辨；沿裂隙充填的灰色充填物屬于膠體，表征風(fēng)化作用。

(5)凝灰結(jié)構(gòu)(圖6e鮞粒間的區(qū)域)，見(jiàn)于碎屑狀礦石中，稀疏分布的玻屑和稠密散布的火山塵，玻屑以氣孔壁為主，展示著各個(gè)方向的截面，縱向及橫向的截面形狀復(fù)雜多變，管徑寬窄懸殊，分枝發(fā)育，無(wú)壓扁和被搬運(yùn)跡象，表明其為陸地自然沉降，在自然狀態(tài)下壓實(shí)膠結(jié)，證實(shí)了鋁土礦是陸相環(huán)境的產(chǎn)物(張啟連等，2016)。

(6)包含結(jié)構(gòu)和篩狀結(jié)構(gòu)(圖6a、b、d、f)，鏡下仔細(xì)觀察可常發(fā)現(xiàn)，前者是較大晶屑中包含有早期先存的小礦物晶體，小晶體尚保存有礦物的平直狀輪廓和折線狀棱角；后者是較大的晶屑內(nèi)部含有玻璃包體(黑色)，以渾圓狀為主。石英、長(zhǎng)石碎屑內(nèi)含有玻璃質(zhì)包體是火山碎屑的標(biāo)志(南京大學(xué)地質(zhì)系礦物巖石教研室，1994)。

(7)連斑結(jié)構(gòu)(圖5k)，幾個(gè)長(zhǎng)石晶體靠近連接在一起，是晶體在巖漿中移動(dòng)所致(南京大學(xué)地質(zhì)系礦物巖石教研室，1994)。

(8)外觀與質(zhì)感，火山灰在崇左岜板的鋁土質(zhì)泥巖中呈黃綠色、草綠色，斷續(xù)的條帶狀分布；濕潤(rùn)時(shí)有滑膩感，浸水后容易吸干。鳳山那東一帶見(jiàn)有球狀風(fēng)化。

3.3 鋁土礦化

火山灰在鋁土礦及鋁土巖、古土壤中十分豐富；以可辨別的碎屑粗略估計(jì)，多數(shù)樣品中火山灰含量介于20%～50%之間，若將無(wú)法辨別的大量火山塵和已分解的火山物質(zhì)計(jì)入，火山灰含量應(yīng)不小于30%；火山灰無(wú)分選，無(wú)長(zhǎng)距離搬運(yùn)，多數(shù)為原地或準(zhǔn)原地沉積，大小懸殊，方向多變，隨機(jī)性大，屬于自然沉降；與膠體共存，不同世代玻屑共生等關(guān)系表明，火山灰沉降在鋁土礦化作用期間不斷發(fā)生，可追溯到比鋁土礦層更早的鋁土質(zhì)泥巖和古土壤沉積時(shí)期。本區(qū)鋁土礦及鋁土巖、鋁土質(zhì)泥巖中的火山灰極易發(fā)生鋁土礦化，生成水鋁石、高嶺石、赤鐵礦等微細(xì)礦物，使礦(巖)石在鏡下顯示黃褐色主色調(diào)，如圖4c，圖5i、j、m；屑狀火山灰(巖屑、晶屑、玻屑)比塵狀火山灰更易于發(fā)生鋁土礦化，可能與火山塵膠結(jié)緊密(圖6e)或屑狀火山灰容易發(fā)育裂隙(圖5m)有關(guān)，表明火山灰主要以直接鋁土礦化作用成礦，即多數(shù)鋁礦物是越過(guò)了中間產(chǎn)物——黏土礦物形成的，反映當(dāng)時(shí)淋濾條件十分有利，季風(fēng)型氣候顯著(巴多西，1994)。即使是早期的鋁土質(zhì)巖(圖4a、b，圖5k、n、o)亦含在大量的火山灰和一定量的膠體，可見(jiàn)當(dāng)時(shí)的火山灰大量參與了紅土化—鋁土礦化，鋁土礦石中大片的黃褐色調(diào)表明火山灰較完全地衍生成了水鋁石、赤鐵礦、高嶺石等礦石礦物。

4 元素地球化學(xué)特征

七個(gè)剖面樣品主微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表1、2、3。其中，崇左岜板剖面和扶綏東羅可合成一個(gè)剖面(圖3f)，自下而上從古土壤層、鋁土質(zhì)泥巖過(guò)渡為泥質(zhì)鋁土巖，構(gòu)成一個(gè)基本連續(xù)的沉積剖面；扶綏岜羊剖面自下而上為塊狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦過(guò)渡為致密狀鋁土礦，基本為一連續(xù)的沉積剖面(圖3e)。兩個(gè)剖面出露較全，采樣較多，適宜于比較分析。

由于紅土化鋁土礦化淋濾強(qiáng)烈，主量元素中僅Al、Ti，微量元素中僅Cr、V、Zr屬于不活潑元素，在風(fēng)化過(guò)程中表現(xiàn)為殘余富集的組分(程忠富等，1994)。Al在巖漿巖和沉積巖中的差別沒(méi)有Ti明顯(劉英俊等，1984)，故本文選擇其作為討論的對(duì)象。TiO2在沉積巖中含量低，黏土巖相對(duì)砂巖、灰?guī)r含量高出2倍以上，在俄羅斯地臺(tái)各時(shí)代黏土巖中也僅0.8%左右而已，而在巖漿巖中則相對(duì)較高，玄武巖平均TiO2含量達(dá)2.4%，安山巖達(dá)1.04%，花崗巖則為0.37%，噴出相又較侵入相顯著升高(劉英俊等，1984)，表1數(shù)據(jù)顯示，本區(qū)鋁土質(zhì)巖及鋁土礦中TiO2變化于1.03%～5.56%，平均3.1%，其高含量暗示與火成巖有關(guān)。

以表3中崇左岜板和扶綏岜羊剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，稀土元素配分圖普遍向右傾(圖7)，岜板鋁土質(zhì)巖建造中Eu為弱的負(fù)異常(圖7a)，而岜羊鋁土礦層中的Eu為強(qiáng)的負(fù)異常(圖7b)，稀土元素中只有Eu在熔漿中可以+2價(jià)出現(xiàn)，從而與其它元素分餾(劉英俊等，1984)，鋁土礦鋁土質(zhì)巖中Eu普遍負(fù)異常喻示其與巖漿巖的親緣性。

圖7 桂西鋁土礦稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)：Sun and McDough，1989)Fig. 7 Chondrite-normalized REE distribution patterns of bauxite in western Guangxi (chondrite data after Sun and McDonough,1989)

以表2中崇左岜板剖面和扶綏岜羊剖面數(shù)據(jù)形成的微量元素蛛網(wǎng)圖顯示(圖8)，鋁土質(zhì)巖建造和鋁土礦層普遍相對(duì)富集大離子親石元素Th、U、Pb，而典型的高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti則普遍相對(duì)虧損，表現(xiàn)出島弧巖漿巖相關(guān)的地球化學(xué)性質(zhì)(張旗等，1999)。鍶亦強(qiáng)烈虧損，鍶是親斜長(zhǎng)石元素，在熔漿中斜長(zhǎng)石先結(jié)晶則熔漿將虧損鍶，在表生作用中鍶則比較穩(wěn)定不易流失(劉英俊等，1984)，鍶的強(qiáng)烈虧損揭示鋁土礦或鋁土質(zhì)巖與巖漿親緣。

表2 桂西鋁土礦微量元素分析結(jié)果(×10-6)Table 2 The trace elements compositions(×10-6) of bauxite in western Guangxi

5 測(cè)年數(shù)據(jù)

鋁土礦的鋯石測(cè)年積累了一些資料，如Deng Jun等(2010)二個(gè)鋁土礦樣品分別獲得247～274 Ma(峰值256±2 Ma，靖西縣)和246～270 Ma(峰值261±2 Ma，平果縣)；Yu Wenchao等(2016)獲得4件鋁土礦樣品峰值年齡分別為263.0±1.2 Ma(靖西縣)、263.4±1.0 Ma(德?？h)、262.6±1.2 Ma(扶綏)、262.5±1.1 Ma(樂(lè)業(yè)縣)；侯瑩玲等(2014)在平果礦區(qū)獲得鋁土礦峰值年齡262 Ma，鋁土礦頂板碎屑巖峰值年齡253 Ma；綜合現(xiàn)有資料分析，鋁土礦層的峰值年齡介于261～263 Ma者較多。但是值得注意的是，巖石地層穿時(shí)是普遍的(章雨旭，2001)，鋁土礦層亦不例外，比如有些地段鋁土礦成礦早于臺(tái)地淹沒(méi)時(shí)限(薄層泥質(zhì)灰?guī)r底部及下伏黑色礫屑泥灰?guī)r表征海水突然加深的淹沒(méi)事件; 梅冥相，1996)，海侵之前即已形成(圖9b、d)，有些與淹沒(méi)時(shí)限相近(圖9c)，有些則滯后到淹沒(méi)之后的厚層狀灰?guī)r沉積之時(shí)，缺失薄層泥質(zhì)灰?guī)r、碎屑巖、鋁土巖等巖性層(圖9a)，換言之，在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，臺(tái)地中心一直未被海水完全覆蓋，殘存的陸地上仍在繼續(xù)著風(fēng)化殼的進(jìn)程。滯后的鋁土礦層鋯石年齡可能相對(duì)較小，峨眉山火成巖省火山灰參與了成礦(Deng Jun et al.，2010; Yu Wenchao et al.，2016)。

6 火山灰來(lái)源與效應(yīng)探討

6.1 來(lái)源

利用全巖元素分析數(shù)據(jù)的判別圖解對(duì)火山灰原巖進(jìn)行恢復(fù)在鉀質(zhì)斑脫巖研究中應(yīng)用較廣。由于風(fēng)化過(guò)程對(duì)不活動(dòng)元素對(duì)中的兩個(gè)元素具有大體相當(dāng)?shù)挠绊懀蚨迷貙?duì)中的兩元素對(duì)之間的比值可以消除風(fēng)化過(guò)程的影響，尤其是基于不活動(dòng)元素對(duì)的Nb/Yb—Th/Yb圖解(Pearce and Peate,1995)和Th—Hf—Ta圖解在鉀質(zhì)斑脫巖原巖構(gòu)造環(huán)境判別上具有較高的可信度(胡艷華等，2009a)。鉀質(zhì)斑脫巖是一種很薄(毫米—厘米級(jí))的含火山灰黏土巖，屬海相沉積，地表容易風(fēng)化(胡艷華等，2009b)，由于過(guò)薄的特點(diǎn)，在樣品采集過(guò)程中易混入圍巖，故采集的鉀質(zhì)斑脫巖樣品并不是火山灰特高的風(fēng)化巖石，但仍不失為一種有效的載體被許多研究者用于圖解判別。

微觀特征表明，本區(qū)鋁土礦及鋁土質(zhì)巖中含有大量火山灰，筆者等認(rèn)為可以比對(duì)鉀質(zhì)斑脫巖進(jìn)行物源和構(gòu)造環(huán)境判別。

以表1、2、3數(shù)據(jù)投圖，采用Winchester 和 Floyd (1977)10000·Zr/TiO2—Nb/Y圖解對(duì)鋁土礦中火山灰進(jìn)行原巖恢復(fù)(圖10)，從中可看出，七個(gè)剖面的鋁土礦鋁土質(zhì)巖均有樣品落在堿性玄武巖區(qū)，故火山灰主要源巖應(yīng)為堿性玄武巖，個(gè)別樣品落在粗面安山巖、流紋英安巖區(qū)、亞堿性玄武巖區(qū)，暗示火山灰?guī)r性復(fù)雜。

圖10 桂西鋁土礦中火山灰10000·Zr/TiO2—Nb/Y源巖判別圖解(據(jù)Winchester and Floyd,1977)Fig. 10 The 10000·Zr/TiO2—Nb/Y diagram of bauxite in western Guangxi(after Winchester and Floyd,1977)

采用Nb/Yb—Th/Yb圖解(Pearce and Peate,1995)和Th—Hf—Ta圖解(Wood,1980)進(jìn)行投點(diǎn)，部分樣品落入島弧區(qū)域，部分落入島弧與洋中脊過(guò)渡區(qū)域，個(gè)別落入板內(nèi)玄武巖區(qū)域(圖10)。

本區(qū)西南方的哀牢山—松馬造山帶，應(yīng)是一個(gè)合理的來(lái)源地，因?yàn)楣盘靥崴狗种е话Ю紊窖笤谑考o(jì)晚期或早二疊世開(kāi)始消減，已形成盆—溝—弧體系，發(fā)育一系列火成巖，包括零星出露的玄武巖、玄武質(zhì)安山巖，大致閉合于260 Ma，巖漿活動(dòng)時(shí)間從早二疊世(280 Ma)持續(xù)到晚三疊世(210 Ma)(潘裕生等，2010；李龔健等，2013；鄧軍等，2016；楊天南等，2019)，其中玄武巖年齡為287±5 Ma、玄武質(zhì)安山巖265±7 Ma，屬弧火山巖(Fan Weiming et al.，2010)，雅仙橋弧火山巖268～264 Ma(Jian Ping et al.，2009)，活動(dòng)時(shí)限與本區(qū)鋁土礦形成時(shí)限基本一致，況且火山灰中反映的巖漿組合為基性—中性—酸性，與現(xiàn)代西太平洋馬里亞納、帕勞等玄武質(zhì)—安山質(zhì)—英安質(zhì)弧火山巖組合相似(張國(guó)良等, 2017)。峨眉山火成巖省主噴發(fā)期為260 Ma，且為噴溢玄武巖，后期(251 Ma)有強(qiáng)烈的凝灰?guī)r噴發(fā)(朱江等，2011)；也有研究認(rèn)為峨眉山大火成巖省最早啟動(dòng)于約260 Ma，主噴發(fā)期為259～257 Ma(張曉靜等, 2014)，或253～256 Ma(范蔚茗等，2004)，總之，峨眉山火成巖省的火山凝灰噴發(fā)時(shí)限與本區(qū)鋁土礦主成礦期已有一定的滯后，但可以為晚期的礦層提供火山灰，表現(xiàn)在北部隆林、樂(lè)業(yè)的樣品靠近幔源巖漿或洋中脊(圖11a)。

圖11 鋁土礦中火山灰構(gòu)造環(huán)境判別圖解[(a)據(jù)Pearce and Peate,1995;(b)據(jù)Wood,1980]Fig. 11 The Tectonic discrimination diagram of the tuff in bauxite [(a) after Pearce and Peate,1995;(b) after Wood,1980]

6.2 效應(yīng)

除了前述的火山灰大量衍生成水鋁石、赤鐵礦、高嶺石等微細(xì)礦物外，火山灰對(duì)生物生存環(huán)境亦有嚴(yán)重的影響。據(jù)筆者等考察，某些地段鋁土礦層向上為鋁土巖夾煤線(層)，再向上依次為海相灰黑色泥巖、泥灰?guī)r，深灰色泥質(zhì)灰?guī)r，它們常夾有含黃綠色層紋狀凝灰?guī)r的黑色薄層泥巖(圖2e)；靖西三合礦區(qū)ZK02、ZK107-4鉆孔顯示，泥巖夾層數(shù)量從下往上變少，藻類(lèi)化石逐漸增多，后生動(dòng)物化石缺乏，局部出現(xiàn)核形石微生物巖，再往上為厚層灰色生物灰?guī)r，出現(xiàn)了個(gè)體大的珊瑚、雙殼類(lèi)化石，再往上為下三疊統(tǒng)馬腳嶺組凝塊巖微生物巖(?),微生物巖被認(rèn)為是環(huán)境惡化的產(chǎn)物(戎嘉余等，2014)?？傮w上合山組下部泥巖夾層較多，即火山灰多時(shí)，后生動(dòng)物化石少，中部泥巖夾層缺乏，即火山灰少時(shí)，后生動(dòng)物化石繁盛，表明火山物質(zhì)與生物盛衰有一定的正相關(guān)性。根據(jù)“火山噴發(fā)—環(huán)境災(zāi)變—生物滅絕”主流觀點(diǎn)(戎嘉余等，2014；沈樹(shù)忠等，2017)，鋁土礦中的火山灰可能是瓜德魯普世末生物滅絕(259.1 Ma)的肇兇，因?yàn)樵阡X土礦形成期間，峨眉山玄武巖未噴發(fā)之前(～260 Ma)，已有一些生物種類(lèi)部分滅絕，如卡匹敦期(Capitanian，265.8～260.4 Ma)大部分珊瑚類(lèi)、腕足類(lèi)、大型有孔蟲(chóng)及鈣質(zhì)藻類(lèi)、牙形刺、菊石相繼滅絕(韋雪梅等，2016),峨眉山玄武噴發(fā)加強(qiáng)了生物滅絕程度，其信息可能記錄于上覆鋁土巖等稍晚的巖層之中。

7 結(jié)論

(1)桂西二疊系鋁土礦以及鋁土質(zhì)巖中火山灰豐富，類(lèi)型有玻屑、巖屑、晶屑等粒屑狀碎屑和火山塵，含量不小于30%；屬于自由沉降，原地—準(zhǔn)原地堆積?；鹕交覕嗬m(xù)沉降貫穿鋁土質(zhì)巖—鋁土礦的形成階段。大量的火山灰通過(guò)直接成礦作用衍生成了水鋁石、赤(針)鐵礦、高嶺石等微細(xì)礦物；屑狀火山灰相對(duì)于塵狀火山灰更易于發(fā)生鋁土礦化。

(2)鋁土礦和鋁土質(zhì)巖中的火山灰以堿性玄武巖為主，火山灰組合與島弧火山巖一致，結(jié)合鋁土礦元素地球化學(xué)特征及測(cè)年數(shù)據(jù)推斷，火山灰主要來(lái)自于哀牢山—松馬造山帶的二疊紀(jì)島弧，部分來(lái)源于峨眉山火成巖。

(3)鋁土礦層之后的海相地層組合顯示，含凝灰?guī)r薄層泥巖夾層的多寡與后生動(dòng)物盛衰呈正相關(guān)關(guān)系，符合“火山噴發(fā)—環(huán)境災(zāi)變—生物滅絕”主流觀點(diǎn)，鋁土礦中的豐富火山灰可能是瓜德魯普世末生物滅絕的肇兇。

致謝：河北省地質(zhì)測(cè)繪院巖礦實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心劉江賓高工在巖礦鑒定中給予極大幫助，在此致以衷心感謝！

(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)

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