黔中蔡家壩鋁土礦床微量元素特征及地質(zhì)意義*

陳曉甫 吳 攀 劉 江 鄧克勇劉亞彬 魏 濤 冉文瑞

（1.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 貴陽 550025；2.貴州省自然資源勘測規(guī)劃研究院 貴陽 550004；3.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊 貴陽 551400；4.貴州省地質(zhì)調(diào)查院 貴陽 550081）

我國鋁土礦資源豐富，種類齊全，以古風(fēng)化殼沉積型為主，其次為堆積型，紅土型最少（劉長齡，1987）。貴州省是我國古風(fēng)化沉積型鋁土礦的重要基地，鋁土礦床主要分布于貴陽市清鎮(zhèn)—修文、遵義市務(wù)川—正安—道真一帶，其次為遵義市南部—開陽—息烽北部以及黔東南州凱里—黃平一帶（劉平，1994，1999；劉幼平等，2016）。貴陽地區(qū)和遵義地區(qū)鋁土礦資源分別占全省51.28%、41.87%，其余地區(qū)僅占6.85%。

近年來，眾多學(xué)者對貴州鋁土礦床的古地理與古地貌（廖士范，1990；雷志遠(yuǎn)等，2013；崔滔等，2014；劉辰生等，2018；吳波等，2020）、古生態(tài)系統(tǒng)（余文超等，2012；Yu et al.，2019；Luo et al.，2020）、物源及地球化學(xué)特征（梅冥相，1991；向賢禮，2014；金中國等，2018）、成礦機(jī)制及成礦作用（劉平，1999；杜遠(yuǎn)生等，2014）等方面進(jìn)行了大量研究。但關(guān)于鋁土礦床的成礦來源、成礦環(huán)境仍存在較大爭議，如黔中地區(qū)鋁土礦床成礦物源，有學(xué)者認(rèn)為源于較遠(yuǎn)的華南地塊西部的區(qū)域沉積巖風(fēng)化輸入（Wang et al.，2018），或認(rèn)為來源于下伏寒武系婁山關(guān)群（張信倫等，2018；吳林等，2021），也有觀點(diǎn)認(rèn)為是源于早石炭世（沉積鋁土礦形成期）之前形成且遭受風(fēng)化剝蝕的巖石（楊曉飛等，2014）。因此，進(jìn)一步開展黔中地區(qū)成礦物質(zhì)來源和成礦環(huán)境剖析，對全面認(rèn)識鋁土礦床成因及伴生關(guān)鍵金屬（REE、Li、Ga 等）富集過程均有重要意義。

清鎮(zhèn)市蔡家壩鋁土礦床位于黔中修文—清鎮(zhèn)鋁礦集區(qū)內(nèi)，屬于古風(fēng)化殼沉積型鋁土礦（廖士范，1999）。眾多研究表明鋁土礦床中普遍富含Li、Ga、Ti、Sc、V、Zr、Co、Hf、Nb、Ta、REE 等微量稀土元素（劉平，1994；向賢禮，2014；金中國等，2015；劉平等，2019；Abedini et al.，2020；Long et al.，2020）。這些微量元素在表生過程中的遷移富集主要受其自身物理化學(xué)性質(zhì)、形成環(huán)境以及風(fēng)化作用過程等因素的控制，部分元素含量對沉積環(huán)境變化有著較高的敏感度或?yàn)椴换顒釉?，同時受成巖作用、后生作用的影響較小，因此常依據(jù)某些元素含量以及元素組合比值來對古鹽度、氧化—還原條件等沉積環(huán)境以及物源進(jìn)行判別（Maclean et al.，，1997；文華國等，2008；Dai et al.，，2010；Ballouard et al.，2016；Wang et al.，2017）。如Sr/Ba 比值與水體鹽度具有良好的正相關(guān)性，常用于古鹽度的判別（文華國等，2008；Wang et al.，2017），Zr/Hf、Nb/Ta 常 用 于 對 沉 積 巖 物 源 的 示 蹤（Maclean et al.，1997；Dai et al.，2010）。本文對通過采集蔡家壩礦區(qū)見礦鉆孔中含鋁巖系及頂?shù)装宓貙訕悠?，開展微量元素及稀土元素地球化學(xué)研究，并結(jié)合前人的研究基礎(chǔ)，剖析鋁土礦床中微量元素地球化學(xué)特征及其蘊(yùn)含的成礦環(huán)境信息，為蔡家壩礦區(qū)乃至黔中地區(qū)鋁土礦床資源研究提供基礎(chǔ)研究資料。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位處于揚(yáng)子板塊黔中隆起區(qū)，區(qū)域構(gòu)造成北東向、南北向展布（圖1a、圖1b）。黔中地區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，晚奧陶世都勻運(yùn)動使得揚(yáng)子準(zhǔn)地臺進(jìn)入拉張上隆構(gòu)造階段，到志留紀(jì)末，廣西運(yùn)動對“黔中隆起”進(jìn)一步加強(qiáng)和改造（周希云，1990；鄧新等，2010；雷志遠(yuǎn)等，2013），使得貴州全面隆升為陸，形成“南海北陸”的古地理格局。泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)時期，由于大陸伸展裂陷開始以及海面升降頻繁，海水開始漫上上揚(yáng)子臺地，使得早石炭世大塘期黔中地區(qū)喀斯特地貌得以顯現(xiàn)，為貴州鋁土礦床形成提供了有利儲存條件，并發(fā)育了黔中地區(qū)古風(fēng)化殼沉積型鋁土礦的含礦巖系——早石炭世大塘期九架爐組；隨后，石炭紀(jì)末期再次抬升為陸，遭受風(fēng)化剝蝕。

蔡家壩鋁土礦床區(qū)域?qū)贀P(yáng)子地塊黔北隆起區(qū)織金穹盆構(gòu)造變形區(qū)，位于該變形區(qū)內(nèi)的北東向構(gòu)造與南北向構(gòu)造的交接復(fù)合部位——北東向三岔河褶斷帶—大威嶺背斜北東傾末端（圖1b）。區(qū)域構(gòu)造以南北向老王沖向斜和北東向大威嶺背斜為主，區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀平緩，主體傾向北東。區(qū)域上從寒武系第二統(tǒng)清虛洞組—第四系的沉積中，地層主要發(fā)育有寒武系、石炭系、二疊系、三疊系等，零星出露白堊系地層，缺失上奧陶統(tǒng)、上志留統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)沉積。礦層底板為寒武系清虛洞組白云巖、泥質(zhì)白云巖，賦礦地層為下石炭統(tǒng)九架爐組。蔡家壩鋁土礦礦體產(chǎn)出與貓場鋁土礦基本一致（吳林等，2021），呈隱伏緩傾斜的順層狀產(chǎn)于含礦巖系九架爐組中，受基底古溶蝕地貌的制約；產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，傾向北西。礦層底板為寒武系清虛洞組白云巖、泥質(zhì)白云巖；礦區(qū)內(nèi)地表廣泛分布二疊系下統(tǒng)梁山組、中統(tǒng)棲霞組和茅口組，在礦區(qū)東南方向分布有二疊系峨眉山玄武巖。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為褶皺和斷層，走向基本與區(qū)域構(gòu)造一致，呈北東向，對礦體產(chǎn)生了一定影響。

2 礦體特征

礦體賦存于九架爐組地層中，呈隱伏緩傾斜的層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，傾向北西，平均傾角13°。礦體中Al2O3含量平均為59.30%，A/S 值為4.04，平均厚度2.42 m，礦體埋藏440～550 m。含鋁巖系與頂?shù)装逯g為平行不整合接觸；底板為寒武系清虛洞組，淺灰、肉紅色，薄—中厚層狀細(xì)晶白云巖，厚度＞147 m；頂板為石炭系擺佐組，淺灰、灰白色，厚層—塊狀粗晶白云巖，厚65～102 m；黔中地區(qū)鋁土一般含礦層序具有典型的炭質(zhì)頁巖—鋁土礦—鐵質(zhì)巖結(jié)構(gòu)（楊瑞東等，2018），但據(jù)區(qū)內(nèi)已施工見礦鉆孔揭露地層顯示缺失頂部炭質(zhì)頁巖（圖1c），下部鐵質(zhì)粘土巖不穩(wěn)定，如ZK112-1 顯示缺失。該區(qū)含礦巖系厚3～15 m，平均為5 m，層序?yàn)椋汉G泥石鋁土巖—致密狀鋁土巖—致密狀鋁土礦—致密狀鋁土巖—致密狀鋁土礦—含綠泥石鋁土巖—致密狀鋁土巖—鐵質(zhì)粘土巖。鋁土礦工業(yè)類型為低硫型和高硫型，自然類型以碎屑狀和致密狀；礦石結(jié)構(gòu)有泥—微晶結(jié)構(gòu)、碎屑狀結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)、顯微纖維結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)等（圖2）。礦石構(gòu)造主要有半土狀、碎屑狀、塊狀、鮞狀等；礦物成分主要為一水硬鋁石、粘土礦物和鐵礦物，含少量硫化礦物、碳酸鹽類礦物和碳質(zhì)等。

圖1 研究區(qū)地理位置及地質(zhì)概況a.貴州早石炭世維憲期古地理圖（劉平等，2021）；b.研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖（據(jù)研究區(qū)1∶50 000 地質(zhì)圖）；c.蔡家壩ZK112-1 鉆孔采樣柱狀圖1.省界；2.地名；3.古陸；4.沉積區(qū)；5.隆起帶；6.海洋范圍；7.白堊系地層；8.三疊系地層；9.二疊系地層；10.石炭系地層；11.寒武系地層；12.粗晶白云巖；13.含綠泥石鋁土巖；14.致密狀鋁土巖；15.致密狀鋁土礦；16.細(xì)晶白云巖Fig.1 Location and geological map of Caijiaba bauxite deposit in Guizhou Province

圖2 研究區(qū)鋁土礦床露頭剖面結(jié)構(gòu)和礦石結(jié)構(gòu)特征a.蔡家壩鋁土礦床露頭剖面；b.致密狀鋁土礦；c.鐵質(zhì)粘土巖；d.碎屑狀鋁土礦；e.半土狀鋁土礦；f.泥晶結(jié)構(gòu)（-）；g.泥—微晶結(jié)構(gòu)（+）；h.碎屑狀結(jié)構(gòu)（-）；i.顯微纖維狀結(jié)構(gòu)（+）Kln.高嶺石；Dsp.硬水鋁石；Dsp1.硬水鋁石膠結(jié)物；Zrn.鋯石；Py.黃鐵礦；Clay.粘土Fig.2 The section structure and textural characteristics of bauxite

3 樣品采集及分析方法

本研究從蔡家壩礦區(qū)已施工見礦鉆孔ZK211-1 自下而上進(jìn)行采樣工作，系統(tǒng)采集了鋁土礦、鋁質(zhì)粘土巖、白云巖等樣品15 件，采樣位置見圖1c。樣品研磨及分析測試均委托中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，所有樣品均研磨至200 目，微量元素和稀土元素分析采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）。分析過程均使用國際標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。

4 微量稀土元素地球化學(xué)特征

4.1 微量元素特征

蔡家壩鋁土礦床含礦巖系微量元素測試結(jié)果表明（表1，圖3），致密狀粘土巖及鋁土礦中富集Li、V、Cr、Ni、Nb，且主要在含鋁巖系中上段富集（圖3）。Li 含量介于179×10-6～1 369×10-6，平 均 為681.15×10-6；V 含 量 介 于44.6×10-6～199×10-6，平 均126.39×10-6；Cr 含量介于54.3×10-6～344×10-6，平均192.64×10-6；Ni 含量介于15×10-6～185×10-6，平均102.71×10-6；Nb 含量介于30.3×10-6～59.6×10-6，平均41.78×10-6；Co 和Zr 的富集規(guī)律與其他元素相反，主要在含鋁巖系上部的含綠泥石鋁土巖中富集，含量分別為6.65×10-6～56.2×10-6、267×10-6～1 261×10-6；其他微量元素含量相對較小。

圖3 蔡家壩鋁土礦床zk112-1 鉆孔剖面及部分元素/×10-6分布圖（地層圖例見圖1）Fig.3 Distribution of some trace-element/×10-6 concentrations along the zk112-1 sections of Caijiaba bauxite

表1 微量元素分析結(jié)果Table 1 Analytical results of trace elements in samples

雖然本區(qū)清虛洞組白云巖、鋁土巖和鋁土礦的微量元素含量存在明顯差別，但從清虛洞組白云巖—上部鋁土巖、鋁土巖—致密狀鋁土礦，多數(shù)元素呈有規(guī)律變化，如大離子親石元素Sr、Ba 等逐漸降低，而Nb、Zr、Hf、Ta 等高場強(qiáng)元素逐漸增加；相關(guān)性分析圖解（圖4）也表明從清虛洞組白云巖—鋁土巖—鋁土礦，微量元素呈有規(guī)律變化。

圖4 蔡家壩鋁土礦床La-Ce（a）、Nb-Sm（b）、Yb-Lu（c）、Zr-Nb（d）、Ga-Th（e）和La-Zr（f）微量元素相關(guān)性圖Fig.4 Binary diagrams of La-Ce（a），Nb-Sm（b），Yb-Lu（c），Zr-Nb（d），Ga-Th（e）and La-Zr（f）analyses of samples from the Caijiaba bauxite deposit

4.2 稀土元素特征

根據(jù)蔡家壩鋁土礦床含鋁巖系稀土元素測試分析結(jié)果（表2），本區(qū)含鋁巖系ΣREE變 化 較 大，為94.76×10-6～831.63×10-6，平 均436.26×10-6，高 于 北 美 頁 巖 稀 土 總 量（200.21×10-6；NASC 據(jù)Haskin et al.，1968）；ΣLREE/ΣHREE 的比值為4.68～13.77，平均8.15（表2），表現(xiàn)為輕稀土富集型；下伏地層清虛洞組ΣREE 為513.62×10-6，ΣLREE/ΣHREE 比值為10.85，表現(xiàn)為輕稀土比重稀土富集。上覆地層擺佐組白云巖的ΣREE 為133.16×10-6，ΣLREE 為102.63×10-6，ΣHREE 為30.53×10-6，ΣLREE/ΣHREE 比值為3.36，表現(xiàn)為輕稀土比重稀土富集。

表2 稀土元素分析結(jié)果Table 2 Analytical results of REE in samples

經(jīng)北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化處理后，含鋁巖系稀土元素配分曲線形態(tài)呈近水平狀，含礦巖系δEu 值為0.63～0.99，平均0.77，表現(xiàn)為Eu 的負(fù)異常；δCe 值為0.6～1.04，平均0.77，總體表現(xiàn)為Ce 負(fù)異常；（La/Yb）N平均0.95＜1。下伏地層清虛洞組白云巖的δEu 值為1.22，表現(xiàn)為Eu 的正異常；δCe 值為0.7，表現(xiàn)為Ce 負(fù)異常；（La/Yb）N比值為1.22。上覆地層擺佐組白云巖的δEu 值為0.86，表現(xiàn)為Eu 的負(fù)異常；δCe 值為0.72，表現(xiàn)為Ce 負(fù)異常；（La/Yb）N比值為0.7。總體上看，本區(qū)不同樣品稀土含量存在差異，但稀土配分曲線的形態(tài)總體上基本一致。整體上呈近水平狀分布，該標(biāo)準(zhǔn)化圖顯示微弱的Ce、Eu異常（圖5）。

圖5 蔡家壩鋁土礦床稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖（標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Haskin et al.，1968）Fig.5 NASC-normalized REE patterns for samples of Caijiaba bauxite deposit（normalized data after Haskin et al.，1968）

從含礦巖系REE 含量可知，鋁土巖和鋁土礦大都富集LREE、虧損HREE，配分模式LREE 右傾、HREE 平坦。含礦巖系中礦層下部中的LREE 富集型組的REE 含量總體明顯高于其他巖（礦）石，所分析樣品中有三分之一大于離子吸附型稀土礦邊界品位500×10-6，最高為831.63×10-6。

5 地質(zhì)意義

5.1 成礦物源

前人研究發(fā)現(xiàn)，Nb、Ta、Zr、Hf、Cr、Ni 等元素的相關(guān)性及比值可用來追蹤可能的鋁土礦床的成礦物源（Schroll and Sauer，1968；Maclean et al.，1997；Ballouard et al.，2016）。通過對黔中地區(qū)貓場、老黑山以及蔡家壩鋁土礦床的底板白云巖、粘土巖與含礦巖系做Nb-Ta（圖6a）、Hf-Zr（圖6c）圖解，含礦巖系與底板白云巖、粘土巖呈較好的線性關(guān)系（確定系數(shù)R2分別為0.995 5、0.928 7），并且落在由鋁土礦的點(diǎn)擬合而成的風(fēng)化線附近，表明底板白云巖、粘土巖可能為含礦巖系物質(zhì)來源。在Nb/Ta-Nb、Zr/Zr-Hf圖解上（圖6b、圖6d），鋁土礦與鋁質(zhì)巖以及粘土巖數(shù)據(jù)點(diǎn)未出現(xiàn)明顯演化趨勢，表明物源相對穩(wěn)定；鋁土礦與鋁質(zhì)巖以及粘土巖的Nb/Ta 以及Zr/Hf 比值差異較小，也指示了物源相對穩(wěn)定。

LogCr/LogNi 值常被用來判別鋁土礦床的源巖（Zarasvandi et al.，2012；張正偉等，2012；Zhang et al.，2021），不同類型鋁土礦床及母巖的LogCr/LogNi 值具明顯差異，依據(jù)前人對鋁土礦LogCr/LogNi 值分布的劃分（Schroll and Sauer，1968），黔中地區(qū)貓場、老黑山以及蔡家壩鋁土礦礦床樣品LogCr/LogNi 的投點(diǎn)并不集中，并不完全屬于某一特定的典型鋁土礦類型（圖6e），大部分樣品LogCr/LogNi 值落入巖溶型鋁土礦范圍內(nèi)，部分落入高鐵紅土型鋁土礦以及與喀斯特型鋁土礦之間過渡帶，且接近頁巖、板巖和玄武巖區(qū)，因此鋁土礦物源除底板白云巖外也不排除其物質(zhì)來源于硅酸鹽，呈現(xiàn)多源性。在Sm/Nd-Nb/Ta 雙變量關(guān)系圖上（圖6f），除貓場鋁土礦床的兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)明顯遠(yuǎn)離底板婁山組白云巖和粘土巖外，其他鋁土礦數(shù)據(jù)點(diǎn)與底板白云巖、粘土相鄰，無明顯遠(yuǎn)離，這表明底板清虛洞組或婁山關(guān)群白云巖、明心寺組粘土巖也可能為研究區(qū)鋁土礦床的源巖，前人研究也證實(shí)了這一觀點(diǎn)（張信倫等，2018；吳林等，2021）。

此外，有學(xué)者利用Ga、Pb-U 等同位素方法研究貴州中部鋁土礦時也指出鋁土礦物源可能存在多源性（Wang et al.，2018；Wen et al.，2021），如，由于表生風(fēng)化和鎵再沉淀可導(dǎo)致巖石中較重的鎵同位素虧損，推測含礦巖系下伏地層婁山關(guān)群白云巖經(jīng)風(fēng)化作用后，其δ71GaIPGP值可能高于其他白云巖的δ71GaIPGP值，說明下伏婁山關(guān)群可能為鋁土礦物源之一（Wen et al.，2021）；同時，U-Pb 同位素測年研究顯示，貴州中部早石炭世的鋁土礦與寒武紀(jì)至志留紀(jì)沉積地層具有相似的碎屑鋯石年齡峰值，因此推測其物源可能是華南地塊西緣800 Ma 中新元古代長英質(zhì)火山巖和侵入巖侵蝕形成的沉積單元（Wang et al.，2018）。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景，該區(qū)缺失奧陶系、志留系、泥盆系地層，表明該鋁土礦床很可能是經(jīng)過長期的風(fēng)化剝蝕搬運(yùn)后形成的碎屑巖、泥頁巖，經(jīng)過再風(fēng)化，在長期多次的淋濾以及脫硅富鋁作用后形成。

5.2 沉積環(huán)境

大量研究表明古鹽度與Sr/Ba、V/Zr 比值變化密切相關(guān)，常用作為古鹽度標(biāo)志（范忠仁，1989；陳代演等，1997；陳平等，1997；文華國等，2008；Wang et al.，2017）。一般認(rèn)為，陸相沉積物中Sr/Ba＜1，海相沉積物中Sr/Ba＞1，陸相半咸水沉積物中Sr/Ba 介于0.6～1.0 之間（范忠仁，1989；陳代演等，1997；文華國等，2008；Wang et al.，2017），V/Zr 指示環(huán)境陸相為0.12～0.40，海相為0.25～4.00（陳平等，1997）。蔡家壩含鋁巖系Sr/Ba 比值為0.02～0.76，平均0.23（表2），Sr/Ba 關(guān)系圖（圖7c）顯示，大部分樣品都落在淡水區(qū)，極個別落入半咸水區(qū)顯示沉積環(huán)境為以陸相為主的海陸交互相；含鋁巖系V/Zr 比值范圍為0.085～0.607，平均0.28，根據(jù)V/Zr 比值縱向變化分析，V/Zr比值主要集中在0.14～0.35 之間，而V/Zr 比值＞0.25 的主要是含礦巖系下部，說明在沉積早期以海陸相環(huán)境為主，后過渡為陸相，V-Zr 關(guān)系圖（圖7d）也顯示如此。

圖7 蔡家壩鋁土礦床含鋁巖系中微量元素Be（a）、U-Th（b）、Ba-Sr（c）和Zr-V（d）分布相關(guān)性圖Fig.7 Illustration of the correlation between Be（a），U-Th（b），Ba-Sr（c）and Zr-V（d）in Caijiaba bauxite deposit

鋁土礦床中La/Y 的變化可以指示鋁土礦化過程中pH 值的變化（Crnicki and Jurkovic，1990；Maksimovic and Panto，1991），La/Y＞1 時（堿性條件）較La/Y＜1 時（酸性條件）的CIA 指數(shù)?。∕aksimovic and Panto，1991；Abedini and Khosravi，2020），據(jù)表2、圖8 顯示，蔡家壩鋁土礦床的La/Y 比值為0.42～2.53，平均1.45，指示含鋁巖系形成是在堿性環(huán)境下。

此外，Ce 異常能用于反映沉積物古環(huán)境，追溯氧化還原條件（Murray，1994；Wilde et al.，1996）。當(dāng)Ce＞1 時，指示氧化環(huán)境；當(dāng)Ce＜1 時，指示還原環(huán)境（Elderfield and Greaves，1982；任明達(dá)等，1985）。蔡家壩含鋁巖系δCe 值為0.60～1.04，平均0.77，表明蔡家壩含鋁巖系主要是在還原環(huán)境中形成。

5.3 稀土分布控制因素

原巖中REE 含量和源區(qū)風(fēng)化條件是控制沉積物中富集的主要因素，搬運(yùn)、沉積和成巖期間的同生、后生作用過程對沉積物中REE 變化的影響較?。↘arada? et al.，2009；Gu et al.，2013），因而鋁土礦化作用過程伴隨REE 富集（Maksimovic and Panto，1991）。而介質(zhì)的酸堿度主導(dǎo)著稀土元素的遷移（Karada? et al.，2009），原巖風(fēng)化作用釋放出來的REE，隨著高嶺石化和風(fēng)化作用的持續(xù)進(jìn)行，在酸性條件下，容易從風(fēng)化產(chǎn)物中溶解并隨徑流遷移，當(dāng)遷移到中性到堿性環(huán)境下時，被各種吸附劑吸收或吸附（Maksimovic and Panto，1991；Karada? et al.，2009），REE 吸附能力與其離子半徑成正比，且隨原子序數(shù)的增加而減小，而形成絡(luò)合物的穩(wěn)定性則隨著原子序數(shù)增加而增加（Maksimovic and Panto，1991），因此，LREE 相對HREE 易于被粘土礦物所吸附聚集。

蔡家壩含鋁巖系La/Y 與REE、La/Y 與LREE/HREE 顯示出較好的正相關(guān)性（圖8a、圖8b），相關(guān)系數(shù)R2分別為0.520 3、0.786 8，且多數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)落于堿性環(huán)境中（La/Y＞1），表明含鋁巖系中REE 的富集以及LREE/HREE 分異與介質(zhì)的酸堿度相關(guān)。

圖8 蔡家壩鋁土礦床REE-La/Y（a）、LREE/HREE-La/Y（b）相關(guān)性圖Fig.8 Illustration of the correlation between La/Y-REE（a）and La/Y-LREE/HREE（b）in Caijiaba bauxite deposit

本區(qū)含礦巖系中REE 含量總體從頂部向底部遞增，這是因?yàn)樵陲L(fēng)化作用過程中，REE 從某些礦物中溶解出來，地表酸性條件下，隨徑流向下遷移，礦層底部由于地下水活性減弱以及碳酸鹽巖基巖的影響，pH 為中性到堿性，形成REE 富集的最佳環(huán)境，同時，本區(qū)含礦巖系下部的鋁土巖和鋁土礦中含有大量的高嶺石和粘土，這給LREE 的富集提供了載體。REE 與Zr 等相對不活動元素大致呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明REE 含量隨著風(fēng)化程度的降低而增加，進(jìn)一步解釋了礦層底部REE 富集的現(xiàn)象。

此外，有研究表明鐵礦物對REE 的分布具有重要的控制作用，并顯示REE 在Fe 含量豐富的含鋁巖系層位富集（Mongelli，1997），本區(qū)含礦巖系底部的含鐵質(zhì)粘土巖可能也是促進(jìn)REE 富集的因素之一。同時，在礦層底部接近中性到偏堿性的pH 值環(huán)境下，形成稀土碳酸鹽絡(luò)合物的能力也增加（Johannesson et al.，1996），因而在礦層底部HREE 比LREE 更多的形成絡(luò)合物保留在溶液中，這也說明了礦層底部較高LREE/HREE 值。

5.4 成礦作用

Be 元素在鋁土礦床中的變化具有一定的成因指示意義，一般殘積粘土Be 含量為3×10-6～300×10-6，沉 積 粘 土Be 值 為0.25×10-6～5.00×10-6（豐 愷，1992；俞 縉 等，2009）；蔡家壩鋁土礦床含礦巖系Be 值為3.37×10-6～22.60×10-6，平均10.88×10-6，表明蔡家壩鋁土礦床為風(fēng)化-沉積成因（表1，圖7a）。

前人利用Th/U 研究鋁土礦床成因時認(rèn)為：當(dāng)Th/U＞7 時，鋁土礦是強(qiáng)烈紅土化作用的產(chǎn)物；當(dāng)2＜Th/U＜7 時，鋁土礦可能在風(fēng)化作用不徹底或者沉積混雜下形成；當(dāng)Th/U＜2 時，鋁土礦是還原環(huán)境下的沉積產(chǎn)物（Laukas，1983），但是，有學(xué)者也提出Th/U＞3 時，物源區(qū)遭受較強(qiáng)程度的風(fēng)化作用，Th/U＜3 時則需要考慮源區(qū)母巖性質(zhì)的影響（McLennan and Taylor，1991；Chen et al.，2016）。蔡家壩鋁土礦樣品的Th/U 范圍為2.74～7.08，平均4.76，二元圖解顯示（圖7b），該區(qū)成礦作用主要為混合作用，有異地沉積，成礦物質(zhì)多源特征。

6 結(jié) 論

通過對清鎮(zhèn)蔡家壩鋁土礦床含礦巖系，頂?shù)装宓奈⒘肯⊥恋厍蚧瘜W(xué)特征及地質(zhì)意義研究，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

（1）清鎮(zhèn)蔡家壩鋁土礦床含礦巖系微量元素Li、V、Zr、Sr、Ba 等含量相對較高，其余Be、Nb、Ga、Hf 等含量相對較低。

（2）Cr/Ni、Nb/Ta-Nb 圖解顯示，中-上寒武統(tǒng)清虛洞組碳酸鹽巖為本區(qū)鋁土礦物源之一，但也不排除其他硅酸鹽有關(guān)的物源。

（3）Be 含量以及Th/U 圖解表明本區(qū)鋁土礦為風(fēng)化—沉積成因，Sr/Ba 和V/Zr 均顯示該區(qū)沉積環(huán)境早期以海陸交互環(huán)境為主，后期則過渡為陸相沉積環(huán)境；δCe 值表明蔡家壩含鋁巖系主要是在還原環(huán)境中形成。因此，本區(qū)鋁土礦總體是在陸相為主的海陸交互相中，風(fēng)化作用不徹底或者沉積混雜下形成。

（4）ΣREE 含量由鋁質(zhì)粘土巖—鋁土礦逐漸增加，并總體從頂部向底部遞增，這是由pH 值變化、粘土礦物以及Fe 礦物共同主導(dǎo)了蔡家壩含鋁巖系中REE 的富集以及LREE 和HREE 的 分 異。