廣西扶綏縣沉積型鋁土礦床地質(zhì)特征與成礦模式

韋 訪，黃光瓊，黃文芳，張珩清，楊 海

(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，廣西 南寧 530031)

0 引言

我國鋁土礦可分為喀斯特型(沉積型)、堆積型和紅土型三類，廣西目前主要開發(fā)利用的是堆積型一水硬鋁土礦，研究程度亦最高，而作為堆積鋁土礦的礦源層二疊系合山組沉積型鋁土礦(原生礦)研究程度卻較薄弱。近年廣西自然資源廳主持實施的“找礦突破戰(zhàn)略行動”桂西地區(qū)沉積型鋁土礦控礦因素、成礦規(guī)律和找礦預(yù)測研究項目中，筆者等通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)扶綏沉積型鋁土礦礦石顏色、礦物特征反映了其成礦環(huán)境，礦石主量元素中，Al2O3與SiO2、Fe2O3、燒失量及礦層厚度均存在一定的相關(guān)性。

在總結(jié)上述認(rèn)識的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人研究成果提出扶綏地區(qū)沉積型鋁土礦床成礦作用可分為紅土化作用、沉積—成巖作用和氧化淋濾作用三個主要階段，并建立成礦模式，以期有助于今后一段時期的找礦勘查與研究工作。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

廣西沉積型鋁土礦主要分布在桂西和桂西南地區(qū)，可分為兩個成礦帶，即平果—德?！肝骱蜕狭帧鼋棥堉莩傻V帶。前者位于大明山古陸北緣，簡稱為北部成礦帶，后者除上林位于大明山古陸的東北緣外，其余均位于南緣，簡稱南礦帶[1-2]。研究區(qū)位于大明山古陸南緣崇左復(fù)式向斜次級雷卡向斜北翼，經(jīng)歷了東吳運動、蘇皖運動、印支運動、燕山運動及喜馬拉雅運動。其中東吳運動在本區(qū)表現(xiàn)為上二疊統(tǒng)合山組平行不整合覆蓋于中二疊統(tǒng)茅口組之上，兩者之間局部具古風(fēng)化殼，對沉積型鋁土礦的形成起到了關(guān)鍵作用。區(qū)內(nèi)地層除奧陶系缺失外，自上寒武統(tǒng)至第四系均有不同程度的分布。晚古生代—早三疊世大部分為地臺型沉積，廣泛發(fā)育碳酸鹽巖、基性—酸性火山碎屑巖及含鐵鋁煤系建造。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，區(qū)域性大斷裂主要為憑祥—南寧斷裂、東門—新江斷裂、黑水河斷裂。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

扶綏沉積型鋁土礦(床)可分為東羅、柳橋和山圩三個礦段，礦區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不甚發(fā)育，多為單斜巖層。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，以NE向為主，次為近SN向。礦區(qū)地層為上石炭統(tǒng)、二疊系、中—下三疊統(tǒng)、下白堊統(tǒng)新隆組及第四系(圖1)。

沉積型鋁土礦體賦存于上二疊統(tǒng)合山組底部與中二疊統(tǒng)茅口組間平行不整合面，呈層狀、似層狀、透鏡狀沿走向斷續(xù)分布，長達(dá)數(shù)十千米。單個礦體長度一般為1000～3000 m，厚度不穩(wěn)定，1.05～8.72 m，一般厚2～3 m。礦體規(guī)模受茅口組灰?guī)r古侵蝕面控制，一般凹下地段礦層厚度較大，凸起地段厚度較小，甚至尖滅缺失。

2.1 礦石特征

2.1.1 顏色變化

東羅礦段的沉積型鋁土礦石以灰色、深灰色為主，柳橋、山圩礦段以褐紅色、紫紅色為主，值得注意的是，在不大的范圍內(nèi)各礦段礦石顏色均隨空間快速的變化，說明鋁土礦形成于陸相背景條件，因為只有在陸地才可能在小范圍內(nèi)形成環(huán)境的快速變化，即使是在陸相氧化環(huán)境，來自陸地為紅色物質(zhì)堆積在沼澤或者潟湖之后，在有機物影響下也可被還原成為灰色或者黑色。而且鋁土礦、黏土巖與薄煤層(炭質(zhì)泥巖)的多層交替，顯示了湖泊發(fā)育成沼澤所致[4]。

2.1.2 礦物組成

扶綏沉積型鋁土礦礦石綜合樣品X衍射圖譜(圖2)顯示主要礦物為高嶺石、勃姆鋁礦(即一水軟鋁石)、水鋁石(即一水硬鋁石)，次量礦物為菱鐵礦、黃鐵礦，還有少量白鈦石及銳鈦礦、方解石。

礦石的礦物成分及含量見表1。由表1可見礦石中存在較多的含 Fe2+的黃鐵礦，說明礦石可能形成于還原環(huán)境或成礦后被還原；從礦物成分來看，礦區(qū)的高嶺石分布較為普遍，高嶺石在溫暖潮濕或炎熱的大陸環(huán)境中易于形成，海洋的堿性環(huán)境下主要形成蒙脫石和水云母，礦區(qū)內(nèi)少見蒙脫石、綠泥石、方解石、白云石等海相礦物，說明鋁土礦的形成環(huán)境與海相環(huán)境關(guān)系不密切，而與陸相環(huán)境相關(guān)性更高[4]。

表1 扶綏沉積型鋁土礦礦石的礦物成分及其含量

2.1.3 化學(xué)成分

該區(qū)沉積型鋁土礦礦石的主要化學(xué)組分為Al2O3、SiO2、Fe2O3、灼失量及S，礦石中平均w(Al2O3)=48.30%，平均w(SiO2)=14.82%，平均w(Fe2O3)=14.67%，灼失量平均為17.32%，鋁硅比(A/S)平均值為3.49，平均w(S)=4.98%；主量元素中，Al2O3與SiO2、Fe2O3、呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖3)，而與燒失量和礦層厚度正相關(guān)性不明顯[5]；S與Al2O3呈不相關(guān)，表明S可能為后期侵入并使礦石的中的Fe還原為黃鐵礦[5]。

該區(qū)堆積鋁土礦凈礦石w(Al2O3)=40.23%～57.03%，平均47.71%；w(SiO2)=7.40%～18.49%，平均12.54%；w(Fe2O3)=17.92%～31.15%，平均24.78%；灼失量為9.68%～12.88%，平均11.61%[6]。由表2可見，該區(qū)堆積鋁土礦在淋濾作用下，是一個脫硅去雜質(zhì)的過程，鋁、鐵亦相應(yīng)流失，但相較而言，鐵比鋁更難流失，因而表現(xiàn)為相對富集，形成鐵殼層[7-10]。

表2 扶綏沉積/堆積鋁土礦礦石主要化學(xué)成分對比

2.2 礦層圍巖特征

筆者統(tǒng)計了礦區(qū)14個鉆孔勘查資料，發(fā)現(xiàn)沉積型鋁土礦層上覆蓋層為炭質(zhì)泥巖的5個，煤層4個，泥巖為3個，灰?guī)r僅為2個，表明沉積型鋁土巖(礦)上覆巖性較為復(fù)雜；同時鋁土巖層中尚保存有地表風(fēng)化的灰?guī)r團(tuán)塊或巨礫(圖4a)[11]，表明鋁土巖在地表環(huán)境下于灰?guī)r基巖相對凹洼地段沉積，基本定位后才接受海侵，塊狀鋁土巖上部局部發(fā)育具沉積韻律的薄層狀鋁土巖(礦)表明部分鋁土巖(礦)為準(zhǔn)原地堆積(圖4b)。扶綏地區(qū)鋁土礦的化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)接近100(表3)，CIA值>80指示強烈化學(xué)風(fēng)化強度，對應(yīng)炎熱、潮濕的氣候條件[8，12-13]。由此可見，沉積型鋁土巖(礦)在沉積初期為陸相環(huán)境。含礦巖系上部的炭質(zhì)泥巖、煤(層)線反映了沉積型鋁土礦成礦后的古環(huán)境，但與鋁土礦層和鐵鋁巖層的厚度沒有明顯的直接聯(lián)系[11]。

表3 岜羊礦段沉積型鋁土礦化學(xué)蝕變指數(shù)[12]

3 沉積型鋁土礦床成礦機理討論

3.1 巖相古地理條件

桂西地區(qū)合山期巖相古地理圖表明，已發(fā)現(xiàn)的與合山組鋁土巖有關(guān)的礦床無一例外均分布于臺地之中。臺地海侵之前長期抬升為陸，并發(fā)展為準(zhǔn)平原地貌，炭酸鹽巖遭受風(fēng)化剝蝕，形成古紅土，在此期間峨眉山火成巖噴發(fā)與印支板塊之間長山火山弧的火山噴發(fā)形成的火山塵進(jìn)入大氣平流層向桂西地區(qū)擴散，并降落在暴露的炭酸鹽巖臺地之上成凝灰?guī)r層[10，14]；古紅土在海侵前部分已短距離搬運到巖溶洼地中，海侵初期臺地逐漸發(fā)展為局限—半局限臺地瀉湖，依次沉積了鋁土質(zhì)泥巖、泥巖夾煤(線)層、硅質(zhì)泥巖，隨著海侵規(guī)模加大，接受了晚二疊世晚期巨厚的炭酸鹽巖沉積。其中，茅口組灰?guī)r不僅為成礦物質(zhì)就位提供了積累的空間，其風(fēng)化后的紅土物質(zhì)同樣成為鋁土礦層形成提供了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)[14-17]。

3.2 紅土化作用

碳酸鹽巖類巖石，主要經(jīng)歷三個期次，在整個紅土化過程中，由原生巖石風(fēng)化→伊利石黏土→高嶺石黏土→含鐵鋁礦石(高鐵三水鋁礦石)紅土。期間，在熱帶和亞熱帶的氣候條件下，在紅土風(fēng)化殼的滲透帶下部和變動帶中，經(jīng)過一次次的晴雨交替，年復(fù)一年的四季干濕和暖熱變化，使每次形成的三水鋁石、針鐵礦等礦物，經(jīng)漫長的紅土化作用后，即在殘余(留)、淋積(淋濾)、吸附、壓碎、膠結(jié)、堆積(潛積)等綜合地質(zhì)作用下，才形成了大小不一、形態(tài)各異、結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜的多世代的三水鋁土質(zhì)紅土，甚至形成三水鋁礦石和鋁質(zhì)鐵、錳礦石等。

最后，地層褶皺上升成陸，原生沉積型鋁土巖出露地表，在淺部，富氧地下水對原生鋁土巖進(jìn)行滲透淋濾，去硫脫硅，形成了現(xiàn)代高品位沉積型鋁土礦礦床，裸露地表則進(jìn)一步形成堆積型鋁土礦礦床。

4 鋁土礦床成礦模式

綜上所述，扶綏地區(qū)沉積型鋁土礦成礦作用可大致分為三個主要階段(圖5)：

1)紅土化作用：發(fā)生于茅口期晚期，孤立臺地(或遠(yuǎn)岸臺地)遭受溶蝕，碳酸鹽巖長期風(fēng)化形成紅土，鋁和相對活潑的鉀、鈣、鈉、鎂、硫、硅等物質(zhì)分離，形成富集鋁物質(zhì)的古風(fēng)化殼，大部分三水鋁礦在此階段形成。該時期部分紅土已短距離搬運到低凹地段。

2)沉積-成巖作用：古風(fēng)化殼與基巖接受海侵，蓋層開始沉積，由于臺緣礁的發(fā)育，臺地中心區(qū)域演變?yōu)榫窒薜臏€原環(huán)境，局限水環(huán)境導(dǎo)致藻類繁盛，促使炭質(zhì)和硫的富集，并向下滲濾與古風(fēng)化殼紅土及沉積物中的鐵形成黃鐵礦；隨著埋深—壓實作用的發(fā)展，三水鋁石轉(zhuǎn)變成一水硬鋁石、一水軟鋁石，同時形成高嶺石、蒙脫石、長石、云母等含Al礦物，本階段形成了沉積型鋁土巖。

3)氧化淋濾作用：褶皺抬升為陸，地表淺部的沉積型鋁土礦(或沉積鋁土巖)接受富含氧的地下水滲透淋濾，大部分相對活潑組分流失，Al組分相對提高，提高沉積型鋁土礦品質(zhì)。而崩塌到洼地中的沉積型鋁土巖(或鋁土礦)則被改造成堆積型鋁土礦。

5 結(jié)論

1)廣西扶綏地區(qū)沉積型鋁土礦礦石的顏色快速變化與礦物特征表明鋁土礦的形成環(huán)境與海相環(huán)境關(guān)系不強，而與陸相環(huán)境相關(guān)性更高。

2)沉積型鋁土礦礦石的主要化學(xué)組分為 Al2O3、SiO2、Fe2O3、灼失量及S。Al2O3與 SiO2、Fe2O3呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與燒失量和礦層厚度正相關(guān)性不明顯；S與Al2O3呈不相關(guān)，表明S可能為后期帶入。沉積型鋁土巖CIA接近100指示強烈化學(xué)風(fēng)化強度，對應(yīng)炎熱、潮濕的氣候條件，上覆圍巖巖性較為復(fù)雜，即有(炭質(zhì))泥巖、煤(層)線和灰?guī)r，合山組含礦巖系自下而上揭示了沉積環(huán)境從陸相到海相的變化。

3)扶綏地區(qū)沉積型鋁土礦成礦過程可分為紅土化作用、沉積-成巖作用和氧化淋濾作用三個主要階段。