貴州修文大豆廠鋁土礦礦床地質(zhì)、礦石特征及成礦因素研究

王景騰，劉福坤，賴銀

（1.西南能礦集團(tuán)股份有限公司，貴州 貴陽 550002；2. 西南能礦建設(shè)工程有限公司，貴州 貴陽 550018）

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

根據(jù)徐志剛、陳毓川等關(guān)于《中國成礦區(qū)帶的劃分方案》（2008），研究區(qū)屬渝南—黔中鋁土礦磷塊巖錳汞硫鐵成礦帶（Ⅲ27），大地構(gòu)造單元屬華南板塊揚(yáng)子陸塊上揚(yáng)子地塊。區(qū)內(nèi)發(fā)育地層由老到新分別是寒武系、石炭系、二疊系、三疊系以及第四系[1]。

根據(jù)《貴州省區(qū)域地質(zhì)志》（2017）劃分，區(qū)內(nèi)處于五級(jí)分區(qū)—織金穹盆構(gòu)造變形區(qū)的南東部，區(qū)域構(gòu)造主要表現(xiàn)為一系列北東-北北東向褶皺被北東至近東西向的斷層所切割的組合特點(diǎn)。其中北北東向、北東向斷裂構(gòu)造主要為一系列高角度正、逆斷層，近東西向組為高角度走滑斷層。近東西向組走滑斷層切割北北東向、北東向兩組斷裂構(gòu)造。研究表明，該系列斷層對(duì)區(qū)內(nèi)鋁土礦體的連續(xù)性和完整性起切割破壞作用[2]。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1礦區(qū)地層構(gòu)造

礦區(qū)位于電廠背斜東翼，呈北北東—南南西向展布，為一單斜構(gòu)造，礦區(qū)出露及鉆遇地層由老至新有寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)組（C2-3ls）；石炭系下統(tǒng)九架爐組（C1jj）、擺佐組（C1b）；二疊系中統(tǒng)梁山組（P2l）、棲霞組（P2q）、茅口組（P2m），上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、長(zhǎng)興組（P3c）；三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）及零星出露的第四系（Q）。地層傾向變化較大，總體上自北而南、由北東-近東、南東，傾向分別為52°、90°、136°，傾角自北而南，由西到東逐漸變陡，為9°～38°。礦區(qū)及周邊因受區(qū)域性斷裂（修文斷層）的影響，發(fā)育了較為密集的一系列次級(jí)斷裂?？傮w上以北東走向的一組斷裂發(fā)育為主，其次為北西—近東西走向的一組斷裂[3]。

2.2 含礦巖系特征

礦區(qū)含礦巖系為下石炭統(tǒng)九架爐組（C1jj），上部為鋁質(zhì)巖系，由灰綠、紫紅、淺灰等雜色粘土巖、鋁質(zhì)粘土巖、鋁土礦組成；下部主要由鐵質(zhì)粘土巖、鋁質(zhì)粘土巖、赤鐵礦組成，常見透鏡狀、結(jié)核狀赤鐵礦，厚0.55～13.45 m，平均厚5.33 m。含礦巖系厚度明顯受寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)組頂部古喀斯特巖溶洼地控制，古巖溶洼地凹陷越深,含礦巖系沉積就越厚，賦存的鋁土礦體就越厚，品質(zhì)越好；凸起地帶含礦巖系變薄，以至尖滅，鋁土礦體隨之變薄，以至尖滅，品質(zhì)變差。

2.3 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)礦體在平面上連續(xù)性較好，形態(tài)簡(jiǎn)單，呈層狀、似層狀分布。各礦塊賦存標(biāo)高由北至南呈階梯狀降低，礦體傾角逐漸變陡。鋁土礦礦體厚 0.46～9.84 m，平均厚 3.29 m，厚度變化系數(shù) 64.97%，屬厚度變化較穩(wěn)定型，礦體中部厚度較大，并呈反S型港灣狀南北向展布，向四周均變薄。通常礦體厚度與礦系厚度呈正相關(guān)，即礦系厚度越大，礦體厚度亦大。礦體單工程Al2O3含量42.76%～70.19%，平均 55.25%，品位變化系數(shù) 9.95%；SiO2含量7.00%～25.60%，平均 12.67%，變 化 系 數(shù)30.32%；A/S 1.85～9.25，平 均4.20；Fe2O3含量5.31%～24.26%，平均 14.41%，變化系數(shù)34.02%；S含量0.05%～1.20%，平均0.19%。詳查探獲鋁土礦石資源量750.26 萬噸。勘查資料表明，礦石工業(yè)類型主要為低鐵低硫型，其次為高鐵低硫型，少量為中鐵中硫型。

3 礦石特征

3.1 礦物組成與結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.1.1 礦石物質(zhì)成分

礦區(qū)內(nèi)鋁土礦的礦物組分主要有以下七種：

（1）一水鋁石：硬水鋁石是礦石主要礦物，含量 56%～95%。呈＜0.005 mm的微晶，少部分呈細(xì)板條狀，由于鐵染多呈棕紅色、黃褐色、黃綠等異常色。集合體多呈膠狀、絮狀、塑性凝塊狀。呈淺黃色，正高突起，干涉色為一級(jí)黃。硬水鋁石基底特征：分布較為均勻。以結(jié)晶粒度＜0.03 mm 微-泥晶級(jí)硬水鋁石為主，＜0.06～0.03 mm 粉晶級(jí)硬水鋁石少見。

（2）三水鋁石：三水鋁石是另一種主要的有用礦物，含量1%～3%。呈不規(guī)則粒狀、細(xì)小柱板條狀，正低突起，表面潔凈、透明。三水鋁石基底特征：分布較為均勻，以結(jié)晶粒度＜0.06～0.004 mm 粉-微晶級(jí)三水鋁石為主，結(jié)晶粒度＜0.25～0.06 mm 細(xì)晶級(jí)三水鋁石少見；粉-微晶級(jí)三水鋁石/細(xì)晶級(jí)三水鋁石約9/1；半自形-它形、柱粒狀。當(dāng)?shù)V石中三水鋁石含量少時(shí)，賦存形式呈原生基底（或次生“碎屑”及其填隙物）微量礦物構(gòu)成形式產(chǎn)出。

（3）粘土礦物：主要由伊利石、高嶺石、綠泥石等組成。多為隱晶質(zhì)，鏡下無色，略有混濁狀。粘土礦物賦存形式：樣品呈原生基底（或次生“碎屑”及其填隙物）次要礦物構(gòu)成形式產(chǎn)出，結(jié)晶粒度＜0.004 mm，為泥晶粘土礦物，具良好的定向性。高嶺石：無色，片狀、蠕蟲狀，大小0.02～0.05 mm。正低突起，Ⅰ級(jí)干涉色，平行消光。

（4）鐵 礦 物：含 量 一 般 1%～5%。主 要為分布較為均勻，局部偏集。結(jié)晶粒度基本上＜0.30～0.004 mm。褐色，粉末狀，呈條痕狀、條紋狀出現(xiàn)。

（5）石英：樣品微量礦物 成分，含量＜1%。在樣品中的賦存形式僅見一種：呈自生礦物形式產(chǎn)出，它形，結(jié)晶粒度＜0.03 mm，微-隱晶級(jí)，零散分布。

（6）方解石：高級(jí)白干涉色，茜素紅染色紅色。

（7）陸源碎屑：樣品微量礦物成分含量＜1%。在樣品中的賦存形式僅見一種：樣品呈原生基底（或次生“碎屑”及其填隙物）微量礦物構(gòu)成形式產(chǎn)出。

3.1.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

（1）礦石結(jié)構(gòu)

根據(jù)鏡下鑒定，區(qū)內(nèi)鋁土礦礦石結(jié)構(gòu)有碎（礫）屑結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)、致密狀結(jié)構(gòu)及半土結(jié)構(gòu)四種，分述如下：

①碎（礫）屑結(jié)構(gòu)

為礦區(qū)主要礦石結(jié)構(gòu)類型，礦石表面粗糙，斷口參差不齊，吸水性強(qiáng)。由礫屑、填隙物組成，礫屑一般為雜亂分布，少量礫屑大致定向分布。二者界線明顯，礫屑呈棱角狀和次棱角狀，有的次圓狀或圓狀。粒徑差異較大，一般2～6 mm，大者可達(dá)10 mm，少量為0.3～2.0 mm。按其粒度可分為＜0.2mm稱粉砂屑狀結(jié)構(gòu)，粒徑為0.2～2.0 mm的稱砂屑結(jié)構(gòu)，＞2 mm稱礫狀碎屑結(jié)構(gòu)。礫屑成分由硬水鋁石組成，一水硬鋁石表面粗糙，無色，呈泥晶狀，小于0.004 mm。其次有片狀高嶺石，水云母等粘土礦物及鐵質(zhì)，高嶺石無色，片狀、蠕蟲狀，大小0.01～0.04 mm，水白云母無色，鱗片狀；鐵質(zhì)多呈粉未狀，偶見微量方解石。填隙物或膠結(jié)成分一般與碎屑成分相同，碎屑含量占70%以上（如圖1和圖2所示）。

圖1 礫屑結(jié)構(gòu)

圖2 砂屑結(jié)構(gòu)

②泥晶結(jié)構(gòu)

由＜0.005 mm的粒狀一水硬鋁石和少量高嶺石、鐵質(zhì)等組成，礦物雜亂分布。一水硬鋁石表面粗糙，鋁土礦物粒級(jí)均勻，呈泥晶狀、粒狀自形、半自形晶；高嶺石呈無色，片狀、蠕蟲狀，大小0.02～0.06 mm。鐵質(zhì)：褐色，粉末狀。伴有少量水云母和褐鐵礦，為礦區(qū)次要結(jié)構(gòu)類型（如圖3和圖4所示）。

圖3 泥晶結(jié)構(gòu)

圖4 泥晶結(jié)構(gòu)

③致密狀結(jié)構(gòu)

礦石外觀細(xì)膩致密，由＜0.005 mm的粒狀一水硬鋁石組成，礦物在鏡下為隱晶、微晶或膠狀結(jié)構(gòu)，礦物組分由一水硬鋁石及少量高嶺石、鐵質(zhì)等組成。

④半土狀結(jié)構(gòu)

由＜0.005 mm的粒狀一水硬鋁石組成的微晶構(gòu)成，有外形像粉砂巖，集合體常呈絮狀顆粒，少量呈碎屑顆粒，成分為半自形晶一水硬鋁石，伴有葉片狀、鱗片狀的高嶺石和水云母混雜。具此類型結(jié)構(gòu)的礦石質(zhì)量較好。為礦區(qū)少量礦石結(jié)構(gòu)類型。

（2）礦石構(gòu)造

礦區(qū)礦石構(gòu)造主要包括塊狀、致密狀、半土狀。

①塊狀構(gòu)造

塊狀結(jié)構(gòu)作為礦區(qū)礦石最主要的類型，具礫屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由礫屑、填隙物組成，礫屑雜亂分布。

②致密狀構(gòu)造

礦石呈灰、深灰色，泥晶結(jié)構(gòu)，碎屑含量一般小于5%。礦石斷面平整，質(zhì)地致密，硬度大，吸水性弱。礦物成分以一水硬鋁石為主，粘土礦物相對(duì)較多。

③半土狀構(gòu)造

礦區(qū)極少數(shù)的礦石構(gòu)造類型。礦石呈灰白、淺灰及黃灰色，大部分礦石具碎屑結(jié)構(gòu)，碎屑呈棱角狀及次棱角狀，分選差，少部分為泥晶結(jié)構(gòu)。礦物成分以一水硬鋁石為主，伴有少量粘土礦物、鐵質(zhì)等。

3.2 主要化學(xué)成分含量及變化規(guī)律

3.2.1 Al2O3含量和變化規(guī)律

Al2O3是礦區(qū)鋁土礦礦石中主要有用成分，主要賦存于一水硬鋁石中，其次是呈鋁硅酸鹽的形式賦存于粘土礦物中。單件樣品含量為41.14%～73.32%，礦體平均55.25%。其中40%～45%者占13.21%，45%～50%者 占35.85%，50%～55%者 占28.30%，55%～60%者占11.32%，60%～65%者占9.44%，65%～70%者占0.94%，大于70%者占0.94%。Al2O3含量在45%～58%間均勻分布，占樣品總數(shù)的64.15%。

3.2.2 SiO2含量和變化規(guī)律

SiO2是礦區(qū)鋁土礦礦石中主要有害成分，主要呈鋁硅酸鹽賦存于粘土礦物中。單件樣品含量為4.30%～32.23%，礦體平均12.67%。其中小于5%者占6.00%，5%～10%者占15.00%，10%～15%者占31.00%，15%～20%者占14.00%，20%～25%者占9.00%，25%～30%者占9.00%，30%～35%者占12.00%，35%～40%者占4.00%。以上可見SiO2含量主要分布在10%～15%。

3.2.3 Fe2O3的含量及其變化規(guī)律

鋁土礦礦石中Fe2O3是以含鐵的礦物出現(xiàn)，主要礦物有赤鐵礦、綠泥石、黃鐵礦及褐鐵礦等。鋁土礦單件樣品含量為2.01%～25.62%，礦體平均14.41%。其中小于3%者占6.00%，3%～6%者占20.00%，6%～15%者占30.00%，大于15%者占44.00%。可見礦區(qū)高鐵占大多數(shù)。

3.2.4 TiO2的含量及其變化規(guī)律

TiO2在整個(gè)鋁土礦礦石中具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，其經(jīng)常被存儲(chǔ)在銳鈦礦物中，單件TiO2樣品含量為0.26%～22.23%，平均2.24%。

3.2.5 有害組分S的含量及變化

硫是鋁土礦中的有害物質(zhì)，主要賦存于黃鐵礦中。鋁土礦單件樣品中TS含量為0.03%～2.42%，礦體平均0.19%。據(jù)礦區(qū)191件基本分析樣統(tǒng)計(jì)，鋁土礦的主要化學(xué)成分之間存在明顯或比較明顯的相關(guān)關(guān)系。其中：Al2O3和SiO2呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0.121 7。Al2O3和Fe2O3呈正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.053 7。Al2O3和S呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0.078 1。

4 成礦因素

4.1 大地構(gòu)造因素

寒武系婁山關(guān)組與石炭系間古侵蝕間斷及相對(duì)穩(wěn)定的大地構(gòu)造環(huán)境有利于鋁土礦的形成。區(qū)內(nèi)鋁土礦賦存于寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)組頂部古侵蝕間斷面上的石炭系下統(tǒng)九架爐組中上部。其間缺失了奧陶系、志留系、泥盆系和部份石炭系地層，侵蝕間斷近100 Ma。被剝蝕巖石多為易紅土化和淋失的碳酸鹽巖，少量為粉砂巖、粘土巖，從而為區(qū)內(nèi)鋁土礦的形成提供了充足的物源。鋁土礦層產(chǎn)狀與上覆地層和下伏基巖間巖層產(chǎn)狀基本一致，呈平行不整合或整合接觸。表明區(qū)內(nèi)在揚(yáng)子地臺(tái)相對(duì)穩(wěn)定的大地構(gòu)造條件下，古風(fēng)化鋁土物質(zhì)形成以后的地殼運(yùn)動(dòng)以緩慢上升的造陸運(yùn)動(dòng)為主，從而使古風(fēng)化鋁土物質(zhì)得以滯留和保存，從而形成鋁土礦[4]。

4.2 古喀斯特地貌

古喀斯特地貌是直接控制區(qū)內(nèi)鋁土礦改造成礦、就位及保存的重要場(chǎng)所。區(qū)內(nèi)鋁土礦的形態(tài)、厚度和規(guī)模嚴(yán)格受古喀斯特洼地和低谷地貌形態(tài)控制，該場(chǎng)所為鋁土礦母巖物質(zhì)的聚集提供了空間及良好排泄條件，并為區(qū)內(nèi)鋁土物質(zhì)的反復(fù)淋濾脫硅排鐵，最后富集成礦提供了良好的排泄通道[4]。

4.3 古地理環(huán)境條件

古地理環(huán)境因素是區(qū)內(nèi)鋁土礦成礦的充分必要條件?，F(xiàn)有勘查資料表明，區(qū)域上鋁土礦床明顯受古地理格局控制。石炭世早期，在貴州境內(nèi)以貴定、貴陽、安順、赫章以北一線為界，往南為濱海碎屑巖相、淺海臺(tái)地碳酸鹽相沉積；往北為半局限瀉湖、沼澤相沉積。海水由南往北入侵，處于揚(yáng)子古陸邊緣臨海地帶的現(xiàn)修文、清鎮(zhèn)地區(qū)古風(fēng)化鋁土礦母巖，在溫暖潮濕多雨的海洋氣候條件下，強(qiáng)烈的風(fēng)化作用，使母巖中的可溶物質(zhì)隨地表水和地下水流失，最終形成鋁土礦[5]。

5 結(jié)語

通過對(duì)貴州修文成礦因素的歸納總結(jié)，結(jié)合近年勘查成果資料，對(duì)本地區(qū)鋁土礦礦床地質(zhì)特征及成礦因素進(jìn)行分析研究，獲得的成果供地質(zhì)找礦及礦產(chǎn)勘查參考。

（1）區(qū)內(nèi)鋁土礦為古風(fēng)化殼沉積型一水硬鋁石礦床。鋁土礦位于石炭系下統(tǒng)九架爐組中上部，九架爐組與下伏地層寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)組為平行不整合接觸。

（2）古喀斯特地貌是控制區(qū)內(nèi)鋁土礦改造成礦、就位及保存的重要場(chǎng)所。區(qū)內(nèi)鋁土礦的形態(tài)、厚度和規(guī)模嚴(yán)格受古喀斯特洼地和低谷地貌形態(tài)控制。為鋁土礦母巖物質(zhì)的聚集提供了良好的空間和排泄條件，并為區(qū)內(nèi)鋁土物質(zhì)的反復(fù)淋濾脫硅排鐵，最后富集成礦提供了良好的排泄通道。

（3）古地理環(huán)境因素是區(qū)內(nèi)鋁土礦成礦的充分必要條件。本區(qū)古風(fēng)化鋁土礦母巖，在溫暖潮濕多雨的海洋氣候條件下，強(qiáng)烈的風(fēng)化作用，使母巖中的可溶物質(zhì)隨地表水和地下水流失，最終導(dǎo)致鋁土礦形成。

（4）本區(qū)石炭系下統(tǒng)九架爐組中上部含鋁巖系是區(qū)內(nèi)鋁土礦的直接找礦標(biāo)志，區(qū)域上各向斜核部、背斜兩翼及婁山關(guān)組頂部古侵蝕面是區(qū)內(nèi)鋁土礦的間接找礦標(biāo)志。