于 蕾，王訓練，周洪瑞，高金漢，崔銀亮，張道紅，劉加強，毛志芳，鄭 楠

(1.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083;2.云南省有色地質局，云南昆明 650051)

云南省是中國主要的鋁土礦產地之一，主要分布于滇東南地區(qū)，近年來相繼發(fā)現(xiàn)了一系列大中型鋁土礦床，如大鐵、飛尺角、紅舍克、天生橋、鐵廠、芹菜塘、賣酒坪、板茂和谷桃等，顯示出該地區(qū)具有極大的找礦潛力。

前人對鋁土礦床地質特征及成因等方面進行了較為詳細的研究(Allen，1952;Kennedy，1959;Keller，1978;李啟津，1983，1996;布申斯基著.，王恩孚等譯，1984;侯正洪，1985;楊冠群等，1986;呂夏，1988;陳廷臻，1989;廖士范等，1989，1991;劉巽鋒等，1990;巴多西著.，項仁杰等譯，1990;劉長齡等，1988，1991;劉平，2001，2007;?ztürk et al.，2002;Temur et al.，2006;朱永紅等，2007;孟健寅等，2011)，尤其近年來國內學者將中國鋁土礦與世界同類型鋁土礦進行了對比研究，對世界鋁土礦成礦理論的研究做出了貢獻(Deng et al.，2010;Liu et al.，2010; Wang et al.，2010)。丘北縣大鐵鋁土礦床為一水硬鋁石沉積型鋁土礦床，深入研究其地質特征與成礦作用過程，總結其成礦規(guī)律與找礦標志，對于指導滇東南地區(qū)鋁土礦的勘查工作具有一定的理論與實際意義。

1 區(qū)域地質背景

滇東南處于華南造山帶西部邊緣，其西為揚子板塊。晚古生代時期該區(qū)為華南洋盆或滇黔桂洋盆的一部分，發(fā)育了泥盆系、石炭系和二疊系以碳酸鹽巖為主的穩(wěn)定類型的沉積，長期處于一相對穩(wěn)定的構造背景。

區(qū)內鋁土礦主要成礦期為晚二疊世吳家坪早期，該時期滇東南地區(qū)沉積環(huán)境為西有康滇古陸，南有屏馬-越北古陸。成礦環(huán)境總體為一向北東方向開放的、位于古陸邊緣或古海島邊緣的低能濱岸-淺海環(huán)境，有利于鋁土礦的形成。

區(qū)內礦床類型主要為沉積型和堆積型，沉積型鋁土礦床受地層和古地理環(huán)境控制明顯。

2 礦區(qū)地質

礦區(qū)內出露地層主要為上古生界及中生界的一套海相碳酸鹽巖與碎屑巖系(圖1)。礦體賦存于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)下部，與下伏地層呈不整合接觸關系。下伏地層架木格地區(qū)為峨眉山組玄武巖，其它地區(qū)為威寧組灰?guī)r。

圖1 云南省丘北縣大鐵礦區(qū)地質簡圖①Fig.1 Geological sketch map of the Datie ore field in Qiubei County，Yunnan Province①1-個舊組;2-永寧鎮(zhèn)組;3-洗馬塘組;4-龍?zhí)督M;5-峨眉山組玄武巖;6-威寧組;7-大塘組;8-榴江組;9-地質界線; 10-不整合地質界線;11-性質不明斷層;12-沉積型鋁土礦化帶;13-滇東南鋁土礦分布區(qū);A-A＇-古城P14實測剖面1-Gejiu Formation;2-Yongningzheng Formation;3-Ximatang Formation;4-Longtan Formation;5-basalt of Emeishan Formation;6-Weining Formation;7-Datang Formation;8-Liujiang Formation;9-geological boundary;10-unconformity geological boundary;11-unknown fault;12-sedimentary bauxite mineralization zone;13-distribution area of bauxite in Southeast Yunnan Province;A-A＇-Gucheng profile No.P14

區(qū)內斷裂構造發(fā)育，大致有NW、NNW及NE向三組，龍?zhí)督M被NE和NW向斷裂錯斷呈雁狀斷續(xù)分布。

礦區(qū)與鋁土礦成礦關系較密切的火山巖主要為中-晚二疊世峨眉山組玄武巖(P2-3β)，出露于礦區(qū)西南部。地球化學研究表明，玄武巖為鋁土礦主要的成礦物質來源。

3 礦床地質

3.1 含礦巖系特征

含礦巖系為一套海陸交互相以鋁質、鐵質和粘土質為主的碎屑巖系。一般下部富鐵，中部富鋁，上部富炭。厚度受基底古地形影響較大，隨基底巖溶面的起伏變化而減薄或增厚，橫向上呈現(xiàn)出似層狀或透鏡狀分布特征。一般厚1.2～69.2 m，變化系數(shù)0.85，與鋁土礦層厚度變化呈顯著正相關關系(R =0.83)。

礦區(qū)出露地層由上至下簡述如下:上覆地層龍?zhí)督M上段，灰色硅質灰?guī)r夾硅質巖，0～30 m。龍?zhí)督M下段:雜色泥巖、粉砂質泥巖，0～14.5 m;煤層或灰黑色、黑色炭質泥巖夾煤線，局部相變?yōu)槟鄮r，0～11.95 m;泥巖，粉砂巖0～35.6 m;鐵鋁巖、鋁土礦、鋁質泥巖:灰～褐灰色，碎屑-團粒狀、豆鮞狀、致密狀、晶粒狀結構，塊狀構造，局部呈條帶狀構造，呈層狀、似層狀產出。見草莓狀黃鐵礦塊狀集合體。為本區(qū)主要含礦層，0～37.1 m;鐵質巖、鐵質泥巖:褐紅色，局部為泥巖、粉砂質泥巖，0～21.8 m。下伏地層為上石炭統(tǒng)威寧組灰?guī)r或中-上二疊統(tǒng)峨眉山組玄武巖。

3.2 礦體特征

大鐵鋁土礦床礦體呈層狀、似層狀斷續(xù)產出，總長約13.5 km(圖1)。目前圈定出礦體10余條(表1)，單個礦體一般長500～2000 m，厚2.7～18.0 m，平均厚6.4 m。礦體厚度明顯受下伏基底控制，低洼處厚度大，凸起處厚度薄甚至尖滅。礦石含 Al2O339.86% ～67.58%;含 SiO215% ～ 35%;含F(xiàn)e2O315% ～20%;鋁硅比值2.3～8.6，最高達32.6②。

表1 云南省丘北縣大鐵鋁土礦床礦體特征②Table 1 Geological features of the Datie bauxite deposit in Qiubei County，Yunnan Province②

3.3 礦石特征

3.3.1 礦石結構構造與礦石類型

礦石顏色呈灰白、灰、深灰、褐灰色，多呈塊狀構造，局部具條帶狀構造。結構有致密狀(圖2-a)、晶粒狀(圖2-b)、碎屑-團粒狀(圖2-c)、豆鮞狀(圖2-d)等。豆鮞核心多數(shù)由鋁土物質、粘土礦物(高嶺石等)和鐵質氧化物(針鐵礦)組成。

礦石類型按結構分主要為碎屑狀鋁土礦，其次為豆鮞狀、致密狀和半粗糙狀鋁土礦。半粗糙狀鋁土礦石主要呈晶粒狀結構，顏色灰白色，多位于含礦層上部，品質相對較好，與表生再富集作用有關。按其外觀形態(tài)來說，白色至淺灰色，質地相對較松軟，體重較小，一般位于含礦層上部，品質較好(Laskou et al.，2007);其次是深灰色-灰褐色，較硬，此種鋁土礦的品質也較好，多位于含礦層中部;第三種是褐紅色，多位于含礦層下部，品質相對較差。造成外觀形態(tài)差別的主要原因是由于除氧化鋁外，在鋁土礦中還含有許多雜質，主要是含硅、鐵和鈦的各種礦物。

圖2 云南省丘北縣大鐵鋁土礦礦石結構類型Fig.2 Microphotos showing texture of ores from the Datie bauxite deposit in Qiubei Countya-致密狀;b-晶粒狀;c-碎屑狀;d-豆鮞狀a-compacted structure;b-crystal structure;c-clastic structure;d-oolitic structure

礦石中主要礦物為一水硬鋁石，其次是高嶺石、伊利石、絹云母、綠泥石、銳鈦礦、針鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、金紅石和玉髓等。

礦石類型及結構構造特征是反映礦床形成條件及成礦過程的重要標志之一。不同類型的礦石，其形成方式和成礦過程有一定的差異，其中沉積時的巖相古地理環(huán)境及成礦環(huán)境的介質條件的差異起著主要影響作用。致密狀反映相對低能的環(huán)境，在含礦巖系的底部較為發(fā)育，一般沉積環(huán)境為局限淺海帶上部。豆鮞狀和碎屑狀主要分布于含礦巖系中上部，在礦區(qū)西邊較發(fā)育，反映相對高能的海水動能條件，顯示由西南高向北東低方向，水域逐漸加深，系潮下帶沉積環(huán)境的產物。

3.3.2 礦石化學組成特征

本次研究對架木格、古城和大鐵礦段進行了系統(tǒng)采樣化學分析(表2)，樣品鋁土巖11件，灰?guī)r1件(B1)，玄武巖1件(B2)。玄武巖樣品(B2)由中國地質大學(北京)實驗室測定，其主量元素測試儀器為ICP-OES，微量和稀土元素測試儀器為Agilent 7500a。其余樣品由河北省區(qū)域地質礦產調查研究所實驗室測定，其主量元素組成用X熒光光譜儀(帕那科公司)測定，微量和稀土元素組成用 X Serise 2等離子體質譜儀測定。

測試結果表明，礦區(qū)礦石Al2O3含量31.5%～53.16%，平均43.98%，SiO23.8% ～37.5%，平均16.21%，硅質偏高，F(xiàn)e2O3含量1.38% ～29.98%，平均15.17%，S含量一般0.02% ～0.15%，平均0.13%，僅在局部含黃鐵礦層出現(xiàn)高值，達0.79%。鋁硅比值變化范圍為0.96～12.63，平均4.45。垂向上，礦體中部Al2O3含量相對較高，下部鐵含量較高。含礦巖系Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2和H2O+5種化學成分含量之和＞95%，反映紅土化作用總體較強，成熟度較高。

將各礦段鋁土礦Al2O3含量分布與沉積相類型進行對應分析(表3)，可以看出，自西南向北東方向沿沉積相帶的變化方向，即沿潮下帶-局限淺海帶上部，由架木格→古城→大鐵礦段，礦石Al2O3含量呈降低趨勢，潮下帶為成礦有利相帶。

表2 云南省丘北縣大鐵鋁土礦(巖)石主量元素化學成分(%)分析結果表Table 2 Chemical components of major elements in the Daitie bauxite deposit(%)

表3 云南省丘北縣大鐵礦區(qū)各礦段鋁土礦石主量元素化學成分(%)分析結果表Table 3 Chemical components of major elements in different ore sections of the Daitie bauxite deposit(%)

3.4 成礦階段劃分與成礦作用過程

大鐵鋁土礦成礦作用受多種因素的制約，大致可劃分為3個成礦階段:

(1)古風化殼發(fā)育階段。成礦母巖，主要是玄武巖經風化作用(物理、化學分解)形成紅土風化殼，形成的一水硬鋁石礦物碎屑與其它風化產物或鋁土礦碎屑一起，在后來的海侵作用下經短距離搬運至沉積盆地中。鋁土礦石碎屑顆粒類型多樣，主要以內碎屑為主，反映了以機械搬運為主的沉積特征。碎屑、團粒和豆鮞粒常同時出現(xiàn)，且大小混雜，表明成礦物質的遷移方式為膠體和機械搬運。

(2)沉積-成巖階段。被搬進沉積盆地的風化產物或鋁土礦碎屑，在成巖作用過程中，由于溫度和壓力等的變化，經化學分解形成新的礦物。如一水硬鋁石于硅鋁質或粘土質-高嶺石質的基質中漸漸晶出，本區(qū)較為常見(圖2-b)。碎屑由復碎屑組成，包含鮞粒和碎屑礦物，碎屑礦物具定向排列，均指示了成礦物質經歷多期搬運后再沉積的特征，此階段為鋁土礦主要成礦期。

成巖后期在適宜的介質條件下，一水硬鋁石再(重)結晶或由鋁真溶液直接析出，充填于溶蝕的孔洞中或沿裂隙壁生長填充，此種類型在本區(qū)所占比例很小，但分布較廣。

(3)表生階段。深埋地下的含礦巖系隨地殼的隆起，抬升暴露地表或接近地表，在表生作用下，受大氣滲流水淋濾作用，再次脫硅、除鐵和去硫，使原有鋁土礦更加富集，在含礦層上部形成半粗糙狀、品質相對較好的鋁土礦石(圖2-b)。

4 成礦規(guī)律與找礦標志

4.1 成礦規(guī)律

(1)鋁土礦產出與分布嚴格受地層層位控制。礦體賦存于古風化侵蝕面上的上二疊統(tǒng)吳家坪階下段，假整合于中-上二疊統(tǒng)峨眉山組玄武巖或上石炭統(tǒng)威寧組灰?guī)r之上。

(2)鋁土礦產出與分布受沉積環(huán)境控制。鋁土礦床(點)主要分布于古陸(島)周圍及靠近古陸(島)的潮下帶-局限淺海帶上部，以潮下帶成礦相對較好。

(3)含礦巖系及鋁土礦層的規(guī)模、形態(tài)和厚度嚴格受成礦前古地形地貌的控制。隨基底侵蝕面起伏變化而減薄或增厚，凹處沉積厚，凸出處沉積薄，呈似層狀或透鏡狀斷續(xù)分布。礦層厚度變化與含礦巖系厚度呈顯著正相關關系。

(4)含礦巖系的沉積序列為下部富鐵質，中部富鋁質。由下向上依次出露鐵質巖→鐵鋁巖→鋁土巖→泥巖、粉砂巖→煤層或碳質泥巖夾煤線→泥巖、粉砂巖。鋁土礦層在橫向上局部地區(qū)相變?yōu)殇X質泥巖。海侵初期形成鐵質巖、鐵質泥巖或鐵鋁巖，海侵最大時期形成鋁土巖，構成了晚二疊世快速海侵-緩慢海退的沉積旋回，海侵階段又發(fā)育多個次級的海侵海退小旋回，總體表現(xiàn)為一個海侵過程。

(5)礦體的不同部位鋁土礦石結構類型有規(guī)律的變化。礦體下部主要為深灰、褐紅色鐵質鋁土礦石，結構主要為致密狀、豆鮞狀和碎屑狀;上部近地表主要為淺灰色半粗糙狀鋁土礦石，結構較下部礦石疏松，品質相對較好。礦石Al2O3含量隨類型而異，一般為半粗糙狀＞碎屑狀＞豆鮞狀＞致密狀。

4.2 找礦標志

(1)巖相古地理標志:云南省丘北地區(qū)晚二疊世吳家坪早期沉積型鋁土礦的形成明顯受沉積相類型的控制，有利成礦的相帶為潮下帶-局限淺海帶上部。

(2)地層標志:云南省丘北地區(qū)晚二疊世吳家坪早期沉積型鋁土礦的分布嚴格受地層層位控制，因此，吳家坪階下部地層的存在是尋找該層位沉積型鋁土礦的必要條件。

(3)物源標志:在具備相同有利的成礦條件下，玄武巖作為鋁土礦成礦母巖的可能性比灰?guī)r大得多。二疊系峨眉山組玄武巖為鋁土礦的形成提供了豐富的物質來源，玄武巖發(fā)育地段為有利成礦區(qū)。

(4)構造標志:東吳運動形成的不整合面是間接找礦標志，龍?zhí)督M與中-上二疊統(tǒng)峨眉山組玄武巖或上石炭統(tǒng)威寧組灰?guī)r之間的不整合面。

(5)沉積序列標志:含礦巖系的底部常為褐紅色鐵質巖，頂部常為黑色煤層或煤線，因此鐵質巖、煤層或煤線也是找礦標志之一。有鋁土礦碎石碎塊出露的地方注意附近找礦，淺灰色鋁土礦品質較好。

(6)其他標志:沉積礦與堆積礦互為找礦標志，有堆積型鋁土礦露頭的地方注意查找沉積型鋁土礦。

5 結論與討論

滇東南地區(qū)沉積型鋁土礦是在晚二疊世峨眉山玄武巖和二疊系、石炭系碳酸鹽巖遭受長期強烈風化剝蝕形成了富鋁、鐵的風化殼，又有周圍古陸陸源碎屑物的加入，于海侵時風化殼物質及陸源碎屑物以機械懸浮物或膠體形式遷移搬運到濱淺海地帶，由于環(huán)境介質及pH值等改變，鐵鋁質逐漸沉積形成的。在整個沉積過程中，處于相對低能的海灣環(huán)境，水動力相對較弱。含礦巖系下部富鐵質，海侵初期形成鐵質巖、鐵質泥巖、鐵鋁巖，海侵最大時期形成鋁土巖，為主要的成礦期。鋁土礦的形成經歷了快速海侵到緩慢海退的沉積環(huán)境演化旋回。其中海侵又發(fā)育多期海進海退次級旋回，總體表現(xiàn)為海侵過程，整個成礦過程是在相對穩(wěn)定的構造背景下進行的。

中、晚二疊世之間的東吳運動，使得地殼抬升，中-晚二疊世峨眉山組玄武巖和二疊系、石炭系灰?guī)r大面積暴露于地表，遭受長期強烈的風化剝蝕，在物理風化和化學風化作用下，K、Na、Ca和Mg等易溶元素和大部分Si被淋濾，Al、Ti和Fe等不活潑元素相對富集，形成古風化殼，為鋁土礦的形成提供了豐富的物質基礎。

晚二疊世吳家坪早期第一階段，海侵自北東方向入侵，風化殼物質以及周圍古陸(康滇古陸和越北古陸等)的陸源碎屑物，以分散懸浮物機械碎屑形式和膠體形式遷移匯集到濱淺海環(huán)境中沉積形成鋁土礦。早期脫硅、富鐵形成高鐵型鋁土巖;晚期處于弱氧化-弱還原的環(huán)境，形成低鐵型鋁土礦。

晚二疊世吳家坪早期第二階段發(fā)生海退，海水變淺，逐漸形成沼澤地帶，沉積了一套炭質泥巖夾煤線或煤層。含有機質的沼澤水、淤泥水，由于缺氧而處于還原環(huán)境，有助于鋁土礦中的鐵被遷移。

致謝:參加野外工作的還有研究生杜兵盈、尹超同學，野外工作得到了云南省有色地質局、306隊和勘測院同志的大力支持與幫助，在此一并表示感謝!

［注釋］

① 云南省有色地質局306隊.2010.云南省丘北縣大鐵地區(qū)鋁土礦勘查工作總體部署圖.

② 云南省有色地質局.2009.云南省鋁土礦找礦行動計劃勘查工作方案.

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