葉 楓，董國(guó)臣，孟兆國(guó)，靳 寧，侯占國(guó)，楊全林，劉 晶

(1. 山西省地質(zhì)調(diào)查院，山西太原 030006；2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

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山西高家山鋁土礦稀土元素地球化學(xué)特征及意義

葉 楓1,2，董國(guó)臣2，孟兆國(guó)1，靳 寧1，侯占國(guó)1，楊全林1，劉 晶1

(1. 山西省地質(zhì)調(diào)查院，山西太原 030006；2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

山西沁源縣高家山鋁土礦床是山西省地質(zhì)調(diào)查院于2013年發(fā)現(xiàn)的大型鋁土礦床。本文通過(guò)對(duì)高家山鋁土礦的研究，分析并研究鋁土礦樣品的稀土元素含量和地球化學(xué)特征，探討稀土元素對(duì)于本區(qū)鋁土礦成因和環(huán)境的指示意義。研究表明：該區(qū)鋁土礦體的ΣREE總量較大，輕稀土元素相對(duì)富集，具有明顯的Eu負(fù)異常；利用稀土元素圖解大致反映出底板碳酸鹽巖是本區(qū)鋁土礦床的主要物質(zhì)來(lái)源，鋁土礦形成于被動(dòng)大陸邊緣地帶海相或海陸過(guò)渡相環(huán)境。ΣREE與Al2O3含量相關(guān)性不大。本區(qū)礦床稀土元素含量達(dá)到或超過(guò)綜合利用標(biāo)準(zhǔn), 具有巨大的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

鋁土礦 高家山 稀土元素 地球化學(xué) 山西

Ye Feng, Dong Guo-chen, Meng Zhao-guo, Jin Ning, Hou Zhan-guo, Yang Quan-lin, Liu Jing. Geochemical features of rare-earth elements of the Bauxite Deposit in the Gaojiashan region, Shanxi Province and their implications[J]. Geology and Exploration, 2015, 51(3):0486-0495.

1 前言

鋁土礦是多種金屬礦產(chǎn)(如鋁、鎵、鈮、鉭)的重要來(lái)源(Laskou, 1991; Evans, 1993; Calagarietal.,2007; Mamelietal. , 2007; Liuetal. , 2010)。目前鋁土礦類型主要有喀斯特型鋁土礦和紅土型鋁土礦兩類。產(chǎn)于碳酸鹽巖古喀斯特面之上的稱為喀斯特型鋁土礦；產(chǎn)于鋁硅酸鹽巖之上的稱為紅土型鋁土礦(劉長(zhǎng)齡，1992; 廖士范，1994; D′Argenioetal. , 1995)。

山西省鋁土礦賦存于太原組底部湖田段中，位于山西中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖古侵蝕面之上，屬于典型的喀斯特型鋁土礦(劉長(zhǎng)齡，1987)。保有資源量居全國(guó)首位，是我國(guó)主要的喀斯特型鋁土礦礦產(chǎn)地(劉學(xué)飛，2011；王慶飛等，2012)，其礦床分布遍及全省(廖士范等，1991)。

長(zhǎng)期以來(lái)，不少專家和學(xué)者對(duì)喀斯特型鋁土礦進(jìn)行了多學(xué)科、多方面的詳細(xì)、深入的研究(萬(wàn)兵等，1981; 劉長(zhǎng)齡，1985; 范忠仁，1989; 陳漢成等，1996; 程?hào)|等，2001; 趙運(yùn)發(fā)等，2002; 劉學(xué)飛等，2008; 殷科華，2009; Wangetal. , 2010)，前人的研究工作和研究成果對(duì)喀斯特型鋁土礦的深入了解起到了極大的促進(jìn)作用。

前人認(rèn)為，山西鋁土礦演化過(guò)程主要經(jīng)過(guò)三期，即風(fēng)化期—沉積成礦期—成巖期，各期為連續(xù)轉(zhuǎn)化序列(陳平等，1997；陳平等，1998；吳國(guó)炎，1997；趙運(yùn)發(fā)等，2002)，最終形成現(xiàn)今的鋁土礦床。

山西省中南部地區(qū)沁源縣高家山鋁土礦是山西省地質(zhì)調(diào)查院于2013年發(fā)現(xiàn)的一個(gè)大型鋁土礦床。由于該礦床的科學(xué)研究工作剛剛開展，許多問(wèn)題尚待解決。鑒于近年來(lái)高家山鋁土礦床周邊地質(zhì)工作的開展，發(fā)現(xiàn)本區(qū)鋁土礦具有良好的資源潛力前景。稀土元素(REE)地球化學(xué)是研究礦床的常用手段之一(陳德潛等，1990)。本文以采自高家山的鋁土礦樣品為基礎(chǔ)，分析樣品的稀土元素含量及地球化學(xué)特征，并結(jié)合前人的研究成果，對(duì)稀土元素對(duì)區(qū)內(nèi)礦床成因的指示意義進(jìn)行了討論，為深入認(rèn)識(shí)高家山鋁土礦礦床特征及對(duì)山西省鋁土礦成礦規(guī)律的研究提供一定參考。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

高家山鋁土礦位于華北克拉通中部碰撞(造山)帶內(nèi)(圖1)，大地構(gòu)造位置位于塔里木—華北板塊(程裕淇等,1995)的Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元山西地塊(地理上包括山西及豫西)。區(qū)內(nèi)地層出露齊全，除志留系、泥盆系缺失外,自中太古界阜平組群至新生界第四系地表均有出露。其中以?shī)W陶系灰?guī)r、白云巖，上石炭統(tǒng)頁(yè)巖和鐵鋁巖系，二疊系泥巖夾砂巖最為發(fā)育,且分布廣泛。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造不發(fā)育,地層多呈單斜產(chǎn)出，且未見(jiàn)大規(guī)模巖漿活動(dòng)痕跡(陳平等,1997)。

3 礦床地質(zhì)特征

該礦床位于山西省沁源縣城西北方向高家山村一帶，沁水盆地鋁土礦集區(qū)內(nèi)，出露地層主要有: 第四系沉積物，二疊系-石炭系砂巖、頁(yè)巖和底部鋁土礦含礦巖系和奧陶系灰?guī)r等，其中以二疊系-石炭系月門溝群太原組、山西組和奧陶系地層為主。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造不發(fā)育(圖1)，地層總體產(chǎn)狀平緩，傾向E-SE。太原組底部湖田段為本區(qū)鋁土礦含礦巖系，與下伏奧陶系地層呈假整合接觸，主要由赤鐵礦、褐鐵礦(即山西式鐵礦)、鐵質(zhì)粘土巖、鋁土礦、鋁土巖、硬質(zhì)耐火粘土礦、粘土巖等組成，其巖性及厚度有一定變化，但垂向?qū)有虼笾孪嗤?，自下而上具有鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖-硅質(zhì)巖的沉積規(guī)律，主體呈層狀或似層狀產(chǎn)出。由于基底古巖溶形態(tài)凹凸不平，湖田段底部呈現(xiàn)出波狀起伏的形態(tài)特征。地層厚度變化較大，約2.00～9.54m，平均厚度5.22m。

圖1 山西高家山鋁土礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖①Fig.1 Geologic map of the Gaojiashan bauxite deposit in Shanxi Province①1-第四系沖洪積物；2-第四系殘坡積物；3-二疊系泥巖夾砂巖；4-山西組砂巖、頁(yè)巖、煤系；5-太原組頁(yè)(泥)巖、灰?guī)r；6- 太原組湖田段鐵鋁巖系；7-奧陶系灰?guī)r；8-正斷層；9-性質(zhì)不明斷層；10-勘探線位置及編號(hào) 1-Quaternary, alluvium; 2-Quaternary, residuai soil; 3-Permian, limestones and mudstones; 4- Shanxi Formation, sandstones, shales and coal; 5-Taiyuan Formation, shales, mudstones and limestones; 6-Taiyuan Formation, aluminiferous rock series; 7-Or- dovician limestones; 8-normal fault; 9-fault of unknown nature; 10-position and number of the prospecting line

(1) 鐵質(zhì)巖

以山西式鐵礦及鐵質(zhì)粘土巖為主。直接覆蓋于奧陶系灰?guī)r侵蝕面之上，呈透鏡狀、窩子狀或似層狀產(chǎn)出，厚約0.38～3.70m，平均厚度1.75m。

(2) 鋁質(zhì)巖

以鋁土礦、鋁土巖為主。其中鋁土礦呈灰-深灰及淡黃色，多具鮞狀、碎屑狀、粗糙狀、半粗糙狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石礦物主要成分為一水硬鋁石、高嶺石，副礦物有赤鐵礦、褐鐵礦、針鐵礦，微量礦物有伊利石、綠泥石、方解石①。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出；鋁土巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征與鋁土礦相似，多呈致密塊狀或稀疏鮞狀。常以鋁土礦夾層出現(xiàn)，或橫向上與鋁土礦互相過(guò)渡。含礦層厚約0.70～5.46m，平均厚度2.36m。

(3) 硅質(zhì)巖

以粘土巖、硬質(zhì)耐火粘土礦為主，致密狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。位于鋁質(zhì)巖之上，巖性及其厚度變化較大，厚度0.40～0.99m，平均厚度0.61m。

本區(qū)含礦巖系巖(礦)石組合及礦體頂、底板巖石特征十分明顯，成為區(qū)內(nèi)尋找鋁土礦最為可靠的標(biāo)志和依據(jù)

4 樣品測(cè)試結(jié)果及地球化學(xué)特征

在對(duì)本區(qū)詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查研究基礎(chǔ)上，本文對(duì)采自區(qū)內(nèi)探礦工程中10件鋁土礦樣品進(jìn)行主量元素、稀有稀土元素分析(圖2)。其中主量元素測(cè)試在國(guó)土資源部太原礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心(山西省巖礦測(cè)試應(yīng)用研究所)檢測(cè)一室完成，所用儀器為日本理學(xué)株式會(huì)社產(chǎn)IRIS型X射線熒光光譜儀，測(cè)試方法采用固態(tài)X射線熒光光譜法(XRF)；稀土元素測(cè)試在國(guó)土資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成，所用儀器為感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜分析儀，測(cè)試方法采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-M S)。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

從樣品常量元素分析結(jié)果來(lái)看。礦石中常量元素以Al2O3(57.45%～71.86%，平均62.86%)、SiO2(9.44%～20.30%，平均14.74 %)、TiO2(1.80%～2.90%，平均2.26%)和Fe2O3(0.66%～13.23%，平均5.42%)為主，總和均大于85%。鋁硅比A/S比值較高，變化范圍較大，為2.93～7.61，均值4.61，礦石具有高鋁低硅的特點(diǎn)。

從主量元素相關(guān)性圖解顯示來(lái)看(圖3)，Al2O3與SiO2、Fe2O3具有較好的負(fù)相關(guān)性，而Al2O3與TiO2相關(guān)性不甚明顯。表明本區(qū)鋁土礦礦化過(guò)程中伴隨著Al的富集和Si、Fe的貧化。

從樣品稀土元素分析結(jié)果來(lái)看，礦石中稀土元素總量較大，ΣREE為350.12×10-6～1262.55 ×10-6，平均828.54×10-6；ΣLREE為299.83×10-6～1170.65×10-6，平均772.01×10-6；ΣHREE為29.60×10-6～73.42×10-6，平均56.54×10-6；輕稀土明顯較重稀土富集，ΣLREE/ΣHREE=5.96～27.09，均值為14.59。

稀土元素的含量采用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值 (Boynton, 1984) 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，分析鋁土礦石標(biāo)準(zhǔn)化后稀土元素配分曲線(圖4)可知：礦石稀土元素配分曲線為傾斜程度類似的右傾型。輕稀土元素與重稀土元素之間分餾明顯，(La/Yb)N=6.72～52.36，均值為22.06；輕稀土內(nèi)部分餾較為明顯，(La/Sm)N=3.47～13.68，均值為6.99；重稀土元素內(nèi)部分餾作用相對(duì)較弱，(Gd/Lu)N=1.95～4.27，均值為2.64，說(shuō)明在鋁土礦化過(guò)程中重稀土元素活動(dòng)性相對(duì)較弱。Ce異常相對(duì)不明顯，δCe= 0.79～1.07，均值為0.93；具有穩(wěn)定的Eu負(fù)異常，δEu=0.44～0.66，均值為0.53。

將樣品Al2O3含量與稀土元素的特征作對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，樣品中Al2O3與ΣREE相關(guān)性不大，但Al2O3與ΣLREE/ΣHREE、(La/Yb)N存在較好的正相關(guān)性(圖5)，暗示稀土元素中輕、重稀土元素之間分餾與礦化過(guò)程中Al元素的富集密切相關(guān)。

5 討論

5.1 成礦物質(zhì)來(lái)源

本區(qū)鋁土礦床屬于典型的山西省喀斯特型鋁土礦。針對(duì)山西鋁土礦成礦物質(zhì)的討論存在的較大爭(zhēng)議，但主要集中于三種主要觀點(diǎn): 一是認(rèn)為鋁土礦物源來(lái)自于大陸鋁硅酸鹽巖石的風(fēng)化物(劉長(zhǎng)玲，1985；盧靜文等，1997)；二是認(rèn)為成礦物質(zhì)來(lái)源來(lái)自于基底寒武系、奧陶系各類碳酸鹽巖的化學(xué)風(fēng)化殘余層，但不排除局部來(lái)源于微量古陸碎屑物質(zhì)和少量巖漿侵入體的參與(吳國(guó)炎，1997；郭連紅，2003)，三是混合來(lái)源(陳平等，1997)。

圖2 山西高家山鋁土礦勘探線剖面及鐵鋁巖系柱狀簡(jiǎn)圖①Fig.2 Geologic map along prospecting lines and stratigraphic column of aluminiferous rock series in the Gaojiashan bauxite deposit, Shanxi①1-第四系沖洪積物；2-第四系殘坡積物；3-二疊系泥巖夾砂巖；4-山西組砂巖、頁(yè)巖、煤系；5-太原組頁(yè)(泥)巖、灰?guī)r；6-太原組湖田段鐵鋁巖系；7-奧陶系灰?guī)r；8-探礦淺井位置及編號(hào)；9-探礦鉆孔位置及編號(hào)；10-硬質(zhì)耐火粘土礦；11-粘土巖；12-鋁土 礦；13-鋁土巖；14-山西式鐵礦；15-鐵質(zhì)粘土巖；16-樣品采樣位置及編號(hào) 1-Quaternary, alluvium; 2-Quaternary, residuai soil; 3-Permian, limestones and mudstones; 4- Shanxi Formation, sandstones, shales and coal; 5-Taiyuan Formation, shales, mudstones and limestones; 6-Taiyuan Formation, aluminiferous rock series; 7-Ordovician limestones; 8-position and number of the sha-llow shaft; 9-position and number of the drill; 10-stiff fireclay; 11-clay rock; 12-bauxite; 13 -bauxitic rock; 14-Shanxi-type iron deposit; 15-ferrugionous clay rock; 16-position and number of the samples表1 高家山鋁土礦樣品分析結(jié)果表Table 1 mineralogical analyses of the Gaojiashan bauxite deposit

樣品編號(hào)GJS-1GJS-2GJS-3GJS-4GJS-5GJS-6GJS-7GJS-8GJS-9GJS-10M9606M9624樣品名稱鋁土礦鋁土礦鋁土礦鋁土礦鋁土礦鋁土礦鋁土礦鋁土礦鋁土礦鋁土礦灰?guī)r灰?guī)rAl2O3(%)59.7057.4559.4161.2259.9466.2667.9466.7871.8658.08--SiO2(%)11.3018.6420.3018.1617.8211.4613.1411.449.4415.72--Fe2O3(%)13.237.943.643.644.965.540.664.302.327.94--TiO2(%)1.902.302.122.902.502.782.501.901.901.80--CaO(%)0.140.140.280.140.280.140.550.620.141.80--MgO(%)0.100.100.200.100.200.150.250.100.100.20--K2O(%)0.310.130.160.050.020.030.060.230.131.15--Na2O(%)0.050.060.050.030.050.040.050.040.050.07--P2O5(%)0.140.150.150.100.370.100.100.150.140.11--H2O+(%)13.0013.1013.4313.6013.2413.3814.0013.4013.8012.80--H2O-(%)0.210.140.130.140.200.180.180.210.110.20--A/S5.283.082.933.373.365.785.175.847.613.69--La(10-6)275.0071.70317.00128.00150.00215.00165.00295.00311.00194.005.125.42Ce(10-6)507.00144.00506.00242.00327.00403.00270.00414.00460.00406.008.298.68Pr(10-6)55.4014.9066.3023.0034.4046.0027.0042.1048.7038.001.261.31Nd(10-6)186.0053.20229.0072.70126.00161.0077.00110.00127.00126.003.113.39Sm(10-6)33.0013.0044.6014.1025.5028.9010.1015.0014.3019.500.680.74Eu(10-6)5.233.037.752.804.804.641.642.432.173.160.0980.11Gd(10-6)26.0015.2037.3015.7024.4023.3010.4015.9016.0018.600.340.36Tb(10-6)2.982.654.862.473.673.291.351.881.662.590.0450.054Dy(10-6)14.0014.3022.2014.2020.5018.707.4210.507.8914.800.180.19Ho(10-6)2.422.463.722.623.663.501.371.981.392.790.0320.036Er(10-6)6.736.399.916.889.309.593.865.783.837.460.0730.075Tm(10-6)1.101.101.681.131.471.580.630.990.591.210.0150.015Yb(10-6)7.437.1910.707.089.209.884.026.693.727.550.0690.079Lu(10-6)1.041.001.530.961.221.340.550.910.481.030.0090.01ΣREE(10-6)1123.33350.121262.55533.64741.12929.72580.34923.16998.73842.6919.3220.60ΣLREE(10-6)1061.63299.831170.65482.60667.70858.54550.74878.53963.17786.6618.5619.65ΣHREE(10-6)61.7050.2991.9051.0473.4271.1829.6044.6335.5656.030.760.95ΣLREE/ΣHREE17.215.9612.749.469.0912.0618.6119.6827.0914.0424.3220.60(La/Sm)N5.243.474.475.713.704.6810.2812.3713.686.264.744.61(Gd/Lu)N3.201.953.132.102.562.232.422.244.272.314.844.61(La/Yb)N24.956.7219.9712.1910.9914.6727.6729.7356.3617.3250.0346.25Eu/Eu*(δEu)0.530.660.570.570.580.530.490.480.440.500.560.58Ce/Ce*(δEu)0.941.010.801.001.060.930.890.790.811.070.760.76

注：M9606、M9624數(shù)據(jù)引自陳平等，1997；ΣLREE =ΣLREE( La-Eu)，ΣHREE =ΣHREE( Gd-Lu)；-表示未測(cè)出。

研究表明，在鐵鋁巖系中，稀土元素Eu異常(Eu/Eu*)非常穩(wěn)定，而在風(fēng)化過(guò)程中元素Al、Ti亦被認(rèn)為是穩(wěn)定元素，因此可以用Eu/Eu*-TiO2/Al2O3地球化學(xué)圖解來(lái)判斷物質(zhì)來(lái)源(Mamelietal. , 2007)。

圖3 高家山鋁土礦主量元素相關(guān)性圖解Fig.3 Diagrams showing correlations among major elements

圖4 高家山鋁土礦礦石稀土元素配分模式圖Fig. 4 REE distribution patterns of Gaojiashan bauxite deposit

圖5 鋁土礦石Al2O3與稀土元素相關(guān)性圖解Fig.5 Diagrams showing correlations among Al2O3 and rare-earth elements

圖6 鋁土礦石Eu/Eu*-TiO2/Al2O3圖解Fig. 6 Diagrams showing correlations between Eu/Eu* and TiO2/Al2O3 from bauxite samples

從本區(qū)鋁土礦Eu/Eu*-TiO2/Al2O3地球化學(xué)圖解來(lái)看(圖6)，樣品位于上地殼附近， 表明其物源與上地殼物質(zhì)有關(guān)，與基性玄武巖和花崗巖關(guān)系不大。野外調(diào)研并未發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)有大規(guī)模巖漿活動(dòng)痕跡，進(jìn)一步證實(shí)巖漿物質(zhì)并非本區(qū)主要成礦物質(zhì)來(lái)源。

前人研究證明，稀土元素中δEu數(shù)值在鐵鋁巖系中穩(wěn)定，可以作為判別物質(zhì)來(lái)源的指標(biāo)之一(McDonoughetal. , 1995; Panahietal. , 2000; Mamelietal. , 2007)。將區(qū)內(nèi)鋁土礦樣品稀土元素與沁水盆地內(nèi)湖田段底部奧陶系灰?guī)r中稀土元素(陳平等, 1997)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，高家山鋁土礦礦石δEu數(shù)值(0.44～0.66，均值為0.53)與灰?guī)rδEu數(shù)值(0.56～0.58，均值為0.57)接近?？梢?jiàn)本區(qū)鋁土礦主要物質(zhì)來(lái)源為礦床底板碳酸鹽巖的風(fēng)化碎屑物質(zhì)。

從稀土元素配分曲線及其參數(shù)特征可以看出(圖7)，高家山鋁土礦樣品和底板灰?guī)r具有相似的稀土元素配分曲線特征，進(jìn)一步證明了本區(qū)鋁土礦源巖為底部碳酸鹽巖。

圖7 鋁土礦稀土元素配分模式圖Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns of the bauxite deposit

綜上所述，筆者認(rèn)為礦體下伏碳酸鹽巖為高家山鋁土礦提供了主要的成礦物質(zhì)來(lái)源，結(jié)合本區(qū)鋁土礦礦床地質(zhì)特征研究來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)未見(jiàn)有大規(guī)模巖漿活動(dòng)痕跡，Eu/Eu*-TiO2/ Al2O3地球化學(xué)圖解亦說(shuō)明鋁土礦形成與巖漿活動(dòng)關(guān)系不大；區(qū)內(nèi)礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出于湖田段含礦巖系中，產(chǎn)出狀態(tài)嚴(yán)格受底板奧陶系灰?guī)r地形控制，且本區(qū)湖田段之上未見(jiàn)有鋁土礦產(chǎn)出，δEu數(shù)值特征與稀土元素配分曲線亦證明底板碳酸鹽巖為區(qū)內(nèi)鋁土礦源巖。

5.2 成礦環(huán)境

山西地塊在寒武紀(jì)-中奧陶世沉積之后，經(jīng)加里東運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷了整體抬升，經(jīng)長(zhǎng)期侵蝕、剝蝕，使之準(zhǔn)平原化，形成奧陶系頂部碳酸鹽巖古風(fēng)化殼(陳平等，1998)。區(qū)內(nèi)鋁土礦石中輕、重稀土元素分異明顯((La/Yb)N均值22.06)，通常認(rèn)為風(fēng)化過(guò)程中，由于輕、重稀土元素遷移能力不同，造成了輕、重稀土元素之間的分異作用(陳德潛等，1990; Maetal. , 1999)，而在熱帶、亞熱帶濕潤(rùn)氣候條件下容易發(fā)生活化遷移作用，使輕、重稀土元素之間的分異特征愈加明顯(王中剛等，1989)。而上文論述鋁土礦源巖為底板碳酸鹽巖，說(shuō)明在溫暖濕潤(rùn)氣候條件下，古風(fēng)化殼的產(chǎn)生為本區(qū)鋁土礦的形成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

自晚石炭世早期開始，山西陸塊整體下沉，再次接受沉積，古風(fēng)化殼物質(zhì)在沉積作用過(guò)程中形成區(qū)內(nèi)太原組湖田段含礦層(吳國(guó)炎，1997；陳平等，1998)。利用稀土元素示蹤沉積環(huán)境時(shí)，一般認(rèn)為大陸沉積物中LREE含量較海洋沉積物高，海水沉積物ΣLREE/ΣHREE一般小于10，而黃土及陸相沉積物一般大于30(陳德潛等，1990；真允慶等，1991)。對(duì)本區(qū)10個(gè)鋁土礦樣品稀土元素特征研究表明，ΣLREE/ΣHREE<10的樣品有2個(gè)，10≤ΣLREE/ΣHREE≤30的樣品有8個(gè)。說(shuō)明本區(qū)鋁土礦床可能為海相或海陸過(guò)渡相沉積環(huán)境成因。

δEu受沉積構(gòu)造環(huán)境影響，在不同沉積構(gòu)造環(huán)境下的δEu數(shù)值有很大差異。前人測(cè)定的大洋島弧、大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣及被動(dòng)大陸邊緣的雜砂巖和泥巖的δEu數(shù)值分別為1.04±0.11、0.79±0.13、0.60和0.65(倪志耀等，1998)。區(qū)內(nèi)鋁土礦樣品的δEu值為0.44～0.66，均值0.53，與被動(dòng)大陸邊緣的雜砂巖和泥巖的δEu數(shù)值接近，表明高家山鋁土礦于被動(dòng)大陸邊緣地帶沉積形成。

5.3 稀土元素與礦石質(zhì)量的關(guān)系

前文已論述，(La/Yb)N比值反映了風(fēng)化過(guò)程中的氣候條件，本區(qū)Al2O3含量與(La/ Yb)N比值呈正相關(guān)，解釋了在熱帶、亞熱帶濕潤(rùn)氣候條件下有利于古風(fēng)化殼的發(fā)育(馬英軍等，2004)，為區(qū)內(nèi)鋁土礦的形成提供了更多的物源，使礦床成礦過(guò)程中更有利于Al的富集。

ΣLREE/ΣHREE比值反映出成礦過(guò)程中的沉積環(huán)境特征。從本區(qū)來(lái)看，Al2O3含量與ΣLREE/ΣHREE比值的正相關(guān)性，反映出Al2O3含量可能與沉積環(huán)境有關(guān)，淺水-偏陸相沉積環(huán)境有利于含Al物質(zhì)沉積成礦。

從分析結(jié)果看，Al2O3是本區(qū)鋁土礦石的主要成分，大部分賦存于一硬水鋁石和高嶺石中?？紤]到一硬水鋁石和高嶺石對(duì)稀土元素的吸附作用(劉英俊等，1984)，一般認(rèn)為Al2O3含量越高，ΣREE也越高(葉霖等，2007；金中國(guó)等，2009)。但對(duì)本區(qū)鋁土礦研究來(lái)看，Al2O3與ΣREE并不具有強(qiáng)的相關(guān)性，考慮到樣品之間純度不同，以及樣品中一硬水鋁石和高嶺石之間的物性差異、結(jié)晶程度以及顆粒大小的不同，影響到樣品對(duì)稀土的吸附能力 (劉英俊等，1984)，使樣品中稀土含量不能直接反映Al2O3的含量。因此，筆者認(rèn)為，本區(qū)稀土元素含量并不能直接指示礦石質(zhì)量的好壞。

5.4 稀土元素綜合利用

山西省鋁土礦中稀土元素一般以離子形式吸附于鋁土礦中的一硬水鋁石和高嶺石中。其獨(dú)立礦物(如獨(dú)居石)極其罕見(jiàn)，因此在當(dāng)前技術(shù)條件下, 尚不能用一般選礦方法富集, 只能在氧化鋁生產(chǎn)中綜合回收利用(趙運(yùn)發(fā)等，2004)。據(jù)稀土金屬綜合利用邊界品位指標(biāo)來(lái)看：風(fēng)化殼型稀土礦床邊界品位為REO>0.07%，工業(yè)品位為REO>0.1% (《礦產(chǎn)資源綜合利用手冊(cè)》編委會(huì)，2010)。對(duì)本區(qū)的稀土元素分析結(jié)果表明，高家山鋁土礦稀土元素含量全部超過(guò)邊界品位，部分甚至接近或超過(guò)工業(yè)品位數(shù)值。在氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中, 稀土元素富集于母液和尾礦赤泥中(趙運(yùn)發(fā)等，2004)，有綜合利用的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，加強(qiáng)區(qū)內(nèi)鋁土礦稀土元素的研究不僅可以推動(dòng)氧化鋁工業(yè)高新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，而且對(duì)尾礦赤泥的綜合利用也將會(huì)有較好的環(huán)境效益。

6 結(jié)論

(1) 高家山鋁土礦稀土元素的分布總體上較為均勻，均以輕稀土元素相對(duì)富集為特征，稀土元素配分曲線為傾斜程度類似的右傾型。

(2) 對(duì)高家山鋁土礦稀土元素特征研究表明，本區(qū)成礦物質(zhì)來(lái)源于上地殼，但與巖漿活動(dòng)關(guān)系不大，底板碳酸鹽巖為區(qū)內(nèi)鋁土礦源巖。

(3) 本區(qū)鋁土礦床稀土元素特征大致反映在溫暖濕潤(rùn)氣候條件下，底板碳酸鹽巖古風(fēng)化殼的產(chǎn)生為本區(qū)鋁土礦的形成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。礦床形成于被動(dòng)大陸邊緣地帶內(nèi)海相或海陸過(guò)渡相沉積環(huán)境。

(4) 稀土元素特征雖對(duì)本區(qū)鋁土礦礦床成因有一定指示意義，但稀土元素含量與礦石質(zhì)量并不具有大的相關(guān)性。

(5) 本區(qū)鋁土礦礦石中稀土元素含量達(dá)到或超過(guò)綜合利用標(biāo)準(zhǔn)，具有巨大的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[注釋]

① 靳 寧，趙增杰，武韶健，韓懷亮，孟兆國(guó)，張 彬，侯 斌，潘 哲，李雪海，劉 晶. 2013. 山西省沁源縣高家山礦區(qū)鋁土礦普查地質(zhì)報(bào)告(R)

致謝 感謝審稿人對(duì)本文提出的寶貴意見(jiàn)，野外工作得到山西省地質(zhì)調(diào)查院的大力幫助，在此表示感謝。

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Geochemical Features of Rare-Earth Elements of the Bauxite Deposit in the Gaojiashan Region, Shanxi Province and their Implications

YE Feng1.2, DONG Guo-chen2, MENG Zhao-guo1, JIN Ning1, HOU Zhan-guo1, YANG Quan-lin1, LIU Jing1

(1.ShanxiInstituteofGeologicalSurvey,Taiyuan,Taiyuan030006;2.SchoolofGeosciencesandResource,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083)

The bauxite deposit in the Gaojiashan region of Shanxi Province was found by Shanxi Institute of Geological Survey in 2013. This work analyzed the content and geochemical features of the rare-earth elements in samples from this deposit, and pointed out their indicator significance for the genesis and formation environment. The research shows that the ΣREE amount of this bauxite deposit is large, light REE is relatively enriched, with obvious Eu negative anomalies. Using the diagram of REE, we suggest that the metallogenic source material of this deposit came from the carbonate rock of bottom plates. The bauxite deposit formed in a passive continental margin environment of marine or transitional facies. The ΣREE and Al2O3contents are poorly correlated in the deposit. The REE contents in bauxite ores meet or exceed the standards of industrial comprehensive utilization, implying a tremendous economic potential.

bauxite deposits, REE, Gaojiashan region, geochemistry,Shanxi

2014-09-19；

2014-12-16；[責(zé)任編輯]郝情情。

山西省國(guó)土資源廳價(jià)款項(xiàng)目(T14120090402027419)和山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2011021005-1)聯(lián)合資助。

葉楓(1987年-)，男，2014年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事山西省鐵礦、鋁土礦勘查評(píng)價(jià)工作。E-mail:yefengsx@163.com。

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A

0495-5331(2015)03-0486-10