汪小勇，王澤鵬，潘啟權(quán)，龍成雄，楊　錦，張萬東

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 一0五地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽　550000)

研究區(qū)礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，受地層控制，基本不受后期斷裂構(gòu)造破壞，連續(xù)性較好。礦石主要化學(xué)成分顯示Al2O3與SiO2呈高度負(fù)相關(guān)、與Fe2O3呈顯著負(fù)相相關(guān)，和TiO2呈高度正相關(guān)。礦石中稀土元素總量∑REE=560.32×10-6～1 263.91×10-6，均值為1 125.28×10-6；輕稀土富集，輕、重稀土元素分餾明顯特征；礦石中Eu、Ce均呈負(fù)異常。鋁土礦與與下伏婁山關(guān)群白云巖具有相似的稀土配分模式和Eu異常特征，暗示婁山關(guān)群白云巖可能是鋁土礦的成礦物源。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

修文比例壩鋁土礦礦床大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)之次級(jí)構(gòu)造河口背斜東段南東翼，地層產(chǎn)狀較平緩，在8(°)～25(°)。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有北北向、北東向、近東西向，斷裂構(gòu)造對(duì)鋁土礦延續(xù)性破壞不大。褶皺構(gòu)造受后期斷裂破壞[1]。

區(qū)域上未見前震旦系基底出露，沉積蓋層出露除缺失志留系、泥盆系外，自寒武系至三疊系均有分布，出露的地層由老到新有寒武系、石炭系、二疊系、三疊系、第四系。下石炭統(tǒng)九架爐組(C1jj)為區(qū)內(nèi)鋁土礦含礦巖系(圖1)，巖性分三段，上為粘土巖，中下部為鋁質(zhì)粘土巖、鋁土巖，下部一般為鐵質(zhì)粘土巖、常見透鏡狀赤鐵礦。含礦巖系與上覆下石炭統(tǒng)擺佐組地層呈平行不整合接觸，與下伏寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群亦呈平行不整合接觸。區(qū)內(nèi)無巖漿巖、變質(zhì)巖分布[2]。

2　礦床地質(zhì)特征

2.1　礦床地質(zhì)

修文比例壩鋁土礦床位于黔中鋁土礦區(qū)南段的河口背斜中段南翼，出露的地層有寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組(∈2g)、石冷水組(∈2s)中上統(tǒng)婁山關(guān)群(∈2-3ls)；石炭系下統(tǒng)九架爐(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)沙堡灣組(T1s)、大冶組(T1d)，缺失泥盆系、志留系地層。C1jj為鋁土礦含礦層位(圖1)，巖性為灰色、灰綠色泥巖、鋁土質(zhì)粘土巖及鋁土礦，底部常見紫紅色鐵質(zhì)粘土巖，含礦巖系上覆地層為下石炭統(tǒng)擺佐組灰色灰?guī)r，下伏地層為中上統(tǒng)婁山關(guān)群灰色白云巖。

礦區(qū)構(gòu)造為單斜構(gòu)造，礦體呈似層狀、層狀產(chǎn)出，與地層產(chǎn)狀一致，總體向東傾，傾向84(°)～136(°)，傾角平均18(°)。主礦體走向近南北、長(zhǎng)約900 m，寬約1 200 m(未圈邊)，礦體連續(xù)性好，礦層穩(wěn)定，質(zhì)量相對(duì)好。

圖1　比例壩土礦含礦巖系及礦層厚度柱狀對(duì)比圖

據(jù)分析測(cè)試，礦層中碎屑狀、致密狀礦石Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)低(一般不超過70%)、鋁硅比低，半土狀礦石質(zhì)量較好，Al2O 3%一般高于70%，這可能是風(fēng)化淋濾作用致使SiO2的流失、Al2O3再富集[3]。

3　樣品采集和分析方法

本次研究以修文比例壩鋁土礦含礦巖系為對(duì)象，選取礦區(qū)見礦情況較好的3個(gè)鉆孔巖心，進(jìn)行從下至上的連續(xù)采樣，采集礦石樣品6件，底板巖石樣4件，下伏中山統(tǒng)婁山關(guān)群新鮮白云巖樣品2件。分析測(cè)試了La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等15個(gè)稀土元素。稀土元素分析在貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)，檢測(cè)依據(jù)為JY/T015-1996，測(cè)試精度優(yōu)于10%，大部分?jǐn)?shù)據(jù)精度優(yōu)于5%。常量元素?cái)?shù)據(jù)源于文獻(xiàn)[4]。

4　結(jié)果與討論

4.1　鋁土礦礦物組合特征

鋁土礦礦物組成以硬水鋁石、三水鋁石和高嶺石為主，存在少量的勃姆礦、鐵質(zhì)，未見蒙脫石。鋁礦物主要為硬鋁石和三水鋁石，粘土礦物以高嶺石為主，鐵質(zhì)主要為褐鐵礦。礦石自然類型以碎屑狀、致密塊狀為主，局部為土狀—半土狀。結(jié)構(gòu)有泥屑、微晶、隱晶結(jié)構(gòu)。粒屑主要是砂屑，多在0.06～2 mm的砂屑，呈次圓狀—次棱角狀，具搬運(yùn)磨圓特征，說明碎屑物質(zhì)經(jīng)過了一定距離的搬運(yùn)。

4.2　常量元素特征

鋁土礦層礦石中以Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2燒失量為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)和介于91.62%～99.33%，均值97.33%。其中ω(Al2O3)=60.25%～77.23%，均值71.08%；ω(SiO2)=3.21%～14.41%，均值8.31%；ω(Fe2O3)=0.88%～1.3%，均值1.11%；TiO2相對(duì)較穩(wěn)定，ω(TiO2)2.5%～3.53%，均值3.11%。礦石中A/S值變化較大，在半土狀鋁土礦中較高，表明鋁土礦是風(fēng)化作用的最終產(chǎn)物，風(fēng)化淋濾過程中堿金屬和堿土金屬幾乎被徹底流失，SiO2也被部分淋濾丟失有關(guān)。

含礦巖系中Al2O3與SiO2呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.83；Al2O3與TiO2呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.93；Al2O3與Fe2O3呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.73。相關(guān)特征表明，在鋁土礦沉積過程中，Ti隨Al遷移、富集；Al與Si、Fe互為消長(zhǎng)關(guān)系，反應(yīng)了紅土化或者鈣紅土化到鋁土礦化作用過程中逐步去硅、脫鐵[5]。

4.3　稀土元素特征

分析結(jié)果及特征見表1。

表1　比例壩鋁土礦床礦石及圍巖樣品稀土元素含量及特征值(ωB/10-6)

鋁土礦石、圍巖樣品稀土元素配分圖解(見圖2)表明：礦石稀土元素總量∑REE=560.32×10-6～1 263.91×10-6，均值1 125.28×10-6；LREE/HREE=3.02～5.72，均值4.74，輕稀土相對(duì)富集，重稀土虧損；(La/Yb)N=8.09～14.17，均值11.55，輕稀土元素與重稀土元素之間分餾明顯;(La/Sm)N=2.93～6.43，均值4.75，輕稀土元素內(nèi)部分餾明顯；(Gd/Lu)N=0.11～0.23，均值0.14，重稀土元素內(nèi)部分餾現(xiàn)象較弱；底板粘土巖樣品稀土總量∑REE=144.80×10-6～829.28×10-6，均值451.54×10-6；LREE/HREE=0.38～2.41，均值1.44，輕稀土元素相對(duì)重稀土元素富集不明顯；(La/Yb)N=0.59～7.58，均值4.13，輕稀土元素與重稀土元素分餾明顯；(La/Sm)N=0.68～2.92，均值1.79，輕稀土元素內(nèi)部分餾較弱；(Gd/Lu)N=0.26～2.03，均值0.85，重稀土元素內(nèi)部分餾現(xiàn)象較弱；白云巖樣品稀土總量∑REE=44.83×10-6～294.83×10-6，均值169.68×10-6；LREE/HREE=1.71～3.29，均值2.50，輕稀土元素相對(duì)富集，重稀土元素虧損；(La/Yb)N=4.77～8.46，均值6.61，輕稀土元素與重稀土元素之間分餾明顯；(La/Sm)N=3.38～3.90，均值3.64，輕稀土元素內(nèi)部分餾較明顯；(Gd/Lu)N=0.19～0.36，均值0.28，重稀土元素內(nèi)部分餾現(xiàn)象較弱。Ce在鋁土礦層中負(fù)異常明顯，δCe=0.65～0.73，均值0.70；在鋁土礦底板粘土巖中Ce具負(fù)—弱正異常，δCe=0.60～1.28，均值為0.96；在白云巖中(間接底板)，Ce具弱正異常，δCe=0.99～1.13，均值1.06；鋁土礦層至底板巖石均具穩(wěn)定的Eu負(fù)異常，δEu=0.38～0.70，均值0.54。

4.4　討論

4.4.1稀土元素特征對(duì)成礦環(huán)境的探討

礦石中∑REE(1 125.28×10-6)>礦層底板粘土巖∑REE(451.54×10-6)>白云巖∑REE(169.68×10-6)，稀土元素明顯在鋁土礦中富集；鋁土礦層中輕、重稀土元素分異明顯((La/Yb)N均值為11.55)。研究顯示，在熱帶、亞熱帶濕潤(rùn)氣候條件下，容易使稀土元素發(fā)生活化運(yùn)移，稀土元素間的分異往往較明顯。說明區(qū)內(nèi)鋁土礦形成于溫暖濕潤(rùn)氣候條件下。

圖2　比例壩鋁土礦稀土元素配分圖

礦區(qū)內(nèi)自中上寒武統(tǒng)婁山關(guān)群白云巖→鋁土礦層底板粘土巖→鋁土礦層，Ce呈弱正異常(δCe=1.06)→弱負(fù)異常(δCe=0.96)→負(fù)異常(δCe=0.70)，反映自礦層底板至礦層沉積環(huán)境的變化。Eu自底板至礦層均顯呈明顯負(fù)異常(δEu=0.54)，表明當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境為氧化環(huán)境[6]。

礦石樣品稀土特征表明，LREE/HREE均<10，一般認(rèn)為海水沉積物L(fēng)REE/HREE一般小于10。說明本區(qū)鋁土礦可能為海相環(huán)境成因。

4.4.2稀土元素特征對(duì)成礦物質(zhì)來源的探討

本區(qū)鋁土礦屬于古風(fēng)化殼沉積型鋁土礦，目前普遍認(rèn)為，沉積型鋁土礦是由某些基底巖石，在濕熱氣候條件下，經(jīng)紅土化或鈣紅土化作用形成的，為黔中地區(qū)鋁土礦含礦巖系及鋁土礦的形成提供了必備的成礦物質(zhì)。

據(jù)研究表明，在風(fēng)化過程中，含鋁巖系稀土元素Eu異常穩(wěn)定，而Al、Ti亦穩(wěn)定，可以用Eu/Eu＊-TiO2/Al2O3地球化學(xué)圖解來判斷物質(zhì)來源。圖3顯示，樣品投點(diǎn)均位于上地殼附近，表明鋁土礦物質(zhì)來源與上地殼物質(zhì)有關(guān)，與花崗巖和基性玄武巖關(guān)系不大。

圖3　比例壩鋁土礦Al2O3/∑REE圖解

圖4　比例壩鋁土礦Eu/Eu＊-TiO2/Al2O3圖解

稀土配分曲線及其特征表明(圖2)，比例壩鋁土礦礦石樣與底板中上寒武統(tǒng)婁山關(guān)群白云巖具有相似的稀土配分曲線特征。暗示本區(qū)鋁土礦礦源可能來自基底碳酸鹽巖。

4.4.3稀土元素特征與礦物成分關(guān)系

圖4顯示，底板至礦層∑REE與Al2O3含量呈正相關(guān)，相關(guān)性顯著，Al2O3石鋁土礦的主要成分，大部分賦存于硬水鋁石中，由于硬水鋁石對(duì)稀土元素的吸附作用,故而Al2O3高，一般∑REE含量就高。

5　結(jié)　論

1)修文比例壩鋁土礦床賦礦層位為下石炭統(tǒng)九架爐組，產(chǎn)于中上寒武統(tǒng)婁山關(guān)群白云巖古風(fēng)化面上。礦層呈似層狀、層狀產(chǎn)出，受地層控制明顯。鋁土礦礦石物質(zhì)組成以硬水鋁石、三水鋁石和高嶺石為主，含少量的勃姆礦和褐鐵礦。礦石結(jié)構(gòu)為泥屑、微晶、隱晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)造以致密塊狀構(gòu)造為主。

2)礦石化學(xué)成分以Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2燒失量為主，Al2O3與SiO2呈高度負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.83；Al2O3與TiO2呈高度正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.93；Al2O3與Fe2O3呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.73。

3)稀土元素配分曲線及特征表明，鋁土礦形成于溫濕氧化海相沉積環(huán)境；鋁土礦礦石稀土配分與下伏婁山關(guān)群白云巖相似，證明鋁土礦礦源可能來自下伏白云巖。