余文超 杜遠生 熊國林 周錦濤 龐大衛(wèi) 鄧旭升 翁申富 李沛剛

1 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室，中國地質(zhì)大學(武漢)地球科學學院，湖北武漢 430074 2 自然資源部基巖區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工程技術(shù)創(chuàng)新中心，貴州貴陽 550081 3 貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州貴陽 550081 4 貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一〇六地質(zhì)大隊，貴州遵義 563000

1 概述

鋁土礦沉積的風化物質(zhì)來源是長期以來困擾研究者的關(guān)鍵科學問題之一，其研究難點在于鋁土礦沉積是母巖經(jīng)過強烈化學風化作用的殘留物質(zhì)，其中可供追溯其物源的沉積學及地球化學信息往往難以保存(Valeton，1972；Brdossy，1982；廖士范和梁同榮，1991；Yuetal.,2019)，因此常規(guī)碎屑沉積研究中經(jīng)常使用的諸如古流向組構(gòu)、地球化學示蹤指標等在鋁土礦沉積的物源研究中難以奏效。物源辨識不清所引發(fā)的伴生問題是對鋁土礦床形成時成礦碎屑物質(zhì)搬運作用難以準確厘定，從而導致如成礦母質(zhì)是否發(fā)生過搬運作用、搬運作用中物質(zhì)以何種方式發(fā)生遷移、搬運作用的距離等基礎(chǔ)地質(zhì)問題難以解釋。此外，雖然鋁元素是地殼中含量最高的金屬元素，但由于鋁單質(zhì)化學性質(zhì)活潑，在地殼中主要以化合物形式賦存于氧化物、氫氧化物及硅鋁酸鹽礦物晶格中，因此在鋁土礦形成過程中，鋁的活化及地球化學遷移問題也存在爭議(Valeton，1972；Brdossy，1982)。

前人以鋁土礦的物源區(qū)與就位成礦區(qū)的距離遠近將礦床分為原地(autochthonous)、準原地(parautochthonous)及異地(allochthonous)等類型(D’Argenio and Mindszenty，1995)。早期的學者將鋁土礦層中出現(xiàn)與下伏基巖巖性不同的碎屑假象或破碎的豆鮞等沉積組構(gòu)視為成礦母質(zhì)經(jīng)過中—短距離搬運作用的重要證據(jù)(Grubb，1963；Moses and Michell，1963；Valeton，1974)，從而將這部分鋁土礦床與含有明顯殘留風化作用痕跡的原地鋁土礦床區(qū)分開來，用準原地或異地加以描述。需要指出的是，準原地與異地鋁土礦床并沒有嚴格的區(qū)分界線，無法使用定量化的搬運距離來對異地型鋁土礦床進行區(qū)分。因此在實際使用過程中，不同研究者只能依據(jù)自己的判斷挑選使用以上名詞，造成了術(shù)語使用上的混亂。在搬運作用發(fā)生的情況下，鋁質(zhì)如何發(fā)生遷移同樣也是頗具爭議的問題。Brdossy(1982)總結(jié)了前人對于鋁土礦成礦母質(zhì)遷移形式的主要觀點，對鋁元素在真溶液中發(fā)生遷移的模式提出了強烈質(zhì)疑，因為滿足鋁離子溶解態(tài)的酸性或堿性溶液在自然界地表環(huán)境中難以穩(wěn)定存在，也無法發(fā)生大規(guī)模長距離運移。目前主流觀點認為，鋁元素以膠體或碎屑物質(zhì)形態(tài)發(fā)生遷移的推斷更具合理性。現(xiàn)代土壤學及環(huán)境學研究業(yè)已證明土壤中可發(fā)生高嶺石、蒙脫石及蛋白石的膠體運移行為(劉慶玲等，2007，2008；孫慧敏等，2012)，但是該類膠體遷移方式似乎更適合解釋剖面尺度的難溶元素遷移現(xiàn)象，而難以用來解釋區(qū)域尺度的元素遷移活動(McGechan，2002；McGechan and Lewis，2002)。目前報道的鋁土礦沉積中尚缺乏直接指明由膠體沉淀造成鋁元素富集的直接證據(jù)，與之相反，很多鋁土礦床中出現(xiàn)了以厘米級別滲濾管為代表的風化沉積構(gòu)造，指示鋁土礦化剖面中仍然存在鋁及鐵元素在剖面尺度的元素再遷移過程(Brdossy，1982；余文超，2017)。因此，若鋁土礦沉積在形成過程中存在搬運作用，其成礦母質(zhì)以風力搬運或地表片流—洪流的形式遷移之后，在沉積區(qū)接受原地風化淋濾作用形成鋁土礦沉積的成礦模式受到目前多數(shù)研究者的接受(王慶飛等，2012)。

通過鋁土礦沉積中重礦物分析來獲取源巖信息的研究思路長期以來都應(yīng)用于鋁土礦研究中。早期研究由于分析手段的限制，僅能對鋁土礦沉積中重礦物類型與形態(tài)進行分析，往往只能得到較為粗略的物源約束(Hartman，1959；Mordbergetal.,2001；劉長齡，2013)。本世紀以來，隨著碎屑鋯石年代學分析在大地構(gòu)造沉積學研究中的普及，其已發(fā)展成為研究碎屑巖地層物源的主要手段之一，并累積了大量數(shù)據(jù)資料，特別是近年來將大數(shù)據(jù)分析法引入碎屑鋯石年代學分析后，在數(shù)據(jù)挖掘方面取得了一些突破性進展(Cawood and Hawkesworth，2014；Cawoodetal.,2020；Sharman and Malkowski，2020)。20世紀80年代有研究者嘗試使用鋯石裂變徑跡年齡來對牙買加鋁土礦及紅土沉積的物源進行限定(Comeretal.,1980)，但該技術(shù)方法并未在鋁土礦研究中獲得推廣。當更為高效及普適的LA-ICP-MS及SIMS方法引入鋁土礦碎屑鋯石年代學研究后，在中國(Dengetal.,2010；Wangetal.,2010；Guetal.,2013b；金中國等，2013；趙芝等，2013；余文超等，2014a；Caietal.,2015；Wangetal.,2016；Yuetal.,2016；Houetal.,2017；Wangetal.,2018；Yangetal.,2018；Zhao and Liu，2019)、意大利(Bonietal.,2012；Mongellietal.,2016)、澳大利亞(Gatehouseetal.,2001)等國家和地區(qū)的鋁土礦及風化沉積物中產(chǎn)生了大量高質(zhì)量的鋯石U-Pb年代學數(shù)據(jù)，對鋁土礦物源研究起到了極大的推動。特別是自2010年以來，中國鋁土礦沉積的物源研究中累積了世界范圍內(nèi)系統(tǒng)性最好的碎屑鋯石年代學數(shù)據(jù)，幾乎涵蓋了中國所有時代和地區(qū)的主要鋁土礦沉積。本研究在系統(tǒng)收集及整理目前中國鋁土礦沉積中的碎屑鋯石年代學數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，以華南地區(qū)黔中—黔北下石炭統(tǒng)九架爐組、黔北務(wù)川—正安—道真(以下簡稱務(wù)正道)地區(qū)下二疊統(tǒng)大竹園組、桂西地區(qū)上二疊統(tǒng)合山組、桂中地區(qū)第四系三水鋁石沉積以及華北地區(qū)上石炭統(tǒng)本溪組為研究對象，對中國不同時空分布的鋁土礦沉積的物源研究進展進行了綜述工作，并在此基礎(chǔ)上對鋁土礦礦床劃分方案展開討論。

不規(guī)則色塊表示大面積鋁土礦成礦區(qū)域，正方形色塊表示零星礦點圖 1 中國主要鋁土礦床及碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)點分布Fig.1 Distribution of Chinese bauxite deposits and detrital zircon age data-points in China

2 中國鋁土礦的礦床分布與時代特征概要

前人已對中國鋁土礦床的地理分布與形成時代等礦床基本信息進行了較為詳細的梳理工作(廖士范和梁同榮，1991；劉長齡，2013；高蘭等，2014，2015)。從地理分布上來看(圖 1)，中國華南地區(qū)鋁土礦沉積主要集中在廣西中部至西部、貴州中部至北部、重慶南部、四川南部、云南東部等地區(qū)，在湖南、湖北、海南、福建、廣東等省有零星產(chǎn)出，其中鋁土礦儲量主要集中于廣西、貴州2省。在華北地區(qū)，鋁土礦沉積主要集中在河南省三門峽—鄭州—平頂山之間區(qū)域以及山西省中北部，在河北、遼寧、山東、山西、甘肅、內(nèi)蒙古等省自治區(qū)也存在少量礦床分布。鋁土礦沉積在上述地區(qū)分布并不均衡，其中河南、山西、廣西和貴州四省的鋁土礦儲量就占據(jù)了中國鋁土礦總儲量的90%以上。

針對中國鋁土礦的成礦時代的限定，除去第四紀正在形成的鋁土礦(如桂中地區(qū)、海南文昌—蓬萊地區(qū)、福建漳浦地區(qū)等)(Yangetal.,2018)和已有成礦期絕對年齡數(shù)據(jù)的礦床(如桂西上二疊統(tǒng)鋁土礦)(Dengetal.,2010；Yuetal.,2016；Houetal.,2017)，其他鋁土礦沉積的成礦時代主要由鋁土礦頂?shù)装宓貙拥臅r代及鋁土礦沉積中孢粉化石等材料進行相對地質(zhì)年代的限定(黃興等，2012；劉平和廖友常，2012；史驍?shù)龋?014；劉平等，2015)。華北地區(qū)鋁土礦形成層位較為統(tǒng)一，集中出現(xiàn)在上石炭統(tǒng)本溪組底部。華南地區(qū)鋁土礦成礦時代則較為復雜，貴州中部清鎮(zhèn)—修文至貴州北部遵義一帶九架爐組鋁土礦主要形成于早石炭世，貴州北部務(wù)正道地區(qū)至重慶南部、湖北西北部、湖南西部、四川中部等地區(qū)鋁土礦沉積被認為形成于早二疊世，廣西西部至云南東部廣泛分布上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦，第四系鋁土礦主要分布在廣西中、西部以及東南沿海地區(qū)。

圖 2 顯生宙以來世界鋁土礦成礦速率(引用自Brdossy， 1982)與中國鋁土礦成礦速率曲線(據(jù)高蘭等，2014)Fig.2 Phanerozoic bauxite formation rates in the world (Brdossy，1982)and China(Gao et al.,2014)

從中國與世界其他地區(qū)鋁土礦的成礦時代分布來看(圖 2)，顯生宙以來，全球鋁土礦成礦速率在晚古生代冰期時降至最低，之后逐步恢復，在中生代晚期達到高峰，之后又在第四紀冰期時下降。中國鋁土礦的成礦速率曲線與全球曲線存在較大差異，晚古生代冰期(早石炭世晚期至晚二疊世)與第四紀冰期(第四紀以來)是中國鋁土礦形成的主要時期。需要注意的是，對中國第四紀鋁土礦儲量的統(tǒng)計表明，其主要儲量貢獻來自于廣西西部及云南東部第四紀巖溶堆積型鋁土礦，其成因為晚二疊世原生鋁土礦沉積的破碎剝蝕與次生淋濾作用(Yuetal.,2014;Liuetal.,2017)。作者此前的綜述研究分析了中國鋁土礦沉積與晚古生代冰期事件的關(guān)系，認為該時期的大規(guī)模鋁土礦成礦作用是構(gòu)造活動、古氣候、海平面變化與古水文系統(tǒng)等一系列環(huán)境因素的耦合結(jié)果(Yuetal.,2019)。在石炭—二疊紀，華南板塊與華北板塊的古緯度位于熱帶輻合帶內(nèi)，具有高年平均氣溫與降水量，而冰期頻繁的海平面波動造成了濱岸及近岸地區(qū)地下水水位的變化。冰期低的海平面將造成基巖的大范圍暴露剝蝕，同時期低地下水水位將導致垂向淋濾作用控制下的鋁土礦化作用產(chǎn)生。與之相反，間冰期或冰后期海平面上升將淹沒大量近海區(qū)域，同時抬升的地下水水位將限制淋濾作用的發(fā)生，因此形成低品位的鋁質(zhì)黏土巖或煤層。

3 中國鋁土礦沉積碎屑鋯石數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計

3.1 華南貴州下石炭統(tǒng)九架爐組與下二疊統(tǒng)大竹園鋁土礦碎屑鋯石年齡組合

從華南貴州地區(qū)鋁土礦沉積中的碎屑鋯石年齡譜來看，除黔中修文地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐組鋁土礦沉積中出現(xiàn)838 Ma年齡主峰外(圖 3-A)，貴州其他地區(qū)與層位的鋁土礦沉積中均出現(xiàn)明顯的約960 Ma的主年齡峰值(圖 3-B，3-D，3-E)。2個次級年齡峰值～550 Ma和～2450 Ma在貴州鋁土礦沉積中廣泛存在，此外，在黔北遵義地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐組鋁土礦沉積中出現(xiàn)了446±12 Ma的最小年齡峰值(圖 3-B)，在黔北務(wù)正道地區(qū)大竹園組鋁土礦沉積中尚出現(xiàn)了1745±11 Ma的次級年齡峰值(圖 3-D)。貴州鋁土礦沉積的下伏碎屑巖地層中的碎屑鋯石年齡譜展現(xiàn)出與各對應(yīng)的上覆鋁土礦層間類似的碎屑鋯石年齡譜分布特征(圖 3)，這種相似性證明了貴州鋁土礦沉積中的碎屑鋯石物源對下伏碎屑巖地層具有繼承性。

3.2 華南廣西上二疊統(tǒng)合山組與第四系三水鋁石鋁土礦碎屑鋯石年齡組合

廣西地區(qū)鋁土礦的2種類型分別是上二疊統(tǒng)合山組底部原生鋁土礦和第四系鋁土礦，其中第四系鋁土礦又可分為桂西地區(qū)主要來源于上二疊統(tǒng)合山組原生鋁土礦垮塌形成的次生堆積型(巖溶型薩倫托亞型)鋁土礦(劉長齡，1988；祝瑞勤等，2004；蔡書慧等，2012；余文超等，2014b)及桂中地區(qū)三水鋁石沉積(鄧軍，2006)。桂西地區(qū)不同礦點的上二疊統(tǒng)合山組原生鋁土礦中碎屑鋯石年齡譜均顯示單一峰值特征，主峰集中于261±3 Ma(圖 4-A)。與之相對，桂中地區(qū)第四系三水鋁石沉積中的碎屑鋯石年齡譜組成更加復雜，年齡主峰出現(xiàn)在101±1 Ma，此外還具有261 Ma、448 Ma、1847 Ma及2459 Ma等4個次級年齡峰值(圖 4-B)，其中261 Ma峰值可以與上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦中的年齡主峰對應(yīng)。

鞏固擴大軍隊改革成效。軍隊行政權(quán)力清單制度的制定，必須隨著國防和軍隊改革而變化，并以最新改革成果為依據(jù)。同時，軍隊行政權(quán)力清單制度可以有效促使各級機關(guān)部門理順新體制下各項工作運行機制，合理切分權(quán)力事項，優(yōu)化權(quán)力運行程序，并使得新的工作運行機制固化下來。

3.3 華北地區(qū)上石炭統(tǒng)本溪組鋁土礦碎屑鋯石年齡組合

雖然華北地區(qū)鋁土礦沉積均位于相同層位，即上石炭統(tǒng)本溪組與中奧陶統(tǒng)馬家溝組之間的不整合界面上，但依據(jù)其所處板塊位置可分為華北板塊內(nèi)部、北部與南部3個不同區(qū)域(圖 1)。在華北板塊內(nèi)部(圖 5-A)，年齡主峰出現(xiàn)在455 Ma，此外還有324 Ma、1015 Ma、1944 Ma和2487 Ma等4個次級年齡峰值。在華北板塊北部(圖 5-B)，年齡主峰出現(xiàn)在308 Ma，此外還有434 Ma、1934 Ma和2474 Ma等3個次級年齡峰值。在華北板塊南部(圖 5-C)，年齡主峰出現(xiàn)在438 Ma，此外還有983 Ma和2465 Ma 2個次級年齡峰值。對比以上3組年齡譜數(shù)據(jù)可見，華北板塊南部與北部鋁土礦沉積中碎屑鋯石年齡譜差異較大，而中部鋁土礦沉積年齡譜呈現(xiàn)出南部與北部年齡譜混合的特征。

A—黔中修文地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐組鋁土礦(Wang et al.,2018)；B—黔北遵義地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐組鋁土礦(Xiong et al.,2020)；C—黔北地區(qū)下—中奧陶統(tǒng)湄潭組細砂巖(Xiong et al.,2020)；D—黔北務(wù)正道地區(qū)下二疊統(tǒng)大竹園組鋁土礦(Gu et al.,2013b；金中國等，2013；趙芝等，2013；余文超等，2014a)；E—黔東南凱里地區(qū)下二疊統(tǒng)大竹園組鋁土礦(Wang et al.,2018)；F—黔北務(wù)正道地區(qū)下志留統(tǒng)韓家 店組細砂巖(Gu et al.,2013b；余文超等，2014a)圖 3 華南貴州地區(qū)鋁土礦沉積及下伏碎屑巖地層中碎屑鋯石年齡譜Fig.3 Detrital ziron U-Pb age specturms for bauxite deposits and their underlying clastic rocks in Guizhou Province,South China

A—桂西地區(qū)上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦(Deng et al.,2010；Yu et al.,2016；Hou et al.,2017)；B—桂中地區(qū)第四系三水鋁石沉積 (Yang et al.,2018)圖 4 華南廣西地區(qū)鋁土礦沉積中碎屑鋯石年齡譜Fig.4 Detrital ziron U-Pb age specturms for bauxite deposits in Guangxi，South China

A—華北板塊內(nèi)部鋁土礦沉積(Wang et al.,2010；Liu et al.,2014；Wang et al.,2016)；B—華北板塊北部鋁土礦沉積(Liu et al.,2014；Wang et al.,2016)；C—華北板塊南部鋁土礦沉積(Cai et al.,2015； Zhao and Liu，2019)圖 5 華北地區(qū)鋁土礦沉積中碎屑鋯石年齡譜Fig.5 Detrital ziron U-Pb age specturms for bauxite deposits in North China

4 討論

4.1 鋁土礦沉積中碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)與物源信息可靠性評估

碎屑鋯石年代學物源研究理論的基本假設(shè)是剝蝕區(qū)形成的風化碎屑物質(zhì)隨搬運作用進入沉積盆地，盆地中的沉積物繼承了剝蝕區(qū)巖層中的抗風化能力較強的重礦物組分(其中尤以鋯石為代表)，因此可以通過分析沉積盆地中地層的碎屑鋯石年齡譜來反推剝蝕區(qū)物源情況(Fedoetal.,2003；Sharman and Malkowski，2020)。在鋁土礦沉積中使用碎屑鋯石年代學研究方法時因此也需要滿足2個前提條件：(1)化學穩(wěn)定性，鋯石等重礦物在強烈地球化學風化環(huán)境中仍然能保持礦物的穩(wěn)定性，并且其中的U-Pb同位素體系仍然保持封閉；(2)物理繼承性，以鋯石為代表的重礦物組分會在搬運作用中隨著風化成礦母質(zhì)一起發(fā)生遷移。

數(shù)據(jù)來源：黔北遵義地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐鋁土礦(Weng et al.,2019)，黔北務(wù)正道地區(qū)下石炭統(tǒng)大竹園鋁土礦(Gu et al.,2013a；Wang et al.,2013)，廣西西部上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦(Yu et al.,2014；Liu et al.,2017)，廣西中部第四系三水鋁石(Chen et al.,2018；Yanget al.,2018)，華北地區(qū)上石炭統(tǒng)本溪組鋁土礦(Wang et al.,2012；Liu et al.,2013)圖 6 中國主要鋁土礦沉積中Zr元素含量與Al2O3、TiO2含量的二元圖解Fig.6 Binary diagrams for Zr-Al2O3 and Zr-TiO2 in main bauxite deposits in China

對比中國主要鋁土礦沉積與基底碎屑巖地層中的鋯石年齡譜可見，一些研究案例，如黔北遵義地區(qū)下石炭統(tǒng)九架爐組鋁土礦與下—中奧陶統(tǒng)湄潭組細砂巖夾層(圖 3-B，3-C)、黔北至黔東南地區(qū)下二疊統(tǒng)大竹園組鋁土礦與下志留統(tǒng)韓家店組細砂巖夾層(圖 3-D，3-E，3-F)中的碎屑鋯石年齡譜均高度相似，這證明從碎屑組分源巖到鋁土礦的演變過程中，碎屑鋯石組分表現(xiàn)出良好的物理繼承性。但是鋁土礦中的碎屑鋯石年代學數(shù)據(jù)所反映出的物源信息也存在一定局限性，由于碎屑鋯石具有繼承性，會優(yōu)先反映保存了大量鋯石的物源提供者，如粗碎屑巖、巖漿巖、火山灰等，但是對于那些缺乏鋯石的物源提供者，如細碎屑巖、泥灰?guī)r等則難以僅憑碎屑鋯石年齡信息得到反映。這就需要通過諸如區(qū)域地質(zhì)背景、元素地球化學示蹤等方法對物源信息加以綜合判別。例如在針對黔北務(wù)正道地區(qū)(余文超等，2014a)、黔北遵義地區(qū)(Xiongetal.,2020)、桂西地區(qū)(Yuetal.,2016)等地的鋁土礦沉積物源研究過程中，均通過質(zhì)量平衡計算等方法對基底地層或鄰近區(qū)域地層(以碳酸鹽巖沉積為主)的物源貢獻情況進行了評估，認為這些地層對鋁土礦沉積的貢獻量有限，往往不能成為主要的物源貢獻者。針對華北地區(qū)鋁土礦系中黏土層的研究則表明，本溪組底部鐵礦和鐵質(zhì)黏土巖主要來自下伏馬家溝組灰?guī)r的風化物質(zhì)貢獻(劉學飛等，2020)。

綜上所述，針對現(xiàn)代風化剖面中鋯石顆粒及古風化殼中地球化學特征的研究均證明鋯石在強烈化學風化作用下仍然具有穩(wěn)定性，且鋯石在風化母質(zhì)搬運過程及風化過程中具有顯著物理遷移與風化殘余特征。因此碎屑鋯石年代學方法可以應(yīng)用于鋁土礦沉積物源研究中，但是需要排除那些具有明顯溶蝕現(xiàn)象及不諧和(諧和度小于90%)的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)點。此外，碎屑鋯石年代學物源示蹤方法目前尚難以反映鋁土礦沉積中的全部物源信息，對含有大量鋯石的物源貢獻者，如中—粗粒碎屑巖地層、巖漿巖或火山灰物質(zhì)等對象示蹤效果較好，而對于那些完全由碳酸鹽巖或細碎屑巖組成的地層則難以進行示蹤。因此，在對鋁土礦沉積使用碎屑鋯石年代學方法進行物源研究時，仍需要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況及地球化學示蹤結(jié)果進行綜合分析。

4.2 鋁土礦沉積中碎屑鋯石對物源的指示作用及物源模式的建立

4.2.1 華南貴州地區(qū)鋁土礦沉積——板塊內(nèi)部原地—準原地物源實例

A—古地理分布特征與物源模式； B—黔北至黔中地區(qū)鋁土礦形成 時期古地貌展布與鋁土礦形成位置。修改自Yu et al.(2019)圖 7 華南貴州地區(qū)石炭紀—二疊紀 鋁土礦沉積分布及古地理恢復Fig.7 Palaeogeography reconstruction and the Carboniferous and Permian bauxite deposits in Guizhou，South China

4.2.2 華南廣西地區(qū)鋁土礦沉積——異地火山灰物源與次生風化中物源變化實例

廣泛分布于廣西西部至云南東部地區(qū)的中二疊世與晚二疊世界線附近的鋁土礦沉積具有相似的鋯石年齡峰值特征，其中以261 Ma附近的年齡占據(jù)統(tǒng)治性(90%以上)年齡組成(圖 4-A)，該年齡與峨眉山大火成巖省的噴發(fā)年齡及華南板塊與印支板塊之間長山火山弧的活動年齡接近，說明同時期火山活動產(chǎn)物為鋁土礦的形成提供了重要物源(Dengetal.,2010；Yuetal.,2016；Houetal.,2017)。結(jié)合中二疊世至晚二疊世的古地理恢復成果，該類型鋁土礦沉積區(qū)域被嚴格限定在右江盆地內(nèi)部孤立碳酸鹽巖臺地區(qū)域(圖 8-A)，孤立碳酸鹽巖臺地之外仍然存在連續(xù)的臺間海槽沉積，證明在當時只有孤立碳酸鹽巖臺地區(qū)域發(fā)生了暴露風化作用(Yuetal.,2016)。對于異地的火山碎屑物質(zhì)如何越過臺間海槽的阻礙，進入到暴露的孤立碳酸鹽巖臺地區(qū)域的搬運機制較為合理的解釋是：火山灰物質(zhì)通過大氣輸送降落在了發(fā)生暴露的碳酸鹽巖臺地區(qū)域(圖 8-B)，之后通過原地淋濾作用形成了鋁土礦沉積(Yuetal.,2016；Houetal.,2017)。在該物源模型中，火山灰物質(zhì)從源區(qū)經(jīng)過了上百千米的遠搬運距離，最終就位于鋁土礦沉積區(qū)，因此該研究案例中鋁土礦物源是典型的異地來源。

圖 8 華南廣西及鄰區(qū)古地理圖(A)及上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦物源模式圖(B)(修改自Yu et al.,2016)Fig.8 Palaeogeography map(A)and provenance model for bauxite in the Upper Permian Heshan Formation,Guangxi，South China(modified from Yu et al.,2016)

圖 9 華南桂中地區(qū)第四系三水鋁石沉積分布范圍 與物質(zhì)來源示意(據(jù)Yang et al.,2018，修改)Fig.9 Distribution and provenance directions of the Quaternary gibbsite deposits in central Guangxi，South China(modified from Yang et al.,2018)

4.2.3 華北地區(qū)鋁土礦沉積——板塊邊緣造山帶異地物源實例

圖 10 華北板塊晚石炭世鋁土礦成礦期物源供給模式示意圖(修改自Wang et al.,2016)Fig.10 Provenance model for the Late Carboniferous bauxite formation period in North China(modified from Wang et al.,2016)

華北地區(qū)鋁土礦沉積雖然均位于晚石炭世本溪組底部，但碎屑鋯石年齡譜所指示的物源在華北板塊內(nèi)部(圖 5-A)、北部(圖 5-B)與南部(圖 5-C)具有顯著差異。在華北板塊南部，晚石炭世發(fā)生隆起暴露剝蝕的北秦嶺造山帶為華北板塊南部至內(nèi)部提供了大量碎屑物源(Liuetal.,2013；Zhao and Liu，2019)，在暴露的中奧陶統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r表面所形成的巖溶負地形區(qū)域就位后發(fā)生了原地的風化淋濾作用，形成鋁土礦沉積，其中保留有指示北秦嶺造山帶來源的～438 Ma碎屑鋯石年齡主峰(圖 5-C，圖 10-A)。此后，華北板塊北緣形成中亞造山帶南部分支，造成華北板塊北緣一帶出現(xiàn)隆起剝蝕，為華北板塊北部的鋁土礦沉積提供了物質(zhì)來源，其中包含有～308 Ma的特征年齡主峰(圖 5-B，圖 10-B)，南北方向雙向輸入的物源在華北板塊內(nèi)部發(fā)生匯聚，因此華北板塊內(nèi)部鋁土礦沉積中的碎屑鋯石年齡譜兼具南部物源與北部物源的特征(圖 5-A)(Wangetal.,2010；Wangetal.,2012；Liuetal.,2014；Caietal.,2015；Wangetal.,2016)。雖然華北板塊在晚奧陶世至晚石炭世長期處于較為穩(wěn)定的構(gòu)造背景，在馬家溝組灰?guī)r地層上發(fā)育了準平原化的巖溶地貌，但是僅依靠灰?guī)r的風化物質(zhì)無法為華北板塊上的鋁土礦沉積提供全部的鋁質(zhì)來源，僅能形成礦系底部鐵質(zhì)黏土巖及鐵礦沉積，而環(huán)板塊周緣發(fā)育的造山帶區(qū)域的隆起暴露與風化剝蝕作用為中上部鋁土礦層形成提供了成礦物質(zhì)基礎(chǔ)(劉學飛等，2020)。

4.3 中國鋁土礦沉積中碎屑鋯石記錄對鋁土礦床分類方案的啟示

杜遠生和余文超(2020)詳細討論了此前一些鋁土礦床分類方案的優(yōu)缺點。目前國際鋁土礦研究中使用最為廣泛是Brdossy分類方案，該方案最大特色是通過鋁土礦層基底巖性來對鋁土礦類型進行區(qū)分。早期的分類方案以二元分類法為特色：碳酸鹽巖為基底的鋁土礦床即為“巖溶型”，以硅鋁酸鹽巖為基底的即為“紅土型”(Brdossy，1982)。這種分類方案以基巖巖性作為礦床中明確而能直接觀察到的分類標準，但是Brdossy(1994)又將以硅鋁酸鹽巖為基底的鋁土礦床類型重新劃分為原地殘積的“紅土型”與異地物源“沉積型(或Tikhvin型)”，并與“巖溶型”形成并列關(guān)系(Brdossy，1994)，這實際上造成了該分類方案中觀察與解釋并存的現(xiàn)象。此分類方案在中國鋁土礦床研究中使用時遭遇到一些困難，例如黔北務(wù)正道地區(qū)大竹園組鋁土礦同時覆蓋在黃龍組灰?guī)r及韓家店組碎屑巖基底之上，導致大竹園組鋁土礦在Brdossy分類方案中難以找到合適的類型加以概括(Guetal.,2013a；Lietal.,2020)。此外，一些次級礦床分類方案之間具有重疊性，例如黔北地區(qū)九架爐組鋁土礦具有哈薩克斯坦亞型礦床含礦巖系由鋁土礦和含鋁土質(zhì)黏土構(gòu)成幾層透鏡體或巢狀礦體及基巖表面強巖溶化的特點，但同時也具有阿列日亞型下部為沉積黏土，上部由含黏土的鋁土礦過渡到鋁土礦的二分性特點(Wengetal.,2019)。因此分類標準的模糊性與主觀性導致在針對中國鋁土礦床使用Brdossy分類方案時產(chǎn)生了一些混亂。

本次對中國主要鋁土礦沉積中碎屑鋯石年代學結(jié)果的收集整理工作顯示，無論是覆蓋于碎屑巖基底的鋁土礦沉積(如黔北務(wù)正道地區(qū)大竹園組鋁土礦)，抑或是覆蓋于碳酸鹽巖基底的鋁土礦沉積(如黔中至黔北遵義地區(qū)九架爐組鋁土礦、桂西地區(qū)合山組鋁土礦、桂中地區(qū)第四系三水鋁石沉積、華北地區(qū)本溪組鋁土礦)，其成礦物質(zhì)來源均存在準原地或異地搬運的碎屑沉積物風化產(chǎn)物的顯著參與。特別是碳酸鹽巖為基底的鋁土礦床中，其物質(zhì)來源可能比之前的認識更為復雜：礦系底部的鐵質(zhì)黏土巖或鋁土質(zhì)黏土巖來源于碳酸鹽巖風化殘余物(Wengetal.,2019；劉學飛等，2020)，礦系中部和上部達到工業(yè)利用標準的鋁土礦石則主要由硅鋁酸鹽巖風化產(chǎn)物經(jīng)過搬運與原地淋濾作用過程形成。從這個意義上說，鋁土礦形成的物源是原地、準原地或異地的指標并不適合作為中國鋁土礦床分類的判別標準。同樣地，以礦體形態(tài)和礦層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的劃分標準在實際使用的過程中也會造成一定混亂，容易造成同物異名或異物同名的現(xiàn)象。

廖士范和梁同榮(1991)從實際情況出發(fā)，提出了更為適合中國鋁土礦沉積的礦床分類方案，以“古風化殼型”和“紅土型”作為基礎(chǔ)分類，將“紅土型”限定為“無上覆地層覆蓋的近現(xiàn)代風化的鋁土礦”，而將其他所有鋁土礦床統(tǒng)一歸納為“古風化殼型”。該分類方案突破了基底巖性的分類條件，強調(diào)了沉積環(huán)境因素對鋁土礦床不同類型的控制作用。但是該分類方案在進行亞型劃分時也大量使用了“原地”、“準原地”、“異地”等物源距離判別指標及“淡水”、“咸水”及“海水”等沉積環(huán)境指標，造成物源因素的判別度不強，且忽略了鋁土礦淋濾作用的重要性，其分類指導思想似乎為成礦物質(zhì)在經(jīng)過充分風化淋濾作用后，再經(jīng)過再沉積作用直接沉積成礦，該觀點與目前主流鋁土礦成礦理論存在較大差異。綜上所述，結(jié)合近年來鋁土礦研究中所取得的進展，如何合理地在前人分類方案的基礎(chǔ)上提出新的、更合理的分類方案是目前鋁土礦研究中極為重要且亟待解決的問題，杜遠生和余文超(2020)所提出的新的分類方案即是一次初步而有益的嘗試。

5 結(jié)論

通過對中國主要沉積型鋁土礦中碎屑鋯石年代學數(shù)據(jù)的收集、整理與分析工作，得到以下主要結(jié)論：

1)對鋯石在現(xiàn)代熱帶典型紅土剖面中的礦物穩(wěn)定性監(jiān)測，以及中國鋁土礦床中的Zr、Ti、Al等元素的演化趨勢分析，可以認為鋯石顆粒兼具抗風化的化學穩(wěn)定性及隨風化產(chǎn)物遷移的物理穩(wěn)定性。因此鋁土礦沉積中的鋯石顆粒對于指示碎屑物源的成礦貢獻具有良好的指示意義。

2)中國主要鋁土礦沉積的成礦母質(zhì)均具有碎屑巖地層或沉積物的貢獻，對碳酸鹽巖為基底的鋁土礦沉積而言，鋁土礦系中上部品質(zhì)更好的鋁土礦來源于硅鋁酸鹽強烈風化的貢獻，基底碳酸鹽巖的風化殘余形成了下部的富鐵黏土巖或鋁土質(zhì)黏土巖。通過鋯石年齡譜對比工作，可以標定鋁土礦沉積形成時提供主要碎屑物源貢獻的地質(zhì)體，從而恢復成礦期古地貌特征與大地構(gòu)造背景。

3)中國的鋁土礦沉積僅依照基巖巖性與礦體形態(tài)結(jié)構(gòu)特征進行分類可能會造成分類方案的模糊性與不確定性。此外，由于中國鋁土礦沉積中廣泛存在指示準原地及異地成因的碎屑鋯石組分，因此使用原地/異地指標也無法進行有效區(qū)分。在考慮鋁土礦分類方案時，除考慮鋁土礦的風化產(chǎn)物屬性，還應(yīng)對其作為沉積物的屬性加以考量。

致謝感謝歐越與劉浩等同志為華北地區(qū)鋁土礦點信息提供的幫助。