趙辛金，張啟連，吳天生，陳海武，謝振朝，覃瑞才

(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，廣西 南寧 530023)

0 引言

斐濟瓦努阿島(Vanua Levu islands)位于第一大島維提島(Viti Levu islands)北東60 km，屬斐濟第二大島，是斐濟鋁土礦主要產(chǎn)地。筆者數(shù)年前有幸受邀到該島鋁土礦進行短暫的考察，發(fā)現(xiàn)該地紅土型三水鋁土礦風化剖面結構完整，礦化強度高于我國及東南亞地區(qū)同類型的鋁土礦床，與幾內(nèi)亞紅土型三水鋁礦床相似。根據(jù)前人勘查，斐濟紅土型鋁土礦發(fā)育于火山熔巖平原中，存在多種風化原巖，具有獨特的成礦條件[1]。筆者根據(jù)考察所見及采樣測試，結合前人資料[2]，闡述斐濟紅土型三水鋁土礦礦床特征，希望助于深化鋁土礦成礦作用認識，對鋁土礦床的深入研究有所裨益。

1 地質(zhì)概況與勘查開發(fā)簡史

根據(jù)有關資料[1-2]，斐濟列島最古老巖層為始新世晚期的枕狀熔巖、輝長巖和臺地相灰?guī)r，地質(zhì)年齡為40 Ma～36.5 Ma，最年輕的巖層不超過2萬年，為陸相噴發(fā)火山灰。鋁土礦主產(chǎn)地瓦努阿島由火山巖組成(圖1)，海底火山噴發(fā)始于中新世晚期，形成主要地層為中新統(tǒng)內(nèi)特華組基性—中基性火山巖和火山碎屑巖，少量英安質(zhì)流紋巖，在火山口或凹地如Dreketi Basin盆地中有凝灰?guī)r沉積；島的北東部局部出露底部烏都組火山巖，由熔巖、集塊巖及頂部的黑耀巖組成，巖性從安山質(zhì)到酸性均有產(chǎn)出。動物小種群數(shù)據(jù)和放射性年齡顯示噴發(fā)年限從7.5 Ma～3.5 Ma。內(nèi)特華組火山巖在上新世中期噴發(fā)后經(jīng)歷了一個快速抬升過程，以致下部的枕狀熔巖和海相凝灰?guī)r提升到了目前的高程900 m以上。

圖1 斐濟瓦努阿島紅土型三水鋁土礦分布圖

上部上新統(tǒng)布阿組島火山巖噴發(fā)于3.3 Ma～2.9 Ma[1]，巖性為堿性橄欖玄武巖系列，分布于島西部，構成了謝圖拉(Seatura Volcano)火山盾。

瓦努阿島地形高差顯著，由于區(qū)域性抬升，南部大致升高了1648英尺(約502 m)，北部升高了2764英尺(約842 m)，但由于熔巖流效應，仍發(fā)育有大面積地形低緩的準平原，其坡度維持在約5°；年降雨量與地形有一定的聯(lián)系，迎風一側(南東側)年降雨量100～300英寸(2500～7500 mm)，全年均有降雨，而背風一側(北西側)年降雨量70～80英寸(1750～2000 mm)，集中于雨季降雨。斐濟列島總體上年平均降雨量大于2000 mm，屬于典型的熱帶海洋性氣候，常受颶風襲擊，年平均氣溫22℃～30℃。

有組織的鋁土礦勘查始于1958年，當時加拿大蒙特利爾的阿爾肯(Alcan)國際有限公司(前身為鋁業(yè)實驗有限公司)于1958年獲得大約2300 km2的若干個探礦許可，主要分布于瓦努阿島、維提島(Viti Levu islands)北西部和勞島(Lau islands)，并開始大范圍的預查和普查，至1963年，放棄了大部分探礦權，保留了瓦努阿島瓦努努(Wainunu)地區(qū)和北西地區(qū)的探礦權，至1968年除瓦努努地區(qū)的薩烏里烏(Savulevu)礦床外其余的探礦權均都放棄，薩烏里烏礦床后來又轉給了由日本人擁有的斐濟鋁業(yè)有限公司(BFL)。斐濟鋁業(yè)有限公司于1969—1972年開始了薩烏里烏鋁土礦的開發(fā)，但在第一批凈礦石裝運之前即已關閉，原因是價格過低外加后勤出現(xiàn)了問題，比如雨水過多和地形崎嶇等等。1970—1972年，在B.Campana指導下，金屬礦業(yè)有限公司對瓦努阿島、維提島北西部進行了進一步的勘查，但探礦許可在1975年被放棄。至此斐濟鋁土礦的勘查已基本覆蓋全島，三個主要島嶼探獲的原礦石量為5630萬噸，折合凈礦石量1460萬噸～1750萬噸，至1994年止再沒有人在斐濟開展過鋁土礦的勘查。由于瓦努阿島礦床質(zhì)量較好、規(guī)模較大，一直被運作進行開發(fā)[2]。

筆者考察當時了解到，中國信發(fā)集團已在斐濟進行紅土型鋁土礦開發(fā)。據(jù)“鋁道網(wǎng)”(https://www.alu.cn)2017年11月9日報道[3]，該年度僅有一批鋁土礦石運往中國市場，總量為58 709.6 t，總價值為280萬美元，這批鋁土礦將使開始于2010年的布阿地區(qū)Nawailevu礦場的總營收達到了5220萬美元(“鋁道網(wǎng)”，2017)，表明斐濟紅土型鋁土礦具有較高的利用價值。

2 礦床地質(zhì)特征

本次考察地區(qū)主要位于瓦努阿島北西部鋁土礦，出露上新統(tǒng)布阿組基性噴出巖，少量沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖、火山角礫巖，斷裂、褶皺不發(fā)育。噴出巖斑晶以斜長石為主，斑晶含量占比10%～30%，粒徑為1～5 mm，基質(zhì)由斜長石、輝石組成，含量占比70%～90%，玄武巖巖石中w(Al2O3)=14%～17%，w(SiO2)=50%～51%，玄武質(zhì)安山巖巖石中w(Al2O3)=15%～17%，w(SiO2)=53%～55%；第四系風化—半風化層覆蓋面積大，平坦地段覆蓋率可達70%。

與紅土型三水鋁土礦有關的巖性主要為玄武巖，斑晶以拉長石為主，約占30%，極少量黑云母及輝石，且粒徑極?。换|(zhì)具間隱間粒結構，以中長石為主，約占27%，次之為普通輝石、綠泥石，少量碳酸鹽礦物、鈦鐵礦、磁鐵礦、綠簾石等。針柱狀斜長石與顯微柱粒狀輝石、磁鐵礦混雜分布，部分斜長石構成三角區(qū)被更細小的斜長石、微粒狀輝石、微粒磁鐵礦、隱晶質(zhì)綠泥石充填。局部有皮殼狀碳酸鹽礦物膠結。

礦石均由褐灰色鐵質(zhì)結核與膠結物—磚紅色紅土組成，結核呈不規(guī)則狀，在原英文文獻中亦稱為“瘤”，其礦物含量占20%～90%，分布不均勻，部分結核黏連緊密形成集合體，大小為1～8 cm，最大直徑可達20 cm，礦產(chǎn)品為凈礦石，是原礦石過20目篩(孔徑0.84 mm)后并沖洗后獲得的結核，其Al2O3的品位通常大于50%，大于原礦石的39%～46%，可見結核比紅土更富成礦物質(zhì)Al2O3；由于未經(jīng)成巖壓實作用，結核較為脆弱，易于破碎，據(jù)統(tǒng)計，凈礦石的回收率僅為30%～35%。

瓦努阿島東南部的瓦努努(Wainunu)紅土型三水鋁土礦工作程度最高，規(guī)模最大，分布于面積約65 km2火山盾邊緣平坦的玄武巖熔流上，此熔巖流平臺自東至西被瓦努努河和達烏圖峭壁分割成三個部分，礦體產(chǎn)于平緩地帶及其內(nèi)丘陵之上(圖2a)，根據(jù)阿爾肯公司勘查資料，風化殼剖面具有典型的“礦層+過渡層”二元結構，其中礦層可再分如下：一分層為松散覆蓋物，厚度不穩(wěn)定，二分層為褐色層，主要由富鐵富三水鋁結核的塊狀礦石組成，厚0.6～1.0 m，三分層為雜色層，土狀礦石為主，由紅—褐—灰色紅土、三水鋁結核摻雜少量殘余的玄武巖礫石組成，局部地段玄武巖殘礫高達10%，厚1～2 m；礦層底板為過渡層，為風化的玄武巖，并已初步發(fā)育三水鋁結核，厚6 m。

圖2 斐濟瓦努阿島紅土型三水鋁土礦剖面特征

本區(qū)的“礦層+過渡層”的風化殼結構與幾內(nèi)亞的“(鐵礬土和鋁土礦)+(鐵質(zhì)黏土和黏土)”[4-5]和西澳的“(硬殼和碎屑層)+黏土層”[6]相對應，礦層中的硬殼層和塊狀礦石為固結作用產(chǎn)物，而土層礦石尚處于淋濾作用中，是成熟風化殼的典型結構特征。

丘陵上的礦體頂部直接曝露于地表，草、樹等植物相對稀少(圖2b)。在島北西部，平原上展布的三水鋁土礦層，最大厚度可達9 m，但連續(xù)性較差，厚度、品位變化快，覆蓋層最大厚度可達3 m，比東南部的瓦努努(Wainunu)地區(qū)的厚，平原上高差不大的低矮小山脊是優(yōu)質(zhì)鋁土礦分布的場所，這些低矮的小山脊可能代表熔巖的一個流動單元，環(huán)繞小山脊的低緩平臺則為質(zhì)量稍遜的鋁土礦層，古溪谷中尚見到礫狀優(yōu)質(zhì)鋁土礦充填。

該礦層獨特之處在于在淺部紅—褐—灰色紅土中含有殘余的基巖礫石，而在幾內(nèi)亞、澳大利亞和東南亞地區(qū)的同類型礦床中，該部位尚無風化殘礫的報道。另外值得注意的是，礦層底板的過渡層——風化玄武巖其三水鋁石相的Al2O3品位并不低，達25.54%，其利用意義值得探索。

礦層底板的過渡層在幾內(nèi)亞紅土三水鋁土礦中被稱為黏土層+風化母巖(鐵質(zhì)黏土和粉砂質(zhì)黏土)[4-5]，在澳大利亞達令山紅土三水鋁土礦中被稱為雜色帶[7]或黏土層[6]。

瓦努努(Wainunu)地區(qū)原礦石量2300萬噸，北西部地區(qū)原礦石量1730萬噸，35目的過篩率35%，再水冼后的總回收率約30%。斐濟島9個已勘查的三水鋁土礦床洗后的凈礦石由結核組成，w(Al2O3)普遍大于50%，可見結核的Al2O3含量高于基質(zhì)中Al2O3含量。

據(jù)X射線衍射分析，礦物組成主要為三水鋁石、褐鐵礦、針鐵礦、高嶺石、磁鐵礦、鈦鐵礦及極少量的石英[2]。

由于以三水鋁石相賦存的Al2O3可在常溫常壓下溶出，本次考察采集部分樣品進行測試(表1)，結果顯示，三水鋁石相的Al2O3相當高，w(Al2O3)均大于40%，略低于該島東南部瓦努努(Wainunu River)河一帶的三個礦區(qū)的w(Al2O3)(44%～46%)。

表1 瓦努島三水鋁土礦原礦石及圍巖分析結果

剖面化學成分表明，在垂向上，從礦體到過渡層，石相Al2O3采用電感耦合離子體原子發(fā)射光譜法測定。

上部以Fe為主，中部以Al為主，下部為Si為主，富集特點與幾內(nèi)亞、西澳等典型紅土型礦床一致[6，8]。本區(qū)過渡層與礦層之間的Si含量具有跳躍式變化特點，與兩者之間顏色突變相呼應，喻示著一個成熟的風化殼在不同的剝蝕—淋濾速率下是可以為稍低凹地段的坡積礦層提供不同的物質(zhì)來源的，此現(xiàn)象可為沉積型鋁土礦的復雜成因解釋提供有益的線索。

在瓦努阿島東南的瓦努努河地區(qū)，于成礦母巖拉斑玄武巖下部，沉積有泥巖、粉砂巖及安山質(zhì)凝灰?guī)r，鋁土礦體礦化最好的地段均處于高程180 m上下位置，也恰好是拉斑玄武巖被出露的高程，在此高程下形成的風化紅土，三水鋁結核的富集程度相對低，被認為其風化母巖不是玄武巖而是泥巖粉砂巖和安山質(zhì)凝灰?guī)r[2]。

根據(jù)前人的勘查資料，在瓦努島和斐濟其他島上尚發(fā)現(xiàn)一些紅土型三水鋁土礦床礦點(表2)，簡述如下：

1)瓦努阿島的那圖阿(Natua)：產(chǎn)于高程150 m的火山盆地中，其內(nèi)各類巖層均呈近水平狀展布。風化原巖為安山質(zhì)火山碎屑巖，東部的科羅烏里礦區(qū)礦層厚3～4 m，阿爾肯公司施工了17個淺井，w(Al2O3)>45%的井探僅有8個；北西部的礦點施工了31個淺井，w(Al2O3)>45%的井探僅有3個。那圖阿地區(qū)鋁土礦體過于分散，20目的過篩率為15%～30%，至少從含礦率高低判斷，其礦化強度顯然遜色于以玄武巖為母巖的瓦努努地區(qū)鋁土礦。

2)維提島的洛托卡-巴(Lautoka-Ba)：處于斐濟最大島維提島的北東部，地貌屬于正在抬升的平原，地形高處發(fā)育有風化殼，風化原巖為凝灰?guī)r和粗糙的玄武質(zhì)火山碎屑巖，劃屬上新統(tǒng)Ba火山巖組，成分接近于瓦努阿島的拉斑玄武巖，阿爾肯公司施工了23個淺井，估算了660萬噸的原礦石量，但品位低，可溶出的Al2O3品位僅35%，凈礦石回收率小于18%，且鋁土礦層連續(xù)性差。

3)勞島(Lau islands)的圖瓦卡(Tuvuca)：圖瓦卡地區(qū)主要分布新近系托喀勞組灰?guī)r，這些灰?guī)r從中新世晚期—上新世晚期均有產(chǎn)出，每次火山噴發(fā)后均可見該組覆蓋于火山巖之上?；?guī)r下部為安山質(zhì)火山角礫巖和熔巖，安山質(zhì)火山巖曝露的地段形成的富磷黏土，主要呈褐色，其次為紅、黃色，分布于一個凹陷洼地和一批沉降洞穴中，據(jù)17個螺旋桿鉆井調(diào)查，平均厚4～5 m，有些地段螺旋鉆進8 m尚未遇到基巖，在1981年的一次磷礦調(diào)查中，有許多螺旋井鉆至13.9 m都未遇到基巖。部分鋁存在于纖磷鈣礦、銀星石中，砂屑多由膠磷礦組成，屬土質(zhì)、砂質(zhì)礦石，三水鋁結核僅作為黏土的次要組分，礦床平均可溶出的w(Al2O3)僅為24%，但w(P2O5)可達22%，分析顯示磷、鋁呈反消長關系，根據(jù)7個褐黃—褐紅色風化殼調(diào)查區(qū)的36個淺井數(shù)據(jù)，僅有1個調(diào)查區(qū)的w(P2O5)<10%，但其平均值仍達6.3%，w(Al2O3)=37.6%～41.95%，1個調(diào)查區(qū)含磷含鋁均很低，但含w(MnO2)>60%，其余5個調(diào)查區(qū)的w(P2O5)>10%，w(Al2O3)<40%，總體上保持w(P2O5+Al2O3)=40%～50%，安山巖為成土母巖，其w(P2O5)=1.33%～1.53%，w(Al2O3)=14.70%～13.79%，亦呈反消長關系。賦存紅土的凹陷被認為是灰?guī)r溶蝕的結果。調(diào)查后估計有230萬噸鋁土礦原礦石，由于規(guī)模小，當時被認為鋁的經(jīng)濟意義不大，但未涉及磷的利用價值評述，亦未給出磷的賦存狀態(tài)。

4)其他地區(qū)：瓦努阿島的Nakelikoso-Wasnikoro和Nukudamu地區(qū)，風化原巖為酸性火山巖，形成的三水鋁土礦石含硅高(缺具體數(shù)據(jù))。另外還在維提島中部的Colo-i-Suva和Nadrau臺地上還發(fā)現(xiàn)了更廣布的富鐵三水鋁紅土層，該區(qū)除了在玄武巖之上發(fā)育有風化黏土之外，還發(fā)現(xiàn)三水鋁結核散布于厚層的坡積紅土層中，其為坡積紅土的證據(jù)是在深1.5 m的多個剖面中均未見任何巖石殘礫或原巖的變余結構構造，通過18件樣品的XRD分析顯示富鐵黏土中主要礦物為針鐵礦、多水高嶺石，另有少量的三水鋁石、磁鐵礦、赤鐵礦，4件樣品分析結果，原礦Al2O3品位變化于33.8%～48%之間。

表2 瓦努阿島與其他島的三水鋁土礦石分析結果

3 討論

3.1 礦源層的多樣性和專屬性

斐濟紅土型三水鋁土礦的礦源層是多樣的，從基性—中性—酸性巖漿巖均有，巖性以玄武巖最有利，因其容易形成平坦地形緣故；其次為火山碎屑巖，再其次為泥巖。成礦母巖的多樣性是幾內(nèi)亞、澳大利亞和東南亞地區(qū)不能比擬的，不同巖性對鋁成礦的貢獻大小在本列島可窺見一斑。

鋁土礦質(zhì)量優(yōu)劣具有一定的專屬性，在玄武巖中，硅以硅酸根形式存在于長石、輝石、橄欖石中，易于破裂和風化，硅容易淋失，而火山碎屑巖和較為酸性的火成巖中，硅以更穩(wěn)定的玻璃質(zhì)或石英存在，而玻璃和石英不如斜長石、橄欖石、輝石般容易破裂和滲透，故拉斑玄武巖中的硅較容易被滲濾出來，同時拉斑玄武巖噴發(fā)后容易形成斜坡平緩的高地平原，從而能形成優(yōu)質(zhì)的三水鋁土礦。實際上，從全球尺度來看，幾內(nèi)亞、越南—老撾—柬埔寨的三水鋁土礦的風化母巖為玄武巖或輝綠巖[5，9]，礦石的w(Al2O3)多高于40%，鋁硅比值多大于10，質(zhì)量與斐濟的不相上下；而澳大利亞南部地區(qū)的三水鋁土礦母巖為花崗巖類，礦石w(Al2O3)平均值為43.3%，鋁硅比值平均為3.37[7]，稍遜于幾內(nèi)亞和斐濟。我國廣西桂中地區(qū)的紅土型三水鋁土礦，亦發(fā)育有大量的鐵鋁結核，屬于成熟的風化殼，風化母巖為泥盆系和石炭系灰?guī)r[10]，形成的三水鋁礦石質(zhì)量不高，Al2O3平均品位為28%，三水鋁石相w(Al2O3)=15.76%[11]，①?？梢娦纬葾l2O3含量高的紅土其母巖仍專屬于火成巖。我國桂西地區(qū)二疊系鋁土礦產(chǎn)于茅口組灰?guī)r不整合面之上的合山組底部[12-13]，上覆含煤線泥巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r，鋁土礦w(Al2O3)一般變化于40%～50%之間，有些礦區(qū)甚至達到50%～70%[14]，如此高的Al2O3含量喻示著紅土階段有火成巖物質(zhì)的參與風化，其來源可能有二，一是被風化剝蝕的茅口組頂部或合山組底部地層中發(fā)育有火成巖，二是風化剝蝕的吳家坪早期巖漿活動強烈，有火山物質(zhì)的加入，前者尚無充分的證據(jù)，后者近年來得到區(qū)調(diào)②③和鋁土層中的鋯石研究的支持[15]。

3.2 鋁土礦層的展布及意義

斐濟紅土型三水鋁土礦橫向上展布以摻雜小型丘陵(圖2a)的平原地貌較為完整，地形起伏稍大的丘陵地貌(圖2b)形成的風化殼呈孤島狀分布，無論何種展布方式，高品級的礦石均分布在相對高的地形中，而連續(xù)性不完整。丘陵地貌即有利于風化殼的形成，亦有利于坡積鋁土礦的形成和低處鋁土礦層的加積，正如維提島中部的Colo-i-Suva和Nadrau臺地上廣泛分布的坡積型富鐵三水鋁土礦層一樣。丘陵地形中的鋁土礦層高低處均有分布，且又不完整的特點，有助于啟發(fā)我國桂西地區(qū)二疊系鋁土礦層上部所謂的超覆沉積[16]的理解。

3.3 紅土型鋁土礦新類型

阿爾肯公司對勞島鋁土礦進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)了與鋁土礦共生的磷礦，這些磷礦的P2O5含量不低，可溶出的Al2O3亦不低，厚度大，原礦石總量達到230萬噸，盡管單個礦體規(guī)模較小，但對在海洋火山島中尋找同類型礦產(chǎn)仍有重要指導意義。

4 結論

1)重要成礦區(qū)瓦努阿島的紅土型鋁土礦盡管礦床特征與世界上典型礦床相似，但仍具有其獨有的特點，一是上部富鐵層厚度不大，二是在鋁土礦層中保持有風化原巖的殘礫，這是與崩(坡)積型紅土的重要區(qū)別標志。礦體除原地殘積外，尚有坡積堆積成因，丘陵地貌形成的風化殼呈孤島狀分布；玄武巖、安山巖、火山碎屑巖、凝灰?guī)r、泥巖等均可成為成礦母巖，但以玄武巖成礦最佳，其次為安山巖。

2)紅土型磷礦應予以重視，從三水鋁含量看，各礦床之間變化范圍大，此類以褐色為主的黏土似乎不屬于長期曝露地表風化衍生的產(chǎn)物，其產(chǎn)出部位為灰?guī)r溶蝕洞穴，應屬于洞穴堆積成因。

注釋：

① 劉顏宏，李世富，鐘卡彬，等. 廣西貴港市蒙公礦區(qū)外圍三水鋁土礦普查報告[R]. 廣西地質(zhì)六隊，2013.

② 李昌明，覃洪鋒，蔣劍等. 廣西1∶5萬隆林縣、沙梨、克長、隆或幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查[R].廣西地質(zhì)調(diào)查院，2018.

③ 梁國科，吳祥珂，李玉坤，等. 廣西1∶5萬甲篆、鳳凰、巴馬、民安區(qū)域地質(zhì)調(diào)查[R].廣西地質(zhì)調(diào)查院，2018.