廉呂型，李學(xué)森，王澤，盧光輝，徐海棚，姚雙秋，尹本純，黎家龍，周業(yè)泉

桂西平果地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系沉積環(huán)境：元素地球化學(xué)判別

廉呂型1，李學(xué)森1，王澤1，盧光輝2，徐海棚2，姚雙秋2，尹本純2，黎家龍2，周業(yè)泉2

（1.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西壯族自治區(qū)二七四地質(zhì)隊，廣西 北海 536005）

桂西平果地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系由下至上為典型的“鐵-鋁-煤”結(jié)構(gòu)，為厘定其沉積環(huán)境，本次工作通過對6個鉆孔的37件巖心樣品進(jìn)行元素地球化學(xué)測試并計算典型的沉積環(huán)境地球化學(xué)指標(biāo)，研究得出不同層位主微量元素的統(tǒng)計學(xué)特征及其沉積地質(zhì)意義，結(jié)果表明：含礦巖系的Rb/K值、Sr含量值以及V/Zr、Zr/Cu、V/Cr、Ni/Co、V/(V+Ni)、U/Th值指示平果地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系沉積早期為陸相沉積，中后期為海陸過渡相沉積，含礦巖系是在區(qū)域性海侵過程中從陸相逐步轉(zhuǎn)換為海陸過渡相的背景下依次沉積建造而成。

沉積環(huán)境；鋁土礦；平果

桂西地區(qū)發(fā)育巖溶堆積型和沉積型兩種鋁土礦，前者目前是礦山開采的主要對象，后者則是潛在的接替資源。經(jīng)過三十多年的開采，巖溶堆積型鋁土礦資源已日趨殆盡，礦山供礦壓力愈來愈大，勘查沉積型鋁土礦資源已迫在眉睫。對于沉積型礦床的成礦預(yù)測和勘查評價而言，沉積環(huán)境厘定和沉積相帶劃分是首要的基礎(chǔ)工作。前人已對桂西地區(qū)沉積型鋁土礦的沉積環(huán)境做了一些探索性的研究工作，如（張啟連等，2016）通過野外地質(zhì)調(diào)查及對桂西二疊系鋁土巖鉆孔樣品微量元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析，得出桂西二疊系鋁土巖為陸相環(huán)境沉積的結(jié)論。

平果礦區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系成層性好，縱向上可劃分為3層，即由下至上分別為鐵鋁巖、鋁土礦、炭質(zhì)泥巖（局部相變?yōu)槊簩樱苤甘境练e環(huán)境與沉積相的沉積學(xué)標(biāo)志存在多義性，“鐵-鋁-煤”沉積體系中原生沉積構(gòu)造稀少，且礦石中豆鮞粒的成因存在爭議（胡旭等，2013；程順波等，2020），這套含礦巖系的成礦物質(zhì)究竟源自何方、如何搬運而來、沉積環(huán)境條件如何等科學(xué)問題亟待解決。目前，雖然已有學(xué)者對平果礦區(qū)的沉積型鋁土礦（蘇煜，1985；陳其英和蘭文波，1991；李曉峰和吳塹虹，2013；項廣鑫等，2013）開展過相關(guān)方面的一些研究工作，但是已發(fā)表的成果并沒有指明樣品的具體采樣層位和采樣的地質(zhì)依據(jù)，而且樣品數(shù)量太少，測試數(shù)據(jù)有限，這種情況下取得的地質(zhì)認(rèn)識可靠性有待商榷。元素地球化學(xué)是判別沉積環(huán)境條件的重要方法，為此，我們在對那端、太平新圩、教美三個沉積型鋁土礦礦區(qū)進(jìn)行野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對礦區(qū)6個鉆孔鋁土礦含礦巖系的巖心按照層位關(guān)系、巖石學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)采樣，并對篩選出的37件樣品進(jìn)行主微量元素地球化學(xué)測試與數(shù)據(jù)分析，以期為厘定平果礦區(qū)鋁土礦含礦巖系沉積環(huán)境補充扎實的地球化學(xué)證據(jù)。

圖1 桂西大地構(gòu)造示意圖（張起鉆，2011）

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域構(gòu)造位置

桂西上二疊統(tǒng)合山組沉積型鋁土礦成礦帶位于右江盆地內(nèi)，大地構(gòu)造上位于華南加里東褶皺系右江印支褶皺帶之靖西-田東隆起，處于康滇古陸的東南側(cè)、云開古陸的北西側(cè)，其西北為峨眉山大火成巖省，南為古特提斯北緣的哀牢越北隆起（圖1）。

1.2 研究區(qū)地質(zhì)

1.2.1 地層

研究區(qū)出露的地層主要為泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系、古近系以及第四系（圖2），區(qū)域地層簡表如表1。

表1 區(qū)域地層簡表

其中，合山組下段（P31）頂部的微晶灰?guī)r、花斑狀灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r、碳質(zhì)灰?guī)r、含燧石結(jié)核灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r為含礦巖系的頂板，茅口組（P2）生物碎屑灰?guī)r或含生物碎屑灰?guī)r為含礦巖系的底板。

1.2.2 構(gòu)造

研究區(qū)位于右江復(fù)式向斜的中部，因受到NE-SW向的應(yīng)力擠壓作用，形成了主要為NW-SE向的構(gòu)造格架（圖2）。

區(qū)內(nèi)褶皺軸向主要為NW-SE向、近EW，軸向為NW-SE向的有舊城背斜、太平新圩向斜、那豆背斜，軸向近EW向的為果化背斜。褶皺兩翼傾角較為平緩，地層傾角一般在10°～20°，褶皺兩翼局部達(dá)40°。區(qū)內(nèi)褶皺屬于對稱褶皺，呈現(xiàn)出背斜寬緩，向斜緊閉的特征。區(qū)內(nèi)背斜剝蝕程度皆較大，如舊城背斜及果化背斜，泥盆系地層已被剝蝕出露較大范圍，那豆背斜次之。

區(qū)內(nèi)斷裂主要為EW-SE向，次之為NE-SW向，亦有若干斷裂呈近EW向。區(qū)內(nèi)斷裂縱橫交錯，對區(qū)內(nèi)鋁土礦礦體的規(guī)模及形態(tài)造成一定影響。

1.2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)基本沒有巖漿巖出露。

圖2 廣西平果地區(qū)地質(zhì)簡圖

1.第四系；2.古近系；3.白堊系；4.三疊系；5.二疊系；6.石炭系；7.泥盆系；8.斷裂；9.地質(zhì)界線10.鉆孔位置

1.3 含礦巖系特征

桂西地區(qū)沉積型鋁土礦產(chǎn)出于二疊系上統(tǒng)合山組下段（P31）的底部，茅口組（P2）的平行不整合面之上，其含礦巖系受古風(fēng)化殼的地形地貌控制。礦床含礦巖系從下至上主要呈現(xiàn)為“鐵-鋁-煤”的結(jié)構(gòu)（圖3a），即下部為鐵鋁巖，中部為鋁土礦礦體，上部為高鋁的煤或炭質(zhì)泥（頁）巖；部分鉆孔缺失“鐵鋁巖”這一層位，如教美礦區(qū)ZKJ16孔（圖4）。通常含礦巖系頂板為上二疊統(tǒng)合山組上段（P32）的含生物碎屑灰?guī)r、微晶灰?guī)r或花斑狀灰?guī)r，底板則為茅口組（P2）生物碎屑灰?guī)r。

本次工作通過對若干鉆孔與地表揭露工程編錄資料進(jìn)行整理統(tǒng)計，得出各礦區(qū)含礦巖系的主要巖石類型及特征如下：

煤層（圖3a）呈黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，無層理，主要成分為粘土礦物、炭質(zhì)，易污手，手捏具滑膩感。

圖3 鋁土礦含礦巖系及茅口組灰?guī)r照片

a.“鐵-鋁-煤”結(jié)構(gòu)，那端BT30401；b.炭質(zhì)泥巖，教美D2002；（.塊狀鋁土礦，太平新圩D2004；d.豆鮞狀鋁土礦，那端D2005；（e.茅口組灰?guī)r及不整合面，教美D6301

炭質(zhì)泥（頁）巖（圖3b）呈灰黑-黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層-極薄層構(gòu)造，亦有層理不清者（頁巖具明顯頁理，質(zhì)脆）。主要礦物成分都為粘土礦物、炭質(zhì)，泥巖極易污手，常見大量星點狀黃鐵礦散布。

鋁土礦分為塊狀、豆鮞狀及砂屑狀。塊狀鋁土礦（圖3c）風(fēng)化面常呈紅褐色，新鮮面呈灰色-褐灰色，粉砂-細(xì)沙結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；豆鮞狀鋁土礦（圖3d）呈青灰色，豆鮞狀結(jié)構(gòu)，塊狀-似層狀構(gòu)造；砂屑狀鋁土礦呈灰色、青灰色、偶夾淺黃色，砂屑結(jié)構(gòu)為主，局部見豆鮞狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要成分都為鋁鐵質(zhì)礦物及泥質(zhì)，常見黃鐵礦呈星點狀散布，部分呈團(tuán)塊狀，個別鉆孔可見鐵質(zhì)浸染面，呈鐵紅色。

圖4 教美礦區(qū)鉆孔ZKJ16含礦巖系巖芯照片

鐵鋁巖呈褐黃色，砂屑狀結(jié)構(gòu)、豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，個別孔位見蜂窩狀構(gòu)造，成分為赤鐵礦、褐鐵礦、水鋁石等。鐵鋁巖層厚一般不足0.5m，多為0.2～0.3m，且在部分鉆孔缺失。

2 樣品來源與分析

樣品來源于三個礦區(qū)各選取的兩個鉆孔（圖2），分別為那端礦區(qū)的ZKN331和ZKN347、太平新圩礦區(qū)的ZKT24和ZKT150以及教美礦區(qū)的ZKJ16和ZKJ32。采樣按巖性層位進(jìn)行，同一層位內(nèi)，樣長一般為1.5m，不足1.5m者則取完作為一個樣。初步采樣數(shù)量為43件（圖5），后期送樣時篩選出較典型的樣品（37件，表2）進(jìn)行分析測試，選樣層位為上二疊統(tǒng)合山組下部的“鐵-鋁-煤”（即由下至上分別為鐵鋁巖、鋁土礦以及炭質(zhì)泥巖或煤）三個層位和中二疊統(tǒng)茅口組生物碎屑灰?guī)r。

圖5 鉆孔巖性柱及采樣位置

采集的樣品均委托澳實分析檢測（廣州）有限公司礦物實驗室進(jìn)行全巖分析，分析方法為X射線熒光光譜（XRF）及電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP—MS）。分析結(jié)果見表3。

3 沉積環(huán)境判別

國外大量文獻(xiàn)證明氣候是控制鋁土礦礦化強度和深度的主要因素之一，自古生代以來，全世界的鋁土礦都分布在南北緯21°～26°之間，在氣候炎熱，潮濕多雨的亞熱-熱帶氣候條件下，由風(fēng)化作用形成的（張肖，2021）。Rb/K、Sr含量、V/Zr和Zr/Cu是古鹽度恢復(fù)即判別海陸環(huán)境常用的微量元素地球化學(xué)指標(biāo)(宋立軍等，2016，金中國等，2018）。V/Cr、Ni/Co、V/(V+Ni)及U/Th值可以用來判定氧化還原環(huán)境(王益友等，1979；Hatch and Leventhal, 1992；Jones and Manning, 1994；彭雪峰等，2012；趙長纓等，2015，宋立軍等，2016）?，F(xiàn)將這些微量元素判別指標(biāo)及其判別含量范圍總結(jié)如下（表4）。基于微量元素含量差異大小及巖性相近與否的原則，將鋁土礦與鐵鋁巖樣品并為一組，炭質(zhì)泥巖與煤樣品并為一組，對兩組的微量元素數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以期判定桂西地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系的沉積環(huán)境。

表2 樣品編號及巖性

表3 鋁土礦含礦巖系樣品部分微量元素含量及沉積環(huán)境判別指標(biāo)值（ωt./×10-6）

表4 沉積環(huán)境的微量元素指標(biāo)

3.1 海陸環(huán)境

鋁土礦含礦巖系各個樣品Rb/K值及Sr含量值及變化曲線如圖6所示。

圖6 鋁土礦含礦巖系Rb/K值（a）及Sr含量（b）海陸環(huán)境判別

（1）Rb/K值

鋁土礦與鐵鋁巖的Rb/K值變化范圍為0.004～0.008，平均值為0.005，指示鋁土礦與鐵鋁巖為過渡相沉積；炭質(zhì)泥巖與煤的Rb/K值變化范圍為0.004～0.005，平均值為0.005，指示炭質(zhì)泥巖與煤為過渡相沉積。

（2）Sr含量

鋁土礦與鐵鋁巖的Sr含量（×10-6）變化范圍為36.40～223.00，平均值為119.23，三個礦區(qū)鋁土礦與鐵鋁巖樣品的Sr含量都遠(yuǎn)小于300，指示為陸相沉積。炭質(zhì)泥巖與煤的Sr含量（×10-6）變化范圍為104.00～535.00，平均值為272.86，三個礦區(qū)炭質(zhì)泥巖與煤樣品的Sr含量都小于300，指示為陸相沉積。

（3）V/Zr值與Zr/Cu值

當(dāng)V/Zr<0.5且Zr/Cu>10時，沉積環(huán)境為典型的陸相沉積（張啟連等，2016），將37個樣品的V/Zr值與Zr/Cu值投散點圖（圖7），可以看到，37個樣品的V/Zr值中僅三個生物碎屑灰?guī)r樣品（J16-8，J32-8和T24-6）大于0.5，其他樣品的都小于0.5；僅有三個生物碎屑灰?guī)r樣品（J16-8，J32-8和T24-6）和一個鋁土礦樣品（N331-3）的Zr/Cu值小于10，其他都大于10。V/Zr值和Zr/Cu值共同指示除了底板茅口組生物碎屑灰?guī)r外，鋁土礦含礦巖系（鐵鋁巖、鋁土礦、炭質(zhì)泥巖和煤）為典型的陸相沉積。

圖7 鋁土礦含礦巖系沉積環(huán)境V/Zr-Zr/Cu二元判別圖

3.2 氧化還原條件

如圖8，鋁土礦與鐵鋁巖的V/Cr值全部遠(yuǎn)小于2（指示富氧環(huán)境），其變化范圍為0.18～0.60，平均值為0.30；Ni/Co值變化范圍為0.73～7.22，除了N347-6（值為6.29）、N347-5（值為6.43）和N347-4（值為7.22）三件樣品大于5之外，其他樣品都小于5，平均值為3.07（指示富氧環(huán)境）；V/(V+Ni)值變化范圍為0.54～0.96，平均值為0.77（指示過渡環(huán)境）；U/Th值變化范圍為0.16～0.97，平均值為0.35（指示富氧環(huán)境）。除了V/(V+Ni)值指示鐵鋁巖-鋁土礦沉積環(huán)境為貧氧過渡環(huán)境外，V/Cr、Ni/Co及U/Th值都一致指示鐵鋁巖-鋁土礦沉積環(huán)境為富氧環(huán)境，相對而言，V/Cr、Ni/Co值對缺氧或還原環(huán)境判別準(zhǔn)確，V/(V+Ni) 及U/Th值次之（Jones and Manning, 1994；宋立軍等，2016），故鐵鋁巖-鋁土礦沉積環(huán)境更偏于富氧環(huán)境。

圖8 鋁土礦與鐵鋁巖V/Cr(a)、Ni/Co(b)、V/(V+Ni)(c)和U/Th(d)氧化還原環(huán)境判別

圖9 炭質(zhì)泥巖與煤V/Cr(a)、Ni/Co(b)、V/(V+Ni)(c)和U/Th(d)氧化還原環(huán)境判別

如圖9，炭質(zhì)泥巖與煤的V/Cr值全部遠(yuǎn)小于2（指示富氧環(huán)境），其變化范圍為0.10～1.20，7件樣品平均值為0.75。Ni/Co值變化范圍為1.25～9.13，除了T150-3（值為9.13）1件樣品大于7之外，其他6件樣品Ni/Co值都小于5，7件樣品平均值為3.73（指示富氧環(huán)境）。V/(V+Ni)值變化范圍為0.71～0.91，除了N331-1（值為0.836）和J32-6（值為0.710）兩件樣品值小于0.84之外，其他5件樣品V/(V+Ni)值都大于0.84，7件樣品平均值為0.84（指示貧氧-缺氧環(huán)境）。U/Th值變化范圍為0.17～0.67，平均值為0.36（指示富氧環(huán)境）。除了V/(V+Ni)值指示炭質(zhì)泥巖與煤的沉積環(huán)境為貧氧-缺氧環(huán)境外，V/Cr、Ni/Co及U/Th值都一致指示炭質(zhì)泥巖與煤的沉積環(huán)境為富氧環(huán)境，如前所述，V/Cr、Ni/Co值對缺氧或還原環(huán)境判別準(zhǔn)確，V/(V+Ni) 及U/Th值次之，故炭質(zhì)泥巖與煤沉積環(huán)境更偏于富氧環(huán)境。

4 討論

Rb/K值指示鋁土礦與鐵鋁巖、炭質(zhì)泥巖與煤都為過渡相沉積；Sr含量指示鋁土礦與鐵鋁巖為陸相沉積，炭質(zhì)泥巖與煤為過渡相偏陸相沉積；V/Zr值與Zr/Cu值指示除了部分生物碎屑灰?guī)r樣品外，其他鋁土礦與鐵鋁巖、炭質(zhì)泥巖與煤都為典型的陸相沉積；除了V/(V+Ni)值指示鋁土礦與鐵鋁巖、炭質(zhì)泥巖與煤的沉積環(huán)境為貧氧-缺氧過渡環(huán)境外，V/Cr、Ni/Co及U/Th值都一致指示鋁土礦與鐵鋁巖、炭質(zhì)泥巖與煤的沉積環(huán)境為富氧環(huán)境。

過渡相與陸相二者并不是決然對立的，當(dāng)過渡相環(huán)境（如近岸局限瀉湖）得到淡水的足夠補充則微量元素沉積環(huán)境判別指標(biāo)指示為陸相，反之，當(dāng)其過渡蒸發(fā)或者受到潮汐或海侵影響時，鹽度升高，分析結(jié)果則顯示為過渡相甚至海相。

此次工作中，元素地球化學(xué)分析結(jié)果主要有以下幾個特征：其一，所有樣品的Rb/K則顯示整個含礦巖系為過渡相（都介于0.004～0.006之間）；其二，每一個鉆孔的各個判別指標(biāo)變化曲線大體上都有一致的變化情況（通常在鋁土礦的中間層位處下降，呈“V”形），這一沉積層序上的變化規(guī)律說明鋁土礦沉積環(huán)境在沉積過程中是受到過擾動的；其三，從前期沉積的鋁土礦和鐵鋁巖到后期沉積的炭質(zhì)泥巖與煤，其樣品的Sr含量由指示為陸相沉積過渡為指示為陸相-過渡相沉積，推測含礦巖系沉積環(huán)境的水體逐漸加深，這與晚二疊世鋁土礦成礦物質(zhì)沉積后的海侵事件是吻合的。加之礦層上部往往富含植物化石，因此，推測平果礦區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系是在區(qū)域性海侵過程中從陸相逐步變?yōu)楹ｊ戇^渡相潮坪環(huán)境的復(fù)雜沉積體系。

5 結(jié)論

桂西平果地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系具有典型的“鐵-鋁-煤”結(jié)構(gòu)，本次工作通過計算37件巖心樣品的沉積環(huán)境元素地球化學(xué)判別指標(biāo)，對含礦巖系的沉積環(huán)境進(jìn)行了判別，結(jié)果顯示：Rb/K值指示含礦巖系為過渡相沉積、Sr含量值以及V/Zr、Zr/Cu指示含礦巖系為陸相沉積，V/Cr、Ni/Co、V/(V+Ni)、U/Th值指示含礦巖系沉積環(huán)境為富氧環(huán)境。鉆孔不同沉積層序的地球化學(xué)特征變化說明鋁土礦沉積環(huán)境是受到過擾動的，這與晚二疊世海侵事件吻合，結(jié)合野外巖石地層地質(zhì)特征和前人研究，推斷桂西平果地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系是在區(qū)域性海侵過程中從陸相逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楹ｊ戇^渡相潮坪環(huán)境的復(fù)雜沉積體系。

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Sedimentary Environment ofBauxite-bearing Rock Series in Pingguo,Western Guangxi:Elemental Geochemical Constraints

LIAN Lv-xing1LI Xue-sen1WANG Ze1Lu Guang-hui2Xu Hai-peng2Yao Shuang-qiu2Yin Ben-chun2Li Jia-long2Zhou Ye-quan2

(1-Guilin University of Technology, College of Earth Sciences, Guilin 541004; 2-No. 274 geological team of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Beihai 536005)

The sedimentary bauxite-bearing rock series in Pingguo area of western Guangxi is a typical iron-aluminum-coal structure from bottom to top. In order to determine its sedimentary environment, this paper carried out elemental geochemical tests on 37 core samples from 6 drilling holes and calculated typical sedimentary environment geochemical indicators. The statistical characteristics of major and trace elements in different horizons and their sedimentary geological significance were obtained. The Rb/K, Sr, V/Zr, Zr/Cu, V/Cr, Ni/Co, V/(V+Ni), U/Th values of bauxite-bearing rock series indicate that the early stage of deposition is continental deposition, whilethe middle and late stages deposition is marine-continental transitional deposition. The bauxite-bearing rock series were successively deposited and constructed under the background of the gradual transition from continental facies to marine-continental transitional facies in the process of regional transgression.

sedimentary environment, bauxite, Pingguo

P595

A

1006-0995（2022）04-0664-09

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.024

2022-02-28

廉呂型（1996— ），男，廣西浦北人，碩士研究生，現(xiàn)主要從事沉積型礦床研究

李學(xué)森（1970— ），男，寧夏中衛(wèi)人，博士，教授級高級工程師，研究方向：