韋 訪，周 輝，李活松，蒙家鋒，覃良朝，黃光瓊

(1.廣西壯族自治區(qū)地質調查院， 廣西 南寧 5300023；2.南寧學院，廣西 南寧 530299 )

1 引言

桂西沉積型鋁土礦床主要分布于廣西西部地區(qū)的百色市，包括平果、靖西-田東-田陽和那坡三個主要成礦區(qū)。桂西鋁土礦研究大致可分為兩個階段，第一階段為20世紀80—90年代，對桂西鋁土礦的研究較多集中在堆積型礦床方面，僅有劉長嶺(1989，1991)、廖士范(1986，1986，1994，1998)、李啟津(1981，1984，1987，1996)等少數學者對桂西沉積型鋁土礦床類型和礦物特征做了初步論述與探索研究。第二階段為21世紀以來，較多學者從微量、稀土地球化學特征(王力 等，2004；張啟連 等，2020；俞縉 等，2009；王巖 等，2015；林宇 等，2014)、礦床成因(王慶飛 等，2012；李普濤，2014)物質來源(王文鵬，2016；喬龍，2016；余文超，2017)及沉積環(huán)境(張啟連 等，2016)、礦物鋯石年齡測定等方面研究了沉積鋁土礦地質特征與沉積成礦模式?？v觀桂西整個鋁土礦研究可見幾點不足之處：1.研究礦床的局限性和代表性不足，多數學者均集中于平果地區(qū)鋁土礦床的研究，較少涉及桂西地區(qū)其他礦床(點)的研究；2.沉積鋁土礦成礦物質來源、沉積環(huán)境等重大問題仍存在爭議與分歧；3.礦石礦物的研究多以堆積鋁土礦石為主，缺乏原生沉積鋁土礦礦石礦物的微觀觀察與研究。本文試圖從沉積鋁土礦礦物微觀特征與微量元素地球化學特征探討其對成礦環(huán)境的約束作用，以期對本區(qū)的沉積鋁土礦勘查起到一定的指導作用，同時進一步豐富完善桂西鋁土礦成礦理論。

2 研究區(qū)地質特征

研究區(qū)區(qū)域上位于華南準地臺右江再生地槽靖西-田東隆起區(qū)西部，新圩向斜的南西翼-四定向斜的北東端。成礦區(qū)帶上位于濱太平洋成礦域南華成礦亞省桂西-黔西南-滇東南北部(右江地槽)Au-Sb-Hg-Ag-Mn-Al-Sn-Cu-Ti-Te-稀土-煤-石油-水晶成礦帶之大新-武鳴 Sn-Cu-Pb-Zn-Mn-Al-煤成礦區(qū)內。區(qū)域地層出露有寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系及第四系，區(qū)域內褶皺、斷裂構造發(fā)育，構造變形較為復雜。褶皺構造控制鋁土礦的分布，斷裂構造對鋁土礦床影響較大。褶皺構造主要表現(xiàn)為三個向斜構造，為必窿向斜、三東向斜、坡塘向斜，斷裂構造以北西向與近東西向、北東向為主，次級小斷層較發(fā)育(圖1)。

圖1 靖西三合地區(qū)地質簡圖Fig.1 Geological sketch map of Sanhe town of Jingxi county1—馬坪組；2—棲霞組；3—茅口組；4—合山組；5—馬腳嶺組；6—地質界線；7—斷裂及編號；8—原生礦礦體露頭；9—采樣點

3 含礦巖系與礦石礦物特征

通常將含某種礦物或礦石的地層稱為“含礦巖系”或“含礦建造”，本區(qū)含礦巖系為合山組，具有“鐵-鋁-泥-灰”的特點，即合山組與茅口組從不整合界面往上可細分為8個巖性段：

②褐黃色、褐紅色中-薄層狀鐵鋁質泥巖，該層泥質含量較高，鋁硅比大多未達到工業(yè)礦石標準(圖2a、b)。

圖2 含礦巖系礦石礦物特征Fig.2 Mineral characteristics of ore-bearing rock seriesa—含礦層序(三東礦段)；b—沉積鋁土礦露頭點(必隆礦段)；c—鋁土礦礦及上部巖性特征(坡塘礦段)；d—鋁土礦中豆鮞粒及黃鐵礦團塊；e—鮞粒結構特征(鏡下)；f—礦石中變余火山物質(碎屑鋁土礦)；g—水硬鋁石與凝膠共生交代作用(塊狀鋁土礦)

李普濤 等(2008、2009)采用光薄片觀測、粉晶衍射、電子探針及電鏡掃描等多種方法分析堆積鋁土礦主要由鋁礦物(硬水鋁石、軟水鋁石、三水鋁石)、粘土礦物(高嶺石、鮞綠泥石)、鐵類礦物(褐鐵礦或針鐵礦、赤鐵礦)、鈦礦物(銳鈦礦或者金紅石)和石英等礦物組成。本文發(fā)現(xiàn)本區(qū)沉積鋁土礦礦物除上處礦物之外，還存在沸石和鐵凝膠(陳群等，2019)。

①硬水鋁石：硬水鋁石的分子式和結構式分別為：Al2O3·H2O 或者 AlO(OH)，它是最主要的鋁礦物和礦石礦物，也是高壓拜爾法生產過程中能被利用的礦物，該礦物含量的多少直接決 定了礦石的開發(fā)利用價值。在顯微鏡下，該礦物呈灰白、灰、淺黃色，晶形以他形粒狀或纖維狀及細小柱狀為主，解理十分發(fā)育，常呈板狀、葉片狀、鱗片狀、針狀、柱狀，晶粒一般大于 0.001mm，但大多小于 0.3 mm(圖3a)。

⑤針鐵礦化學式為 FeOOH，標準情況下Fe占62.9%，O占27%，H2O 占10.1%。有時含混入物錳(可達5%)、鋁等。在外觀上呈褐色、灰黑色、黃褐色等，透光顯微鏡下呈紅色、褐紅色、橙色或黃褐色，晶體呈針狀、纖維狀或葉片狀，有時可見豆狀、鮞狀、粒末狀等集合體(圖3d)。

圖3 三合鋁土礦石礦物特征Fig.3 Mineral characteristics of bauxite ores in Sanhe

4 采樣與測試方法

本文對靖西三合沉積鋁土礦層進行了較系統(tǒng)采樣，采集巖(礦)層剖面3處，涵蓋礦區(qū)三個礦段，涉及礦層不同礦石類型(塊狀鋁土礦與碎屑狀鋁土礦)和含礦巖系上下頂底板，具有一定的代表性，采樣信息和位置見(表1、圖4)。

圖4 采樣剖面柱狀對比圖Fig.4 Columnar comparison diagram of the sampling section1—礫石；2—泥灰?guī)r；3—灰?guī)r；4—泥巖；5—炭質泥巖(煤)；6—鋁土質泥巖；7—碎屑狀鋁土礦石；8—塊狀鋁土礦石；9—鐵質鋁土質泥巖

表1 樣品信息表Table 1 Information of samples

表2 靖西三合沉積鋁土礦常量元素分析結果(%)①Table 2 Analytical results of the major element composition(%)of sedimentary bauxite mine in Sanhe town of Jingxi county(%)

表3 靖西三合沉積鋁土礦微量元素分析結果(×10-6)②Table 3 Analytical results of trace elements compositions(x10-6)of sedimentary bauxite in Sanhe town of Jingxi county(×10-6)

5 微量元素特征

鋁土礦中的微量元素是一組具有特殊地球化學屬性的指示性元素，對研究礦物成礦環(huán)境具有較好的效果(王巖 等，2015；趙曉東 等，2021)。

從微量元素原始地幔標準蛛網圖(圖5a、b)來看，三合礦區(qū)微量元素中高場能親石元素Ba相對虧損，Th、U明顯富集，Ta、Nb相對富集，高能元素Zr、Hf亦相對富集，La相對虧損，Sr、Ti虧損最為強烈，底板鐵質鋁土質泥巖蛛網圖形態(tài)與鋁土礦基本相同，頂板鋁土質泥灰?guī)r蛛網圖形態(tài)差異較大，表現(xiàn)為Ta、Nb、Zr、Hf相對虧損，Ti強烈虧損。鄰區(qū)德保、新圩礦區(qū)沉積鋁土礦蛛網圖形態(tài)與之基本相同，僅平果地區(qū)沉積鋁土礦表現(xiàn)為Ti的相對富集，表明本區(qū)沉積鋁土礦具有相同的沉積環(huán)境。

圖5 靖西三合及鄰區(qū)沉積鋁土礦微量元素原始地幔標準蛛網圖(標準化數值用SunSS，McDonoughW F，1989)Fig.5 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram of sedimentary bauxite mine in Sanhe town and the adjacent area

6 成礦環(huán)境分析與討論

6.1 含礦巖系剖面結構及巖性證據

從前述含礦巖系剖面結構與巖性特征可見，本區(qū)合山組自下而上，巖性由泥巖(鐵鋁質泥巖)→鐵鋁巖→鋁土礦→炭質泥巖(煤)→灰?guī)r，即“鐵-鋁-泥-灰”的特征，沉積環(huán)境具有從陸相到海相的轉變。

6.2 礦物特征證據

目前，硬水鋁石的成因主要有變質成因和表生成因兩種觀點。實驗研究表明：在較高溫度(200℃)和較大壓強(100個大氣壓以上)的條件下，Al3+可直接結晶形成硬水鋁石或經由三水鋁石脫水形成硬水鋁石(布申斯基，1984)，變質成因的硬水鋁石具有晶型完整、粗大，礦石礦物較為純凈的特點(圖3a)，沸石主要形成于低溫熱液階段，其它一些特征礦物如(鮞)綠泥石、黃鐵礦等礦物與硬水鋁石的共生組合亦表明了成礦過程中發(fā)生了變質作用。曹信禹(1986)對桂西平果沉積型鋁土礦研究，發(fā)現(xiàn)硬水鋁石同高嶺石礦物的交代，表明了硬水鋁石的風化成因。三合礦石鮞粒中普遍存在硬水鋁石與粘土礦物集合體(圖2e)，同時鐵凝膠與硬水鋁石共生交代作用(圖2g)進一步表明了硬水鋁石為陸相風化淋濾產物。對于鋁土礦中鮞豆粒的成因，國內外尚無統(tǒng)一認識，目前普遍被人們所接受的有膠體化學成因說、紅土堆積成因說和古風化殼鋁土礦成因說等。三合礦石中，鮞粒中存在鐵質圈層和鋁土質同心圈層，圈層多不規(guī)則，呈斷續(xù)狀，寬窄不一，這些特征顯示原始鮞豆粒的形成與膠體化學沉淀作用有關；而在鮞粒中出現(xiàn)的龜裂紋(圖3d)通常為外界的機械破碎或膠體顆粒脫水干燥所致。

6.3 微量元素地球化學特征證據

表4 沉積型鋁土礦特征元素分析結果③Table 4 Analysis results of characteristic elements of sedimentary bauxite deposit

圖6 三合沉積鋁土礦Tu-U圖解Fig.6 Tu-U diagram of sedimentary bauxite in Sanhe town of Jingxi county

表5 沉積環(huán)境的微量元素指標(俞縉 等，2009；張啟連 等，2016；張明 等，2018；趙曉東 等，2021)Table 5 Rare element indicators of sedimentary environments(after Yu Jinetal，et al.，2009；Zhang Qilian，et al.，2016；Zhang Ming，et al.，2018；Zhao Xiaodong，et al，.2021)

圖7 三合沉積鋁土礦V/Zr-Zr/Cu 沉積環(huán)境二元判別圖(修改自Maslov et al.，2011)Fig.7 V/Zr-Zr/Cu discriminant plot for sedimentary environments of sedimentary bauxite in Sanhe town of Jingxi county(modified after Maslov et al.，2011)

7 結論

(1)靖西三合地區(qū)沉積鋁土礦含礦巖系自下而上巖性由泥巖(鐵鋁質泥巖)→鐵鋁巖→鋁土礦→炭質泥巖(煤)→灰?guī)r，具有“鐵-鋁-泥-灰”的特征，沉積環(huán)境由陸相到海相的轉變。

(2)鋁土礦石鮞粒與基質中大量存在的硬水鋁石與粘土礦物集合表明了硬水鋁石主要為風化成因；鐵凝膠與硬水鋁石共生交代作用進一步佐證硬水鋁石為陸相風化淋濾產物。但沸石(鮞)綠泥石、黃鐵礦等與硬水鋁石的共生組合礦物表明了鋁土礦成礦過程中發(fā)生了變質作用，部分硬水鋁石可能來自變質成因。

(3)Be、Th及U微量元素分析顯示鋁土礦為紅土化作用的結果，成礦物質來源即有原地殘積亦有異地沉積，底板鐵質鋁土質泥巖為強烈紅土化產物，頂板鋁土質泥灰?guī)r為還原環(huán)境下的產物。

(4)Ga、Sr、Ba微量元素與Sr/Ba、Rb/K、V/Zr、Zr/Cu比值分析表明原生鋁土礦和底板鐵質鋁土質泥巖沉積環(huán)境為陸相，頂板鋁土質泥灰?guī)r更多表現(xiàn)為海相沉積。