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        廣西扶綏縣沉積型鋁土礦床地質(zhì)特征與成礦模式

        2022-10-22 13:29:24黃光瓊黃文芳張珩清
        礦產(chǎn)與地質(zhì) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:成礦環(huán)境

        韋 訪(fǎng),黃光瓊,黃文芳,張珩清,楊 海

        (廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,廣西 南寧 530031)

        0 引言

        我國(guó)鋁土礦可分為喀斯特型(沉積型)、堆積型和紅土型三類(lèi),廣西目前主要開(kāi)發(fā)利用的是堆積型一水硬鋁土礦,研究程度亦最高,而作為堆積鋁土礦的礦源層二疊系合山組沉積型鋁土礦(原生礦)研究程度卻較薄弱。近年廣西自然資源廳主持實(shí)施的“找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)”桂西地區(qū)沉積型鋁土礦控礦因素、成礦規(guī)律和找礦預(yù)測(cè)研究項(xiàng)目中,筆者等通過(guò)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)扶綏沉積型鋁土礦礦石顏色、礦物特征反映了其成礦環(huán)境,礦石主量元素中,Al2O3與SiO2、Fe2O3、燒失量及礦層厚度均存在一定的相關(guān)性。

        在總結(jié)上述認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,結(jié)合前人研究成果提出扶綏地區(qū)沉積型鋁土礦床成礦作用可分為紅土化作用、沉積—成巖作用和氧化淋濾作用三個(gè)主要階段,并建立成礦模式,以期有助于今后一段時(shí)期的找礦勘查與研究工作。

        1 區(qū)域地質(zhì)背景

        廣西沉積型鋁土礦主要分布在桂西和桂西南地區(qū),可分為兩個(gè)成礦帶,即平果—德?!肝骱蜕狭帧鼋棥堉莩傻V帶。前者位于大明山古陸北緣,簡(jiǎn)稱(chēng)為北部成礦帶,后者除上林位于大明山古陸的東北緣外,其余均位于南緣,簡(jiǎn)稱(chēng)南礦帶[1-2]。研究區(qū)位于大明山古陸南緣崇左復(fù)式向斜次級(jí)雷卡向斜北翼,經(jīng)歷了東吳運(yùn)動(dòng)、蘇皖運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)及喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)。其中東吳運(yùn)動(dòng)在本區(qū)表現(xiàn)為上二疊統(tǒng)合山組平行不整合覆蓋于中二疊統(tǒng)茅口組之上,兩者之間局部具古風(fēng)化殼,對(duì)沉積型鋁土礦的形成起到了關(guān)鍵作用。區(qū)內(nèi)地層除奧陶系缺失外,自上寒武統(tǒng)至第四系均有不同程度的分布。晚古生代—早三疊世大部分為地臺(tái)型沉積,廣泛發(fā)育碳酸鹽巖、基性—酸性火山碎屑巖及含鐵鋁煤系建造。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育,區(qū)域性大斷裂主要為憑祥—南寧斷裂、東門(mén)—新江斷裂、黑水河斷裂。

        2 礦區(qū)地質(zhì)特征

        扶綏沉積型鋁土礦(床)可分為東羅、柳橋和山圩三個(gè)礦段,礦區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不甚發(fā)育,多為單斜巖層。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育,以NE向?yàn)橹?,次為近SN向。礦區(qū)地層為上石炭統(tǒng)、二疊系、中—下三疊統(tǒng)、下白堊統(tǒng)新隆組及第四系(圖1)。

        沉積型鋁土礦體賦存于上二疊統(tǒng)合山組底部與中二疊統(tǒng)茅口組間平行不整合面,呈層狀、似層狀、透鏡狀沿走向斷續(xù)分布,長(zhǎng)達(dá)數(shù)十千米。單個(gè)礦體長(zhǎng)度一般為1000~3000 m,厚度不穩(wěn)定,1.05~8.72 m,一般厚2~3 m。礦體規(guī)模受茅口組灰?guī)r古侵蝕面控制,一般凹下地段礦層厚度較大,凸起地段厚度較小,甚至尖滅缺失。

        2.1 礦石特征

        2.1.1 顏色變化

        東羅礦段的沉積型鋁土礦石以灰色、深灰色為主,柳橋、山圩礦段以褐紅色、紫紅色為主,值得注意的是,在不大的范圍內(nèi)各礦段礦石顏色均隨空間快速的變化,說(shuō)明鋁土礦形成于陸相背景條件,因?yàn)橹挥性陉懙夭趴赡茉谛》秶鷥?nèi)形成環(huán)境的快速變化,即使是在陸相氧化環(huán)境,來(lái)自陸地為紅色物質(zhì)堆積在沼澤或者潟湖之后,在有機(jī)物影響下也可被還原成為灰色或者黑色。而且鋁土礦、黏土巖與薄煤層(炭質(zhì)泥巖)的多層交替,顯示了湖泊發(fā)育成沼澤所致[4]。

        2.1.2 礦物組成

        扶綏沉積型鋁土礦礦石綜合樣品X衍射圖譜(圖2)顯示主要礦物為高嶺石、勃姆鋁礦(即一水軟鋁石)、水鋁石(即一水硬鋁石),次量礦物為菱鐵礦、黃鐵礦,還有少量白鈦石及銳鈦礦、方解石。

        礦石的礦物成分及含量見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)礦石中存在較多的含 Fe2+的黃鐵礦,說(shuō)明礦石可能形成于還原環(huán)境或成礦后被還原;從礦物成分來(lái)看,礦區(qū)的高嶺石分布較為普遍,高嶺石在溫暖潮濕或炎熱的大陸環(huán)境中易于形成,海洋的堿性環(huán)境下主要形成蒙脫石和水云母,礦區(qū)內(nèi)少見(jiàn)蒙脫石、綠泥石、方解石、白云石等海相礦物,說(shuō)明鋁土礦的形成環(huán)境與海相環(huán)境關(guān)系不密切,而與陸相環(huán)境相關(guān)性更高[4]。

        表1 扶綏沉積型鋁土礦礦石的礦物成分及其含量

        2.1.3 化學(xué)成分

        該區(qū)沉積型鋁土礦礦石的主要化學(xué)組分為Al2O3、SiO2、Fe2O3、灼失量及S,礦石中平均w(Al2O3)=48.30%,平均w(SiO2)=14.82%,平均w(Fe2O3)=14.67%,灼失量平均為17.32%,鋁硅比(A/S)平均值為3.49,平均w(S)=4.98%;主量元素中,Al2O3與SiO2、Fe2O3、呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖3),而與燒失量和礦層厚度正相關(guān)性不明顯[5];S與Al2O3呈不相關(guān),表明S可能為后期侵入并使礦石的中的Fe還原為黃鐵礦[5]。

        該區(qū)堆積鋁土礦凈礦石w(Al2O3)=40.23%~57.03%,平均47.71%;w(SiO2)=7.40%~18.49%,平均12.54%;w(Fe2O3)=17.92%~31.15%,平均24.78%;灼失量為9.68%~12.88%,平均11.61%[6]。由表2可見(jiàn),該區(qū)堆積鋁土礦在淋濾作用下,是一個(gè)脫硅去雜質(zhì)的過(guò)程,鋁、鐵亦相應(yīng)流失,但相較而言,鐵比鋁更難流失,因而表現(xiàn)為相對(duì)富集,形成鐵殼層[7-10]。

        表2 扶綏沉積/堆積鋁土礦礦石主要化學(xué)成分對(duì)比

        2.2 礦層圍巖特征

        筆者統(tǒng)計(jì)了礦區(qū)14個(gè)鉆孔勘查資料,發(fā)現(xiàn)沉積型鋁土礦層上覆蓋層為炭質(zhì)泥巖的5個(gè),煤層4個(gè),泥巖為3個(gè),灰?guī)r僅為2個(gè),表明沉積型鋁土巖(礦)上覆巖性較為復(fù)雜;同時(shí)鋁土巖層中尚保存有地表風(fēng)化的灰?guī)r團(tuán)塊或巨礫(圖4a)[11],表明鋁土巖在地表環(huán)境下于灰?guī)r基巖相對(duì)凹洼地段沉積,基本定位后才接受海侵,塊狀鋁土巖上部局部發(fā)育具沉積韻律的薄層狀鋁土巖(礦)表明部分鋁土巖(礦)為準(zhǔn)原地堆積(圖4b)。扶綏地區(qū)鋁土礦的化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)接近100(表3),CIA值>80指示強(qiáng)烈化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度,對(duì)應(yīng)炎熱、潮濕的氣候條件[8,12-13]。由此可見(jiàn),沉積型鋁土巖(礦)在沉積初期為陸相環(huán)境。含礦巖系上部的炭質(zhì)泥巖、煤(層)線(xiàn)反映了沉積型鋁土礦成礦后的古環(huán)境,但與鋁土礦層和鐵鋁巖層的厚度沒(méi)有明顯的直接聯(lián)系[11]。

        表3 岜羊礦段沉積型鋁土礦化學(xué)蝕變指數(shù)[12]

        3 沉積型鋁土礦床成礦機(jī)理討論

        3.1 巖相古地理?xiàng)l件

        桂西地區(qū)合山期巖相古地理圖表明,已發(fā)現(xiàn)的與合山組鋁土巖有關(guān)的礦床無(wú)一例外均分布于臺(tái)地之中。臺(tái)地海侵之前長(zhǎng)期抬升為陸,并發(fā)展為準(zhǔn)平原地貌,炭酸鹽巖遭受風(fēng)化剝蝕,形成古紅土,在此期間峨眉山火成巖噴發(fā)與印支板塊之間長(zhǎng)山火山弧的火山噴發(fā)形成的火山塵進(jìn)入大氣平流層向桂西地區(qū)擴(kuò)散,并降落在暴露的炭酸鹽巖臺(tái)地之上成凝灰?guī)r層[10,14];古紅土在海侵前部分已短距離搬運(yùn)到巖溶洼地中,海侵初期臺(tái)地逐漸發(fā)展為局限—半局限臺(tái)地瀉湖,依次沉積了鋁土質(zhì)泥巖、泥巖夾煤(線(xiàn))層、硅質(zhì)泥巖,隨著海侵規(guī)模加大,接受了晚二疊世晚期巨厚的炭酸鹽巖沉積。其中,茅口組灰?guī)r不僅為成礦物質(zhì)就位提供了積累的空間,其風(fēng)化后的紅土物質(zhì)同樣成為鋁土礦層形成提供了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)[14-17]。

        3.2 紅土化作用

        碳酸鹽巖類(lèi)巖石,主要經(jīng)歷三個(gè)期次,在整個(gè)紅土化過(guò)程中,由原生巖石風(fēng)化→伊利石黏土→高嶺石黏土→含鐵鋁礦石(高鐵三水鋁礦石)紅土。期間,在熱帶和亞熱帶的氣候條件下,在紅土風(fēng)化殼的滲透帶下部和變動(dòng)帶中,經(jīng)過(guò)一次次的晴雨交替,年復(fù)一年的四季干濕和暖熱變化,使每次形成的三水鋁石、針鐵礦等礦物,經(jīng)漫長(zhǎng)的紅土化作用后,即在殘余(留)、淋積(淋濾)、吸附、壓碎、膠結(jié)、堆積(潛積)等綜合地質(zhì)作用下,才形成了大小不一、形態(tài)各異、結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜的多世代的三水鋁土質(zhì)紅土,甚至形成三水鋁礦石和鋁質(zhì)鐵、錳礦石等。

        最后,地層褶皺上升成陸,原生沉積型鋁土巖出露地表,在淺部,富氧地下水對(duì)原生鋁土巖進(jìn)行滲透淋濾,去硫脫硅,形成了現(xiàn)代高品位沉積型鋁土礦礦床,裸露地表則進(jìn)一步形成堆積型鋁土礦礦床。

        4 鋁土礦床成礦模式

        綜上所述,扶綏地區(qū)沉積型鋁土礦成礦作用可大致分為三個(gè)主要階段(圖5):

        1)紅土化作用:發(fā)生于茅口期晚期,孤立臺(tái)地(或遠(yuǎn)岸臺(tái)地)遭受溶蝕,碳酸鹽巖長(zhǎng)期風(fēng)化形成紅土,鋁和相對(duì)活潑的鉀、鈣、鈉、鎂、硫、硅等物質(zhì)分離,形成富集鋁物質(zhì)的古風(fēng)化殼,大部分三水鋁礦在此階段形成。該時(shí)期部分紅土已短距離搬運(yùn)到低凹地段。

        2)沉積-成巖作用:古風(fēng)化殼與基巖接受海侵,蓋層開(kāi)始沉積,由于臺(tái)緣礁的發(fā)育,臺(tái)地中心區(qū)域演變?yōu)榫窒薜臏€原環(huán)境,局限水環(huán)境導(dǎo)致藻類(lèi)繁盛,促使炭質(zhì)和硫的富集,并向下滲濾與古風(fēng)化殼紅土及沉積物中的鐵形成黃鐵礦;隨著埋深—壓實(shí)作用的發(fā)展,三水鋁石轉(zhuǎn)變成一水硬鋁石、一水軟鋁石,同時(shí)形成高嶺石、蒙脫石、長(zhǎng)石、云母等含Al礦物,本階段形成了沉積型鋁土巖。

        3)氧化淋濾作用:褶皺抬升為陸,地表淺部的沉積型鋁土礦(或沉積鋁土巖)接受富含氧的地下水滲透淋濾,大部分相對(duì)活潑組分流失,Al組分相對(duì)提高,提高沉積型鋁土礦品質(zhì)。而崩塌到洼地中的沉積型鋁土巖(或鋁土礦)則被改造成堆積型鋁土礦。

        5 結(jié)論

        1)廣西扶綏地區(qū)沉積型鋁土礦礦石的顏色快速變化與礦物特征表明鋁土礦的形成環(huán)境與海相環(huán)境關(guān)系不強(qiáng),而與陸相環(huán)境相關(guān)性更高。

        2)沉積型鋁土礦礦石的主要化學(xué)組分為 Al2O3、SiO2、Fe2O3、灼失量及S。Al2O3與 SiO2、Fe2O3呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,而與燒失量和礦層厚度正相關(guān)性不明顯;S與Al2O3呈不相關(guān),表明S可能為后期帶入。沉積型鋁土巖CIA接近100指示強(qiáng)烈化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度,對(duì)應(yīng)炎熱、潮濕的氣候條件,上覆圍巖巖性較為復(fù)雜,即有(炭質(zhì))泥巖、煤(層)線(xiàn)和灰?guī)r,合山組含礦巖系自下而上揭示了沉積環(huán)境從陸相到海相的變化。

        3)扶綏地區(qū)沉積型鋁土礦成礦過(guò)程可分為紅土化作用、沉積-成巖作用和氧化淋濾作用三個(gè)主要階段。

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