姚蘭,付勇,潘忠飛,唐波,羅木煥,羅培麒,劉國棟,楊黔閩,劉兵,段明飛

1)貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,貴陽,550025;2)喀斯特地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點實驗室,貴陽,550025

內(nèi)容提要：在全面收集整理前人研究資料的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)開展華南不同成鋁區(qū)帶的鋁土礦礦床床礦物組合對比工作,認為鋁土礦礦床含鋁巖系的演化序列與礦物組合存在一定耦合關(guān)系,不同成因類型的鋁土礦礦床(沉積型、堆積型及紅土型)和華南不同成鋁帶(黔中、渝南—黔北、滇中、滇東南—桂西、桂中)中的礦物組合存在明顯差異性。沉積型礦物組合復(fù)雜,堆積型和紅土型礦物組合單一。一水硬鋁石是沉積型和堆積型主要鋁礦物,時間上分布于石炭紀—第四紀,空間上除桂中成鋁帶外,黔中、渝南—黔北、滇中、滇東南—桂西成鋁帶均有分布;三水鋁石是紅土型主要鋁礦物,時空上分布于第四紀桂中成鋁帶。高嶺石時空分布廣泛,是含鋁巖系中主要的黏土礦物,各成礦時代和成鋁帶均有分布;赤鐵礦分布零散,不穩(wěn)定,僅在修文—清鎮(zhèn)一帶穩(wěn)定存在含鋁巖系底部。伊利石、綠泥石、黃鐵礦和菱鐵礦時空上有明顯的差異性。礦物組合差異性與環(huán)境變化有密切關(guān)系。高嶺石和赤鐵礦指示陸相沉積環(huán)境,伊利石、綠泥石、黃鐵礦和菱鐵礦指示海陸過渡相沉積環(huán)境。因此,筆者等重點用華南不同成鋁帶和不同時代內(nèi)含鋁巖系中礦物組合差異約束沉積環(huán)境和鋁土礦礦床成因亞類,對鋁土礦礦床沉積環(huán)境的深入研究和鋁土礦礦床成因亞類型劃分具有一定指示意義。

鋁土礦礦床是硅酸鹽巖和碳酸鹽巖在原地受風(fēng)化作用影響后,經(jīng)過短距離搬運到洼地沉積形成(Bardossy,1982;D’Argenio et al.,1995;Bogatyrev et al.,2009;杜遠生等,2020)。鋁土礦礦床能有效反映古氣候條件、構(gòu)造升降、沉積間斷和區(qū)域性古水文地質(zhì)條件(Zhou Jintao et al.,2022)。中國鋁土礦礦床資源分布相對集中,主要集中在華南和華北地區(qū)(徐林剛等,2023)。鋁土礦礦床類型齊全,有沉積型、堆積型和紅土型,主要以沉積型鋁土礦礦床為主(高蘭等,2015;孫莉等,2018;周智慧,2020)。沉積型鋁土礦礦床鋁礦物以一水硬鋁石為主,黏土礦物以伊利石、綠泥石和高嶺石為主,鐵礦物以黃鐵礦為主(劉學(xué)飛等,2012;金中國等,2015;王瑞雪,2019;周智慧,2020;Luo Chaokun et al.,2022);堆積型鋁土礦礦床鋁礦物以一水硬鋁石、一水軟鋁石及三水鋁石為主,黏土礦物以高嶺石為主,鐵礦物以赤鐵礦為主(劉枝剛,2005;Liu Xuefei et al.,2010;Wang Qingfei et al.,2011);紅土型鋁土礦礦床鋁土礦物以三水鋁石為主,黏土礦物以高嶺石為主,鐵礦物以赤鐵礦為主(王佳奇,2013;Chen Jinhao et al.,2018;Sidibe et al.,2018;王毅哲,2021)。

由于沉積型鋁土礦礦床形成過程復(fù)雜,有陸源階段、同生期、成礦期、成礦后期和表生期五個階段(劉學(xué)飛等,2012;Yang Shujuan et al.,2022;Zhang Jingyuan et al.,2022)。各個階段會形成不同的礦物,導(dǎo)致含鋁巖系中礦物組合復(fù)雜、類型多樣,成因類型的細分難度大。相對沉積型鋁土礦礦床而言,堆積型鋁土礦礦床是原生礦層再次經(jīng)歷表生作用形成(趙俊彩,2013);紅土型鋁土礦礦床是沉積型鋁土礦礦床演化的早期階段,僅經(jīng)歷紅土化作用(王毅哲,2021)。堆積型鋁土礦礦床和紅土型鋁土礦礦床形成過程簡單,相應(yīng)的礦物組合簡單。礦物組合對于沉積環(huán)境變化反映靈敏,能夠有效記錄環(huán)境演化和氣候變化,是恢復(fù)環(huán)境的重要方法之一(D’Argenio et al.,1995;Temur Sedat et al.,2006;Liu Xuefei et al.,2012,2013;Zhou Jintao et al.,2022;Liu Lei et al.,2023;劉蕾等,2023;Zhao Lihua et al.,2023)。除礦物組合外,含鋁巖系中鋁土礦礦床的沉積環(huán)境在元素指標方面(張啟連等,2016;樊鈺超,2017;賈永斌等,2021;趙曉東等,2021;廉呂型,2022;Zhao Lihua et al.,2023)及含鋁巖系巖性結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征等方面均有不同程度研究(劉平等,2014,2022)。

目前,對于含鋁巖系中礦物組合研究主要針對單個礦區(qū)或典型礦床開展研究工作,沒有對不同時代、不同成鋁帶及成因類型之間進行對比,更未系統(tǒng)總結(jié)礦物組合特征與其沉積環(huán)境的耦合關(guān)系。筆者等對華南不同成鋁區(qū)帶和不同時代內(nèi)含鋁巖系中礦物組合差異進行系統(tǒng)對比,對于華南沉積型鋁土礦礦床成因亞類劃分及成礦機制約束有一定的理論意義。

1 含鋁巖系礦物合及礦物成因

含鋁巖系中鋁礦物組合主要有鋁礦物、黏土礦物、鐵礦物等。鋁礦物以一水硬鋁石、一水軟鋁石、三水鋁石為主。黏土礦物組合主要以伊利石、綠泥石、高嶺石為主。鐵礦物以黃鐵礦、菱鐵礦、赤鐵礦為主。筆者等主要論述重點集中在黏土礦物和鐵礦物,因此對于鋁礦物成因進行簡單總結(jié)。

1.1 鋁礦物

目前對于一水硬鋁石成因研究主要有三種觀點。簡單結(jié)晶成因(D’Argenid et al,1995;Liu Xuefei et al.,2010,2013,2017;劉學(xué)飛,2012),在成巖階段結(jié)晶形成一水硬鋁石;變質(zhì)成因(李啟津,1987;Temur Sedat et al.,2006),在紅土化階段形成的三水鋁石在淺變質(zhì)作用下形成一水硬鋁石,其中有一水軟鋁石中間產(chǎn)物產(chǎn)生(劉學(xué)飛等,2012);風(fēng)化成因,三水鋁鋁石轉(zhuǎn)化為一水硬鋁石是一種自然現(xiàn)象,能夠自發(fā)進行,或是高嶺石在風(fēng)化過程中脫硅,脫出的SiO2由Al2O3代替形成一水硬鋁石(劉學(xué)飛等,2012)。三水鋁石形成主要有兩種觀點,分別是風(fēng)化作用(Sidibe Moussa et al.,2019)、簡單結(jié)晶形成(劉學(xué)飛等,2012;王慶飛等,2012)。

1.2 黏土礦物

含鋁巖系中黏土礦物組合主要以伊利石、綠泥石、高嶺石為主。黏土礦物之間可以相互轉(zhuǎn)化,主要取決于環(huán)境中的酸堿度變化。

伊利石成因主要有兩種觀點,分別是風(fēng)化成因、陸源成因。風(fēng)化成因是由母巖中云母、長石等礦物經(jīng)歷風(fēng)化作用形成(高天祥,2019)。陸源成因,主要是繼承母巖中的伊利石,經(jīng)過短距離搬運至沉積區(qū),以碎屑狀為主,表面有輕微磨圓情況(廖士范等,1991)。

綠泥石是由于鐵、鎂元素形成的硅酸鹽礦物,在含鋁巖系中其成因有三種觀點,分別是自生成因、變質(zhì)成因、陸源成因。自生成因指在堿性(pH=7～9)和還原(Eh<0)條件下,有足夠的Fe、Mg元素供給形成綠泥石(Liu Xuefei et al.,2010)。變質(zhì)成因指變質(zhì)作用或低溫?zé)嵋何g變作用影響下形成,該成因會導(dǎo)致周邊圍巖或含鋁巖系出現(xiàn)蝕變現(xiàn)象。陸源成因是指在成礦前期,由源區(qū)經(jīng)過距離的搬運遷移至沉積區(qū)形成,以碎屑狀為主,有不同程度磨圓(高天祥,2019)。另外,一水硬鋁石在鐵鎂質(zhì)流體供給的情況下也會轉(zhuǎn)化形成綠泥石(崔滔等,2013;高天祥,2019;龍珍等,2021)。同時有學(xué)者認為綠泥石形成與海水成因有密切聯(lián)系(李普濤等,2008;Wang Qingfei et al.,2010;Liu Xuefei et al.,2010;章穎等,2015;王瑞雪,2019)。

高嶺石是含鋁巖系中常見的黏土礦物,高嶺石在成巖早期、成巖期以及成巖后期均可形成(劉學(xué)飛等,2012;Yang Shujuan et al.,2022)。成巖早期形成的高嶺石,主要是由基巖的伊利石頁巖在紅土化階段轉(zhuǎn)化形成高嶺石(崔滔等,2013),這種成因在渝南—黔北地區(qū)普遍出現(xiàn),黔中地區(qū)有少數(shù)出現(xiàn)。成巖期經(jīng)歷的風(fēng)化淋濾作用也能使其他黏土礦物逐漸轉(zhuǎn)化形成高嶺石(高天翔,2019)。成巖后期的高嶺石,通常經(jīng)歷復(fù)“硅化作用”形成(盛章琪,1989)。在含鋁巖系中可以說高嶺石的形成極為復(fù)雜。

1.3 鐵礦物

含鋁巖系中鐵礦物組合主要以黃鐵礦、菱鐵礦、赤鐵礦為主。鐵礦物之間的演化取決于環(huán)境中的氧化還原變化。

黃鐵礦通常形成于堿性(pH>7)和還原(Eh<-0.2)條件下(Liu Xuefei et al.,2013)。研究認為草莓狀黃鐵礦形成于成礦階段,結(jié)晶程度好的黃鐵礦形成于成礦后期階段(黃淵孝,2019)。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)含鋁巖系中黃鐵礦形成與海水侵入和巖漿流體有密切聯(lián)系(D’Argenio et al.,1995;Chen Peiwen et al.,2022)。菱鐵礦呈顆粒狀,說明形成于成礦前(劉學(xué)飛等,2012)。以流體、脈狀形式填充空洞,可能是由于成礦后期在還原環(huán)境下產(chǎn)生的Fe2+與有機質(zhì)降解生成的CO2結(jié)合形成(高天祥,2019)。

赤鐵礦由原巖風(fēng)化后釋放Fe元素,在pH>7、Eh>0.2條件下結(jié)晶形成(D’Argenio et al.,1995;Temur Sedat et al.,2006);或由早期形成的部分黃鐵礦和菱鐵礦在氧化條件下形成赤鐵礦(高天祥,2019)。赤鐵礦形成分為成巖早期和成巖晚期兩個階段。成巖早期形成的赤鐵礦分布在巖系底部,成巖晚期形成的赤鐵礦分布在巖系裂隙中,由富Fe的流體形成赤鐵礦(趙利華,2020)。

2 華南地區(qū)鋁土礦礦床及其礦物組合特征

華南地區(qū)是中國鋁土礦礦床重要聚集地,分布范圍集中,分布類型多,跨度大,成礦時間長,礦物組合復(fù)雜且存在明顯差異性。前人借助礦物學(xué)特征和礦物組合約束華南地區(qū)鋁土礦礦床分布規(guī)律及成因(殷科華,2009;Ling Kunyue et al.,2013;黃孝淵,2019;王瑞雪,2019;崔滔等,2021),研究礦物組合演化規(guī)律等方面(廖士范等,1991;余文超,2017)。雖有不同學(xué)者對不同成鋁區(qū)的礦物組合進行了研究,但對不同成鋁區(qū)礦物組合特征及沉積環(huán)境的差異仍缺乏系統(tǒng)總結(jié)。

2.1 華南地區(qū)鋁土礦礦床概況

華南鋁土礦礦床主要集中于4個省份,分別是重慶、貴州、云南、廣西。有5條成鋁區(qū)帶,分別是渝南—黔北、黔中、滇中、滇東南—桂西以及桂中成鋁帶(高蘭等,2014,2015;孫莉等,2018)(圖1)。類型有3種,分別是沉積型、堆積型和紅土型。

沉積型鋁土礦礦床成礦時代是石炭紀(C)和二疊紀(P)。早石炭世(C1)形成的鋁土礦礦床賦礦層位是九架爐組(C1jj)分布在黔中成鋁帶上遵義、修文及清鎮(zhèn)地區(qū);早二疊世(P1)形成的鋁土礦礦床賦礦層位是大竹園組(P1d),分布在渝南—黔北成鋁帶上重慶南川—武隆地區(qū)、黔北務(wù)正道地區(qū);中二疊世(P2)形成的鋁土礦礦床賦礦層位是梁山組(P2l),分布在滇中成鋁帶上昆明、玉溪地區(qū);晚二疊世(P3)形成的鋁土礦礦床賦礦層位有龍?zhí)督M(P3l)和合山組(P3h),龍?zhí)督M分布在滇東南—桂西成鋁帶上滇東南地區(qū),合山組分布在滇東南—桂西成鋁帶上桂西地區(qū)。堆積型和紅土型鋁土礦礦床成礦時代是第四紀(Q),賦礦層位是更新統(tǒng)(Qp),堆積型鋁土礦礦床分布在滇東南—桂西成鋁帶滇東南地區(qū)和桂西地區(qū),紅土型分布在桂中成鋁帶貴港地區(qū)。

因為鋁土礦礦床礦石在形成過程中除了有一水硬鋁石、一水軟鋁石、三水鋁石等鋁礦物組成外(王孚恩,1984;廖士范等,1991;Sun Xuefei et al.,2023),還伴生有大量的黏土礦物和鐵礦物,導(dǎo)致不同成鋁帶以及不同成礦時間的礦物組合有所差異(表1)。

表1 華南鋁土礦礦床礦物組合

2.2 沉積型鋁土礦礦床礦物組合

渝南—黔北成鋁帶含鋁巖系分為三段:下段以鋁土巖為主,中段以鋁土礦為主,上段以鋁土巖為主(雷志遠等,2007)。在黔北地區(qū)大部分大竹園組(P1d)下伏地層是下志留統(tǒng)韓家店組(S1hj)頁巖,部分地區(qū)大竹園組(P1d)下伏地層為下石炭統(tǒng)黃龍組(C1h)灰?guī)r為主,上覆地層為中二疊統(tǒng)梁山組(P2l)炭質(zhì)頁巖。據(jù)統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)渝南—黔北新民礦區(qū)含鋁巖系礦物組合存在礦物分帶性(龍珍等,2021)(圖2c)。鋁礦物以一水硬鋁石、一水軟鋁石為主分布在含鋁巖系中部或偏中上部;黏土礦物以伊利石、綠泥石及高嶺石為主分布在含鋁巖系底部和頂部,見蒙脫石和葉蠟石;鐵礦物見赤鐵礦、黃鐵礦、針鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦及磁鐵礦。渝南—黔北成鋁帶礦物組合以一水硬鋁石、伊利石、綠泥石、高嶺石為主。

滇中成鋁帶含鋁巖系分為三段:下段主要以黏土巖為主;中段以鋁土礦為主,夾雜少量黏土巖;上段以黏土巖為主。下伏基于以灰?guī)r為主。鋁礦物以一水硬鋁石及一水軟鋁石為主分布在含鋁巖系中部。黏土礦物以伊利石、綠泥石、高嶺石和地開石為主,但地開石屬于高嶺石族礦物。伊利石分布在頂部、綠泥石分布在礦體頂部,高嶺石分布在含鋁巖系底部、中部、頂部。鐵礦物見赤鐵礦為主,穩(wěn)定性差。滇中成鋁帶礦物組合以一水硬鋁石、伊利石、綠泥石和高嶺石為主(圖2d)。

滇東南—桂西成鋁帶含鋁巖性分為三段:下部鐵質(zhì)巖、鐵鋁巖,中部是鋁土礦,上部是黏土巖或炭質(zhì)黏土巖、鋁土巖;含鋁巖系中見層理,巖石破碎,礦石中含有黃鐵礦。因賦礦層位不同,滇東南地區(qū)鋁土礦礦床稱“鐵廠式”鋁土礦礦床,賦礦層位為龍?zhí)督M(P3l)(崔銀亮等,2018);在桂西地區(qū)鋁土礦礦床稱“平果式”鋁土礦礦床,賦礦層位為合山組(P3h)。鋁礦物以一水硬鋁石為主分布在含鋁巖系中部;黏土礦物以綠泥石、高嶺石為主,高嶺石主要分布在鋁土礦礦體底部和頂部,鋁土礦礦體中少見; 綠泥石分布在鋁土礦礦體底部。鐵礦物以赤鐵礦、褐鐵礦出現(xiàn)在滇東南地區(qū),零散分布,或出現(xiàn)在巖石表面,不穩(wěn)定(崔銀亮等,2018)。黃鐵礦、菱鐵礦出現(xiàn)在桂西地區(qū),是桂西地區(qū)典型特征。桂西地區(qū)黃鐵礦主要分布在鋁土礦礦體底部并且向上逐漸減少(王瑞雪,2019);礦石中有少量黃鐵礦分布呈星點狀分布,與鋁礦物共生(于蕾,2012)。菱鐵礦則是各層有分布(黃淵孝,2019)?！拌F廠式”鋁土礦礦床以一水硬鋁石、綠泥石和高嶺石為特征,如大鐵礦區(qū)(圖2e)?！捌焦健变X土礦礦床以一水硬鋁石、綠泥石、高嶺石、黃鐵礦和菱鐵礦為主,如平果礦區(qū)(圖2f)。

綜上所述,不同成鋁帶上礦物帶組合之間存在差異性。一水硬鋁石和高嶺石是各成鋁帶上所共同含有的礦物。黏土礦物組合中伊利石和綠泥石有所不同。伊利石的差異性可能與下伏基巖及環(huán)境變化有關(guān)。綠泥石的差異性可能與下伏基巖、Fe、Mg供給、環(huán)境變化有關(guān)系。鐵礦物組合差異性主要是在赤鐵礦、黃鐵礦和菱鐵礦。黔中在清鎮(zhèn)—修文一帶底部穩(wěn)定存在赤鐵礦層,其他成鋁帶的鋁土礦礦床中赤鐵礦并未出現(xiàn)明顯得分層,與沉積環(huán)境過程氧化還原條件變化有關(guān)。黃鐵礦和菱鐵礦組合主要出現(xiàn)在桂西地區(qū),單獨黃鐵礦在其他成鋁帶上出現(xiàn)含量有所差異,這可能與形成過程環(huán)境還原條件變化、Fe元素及有機質(zhì)影響有關(guān)。

2.3 堆積型鋁土礦礦床礦物組合

堆積型鋁土礦礦床是由原生礦層再次經(jīng)歷表生作用改造形成,分布在滇東南和桂西地區(qū)(趙俊彩,2013)。含鋁巖系分為三段:下段為黏土巖;中段為鋁土礦;上段為黏土巖(圖2g)。鋁土礦礦體主要由大小不等的礦石塊體、碎屑及黏土形成,含有鐵錳質(zhì)結(jié)核(周方,2010;章穎等,2015;崔銀亮等,2018;徐勇等,2021)。下伏基巖為灰?guī)r。滇東南地區(qū)與桂西地區(qū)鋁土礦礦床之間的區(qū)別,主要是繼承的原生礦層有所不同。滇東南地區(qū)堆積型鋁土礦礦床又稱“買酒坪式”鋁土礦礦床。鋁礦物主要以一水硬鋁石為主分布于含鋁巖系中部,一水軟鋁石和三水鋁石含量很少。黏土礦物以高嶺石為主,高嶺石分布含鋁巖系底部和頂部,其中葉蠟石在滇東南地區(qū)出現(xiàn),據(jù)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)含鋁巖系中葉蠟石與低溫?zé)嵋夯顒佑嘘P(guān)(戴塔根等,2016)。鐵礦物以赤鐵礦出現(xiàn)為主,在含鋁巖系中分布零散,不穩(wěn)定?！百I酒瓶式”以一水硬鋁石、高嶺石、葉蠟石、赤鐵礦和銳鈦礦為主。桂西地區(qū)堆積型鋁土礦礦床以一水硬鋁石、高嶺石和赤鐵礦為主。

2.4 紅土型鋁土礦礦床礦物組合

紅土型鋁土礦礦床是經(jīng)歷紅土化作用后形成的鋁土礦礦床,分布在貴港地區(qū),因此又稱“貴港式”鋁土礦礦床(王毅哲,2021)。含鋁巖性分為三段:下段為黏土(紅土),中段為鋁土礦,上段為黏土(紅土)。含鋁巖系巖石以紅褐色為典型特征,礦石塊體大小不等,分選差,以豆鮞和包殼結(jié)構(gòu)為主(王佳奇,2013;王毅哲,2021)?；鶐r主要以灰?guī)r為主。鋁礦物主要是三水鋁石分布在含鋁巖中部。黏土礦物以高嶺石為主,分布在含鋁巖系底部和頂部,其次是伊利石,分布于含鋁巖系最底部。鐵礦物以赤鐵礦和針鐵礦為主,但在含鋁巖系中零散分布,不穩(wěn)定。紅土型礦物組合以三水鋁石、伊利石、高嶺石為主(圖2h)。

3 沉積型鋁土礦礦床礦物組合對沉積環(huán)境指示

眾所周知,沉積型鋁土礦礦床礦物組合復(fù)雜,其沉積環(huán)境復(fù)雜。相對沉積型鋁土礦礦床而言,堆積型和紅土型鋁土礦礦床礦物組合單一,其沉積環(huán)境單一。因此,本節(jié)主要針對沉積型鋁土礦礦床沉積環(huán)境進行討論。沉積型鋁土礦礦床中鋁礦物主要以一水硬鋁石為主,因此礦物組合差異主要是黏土礦物和鐵礦物(廖士范等,1991;Liu Xuefei et al.,2013;趙曉東等,2021)。

由于志留紀末期的加里東運動影響,上揚子地區(qū)上升為古陸,長時間接受風(fēng)化剝蝕并且處于準平原化階段,為華南地區(qū)鋁土礦礦床積累了大量鋁土礦原始物質(zhì)(黃興等,2013),同時石炭紀—二疊紀的海進海退循環(huán)控制海平面變化和古地理格局變化,導(dǎo)致地下水位波動對鋁土礦原始物質(zhì)改造(Nicholls et al.,2010;Rotzoll et al.,2012;Yu Wenchao et al.,2019;杜遠生等,2020)。鋁土礦礦床在原始物質(zhì)堆積—成礦—后期改造形成體系中,受沉積環(huán)境參數(shù)(pH、Eh、鹽度)影響,導(dǎo)致微量元素比值(B/Ga、Sr/Ba、V/Zr、U/Th)蘊含了豐富的沉積環(huán)境信息(Degens et al.,1957;鄧宏文等,1993;Maslov et al.,2011;黃智龍等,2014;張?zhí)旄５?2016;張啟連等,2016;崔銀亮等,2018;薛洪富等,2019;張祥玉等,2021;Wang Yizhi et al.,2021)。

黔中成鋁帶含鋁巖系中見層理和沖刷溝槽,在清鎮(zhèn)—修文一帶鋁礦系中砂礫狀、粉砂狀鋁土礦出現(xiàn)于含鋁巖系上部和下部,膠狀結(jié)構(gòu)鋁土礦出現(xiàn)于中部,碎屑分選性差,巖系中存在破碎的有機質(zhì)或植物碎片,上述屬于陸相環(huán)境沉積特征,存在洪控特點(高道德,1992,1996)。黏土礦物高嶺石和伊利石呈膠狀、片狀產(chǎn)出,屬于沉積成因,蠕蟲狀結(jié)構(gòu)屬于成礦后期重結(jié)晶形成(劉克云,1985)。礦石中伊利石呈碎片狀,屬于繼承性伊利石,來源于下伏基巖或圍巖(廖士范等,1991)。自下而上伊利石含量減少,高嶺石含量增加,其高嶺石由伊利石風(fēng)化作用形成或鋁礦物經(jīng)歷復(fù)硅化作用形成(廖士范等,1991;Luo Chaokun et al.,2022)。鐵礦物以赤鐵礦為主,赤鐵礦與一水硬鋁石相互成同心紋層,說明赤鐵礦由針鐵礦在紅土化階段脫水形成,底部穩(wěn)定的赤鐵礦層,它們可能是成礦早期湖泊相或海相沉積產(chǎn)物(廖士范等,1991)。含鋁巖系中B/Ga和V/Zr整體數(shù)據(jù)顯示,鋁土巖B/Ga平均值(2.28)和鋁土巖V/Zr平均值(0.3)均顯示沉積環(huán)境處于陸相環(huán)境(圖3、圖5a、圖7),鐵質(zhì)巖V/Zr平均值(0.85)處于海相。Sr/Ba和Th/U整體數(shù)據(jù)顯示,Sr/Ba平均值(鋁土巖3.04,鐵質(zhì)巖2.44)和Th/U平均值(鋁土巖3.18,鐵質(zhì)巖1.78)均顯示黔中沉積環(huán)境處于海陸過渡相(圖4a、圖6a、圖7)。綜上所述,黔中沉積環(huán)境屬于陸相河流—湖泊沉積環(huán)境(圖7),雖然有部分數(shù)據(jù)顯示處于海相或海陸過渡相,可能是氣候和水體補給造成沉積環(huán)境中水體鹽度變化,同時海侵階段海水改造,均導(dǎo)致微量元素指標呈海相或海陸過渡相特征(廖士范等,1991;高道德,1992)。

圖3 部分華南鋁土礦礦床B/Ga 比值(參考值來源:張?zhí)旄５?2016;)

圖4 華南鋁土礦礦床Sr/Ba比值(參考值:Wang Aihui et al.,2021)

圖5 華南鋁土礦礦床V/Zr比值(參考值來源:Maslov et al.,2011)

圖6 華南鋁土礦礦床Th/U比值(參考值:黃智龍等,2014;崔銀亮等,2018)

圖7 華南鋁土礦礦床礦物組合和沉積環(huán)境

圖8 華南鋁土礦礦床成因類型(據(jù)崔銀亮等,2018;杜遠生等,2020;許箭琪等,2020修改)

渝南—黔北成鋁帶含鋁巖系以致密狀、碎屑狀、豆鮞狀、土狀—半土狀結(jié)構(gòu)為主,致密狀鋁土礦分布在下部,碎屑狀、豆鮞狀鋁土礦分布在中部,土狀—半土狀鋁土礦分布在上部(雷志遠,2021;崔滔,2013)。黏土礦物伊利石呈碎片狀且結(jié)晶程度低,說明經(jīng)過短距離搬運至盆地形成,屬于碎屑成因;自生成因伊利石呈鱗片狀集合體,結(jié)晶程度高,是由長石、云母礦物分解流失K+,在堿性還原環(huán)境中形成或在能夠提供足夠多得K+的海侵階段形成(余文超等,2014)。渝南—黔北成鋁帶靠近局限海灣,海侵階段海水帶來Fe、Mg元素在堿性還原條件下可形成綠泥石,另外孔隙水或裂隙水富含F(xiàn)e、Mg元素在堿性還原條件也能形成綠泥石(崔滔等,2013;高天祥,2019;龍珍等,2021)。高嶺石分布最廣,呈陸源碎屑假象、隱晶質(zhì)、膠狀集合體,與鋁礦物共生,高嶺石形態(tài)反映出鋁土礦礦床形成階段復(fù)雜,若淋濾作用和風(fēng)化作用強烈,在排水條件良好情況下,黏土礦物進一步發(fā)生脫硅作用形成鋁礦物(廖士范等,1991;高天祥,2019)。含鋁巖系中Sr/Ba、V/Zr和Th/U整體數(shù)據(jù)顯示,Sr/Ba平均值(鋁土巖3.04)、V/Zr平均值(鋁土巖0.58)和Th/U平均值(鋁土巖5.28)均處于主要陸相—過渡相沉積環(huán)境(圖4a、圖5a、圖6a、圖7),而少數(shù)微量元素比值偏向海相沉積環(huán)境。B/Ga(鋁土巖2.44)平均值顯示呈陸相環(huán)境(圖3、圖7)。綜上所述,渝南—黔北沉積環(huán)境處于海陸過渡相,如潮坪沉積環(huán)境(圖7),與海水能夠發(fā)生水體更替(杜遠生等,2013;崔滔,2013)。

滇東南—桂西成鋁帶含鋁巖系中見層理,巖石破碎,桂西地區(qū)鋁土礦礦床以豆鮞狀結(jié)構(gòu)為主,底部見黃鐵礦層,各層含有菱鐵礦(黃孝淵,2019;王瑞雪,2019)。滇東南地區(qū)高嶺石呈隱晶質(zhì)、片狀產(chǎn)出,可能形成于成巖早期和成巖階段,充填于空洞中的高嶺石,可能形成于成巖后期階段(于蕾,2012)。桂西地區(qū)黏土礦物綠泥石劃分為2個世代,早代綠泥石呈膠狀,是直接結(jié)晶形成;晚世代綠泥石呈片狀,在成巖階段由其他黏土礦物轉(zhuǎn)化形成(程順波等,2020)。桂西地區(qū)高嶺石在風(fēng)化階段形成呈他形集合體,在成巖階段形成呈片狀,成礦后期一水硬鋁石發(fā)生脫硅化形成高嶺石(黃孝淵,2019;程順波等,2020)。黃鐵礦分為成礦作用階段和后生作用階段生成,前者處于還原環(huán)境中受有機質(zhì)影響(黃孝淵,2019),后者是受熱液和海水影響形成(Chen Peiwen et al.,2022)。桂西東羅地區(qū)菱鐵礦出現(xiàn)兩期,成礦早期菱鐵礦形成于淡水環(huán)境,菱鐵礦純度高,成礦后期菱鐵礦形成于海水環(huán)境(王瑞雪,2019)。含鋁巖系中Sr/Ba、V/Zr和Th/U整體數(shù)據(jù)顯示,Sr/Ba平均值(鋁土巖5.2,鐵質(zhì)巖5.96)、V/Zr平均值(鋁土巖0.74,鐵質(zhì)巖0.81)和Th/U平均值(鋁土巖4.36,鐵質(zhì)巖3.54)均處于海陸過渡沉積環(huán)境(圖4b、圖5b、圖6b、圖7),少數(shù)數(shù)據(jù)處于陸相和海相沉積環(huán)境。綜述所述,沉積環(huán)境處于海陸過渡相,如潮坪環(huán)境(圖7),沉積環(huán)境受海水影響且沉積環(huán)境水體出現(xiàn)淡水化現(xiàn)象(崔銀亮等,2018)。

沉積型鋁土礦礦床處于陸相或海陸過渡相沉積環(huán)境。黔中成鋁帶上以伊利石、高嶺石、赤鐵礦為特征,可能處于陸相河流—湖泊沉積環(huán)境。渝南—黔北成鋁帶、滇中成鋁帶、滇東南—桂西以伊利石、綠泥石、高嶺石、黃鐵礦、菱鐵礦,說明沉積環(huán)境與海水有交換,處于海陸過渡相潮坪沉積環(huán)境。

4 鋁土礦礦床成因類型與礦物組合

鋁土礦礦床分類歷史久遠,劃分類型多,依據(jù)有所不同。國外學(xué)者據(jù)鋁土礦成因大致劃分為喀斯特型、紅土型和齊赫文型,針對于喀斯特型沒有將其進行細分,該類型鋁土礦礦床包含原地、準原地和異地搬運的沉積型(Bardossy G.,1982)。國內(nèi)學(xué)者繼承前人基礎(chǔ)上結(jié)合中國鋁土礦礦床在大地構(gòu)造上的特征分為地臺—準地臺和地槽,地臺—準地臺又分為沉積型、堆積型和紅土型(劉長齡,1987,2013)。國內(nèi)學(xué)者針國外劃分方案重新整理后,總結(jié)紅土型包括無上覆地層覆蓋、在碳酸鹽巖喀斯特地貌之上的鋁土礦礦床,沉積型分原地或準原地殘積坡型鋁土礦礦床、異地搬運沉積型鋁土礦礦床(廖士范等,1991)?；谏鲜鲣X土礦礦床分類,依據(jù)物源、基底以及風(fēng)化殼,鋁土礦礦床進一步完善細致劃分為近現(xiàn)代紅土型、古紅土型、近現(xiàn)代喀斯特型、古喀斯特型、準平原洼地新、高喀斯特漏斗—峽谷型、低喀斯特洼地型、碳酸鹽巖臺地型(杜遠生等,2020)。綜上所述,目前國內(nèi)外鋁土礦礦床類型的分類逐漸趨于精細化。

按成因劃分,華南地區(qū)鋁土礦礦床種類有沉積型、堆積型和紅土型三種。大類上沉積型鋁土礦礦床和堆積型鋁土礦礦床均屬于一水硬鋁石礦床,因此鋁礦物以一水硬鋁石為主。而沉積型鋁土礦礦床中黏土礦物以高嶺石、伊利石、綠泥石為主,鐵礦物以黃鐵礦、菱鐵礦及赤鐵礦為主。沉積型鋁土礦礦床典型特征是一水硬鋁石、伊利石、綠泥石和含有Fe2+所形成的礦物(黃鐵礦、菱鐵礦、綠泥石)。堆積型鋁土礦礦床與沉積型鋁土礦礦床相比較,堆積型鋁土礦礦床礦物組合單一。堆積型鋁土礦礦床黏土礦物以高嶺石為主,鐵礦物以赤鐵礦為主,但在含礦巖系中零散分布,不穩(wěn)定,其類型典型的特征是一水硬鋁石和高嶺石。紅土型鋁土礦礦床屬于三水鋁石礦床,鋁礦物以三水鋁石為主,黏土礦物以伊利石、高嶺石為主,鐵礦物以赤鐵礦為主。紅土型鋁土礦礦床中赤鐵礦零散分布于含鋁巖系,穩(wěn)定性差。紅土型鋁土礦礦床典型的特征是三水鋁石、伊利石、高嶺石等礦物。綜上所述,一水硬鋁石主要存在沉積型和堆積型,三水鋁石存在紅土型;伊利石、綠泥石、高嶺石主要存在沉積型,高嶺石主要存在堆積型和紅土型,其中堆積型和紅土型中伊利石極少存在,綠泥石甚至不存在。

沉積型鋁土礦礦床以及基底巖性特征可以進一步分為“遵義式”、“修文式”、“大竹園式”、“平果式”等(杜遠生等,2020)。通過礦物組合差異進行系統(tǒng)對比,發(fā)現(xiàn)礦物組合能反映鋁土礦礦床成因的亞類。在早石炭世期間,黏土礦物以伊利石、高嶺石為主,鐵礦物以赤鐵礦為主。從礦物組合分析,以伊利石、高嶺石為特征的鋁土礦礦床,可定為“遵義式”鋁土礦礦床。以伊利石、高嶺石、赤鐵礦為特征的鋁土礦礦床,可定為“修文式”鋁土礦礦床。在二疊紀期間,黏土礦物以伊利石、綠泥石、高嶺石為主,鐵礦物以黃鐵礦、菱鐵礦為主。從礦物組合分析,以伊利石、綠泥石、高嶺石為特征的鋁土礦礦床,可定為“大竹園式”鋁土礦礦床。以綠泥石、高嶺石為特征的鋁土礦礦床,可以定為“鐵廠式”鋁土礦礦床。以幾個綠泥石、高嶺石、黃鐵礦及菱鐵礦為特征的鋁土礦礦床,可定為“平果式”鋁土礦礦床。

綜上所述,鋁土礦礦床在不同成礦時間和不同成鋁帶上的亞類區(qū)別于黏土礦物組合不同。鋁土礦礦床在同一成礦時間和同一成鋁帶上的兩種不同亞類的區(qū)別在于鐵礦物組合不同,如黔中成鋁帶上“遵義式”和“修文式”鋁土礦礦床,滇東南—桂西成鋁帶上“鐵廠式”和“平果式”鋁土礦礦床。

5 結(jié)論

(1) 礦物組合時空分布存在差異性。伊利石主要分布在早石炭世黔中、二疊紀渝南—黔北和滇中、第四紀桂中成鋁帶;綠泥石主要分布在二疊紀渝南—黔北、滇中和滇東南—桂西成鋁帶;高嶺石時空分布廣泛。赤鐵礦在含鋁巖系中零分布,但是在黔中清鎮(zhèn)—修文地區(qū)底部穩(wěn)定存在。黃鐵礦、菱鐵礦主要分布在滇東南—桂西成鋁帶桂西地區(qū)含鋁巖系底部。

(2)礦物組合能夠反映沉積環(huán)境。高嶺石、赤鐵礦組合指示陸相河流—湖泊沉積環(huán)境,伊利石、綠泥石、菱鐵礦、黃鐵礦組合指示海陸過渡相潮坪沉積環(huán)境。伊利石和綠泥石均形成堿性環(huán)境,高嶺石形成酸性環(huán)境,說明環(huán)境中存在酸堿性更替。黃鐵礦、菱鐵礦形成還原環(huán)境,赤鐵礦形成氧化環(huán)境。

(3) 礦物組合能夠反映鋁土礦礦床類型。沉積型以一水硬鋁石、伊利石、綠泥石、高嶺石為特征;堆積型以一水硬鋁石、高嶺石為特征;紅土型以三水鋁石、伊利石、高嶺石為特征。沉積型亞類中“遵義式”以伊利石、高嶺石為特征,“修文式”以伊利石、高嶺石、赤鐵礦為特征、“大竹園式”和滇中以伊利石、綠泥石、高嶺石為特征,“鐵廠式”以綠泥石、高嶺石為特征,“平果式”以綠泥石、高嶺石、黃鐵礦、菱鐵礦為特征。

致謝：感謝評審專家對論文提出的寶貴建議以及各位老師和同門在寫作過程中提供的幫助,在此表示衷心的感謝!