于 蕾，王訓(xùn)練，周洪瑞，高金漢，崔銀亮，張道紅，劉加強(qiáng)，毛志芳，鄭 楠

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;2.云南省有色地質(zhì)局，云南昆明 650051)

云南省是中國(guó)主要的鋁土礦產(chǎn)地之一，主要分布于滇東南地區(qū)，近年來相繼發(fā)現(xiàn)了一系列大中型鋁土礦床，如大鐵、飛尺角、紅舍克、天生橋、鐵廠、芹菜塘、賣酒坪、板茂和谷桃等，顯示出該地區(qū)具有極大的找礦潛力。

前人對(duì)鋁土礦床地質(zhì)特征及成因等方面進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究(Allen，1952;Kennedy，1959;Keller，1978;李啟津，1983，1996;布申斯基著.，王恩孚等譯，1984;侯正洪，1985;楊冠群等，1986;呂夏，1988;陳廷臻，1989;廖士范等，1989，1991;劉巽鋒等，1990;巴多西著.，項(xiàng)仁杰等譯，1990;劉長(zhǎng)齡等，1988，1991;劉平，2001，2007;?ztürk et al.，2002;Temur et al.，2006;朱永紅等，2007;孟健寅等，2011)，尤其近年來國(guó)內(nèi)學(xué)者將中國(guó)鋁土礦與世界同類型鋁土礦進(jìn)行了對(duì)比研究，對(duì)世界鋁土礦成礦理論的研究做出了貢獻(xiàn)(Deng et al.，2010;Liu et al.，2010; Wang et al.，2010)。丘北縣大鐵鋁土礦床為一水硬鋁石沉積型鋁土礦床，深入研究其地質(zhì)特征與成礦作用過程，總結(jié)其成礦規(guī)律與找礦標(biāo)志，對(duì)于指導(dǎo)滇東南地區(qū)鋁土礦的勘查工作具有一定的理論與實(shí)際意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

滇東南處于華南造山帶西部邊緣，其西為揚(yáng)子板塊。晚古生代時(shí)期該區(qū)為華南洋盆或滇黔桂洋盆的一部分，發(fā)育了泥盆系、石炭系和二疊系以碳酸鹽巖為主的穩(wěn)定類型的沉積，長(zhǎng)期處于一相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造背景。

區(qū)內(nèi)鋁土礦主要成礦期為晚二疊世吳家坪早期，該時(shí)期滇東南地區(qū)沉積環(huán)境為西有康滇古陸，南有屏馬-越北古陸。成礦環(huán)境總體為一向北東方向開放的、位于古陸邊緣或古海島邊緣的低能濱岸-淺海環(huán)境，有利于鋁土礦的形成。

區(qū)內(nèi)礦床類型主要為沉積型和堆積型，沉積型鋁土礦床受地層和古地理環(huán)境控制明顯。

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為上古生界及中生界的一套海相碳酸鹽巖與碎屑巖系(圖1)。礦體賦存于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)下部，與下伏地層呈不整合接觸關(guān)系。下伏地層架木格地區(qū)為峨眉山組玄武巖，其它地區(qū)為威寧組灰?guī)r。

圖1 云南省丘北縣大鐵礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖①Fig.1 Geological sketch map of the Datie ore field in Qiubei County，Yunnan Province①1-個(gè)舊組;2-永寧鎮(zhèn)組;3-洗馬塘組;4-龍?zhí)督M;5-峨眉山組玄武巖;6-威寧組;7-大塘組;8-榴江組;9-地質(zhì)界線; 10-不整合地質(zhì)界線;11-性質(zhì)不明斷層;12-沉積型鋁土礦化帶;13-滇東南鋁土礦分布區(qū);A-A＇-古城P14實(shí)測(cè)剖面1-Gejiu Formation;2-Yongningzheng Formation;3-Ximatang Formation;4-Longtan Formation;5-basalt of Emeishan Formation;6-Weining Formation;7-Datang Formation;8-Liujiang Formation;9-geological boundary;10-unconformity geological boundary;11-unknown fault;12-sedimentary bauxite mineralization zone;13-distribution area of bauxite in Southeast Yunnan Province;A-A＇-Gucheng profile No.P14

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，大致有NW、NNW及NE向三組，龍?zhí)督M被NE和NW向斷裂錯(cuò)斷呈雁狀斷續(xù)分布。

礦區(qū)與鋁土礦成礦關(guān)系較密切的火山巖主要為中-晚二疊世峨眉山組玄武巖(P2-3β)，出露于礦區(qū)西南部。地球化學(xué)研究表明，玄武巖為鋁土礦主要的成礦物質(zhì)來源。

3 礦床地質(zhì)

3.1 含礦巖系特征

含礦巖系為一套海陸交互相以鋁質(zhì)、鐵質(zhì)和粘土質(zhì)為主的碎屑巖系。一般下部富鐵，中部富鋁，上部富炭。厚度受基底古地形影響較大，隨基底巖溶面的起伏變化而減薄或增厚，橫向上呈現(xiàn)出似層狀或透鏡狀分布特征。一般厚1.2～69.2 m，變化系數(shù)0.85，與鋁土礦層厚度變化呈顯著正相關(guān)關(guān)系(R =0.83)。

礦區(qū)出露地層由上至下簡(jiǎn)述如下:上覆地層龍?zhí)督M上段，灰色硅質(zhì)灰?guī)r夾硅質(zhì)巖，0～30 m。龍?zhí)督M下段:雜色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，0～14.5 m;煤層或灰黑色、黑色炭質(zhì)泥巖夾煤線，局部相變?yōu)槟鄮r，0～11.95 m;泥巖，粉砂巖0～35.6 m;鐵鋁巖、鋁土礦、鋁質(zhì)泥巖:灰～褐灰色，碎屑-團(tuán)粒狀、豆鮞狀、致密狀、晶粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部呈條帶狀構(gòu)造，呈層狀、似層狀產(chǎn)出。見草莓狀黃鐵礦塊狀集合體。為本區(qū)主要含礦層，0～37.1 m;鐵質(zhì)巖、鐵質(zhì)泥巖:褐紅色，局部為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，0～21.8 m。下伏地層為上石炭統(tǒng)威寧組灰?guī)r或中-上二疊統(tǒng)峨眉山組玄武巖。

3.2 礦體特征

大鐵鋁土礦床礦體呈層狀、似層狀斷續(xù)產(chǎn)出，總長(zhǎng)約13.5 km(圖1)。目前圈定出礦體10余條(表1)，單個(gè)礦體一般長(zhǎng)500～2000 m，厚2.7～18.0 m，平均厚6.4 m。礦體厚度明顯受下伏基底控制，低洼處厚度大，凸起處厚度薄甚至尖滅。礦石含 Al2O339.86% ～67.58%;含 SiO215% ～ 35%;含F(xiàn)e2O315% ～20%;鋁硅比值2.3～8.6，最高達(dá)32.6②。

表1 云南省丘北縣大鐵鋁土礦床礦體特征②Table 1 Geological features of the Datie bauxite deposit in Qiubei County，Yunnan Province②

3.3 礦石特征

3.3.1 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造與礦石類型

礦石顏色呈灰白、灰、深灰、褐灰色，多呈塊狀構(gòu)造，局部具條帶狀構(gòu)造。結(jié)構(gòu)有致密狀(圖2-a)、晶粒狀(圖2-b)、碎屑-團(tuán)粒狀(圖2-c)、豆鮞狀(圖2-d)等。豆鮞核心多數(shù)由鋁土物質(zhì)、粘土礦物(高嶺石等)和鐵質(zhì)氧化物(針鐵礦)組成。

礦石類型按結(jié)構(gòu)分主要為碎屑狀鋁土礦，其次為豆鮞狀、致密狀和半粗糙狀鋁土礦。半粗糙狀鋁土礦石主要呈晶粒狀結(jié)構(gòu)，顏色灰白色，多位于含礦層上部，品質(zhì)相對(duì)較好，與表生再富集作用有關(guān)。按其外觀形態(tài)來說，白色至淺灰色，質(zhì)地相對(duì)較松軟，體重較小，一般位于含礦層上部，品質(zhì)較好(Laskou et al.，2007);其次是深灰色-灰褐色，較硬，此種鋁土礦的品質(zhì)也較好，多位于含礦層中部;第三種是褐紅色，多位于含礦層下部，品質(zhì)相對(duì)較差。造成外觀形態(tài)差別的主要原因是由于除氧化鋁外，在鋁土礦中還含有許多雜質(zhì)，主要是含硅、鐵和鈦的各種礦物。

圖2 云南省丘北縣大鐵鋁土礦礦石結(jié)構(gòu)類型Fig.2 Microphotos showing texture of ores from the Datie bauxite deposit in Qiubei Countya-致密狀;b-晶粒狀;c-碎屑狀;d-豆鮞狀a-compacted structure;b-crystal structure;c-clastic structure;d-oolitic structure

礦石中主要礦物為一水硬鋁石，其次是高嶺石、伊利石、絹云母、綠泥石、銳鈦礦、針鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、金紅石和玉髓等。

礦石類型及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征是反映礦床形成條件及成礦過程的重要標(biāo)志之一。不同類型的礦石，其形成方式和成礦過程有一定的差異，其中沉積時(shí)的巖相古地理環(huán)境及成礦環(huán)境的介質(zhì)條件的差異起著主要影響作用。致密狀反映相對(duì)低能的環(huán)境，在含礦巖系的底部較為發(fā)育，一般沉積環(huán)境為局限淺海帶上部。豆鮞狀和碎屑狀主要分布于含礦巖系中上部，在礦區(qū)西邊較發(fā)育，反映相對(duì)高能的海水動(dòng)能條件，顯示由西南高向北東低方向，水域逐漸加深，系潮下帶沉積環(huán)境的產(chǎn)物。

3.3.2 礦石化學(xué)組成特征

本次研究對(duì)架木格、古城和大鐵礦段進(jìn)行了系統(tǒng)采樣化學(xué)分析(表2)，樣品鋁土巖11件，灰?guī)r1件(B1)，玄武巖1件(B2)。玄武巖樣品(B2)由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，其主量元素測(cè)試儀器為ICP-OES，微量和稀土元素測(cè)試儀器為Agilent 7500a。其余樣品由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，其主量元素組成用X熒光光譜儀(帕那科公司)測(cè)定，微量和稀土元素組成用 X Serise 2等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定。

測(cè)試結(jié)果表明，礦區(qū)礦石Al2O3含量31.5%～53.16%，平均43.98%，SiO23.8% ～37.5%，平均16.21%，硅質(zhì)偏高，F(xiàn)e2O3含量1.38% ～29.98%，平均15.17%，S含量一般0.02% ～0.15%，平均0.13%，僅在局部含黃鐵礦層出現(xiàn)高值，達(dá)0.79%。鋁硅比值變化范圍為0.96～12.63，平均4.45。垂向上，礦體中部Al2O3含量相對(duì)較高，下部鐵含量較高。含礦巖系A(chǔ)l2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2和H2O+5種化學(xué)成分含量之和＞95%，反映紅土化作用總體較強(qiáng)，成熟度較高。

將各礦段鋁土礦Al2O3含量分布與沉積相類型進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析(表3)，可以看出，自西南向北東方向沿沉積相帶的變化方向，即沿潮下帶-局限淺海帶上部，由架木格→古城→大鐵礦段，礦石Al2O3含量呈降低趨勢(shì)，潮下帶為成礦有利相帶。

表2 云南省丘北縣大鐵鋁土礦(巖)石主量元素化學(xué)成分(%)分析結(jié)果表Table 2 Chemical components of major elements in the Daitie bauxite deposit(%)

表3 云南省丘北縣大鐵礦區(qū)各礦段鋁土礦石主量元素化學(xué)成分(%)分析結(jié)果表Table 3 Chemical components of major elements in different ore sections of the Daitie bauxite deposit(%)

3.4 成礦階段劃分與成礦作用過程

大鐵鋁土礦成礦作用受多種因素的制約，大致可劃分為3個(gè)成礦階段:

(1)古風(fēng)化殼發(fā)育階段。成礦母巖，主要是玄武巖經(jīng)風(fēng)化作用(物理、化學(xué)分解)形成紅土風(fēng)化殼，形成的一水硬鋁石礦物碎屑與其它風(fēng)化產(chǎn)物或鋁土礦碎屑一起，在后來的海侵作用下經(jīng)短距離搬運(yùn)至沉積盆地中。鋁土礦石碎屑顆粒類型多樣，主要以內(nèi)碎屑為主，反映了以機(jī)械搬運(yùn)為主的沉積特征。碎屑、團(tuán)粒和豆鮞粒常同時(shí)出現(xiàn)，且大小混雜，表明成礦物質(zhì)的遷移方式為膠體和機(jī)械搬運(yùn)。

(2)沉積-成巖階段。被搬進(jìn)沉積盆地的風(fēng)化產(chǎn)物或鋁土礦碎屑，在成巖作用過程中，由于溫度和壓力等的變化，經(jīng)化學(xué)分解形成新的礦物。如一水硬鋁石于硅鋁質(zhì)或粘土質(zhì)-高嶺石質(zhì)的基質(zhì)中漸漸晶出，本區(qū)較為常見(圖2-b)。碎屑由復(fù)碎屑組成，包含鮞粒和碎屑礦物，碎屑礦物具定向排列，均指示了成礦物質(zhì)經(jīng)歷多期搬運(yùn)后再沉積的特征，此階段為鋁土礦主要成礦期。

成巖后期在適宜的介質(zhì)條件下，一水硬鋁石再(重)結(jié)晶或由鋁真溶液直接析出，充填于溶蝕的孔洞中或沿裂隙壁生長(zhǎng)填充，此種類型在本區(qū)所占比例很小，但分布較廣。

(3)表生階段。深埋地下的含礦巖系隨地殼的隆起，抬升暴露地表或接近地表，在表生作用下，受大氣滲流水淋濾作用，再次脫硅、除鐵和去硫，使原有鋁土礦更加富集，在含礦層上部形成半粗糙狀、品質(zhì)相對(duì)較好的鋁土礦石(圖2-b)。

4 成礦規(guī)律與找礦標(biāo)志

4.1 成礦規(guī)律

(1)鋁土礦產(chǎn)出與分布嚴(yán)格受地層層位控制。礦體賦存于古風(fēng)化侵蝕面上的上二疊統(tǒng)吳家坪階下段，假整合于中-上二疊統(tǒng)峨眉山組玄武巖或上石炭統(tǒng)威寧組灰?guī)r之上。

(2)鋁土礦產(chǎn)出與分布受沉積環(huán)境控制。鋁土礦床(點(diǎn))主要分布于古陸(島)周圍及靠近古陸(島)的潮下帶-局限淺海帶上部，以潮下帶成礦相對(duì)較好。

(3)含礦巖系及鋁土礦層的規(guī)模、形態(tài)和厚度嚴(yán)格受成礦前古地形地貌的控制。隨基底侵蝕面起伏變化而減薄或增厚，凹處沉積厚，凸出處沉積薄，呈似層狀或透鏡狀斷續(xù)分布。礦層厚度變化與含礦巖系厚度呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

(4)含礦巖系的沉積序列為下部富鐵質(zhì)，中部富鋁質(zhì)。由下向上依次出露鐵質(zhì)巖→鐵鋁巖→鋁土巖→泥巖、粉砂巖→煤層或碳質(zhì)泥巖夾煤線→泥巖、粉砂巖。鋁土礦層在橫向上局部地區(qū)相變?yōu)殇X質(zhì)泥巖。海侵初期形成鐵質(zhì)巖、鐵質(zhì)泥巖或鐵鋁巖，海侵最大時(shí)期形成鋁土巖，構(gòu)成了晚二疊世快速海侵-緩慢海退的沉積旋回，海侵階段又發(fā)育多個(gè)次級(jí)的海侵海退小旋回，總體表現(xiàn)為一個(gè)海侵過程。

(5)礦體的不同部位鋁土礦石結(jié)構(gòu)類型有規(guī)律的變化。礦體下部主要為深灰、褐紅色鐵質(zhì)鋁土礦石，結(jié)構(gòu)主要為致密狀、豆鮞狀和碎屑狀;上部近地表主要為淺灰色半粗糙狀鋁土礦石，結(jié)構(gòu)較下部礦石疏松，品質(zhì)相對(duì)較好。礦石Al2O3含量隨類型而異，一般為半粗糙狀＞碎屑狀＞豆鮞狀＞致密狀。

4.2 找礦標(biāo)志

(1)巖相古地理標(biāo)志:云南省丘北地區(qū)晚二疊世吳家坪早期沉積型鋁土礦的形成明顯受沉積相類型的控制，有利成礦的相帶為潮下帶-局限淺海帶上部。

(2)地層標(biāo)志:云南省丘北地區(qū)晚二疊世吳家坪早期沉積型鋁土礦的分布嚴(yán)格受地層層位控制，因此，吳家坪階下部地層的存在是尋找該層位沉積型鋁土礦的必要條件。

(3)物源標(biāo)志:在具備相同有利的成礦條件下，玄武巖作為鋁土礦成礦母巖的可能性比灰?guī)r大得多。二疊系峨眉山組玄武巖為鋁土礦的形成提供了豐富的物質(zhì)來源，玄武巖發(fā)育地段為有利成礦區(qū)。

(4)構(gòu)造標(biāo)志:東吳運(yùn)動(dòng)形成的不整合面是間接找礦標(biāo)志，龍?zhí)督M與中-上二疊統(tǒng)峨眉山組玄武巖或上石炭統(tǒng)威寧組灰?guī)r之間的不整合面。

(5)沉積序列標(biāo)志:含礦巖系的底部常為褐紅色鐵質(zhì)巖，頂部常為黑色煤層或煤線，因此鐵質(zhì)巖、煤層或煤線也是找礦標(biāo)志之一。有鋁土礦碎石碎塊出露的地方注意附近找礦，淺灰色鋁土礦品質(zhì)較好。

(6)其他標(biāo)志:沉積礦與堆積礦互為找礦標(biāo)志，有堆積型鋁土礦露頭的地方注意查找沉積型鋁土礦。

5 結(jié)論與討論

滇東南地區(qū)沉積型鋁土礦是在晚二疊世峨眉山玄武巖和二疊系、石炭系碳酸鹽巖遭受長(zhǎng)期強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕形成了富鋁、鐵的風(fēng)化殼，又有周圍古陸陸源碎屑物的加入，于海侵時(shí)風(fēng)化殼物質(zhì)及陸源碎屑物以機(jī)械懸浮物或膠體形式遷移搬運(yùn)到濱淺海地帶，由于環(huán)境介質(zhì)及pH值等改變，鐵鋁質(zhì)逐漸沉積形成的。在整個(gè)沉積過程中，處于相對(duì)低能的海灣環(huán)境，水動(dòng)力相對(duì)較弱。含礦巖系下部富鐵質(zhì)，海侵初期形成鐵質(zhì)巖、鐵質(zhì)泥巖、鐵鋁巖，海侵最大時(shí)期形成鋁土巖，為主要的成礦期。鋁土礦的形成經(jīng)歷了快速海侵到緩慢海退的沉積環(huán)境演化旋回。其中海侵又發(fā)育多期海進(jìn)海退次級(jí)旋回，總體表現(xiàn)為海侵過程，整個(gè)成礦過程是在相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造背景下進(jìn)行的。

中、晚二疊世之間的東吳運(yùn)動(dòng)，使得地殼抬升，中-晚二疊世峨眉山組玄武巖和二疊系、石炭系灰?guī)r大面積暴露于地表，遭受長(zhǎng)期強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕，在物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化作用下，K、Na、Ca和Mg等易溶元素和大部分Si被淋濾，Al、Ti和Fe等不活潑元素相對(duì)富集，形成古風(fēng)化殼，為鋁土礦的形成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

晚二疊世吳家坪早期第一階段，海侵自北東方向入侵，風(fēng)化殼物質(zhì)以及周圍古陸(康滇古陸和越北古陸等)的陸源碎屑物，以分散懸浮物機(jī)械碎屑形式和膠體形式遷移匯集到濱淺海環(huán)境中沉積形成鋁土礦。早期脫硅、富鐵形成高鐵型鋁土巖;晚期處于弱氧化-弱還原的環(huán)境，形成低鐵型鋁土礦。

晚二疊世吳家坪早期第二階段發(fā)生海退，海水變淺，逐漸形成沼澤地帶，沉積了一套炭質(zhì)泥巖夾煤線或煤層。含有機(jī)質(zhì)的沼澤水、淤泥水，由于缺氧而處于還原環(huán)境，有助于鋁土礦中的鐵被遷移。

致謝:參加野外工作的還有研究生杜兵盈、尹超同學(xué)，野外工作得到了云南省有色地質(zhì)局、306隊(duì)和勘測(cè)院同志的大力支持與幫助，在此一并表示感謝!

［注釋］

① 云南省有色地質(zhì)局306隊(duì).2010.云南省丘北縣大鐵地區(qū)鋁土礦勘查工作總體部署圖.

② 云南省有色地質(zhì)局.2009.云南省鋁土礦找礦行動(dòng)計(jì)劃勘查工作方案.

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