吳 波 鄧克勇 劉應(yīng)忠 徐安全

1 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北武漢 430074 2 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074 3 貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州貴陽 550081

1 概述

貴州鋁土礦主要形成于晚古生代石炭紀(jì)和二疊紀(jì)(劉幼平等，2010；劉平和廖友常，2012)。近年來，不少學(xué)者對貴州鋁土礦進(jìn)行了研究，其內(nèi)容歸納起來包括鋁土礦的沉積環(huán)境與沉積相(崔滔等，2014；劉辰生等，2014)；鋁土礦物源及地球化學(xué)特征(金中國等，2009；張信倫等，2018；吳波等，2020)；鋁土礦的成礦機(jī)制及成礦作用(劉平，1999；金中國等，2009，2013；杜遠(yuǎn)生等，2014)；鋁土礦的形成時代(劉平，1993；黃興等，2013；陳啟飛等，2017；馬榮等，2019)等。貴州石炭紀(jì)鋁土礦按含鋁巖系時代劃分為黔中龍里地區(qū)早石炭世杜內(nèi)期豐源層鋁土礦(FYB)和黔中清鎮(zhèn)、修文及遵義地區(qū)早石炭世韋憲期九架爐組(C1jj)鋁土礦。龍里地區(qū)豐源層鋁土礦是貴州乃至整個中國發(fā)現(xiàn)的成礦時代最早的鋁土礦，由于其分布范圍僅局限于貴州龍里地區(qū)，對龍里地區(qū)開展豐源層鋁土礦研究意義特殊。作者運(yùn)用定量的巖相古地理學(xué)方法，對龍里地區(qū)開展鋁土礦微地貌研究，并通過編制含鋁巖系等厚曲線圖，建立了龍里地區(qū)早石炭世杜內(nèi)期鋁土礦含鋁巖系巖相古地理圖，對豐富貴州早石炭世鋁土礦成礦理論具有重要的地質(zhì)意義。

2 地質(zhì)背景

貴州龍里地區(qū)大地構(gòu)造位置位于揚(yáng)子陸塊黔北隆起區(qū)和黔南凹陷區(qū)結(jié)合部位(戴傳固等，2017)。根據(jù)貴州省鋁土礦成礦區(qū)帶劃分方案，龍里地區(qū)屬于鄂渝湘黔前陸褶斷沖斷帶渝南—黔中鋁土礦成礦區(qū)黔中鋁土礦成礦帶龍里早石炭世杜內(nèi)晚期鋁土礦成礦亞帶(翁申富等，2019)。早古生代，區(qū)內(nèi)沉積海相碳酸鹽巖、陸源碎屑巖，為鋁土礦成礦提供了豐富的礦質(zhì)母巖，成為聚鋁盆地底板，決定了原型成鋁盆地的形態(tài)和規(guī)模。晚古生代起，貴州處于離散構(gòu)造背景，自泥盆紀(jì)開始進(jìn)入陸內(nèi)裂陷階段，并在早泥盆世晚期至早石炭世中期，大致以息烽—開陽—甕安一線為界分為黔南凹陷和黔北隆起，豐源層鋁土礦產(chǎn)于黔北隆起區(qū)和黔南凹陷區(qū)的結(jié)合部位(圖 1)。

圖 1 貴州早泥盆世晚期—早石炭世中期巖相古地理(a)及豐源層鋁土礦含鋁巖系分布(b)及巖性柱狀圖(c)Fig.1 Lithofacies palaeogeography of Guizhou Province from the late Early Devonian to middle Early Carboniferous (a), distribution map (b) and lithologic column (c) of the bauxite aluminous rock series in Fengyuan layer

龍里地區(qū)出露地層由老到新依次為上泥盆統(tǒng)高坡場組(D3g)、者王組(D3z)，革老河組(D3gl)，下石炭統(tǒng)湯耙溝組(C1t)、豐源層鋁土礦(FYB)、祥擺組(C1x)、舊司組(C1j)、上司組(C1s)及第四系。區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造總體呈北北東向展布，向斜構(gòu)造控制了本區(qū)鋁土礦的產(chǎn)出。研究區(qū)豐源層鋁土礦含鋁巖系分布大致以龍里縣城為中心，其分布北至高鋪，南至高坡，東至麻芝鋪，西至水場，分布面積約600 km2。豐源層鋁土礦(FYB)主要分于草原西北一帶的長金坪—白巖—上馬店—谷郎所圍限的地區(qū)，其間分布有黔陶、豐源鋁土礦床，分布面積約50 km2(圖 1)。

區(qū)域上豐源層含鋁巖系厚度變化較大，從西向東表現(xiàn)為：西北谷灑一帶，含鋁巖系厚度一般3～10 m，鋁土礦體厚一般2～3 m；東至草原一帶，含鋁巖系變薄，厚度一般2～5 m，鋁土礦體厚一般1 m； 再往東至長嶺崗一帶，含礦巖系逐漸變薄，一般在1 m左右，鋁土礦體尖滅。由北向南表現(xiàn)為：北部比孟一帶，含鋁巖系較薄，鐵質(zhì)含量較高，無鋁土礦體產(chǎn)出； 至草原一帶，含鋁巖系逐漸增厚，形成豆鮞狀、碎屑狀鋁土礦體； 再往南至擺省一帶，含鋁巖系逐漸消失(圖 2)。

圖 2 貴州龍里地區(qū)豐源層鋁土礦含鋁巖系對比Fig.2 Correlation profile of bauxite aluminous rock series in Fengyuan layer of Longli area,Guizhou Province

3 礦床地質(zhì)

龍里地區(qū)豐源層鋁土礦床位于草原鄉(xiāng)西側(cè)，礦床呈條塊狀，南北長7.5 km，東西寬6.5 km，面積約40 km2。中心坐標(biāo)：東經(jīng) 106°51′11″、北緯 26°21′06″，礦床規(guī)模為小型。礦區(qū)地層由老到新依次為上泥盆統(tǒng)高坡場組(D3g)、者王組(D3z)、革老河組(D3gl)、豐源層鋁土礦(FYB)、下石炭統(tǒng)祥擺組(C1x)。礦區(qū)位于龍里箱狀背斜中段，軸向近南北，次級褶皺構(gòu)造不發(fā)育，呈平緩的單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀平緩。南部傾向北東為主，北部傾向北北西，傾角0°～13°。礦區(qū)鋁土礦賦存于下石炭統(tǒng)祥擺組之下，上泥盆統(tǒng)者王組之上。礦區(qū)發(fā)現(xiàn)9個礦體，礦體平面形態(tài)呈不規(guī)則狀，剖面形態(tài)呈層狀、似層狀，單礦體長280～1450 m，寬150～1100 m，厚0.71～3.37 m。礦石Al2O3含量45.46%～79.26%，平均63.76%；SiO2含量1.08%～37.87%，F(xiàn)e2O3含量0.71%～17.43%，平均5.47%。礦區(qū)礦石礦物組成主要為一水硬鋁石，其次為黏土礦物及少量石英、褐鐵礦等。礦石結(jié)構(gòu)有微—泥晶砂屑結(jié)構(gòu)(原生結(jié)構(gòu))、碎屑狀結(jié)構(gòu)(次生結(jié)構(gòu))，礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、致密狀構(gòu)，也有少量半土狀構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造。礦石自然類型主要為鮞狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦，同時見致密狀鋁土礦分布在鮞狀、碎屑狀鋁土礦上部和下部(圖 3)。

a—豆鮞狀鋁土礦；b—碎屑狀鋁土礦；c—致密狀鋁土礦；d—蜂窩狀褐鐵礦；e—“豆石灰?guī)r”； f—含鮞粒礫砂屑結(jié)構(gòu)(單偏光)； g—泥晶砂屑結(jié)構(gòu)(單偏光)；h—微晶砂屑結(jié)構(gòu)(單偏光)； i—含生物屑泥晶結(jié)構(gòu)(單偏光)圖 3 貴州龍里地區(qū)鋁土礦石(頂、底板)及鏡下結(jié)構(gòu)特征Fig.3 Bauxite(top and bottom plate) photos and their microscopic characteristics in Longli area, Guizhou Province

4 微地貌特征及其控礦作用

4.1 微地貌編圖方法

通過采用Surferi8.0編圖軟件，將收集的已施工鉆孔、踏勘點、實測剖面、實測剝土等含鋁巖系厚度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合插值法自動生成數(shù)據(jù)點，利用編圖軟件中表面圖、等值線圖功能模塊，自動生成含鋁巖系微地貌圖、含鋁巖系等厚曲線圖。將收集的已施工見礦鉆孔礦體厚度、品位、鋁硅比值統(tǒng)計數(shù)據(jù)，自動生成數(shù)據(jù)點，利用編圖軟件等值線圖功能模塊，自動生成礦體等厚曲線圖、礦體品位等值線圖、礦體鋁硅比等值線圖。其中含鋁巖系微地貌圖、含鋁巖系等厚曲線圖采用含鋁巖系厚度值統(tǒng)計點158個(表 1)，包括收集鉆孔105個、實測剖面6個、實測剝土9個、實測踏勘點4個、插值點34個。礦體等厚曲線圖、礦體品位等值線圖、礦體鋁硅比等值線圖等采用鉆孔的礦體厚度、品位、鋁硅比值統(tǒng)計點58個(表 2)，其中碎屑狀13個、豆鮞狀13個、致密狀32個，無插值點。

4.2 微地貌特征

通過對研究區(qū)微地貌編圖，發(fā)現(xiàn)古喀斯特巖溶洼地2處(圖 4)。其中1處巖溶洼地位于龍里以北高鋪—谷腳一線，巖溶洼地呈北東向分布，呈大小不等的串珠狀巖溶洼地群分布，該巖溶洼地內(nèi)目前尚未發(fā)現(xiàn)有工業(yè)價值的鋁土礦床分布，面積約40 km2。另1處巖溶洼地位于龍里西南水場—比孟—草原—高坡一帶，巖溶洼地呈不規(guī)則狀分布，該巖溶洼地內(nèi)分布有黔陶、豐源鋁土礦床，礦石質(zhì)量好，分布面積約110 km2。

4.3 含鋁巖系厚度分布特征

研究區(qū)含鋁巖系厚度等值線圖(圖 5)顯示，研究區(qū)含鋁巖系較厚地段集中分布于水場—草原—高坡一帶，形成黔陶、豐源鋁土礦床，含鋁巖系繼續(xù)沿北東向經(jīng)比孟延伸至高鋪一帶，但無工業(yè)價值的礦體產(chǎn)出；龍里縣城以南，草原以西至長嶺崗一帶含鋁巖系緩慢變薄，至擺省—云霧一線逐漸尖滅，說明喀斯特巖溶洼地外緣地勢相對平坦；永樂—貓場—哪旁以北缺失豐源層鋁土礦(FYB)，可能由于接近古陸邊緣，無合適沉積場所導(dǎo)致。

4.4 微地貌特征及對鋁土礦的控礦作用

圖 4 貴州龍里地區(qū)早石炭世杜內(nèi)期含鋁巖系微地貌Fig.4 Microgeomorphology of the Early Carboniferous Duneian aluminious rock series in Longli area, Guizhou Province

圖 5 貴州龍里地區(qū)早石炭世杜內(nèi)期含鋁巖系等厚圖Fig.5 Isopach map of the Early Carboniferous Duneian aluminous rock series in Longli area, Guizhou Province

為進(jìn)一步探討不同類型鋁土礦(碎屑狀、豆鮞狀、致密狀)分布與礦體厚度、礦體品位及礦體鋁硅比的關(guān)系，分別在礦體等厚曲線圖、礦體品位等值線圖、礦體鋁硅比等值線圖上投影碎屑狀、豆鮞狀、致密狀鋁土礦數(shù)據(jù)點，形成龍里地區(qū)豐源層鋁土礦體厚度、品位、鋁硅比等值線圖(圖 6)。結(jié)果表明：(1)碎屑狀鋁土礦主要分布于古喀斯特巖溶洼地中部及邊緣，主要位于谷郎—水落洞一帶，礦體厚度與碎屑狀鋁土礦分布無直接關(guān)系；豆鮞狀鋁土礦主要分布于古喀斯特巖溶洼地中心，邊緣幾乎無豆鮞狀鋁土礦的形成(圖 6-a)。說明礦體厚度大更有利于其形成，且中心部位更有利于地下水的匯集，對鋁土礦產(chǎn)生更強(qiáng)的淋濾作用；致密狀鋁土礦在古喀斯特巖溶洼地中部及邊緣均有分布，且其與礦體厚度無直接關(guān)系；(2)品位較高礦體位于古喀斯特巖溶洼地的中心部位，品位較低礦體則分布于古喀斯特巖溶洼地的邊緣(圖 6-b)。說明中心部位鋁土礦脫硅脫硫強(qiáng)，邊緣部位脫硅脫硫弱，這與礦體鋁硅比基本相一致；根據(jù)礦體品位等值線圖及礦體鋁硅比等值線圖綜合分析認(rèn)為該巖溶洼地存在2個較明顯的古巖溶漏斗，古巖溶漏斗直接導(dǎo)致了黔陶、豐源鋁土礦床的形成；(3)鋁硅比值較高礦體位于古喀斯特巖溶洼地的中心部位，其主要分布于谷灑、谷郎以東一帶；鋁硅比值較低礦體則分布于古喀斯特巖溶洼地的邊緣(圖 6-c)。說明古喀斯特巖溶漏斗中心更有利于脫硅脫硫，地下水不斷的淋濾作用帶走了大量易溶于水的Fe、Si、Mg、Ca等元素，而難溶于水的Al、Ti等元素則相對富集(吳波等，2020)，從而導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)鋁土礦的形成。

a—礦體厚度(m)；b—礦體品位(%)；c—礦體鋁硅比圖 6 貴州龍里地區(qū)豐源層鋁土礦體厚度、品位、 鋁硅比等值線圖Fig.6 Isoline maps of thickness，grade，aluminum-silicon ratio of bauxite ore bodies of Fengyuan layer in Longli area, Guizhou Province

4.5 微地貌與鋁土礦成礦作用的關(guān)系

微地貌提供了鋁土礦沉積場所。本區(qū)在海西期，尤其是晚泥盆世至早石炭世，發(fā)生陸內(nèi)隆升作用，基底地層經(jīng)風(fēng)化剝蝕、溶蝕作用，形成了準(zhǔn)溶原地貌，在巖溶面上發(fā)育形成了數(shù)量眾多、規(guī)模不一的巖溶洼地，隨著早石炭世海侵的發(fā)展，這些巖溶洼地成為鋁土礦沉積就位的空間場所。

微地貌控制了鋁土礦的形態(tài)。古巖溶洼地的形態(tài)和規(guī)?？刂屏虽X土礦沉積階段古紅土物質(zhì)積聚的數(shù)量、規(guī)模、厚度和堆積形態(tài)，單個巖溶負(fù)地形展布規(guī)模大、深度大，積聚的古紅土物質(zhì)數(shù)量多、規(guī)模大、厚度大，形成的含鋁巖系相應(yīng)的規(guī)模和厚度較大。

微地貌決定了鋁土礦成礦的品質(zhì)。不同微地貌決定了鋁土礦的品質(zhì)好壞，致密狀鋁土礦在巖溶洼地的中部及邊緣均有分布，碎屑狀鋁土礦分布于巖溶洼地漏斗附近，巖溶漏斗中心部位往往有大量的豆鮞狀鋁土礦產(chǎn)出，說明漏斗中心淋濾作用更強(qiáng)，更有利于脫硅脫硫，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)鋁土礦的形成。

5 龍里地區(qū)早石炭世杜內(nèi)期古地理

5.1 古地理單元劃分

5.1.1 劃分依據(jù)

結(jié)合前面所述研究區(qū)豐源層鋁土礦底板地層的分布、豐源層含鋁巖系的厚度及其分布特征、沉積物的巖石組合特征等多種因素對含鋁巖系形成時期的巖相古地理進(jìn)行劃分。

1)根據(jù)豐源層含鋁巖系底板地層劃分陸相、海相和過渡相區(qū)。

龍里地區(qū)北部大致以龍洞堡—永樂—三元一線為界，以北地區(qū)豐源層含鋁巖系缺失，其底板地層為高坡場組白云巖，缺失者王組、革老河組、豐源層鋁土礦，祥擺組直接平行整合于其上?？梢灾苯哟_定該線以北為陸相古陸剝蝕區(qū)，以南為海陸交互相或海相區(qū)。龍里地區(qū)南部大致以擺省為界，向東至灣寨—羊場—鞏固一帶，底板地層為湯耙溝組淺海沉積灰?guī)r，缺失者王組、革老河組、豐源層鋁土礦，祥擺組直接平行整合于其上?？梢源_定該線以南為大片淺海區(qū)域。龍里地區(qū)中部底板地層為者王組或革老河組，之上為豐源層鋁土礦或豐源層含鋁巖系，則代表了海陸交互相的廣大區(qū)域。

2)根據(jù)豐源層含鋁巖系的厚度及其分布、沉積物的巖石組合特征將海陸交互相進(jìn)一步劃分為古喀斯特巖溶洼地重點發(fā)育區(qū)和古喀斯特巖溶洼地一般發(fā)育區(qū)。

龍里地區(qū)中部發(fā)育了大小不等的古喀斯特巖溶洼地，形成特殊的古喀斯特巖溶洼地相區(qū)，這些巖溶洼地為含鋁巖系提供了良好的沉積場所。按照含鋁巖系厚度的變化，以豐源層含鋁巖系厚度為零的等值線圈定陸相/過渡相分界線、過渡相/海相分界線。含鋁巖系厚度大于1 m的區(qū)域，其剖面上巖石組合特征自上而下為黏土巖—鋁土質(zhì)黏土巖—鋁土礦—鐵質(zhì)黏土巖，將其確定為古喀斯特巖溶洼地重點發(fā)育區(qū)，主要分布于水場—比孟—草原—高坡一帶，并向北東延伸至高鋪一帶結(jié)束。含鋁巖系厚度小于1 m的區(qū)域，其剖面上巖石組合特征自上而下為黏土巖—鋁土質(zhì)黏土巖—黏土巖，將其確定為古喀斯特巖溶洼地一般發(fā)育區(qū)，主要分布于比孟—草原一線以東大片地區(qū)。

a—喀斯特巖溶洼地重點發(fā)育區(qū)(高鋪)；b—喀斯特巖溶洼地重點發(fā)育區(qū)(草原)； c—喀斯特巖溶洼地一般發(fā)育區(qū)(長嶺崗)；d—海相區(qū)含鋁巖系露頭(擺省)圖 7 貴州龍里地區(qū)含鋁巖系典型露頭Fig.7 Typical outcrops of alminous rock series in Longli area, Guizhou Province

5.1.2 劃分結(jié)果

豐源層鋁土礦形成時巖相古地理由北向南依次劃分為古陸剝蝕區(qū)、古喀斯特巖溶洼地發(fā)育區(qū)及海相區(qū)。(1)古陸剝蝕區(qū)：龍洞堡—永樂—三元一線以北劃為古陸剝蝕區(qū)，該區(qū)域內(nèi)無含鋁巖系或局部殘存少量含鋁巖系，以剝蝕為主。該區(qū)高坡場組與祥擺組呈假整合接觸，其間缺失者王組、革老河組、豐源層鋁土礦和湯耙溝組。(2)古喀斯特巖溶洼地發(fā)育區(qū)(海陸交互相區(qū))：分為古喀斯特巖溶洼地重點發(fā)育區(qū)、古喀斯特巖溶洼地一般發(fā)育區(qū)。其中古喀斯特巖溶洼地重點發(fā)育區(qū)主要分布于水場—比孟—草原—高坡一帶，向北東延伸至高鋪一帶結(jié)束，該區(qū)內(nèi)黔陶、豐源鋁土礦床質(zhì)量較好，含鋁巖系上覆地層為祥擺組，下伏地層為者王組；古喀斯特巖溶洼地一般發(fā)育區(qū)位于比孟—草原一線以東大片地區(qū)，由于古地勢緩慢抬升，礦系變薄，底板地層為革老河組，缺失湯耙溝組。(3)海相區(qū)：分布范圍大致以擺省為界，向東至灣寨—羊場—鞏固一帶，海相區(qū)地層為湯耙溝組灰?guī)r、祥擺組石英砂巖，其間缺失豐源層鋁土礦(圖 7，圖 8)。

圖 8 貴州龍里地區(qū)早石炭世杜內(nèi)期鋁土礦巖相古地理圖Fig.8 Lithofacies palaeogeographic map of the Early Carboni- ferous Tournaisian Bauxite in Longli area, Guizhou Province

5.2 古地理格局及其地質(zhì)意義

龍里地區(qū)位于黔北隆起和黔南凹陷的結(jié)合部位,晚泥盆世受 “弗拉斯—法門期” 地質(zhì)事件的影響,海水退致龍里草原南面一帶,北邊為古陸剝蝕區(qū),南邊為海,其間大致以龍里為中心約1000 km2范圍內(nèi)處于海陸交互相區(qū),水場—比孟—草原—高坡,向北東延伸至高鋪一帶約350 km2范圍內(nèi),為古喀斯特巖溶洼地重點發(fā)育區(qū),這些巖溶洼地成為鋁土礦沉積就位的空間場所。 龍里以東古地勢逐漸升高,但總體仍較平緩,為古喀斯特巖溶洼地一般發(fā)育區(qū)。 至早石炭杜內(nèi)晚期,古地貌總體趨于平緩。 總體地形表現(xiàn)為北高南低,北面為陸,南面為海,陸與海之間形成了晚泥盆世碳酸鹽巖為基底的北東向古喀斯特巖溶洼地(海陸交互相區(qū)),尤其是水場—比孟—草原—高坡一帶大致50 km2范圍內(nèi),溶坑發(fā)育密集,巖溶漏斗廣泛,為豐源層鋁土礦的形成提供有利場所,黔陶、 豐源等鋁土礦床即在此古喀斯特巖溶洼地形成。 龍里以東大片為寬緩地區(qū),盡管局部溶坑發(fā)育,因其發(fā)育規(guī)模小,含鋁巖系厚度較小,難以形成具有工業(yè)價值的鋁土礦體。

6 結(jié)論

通過收集以往大量鉆孔資料，結(jié)合野外實地調(diào)查、實測剖面及綜合分析，對龍里地區(qū)開展鋁土礦微地貌研究。運(yùn)用定量的巖相古地理學(xué)方法，并通過編制含鋁巖系等厚圖，通過綜合分析，建立了龍里地區(qū)早石炭世杜內(nèi)期鋁土礦含鋁巖系巖相古地理圖，取得以下認(rèn)識：

1)龍里地區(qū)早石炭世杜內(nèi)期古地貌圖顯示，該區(qū)發(fā)育古喀斯特巖溶洼地2處，分別位于高鋪一帶和水場—比孟—草原—高坡一帶。龍里地區(qū)黔陶、豐源鋁土礦床，均位于水場—比孟—草原—高坡一帶的古喀斯特巖溶洼地。

2)巖溶洼地內(nèi)普遍發(fā)育有碎屑狀、豆鮞狀、致密狀鋁土礦，礦體嚴(yán)格受古喀斯特巖溶洼地控制。礦體品位較高的碎屑狀、豆鮞狀鋁土礦位于古喀斯特巖溶洼地的中心部位，品位較低的致密狀鋁土礦則分布于古喀斯特巖溶洼地的邊緣。

3)豐源層鋁土礦產(chǎn)于黔北古陸與黔南凹陷的結(jié)合部位，其形成環(huán)境為海陸交互相，由北至南依次為陸相、古喀斯特巖溶洼地相和海相。其中陸相為剝蝕區(qū)，提供成礦母質(zhì)，古喀斯特巖溶洼地相為紅土化物質(zhì)的保存及鋁土礦的形成提供了有利場所，海相區(qū)阻斷了豐源層鋁土礦的形成。

致謝中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)杜遠(yuǎn)生教授對文章的寫作給予了充分的指導(dǎo)和幫助，審稿專家對文章提出了建設(shè)性的修改意見，在此一并表示衷心的感謝!