楊曉飛，羅應(yīng)坤，蘇翠蘭

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊，貴州 清鎮(zhèn) 551400)

引言

鋁土礦是貴州特色礦種之一，而黔中地區(qū)的鋁土礦資源占整個貴州鋁土礦資源一半以上。在黔中地區(qū)鋁土礦床(點(diǎn))數(shù)十個，其中超大型的1處，大型的2處，中型的20多處。筆者通過對黑土田鋁土礦區(qū)的地質(zhì)工作及礦石礦物組分的研究，結(jié)合前人研究的基礎(chǔ)，對該礦區(qū)的礦床成因提出一點(diǎn)自己的認(rèn)識，以期對該區(qū)在內(nèi)的黔中地區(qū)下一步的找礦工作有所啟示。

1 礦床地質(zhì)特征[1]

石炭系下統(tǒng)九架爐組為該區(qū)鋁土礦之含礦地層，其基底為寒武系下統(tǒng)清虛洞組白云巖夾鋁鐵質(zhì)粘土巖，因長期遭受風(fēng)化剝蝕，形成不平整的古喀斯特侵蝕面，常見有白云巖石芽突起于含礦系內(nèi)。由于基底的凹凸不平，影響了含礦系的厚度分布，使其含礦系厚度變化范圍在0～25 m之間，從該區(qū)的總體趨勢來看有南厚北西較薄的趨勢(圖1)。

上段(鋁土礦系)：一般由雜色的頁巖、鋁土巖，致密塊狀、碎屑狀鋁土礦及局部夾星散狀黃鐵礦和薄層紫紅色白云巖組成，厚一般在0～15 m左右。

下段(鐵礦系)：一般由紫紅色鐵質(zhì)粘土巖、頁巖，含鐵質(zhì)粘土巖、黑綠色鐵綠泥石巖組成，局部見有小扁豆?fàn)?、結(jié)核狀、鮞粒狀赤鐵礦，厚一般0～10 m左右。

整個含礦系由鋁礦系和鐵礦系組成。但在礦區(qū)東西兩側(cè)卻又逐漸變薄，甚至局部尖滅。礦體產(chǎn)狀，在東西方向均有變化：向東，傾向北東，傾角10°～20°；向西，傾向北西，傾角15°～25°，與地層產(chǎn)狀總體一致。

2 礦石物理性質(zhì)及其意義[1-2]

礦石物理性質(zhì)，主要是指用肉眼觀察或用手觸摸到的性質(zhì)，如顏色、硬度、孔隙度、糙面、斷口等。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)略圖

顏色：礦石呈灰白-深灰色，色調(diào)均勻，是黔中鋁土礦典型的礦石特征之一，表明礦石含鐵很低。在成礦作用中，鐵質(zhì)往下滲透，底部形成赤鐵礦層。呈深灰色，則表明含粘土礦物較少，是優(yōu)質(zhì)礦石的標(biāo)志。

硬度：礦石很致密堅硬。礦物組分是決定礦石硬度的基本因素，這是因為一水硬鋁石的硬度為7.4。我國鋁土礦摩氏硬度多在6～7，黑土田的礦石與此相近。

孔隙度：用肉眼沒有觀察到孔隙，屬于無孔隙或微孔隙類型。我國大多數(shù)鋁土礦都屬于此類型。

糙面：通常分為五類，本礦床礦石應(yīng)屬于粗糙型，這主要由礦物組分所決定。由一水硬鋁石組成的礦石，糙面特別明顯，若高嶺石多，糙感差，有滑感。通常礦石越粗糙，鋁硅比就越高。

斷口：本礦石具有貝殼狀斷口，有圓形的光滑曲面。這是由于礦石的礦物粒度微細(xì)而均勻，結(jié)構(gòu)致密所致。我國黔中和華北許多鋁土礦具有這種特征。礦石雖有碎屑物，但數(shù)量少，故斷口出現(xiàn)的參差狀不明顯。

碎屑顆粒：礦石中碎屑物一般1～0.3 mm。碎屑的顏色及硬度與鋁土礦極相似。我國華北特別山西孝義鋁土礦，黔中地區(qū)的鋁土礦，這種碎屑極為普遍。碎屑物的存在對研究物源有一定的意義。

3 礦石礦物組分、共生組分及其特征[1-2]

3.1 主要礦物組分及其特征

根據(jù)鏡下鑒定和X射線衍射分析等手段所獲資料，礦物組分有：一水硬鋁石、高嶺石、白云母、銳鈦礦等14種，現(xiàn)將主要礦物特征作如下描述。

一水硬鋁石：又名水鋁石、硬水鋁石，是礦區(qū)中唯一具有工業(yè)價值的礦石，呈它形粒狀集合體產(chǎn)出，粒度一般0.01～0.002 mm，屬于細(xì)晶-微晶結(jié)構(gòu)。薄片中無色透明，正突起高，糙面顯著，解理不清楚，干涉色可達(dá)二級頂部呈橙紅色。在鋁土礦中常有碎屑狀一水硬鋁石鋁土礦產(chǎn)出。在鏡下，這種鋁土礦呈淡黃色，其一水硬鋁石粒度稍大，與成礦期形成的鋁土礦物有所區(qū)別。表明它是“外碎屑”的產(chǎn)物，是古陸紅土化作用的佐證。此外還有極少量呈板狀柱狀一水硬鋁石晶體產(chǎn)出，晶粒0.05～0.08 mm，無色透明，可見一組解理，折光率稍低，干涉色為一級灰白，顯然它是后生和表生作用的產(chǎn)物。

高嶺石：是硅的主要礦物。為白色磷片狀、片狀或肉紅色致密狀集合體，部分呈糖粒狀。可見鱗片狀相互疊置成的蠕蟲狀或扇狀體。單體粒度0.01～0.003 mm，集合體一般0.2～0.05 mm。薄片中無色至淡黃色，正突起很低，可見扇狀消 光，干涉色一級灰白。

銳鈦礦：是礦石中鈦的主要礦物。呈暗黃、黃綠色和黑色，雙錐狀，錐面上有縱紋。晶粒極小，多小于0.005 mm，薄片中無色或黃色，多色性可顯黃、黃綠色。正突起高，糙面顯著，干涉色達(dá)四級黃綠。

3.2 礦物共生組合

表1是各種礦物的共生順序，并對全部礦物按生成先后和成因進(jìn)行分類。所謂碎屑礦物就是指鋁土礦成礦前形成的，包括蝕源區(qū)母巖的礦物和母巖在紅土化時所形成的風(fēng)化產(chǎn)物，經(jīng)紅土化作用，進(jìn)行化學(xué)分解，在新的環(huán)境下生成的，是鋁土礦的主要成礦期；后生礦物是成礦后期或成巖作用下再結(jié)晶的產(chǎn)物；表生者則大多數(shù)是在氧化作用下，先形成的礦物遭受破壞后再重結(jié)晶的產(chǎn)物。據(jù)此觀點(diǎn)就可以解釋鋁土礦中一水硬鋁石鋁土礦碎屑的出現(xiàn)，是緣于古陸的成礦母巖在遭受紅土化時就已形成了的，而后再向沉積盆地遷移的結(jié)果。為什么磨圓度好的鋯石、金紅石與呈完好自形的鋯石在同一礦床中出現(xiàn)，為什么有的礦床碳酸鹽化交代鋁土礦，所有這些特征，用此觀點(diǎn)都能獲得解釋。

表1 黑土田鋁土礦礦物共生順序

4 礦床成因探討

很多單位和個人對本區(qū)在內(nèi)的黔中鋁土礦作了很多研究，并提出各種學(xué)說。本文僅對黑土田鋁土礦區(qū)的成因提出自己的一點(diǎn)認(rèn)識，并進(jìn)行如下探討。

4.1 成礦時古地理位置

寒武系末期，由于加里東構(gòu)造運(yùn)動的影響，本區(qū)上升成陸，形成“黔中隆起”。隆起區(qū)經(jīng)受1.8億年之久的風(fēng)化剝蝕，致使被夷為準(zhǔn)平原化地形，巖溶化極為發(fā)育的巖溶凹地或孤峰，兼之氣候炎熱潮濕，導(dǎo)致古巖溶準(zhǔn)侵蝕面發(fā)育厚薄不一，其上廣泛發(fā)育著含Al、Fe、Ti等較穩(wěn)定組分的鈣紅土風(fēng)化殼物質(zhì)[3-6]。在早石炭系初期受海西運(yùn)動影響，本期開始緩慢下沉海水由南向北灌入，本區(qū)遭受廣泛海侵，伴隨著海進(jìn)階段，使準(zhǔn)平原區(qū)形成的“鈣紅土風(fēng)化殼物質(zhì)(鋁質(zhì))初步富集”的風(fēng)化殼物質(zhì)廣泛“活化”。就地或涌入盆地，重新分配，在合適的物理化學(xué)條件下聚集形成現(xiàn)在的鋁土礦或鋁質(zhì)粘土巖。

4.2 成礦物質(zhì)來源

通過對該區(qū)取樣分析、巖礦堅定及總結(jié)前人研究成果，認(rèn)為物質(zhì)來源于基底漢武系白云巖、鋁鐵質(zhì)粘土巖的風(fēng)化產(chǎn)物，其依據(jù)有兩點(diǎn)：

1)具有充足的成礦物質(zhì)基礎(chǔ)：通過對該區(qū)寒武系的白云巖和鋁鐵質(zhì)粘土巖的取樣分析，其中白云巖中含鋁2%左右，鋁鐵質(zhì)粘土巖中含鋁10.22%～17.52%左右，遠(yuǎn)比地殼中的克拉克值高[1]。而黔中隆起區(qū)域經(jīng)歷了1.8億年的炎熱潮濕氣候的風(fēng)化剝蝕作用，說明在漫長的風(fēng)化作用過程中，K、Na、Ca、Mg等可溶性的物質(zhì)被地表徑流帶走，而Al、Si、Fe、Ti等穩(wěn)定元素(組分)在古風(fēng)化殼中“初步富集”(稱原始富集或鈣紅土)[3-4]。

2)經(jīng)重砂鑒定該區(qū)的鋁土礦與基底寒武系的白云巖的穩(wěn)定礦物基本一致，只是含量上有所差別，均見金紅石、鋯石、銳鈦礦、板鈦礦等礦物，不同之處在于鋁土礦物中重砂礦物所含較多，磨蝕程度較高而已[1]。

以上第一點(diǎn)說明基底碳酸鹽巖經(jīng)風(fēng)化后，有足夠的鋁質(zhì)可以形成具有工業(yè)意義的鋁土礦床。第二點(diǎn)說明鋁土礦成礦物質(zhì)已來源于基底碳酸鹽巖石的有利證據(jù)。但也不排除極少數(shù)部分鋁質(zhì)可能來自異地，因為鋁土礦物中可見有碎屑成分。

4.3 鋁礦物的形成途徑[5]

4.3.1 高嶺石脫硅直接形成一水硬鋁石

對黑土田鋁土礦鏡下鑒定和X射線衍射分析時，常見到高嶺石被一水硬鋁石交代的現(xiàn)象，表明后者由前者直接脫硅轉(zhuǎn)變而來。在其他礦區(qū)的礦石中，也可以觀察到橄欖石和黑云母轉(zhuǎn)變成高嶺石，而后高嶺石又再脫硅形成一水硬鋁石。資料表明，黑土田鋁土礦中唯一具有工業(yè)價值的一水硬鋁石系高嶺石脫硅直接轉(zhuǎn)變而成,這與黔中地區(qū)的其他鋁土礦基本一致。

4.3.2 鋁溶液結(jié)晶而成

在表(后)生條件下，鋁真溶液重結(jié)晶而成的一水硬鋁石，其結(jié)晶完好粗大，多呈板柱狀晶體，透明度好，含Ti、Fe、Si等雜質(zhì)極微，氧同位素值很小。這與由高嶺石直接脫硅而來的一水硬鋁石有明顯區(qū)別。這種表生作用形成的鋁礦物本礦床也有產(chǎn)出，但數(shù)量少，主要產(chǎn)于平果巖溶堆積礦中。此外，在南嶺花崗巖熱液螢石白云母巖脈和花崗偉晶巖風(fēng)化殼中也常有產(chǎn)出，這都可看作是表生作用的佐證。

4.3.3 三水鋁石脫水轉(zhuǎn)變成一水硬鋁石

由三水鋁脫水轉(zhuǎn)變成一水鋁土礦，這是一種變質(zhì)作用，國內(nèi)這種類型尚少。

從上述可見，一水硬鋁石并非都是三水鋁石脫水轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物；而三水鋁石也并非都由高嶺石脫硅而成。應(yīng)當(dāng)指出，自然界(或?qū)嶒炇?三水鋁石脫水必然會轉(zhuǎn)變成一水硬鋁石，但后者不一定都從前者而來。以往人們都用Al2O3-H2O平衡相圖去解釋鋁礦物的成因，是不全面的，值得商榷。

4.4 成礦因素的相互制約

國內(nèi)外對鋁土礦成礦因素的認(rèn)識比較一致，即成礦時必須處于濕熱的古氣候；有穩(wěn)定的古構(gòu)造環(huán)境；有緩坡的古地形和有利的成礦母巖。這些因素共同制約著成礦作用[3-8]。例如黔中地區(qū)的修文小山壩、斗篷山清鎮(zhèn)地區(qū)的燕龍、林歹，產(chǎn)于中石炭統(tǒng)的含礦巖系中，有數(shù)十個鋁土巖和鋁質(zhì)粘土巖及鋁土礦交互沉積間斷面，其中主要的含礦層為1層，厚一般為1～15 m。含礦層少規(guī)模大。而黑土田鋁土礦床成礦時濕熱的古氣候；有穩(wěn)定的古構(gòu)造環(huán)境；有緩坡的古地形和有利的成礦母巖。這就有利于成礦作用和成礦物源的聚集，因而形成了質(zhì)量好、且具有一定規(guī)模的鋁土礦床。

4.5 成因類型

綜上可見，黑土田礦區(qū)從寒武紀(jì)開始就上升為陸，直至石炭紀(jì)1.8億年的時間里，該區(qū)長期處于相對穩(wěn)定的陸上環(huán)境和炎熱潮濕的氣候。成礦母巖長期遭受鈣紅土化作用，在鈣紅土化過程中，Ca、Mg、Si及堿金屬組分被淋濾流失，而Al、Fe、Ti等隋性組分相對富集；并形成大量高嶺石和少量一水硬鋁石礦物，在早石炭系初期受海西運(yùn)動影響地殼下降，海水入侵，大量的鈣紅土產(chǎn)物就被搬進(jìn)巖溶凹槽及相對低洼地區(qū)成礦。當(dāng)?shù)貧ぴ俅紊仙?，海水退卻，已沉積的成礦物質(zhì)又遭受紅土化作用。此時大量的高嶺石就轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰蹭X石，形成了鋁土礦床。這就是成礦作用的簡單過程，對其成因問題可概括為：鈣紅土-沉積-改造型。

此礦系形成后，由于地殼再次升降，每次海侵-海退，就形成一層鋁土礦或鋁質(zhì)粘土巖。但每次紅土化作用都進(jìn)行得不徹底，故形成具有一定韻律的鋁土巖或鋁質(zhì)粘土巖，這就是導(dǎo)致含礦巖系有多層鋁土巖或鋁質(zhì)粘土巖和鋁土礦的原因所在。

志謝：本文在成文過程中得到金中國研究員的修改、補(bǔ)充，在此深表感謝。

[1] 楊曉飛,韓文斌,冉藝. 貴州省清鎮(zhèn)市犁倭鄉(xiāng)黑土田鋁土礦普查地質(zhì)報告[R]. 貴州省有色地質(zhì)勘查局一總隊, 2008：11-20.

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