趙曉東，陳遠榮，吳家旭，劉能源，鐘玉龍，陳碩為

(桂林理工大學 地球科學學院，廣西 桂林 541006)

0 引言

平果鋁土礦位于廣西百色平果縣，是我國重要的大型鋁礦基地，具有沉積型鋁土礦以及巖溶堆積型鋁土礦這兩大鋁土礦類型。關于原生沉積型鋁土礦的沉積環(huán)境，前人做了一些研究工作，也取得了較多的研究成果，有的學者認為這類鋁土礦是以原地古風化殼為主要物質(zhì)來源經(jīng)海侵改造而成的海相沉積礦床，即“古風化殼-海相沉積”或者“紅土-海相沉積”模式[1-4]；部分學者從地層接觸關系和古生物化石類型[5-6]、鋁土礦豆鮞的微觀特征[7-9]以及鋁土礦微量元素組成[10]、礦物組成及礦石的結構構造[11]等方面提出了鋁土礦陸相沉積成因的觀點。

前人的研究仍舊存在關于“海相”和“陸相”分歧，關于平果地區(qū)原生鋁土礦成因研究，缺乏系統(tǒng)的、定量的元素地球化學分析，對平果地區(qū)鋁土礦沉積時期的早晚變化特點以及區(qū)內(nèi)不同礦化區(qū)域沉積環(huán)境的差異性缺乏研究和總結。國內(nèi)外眾多研究證明，一些對環(huán)境敏感的特征元素，不僅受其本身的化學性質(zhì)影響，更受到當時沉積介質(zhì)的物理化學條件所影響。元素地球化學分析法對沉積環(huán)境的判別具有顯著的作用，特別是微量元素沉積地球化學特征更是沉積環(huán)境研究的重要指標。如：運用幾種微量元素的含量及比值以及沉積磷酸鹽的分析和其組分比，表明蘇北金湖凹陷曾有過海水侵入的影響[12]；運用對沉積環(huán)境反映敏感的主微量元素得出冷湖地區(qū)上干柴溝為氧化—弱還原過渡的陸相淡水沉積環(huán)境[13]；通過對沉積巖內(nèi)的微量元素及稀土元素進行測試，指示延安組、直羅組沉積時的古水體介質(zhì)均為富氧的淡水環(huán)境，直羅組古水體鹽度相對偏高[14]。所以，本文試圖通過統(tǒng)計各類礦石樣品有關微量元素及相關比值在空間上的變化，反演平果鋁土礦沉積環(huán)境在空間與時間上的演化特征，恢復當時的古地理沉積環(huán)境，加強對平果原生沉積型鋁土礦的認識，以期進一步補充完善該地區(qū)原生沉積型鋁土礦的成礦理論。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

平果鋁礦區(qū)處于華夏板塊與揚子板塊碰撞拼接的過渡帶，同時處在廣西山字型構造體系的前弧西翼外緣和右江復向斜東南部，研究區(qū)見圖1。區(qū)域構造輪廓復雜，形成于燕山期，該構造輪廓奠定了現(xiàn)代桂西鋁土礦成礦帶的構造格局[16]。

平果鋁土礦區(qū)出露地層較為齊全，從古生界到新生界均有出露，其中以石炭系、二疊系及三疊系為主，而泥盆系、新近系及第四系出露相對較少。

礦區(qū)處于右江復式向斜的中部，受到NE—SW向的應力作用，形成了一系列NE向排列且軸向為NW向的褶皺形態(tài)格架，形成的主要褶皺有那豆背斜、太平向斜、太平—教美背斜、果化復式向斜及布絨小向斜。屬于對稱褶皺類型，呈現(xiàn)出背斜寬緩、向斜緊閉的特征，各褶皺的剝蝕程度差別很大，從那豆背斜到太平—教美背斜其剝蝕程度逐漸增加。

平果礦區(qū)的斷裂構造較為發(fā)育，按走向大致分為兩組，主要以平行于褶皺軸向的NW向扭性斷裂為主，次為形成較晚的一系列切割NW向斷裂的NE向小斷裂。斷裂多分布于褶皺軸及兩翼，其中以右江大斷裂規(guī)模最大，為區(qū)域性大斷裂，是整個桂西地區(qū)骨干控礦構造。

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖出露很少，幾乎可以忽略，只在太平向斜的翼部、那豆背斜的北西方向以及平果縣城西南方向出現(xiàn)少許三疊紀晚期海底噴發(fā)的凝灰?guī)r。該地區(qū)的巖漿活動很弱，表明該礦區(qū)受巖漿影響微乎其微。

平果礦區(qū)中塊狀與鮞狀礦石廣泛存在，深灰色、綠灰色、褐黃色、磚紅色、褐紅色及紫褐色等為礦石主要顏色；在偏光顯微鏡下觀察顯示，礦石結構主要為豆鮞狀、碎屑狀等。豆鮞狀結構特點是外形呈球形、橢球形或杏仁狀，碎屑結構中，硬水鋁石多呈他形粒狀、不規(guī)則圓狀及碎紙屑狀。鮞粒的核心是由硬水鋁石和鐵質(zhì)或是黏土質(zhì)礦物以與它們的混合物等礦物組成，鮞體則主要為三水鋁石。顯然，鋁土礦中的豆鮞粒主要是在早期鋁土礦碎塊(部分其他礦物碎片)的基礎上吸附水體中溶解性鋁物質(zhì)后生長結晶的產(chǎn)物。

2 樣品采集、分析與特征元素選擇和測試

2.1 樣品采集與分析

在平果地區(qū)，對鋁土礦礦石進行了較為系統(tǒng)的樣品采集工作。在那豆、太平、教美、果化等4個礦區(qū)共采集鋁土礦樣品25件，其中塊狀礦石14件，鮞粒狀狀礦石11件，采樣位置見圖2。樣品的分析測試由桂林理工大學廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室完成。

圖2 平果鋁土礦沉積型礦石元素分析樣品采樣位置圖

2.2 特征元素的選擇與測試

沉積環(huán)境是現(xiàn)代沉積學研究的重要內(nèi)容，且具有十分重要的意義，它既是沉積地質(zhì)作用場所的環(huán)境，又是沉積地質(zhì)作用產(chǎn)物的物化表現(xiàn)[17-18]。古鹽度作為一個重要的參數(shù)，對地質(zhì)歷史時期海陸環(huán)境的變遷具有一定的指示意義，由于Sr、Ba元素對沉積介質(zhì)中鹽度變化較為敏感，Sr、Ba元素是地殼中分布較廣的元素，其Sr/Ba比值常被用為判別淡水與咸水沉積的重要參數(shù)。氧化還原環(huán)境分析對于沉積型礦床來說尤為重要，它既可以對當時沉積場所的地勢高低進行判別，進而了解其沉積的先后順序，而且還可以對沉積時的地球化學條件進行分析。對氧化還原環(huán)境的分析主要是通過明顯受氧化還原狀態(tài)控制的金屬元素，其在缺氧的環(huán)境下會高度富集。在微量元素中，Ni、Co、U、Th等金屬元素在氧化條件下易于沉淀，而在還原條件下則易溶于水，基于這些元素的地球化學性質(zhì)的差異性，可以利用Ni/Co、U/Th比值法，判別其形成時期沉積環(huán)境的的氧化還原性。為此，本次研究選擇了鍶(Sr)、鋇(Ba)、釷(Th)、鈾(U)、鎳(Ni)、鈷(Co)6個元素作為平果礦區(qū)沉積環(huán)境分析的特征元素。其分析測試及比值計算結果見表1、表2。

表1 沉積型鋁土礦(塊狀)特征元素分析結果

表2 沉積型鋁土礦(鮞狀)特征元素分析結果

3 沉積環(huán)境時空演化特征對比

3.1 不同類型礦石沉積環(huán)境特征

在平果地區(qū)，根據(jù)野外剖面觀察發(fā)現(xiàn)，含礦層位出露有塊狀和鮞粒狀兩種礦石類型。其中，在上部區(qū)域，青灰色豆鮞粒狀礦石廣泛發(fā)育，含礦層下部主要為一些紅褐色含鐵較高的塊狀礦石，顯然，在形成時間上，塊狀礦石形成較早，鮞粒狀礦石形成相對較晚。在含鋁品位上，鮞粒狀礦石的鋁品位一般要高于塊狀礦石的鋁品位。所以，根據(jù)兩類礦石在垂直層位上的差異，在同一地點分別采集不同類型的礦石，分析其中的特征元素含量及其比值，解釋平果鋁土礦的沉積環(huán)境，同時推斷不同成礦時期沉積環(huán)境的演化。

由表1、表2可見，在平果鋁土礦區(qū)，各區(qū)塊的Sr/Ba、U/Th、Ni/Co比值具有如下特征：

Sr/Ba比值：① 那豆礦區(qū)塊狀礦石0.86～1.17，元素的量單位為wB/10-6。

元素的量單位為wB/10-6。

平均值為0.67；鮞粒狀礦石0.27～5.91，平均值為3.09。② 太平礦區(qū)塊狀礦石0.69～3.83，平均值為1.76；鮞粒狀礦石1.36～14.91，平均值為4.91。③ 教美礦區(qū)塊狀礦石0.74～1.03，平均值為0.89；鮞粒狀礦石0.49～0.82，平均值為0.73。④ 果化礦區(qū)塊狀礦石0.24～0.38，平均值0.30；鮞粒狀礦石未在果化礦區(qū)發(fā)現(xiàn)?？傮w上，Sr/Ba比值在塊狀礦石中具有從果化→那豆→教美→太平礦塊逐漸升高的趨勢；而就鮞粒狀礦石而言，該比值具有從教美→那豆→太平礦塊逐漸升高的特點。

U/Th比值：① 那豆礦區(qū)塊狀礦石0.29～1.19，平均值為0.57；鮞粒狀礦石0.80～1.54，平均值為1.04。② 太平礦區(qū)塊狀礦石0.27～1.14，平均值為0.71；鮞粒狀礦石1.56～2.58，平均值為2。③ 教美礦區(qū)塊狀礦石0.16～1.06，平均值為0.66；鮞粒狀礦石0.94～2.07，平均值為1.34。④ 果化礦區(qū)塊狀礦石0.14～0.32，平均值0.21；鮞粒狀礦石未在果化礦區(qū)發(fā)現(xiàn)。總體上，U/Th比值與Sr/Ba比值相似，具有從果化→那豆→教美→太平礦塊逐漸升高的趨勢；而在鮞粒狀礦石中，該比值表現(xiàn)為從那豆→教美→太平礦塊逐漸升高的特點。

Ni/Co比值：① 那豆礦區(qū)塊狀礦石0.35～3.43，平均值為1.94；鮞粒狀礦石4.12～26.61，平均值為12.50。② 太平礦區(qū)塊狀礦石2.33～5.49，平均值為4.07；鮞粒狀礦石5.40～26.72，平均值為13.05。③ 教美礦區(qū)塊狀礦石1.93～5.12，平均值為3.63；鮞粒狀礦石4.60～5.62，平均值為4.97。④ 果化礦區(qū)塊狀礦石2.36～3.37，平均值2.83；鮞粒狀礦石未在果化礦區(qū)發(fā)現(xiàn)?？傮w上，Ni/Co比值在塊狀礦石中具有從那豆→果化→教美→太平礦塊逐漸升高的變化特點，而在鮞粒狀礦石中則表現(xiàn)為從教美→那豆→太平礦塊逐漸升高的特征。

3.2 特征元素指示沉積環(huán)境評判值標準

根據(jù)前人研究結果認為：Sr/Ba值>1時，為海相沉積；Sr/Ba值處于1～0.6之間時，為半咸水沉積；Sr/Ba值<0.6時，為淡水沉積[12，19-21]。對氧化還原環(huán)境的評判標準：① 若Ni/Co值<5時，為氧化環(huán)境；Ni/Co值處于5～7之間時，則為過渡環(huán)境；Ni/Co值>7時，為還原環(huán)境；② U/Th值<0.75時，代表富氧的氧化環(huán)境；U/Th值在0.75～1.25之間時，指示過渡環(huán)境；U/Th值>1.25時，則代表貧氧的還原環(huán)境[22-23]。

3.3 沉積環(huán)境的時空演化分析

在二疊系合山組早期沉積形成的塊狀礦石，在平果地區(qū)各個礦塊均有分布，而合山組后期形成的質(zhì)量較好的鮞粒狀礦石，只發(fā)現(xiàn)于那豆、太平、教美礦區(qū)，果化礦區(qū)未發(fā)現(xiàn)。根據(jù)上述各礦塊不同礦石的分析結果，并將其與指示沉積環(huán)境的評判值比較后發(fā)現(xiàn)，就平果地區(qū)而言，二疊系合山組早期形成的塊狀礦石，大部分形成于氧化環(huán)境，為陸相或海陸交互相的沉積產(chǎn)物，只有太平礦區(qū)有一部分樣品顯示形成于還原環(huán)境，為海相沉積產(chǎn)物，表明當時整個平果地區(qū)水體平均深度較??；在合山組沉積后期海進作用加劇，水體深度變大，形成的鮞粒狀礦石，則基本上形成于還原環(huán)境，屬于海相沉積產(chǎn)物，只有教美礦區(qū)的部分區(qū)域?qū)儆谘趸h(huán)境沉積。顯然在總體上，在二疊系合山組沉積時期，平果地區(qū)的太平礦區(qū)地勢最低，更有利于接受沉積物質(zhì)，其次為那豆礦區(qū)、教美礦區(qū)，而果化礦區(qū)長期處于淺水沉積狀態(tài)，接受的沉積物最少。

4 討論

在桂西平果地區(qū)，存在著兩條深大斷裂帶——下雷—靈馬斷裂帶和右江斷裂帶。下雷—靈馬斷裂帶的活動時間開始于加里東期，最早出現(xiàn)于寒武紀，在一定程度上控制了寒武紀沉積相的分異，此時其東側(cè)西大明山一帶為東南型復理石深水沉積，其西側(cè)則為華北型臺地相沉積；晚古生代更顯其特殊性，于斷裂帶內(nèi)沉積了一套從泥盆紀—二疊紀深水相含硅泥質(zhì)巖系。因此，下雷—靈馬斷裂帶周圍形成寒武紀泥質(zhì)巖系不僅提供了鋁土礦的最初鋁來源，其形成的特殊溝槽地勢同時又為后來海進作用形成的平果沉積型鋁土礦提供了搬運通道的作用。右江斷裂帶活動時代為加里東—喜馬拉雅期，斷裂屬硅鋁層斷裂，長期嚴格控制著兩側(cè)晚古生代沉積巖和厚度變化，即而也控制著平果地區(qū)盆地的形成，使含鋁古風化殼在平果地區(qū)易于沉淀，形成沉積型鋁土礦。

桂西地區(qū)的老基底地層經(jīng)過風化剝蝕之后，形成含鋁古風化殼，這一過程中泥巖、頁巖類的巖石風化使K、Na、Ca、Mg這些堿性元素發(fā)生了化學變化，變成溶于水的鹽類礦物隨著溶液流失，剩下的難溶元素鋁剝離出來，形成膠體，導致含Al古風化殼整體pH值降低，變成酸性。

一般而言，鋁的搬運方式有兩種，一種是以碎屑的方式搬運，一種則是以溶解的方式，且在酸性條件下易于搬運，在堿性條件下易于沉淀。根據(jù)目前對平果沉積型鋁土礦的勘查發(fā)現(xiàn)，其賦存在二疊系合山組和茅口組之間的古風化殼上，而古風化殼則是以灰?guī)r為主的，具有堿性障特點，這剛好有利于搬運而來的碎屑和含鋁礦物沉淀富集。

在桂西地區(qū)，西南方向地勢較高，平果地區(qū)地勢相對較低。二疊紀發(fā)生由西南向北東方向的海進作用，沿著下雷—靈馬斷裂帶這條通道，把成礦物質(zhì)從西南較高的地方搬運進入地勢較低的平果地區(qū)。同時，在平果地區(qū)又廣泛發(fā)育二疊系茅口組灰?guī)r古風化殼(堿性障)，為搬運而來的弱酸性含鋁成礦物質(zhì)的沉積起到了重要欄柵作用。

在整個沉積型鋁土礦于二疊系合山組時期形成過程中，早期水淺，處于氧化的陸相或海陸交互相環(huán)境，形成含鐵較高的紫紅色塊狀鋁土礦；后期隨著海進作用加劇，水體變深，處于海相還原環(huán)境，以早期的鋁土礦礦石碎塊或者周圍環(huán)境通過風化剝蝕帶來的礦物、巖石碎片構成鮞粒狀礦石的鮞核，并與溶解在水中的鋁離子結合成為鮞體，從而進一步形成青灰色鮞粒狀礦石，分布在礦體的上部。隨后，隨著大量生物的死亡，在相對低洼的地區(qū)形成原始有機物富集，并在后期的成巖作用中變化為碳質(zhì)泥巖或煤層。由此，形成平果沉積型鋁土礦含礦層位的特殊剖面特征(圖3)。

圖3 平果沉積型鋁土礦含礦層位野外剖面圖

5 結論

通過對平果各個礦區(qū)的野外地質(zhì)調(diào)查和采集不同種類的礦石，進行了沉積環(huán)境時空演化特征對比，綜合礦石在時間與空間上的關系，從演化的角度討論平果鋁土礦的沉積環(huán)境的特征，得出以下結論：

1)NW向的斷裂體系約束的平果地區(qū)二疊紀時期沉積盆地的形成，NE向的下雷—靈馬斷裂體系為平果地區(qū)鋁土礦成礦物質(zhì)來源提供了運移通道。

2)平果地區(qū)二疊系合山組早期的沉積環(huán)境屬于氧化的陸相和海陸交互相沉積，隨著海進作用加強，合山組后期變?yōu)檫€原的海相沉積環(huán)境。

3)在平果地區(qū)，二疊系合山組時期，太平礦區(qū)為沉降中心，接受沉積作用最為強烈，其次為那豆礦區(qū)、教美礦區(qū)，而果化礦區(qū)沉積作用較弱。

4)平果地區(qū)合山組下部的茅口組灰?guī)r古風化殼的堿性障特點，為具有弱酸性特點的含鋁物質(zhì)的大量沉淀形成沉積型鋁土礦，提供了地球化學約束條件。