河南铝土矿矿物成因及其演化序列

2012-02-02刘学飞王庆飞李中明冯跃文蔡书慧王佳奇江露露

地质与勘探 2012年3期

刘学飞，王庆飞，李中明，冯跃文，蔡书慧，康微，王佳奇，江露露

(1.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083 2.河南省地质调查院，河南郑州 450001)

1 前言

铝土矿是在潮湿的热带-亚热带气候条件下地表风化作用的产物，矿石中以含Al、Fe和Ti的氢氧化物和氧化物为特征(Bárdossy，1982;Bárdossy and Aleva，1990;Evans，1993;D＇Argenio and Mindszenty，1995;Calagari and Abedini，2007;Deng et al.，2010)。根据基岩类型，铝土矿主要分为喀斯特型和红土型两类。产于碳酸盐岩古喀斯特面之上的称为喀斯特型铝土矿，产于铝硅酸盐岩之上的称为红土型(Bárdossy and Aleva，1990;D＇Argenio and Mindszenty，1995)。我国铝土矿主要分布在山西、河南、贵州、桂西等地，均属典型喀斯特型铝土矿;少部分红土型铝土矿分布在福建和桂中地区。

目前，国外学者对铝土矿物质组分研究的主要目的是通过矿物组成、组合、成因以及元素组成和变化规律探索铝土矿成矿过程。近年来，许多国外学者通过矿相学、矿物学、矿床地球化学等多学科综合研究对喀斯特型铝土矿物质来源和成矿过程进行探索研究(Horbe and Costa，1999;Mordberg，2001; Öztürk and Hein，2002;Stanjek，2002;Emmerich and Smykatz-kloss，2002;laskou et al.，2005;Garcia-Guineaa et al.，2005;laskou et al.，2006;Cornell and Schwertmann，2006;Mameli and Oggiano，2007;Bogatyrev and Zhukov，2009)。Mordberg(1996)探讨了俄罗斯北部古生代铝土矿中微量元素沿着剖面的变化规律，查清了微量元素在成矿过程中的变化规律。Mordberg(2001)研究了俄罗斯Schugorsk喀斯特型铝土矿中微量元素组成和赋存状态，查清了铝土矿化过程中微量元素的变化规律和赋存特征。Temur and Kansun(2006)通过对土耳其Masatdagi硬水铝石型铝土矿的矿物学特征研究揭示了铝土矿形成于内喀斯特环境;Mameli et al.(2007)探讨了意大利西部的Nurra铝土矿地球化学和矿物组成特征，并且利用铕异常(δEu)对铝土矿物质来源进行示踪。

国内铝土矿物质组分研究主要集中于对矿石矿物和元素组成的认识上;其次是通过矿石矿物特征和地球化学元素组成和空间变化规律的研究进行判识铝土矿物质来源和查清铝土矿成矿过程(张乃娴，1985;刘长龄，1985;杨冠群，1987;程学志，1990;吴国炎，1996;温同想，1996;刘学飞等，2008;Liu et al.，2010)。但是铝土矿中主要矿物类型的成因一直是研究中的薄弱环节;这严重影响了正确认识铝土矿形成环境、成因机制和成矿过程。

豫西是我国铝土矿资源的重要基地，豫西铝土矿是我国喀斯特型铝土矿的典型代表。铝土矿的研究起始于20世纪50年代，60、70年代处于空白时期。50年代的研究主体集中于对豫西铝土矿时代问题的讨论(张文堂，1955;甘德清，1958;张崇淦，1958;张文波，1958;赵一踢，1958);也有部分学者对铝土矿矿物组成(刘长龄，1958)、物质来源与成因进行了初步的探索(赵一踢，1958;舒文博，1959)。80年代以来，豫西铝土矿成为矿床学领域研究的热点之一。研究集中于矿床地质特征、矿体特征、成矿时代、矿石结构构造、物质组成、成矿环境、成矿规律、控矿因素、物质来源、矿床成因和成矿过程多个方面。

随着测试技术方法的不断发展，从矿石中识别出的矿物种类也逐步增加。目前为止，从豫西铝土矿矿石中识别出矿物类型有30余种(刘长龄，1958;陈廷臻，1985;刘长龄和时子祯，1985;张乃娴和姬素荣，1985;张乃娴，1985;刘长龄，1985;李启津，1985;杨冠群，1987;吕夏，1988;施和生，1989;程学志，1990;温同想，1996;褚丙武和赵春芳，2000;翟东兴，2002)。吴国炎(1996)将豫西铝土矿中矿物归纳为五大类型:Ⅰ-铝矿物，包括硬水铝石、勃姆石和三水铝石;Ⅱ-粘土矿物，包括伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石、叶蜡石、地开石、埃洛石;Ⅲ-铁矿物，包括赤铁矿、针铁矿、菱铁矿、黄铁矿、磁铁矿、钽铁矿;Ⅳ-钛矿物，包括金红石、锐钛矿和板钛矿;Ⅴ-其他微量矿物，锆石、电气石、硫磷铝锶矿、明矾石、方解石、石英、长石等。豫西铝土矿总体上是以硅、铝、钛矿物为主，不同地区矿物组合略有差异。

本文通过X衍射(XRD)、电子探针(EPMA)、扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)和热重(DTA/ TG)等方法对豫西多个典型矿区铝土矿矿石中矿物组成组成、矿物组合、化学组成和热重特征等进行了综合分析，探索了主要组成矿物的成因，建立了矿物形成演化序列，为理解豫西喀斯特型铝土矿成因机制和成矿过程提供参考。

2 区域地质与矿床地质

豫西铝土矿区位于华北克拉通南部，秦岭造山带的北部(刘学飞，2011)。华北克拉通前寒武纪结晶基底主要由一系列变质岩组成，从寒武纪到中奥陶世发育深海页岩沉积和浅海碳酸盐岩建造(孟祥化和葛铭，2004;万天丰，2006)。在晚奥陶世，华北克拉通和北秦岭抬升，并且发生强烈的风化和喀斯特化作用，形成典型的喀斯特地貌。晚石炭世发生多次的海侵，风化物被搬运到华北克拉通内形成的喀斯特洼地中，形成了大规模的喀斯特型铝(粘)土矿。

豫西铝土矿含矿岩系层序组成及特征明显受古喀斯特地形的控制。本文选择了豫西地区出露较好的典型矿区结合钻孔资料对其(郁山、府店、张瑶院、料坡村、南坻屋、贯沟、石寺、王家后、波茨、刘庄、大安矿区)含矿岩系层序变化特征展开深入研究调查。研究表明，豫西铝土矿含矿岩系自下而上主体由铁质风化壳/铁质粘土岩、豆鲕状铝土矿、粘土岩、块状铝土矿和碳质粘土岩组成(刘学飞，2011;李中明，2007;吴国炎，1996)。

研究显示豫西铝土矿有三种基本产出形态:Ⅰ-层状、似层状，层状、似层状铝土矿主要分布于嵩山古陆北坡和中条古陆南侧，在平面上多位于大型宽阔的缓坡状岩溶洼地的边缘至半坡，基底碳酸盐岩的岩溶作用不甚发育，往洼地中心矿体变薄或者歼灭;Ⅱ-扁豆状(透镜状)，扁豆状、透镜状铝土矿主要分布在秦岭古陆北侧和嵩山古岛、箕山古岛和风后岭古岛相互交错部位;在平面上分布在古岩溶的溶盆和溶洼发育地段，古地形起伏较大;Ⅲ-溶斗状，溶斗状铝土矿主要发育在古岩溶强烈发育的溶斗地段，古地形起伏相对剧烈，矿体赋存于溶斗中，受溶斗地形的控制，典型的矿床有新安张窑院、禹州方山;豫西典型矿区矿体形态类型严格受岩溶古地形的控制。豫西岩溶古地形非常复杂，总体可以划分为四种类型，分别是溶斗、溶洼、溶盆和溶原。矿区中岩溶类型主体为溶斗且溶斗为闭合型时，矿体主体呈透镜状产出;当溶斗向某一方向开口时，矿体由透镜状向外转为似层状;矿区中岩溶类型为闭合型溶洼时，矿体呈现似层状，且矿体向溶洼两壁逐步歼灭;当溶洼向一方向开口，矿体类型向开口方向逐渐转变为层状。溶盆和溶原中矿体主体呈层状展布，局部地方出现似层状(刘学飞，2011)。

图1 豫西地区典型铝土矿矿石样品XRD图Fig.1 XRD patterns of bauxite ores from the typical bauxite deposit in western Henan ProvinceD-硬水铝石，I-伊利石，A-锐钛矿D-diaspore，I-illite，A-anatase

3 矿物组成与特征

文中利用XRD分析了典型矿区铝土矿的主要矿物组成，借助EPMA分析探索了矿物化学组成特征，通过SEM-EDS观察了矿物形貌及矿物组合关系以及DTA测试了矿物热分解性质。

XRD分析在中石油勘探开发科学研究院实验中心粉晶衍射室完成。使用仪器为日本理学D/ Mac-RC，试验条件为:靶CuKα1，电压40kV电流80mA，石墨单色器，扫描方式为连续扫描，扫描速度8°/分，狭缝 DS=SS=1°，环境温度 18℃，湿度30%。SEM-EDS分析在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室扫描电镜室完成。EPMA分析在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室电子探针室完成。仪器为JCXA-733，电压15kV，电流1×10-8A，电子束斑大小1μm。DTA分析在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室热重实验室完成，仪器型号为:SDT Q600 V8.0 Build 95，测试条件为:温度范围:0～1200℃，升温速率: 10℃/min，气流速率:100ml/min。

3.1 矿物组成

多种分析方法综合研究揭示豫西铝土矿矿物组成主要包括括硬水铝石、伊利石、锐钛矿，含有少量的刚玉、水铝英石、高岭石、蒙脱石、绿泥石、叶蜡石、埃洛石、菱铁矿、针铁矿、赤铁矿、黄铁矿、磁铁矿、钽铁矿、金红石、硫磷铝锶矿、锆石、电气石、铬铁矿、自然硅、硅铁矿、斜长石、钾长石、方解石和刚玉(图1、2和3)。

硬水铝石在矿石中主体呈隐晶质集合体出现，是组成矿石的主要组分;部分结晶较好的硬水铝石主要呈长柱状、板状(图2)。硬水铝石差热分析显示，在515～540℃时，硬水铝石中结构水全部失去，转变为α-Al2O3，表现在差热曲线中是在这个温度范围之间有一强的吸热谷(图3)。差热分析显示硬水铝石吸热峰值相对偏低，指示硬水铝石具有较细小的颗粒和较低的结晶度(表1)。硬水铝石电子探针分析结果见表2，分析结果显示硬水铝石中Al2O3含量为83.27～84.11%;SiO2和FeO普遍存在硬水铝石晶体中，含量多数不足1%;此外，TiO2也在部分硬水铝石中存在。其余元素包括MgO、CaO、MnO等也广泛存在硬水铝石晶体中。

表1 豫西典型铝土矿矿石热分解温度峰值(℃)Table 1 Endothermic peaks of ores from the typical bauxite deposit in western Henan(℃)

表2 豫西典型铝土矿中硬水铝石电子探针分析结果(wt.%)Table 2 EPMA analysis results of diasporites from the typical bauxite deposit in western Henan(wt.%)

图2 豫西地区典型矿区铝土矿矿石矿物形貌特征Fig.2 Characteristics of morphology of the bauxite ore Minerals from the typical bauxite deposit in Western Henan

伊利石在矿石中主要呈鳞片状集合体赋存于硬水铝石空隙中(图2)。研究中同时发现伊利石和硬水铝石接触边界并不是间断的，而是一个逐渐过渡的边界;大多数与伊利石接触的硬水铝石边界均有明显的溶蚀现象，而且有鳞片状伊利石从硬水铝石向外生长;这一现象说明伊利石的与硬水铝石密切相关。伊利石差热分析显示，伊利石的第一个峰值在490℃左右吸热释放结构水，在910～930℃之间放热发生相转变(图3)。伊利石电子探针分析结果见表3，结果显示Al2O3含量为32.84～37.89%， SiO2含量为45.71～47.43%，K2O含量为9.18～11.25%，三者均呈现较大的变化范围。除两个主要元素外，Na2O、MgO、CaO、TiO2和FeO元素普遍存在伊利石矿物中;Na2O、MgO和CaO三者的出现可以解释为类质同象代换伊利石矿物中的元素K2O，而TiO2和FeO则主要和为包体混入物。此外，元素MnO也在部分矿物晶体中发现。

图3 豫西典型铝土矿矿石样品DTA曲线图Fig.3 The DTA graphs of typical ores from the typical bauxite deposit，Western Henana-硬水铝石差热曲线，b-硬水铝石差热曲线，c-硬水铝石差热曲线，d-伊利石、硬水铝石和高岭石差热曲线，e-硬水铝石和高岭石差热曲线a-DTA curve of diaspore，b-DTA curve of diaspore，c-DTA curve of diaspore，d-DTA curve of illite，diaspore and kaolinite，e-DTA curve of diaspore and kaolinite

在矿石中发现两种不同类型的针铁矿;第一类型呈脉状、集合体形式穿插在基质中或者充填在基质空隙中;第二类型的针铁矿呈完好的立方体状赋存于伊利石中。针铁矿一般呈片状、柱状或针状，立方体型的针铁矿说明其可能是黄铁矿后期氧化转变为针铁矿，保存了黄铁矿的原始晶体形态。针铁矿电子探针分析结果见表4。分析显示Fe2O3含量为73.77～85.68%，变化范围较大;SiO2含量为2.90～6.74%;Al2O3含量为0.80～3.74%;另外CaO、 MgO、K2O虽然含量均不足1%，但是普遍分布在针铁矿中。上述特征说明在针铁矿结晶形成时期，环境中大量富集Al、Si、K、Mg和Ca离子;同时Al主体以类质同象代换存在针铁矿中，而K、Mg和Ca则可能主体吸附到矿物表面或者矿物结构空隙中。其余元素包括Na2O和MnO也在部分矿物晶体中存在。

表3 豫西典型铝土矿中伊利石电子探针分析结果(wt.%)Table 3 EPMA analysis results of illite from the typical bauxite deposit in western Henan Province(wt.%)

表4 豫西典型铝土矿中针铁矿电子探针分析结果(wt.%)Table 4 EPMA analysis results of goethite from the typical bauxite deposit in western Henan Province(wt.%)

重矿物锆石、金红石多集中分布在铝土矿层的底部，锆石晶体具有明显的磨蚀棱角以及不规则的表面形态，指示锆石颗粒经历了长期的搬运作用;金红石主体呈细小颗粒分散在由硬水铝石或者伊利石组成的基质中。锐钛矿主要和硬水铝石共生，赋存于硬水铝石组成的基质中，呈现良好的结晶形态。黄铁矿广泛存在铝土矿层中，而且和硬水铝石以及伊利石密切共生，指示黄铁矿主要和硬水铝石同时结晶形成于成矿期。刚玉含量较少，分散在硬水铝石基质中，磨蚀的晶体形态说明其来自物源区，经历了长期的磨蚀和搬运过程。

高岭石差热分析显示，高岭石矿物在550℃左右有一吸热峰，释放结构水，在980℃左右放热发生一相转变(图3)。水铝英石主要存在于粘土矿物中。

3.2 矿物成因

3.2.1 铝化合物

铝化合物主要包括硬水铝石、三水铝石以及微量刚玉;其中，三水铝石在本次研究中没有发现，前人在部分矿区发现微量三水铝石。

目前多数学者研究认为铝土矿矿石中硬水铝石的成因有如下三种解释:①-变质成因(Gorecky et al.，1949;Ervin and Osborn，1951;Temur and Kansun，2006)，该理论指的是红土化初期形成的三水铝石在成岩作用过程中受到压缩失水而转化为软水铝石;软水铝石在浅变质作用下晶格转化形成硬水铝石矿物。②-风化成因，认为三水铝石在低温条件下是稳定的，由三水铝石向硬水铝石转变是一个放热的过程，会自然进行;此外，一些学者认为岩石在风化作用的过程中，高岭石中淋滤出SiO2是非常缓慢的过程，高岭石的八面体结构没有被破坏，有Al2O3替代SiO2在高岭石的位置，转化为硬水铝石，无需能量转化。但是该中观点目前在实际铝土矿研究中实例较少。③-简单成岩成因(Kennedy，1959; Keller，1962;Keller and Stevens，1983;Valeton，1964; Kittrick，1969;Nia，1968，1971;Bárdossy，1982;Özlü，1985;D’Argenid and Mindszenty，1995;Liu et al.，2010)，该观点认为硬水铝石是在成岩作用过程中结晶形成，近年来，该种观点占据了主导地位。目前，国内外研究者对铝土矿的变质成因和成岩成因均持肯定的态度;但是，对变质成因的硬水铝石，在三水铝石经历变质作用转化为硬水铝石的过程中，周围岩石也发生了一定的变质作用;最典型的底板碳酸盐岩通常变质为大理岩(Temur and Kansun， 2006)。另外，在化学组成上，变质作用形成的硬水铝石晶体中元素组成简单;然而，结晶成因的硬水铝石通常具有复杂的元素组成。

硬水铝石电子探针分析显示晶体中存在Fe、Si和Ti等其它元素。最重要的一个特征为铝土矿底板奥陶系碳酸盐岩并没有变质迹象。同时，硬水铝石主体呈隐晶质与锐钛矿密切共生。上述特征指示豫西铝土矿矿石中硬水铝石主要为简单的成岩结晶成因。但是，在一些铝土矿中也出现了硬水铝石和针铁矿密切共生的鲕粒;针铁矿一般形成在红土化过程的表生环境;二者的共生指示少量的硬水铝石也在表生环境中形成，或者在还原环境下形成的硬水铝石与黄铁矿鲕粒，其中黄铁矿在表生环境下被氧化成针铁矿。

三水铝石矿物在矿石含量较少，主要认为三水铝石为陆源阶段红土化的产物。铝土矿中的刚玉通常是风化作用过程中残留矿物，或者是后期硬水铝石变质脱水形成;豫西铝土矿中刚玉主体为风化阶段残留的矿物。

3.2.2 铁化合物

豫西地区含矿岩系中铁的化合物种类较丰富，包括有针铁矿、赤铁矿、菱铁矿、黄铁矿、磁铁矿和钽铁矿等。赤铁矿、针铁矿可以通过地表风化作用释放出来的铁离子在地表环境下结晶形成，该类型铁氧化物形成的条件是pH＞7、Eh＞0.2(Grubbs et al.，1982;Bárdossy and Aleva，1990;D’Argenid and Mindszenty，1995;Anthony et al.，1997;Temur and Kansun，2006)。也有部分通过氧化已经形成的黄铁矿和菱铁矿等二价铁矿物形成(Anand et al.，1991; Bárdossy and Aleva，1990)。豫西铝土矿中赤铁矿含量较少，主体为地表风化作用时形成的产物;然而扫描电镜分析显示大量针铁矿主体以脉状的形式穿插在以硬水铝石和伊利石组成的基质中，这说明大部分针铁矿形成晚于硬水铝石，而且为铁质流体的渗透、结晶形成，为成矿后期产物。

菱铁矿通常出现在含矿岩系的底部，呈细小鲕粒状产出;说明菱铁矿形成于成矿前期(同生期)。黄铁矿是喀斯特型铝土矿中常见的一个矿物(Bardossy，1982;Öztürk and Hein，2002;Laskou and Economou-Eliopoulos，2007)。铝土矿中黄铁矿的形成通常与有机质和碎屑状铁的氧化物/氢氧化物有密切关系，由海水带入喀斯特洼地而形成(Berner，1981; German-Heins，1994;D’Argenid and Mindszenty，1995;Kalaitzidis et al.，2009)，通常和硬水铝石密切共生。豫西铝土矿中黄铁矿主要和硬水铝石密切共生，指示其形成于成矿期。

磁铁矿主体为陆源重矿物，是风化作用的结果。钛铁矿可能是陆源重矿物的组成部分;也可能是沉积型铝土矿形成过程中结晶形成。

3.2.3 钛化合物

铝土矿中主要存在的钛的氧化物有锐钛矿和金红石，还有少量的板钛矿等。豫西铝土矿中，钛的氧化物以锐钛矿为主。锐钛矿的生成条件及范围较狭窄，只有在TiO2供应充分、低温低压及弱碱性的环境下才能形成(Özlü，1985);金红石主要形成于相对高温高压的地质环境中，但在热液条件下也能生成。豫西铝土矿矿石中的锐钛矿和硬水铝石共生，互相包含和穿插，反应大量的锐钛矿是成矿期/成岩期结晶形成。金红石晶体形态保持完好，大部分分散在硬水铝石和鲕绿泥石集合体中，代表了一种碎屑来源。

3.2.4 粘土矿物

豫西含矿岩系剖面中粘土矿物主要包括伊利石、高岭石和少量的绿泥石;其中以伊利石为主。伊利石是地表环境下最普遍的一种粘土矿物，其成因经历了长达一个世纪的探索和研究;但是其成因仍然存在很大的困惑(Bétard et al.，2009)。目前，对风化作用中形成的伊利石有两种成因观点:①-伊利石主要由云母转化而形成，该过程中矿物结构并没有明显改变(Meunier and Velde，2004);②-钾长石和斜长石通过蚀变等转化为伊利石，该过程中矿物结构发生了改变，伊利石为一个新生矿物(Reichenbach and Rich，1975;Singer，1989;Meunier and Velde，2004)。典型矿区中伊利石电子探针和扫描电镜分析显示伊利石主体呈隐晶质，是组成矿石基质的主要成分。部分伊利石继承了云母的板状形态，这说明伊利石主要是由云母在地表红土化过程中转变而形成;但是也不能排除伊利石可以通过钾长石或者斜长石转化而重结晶形成。此外，大部分伊利石主要以集合体形态赋存于硬水铝石集合体的空隙中，而且二者接触的边界处硬水铝石具有明显的溶蚀现象;这说明硬水铝石可能在后期改造为伊利石。

高岭石是大多数铝土矿普遍存在的一种粘土矿物，其可能为风化残留、同生和后生来源(Dangiĉ，1985)。经铝土矿高岭石化作用而形成的后生高岭石已经在世界多个国家和地区报道(Goldman，1955;Goldman and Tracey，1964;Bushinsky，1968; Valeton，1972;Bárdossy，1982;Keller and Clarke，1984)。在豫西铝(粘)土矿中，高岭石主要分布在奥陶系碳酸盐岩表面的风化壳中，是典型的风化过程的产物，部分矿区中高岭石可以被埃洛石取代。此外，在部分矿区中研究发现硬水铝石集合体和高岭石集合体密切共生，该类型高岭石可能是后期硬水铝石硅化形成。

鲕绿泥石在还原环境(pH在7～8的范围内，Eh高于-0.2，如pH在8～9的范围之内，Eh高于0)和低压条件下形成(D＇Argenio and Mindszenty，1995;Temur and Kansun，2006)。豫西含矿岩系中鲕绿泥石含量较少，多数是以碎屑的形式被包裹在基质中，说明鲕绿泥石形成于一定的喀斯特环境并经过一定距离的运移到达成矿场所，形成早于成矿期。此外，在部分矿区中，鲕绿泥石也可以是粘土矿物的主要组成部分。例如在府店矿区李家窑铝土矿中，鲕绿泥石普遍发育并具有良好的晶体形态，说明该类型鲕绿泥石为成矿期结晶形成。

3.2.5 其它矿物

豫西铝(粘)土矿中还包括微量锆石、电气石、斜长石、钾长石和方解石。其中锆石、电气石是风化作用过程中重要的重砂矿物，来自陆源期风化产物。斜长石、钾长石和方解石均是铝土矿周围岩石中主要的矿物成分，因此均可能是风化残留物，但是也可以是后期的热液作用形成。

4 矿物演化序列

豫西铝土矿矿物生成顺序，前人也做过大量研究，取得了一些结论和认识(温同想，1996;吴国炎，1996)。本次研究中，新发现了几种矿物类型，并结合多种研究手段对主要矿物类型成因进行了全面的解释;结合前人研究成果，本文重新阐述了豫西铝土矿主要组成矿物生成过程与顺序(表5)。矿物形成阶段大概可以划分为四个阶段:陆源期、同生期、成矿期、成矿后期和表生期。根据显微镜及扫面电镜下观察结果显示，各矿物拥有不同的形态特征，不同的空间位置以及相互之间有不同的穿插关系，证明了其形成于不同的成矿阶段。

陆源期形成的矿物包括两大类，第一种类型是抗风化作用的重砂矿物组合，包括锆石、金红石、磁铁矿、钛铁矿、电气石、碳硅石、铬铁矿、刚玉、自然硅和硅铁矿等，这些碎屑矿物表面均有一定程度的磨损和破碎现象，有的甚至被磨蚀为次圆或是混圆状;第二类矿物是表生风化作用过程形成的新生矿物，这类矿物包括黄钾铁矾、明矾石、高岭石、埃洛石、以及部分伊利石、水铝英石、针铁矿、赤铁矿等。

表5 豫西铝土矿中主要矿物生成顺序表Table 5 Formation sequence of minerals from the bauxite deposit in western Henan Province

同生期是沉积物被搬运到沉积洼地中，还没有压实成岩作用之前发生的一系列物理化学作用过程;在豫西铝土矿中，形成于这个阶段的主要矿物应该是广泛分布在喀斯特洼地底部的菱铁矿和黄铁矿;另外，少量的硬水铝石、水铝英石和方解石等也可能形成于这个阶段。

成矿期主要指的是硬水铝石结晶形成铝土矿时期，在豫西铝土矿中，硬水铝石主要为简单的成岩结晶成因。因此，成矿期对应的为成岩期;该阶段形成的矿物包括硬水铝石、锐钛矿、水铝英石、伊利石、绿泥石、叶腊石、硫磷铝锶矿和少量的绿泥石等矿物。

成矿后期是主要矿物硬水铝石等结晶形成之后，矿石中所经历的一系列改造作用。该阶段包括大量的脉状的针铁矿、部分由硬水铝石转化而形成的伊利石和高岭石。

表生期为铝土矿形成以后，被再次抬升地表之后所发生的一系列转变过程。在豫西铝土矿中，该阶段转变最明显的矿物类型是铁矿物。形成还原环境下的黄铁矿、菱铁矿等二价铁矿物在氧化环境下分解、氧化为针铁矿、赤铁矿等稳定矿物类型。此外，部分粘土矿物的分解会出现富含Al和Si的流体，在合适的环境条件下，会结晶形成高岭石矿物。

5 结论

(1)目前，豫西铝土矿中已发现30多种矿物类型。多种测试手段分析显示，豫西典型铝土矿矿石中主要矿物成分为硬水铝石、伊利石、锐钛矿，矿石中含有少量的针铁矿、高岭石、方解石、金红石、刚玉、绿泥石、黄铁矿等矿物。

(2)硬水铝石主体为简单结晶成因。伊利石主体为风化过程中产物，部分为后期硬水铝石硅质交代的结果。锐钛矿和硬水铝石同期结晶形成于还原环境下。大部分高岭石形成于陆源期风化阶段，少部分为后期硬水铝石硅化转变形成。针铁矿和赤铁矿形成于两个阶段，第一阶段为成矿前风化作用形成的铁质风化壳;第二阶段为铝土矿成岩晚期出现了一期铁质流体活动形成了大量的赤铁矿和针铁矿。重砂矿物金红石和锆石等主要是母岩风化作用的残留物。豫西铝土矿中矿物形成演化可归纳为如下五个阶段:陆源期、同生期、成矿期、成矿后期和表生期。

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