云南丘北县大铁地区铝土矿地质特征及找矿标志

2012-02-02王训练周洪瑞高金汉崔银亮张道红刘加强毛志芳

地质与勘探 2012年3期

于蕾，王训练，周洪瑞，高金汉，崔银亮，张道红，刘加强，毛志芳，郑楠

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083;2.云南省有色地质局，云南昆明 650051)

云南省是中国主要的铝土矿产地之一，主要分布于滇东南地区，近年来相继发现了一系列大中型铝土矿床，如大铁、飞尺角、红舍克、天生桥、铁厂、芹菜塘、卖酒坪、板茂和谷桃等，显示出该地区具有极大的找矿潜力。

前人对铝土矿床地质特征及成因等方面进行了较为详细的研究(Allen，1952;Kennedy，1959;Keller，1978;李启津，1983，1996;布申斯基著.，王恩孚等译，1984;侯正洪，1985;杨冠群等，1986;吕夏，1988;陈廷臻，1989;廖士范等，1989，1991;刘巽锋等，1990;巴多西著.，项仁杰等译，1990;刘长龄等，1988，1991;刘平，2001，2007;Öztürk et al.，2002;Temur et al.，2006;朱永红等，2007;孟健寅等，2011)，尤其近年来国内学者将中国铝土矿与世界同类型铝土矿进行了对比研究，对世界铝土矿成矿理论的研究做出了贡献(Deng et al.，2010;Liu et al.，2010; Wang et al.，2010)。丘北县大铁铝土矿床为一水硬铝石沉积型铝土矿床，深入研究其地质特征与成矿作用过程，总结其成矿规律与找矿标志，对于指导滇东南地区铝土矿的勘查工作具有一定的理论与实际意义。

1 区域地质背景

滇东南处于华南造山带西部边缘，其西为扬子板块。晚古生代时期该区为华南洋盆或滇黔桂洋盆的一部分，发育了泥盆系、石炭系和二叠系以碳酸盐岩为主的稳定类型的沉积，长期处于一相对稳定的构造背景。

区内铝土矿主要成矿期为晚二叠世吴家坪早期，该时期滇东南地区沉积环境为西有康滇古陆，南有屏马-越北古陆。成矿环境总体为一向北东方向开放的、位于古陆边缘或古海岛边缘的低能滨岸-浅海环境，有利于铝土矿的形成。

区内矿床类型主要为沉积型和堆积型，沉积型铝土矿床受地层和古地理环境控制明显。

2 矿区地质

矿区内出露地层主要为上古生界及中生界的一套海相碳酸盐岩与碎屑岩系(图1)。矿体赋存于上二叠统龙潭组(P3l)下部，与下伏地层呈不整合接触关系。下伏地层架木格地区为峨眉山组玄武岩，其它地区为威宁组灰岩。

图1 云南省丘北县大铁矿区地质简图①Fig.1 Geological sketch map of the Datie ore field in Qiubei County，Yunnan Province①1-个旧组;2-永宁镇组;3-洗马塘组;4-龙潭组;5-峨眉山组玄武岩;6-威宁组;7-大塘组;8-榴江组;9-地质界线; 10-不整合地质界线;11-性质不明断层;12-沉积型铝土矿化带;13-滇东南铝土矿分布区;A-A＇-古城P14实测剖面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

区内断裂构造发育，大致有NW、NNW及NE向三组，龙潭组被NE和NW向断裂错断呈雁状断续分布。

矿区与铝土矿成矿关系较密切的火山岩主要为中-晚二叠世峨眉山组玄武岩(P2-3β)，出露于矿区西南部。地球化学研究表明，玄武岩为铝土矿主要的成矿物质来源。

3 矿床地质

3.1 含矿岩系特征

含矿岩系为一套海陆交互相以铝质、铁质和粘土质为主的碎屑岩系。一般下部富铁，中部富铝，上部富炭。厚度受基底古地形影响较大，随基底岩溶面的起伏变化而减薄或增厚，横向上呈现出似层状或透镜状分布特征。一般厚1.2～69.2 m，变化系数0.85，与铝土矿层厚度变化呈显著正相关关系(R =0.83)。

矿区出露地层由上至下简述如下:上覆地层龙潭组上段，灰色硅质灰岩夹硅质岩，0～30 m。龙潭组下段:杂色泥岩、粉砂质泥岩，0～14.5 m;煤层或灰黑色、黑色炭质泥岩夹煤线，局部相变为泥岩，0～11.95 m;泥岩，粉砂岩0～35.6 m;铁铝岩、铝土矿、铝质泥岩:灰～褐灰色，碎屑-团粒状、豆鲕状、致密状、晶粒状结构，块状构造，局部呈条带状构造，呈层状、似层状产出。见草莓状黄铁矿块状集合体。为本区主要含矿层，0～37.1 m;铁质岩、铁质泥岩:褐红色，局部为泥岩、粉砂质泥岩，0～21.8 m。下伏地层为上石炭统威宁组灰岩或中-上二叠统峨眉山组玄武岩。

3.2 矿体特征

大铁铝土矿床矿体呈层状、似层状断续产出，总长约13.5 km(图1)。目前圈定出矿体10余条(表1)，单个矿体一般长500～2000 m，厚2.7～18.0 m，平均厚6.4 m。矿体厚度明显受下伏基底控制，低洼处厚度大，凸起处厚度薄甚至尖灭。矿石含 Al2O339.86% ～67.58%;含 SiO215% ～ 35%;含Fe2O315% ～20%;铝硅比值2.3～8.6，最高达32.6②。

表1 云南省丘北县大铁铝土矿床矿体特征②Table 1 Geological features of the Datie bauxite deposit in Qiubei County，Yunnan Province②

3.3 矿石特征

3.3.1 矿石结构构造与矿石类型

矿石颜色呈灰白、灰、深灰、褐灰色，多呈块状构造，局部具条带状构造。结构有致密状(图2-a)、晶粒状(图2-b)、碎屑-团粒状(图2-c)、豆鲕状(图2-d)等。豆鲕核心多数由铝土物质、粘土矿物(高岭石等)和铁质氧化物(针铁矿)组成。

矿石类型按结构分主要为碎屑状铝土矿，其次为豆鲕状、致密状和半粗糙状铝土矿。半粗糙状铝土矿石主要呈晶粒状结构，颜色灰白色，多位于含矿层上部，品质相对较好，与表生再富集作用有关。按其外观形态来说，白色至浅灰色，质地相对较松软，体重较小，一般位于含矿层上部，品质较好(Laskou et al.，2007);其次是深灰色-灰褐色，较硬，此种铝土矿的品质也较好，多位于含矿层中部;第三种是褐红色，多位于含矿层下部，品质相对较差。造成外观形态差别的主要原因是由于除氧化铝外，在铝土矿中还含有许多杂质，主要是含硅、铁和钛的各种矿物。

图2 云南省丘北县大铁铝土矿矿石结构类型Fig.2 Microphotos showing texture of ores from the Datie bauxite deposit in Qiubei Countya-致密状;b-晶粒状;c-碎屑状;d-豆鲕状a-compacted structure;b-crystal structure;c-clastic structure;d-oolitic structure

矿石中主要矿物为一水硬铝石，其次是高岭石、伊利石、绢云母、绿泥石、锐钛矿、针铁矿、赤铁矿、黄铁矿、金红石和玉髓等。

矿石类型及结构构造特征是反映矿床形成条件及成矿过程的重要标志之一。不同类型的矿石，其形成方式和成矿过程有一定的差异，其中沉积时的岩相古地理环境及成矿环境的介质条件的差异起着主要影响作用。致密状反映相对低能的环境，在含矿岩系的底部较为发育，一般沉积环境为局限浅海带上部。豆鲕状和碎屑状主要分布于含矿岩系中上部，在矿区西边较发育，反映相对高能的海水动能条件，显示由西南高向北东低方向，水域逐渐加深，系潮下带沉积环境的产物。

3.3.2 矿石化学组成特征

本次研究对架木格、古城和大铁矿段进行了系统采样化学分析(表2)，样品铝土岩11件，灰岩1件(B1)，玄武岩1件(B2)。玄武岩样品(B2)由中国地质大学(北京)实验室测定，其主量元素测试仪器为ICP-OES，微量和稀土元素测试仪器为Agilent 7500a。其余样品由河北省区域地质矿产调查研究所实验室测定，其主量元素组成用X荧光光谱仪(帕那科公司)测定，微量和稀土元素组成用 X Serise 2等离子体质谱仪测定。

测试结果表明，矿区矿石Al2O3含量31.5%～53.16%，平均43.98%，SiO23.8% ～37.5%，平均16.21%，硅质偏高，Fe2O3含量1.38% ～29.98%，平均15.17%，S含量一般0.02% ～0.15%，平均0.13%，仅在局部含黄铁矿层出现高值，达0.79%。铝硅比值变化范围为0.96～12.63，平均4.45。垂向上，矿体中部Al2O3含量相对较高，下部铁含量较高。含矿岩系Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2和H2O+5种化学成分含量之和＞95%，反映红土化作用总体较强，成熟度较高。

将各矿段铝土矿Al2O3含量分布与沉积相类型进行对应分析(表3)，可以看出，自西南向北东方向沿沉积相带的变化方向，即沿潮下带-局限浅海带上部，由架木格→古城→大铁矿段，矿石Al2O3含量呈降低趋势，潮下带为成矿有利相带。

表2 云南省丘北县大铁铝土矿(岩)石主量元素化学成分(%)分析结果表Table 2 Chemical components of major elements in the Daitie bauxite deposit(%)

表3 云南省丘北县大铁矿区各矿段铝土矿石主量元素化学成分(%)分析结果表Table 3 Chemical components of major elements in different ore sections of the Daitie bauxite deposit(%)

3.4 成矿阶段划分与成矿作用过程

大铁铝土矿成矿作用受多种因素的制约，大致可划分为3个成矿阶段:

(1)古风化壳发育阶段。成矿母岩，主要是玄武岩经风化作用(物理、化学分解)形成红土风化壳，形成的一水硬铝石矿物碎屑与其它风化产物或铝土矿碎屑一起，在后来的海侵作用下经短距离搬运至沉积盆地中。铝土矿石碎屑颗粒类型多样，主要以内碎屑为主，反映了以机械搬运为主的沉积特征。碎屑、团粒和豆鲕粒常同时出现，且大小混杂，表明成矿物质的迁移方式为胶体和机械搬运。

(2)沉积-成岩阶段。被搬进沉积盆地的风化产物或铝土矿碎屑，在成岩作用过程中，由于温度和压力等的变化，经化学分解形成新的矿物。如一水硬铝石于硅铝质或粘土质-高岭石质的基质中渐渐晶出，本区较为常见(图2-b)。碎屑由复碎屑组成，包含鲕粒和碎屑矿物，碎屑矿物具定向排列，均指示了成矿物质经历多期搬运后再沉积的特征，此阶段为铝土矿主要成矿期。

成岩后期在适宜的介质条件下，一水硬铝石再(重)结晶或由铝真溶液直接析出，充填于溶蚀的孔洞中或沿裂隙壁生长填充，此种类型在本区所占比例很小，但分布较广。

(3)表生阶段。深埋地下的含矿岩系随地壳的隆起，抬升暴露地表或接近地表，在表生作用下，受大气渗流水淋滤作用，再次脱硅、除铁和去硫，使原有铝土矿更加富集，在含矿层上部形成半粗糙状、品质相对较好的铝土矿石(图2-b)。

4 成矿规律与找矿标志

4.1 成矿规律

(1)铝土矿产出与分布严格受地层层位控制。矿体赋存于古风化侵蚀面上的上二叠统吴家坪阶下段，假整合于中-上二叠统峨眉山组玄武岩或上石炭统威宁组灰岩之上。

(2)铝土矿产出与分布受沉积环境控制。铝土矿床(点)主要分布于古陆(岛)周围及靠近古陆(岛)的潮下带-局限浅海带上部，以潮下带成矿相对较好。

(3)含矿岩系及铝土矿层的规模、形态和厚度严格受成矿前古地形地貌的控制。随基底侵蚀面起伏变化而减薄或增厚，凹处沉积厚，凸出处沉积薄，呈似层状或透镜状断续分布。矿层厚度变化与含矿岩系厚度呈显著正相关关系。

(4)含矿岩系的沉积序列为下部富铁质，中部富铝质。由下向上依次出露铁质岩→铁铝岩→铝土岩→泥岩、粉砂岩→煤层或碳质泥岩夹煤线→泥岩、粉砂岩。铝土矿层在横向上局部地区相变为铝质泥岩。海侵初期形成铁质岩、铁质泥岩或铁铝岩，海侵最大时期形成铝土岩，构成了晚二叠世快速海侵-缓慢海退的沉积旋回，海侵阶段又发育多个次级的海侵海退小旋回，总体表现为一个海侵过程。

(5)矿体的不同部位铝土矿石结构类型有规律的变化。矿体下部主要为深灰、褐红色铁质铝土矿石，结构主要为致密状、豆鲕状和碎屑状;上部近地表主要为浅灰色半粗糙状铝土矿石，结构较下部矿石疏松，品质相对较好。矿石Al2O3含量随类型而异，一般为半粗糙状＞碎屑状＞豆鲕状＞致密状。

4.2 找矿标志

(1)岩相古地理标志:云南省丘北地区晚二叠世吴家坪早期沉积型铝土矿的形成明显受沉积相类型的控制，有利成矿的相带为潮下带-局限浅海带上部。

(2)地层标志:云南省丘北地区晚二叠世吴家坪早期沉积型铝土矿的分布严格受地层层位控制，因此，吴家坪阶下部地层的存在是寻找该层位沉积型铝土矿的必要条件。

(3)物源标志:在具备相同有利的成矿条件下，玄武岩作为铝土矿成矿母岩的可能性比灰岩大得多。二叠系峨眉山组玄武岩为铝土矿的形成提供了丰富的物质来源，玄武岩发育地段为有利成矿区。

(4)构造标志:东吴运动形成的不整合面是间接找矿标志，龙潭组与中-上二叠统峨眉山组玄武岩或上石炭统威宁组灰岩之间的不整合面。

(5)沉积序列标志:含矿岩系的底部常为褐红色铁质岩，顶部常为黑色煤层或煤线，因此铁质岩、煤层或煤线也是找矿标志之一。有铝土矿碎石碎块出露的地方注意附近找矿，浅灰色铝土矿品质较好。

(6)其他标志:沉积矿与堆积矿互为找矿标志，有堆积型铝土矿露头的地方注意查找沉积型铝土矿。

5 结论与讨论

滇东南地区沉积型铝土矿是在晚二叠世峨眉山玄武岩和二叠系、石炭系碳酸盐岩遭受长期强烈风化剥蚀形成了富铝、铁的风化壳，又有周围古陆陆源碎屑物的加入，于海侵时风化壳物质及陆源碎屑物以机械悬浮物或胶体形式迁移搬运到滨浅海地带，由于环境介质及pH值等改变，铁铝质逐渐沉积形成的。在整个沉积过程中，处于相对低能的海湾环境，水动力相对较弱。含矿岩系下部富铁质，海侵初期形成铁质岩、铁质泥岩、铁铝岩，海侵最大时期形成铝土岩，为主要的成矿期。铝土矿的形成经历了快速海侵到缓慢海退的沉积环境演化旋回。其中海侵又发育多期海进海退次级旋回，总体表现为海侵过程，整个成矿过程是在相对稳定的构造背景下进行的。

中、晚二叠世之间的东吴运动，使得地壳抬升，中-晚二叠世峨眉山组玄武岩和二叠系、石炭系灰岩大面积暴露于地表，遭受长期强烈的风化剥蚀，在物理风化和化学风化作用下，K、Na、Ca和Mg等易溶元素和大部分Si被淋滤，Al、Ti和Fe等不活泼元素相对富集，形成古风化壳，为铝土矿的形成提供了丰富的物质基础。

晚二叠世吴家坪早期第一阶段，海侵自北东方向入侵，风化壳物质以及周围古陆(康滇古陆和越北古陆等)的陆源碎屑物，以分散悬浮物机械碎屑形式和胶体形式迁移汇集到滨浅海环境中沉积形成铝土矿。早期脱硅、富铁形成高铁型铝土岩;晚期处于弱氧化-弱还原的环境，形成低铁型铝土矿。

晚二叠世吴家坪早期第二阶段发生海退，海水变浅，逐渐形成沼泽地带，沉积了一套炭质泥岩夹煤线或煤层。含有机质的沼泽水、淤泥水，由于缺氧而处于还原环境，有助于铝土矿中的铁被迁移。

致谢:参加野外工作的还有研究生杜兵盈、尹超同学，野外工作得到了云南省有色地质局、306队和勘测院同志的大力支持与帮助，在此一并表示感谢!

［注释］

① 云南省有色地质局306队.2010.云南省丘北县大铁地区铝土矿勘查工作总体部署图.

② 云南省有色地质局.2009.云南省铝土矿找矿行动计划勘查工作方案.

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