河南渑池铝土矿成矿区地球化学背景

王燕茹，王庆飞，刘学飞，李中明

(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，河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，河南郑州 450001)

1 研究背景

根据基岩分类，覆盖于碳酸盐岩古喀斯特面之上的铝土矿被定为喀斯特型铝土矿。大量的学者对铝土矿形成过程中的元素的流动性和富集情况进行了研究(范忠仁，1989;陈汉成等，1996;MacLean et al.，1997;Valeton et al.，1997;Francheschelli et al.，1998;Horbe et al.，1999;Mordberg，2001;Öztürk et al.，2002;戴塔根等，2003;Laskou et al.，2005; Mameli et al.，2007;Calagari et al.，2007;wang et al.，2010，2011;殷科华，2009;刘学飞等，2008)。研究结果表明铝土矿的形成富集Al2O3和TiO2，流失SiO2，Fe2O3和其他碱性元素(汤艳杰等，2001;翟东兴等，2002;Bardossy，1982;Mameli et al.，2007;Meyer et al.，2002;Valeton et al.，1987;MacLean，1990;Calagari et al.，2007;Liu et al.，2010;Deng et al.，2010b)。

铝土矿形成后会经历复杂的褶皱、断层，并且在空间上会有错断，这就意味着找矿更加困难(Zarasvandi et al.，2008)。因此，在褶皱地区确立铝土矿的地球化学找矿指标对隐伏矿床的定位预测有很大帮助的。虽然铝土矿中有稳定的明显的富集元素，但这些元素的分布几乎不能指示铝土矿的空间分布，由于铝土矿的表层成矿元素的各种复杂行为，喀斯特型铝土矿地球化学指标的研究比较少。

渑池铝土矿属沉积型铝土矿，成矿区内有已探明铝土矿床点27个，且该区的铝土矿在形成过程中经历了褶皱和断层。本文主要研究该区矿石的地球化学组成，地球化学背景及水系沉积物元素的浓度分布。在研究地球化学背景的基础上，旨在找出河南渑池铝土矿成矿区的地球化学找矿指标，从而为豫西地区铝土矿勘查提供有用找矿信息。

2 地质背景

研究区出露地层从老到新依次为:新元古界长城系为一套巨厚的中-基性为主的裂隙性喷发岩;新元古界蓟县系属滨海-浅海相的碎屑岩建造;寒武系为碳酸盐构造;奥陶系为灰色厚层-巨厚层灰岩夹白云岩、角砾状灰岩、角砾状白云岩;石炭系为一套铁铝质岩建造，主要由铝铁质粘土岩、铝土岩和粘土岩组成，局部含灰岩、砂砾岩、碳质页岩及煤层;二叠系是湖沼相和河流相为主的含煤建造和碎屑岩建造，由煤层、砂岩、页岩等组成;三叠系属陆相碎屑岩沉积，以河流相为主，湖沼相次之;侏罗系下部为沼泽相含煤建造，上部为红土层，属内陆湖泊沉积;白垩系属内陆湖泊相沉积;新生界属河湖相沉积(图1)。区域结构中占主导地位的是渑池背斜，该背斜被后来的断层错断。区域构造以NE向为主，NW向次之，也有近EW组的断层。

3 典型矿床地球化学组成

本次选择郁山村、火石沟、钻孔1910、钻孔701、钻孔3102、钻孔501六个地方22个样品进行分析，测试结果见表1。本次选择Al2O3含量不低于20%的样品的主量、微量、稀土元素进行详细分析。

3.1 主量元素

矿石样品主要包括 Al2O3(23.26 ～71.10wt.%)，Fe2O3(0.06～15.99wt.%)，FeO (0.17～19.52wt.%)，SiO2(8.6～45.76wt.%)，K2O(0.26～8.85wt.%)，TiO2(0.91～4.90wt.%)，灼失量(H2O++CO2=6.23～20.81wt.%)，和少量的MgO，CaO，P2O5，Na2O和MnO。

3.2 微量元素

为了显示研究区矿石的微量元素富集特征，图2展示了矿区内 Al2O3含量不低于20%样品的微量元素的原始地幔和上地壳标准化蛛网图。

微量元素原始地幔标准化蛛网图(图2a)呈现不规则的起伏，明显富集挥发性元素(B，F)，碱土元素(Li，Rb，Cs，Be，Sr，Ba)，亲硫元素(Ga、Bi)，高场强元素(Zr，Hf，Nb，Ta，Th，U)，和Y;亏损Cu、Zn和亲铁元素Cr、Ni。

与微量元素原始地幔标准化蛛网图相比，微量元素上地壳标准化蛛网图(图2b)中明显富集B，高场强元素(Zr，Hf，Nb，Ta，Th，U)、亲硫元素Bi;碱土元素(Li，Rb，Cs，Be，Sr，Ba)则是轻微富集或略微亏损都有。在所有元素中，B元素的富集是最显著的。

由图2得出，矿石样品中富集B元素、高场强元素(Zr，Hf，Nb，Ta，Th，U)和亲硫元素Bi。

3.3 稀土元素

Al2O3含量不低于20%样品的稀土元素球率陨石配分曲线见图3，稀土配分曲线呈右倾型，稀土总量各不相同，范围为83.50×10-6～1617.98×10-6，均值578.56×10-6，轻重稀土比值4.26～21.99，均值9.69，明显富集轻稀土;铈异常复杂，样品具有一致的负铕异常。

图1 河南渑池铝土矿成矿区地质图Fig.1 Geological map of the Mianchi bauxite ore district，Henan Province1-第四系;2-第三系-二叠系;3-石炭系本溪组;4-奥陶系;5-寒武系;6-元古代;7-侵入岩;8-断层;9-水系;10-铝土矿;11-粘土矿1-Quaternary;2-Tertiary-Permian;3-Carboniferous Benxi Fm.;4-Ordovician;5-Cambrian;6-Proterozoic;7-intrusive rock; 8-fault;9-water system;10-bauxite deposit;11-clay deposit

图2 河南渑池铝土矿成矿区Al2O3含量不低于20%样品的微量元素蛛网图Fig.2 Spider diagrams of trace elements from the samples with Al2O3content no less than 20%in the Mianchi ore district，Henan Province

图3 河南渑池铝土矿成矿区Al2O3含量不低于20%样品的稀土元素配分曲线图Fig.3 REE patterns of the samples with Al2O3 content no less than 20%in the Mianchi ore district，Henan Province

4 现代地球化学图

矿石中富集挥发性元素B，高场强元素(Zr，Hf，Nb，Ta，Th，U)，亲硫元素Bi和轻稀土元素。

本次选择1∶20万的区域化探全国扫面计划的水系沉积物化探数据进行分析。区域化探全国扫面计划是中国最大的地球化学填图项目，自1978年以来涵盖了600×104km2的高原地区。水系沉积物测量的采样密度为每平方公里1个样品，然后将4km2内的样品组合送交分析(Wang et al.，2007)。

研究区内水系沉积物数据共665个。分别对下列元素进行分析:Al2O3，Fe2O3，MgO，K2O，SiO2，B，Ba，Ce，Co，Cr，Li，La，Nb，Ni，Sr，Th，Ti，U，V，Zn，和Zr。对典型元素进行直方图分析有:

图4中水系沉积物化探数据典型元素的直方图呈塔形分布，指示该区域内元素浓度高低分布均匀，服从正态分布。因此，用元素浓度的平均值划分地球化学图中得高值区和低值区，见图5。

如图所示，稀土元素的代表元素镧的化探异常分布散乱，指示稀土元素与铝土矿床(点)的空间分布没有关系。

图4 河南渑池铝土矿成矿区水系沉积物Al2O3，B，Nb和La元素直方图Fig.4 Histograms for Al2O3，B，Nb and La concentrations of the stream sediment samples in the Mianchi ore district，Henan Province

图5 河南渑池铝土矿成矿区水系沉积物典型元素地球化学图Fig.5 Geochemical maps of the selected elements from stream sediment samples by the mean values in the Mianchi ore district，Henan Province浅灰色-低值区;深灰色-高值区;黑点-铝土矿床(点)Light grey-low element concentration;dark grey-high element concentration;black point-Bauxite deposit

铝土矿床(点)分布于Al2O3和高场强元素Nb的异常区内:1)高场强元素在风化中是稳定不移动的，但是第四系沉积物中的高场强元素的持续富集是在随后的风化作用中形成的，并不表示铝土矿的形成;2)铝土矿的风化残留物可以引发Al2O3浓度异常，不同岩性岩石的风化也可以引发水系沉积物中的Al2O3浓度偏高，因此，水系沉积物Al2O3高值区的范围明显偏大，不适合直接用来指示铝土矿床的形成。

铝土矿床(点)一般沿B元素的区域化探异常边界分布。因此，微量元素B可以作为铝土矿找矿的地球化学指标。

5 结论

(1)矿石地球化学研究显示，矿石主要组成是Al2O3和SiO2;微量元素，如Zr，Hf，Nb，Ta，Th，U，特别是B，在铝土矿成矿过程中明显富集。

(2)在所有的富集元素中只有B元素高值区可以更好预测铝土矿床的空间存在位置。因此，B元素可以作为铝土矿的地球化学找矿标志。

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