湖北中部中二叠世梁山组铝土岩沉积期岩相古地理环境与成矿规律研究

2014-07-05谢应波张汉金胡万强

资源环境与工程 2014年3期

宋汉，谢应波，张汉金，胡万强

(湖北省地质调查院，湖北武汉 430034)

0 引言

湖北省保康—南漳—宜城一带，于中二叠世梁山组中部常形成铝土岩［1］，是省内沉积型铝土矿的重要产出层位［2］。调查结果表明，铝土矿呈层状、似层状、透镜状，含矿1 ～2 层，厚 0.6 ～5.82 m，Al2O3含量一般为27%～69%，具较好工业价值。为查明其成矿因素，进一步拓宽找矿视野，本文拟通过该区岩相古地理研究，进一步揭示其形成环境和成矿规律，为更好开展找矿与勘查提供有益的地质依据。

1 梁山组地质特征与区域变化

自下而上依次为中—薄层状细粒石英砂岩、含铁质细粒砂岩、粉砂岩、铝土岩、粘土岩、炭质页岩夹煤层或煤线。综合区域分布特征，由下向上可分为五个岩性层(表1):第一层为灰白色中厚层状石英砂岩，底部见黄褐色粘土岩，宜城汤家畈一带底部见含砾石英砂岩，厚0～24 m;第二层为灰白色薄层状铝土质粘土岩夹鲕绿泥石赤铁矿层或透镜体，厚0～11 m;第三层为灰白色中层状铝土矿，沿走向常相变为鲕、豆状铝土矿和铝土质粘土岩，局部形成矿床，厚0～4.38 m;第四层为灰白色、杂色薄层状铝土质粘土岩，中部夹一层赤铁矿，厚0～5.61 m;第五层为灰黑色炭质页岩夹薄煤层，向上为中层状粘土质粉砂岩，厚0～4.38 m。岩层以平行层理为主，常见透镜状层理，厚度变化较大，宜城双砦子厚19.19 m、青石岭厚11 m，钟祥陈家棚厚2.34 m，荆门仙居厚 27 m、野鸡池厚14.51 m，远安白坡厚2.4 m。分别与下伏石炭纪、泥盆纪或志留纪地层呈不整合接触，含腹足类Euomphlidae，Schuchertella;植物化石及碎片Sigillaria acutagula，Lepidodendron oculusfelis，Stigmaria ficoides，Sphenopteris sp.，是中国南方早二叠世晚期常见分子。

2 铝土矿层地质特征

通过对区内多条剖面铝土岩特征分析研究，其矿层产出位置比较固定，主要见于梁山组第三岩性层，于石英砂岩、粉砂岩之上，炭质页岩和煤层之下，以似层状为主。矿层较稳定，矿层沿走向长可达数百米—上千米，厚度变化一般0～4 m，宜城双砦子最厚4.38 m。铝土矿为灰白、蓝绿色，致密块状、角砾状和鲕、豆状，矿物成分简单，主要有隐晶质一水硬铝石、胶铝石和高岭石，三者占 80%以上，矿石中 Al2O327.41% ～69.31%，平均51.04%。可采矿层主要分布于宜城板桥店、双砦子、张家泉、西山、青石岭、松林岗，南漳猴子岩、狮子岩、报信坡、游星寨、王家山，保康官驿沟、孙家冲，谷城西垭及荆门三股泉、仙居、野鸡池等地，多形成小型矿床。

3 岩相古地理与沉积模式

区内梁山组为栖霞早期陆源碎屑滨海环境沉积，经历了一次海平面升降，由于古地理地貌环境差异，便形成不同的沉积相。

表1 湖北中部中二叠世梁山组综合地层—岩相划分表Table 1 Comprehensive classification table of the strata－lithofacies for the Liangshan Formation in central Hubei Province

3.1 层序地层

3.1.1 结构变化特征

梁山组下部由细砂岩—粉砂岩，中部由粉砂岩—铝土页岩，上部由炭质页岩或煤层组成，由下向上砂岩减少，铝土岩或耐火粘土岩增多，顶部出现煤层，总体为海退过程中的次级海进→海退沉积，铝土矿形成于地层体中部。区内典型的矿床有宜城双砦子和南漳猴子岩矿床，矿体呈似层状，矿层厚度与含矿岩系成正相关关系，矿石质量较好，荆门野鸡池一带虽然含矿层较厚，但间夹粘土层，矿石质量较差;矿石结构构造类型主要有角砾状、鲕豆状和胶状三种，角砾状、鲕豆状主要近青峰—襄广断裂分布，胶状则主要分布于南部，说明该区为北部地势较高、南部地势较低的古地理地貌特征。

3.1.2 层序地层特征

综合区内剖面特征，梁山组形成一个三级层序［3－4］，层序底界分别与志留纪纱帽组、泥盆纪云台观组、石炭纪黄龙组呈不整合接触，该不整合界面历经数百万年夷平和喀斯特化，形成Ⅰ型界面，顶界被栖霞组底部灰岩所限定，层序持续沉积时间约9 Ma。沉积阶段以滨海环境为主，晚期逐渐演变为沼泽环境，其地层结构显示:下部海侵体系域主要由细砂岩—粉砂岩多次沉积所组成，其上未形成饥饿段，上部高水位体系域由铝土质粘土岩—炭质页岩或煤层、煤线组成，属海退沉积产物。显然，铝土矿形成于高水位体系域下部、海退初期之后的滨泥坪环境。

3.2 沉积相基本特征

梁山组铝土岩沉积时期，其古地理地貌基本为古陆—滨海格局［5］，古陆主要分布于青峰—襄广断裂北，东南部京山一带也曾上升为陆，沉积区主要为无障壁海岸环境，自北向南依次沉积后滨、前滨和临滨相，其中后滨为铝土岩沉积相区(图1)。

3.2.1 古陆

区内古陆有二种类型:一是位于青峰—襄广断裂以北，为淮阳古陆的一部分，古陆原始物质主要为富铝花岗岩类，是铝土岩及其它相区的主要物源地;二是扬子区之京山古陆，位于东南角，为短时古陆，主要为细碎屑岩物源区。

3.2.2 后滨铝土岩相

呈不规则状分布于青峰—襄广断裂南侧的保康、南漳及宜城东部双砦子、荆门北部野鸡池等地，岩性组合主要为灰色中—薄层状细粒石英砂岩、含铁细砂岩、粉砂岩、铝土岩、铝土页岩等，北部靠近青峰—襄广断裂，下部沉积石英砂岩、粉砂岩，上部铝土岩、铝土页岩和耐火粘土岩，局部形成铝土岩和耐火粘土矿床。相区北部为海平面附近呈透镜状产出的豆状、鲕状及角砾状铝土岩，向南则为浅水区似层状、胶状铝土页岩夹粘土岩，显示出北浅南深的古地理地貌格局。

3.2.3 前滨砂泥岩相

分布于后滨铝土岩相区之南，向东与京山古陆相邻。岩性组合主要为灰色薄—中层状含铁质细砂岩、粉砂岩、粘土岩等，相区特点以砂泥质沉积为主，岩石单层呈不规则互层，以平行层理和长条状透镜层理为主，古生物主要为近岸浅水双壳类和陆缘植物等。

3.2.4 临滨泥砂岩相

分布于前滨砂泥岩相南西。岩性组合主要为灰色薄层状细砂岩、粉砂岩、粘土岩及含炭页岩等，相区以泥砂质沉积为主要特点，岩层呈层状互层，以平行层理为主，古生物主要为浅水腕足和双壳类等。

3.3 沉积模式与铝土岩形成环境

梁山组铝土岩沉积阶段为北陆南海的古地理格局，依据其沉积特点，其为陆源碎屑滨海沉积体系，沉积模式如图2所示。青峰断裂以北为陆源区，以南为滨海沉积区，其中后滨是铝土岩系主要沉积区，95%的铝土矿形成于该相区。

由于区内处于无障壁海岸环境，后滨区位于平均海平面附近，是一片较平坦地带，海水具较弱的波浪和潮汐作用，该古地理部位不仅有大量陆源铝土质供给，还有适宜于铝土质沉淀和保存的古地理条件，是铝土质聚沉和富集的理想场所。

图1 湖北中部中二叠世梁山组铝土矿沉积期岩相古地理图Fig.1 Lithofacies and paleogeographicmap of the bauxite at Liangshan Formation，middle Permian in central Hubei Province

图2 湖北中部中二叠世梁山组铝土岩沉积模式示意图

4 铝土岩系成矿规律

4.1 铝土岩成因分析

铝质岩成因分为二种:①残余型铝质岩，即经风化残余作用原地堆积而成，常是风化壳的组成部分;②沉积型铝质岩，即经过搬运作用在水盆地沉积而成［6］。显然，后者则是本区铝土岩的真正成因。

区内沉积型铝土岩主要是北部古陆富铝母岩经风化作用后，以碎屑物形式或胶体溶液被水介质带入后滨地带沉积而成［7］，区域分布不太稳定，最长数千米，最厚近十米，铝土岩矿物成分比较简单，近岸地带常形成鲕状和豆状结构，稍远则为胶状结构，以一水硬铝石为主，其次为一水软铝石、高岭石、水云母、赤铁矿及碎屑矿物等，局部地段具砾屑结构和泥状结构。这些铝质岩之下往往为砂岩，之上为含煤建造;自下而上有一种特定的层序:

这表明铝土岩成因有一定的规律性，是某些沉积作用的必然结果。综合研究认为，区内铝土矿是因富铝古陆经风化、搬运和分选作用，于较平坦的后滨环境沉积形成。

4.2 铝土岩古地理地貌条件

本区自加里东运动以后，处于较长时期的隆起状态，且构造运动微弱，岩石遭受长期的风化剥蚀，地貌已准平原化。直到二叠纪时，才开始接受沉积。当时本区处于低纬度热带地区，由于气候炎热，古陆区基岩以铝硅质岩石为主，经长期风化作用，铝土质富集，之后经搬运作用，铝土质于后滨相区得以沉积，从而形成广泛的铝土岩分布区。

形成于后滨相区的铝土岩系，以薄—中层状砂质岩、泥质岩为主，夹铝土矿层主要特点是:单层较薄，以平行层理为主，沉积物粒度粗细不太均匀，为近距侧向慢速搬运，加上地貌平坦，海水扰动较弱，那些含铝土物质经过坡折地带之后，水循环减弱，得以在后滨地带沉积，并形成工业矿床。