广西金龙铝土矿地质与地球化学特征研究

王 岩，邢树文，张 勇，马玉波，张增杰，王 鑫

(1. 中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037; 2. 中国地质大学(北京)，地球科学与资源学院，北京 100083)



广西金龙铝土矿地质与地球化学特征研究

王 岩1，邢树文1，张 勇1，马玉波1，张增杰1，王 鑫2

(1. 中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037; 2. 中国地质大学(北京)，地球科学与资源学院，北京 100083)

采用常量、稀土分析、X粉晶衍射、镜下鉴定、红外光谱、扫描电镜等方法，系统研究广西金龙铝土矿的地质与地球化学特征，对该区铝土矿综合开发利用有重要的指导意义。结果表明：矿区Al2O3平均含量约44%，铝硅比均值约3.57，主要矿物有硬水铝石(37%)、高岭石、叶腊石、锐钛矿，部分含赤铁矿、针铁矿、三水铝石。ΣREE相对富集，样品δEu存在负异常，δCe异常不明显，沉积环境多为海陆过渡相，成矿环境以还原环境沉积为主导，有异地沉积等成矿物质多源特征。硬水铝石属斜方晶系双锥体类，在矿石中与高岭石、叶腊石等嵌布伴生，不易分选。

金龙 堆积型铝土矿 地球化学 嵌布特征 广西

Wang Yan, Xing Shu-wen, Zhang Yong, Ma Yu-bo, Zhang Zeng-jie, Wang Xin. Geological and geochemical characteristics of the Jinlong bauxite deposit in Guangxi[J]. Geology and Exploration, 2015, 51(2):0266-0274.

0 引言

中国铝土矿资源储量十分丰富，其中难溶性的硬水铝石型矿石占99%，而富矿(铝硅比>7)的铝土矿仅占现保有储量的33%(赵恒勤等，2001；蔡书慧等，2012)。广西龙州县金龙铝土矿区属于国土资源部首批找矿突破战略行动整装勘查区之一，矿区位于广西西南部崇左市龙州县水口镇-金龙镇一带，龙州县为国家级贫困县。该矿区已经完成详查阶段工作，预测堆积型铝土矿资源量达超大型规模，已大致查明堆积型一水型铝土矿333资源量达3000万吨以上(邓军，2011)，但矿石品位低，暂未开发利用。若开展此类型铝土矿的可利用性研究取得突破，仅龙州县金龙-水口一带就可以增加2000～3000万吨铝土矿资源，这对该整装勘查区找矿工作及全国同类型铝土矿勘查与开发意义都十分重大。

广西龙州地区铝土矿是近年开展地质大调查新发现的铝土矿成矿区，属桂西南铝土矿成矿带(李平初，2012; 王庆飞等，2012; 廖友常，2013)，属典型喀斯特型铝土矿(Mamelietal., 2007)。大地构造上属扬子陆块东南缘的南盘江-右江前陆盆地、富宁-那坡被动边缘盆地和崇左弧盆系(王瑞湖等，2010)。罗允义(2003)认为桂西堆积型铝土矿是由沉积型铝土矿风化后在其层位附近的岩溶洼地、谷地及低山丘陵第四系残坡积层中堆积而成，其分布多受原生矿控。Dengetal.(2010)及邓军(2011)在分析研究区区域成矿地质背景、矿床地质特征的基础上，总结认为本区以岩溶堆积型一水型铝土矿为主，矿源层应为上泥盆统顶部与下石炭统底部之间古侵蚀间断面上的原生铁铝岩(铝土矿)层，目前尚不具备工业开发利用价值。王瑞湖等(2010)认为广西堆积型铝土矿均产于下二叠统茅口组-石炭系-上泥盆统灰岩、白云岩为基底的岩溶洼地、谷地、缓丘坡地中的第四纪红土层中。王力等(2004)研究表明广西堆积铝土矿产于原生铝土矿层下伏的下二叠统、石炭统以及下泥盆统之碳酸盐岩的岩溶地貌单元中，赋存于第四系红土层中。李平初(2012)通过龙州铝土矿矿床产出特征，对铝土矿矿石质量变化规律进行了分析探讨，认为不同粒级的矿石质量有所差异，这与矿石中所含Al2O3及SiO2的多少有关。Wangetal.(2010)利用广西曲阳铝土矿中的稀土元素分析其成矿环境及地质意义。Liuetal.(2012)通过XRD、DTA、TG/DTG、SEM/EDS及EPMA等测试手段，对桂西靖西及德保铝土矿开展了详细矿物学分析。梁裕平等(2007)从矿源层、地层岩性、古构造、岩溶作用和古气候、地形地貌等方面，初步分析了桂西南扶绥-龙州地区岩溶堆积一水型铝土矿的成矿地质条件、地质特征，总结出找矿标志，并对该区此类型铝土矿的成矿远景区进行了预测及评价。

本文在前人的研究基础上，对广西龙州县金龙铝土矿进行矿物学与地球化学等方面的研究，查明该区含铝矿石矿物组成和地球化学特征，为该区铝土矿综合开发利用提供数据支持，为广西铝工业发展提供又一特大型铝土矿资源基地。

1 矿床地质特征

矿床位于广西自治区龙州县金龙镇，右江褶皱系西大明山隆起南缘，在滨太平洋构造域与古特提斯-喜马拉雅构造域交汇部位附近(刘云华等，2004a；梁裕平等，2007)。出露地层主要有古生界泥盆系、石炭系、二叠系、下三叠统及第四系，缺失奥陶、志留系(图 1)。其中上泥盆统融县组(D3r)与下石炭统都安组(C1-2d)不整合接触面上沉积的0～5 m不等透镜状古风化壳型铁铝岩，是区内铝土矿的成矿物源(邓军，2011)。

图1 广西龙州县金龙铝土矿地质简图(据邓军，2011修改)Fig.1 Geological sketch of the Jinlong bauxite deposit in Longzhou county, Guangxi Province (modified from Deng, 2011)1-中泥盆统唐家湾组;2-上泥盆统融县组;3-下石炭统都安组;4-矿体；5-地质界线；6-平行不整合；7-断裂构造；8-国界1-middle Devonian Tangjiawan Fm.; 2-upper Devonian Rongxian Fm.; 3-lower Carboniferous Du’an Fm.; 4-orebody; 5-geological boundary; 6-parallel unconformity; 7-fault; 8-national boundary

图2 矿石组构照片Fig.2 Photos of the ore fabrica-鲕粒结构；b-豆粒结构；c-砂屑微晶结构(砂级内碎屑)；d-砂屑微晶结构(砾级内碎屑)；e-含角砾微晶结构、交代结构； f-砂屑微晶结构，块状-缝合线构造a-oolitic structure; b-bean structure; c-sand level debris; d-gravel level debris; e-breccia microcrystalline and metasomatic tex ture; f-sand crystal structure, sutures and block structure

研究区以岩溶堆积型硬水铝石为主，原矿由棕红色、褐黄色砂质粘土胶结铝土矿块和少量豆粒、内碎屑、铁质等组成。分布矿物有火山角砾、凝灰物、鲕粒。岩石为鲕粒(图2-a)、豆粒结构(图2-b)，含砾屑砂屑微晶结构(图2-c/d)、交代结构(图2-e)，块状构造、缝合线构造(图2-f)。

微晶硬水铝石半自形板状，大小一般0.5～1 mm，部分1～2 mm(砂级)，部分2～5 mm，少5～7 mm(砾级)，杂乱分布，为岩石主体部分，薄片中无色。砂、砾级内碎屑成分主要为硬水铝石，部分被三水铝石交代，为假象，呈豆状、鲕粒状。部分碎屑物质内部可见更次一级的小碎屑，说明碎屑物质可能经过了一段时间的搬运。豆粒由硬水铝石、铁质组成，似椭圆形，大小一般2～3 mm，部分3～5 mm，星散状、定向分布，边部略显同心层。鲕粒由硬水铝石、铁质组成，形态不规则状，大小一般0.2～0.5 mm，部分0.5～1 mm，少1～2 mm，星散状分布，同心层成分较均匀，同心环对称，连续，界限较清晰；部分碎屑颗粒与基质呈明显的拉长定向分布，说明矿体遭受了后期的构造变形作用，在此过程中矿石受到剪应力作用(瓮纪昌等，2010)。

三水铝石是似片状，大小一般0.01～0.02 mm，部分0.02～0.05 mm，少0.05～0.1 mm，星散状、杂乱分布。火山角砾主为安山岩，棱角状，大小一般2～5 mm，部分5～7 mm，星散状分布，被硬水铝石交代，呈假象产出。凝灰物主为安山岩，棱角状，大小一般0.5～1 mm，部分1～2 mm，星散状分布，被硬水铝石交代，呈假象产出(图2-e)。岩内可见缝合线(图2-f)，呈波状-齿状，内有褐铁矿分布。铁质细分散状分布，使岩石呈褐色。岩石内含少裂隙，沿裂隙有三水铝石充填交代。

2 测试与分析

2.1 测试条件

常量与稀土元素样品测试在国家地质实验测试中心完成，所使用的仪器型号为等离子质谱仪(PE300D)和等离子光谱仪(PE8300)，稀土元素检测方法依据为DZ/T0223-2001，常量元素检测方法依据JY/T015-1996、LY/T1253-1999和GB/T14506.14-2010。

X粉晶衍射测试(XRD)在国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室X粉晶衍射实验室完成，使用仪器为德国 Bruker公司生产的D-8型粉末X射线衍射仪，试验条件为：铜靶，加速电压40 kV，电流80 mA，石墨单色器，狭缝DS=SS=1 mm，RS=0.1 mm，连续扫描方式，扫描速度3°/min，采样间隔0.02°。

红外光谱数据(FTIR)由北京大学分析测试中心红外光谱实验室完成，仪器型号：德国 Bruker公司TENSOR 27 红外光谱仪，采用红外光谱法(KBr压片)，测试范围：4000～400 cm-1。

扫描电镜分析(SEM)在北京大学电子显微镜实验室完成，使用仪器为FEI Quanta 200F场发射环境扫描电镜，加速电压：200 V～30 kV，电子束流：>100 nA；X射线能谱仪(EDS)，分析范围 5B～92U。

2.2 分析

2.2.1 矿石矿物组成

通过镜下观察与矿物X射线衍射分析(XRD)鉴定，该铝土矿石矿物组成以硬水铝石、高岭石、叶腊石、金红石为主，含少量三水铝石、针铁矿、赤铁矿、锐钛矿等。硬水铝石的化学式是Al2O3·H2O或α-AlO(OH)，理论含量为Al2O384.89%，H2O 15.02%。由于硬水铝石的粒度细，与叶腊石、高岭石等矿物嵌布关系密切，以致在很细的粒度范围内都很难分选出纯净的硬水铝石(孟健寅等，2011)，通常化学分析或X射线能谱分析，其成分常含有少量的SiO2、K2O、Fe2O3、TiO2等，这是周围矿物成分的影响或粘附于硬水铝石表面的其他矿物的影响，而非类质同象混入物。

矿石(编号G-LZ09)矿物以硬水铝石为主，占矿物总量的37%；存在极少量的三水铝石，约1.60%；粘土矿物主要有高岭石和叶腊石等，这些含硅矿物的大量存在，导致了原矿的铝硅比较低，原矿中含铁矿物赤铁矿约有6.6%左右。典型矿石矿物X射线衍射分析图谱见图3。

图3 金龙铝土矿矿石样品XRD图谱Fig.3 XRD patterns of bauxite ores from the Jinlong bauxite deposit G-三水铝石；D-硬水铝石；H-赤铁矿；K-高岭石；P-叶腊 石； R-金红石G-Gibbsite-Al(OH)3; D-Diaspore-AlOOH; H-Hematite-Fe2O3; K-Kaolinite-Al4(OH)8(Si4O10); P-Pyrophyllite -Al2Si4O10(OH)2; R-Rutile-TiO2

2.2.2 矿物结构

以硬水铝石样品G-YS07号为例，红外光谱曲线中观察到的470 cm-1处峰值，应归属于Fe3+～O2-伸缩振动；542.4 cm-1与H的振动有关；748.3、966.8 cm-1峰是由于OH弯曲振动造成，同时吸收峰966.8 cm-1处表明其中有铁的杂质的类质同相存在；1032.7 cm-1处为Al-OH振动峰；赤铁矿会在1640 cm- 1左右出现O-H伸缩振动吸收峰(表面-OH与H2O形成的氢键产生的)和H-O-H的变形振动吸收峰，这与王帅等(2011)、熊慧欣等(2009)研究结果一致；1983、2111 cm-1谱带由其它造成；OH基振动的～2911 cm-1峰是伸缩振动造成的。

在3400～3700 cm-1范围内分出多个伸缩振动极大值。3460 cm-1上的谱带是垂直(001)面偏振的谱带，3619 cm-1上的谱带是该面内偏振的谱带。而(001)面平行于三水铝石矿的Al(OH)3层，故3460 cm-1谱带与邻层之间的氢键有关，表明样品成分中除含硬水铝石外，还含有三水铝石成分。图4曲线在3700 cm-1附近的吸收峰大于3620 cm-1的吸收峰，～3650 cm-1的峰最弱，则为高岭石。

图4 金龙铝土矿矿石样品红外光谱曲线Fig.4 FTIR spectroscopic curves of bauxite ores from the Jinlong bauxite deposit

2.2.3 矿床地球化学

地球化学研究分析测试了堆积型铝土矿石7个样品的11个常量元素、15个稀土元素。

(1) 常量元素

铝土矿石中以常量元素Al2O3(42.18%～45.61%)、Fe2O3(13.76%～29.6%)、SiO2(7.78%～28.09%)和TiO2(1.85%～4.69%)为主，CaO含量均<0.05，碱金属Na2O、K2O含量较低，大致均<0.05，另外还有少量的FeO、P2O5、MgO、MnO。铝硅比(A/S)范围为1.59～5.66，均值为3.57，属低品位铝土矿石。

表1 矿石稀土元素含量表

(2) 稀土元素

稀土元素(REE)是一组具有相同地球化学性质和特殊地球化学属性的指示性元素，ΣREE能很明显反映出各类岩石的特征，能够为沉积岩提供母岩物质、成矿环境与成矿过程等较多的地质和地球化学信息(李普涛等，2008；林宇等，2014)。矿石样品ΣREE变化范围较大(表1)，为123.80×10-6～385.89×10-6，均值为252.28×10-6，相对富集；LREE与HREE分异明显，且LREE相对富集。LREE范围为93.79×10-6～347.02×10-6，均值为211.11×10-6；HREE范围为18.56×10-6～68.73×10-6，均值为41.17×10-6。

ΣCe/ΣY是LREE、HREE各元素之和的比值，能全面地反映LREE、HREE的分馏程度，通常来自上地壳的物质往往具轻稀土富集特征(Liuetal., 2010; Wangetal., 2010b)。ΣCe/ΣY为5.68 (3.13～10.79)，(La/Yb)N为7.77(1.98～21.31)>1, (La/Sm)N为2.27(3.33～12.97)>1，以上数据均表明矿石样品LREE与HREE分异明显且相对富集，REE配分曲线总体右倾明显(图5)。

图5 稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns of the bauxite and carbonate rocks

δEu能很灵敏地反映物源及形成环境的信息；δCe则对岩石形成环境有较敏感的指示意义。矿石样品δEu为0.65(0.41～0.86)<1，(Eu/Sm)N为0.61 (0.48～0.73)<1，表明所有矿石样品Eu负异常明显，则来自沉积源岩物质的继承(戴塔根等，2003)。矿石中不存在明显的δCe，正异常负异常均存在，且变化稳定。通常认为Ce正异常显示氧化环境，因为在风化过程中，Ce可以由Ce3+变为Ce4+，后者在弱酸性条件下很容易发生水解而停留于原地，导致淋出溶液中Ce亏损，而残积物中Ce富集(李沛刚等，2012)。δCe为0.91(0.50～1.40)<1，显示为弱还原环境。

图6 金龙铝土矿样品Fe2O3及Fe2O3/FeO与REE关系图解Fig.6 Diagrams showing correlation of Fe2O3 and ΣREE (a) and Fe2O3/FeO vs. ΣREE (b)

图7 金龙铝土矿硬水铝石颗粒SEM图及能谱Fig.7 SEM diagram and energy spectrum of the Jinlong bauxite deposit

利用稀土元素示踪沉积环境时，通常认为在相同或相近岩石的不同沉积相中，大陆沉积物LREE含量比海洋沉积物高，海水沉积物ΣCe/ΣY(即ωLREE/ωHREE)一般小于10，而黄土及陆相沉积物一般大于30(陈德潜等，1990)。本区铝土矿除G-YS-04号样品ΣCe/ΣY为10.79略大于10外，其它样品ΣCe/ΣY值均小于10，平均值为5.68，说明该区铝土矿样品可能为海相或海陆过渡相环境成因。

一般Fe含量增加以及ω(Fe2O3)/ω(FeO)的升高，可反映其氧化条件(刘云华等，2004b)。图6可以看出，稀土元素与Fe2O3含量呈正相关，随着Fe2O3含量的明显变化，REE含量总体偏高；而与ω(Fe2O3)/ω(FeO)并没有确定的正相关或负相关关系，随着ω(Fe2O3)/ω(FeO)含量的明显变化，REE含量并无相应的变化，这说明氧化-还原条件的变化可能不是制约稀土元素迁移富集的主导因素，反之则暗示金龙地区铝土矿并非单纯的风化淋滤成因。

2.2.4 硬水铝石嵌布特征

硬水铝石属斜方晶系双锥体类，在矿石中嵌布主要呈自形和半自形晶、豆状和鲕状、隐晶质和微晶集合体三种形式，与高岭石、叶腊石等嵌布伴生，且多数鲕粒的核心是以硬水铝石为主，碎屑间充填粘土矿物。如图7所示，在以硬水铝石为主的碎屑间充填粘土矿物高岭石、叶腊石等；铁、铜等以微包裹体形式嵌布于高岭石、叶腊石等矿物内部，嵌布关系复杂，以致在很细的粒度范围内都很难分选出纯净的硬水铝石。

3 结论

(1) 金龙铝土矿区矿石矿物组成以硬水铝石、高岭石、叶腊石、金红石为主，含少量三水铝石、针铁矿、赤铁矿、锐钛矿等。岩石为含砾屑砂屑微晶结构、交代结构、豆粒、鲕粒结构，块状构造、缝合线构造。

(2) 矿石常量元素以Al2O3、Fe2O3、SiO2和TiO2为主，Al2O3含量为42.18%～45.61%，铝硅比(A/S)均值为3.57，属低品位铝土矿石。ΣREE相对富集，LREE与HREE分异明显。样品Eu存在负异常，Ce异常不明显，表明矿石样品来自沉积源岩物质的继承，沉积环境多为海陆过渡相，成矿环境以还原环境沉积为主导，有异地沉积等成矿物质多源特征。

(3) 在以硬水铝石为主的碎屑间充填粘土矿物高岭石、叶腊石等，而铁、铜等以微包裹体形式嵌布于高岭石、叶腊石等矿物内部，硬水铝石嵌布复杂。这对于进一步综合开发利用金龙铝土矿有重要的指导意义。

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Geological and Geochemical Characteristics of the Jinlong Bauxite Deposit in Guangxi Province

WANG Yan1, XING Shu-wen1, ZHANG Yong1, MA Yu-bo1, ZHANG Zeng-jie1, WANG Xin2

( 1.MLRKeyLaboratoryofMetallogenyandMineralAssessment,InstituteofMineralResources,CAGS,Beijing100037; 2.ChinaUniversityofGeosciences,SchooloftheEarthSciencesandResources,Beijing100083)

The geological and geochemical characteristics of the Jinlong bauxite deposit in Guangxi were systematically studied by using constant and REE analysis, X-ray diffraction (XRD), microscopic identification, FTIR spectroscopic analysis and scanning electron microscope analysis (SEM). The results show that the average grade of Al2O3in the Jinlong bauxite deposit is 44%, and A/S is about 3.57. The main minerals include diaspora (37%), kaolinite, pyrophyllite, and anatase, with some hematite, goethite and gibbsite. The REE are relatively enriched, δEu exhibits negative anomalies, and anomalies of δCe not obvious. Research suggests that the Jinlong bauxite formed primarily in reduction sediments of marine-land transitional facies, with multi-sources and allochthonous deposition features. Diaspora represents an orthorhombic dipyramidal class, and is often accompanied by kaolinite and pyrophyllite which are not easy to sort.

Jinlong, accumulation type bauxite, geochemistry, dissemination characteristics, Guangxi Province

2014-04-17；

2014-10-22；[责任编辑]郝情情。

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(K1312)和地质矿产调查评价项目(1212011220806，12120114051301，12120114051401，12120114004001)联合资助。

王 岩(1983年-)，女，2011年毕业于中国地质大学(北京)，获博士学位，助理研究员，从事构造地貌与矿床地质等方面的研究。 E-mail: wangyan11@cags.ac.cn。

邢树文(1963年-)，男，研究员，从事矿床地质研究和矿产勘查评价。E-mail: xsw63@163.com。

P618；TF821

A

0495-5331(2015)02-0266-09