贵州修文比例坝铝土矿矿床地质地球化学特征及其意义

2018-07-11汪小勇王泽鹏潘启权龙成雄张万东

中国锰业 2018年3期

汪小勇，王泽鹏，潘启权，龙成雄，杨　锦，张万东

(贵州省地质矿产勘查开发局一0五地质大队，贵州贵阳　550000)

研究区矿体呈层状、似层状产出，受地层控制，基本不受后期断裂构造破坏，连续性较好。矿石主要化学成分显示Al2O3与SiO2呈高度负相关、与Fe2O3呈显著负相相关，和TiO2呈高度正相关。矿石中稀土元素总量∑REE=560.32×10-6～1 263.91×10-6，均值为1 125.28×10-6；轻稀土富集，轻、重稀土元素分馏明显特征；矿石中Eu、Ce均呈负异常。铝土矿与与下伏娄山关群白云岩具有相似的稀土配分模式和Eu异常特征，暗示娄山关群白云岩可能是铝土矿的成矿物源。

1　区域地质背景

修文比例坝铝土矿矿床大地构造位置处于扬子准地台黔北台隆遵义断拱贵阳复杂构造变形区之次级构造河口背斜东段南东翼，地层产状较平缓，在8(°)～25(°)。区内断裂构造发育，主要有北北向、北东向、近东西向，断裂构造对铝土矿延续性破坏不大。褶皱构造受后期断裂破坏[1]。

区域上未见前震旦系基底出露，沉积盖层出露除缺失志留系、泥盆系外，自寒武系至三叠系均有分布，出露的地层由老到新有寒武系、石炭系、二叠系、三叠系、第四系。下石炭统九架炉组(C1jj)为区内铝土矿含矿岩系(图1)，岩性分三段，上为粘土岩，中下部为铝质粘土岩、铝土岩，下部一般为铁质粘土岩、常见透镜状赤铁矿。含矿岩系与上覆下石炭统摆佐组地层呈平行不整合接触，与下伏寒武系中上统娄山关群亦呈平行不整合接触。区内无岩浆岩、变质岩分布[2]。

2　矿床地质特征

2.1　矿床地质

修文比例坝铝土矿床位于黔中铝土矿区南段的河口背斜中段南翼，出露的地层有寒武系中统高台组(∈2g)、石冷水组(∈2s)中上统娄山关群(∈2-3ls)；石炭系下统九架炉(C1jj)、摆佐组(C1b)；二叠系中统梁山组(P2l)、栖霞组(P2q)、茅口组(P2m)，上统龙潭组(P3l)、长兴组(P3c)；三叠系下统沙堡湾组(T1s)、大冶组(T1d)，缺失泥盆系、志留系地层。C1jj为铝土矿含矿层位(图1)，岩性为灰色、灰绿色泥岩、铝土质粘土岩及铝土矿，底部常见紫红色铁质粘土岩，含矿岩系上覆地层为下石炭统摆佐组灰色灰岩，下伏地层为中上统娄山关群灰色白云岩。

矿区构造为单斜构造，矿体呈似层状、层状产出，与地层产状一致，总体向东倾，倾向84(°)～136(°)，倾角平均18(°)。主矿体走向近南北、长约900 m，宽约1 200 m(未圈边)，矿体连续性好，矿层稳定，质量相对好。

图1　比例坝土矿含矿岩系及矿层厚度柱状对比图

据分析测试，矿层中碎屑状、致密状矿石Al2O3质量分数相对低(一般不超过70%)、铝硅比低，半土状矿石质量较好，Al2O 3%一般高于70%，这可能是风化淋滤作用致使SiO2的流失、Al2O3再富集[3]。

3　样品采集和分析方法

本次研究以修文比例坝铝土矿含矿岩系为对象，选取矿区见矿情况较好的3个钻孔岩心，进行从下至上的连续采样，采集矿石样品6件，底板岩石样4件，下伏中山统娄山关群新鲜白云岩样品2件。分析测试了La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等15个稀土元素。稀土元素分析在贵州省地质矿产中心实验室进行，采用等离子质谱法(ICP-MS)，检测依据为JY/T015-1996，测试精度优于10%，大部分数据精度优于5%。常量元素数据源于文献[4]。

4　结果与讨论

4.1　铝土矿矿物组合特征

铝土矿矿物组成以硬水铝石、三水铝石和高岭石为主，存在少量的勃姆矿、铁质，未见蒙脱石。铝矿物主要为硬铝石和三水铝石，粘土矿物以高岭石为主，铁质主要为褐铁矿。矿石自然类型以碎屑状、致密块状为主，局部为土状—半土状。结构有泥屑、微晶、隐晶结构。粒屑主要是砂屑，多在0.06～2 mm的砂屑，呈次圆状—次棱角状，具搬运磨圆特征，说明碎屑物质经过了一定距离的搬运。

4.2　常量元素特征

铝土矿层矿石中以Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2烧失量为主，质量分数和介于91.62%～99.33%，均值97.33%。其中ω(Al2O3)=60.25%～77.23%，均值71.08%；ω(SiO2)=3.21%～14.41%，均值8.31%；ω(Fe2O3)=0.88%～1.3%，均值1.11%；TiO2相对较稳定，ω(TiO2)2.5%～3.53%，均值3.11%。矿石中A/S值变化较大，在半土状铝土矿中较高，表明铝土矿是风化作用的最终产物，风化淋滤过程中碱金属和碱土金属几乎被彻底流失，SiO2也被部分淋滤丢失有关。

含矿岩系中Al2O3与SiO2呈负相关，相关系数为-0.83；Al2O3与TiO2呈正相关，相关系数为0.93；Al2O3与Fe2O3呈负相关，相关系数为-0.73。相关特征表明，在铝土矿沉积过程中，Ti随Al迁移、富集；Al与Si、Fe互为消长关系，反应了红土化或者钙红土化到铝土矿化作用过程中逐步去硅、脱铁[5]。

4.3　稀土元素特征

分析结果及特征见表1。

表1　比例坝铝土矿床矿石及围岩样品稀土元素含量及特征值(ωB/10-6)

铝土矿石、围岩样品稀土元素配分图解(见图2)表明：矿石稀土元素总量∑REE=560.32×10-6～1 263.91×10-6，均值1 125.28×10-6；LREE/HREE=3.02～5.72，均值4.74，轻稀土相对富集，重稀土亏损；(La/Yb)N=8.09～14.17，均值11.55，轻稀土元素与重稀土元素之间分馏明显;(La/Sm)N=2.93～6.43，均值4.75，轻稀土元素内部分馏明显；(Gd/Lu)N=0.11～0.23，均值0.14，重稀土元素内部分馏现象较弱；底板粘土岩样品稀土总量∑REE=144.80×10-6～829.28×10-6，均值451.54×10-6；LREE/HREE=0.38～2.41，均值1.44，轻稀土元素相对重稀土元素富集不明显；(La/Yb)N=0.59～7.58，均值4.13，轻稀土元素与重稀土元素分馏明显；(La/Sm)N=0.68～2.92，均值1.79，轻稀土元素内部分馏较弱；(Gd/Lu)N=0.26～2.03，均值0.85，重稀土元素内部分馏现象较弱；白云岩样品稀土总量∑REE=44.83×10-6～294.83×10-6，均值169.68×10-6；LREE/HREE=1.71～3.29，均值2.50，轻稀土元素相对富集，重稀土元素亏损；(La/Yb)N=4.77～8.46，均值6.61，轻稀土元素与重稀土元素之间分馏明显；(La/Sm)N=3.38～3.90，均值3.64，轻稀土元素内部分馏较明显；(Gd/Lu)N=0.19～0.36，均值0.28，重稀土元素内部分馏现象较弱。Ce在铝土矿层中负异常明显，δCe=0.65～0.73，均值0.70；在铝土矿底板粘土岩中Ce具负—弱正异常，δCe=0.60～1.28，均值为0.96；在白云岩中(间接底板)，Ce具弱正异常，δCe=0.99～1.13，均值1.06；铝土矿层至底板岩石均具稳定的Eu负异常，δEu=0.38～0.70，均值0.54。

4.4　讨论

4.4.1稀土元素特征对成矿环境的探讨

矿石中∑REE(1 125.28×10-6)>矿层底板粘土岩∑REE(451.54×10-6)>白云岩∑REE(169.68×10-6)，稀土元素明显在铝土矿中富集；铝土矿层中轻、重稀土元素分异明显((La/Yb)N均值为11.55)。研究显示，在热带、亚热带湿润气候条件下，容易使稀土元素发生活化运移，稀土元素间的分异往往较明显。说明区内铝土矿形成于温暖湿润气候条件下。