贵州务—正—道地区铝土矿成矿模式与找矿模型

2018-10-08金中国邹林张力郑明泓韩英谷静陈兴龙王洪

沉积学报 2018年5期

金中国，邹林，张力，郑明泓，韩英，谷静，，陈兴龙，王洪

1.贵州省有色金属和核工业地质勘查局，贵阳 550005 2.有色金属矿产地质调查中心，北京 100012 3.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，桂林 541004 4.中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，贵阳 550002

0 引言

务(川)—正(安)—道(真)铝土矿区属渝南—黔北铝成矿带[1]之务—正—道铝成矿亚带[2]，近10年来相继探明了务川瓦厂坪、大竹园、道真新民等大型矿床，探获资源量储量超7亿吨，找矿取得重大突破。同期，众多专家学者开展了该区铝土矿成矿地质背景、沉积成矿环境、成矿规律和主要控矿因素研究[2-13]，揭示了物质来源、成矿作用和过程[14-22]，评价了有益伴生元素的赋存状态(含渝南地区)[23-27]，从不同认识和研究角度建立了成矿模式[7-8,14]，形成了大量的理论研究成果，丰富和发展了沉积型铝土矿的成矿理论。但这些成果缺乏对地—物—化—遥勘查技术方法体系的集成，成矿模式和找矿模型的有机结合及指导进一步找矿预测比较薄弱。本文重点介绍综合勘查技术方法在该区有效性和适宜性，通过优选靶区实施工程验证，发现和探明了多个大中型铝土矿床，找矿取得了新的突破，示范和指导作用显著，在此基础上优化了成矿模式，建立了找矿预测模型，以期对本区及相邻区找矿预测提供指导和参考作用。

1 区域地质背景与典型矿床特征

1.1 区域地质背景

务—正—道铝土矿集区位于贵州北部与重庆接壤地带，出露寒武系至侏罗系地层，其中，中志留统—下石炭统缺失。寒武系、奥陶系分布于各复背斜轴部和近轴部，为海相、海陆交互相沉积的碳酸盐岩和碎屑岩；下志留统韩家店组(S1hj)最发育，为一套潮坪相沉积的页岩、粉砂岩夹灰岩，常形成褶皱闭合构造；上石炭统黄龙组(C2h)灰岩及侏罗系(J)紫红色陆源碎屑砂岩零星分布；二叠系分布于向斜两翼，其中下二叠统大竹园组(P1d)为铝土矿含矿层位；三叠系大面积分布于各向斜轴部，岩性为海相碳酸盐岩(中下统)和陆相碎屑岩(上统)。构造主体格架呈NE和NNE向展布，褶皱发育，常以复式背、向斜形式出现，为典型的“侏罗山”式褶皱。断裂构造以逆冲断层为主，多形成于背斜轴部和向斜两翼，总体呈多字格状排列。研究区未见岩浆岩出露(图1)[2]。

图1 黔北务—正—道铝土矿集区地质略图Fig.1 Sketch geological map of the Wuchuan-Zheng’an-Daozhen Al metallogenic district, in north Guizhou

1.2 区域构造演化与铝土矿成矿

研究区经历了武陵—喜马拉雅等多期次构造运动。武陵运动使区域新元古代地层褶皱上升为陆，遭受风化剥蚀，为早古生代地层形成提供了丰富物源；雪峰期Rodinia裂解形成的南华裂谷继续发展，震旦纪至中志留世接受了巨厚的海相沉积；晚志留世的广西运动强烈升降作用形成一系列褶皱、断层及黔中—黔北古陆，泥盆纪—早石炭世为剥蚀夷平期(409～290 Ma)，形成巨厚的风化物；晚石炭世—中二叠世出现了两次明显的海侵事件，其中最大的海侵出现在达拉期末至小独山期，沉积了黄龙组灰岩[5]。大竹园期地层差异升降运动显著，形成湖盆、滨海沼泽或相对封闭的海湾环境，为区内铝土矿形成提供了富集的场所[2]；印支期本区及周边发生大规模碰撞造山事件，形成强烈的推覆构造和侏罗山式褶皱；燕山运动加剧震旦系—白垩系地层褶皱变形及断裂形成，古特提斯洋关闭；喜马拉雅及新构造运动主要发生构造叠加，加速含矿岩系在隆起背斜区风化剥蚀和在低洼向斜区的次生淋滤改造、铝土矿的富集，形成保留至今的构造形态和铝土矿分布区域。

2 典型矿床特征

本区铝土矿均产于下二叠统大竹园组含矿岩系中，呈层状、似层状产出，产状与围岩一致(图2，3)。含矿岩系与上覆和下伏地层呈假整合接触，矿系厚约0～16 m，一般5～8 m。黄龙组在区内断续分布，也与上覆及下伏地层呈假整合接触。铝土矿矿石矿物主要为一水硬铝石，次为一水软铝石、胶铝石等；黏土矿物有高岭石、蒙脱石、绿泥石和伊利石等；重矿物有锆石、金红石、锐钛矿等；铁矿物有黄铁矿、赤铁矿、纤铁矿、磁铁矿等；碳酸盐岩及硅酸盐矿物有石英、长石、方解石、白云石、角闪石等。铝土矿具有粒屑泥晶、泥晶—微晶、复粒屑、重结晶结构以及土状、半土状、碎屑状、豆状、鲕状和致密块状构造特征[2,8,10]。本区已发现铝土矿矿床(点)20余处，工作程度高、具有代表性的有瓦厂坪、新民、新木—晏溪和大竹园等大型矿床，鉴于各矿区出露地层、含矿层位、矿石矿物组成及结构构造等均相同或相似，限于篇幅，本文重点简述4个矿床的构造、矿体产出形态及矿石品位特征。

2.1 瓦厂坪矿床

瓦厂坪矿床位于研究区北东部的鹿池向斜南西扬起端，鹿池向斜为主要的褶皱构造，断层不发育，仅见规模较小断层。矿区勘探圈定1个矿体，地表矿体沿向斜南西扬起端露头线呈“U”字型展布，产状与围岩一致(图2A、图3A)，东西两翼矿体地表长均大于4 km，最大延伸1.8 km，平均厚2.17 m，矿石平均含量Al2O363.05%，SiO210.33%，铝硅比(A/S)6.1，圈定铝土矿资源储量3 890 万吨，大型矿床[2]。

图2 务—正—道地区典型铝土矿床地质略图(A.瓦厂坪；B.大竹园；C.新民；D.新木—晏溪)1.下三叠统茅草铺组；2.下三叠统夜郎组；3.上二叠统长兴组—吴家坪组；4.中二叠统栖霞组—茅口组；5.中二叠统梁山组—下二叠统大竹园组；6.下志留统韩家店组；7.铝土矿露头线；8.向斜轴；9.断层；10.勘查剖面Fig.2 Ore deposit geological map of the typical bauxite deposits in Wuchuan-Zheng′an-Daozhen area, (A.Wachangping; B.Dazhuyuan;C. Xinmin; D.Xinmu-Yanxi)

2.2 大竹园矿床

矿床位于研究区北东部的青坪向斜北段扬起端，青坪向斜总体为一个东缓西陡、断层不发育的构造。矿区勘探圈定1个铝土矿体，地表矿体沿向斜扬起端东西两翼呈倒“U”字型展布(图2B、图3B)，走向长大于5 km，延伸200～1 350 m。矿体平均厚1.97 m，矿石平均含量Al2O363.99%，SiO210.21%，铝硅比(A/S)6.2，圈定铝土矿资源储量8 431 万吨(含南段及青坪矿区详查资源量)，大型矿床①贵州省地质矿产勘查开发局，贵州省有色金属和核工业地质勘查局. 贵州省务正道地区铝土矿整装勘查报告[R]. 2013：1-170.。

2.3 新民矿床

新民大型矿床位于研究区北部的大塘向斜南东端，矿区总体上为倾向北西的单斜构造(图2C)，地表断层不发育，深部见成矿期后的层间小断层错动矿层。详查圈定5个矿体，主矿体地表走向长约6 km，倾向延伸0.8～2 km，产状与围岩一致(图3C)。矿体平均厚2.25 m，矿石平均含量Al2O364.58%，SiO213.04%，A/S 8.3，探获铝土矿资源量3 240 万吨，大型矿床[2]。

图3 务—正—道地区典型铝土矿床剖面图A.瓦厂坪；B.大竹园；C.新民；D.新木—晏溪。1.上二叠统长兴组；2.上二叠统吴家坪组；3.中二叠统栖霞组—茅口组；4.中二叠统梁山组—下二叠统大竹园组；5.下志留统韩家店组；6.断层；7.钻孔及编号；8.Fig.3 Ore deposit profile map of the typical bauxite deposits in Wuchuan-Zheng′an-Daozhen area, A.Wachangping; B.Dazhuyuan;C. Xinmin; D.Xinmu-Yanxi

2.4 新木—晏溪矿床

新木—晏溪矿床位于研究区南部的旦坪向斜中南段，在向斜中地层及矿体成南陡北缓产出，构造较简单，中段东翼小断层发育(图2D、图3D)。自北向南3个矿段组成，含矿露头线单翼长约17 km，矿段之间相距约3 km，主矿体长1～2.5 km，倾向延伸约1 km，平均厚1.81 m，矿石平均含量Al2O356%，SiO210.30%，A/S 5.5，圈定铝土矿资源量2 812 万吨，大型矿床[2]。

3 成矿模式

3.1 成矿物质来源

已有众多学者[8,10,15-19,21-22]从碎屑锆石年代学，微量元素组成，稀土配分模式，Al、Ti、Hf、Zr、Th、Nb、Cr、Ta等稳定元素的比值特征研究认为，务—正—道地区铝土矿成矿直接物源(近源)为下伏志留系韩家店组砂页岩和黄龙组灰岩，间接物源(远源)与区域含火山碎屑的基底层位密切相关。

3.2 成矿环境与成因

务—正—道地区产于下志留统韩家店组碎屑岩或上石炭统黄龙组碳酸盐岩侵蚀面之上的铝土矿，严格受大竹园组控制，矿体呈层状或似层状产于含矿岩系的中上部，沉积环境以陆相沉积为主，在含矿岩系底部有海相、海陆过渡相沉积①[2,8,11-13]贵州省有色金属和核工业地质勘查局，有色金属矿产地质调查中心，中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，等. 贵州省务正道地区铝土矿勘查技术集成与示范研究报告[R]. 2015：1-318.；古气候为古赤道附近气候炎热、潮湿多雨的亚热—热带环境[2,8]；古地貌为南有黔北古陆，北有武隆孤岛，南高北低的河湖盆地；沉积成矿时代为早二叠世大竹园期，矿床成因属古风化壳沉积型[5-9]。

3.3 成矿作用与成矿模式

主要的成矿母岩层位韩家店组和黄龙组在炎热、潮湿多雨的亚热—热带气候环境，经历超过1 亿年的风化剥蚀期，形成分布广、厚度大的风化残积物或坡积物，经物理、化学风化作用、生物作用和氧化淋滤作用，相对活泼的碱金属、碱土金属流失，部分SiO2在氧化、酸性介质环境溶解成Si(OH)4流失[28]，惰性的Al、Ti、Zr等元素残留原地或近距离搬运，发生初步脱硅、富铝作用，形成以高岭石为主的黏土矿物[2,8,21]；富铝风化物经地表水冲刷、径流作用或海侵作用，迁移、搬运至低洼的河湖盆地或海湾环境沉积、分异，进一步脱硅、去铁、富铝，形成以一水硬铝石为主的铝土岩或铝土矿层；之后在燕山—喜马拉雅及新构造运动的构造作用影响下，导致隆起背斜区含矿岩系的风化剥蚀(图4D)，部分向斜区含矿岩系抬升暴露地表或浅表，遭受次生淋滤作用，或因断层断距大、切割深，能形成导水性较好的水文地质淋滤系统，对含矿岩系进行不断的淋滤改造作用，多形成质量较好的土状、碎屑状矿石；反之因含矿岩系远离断层，次生淋滤改造弱，多形成质量较差的致密块状矿石。务—正—道地区铝土矿形成经历了成矿母岩的风化剥蚀及淋滤作用→风化物的搬运迁移作用→搬运物的沉积分异作用 → 成岩成矿作用等演化过程[21]，成矿模式如图4所示(图4D中A-A′与图1对应)。

图4 务—正—道地区铝土矿地质—地球化学成矿模式图Fig.4 Bauxite metallogenic model map of geology and geochemistry in the Wuchuan-Zheng’an-Daozhen area

4 综合找矿预测模型

4.1 地质找矿方法

(1) 通过1∶2.5万～1∶1万比例尺地质填图，结合遥感地质解译，厘定区域及矿区构造变形样式，查明含矿岩系及浅表构造的空间分布特征，研究构造变形与古地形地貌变化、铝土矿次生淋滤作用及保存环境关系①贵州省有色金属和核工业地质勘查局，有色金属矿产地质调查中心，中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，等. 贵州省务正道地区铝土矿勘查技术集成与示范研究报告[R]. 2015：1-318.；通过轻型山地工程控制，圈定各向斜含矿岩系在走向上的含矿性和矿体的产出形态，重点圈出含矿岩系厚度大、矿体(层)产出连续、矿石质量好、后期断层构造简单的找矿靶区。

按：“追羡”，谓追念仰羡。“追羡”一词，亦偶见于传世文献，如《四部丛刊》集部元云间邵复孺《蚁术诗选》卷之四《题许守中太和丹室》：“我生追羡少陵翁，千载神交得其旨。”《汉语大词典》收有“追慕”一词，“追羡”与“追慕”系同构同义词。“追羡”一词，《汉语大词典》阙收。

(2) 通过岩相剖面测量，结合矿床地球化学研究，揭示含矿岩系及相邻层位的古地理环境，厘定区域构造演化、古地理环境与铝土矿成矿关系(图5)，圈定有利的成矿地段。

4.2 地球物理勘查找矿方法

地球物理勘查技术在国内广泛应用于铝土矿深部隐伏矿定位预测[29-33]。为了获得研究区不同产状、不同埋深、不同厚度含矿岩系的地球物理找矿信息，优选出有效的找矿方法，本次研究在2 个典型矿区开展了高密度电阻率、浅层地震、音频大地电磁测深、大功率激电测深、频率域三极测深等方法，对含矿层位及其顶板界面的空间赋存情况进行了异常响应特征探寻和由浅及深的立体解析，建立了地质—地球物理找矿预测模型，并示范应用于3 个矿区的找矿预测工作，经钻探验证，取得了显著的找矿效果。

4.2.1 测定物性参数特征

通过590 块岩石标本及254 块矿石标本物性参数精细测定，得知大竹园组岩石电阻率(ρ)为153～2 127 Ω·m，平均711 Ω·m(图6a)；极化率(η)为0.26%～2.48%，平均1.00%，为较典型的中低电阻率、中等极化率介质(图6b)，与上覆和下伏层位物性差异特征明显，且含矿岩系顶部的炭质页岩是寻找铝土矿的典型地质和物性标志层，具备开展物探电磁法的前提条件。务川瓦厂坪矿区浅层地震剖面试验显示(图6c)，在双程时间0～45 ms范围，波速为1 200 m/s，与第四系浮土(Q)对应；45～170 ms的波速为3 200 m/s，与上覆P2q+m+P3w+c碳酸盐岩对应；170～210 ms的波速为1 447 m/s，与P1d+P2l对应；大于210 ms的波速为3 400 m/s，与S1hj对应，具典型的4 个地质层结构，表明波速传递差异特征明显(图6c)。

4.2.2 典型矿床地质—地球物理找矿预测模型建立

通过物性参数系统测定，依据地质调查、岩相古地理及已实施钻孔资料成果，研究含矿岩系及铝土矿体(层)在走向、倾向产出特征，结合大功率激电测深、音频大地电磁测深、高密度电阻率测深和频率域三极梯度测深剖面实施，定位含矿岩系的空间产出形态及侵蚀面的起伏情况，总结出“高(矿系高异常)、厚(推测矿系厚度大)、凹(矿系形态呈凹状产出)、拐(矿系薄厚、凸凹变化处)”为找矿有利地段，建立了浣溪向斜隆兴矿床地质—地球物理模型图(图7)和三维地质—地球物理找矿预测模型图(图8)。

4.2.3 示范应用成果——以安场向斜为例

根据成矿条件分析，安场向斜具有寻找大型、超大型铝土矿床的潜力，为定位含矿岩系空间展布特征，在马鬃岭和东山矿区开展了音频大地电磁测深和大功率激电测深剖面测量(图1C—C′，D—D′)，反演结果如图9和图10所示。

马鬃岭矿区1095(C—C′)剖面两种方法反演效果基本一致(图9)，异常“高、厚、凹、拐”特征明显，均能较好揭示深部P1d的起伏变化情况，推测在115～135测点段的400～450 m深度可能存在较好的铝土矿层(图9a,b)，且产状陡。2013年实施ZK1095-16验证见矿埋深380 m，矿体厚1.65 m，矿石品位Al2O354.55%。

图5 务—正—道地区铝土矿沉积环境图Fig.5 Sedimentary environment map of bauxite in the Wuchuan-Zheng’an-Daozhen area

图6 务—正—道铝土矿区岩(矿)石物性参数及浅层地震波速图Fig.6 Physical parameters and shallow seismic wave velocity diagram of bauxite mining are rock (ore) in the Wuchuan-Zheng’an-Daozhen area

图7 浣溪向斜地质—地球物理模型图(地层图例见图2) A.向斜示意地质剖面；B.物性剖面模型；C.反演电阻率剖面模型Fig.7 Geological and geophysical model diagram of Huanxi synclinal (formation illustrations as shown in Fig.2)A.constructed geology profile of synclinal; B.profile model of resistivity parameter; C. inversion resistivity profile model

图8 研究区铝土矿三维地质—地球物理找矿预测模型图Fig.8 3D geological and geophysical prospecting prediction model diagram of bauxite in this study area

图9 马鬃岭矿区1095剖面音频大地电磁测深(a)和大功率激电测深(b)反演电阻率图Fig.9 Inversion diagrams of Audio magnetotelluric sounding (a) and high power IP sounding apparent resistivity (b) of section 1095 in Mazongling mining area

东山矿区240(D—D′)剖面在145～205测点地段异常特征较显著(图10)，推测为有利成矿地段，埋深分别在290 m和460 m附近，2013年实施ZK240-16、ZK240-32两验证钻孔验证，分别在285 m和480 m见矿，矿体厚度分别为1.57 m和1.47 m，Al2O3品位分别为60.79%和52.67%，见矿效果好。

此外在浣溪向斜轴部实施ZK1深部钻探验证(图7)，也发现隐伏矿体，将矿床规模由中型提升为大型。

4.3 遥感找矿标志

利用现代遥感技术方法提取蚀变矿化信息和宏观找矿标志已成为地质勘查的重要技术手段之一。近10多年来，遥感技术在国内外铝土矿资源调查评价、找矿远景区圈定得到广泛应用[34-38]。

本次研究通过1∶10 万～1∶2.5 万遥感地质解译分析，建立了研究区主要地层、构造，尤其是含矿岩系顶底板地层岩性的遥感识别标志(表1)，查明了全区的地质构造格架和含矿岩系的分布特征，总结出铁化、泥化异常与含矿岩系的空间展布关系，即成带状断续分布的异常区指示有含矿岩系产出，且其剥蚀程度低，产出稳定，为铝土矿有利成矿区；反之异常规模大、强度高，且成面状连续分布区，推测含矿岩系剥蚀程度高，异常为其底部铁绿泥化、黏土化的反映，为不利成矿区，结合成矿地质和地形地貌条件，快速圈定找矿远景区；通过1∶1 万遥感解译结合三维立体影像模型(图11)，精细提取含矿层及其顶底板的遥感找矿标志，为矿区中大比例尺地质填图和地表工程施工提供重要的参考信息。

图10 东山矿区240剖面音频大地电磁测深反演电阻率图Fig.10 Audio magnetotelluric sounding apparent resistivity inversion diagram of section 240 in Dongshan mining area

地层或构造空间位置色调及影纹地形地貌T—碳酸盐岩矿系层位之上>500 m平面上呈紫红色蜂窝状、面状展布陡立状峰林、峰丛等喀斯特地貌P2+P3—碳酸盐岩矿系之上0～500 m平面上呈桔皮纹状、花生壳纹状展布。迎光影像为封闭的黄绿色带、色块,背光影像常成黑色条带陡崖、陡壁P1d+P2l含矿岩系阴坡表现为黑色条带状阴影,阳坡呈浅黄色条带环绕向斜形成圈闭小缓坡S1hj碎屑岩矿系之下0～400 m呈特征醒目的浅灰色、灰紫色,发射状“刘海”式密集沟影纹密集“刘海”式冲沟,缓坡中上寒武统白云岩矿系之下>3 km呈紫红—绿色条带、条块和影像粗糙感强的棋盘格子状展布峰林、溶蚀冲沟向斜构造控制矿系分布浅黄绿色条带环绕紫红色、黄绿色条块,平面形态较完整凸凹相间断层破坏矿系连续展布影纹色调异常线陡壁和狭窄沟谷,菱形网格状水系

4.4 化探找矿标志

研究区1∶20 万水系沉积物和重砂测量成果显示，F、CaO、MgO水系沉积物异常发育，且B、Ba、Li、U、Sr等元素的地球化学背景高，与大面积分布的碳酸盐岩和以海相沉积为主的沉积环境吻合；平坦的汇水盆地区Al2O3重砂异常规模大，而含矿岩系分布区未见其异常①，[39]贵州省地质矿产勘查开发局，贵州省有色金属和核工业地质勘查局. 贵州省务正道地区铝土矿整装勘查报告[R]. 2013：1-170.，推测为地形切割强烈，富含Al2O3的沉积物难以近距离保留所致。

4.5 综合找矿模型

以找矿增储为目的，以地质、物探、化探和遥感异常特征、找矿标志为依据[40]，建立了研究区铝土矿综合找矿预测模型(图12)，结合古地理特征及勘查现状分析认为，道真向斜西翼中北段、大塘向斜东翼、安场向斜北段、浣溪向斜南西段、青坪向斜中南段等区段已知矿床的深、边部(图1)，含矿岩系沉积厚度大(5～15 m)，地表分布稳定连续，产状较平缓(多小于40°)，埋藏相对浅(<1 000 m)的区域分布面积大，次生淋滤改造作用强(多有规模较大的成矿期后断层深切含矿岩系)，工作程度低(多为预查—普查)，具有较大的找矿潜力和增量空间。