广西来宾市北敢堆积型铝土矿地质特征及找矿标志

2021-04-08林大统柳美军

矿产与地质 2021年1期

徐勇，林权，林大统，柳美军

(广西壮族自治区三○七核地质大队，广西贵港 537100)

0 引言

广西铝土矿资源丰富，储量位居全国第3位，占全国资源储量的1/3以上，矿石铝硅比高，含铁量也高，主要集中分布于桂西资源富集区的百色市平果、德保、靖西、那坡、田东、田阳一带[1-4]，在崇左地区也有发现[5]。按成因类型可分为岩溶堆积型和沉积型铝土矿，以堆积型为主。随着广西铝土矿勘查工作的稳步进展，继桂西、崇左岩溶堆积型铝土矿之后，在来宾市兴宾区的北敢矿区亦发现了堆积型铝土矿床。结合区域地质背景、矿区地质特征对该区域的堆积型铝土矿的矿床成因进行浅析，并对找矿标志进行总结。

1 区域地质背景

区域上，北敢铝土矿位于广西二级构造单元南华活动带，三级构造单元桂中桂东北褶皱系的来宾凹陷中部。

来宾凹陷是晚古生代凹陷较深的地区，基底未露，东部边缘为下泥盆统滨岸相碎屑岩外，广泛分布碳酸盐岩，以平缓开阔褶皱为主，构造线方向为NE和NW向，或SN向和EW向，几乎无岩浆活动。

区域上出露地层由老至新主要为寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系、第四系。其中二叠系合山组与下伏茅口组呈平行不整合接触，白垩系与下伏三叠系呈角度不整合接触。

区域上经历了印支及燕山两期较剧烈构造运动，褶皱、断裂较发育。区域主体褶皱构造为一开阔复式向斜，构造线走向主要为SN向、NE向。次级褶皱多为宽展平缓的短轴背、向斜。褶皱主要有乔贤向斜、天山背斜、合山向斜。桂中地区夹持于桂北地块与云开地块之间，处于西以南丹至昆仑关断裂为界，北以宜州断裂为界，北东以东乡—永福和大黎断裂为界组成的三角区域。断裂构造具有多期活动的特征，以SN向为主，其次是NE向，断裂主要有平塘断裂、三五断裂、莲塘正断层、良江断裂等。构造的切割有利于地层不断运动抬升与沉积，通过红化作用，形成凹凸不平的古风化壳铁铝岩层，对沉积型铝土矿的形成起了关键的作用[6]。

区域的岩浆活动主要表现为喷出活动，在上二叠统大隆组中夹有多层中酸性凝灰岩和凝灰熔岩(图1)。

图1 区域地质图Fig.1 Regional and geological map1—临桂组 2—板纳组 3—北泗组 4—马脚岭组 5—罗楼组6—合山组 7—茅口组 8—栖霞组 9—南丹组 10—马平组 11—巴平组 12—地质界线 13—平行不整合界线 14—断裂构造

2 矿区地质特征

矿区出露地层有石炭系马平组、石炭系南丹组，中—上二叠统的栖霞组、茅口组、合山组，三叠系罗楼组、马脚岭组，第四系临桂组。石炭系上统至三叠系下统为一套浅海相沉积的碳酸盐岩。第四系为碳酸盐岩溶余堆积物，陆相碎屑沉积，主要沿河流、谷地、山坡及岩溶洼地分布。覆盖于茅口组之上的第四系是堆积型铝土矿的主要赋矿层位。

矿区位于桂中桂东北褶皱系的来宾凹陷中部，处于合山向斜的南端，褶皱主要为一系列近SN向的短轴状宽阔褶皱复式向斜，二叠系茅口组和合山组的不整合面发育小褶曲，岩石破碎，常充填硅质脉。核部主要为合山组的泥质灰岩夹钙质泥岩和炭质泥岩、硅质岩及煤层。倾角为40°～50°，核部地势较低洼、平坦，多被第四系覆盖。两翼地层主要为中厚层—块状泥晶生物碎屑灰岩、生物屑灰岩夹薄层状硅质岩，倾角为10°～50°。

矿区属中—低山岩溶地貌。按地貌组合特征分为溶蚀洼地、岩溶丘陵、峰丛-洼地、岩溶坡地，以溶蚀洼地为主，其特征是洼地封闭性差、开阔、面积大，多呈狭长带状或椭圆形；峰丛-洼地主要分布在工作区的西侧及南西侧；岩溶丘陵的斜坡分布岩溶残余红土和铝土矿矿块，是矿区堆积铝土矿的容矿场所。

3 矿床地质特征

3.1 含矿岩系特征

矿区堆积型铝土矿主要赋存于第四系更新统峰丛洼地、岩溶坡地等岩溶堆积层中。堆积型铝土矿的含矿岩系是第四系临桂组的黏土和铝土矿的组合。含矿岩系厚度大小不一，一般厚度为5.0～13.0 m，自下而上一般可以分为3层：① 底部含硅质岩碎块的黏土层或黏土层，呈黄褐色、灰黄色、红棕色及紫红色。主要由黏土组成，黏性和可塑性较大，含少量次圆状铝土矿块、硅质岩碎块和铁锰质结核等。该层的厚度与下伏茅口组的地貌关系密切。② 堆积型铝土矿层，呈红褐色、土红色、黄褐色。主要由大小不等的铝土矿碎块、褐铁矿、岩屑、黏土和硅质岩碎块等组成，铝土矿碎块大小不一，大者直径可达1 m，小者直径约为1 mm，一般为1～20 cm，呈棱角状—次棱角状。矿层厚度一般为1.0～5.0 m，最大厚度8.0 m。堆积型铝土矿与底部含硅质岩碎块的黏土层或黏土层、上部黏土层界线明显。③ 上部黏土层，主要是一套由黏土、砂质黏土和少量铝土矿石碎块及岩石碎屑形成的腐殖层或表土层，呈红棕色、褐红色、灰黑色、灰黄色、黄褐色的，质地松散，厚度为0～50 cm。矿区大部分铝土矿矿石在丘陵缓坡或山脊直接裸露地表[7]。

3.2 矿体特征

矿区共圈定堆积型铝土矿矿体47个，以二叠系茅口组碳酸盐岩为基底的第四系临桂组溶余堆积红土化残坡积层是堆积型铝土矿的赋矿层位。矿体分布较分散、连续性较差，矿体多被第四系含硅质岩碎块的黏土分布区所分割，矿体平面形态呈条带状、短轴状、椭圆状、不规则状等。剖面上呈似层状、层状、扁豆状、透镜状。矿体产状较平缓，仅有小的波动起伏，总体比较平稳，倾角为0°～40°，矿体产状与地形地貌密切相关，基本上与山坡坡向和坡角一致，由于受下伏茅口组碳酸盐岩侵蚀面凹凸不平影响，矿体厚度随之起伏变化。矿体一般分布于独立的低山丘陵，形态较简单。

矿体规模大小不一，一般长100～2050 m，宽100～300 m，厚度一般为1.0～4.0 m，最厚为7.7 m。w(Al2O3)为40.04%～53.54%，平均45.40%；w(SiO2)为4.68%～17.16%，平均10.71%；w(Fe2O3)为16.13%～39.99%，平均26.99%；A/S比值为2.68～10.73，平均4.24。

矿体是由大小不等的铝土矿石及黏土混杂堆积而成，偶尔含硅质岩、泥岩、砂岩、褐铁矿等碎块。工作区矿石含矿率总体不高，含矿率为344～1303 kg/m3，矿区平均含矿率为768 kg/m3，且呈均匀—不均匀分布，矿体含矿率局部变化较大，一般由正地形向负地形急剧降低。具有一定的分布规律：靠近矿源层的矿体含矿率较高，矿体处于低山丘陵边坡地段及隆起地段含矿率相对较高，靠近低洼或开阔平坦地带含矿率较低。垂向上一般是中上部矿石块体大、矿石质量好且含矿率较高，而底部矿石块体小、矿石质量差且含矿率较低。图2为北敢矿区17号勘探线地质剖面图。

图2 北敢矿区17号勘探线地质剖面图Fig.2 Geological section map of exploration line No.17 in Beigan mining area1—第四系临桂组 2—二叠系茅口组 3—黏土层 4—灰岩 5—松散堆积型铝土矿矿体 6—见矿浅井及编号

3.3 矿石特征

1)矿物组分：堆积铝土矿净矿石的矿物组分较为复杂，主要矿物为一水硬铝石，含量约占30%～90%，次要矿物为褐铁矿、赤铁矿、高岭石、针铁矿、胶铝矿、一水软铝石和三水铝石，少量的绿泥石、水云母、磁铁矿及稀土矿物等。

2)矿石结构构造：主要结构类型是粒屑结构(砂屑结构、粉屑结构)、豆粒结构、鲕粒结构，其次是隐晶质结构、胶状结构和半自形结构等。构造主要为致密块状构造，部分矿石粒屑呈现出定向排列的规律，矿石具有明显的条带状构造或环形构造。极少量矿石中的硫化物完全淋失，氧化形成氧化铁，通常具有蜂窝状、多孔状构造。

3)矿石化学组分：化学组分主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3及灼失量，四者质量分数之和为90.16%～99.35%，一般为93%～96%，平均95.55%；次要化学组分为TiO2，w(TiO2)为3.03%～5.27%，平均4.26%；微量化学组分有MgO、CaO、K2O、MnO、CO2、P2O5、Ga、TR2O3等(表1)。

表1 组合样品分析结果Table 1 Analysis data of the combined samples

伴生有用组分有Ga、Nb2O5、Ta2O5、TRE2O5等，w(Ga)为25×10-6～45×10-6，平均32×10-6；w(Nb2O5)为111×10-6～187×10-6，平均151×10-6；w(Ta2O5)为5×10-6～11×10-6，平均8×10-6；w(TRE2O5)为179×10-6～483×10-6，平均266×10-6。其中稀散元素Ga含量较高，达到一般工业要求。

伴生有害组分有S、CaO、MgO、P2O5、TiO2、CO2，w(S)为0.028%～1.64%，平均0.196%；w(CaO)为0.040%～0.089%，平均0.061%；w(MgO)为0.057%～0.12%，平均0.081%；w(P2O5)为0.025%～0.099%，平均0.050%；w(TiO2)为3.03%～5.27%，平均3.99%；w(CO2)0.030%～0.089%，平均0.048%。有害组分含量均低于矿床工业指标对有害组分的最大允许含量要求，对矿石的选冶没有影响。

4)矿石类型：按结构构造可分为豆-鲕状铝土矿、致密状铝土矿、砾-砂屑铝土矿。以砂屑铝土矿、致密块状铝土矿为主，各类型矿石分布无规律。按主要的铝矿物成分划分，属于一水硬铝石型铝土矿石。一水型铝土矿石主要由一水硬铝石和褐铁矿组成，部分矿石含少量三水铝石，三水铝石含量一般小于10%。根据化学组分含量划分主要为高铁型铝土矿。

4 矿床成因

北敢矿区堆积型铝土矿的分布特征与桂西地区的堆积型铝土矿分布特征存在明显的差异。北敢矿区堆积型铝土矿主要在低山、山坡、丘陵等高地上分布较多，且地势高处矿体厚度大、矿石质量好，而低洼处铝土矿分布较少甚至未见出露。而桂西地区堆积型铝土矿分布特征恰恰相反，堆积型铝土矿多分布在地势低的岩溶洼地、谷地的第四系红土层中，地势高的山坡或山顶上几乎未见铝土矿分布[1-4，8]。

区域上，上二叠统合山组(P3h)与中二叠统茅口组(P2m)平行不整合面广泛夹一层厚度1 m至数米的沉积型铝土矿或铁铝岩，是本矿区堆积型铝土矿的矿源层。

由于早二叠世末期的东吴运动，使桂中—桂东北的地区普遍上升，形成区域性间断，碳酸盐岩遭受风化剥蚀，湿热的亚热带气候，强烈的岩溶作用，易溶的钙质浸出，难溶的铝质残留富集在原地，后期地壳缓慢下沉，富含铝质的溶蚀堆积层在原地沉积，于二叠系合山组底部形成沉积型铝土矿、铁铝土岩。

新近纪以来，桂中地区地壳运动进入相对平静阶段，但总体上呈缓慢上升趋势，在此构造地质背景下，经历了多期多阶段的岩溶作用，碳酸盐岩地区气候条件潮湿炎热，遭受长时间的风化侵蚀，形成了溶蚀洼地、岩溶丘陵、峰丛-洼地等岩溶地貌。原生沉积铝土矿在长期的岩溶过程中遭受风化剥蚀等物理作用，或就地堆积，或在重力作用下崩塌陷落，与岩溶残余物混杂堆积于不同的岩溶地貌上，在酸性或偏酸性的介质条件下，易溶的碳酸盐岩极易发生红土化作用，将易溶的Cl、S、Ca、Mg、Si等淋失，而不易溶的Ti、Al、Fe等组分被残留下来，形成了堆积型铝土矿。

进入第四纪，堆积型铝土矿再次遭受风化、剥蚀、搬运、堆积。因桂中地区属于低山谷地岩溶交错的半丘陵地区，亚热带季风性湿润气候，气候温和、光热充足、降水充沛，工作区裸露地表的碳酸盐岩再次遭受大气降水的雨水冲刷、风化淋滤、溶蚀溶解等破坏作用，从而导致裸露的碳酸盐岩地层相对下降，而堆积型铝土矿原先赋存在岩溶洼地的风化壳中，由于红土风化壳主要由含褐铁矿黏土层和腐岩层构成，且黏土层渗透性较差，起到很好的隔水层作用。使该地层遭受大气降水的风化剥蚀等作用减弱，从而导致赋存堆积型铝土矿的洼地地势相对抬升。最终形成了“堆积型铝土矿在岩溶坡地和丘陵等高地上分布较多，而在低洼处分布较少甚至未见出露”分布特征[9-13]。

5 找矿标志

1)矿源层标志：上二叠统合山组与中二叠统茅口组间的平行不整合接触面上沉积铝土矿或铁铝岩层，是形成堆积铝土矿的矿源层。由于矿体上覆地层为易溶灰岩，背斜地势高，易风化淋滤，导致沉积型铝土矿裸露并剥蚀而形成堆积型铝土矿；向斜地势低，基本上未遭到剥蚀或轻微剥蚀，原生铝土矿层得以保留下来。故在该不整合面分布区附近的向斜山是寻找沉积型铝土矿、背斜谷是寻找堆积型铝土矿的有利地段。

2)地貌标志：堆积型铝土矿主要赋存于以中二叠统茅口组碳酸盐岩为基底的第四系临桂组溶余堆积红土化残坡积层中。其形态分布受地表形态控制，故碳酸盐岩地区的溶蚀洼地、岩溶丘陵、峰丛-洼地等岩溶地貌就成为堆积型铝土矿的一个直观找矿标志。

3)直接标志：矿区堆积型铝土矿矿体大部分直接裸露于第四系岩溶洼地、坡地，故地表出露的铝土矿块可作为直接找矿标志[14]。