贵州正安铝土矿基底地貌控矿作用及找矿意义——以正安旦坪铝土矿床Ⅰ号矿体为例

李源洪，杜红毅，李信念，刘 旭，胡 鹏

(贵州省地质矿产勘查开发局106地质大队，贵州 遵义 563000)

贵州省正安地区铝土矿主要分布于新模、张家院、安场三个向斜构造之中，查明资源量近3.5亿吨，为贵州铝土矿在全国保持资源优势起到了举足轻重的作用。旦坪铝土矿是贵州省正安地区发现的一个具超大型规模的铝土矿床，其矿石资源量达1.1亿吨，其中Ⅰ号矿体为区内矿石品质最好、控制程度最高、资源规模较大的一个主矿体，其已基本完成勘探工作，单矿体圈定资源规模达到大型矿床规模。因此对其成矿规律的研究可以很好地指导正安地区铝土矿的找矿勘查工作。

1 成矿地质背景

贵州正安旦坪铝土矿位于渝南-黔北铝土矿成矿带-务正道早二叠世阿瑟尔期至亚丁斯克期铝土矿成矿亚带(徐志刚 等，2008，刘平 等，1999)，区内地层由老至新依次有志留系下统韩家店组，石炭系上统黄龙组，二叠系下统大竹园组，二叠系中统梁山组、栖霞组、茅口组，二叠系上统长兴组、吴家坪组。含矿层位为二叠系下统大竹园组的中上部，基底主要为志留系下统韩家店组页岩，其次为石炭系中统黄龙组，其中韩家店页岩富含水云母，是铝土成矿物源的最大贡献者(韩英 等，2014)，务正道地区早二叠世紫松期-隆林期古地理环境为一个向北开口的半封闭海湾(崔涛 等，2013)，研究区旦坪铝土矿的形成环境主要为半封闭海湾向近岸平原过渡的滨岸湿地(图1)。

图1 早二叠世紫松期-隆林期古地理图 (据杜远生 等，2014)Fig.1 Paleogeographic map in Zisong period and Longlin period of early Permian

2 矿床特征

区内含矿层位为二叠系下统大竹园组(P1d)，习称铝土矿含矿岩系。其下部为(浅)灰绿、黄绿、灰白色绿泥石粘土岩、铁绿泥石岩、水云母粘土岩、含铁质或铁质粘土岩、含豆鲕或碎屑状粘土岩，偶见黄铁矿(层)赤铁矿层；中上部为灰白色、浅灰色、灰色、深灰至黑灰色碎屑状、豆鲕状、致密状、半土状铝土矿或铝土岩，常见黄铁矿呈团块状、结核状、星点状、细脉状和叶片状产出；顶部为灰白、浅灰色、灰色粘土岩，含豆鲕(复豆鲕)状及碎(砾)屑状粘土岩，含植物化石碎片；含矿岩系内见蕨类植物孢子和裸子植物花粉。

图2 正安县旦坪铝土矿床地质略图(据《中国矿产地质志·贵州卷·铝土矿》修编)

3 样品采集及数理统计

本次研究样品主要来源于旦坪铝土矿Ⅰ号矿体勘探的146个钻孔数据统计，共计系统统计了矿系厚度、矿体厚度、三氧化二铝含量、铝硅比值、二氧化硅含量数据点5个参数，数据点均为146个(表1)。从标准偏差看本次采用数据中矿系厚度、矿体厚度离散程度较小，数据较为集中，三氧化二铝、铝硅比值及二氧化硅数据相对较为离散，数据变化稍大。但从变异系数看数据变异系数均小于1，整体较为均一，离散程度低，因此本次使用的样品数据具有较好代表性。

表1 旦坪铝土矿Ⅰ号矿体矿体特征统计表

表注：依据146个勘探钻孔数据统计结果。

4 基底微地貌特征

4.1 基底微地貌编图方法

研究区铝土矿产于二叠系下统大竹园组中，其直接沉积于下伏志留系韩家店组或石炭系中统黄龙组地层之上，早二叠世时期，受加里东运动影响，务正道地区发生大规模的水位下降，铝土矿基底地层上石炭统黄龙组或下志留统韩家店组长期遭受风化剥蚀而形成准平原化地貌，在准平原化地貌中形成了大小不等、深浅不一的盆地。在此之后沉积了含铝岩系早二叠世大竹园组，该时期务正道地区整体为向北开口的半封闭海湾的沉积环境，而正安地区表现为滨岸湿地环境，仅存在垂向上的水位变化，未发生水平方向的挤压或拉张。至中二叠世发生长期海侵形成了梁山组泥质岩和栖霞组、茅口组灰岩沉积，为铝土矿含铝岩系或铝土矿的保存提供了足够的盖层条件，使之免受剥蚀。因此利用钻孔揭露矿系厚度可以反应基底古地貌，本次研究编图方法是系统统计研究区Ⅰ号矿体实施的勘探钻孔矿系厚度，取负值利用sufer8.0软件中的表面图、等值线图功能生成基底三维微地貌图来直观反应研究区基底微地貌的特征。

4.2 基底微地貌特征

图3 三维基底微地貌图

图4 黄龙组灰岩分布图

4.3 矿体厚度、品位特征及其与矿系厚度的相关性规律

根据研究区矿系厚度、矿体厚度、三氧化二铝含量及铝硅比值相关系数矩阵(表2)，研究区共有样本数146个，按0.05的显著水平，相关系数检验临界值为0.162 52，矿体厚度与矿系厚度相关系数为0.51，Al2O3含量与矿系厚度相关系数0.44，呈明显正相关，SiO2与矿系厚度相关系数-0.42，呈明显负相关，Al/Si值相关系数0.21，呈现一般正相关，SiO2含量与Al2O3含量相关系数-0.83，相关性极强，呈极其明显负相关。

表2 旦坪铝土矿Ⅰ号矿体矿体特征数据相关系数矩阵(显著水平=0.05)

4.4 研究区沉积基底与古地理、地貌

研究区铝土矿的沉积基底包括2种类型：①志留系下统韩家店组泥质岩；②石炭系上统黄龙组灰岩。从黄龙组厚度等值线图(图4)可以看出，以韩家店组泥质岩为基底的主要分布在研究区南部，以黄龙组灰岩为基底的则位于北部。这说明在石炭纪时期研究区北部存在一定的浅海相碳酸盐岩沉积，而南部为地势较高的剥蚀区，区内地貌总体存在南高北低的特征，而与道真、务川一带相比研究区黄龙组灰岩厚度较薄，结合前人研究将研究区归属于海相向陆相过度的滨岸湿地环境较为妥当。从研究区含矿岩系的组合特征看，区内矿石以碎屑状、豆鲕状铝土矿为主，约占所有矿石的93%，也体现出该区沉积环境为水动力较强的高能环境，此外前人对该区W(B)进行了采样分析，指示亦接近海陆过渡相，因此可以认为研究区铝土矿形成的古地理为滨岸湿地，总体地势为南高北低。

图5 矿系、矿体厚度及品位等值线图

5 基底控矿作用及找矿意义讨论

5.1 基底微地貌控矿

正安地区铝土矿基底岩性以下志留统韩家店组(S1hj)灰黄色、紫红色伊利石页岩为主，次为上石炭统黄龙组(C2h)浅灰色厚层粗晶灰岩。根据正安地区早二叠世铝土矿的成矿模式图(如图6)。铝土矿成矿作用经历了风化作用(红土化或钙红土化作用)、淋滤作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用等几个阶段。也就是说正安地区是黔北古陆的含铝碎屑岩及少量的碳酸盐岩经过红土化作用形成了成矿母质，再经过搬运作用到海陆交互的近岸平原、滨岸湿地、半封闭海湾等环境下通过沉积和后期的淋滤等改造作用形成矿体。通过对务正道地区不同类型矿石的分布特征研究已经表明，正安新模向斜地区总体属于海水动力较强的滨岸湿地环境(崔涛 等，2013)，其古水文地质条件区别不大，此外整个正安地区在成矿期均处于古纬度8.2°赤道附近的热带地区，气候湿热，然而却出现了矿体厚度、矿石品质的较大差异，侧面说明了古地貌在该区铝土矿的形成过程中取到了至关重要的作用。正安地区早二叠世铝土矿沉积盆地主要是硅质陆屑岩的侵蚀平原上的负地貌，虽相对黔中地区铝土矿基底起伏明显平缓，但是从旦坪地区的基底微地貌可以看出仍然存在着深度15米以内起伏，其是控制铝土矿形成过程中矿体的就位和品位的富集的关键因素。从矿体厚度、品位特征及其与矿系厚度的相关性分析及 矿体厚度、品位等值线图与矿系厚度等值线图、三维基底微地貌图对比耦合均表明了基底微地貌是研究区的重要控矿因素，其控制了矿体形成、厚度及矿石品质。

前人在黔中、务正道以及龙里地区的研究成果(翁申富 等，2013，吴波 等，2020，陈文一 等，1984，梅冥相 等，1991，盛章琪 等，2010，陈庆刚 等，2012，刘平 等，2020)已经表明，务正道地区、黔中地区、凯里地区铝土矿成矿因素大体一致，最大的差别主要体现在含矿岩系厚度上，也就是说基底微地貌的不同，这也侧面说明铝土矿沉积基底的微地貌是控制研究区铝土矿形成关键因素。

图6 早二叠世铝土矿成矿模式图(据《中国矿产地质志·贵州卷·铝土矿》)

5.2 基底微地貌控矿作用及找矿意义

以往研究成果表明，湿热的气候、负地形地貌、充裕的风化时间、植被和微生物参与、氧化和酸性的沉积环境、通畅的水文系统是铝土矿形成的成矿地质条件(杜远生 等，2014，Yu et al.2019，余文超 等，2013)，正安旦坪地区铝土矿形成于滨岸湿地环境，由于其海陆交互的沉积环境，保障了水文系统的通畅，因此在小范围内古地貌条件控矿作用更为明显，负地貌为风化剥蚀后的含矿物质提供了搬运驻留的储存空间，是矿床形成的基础。储存在负地貌内的铝硅酸盐岩红土，由于洼地的存在，形成了一个淋滤作用的温床，受到后期多期淋滤作用，易溶于水的Fe、Si、Mg、Ca等元素被地下水带走，而难溶于水的Al、Ti等元素则相对富集，从而形成铝土矿床。而由于局部地形洼地则控制了淋滤作用时间的长短，从而控制了铝土矿矿体的厚度及品质，通过整理对比旦坪1号矿体中的矿系厚度最大的钻孔ZK606与矿系较薄的钻孔ZK1316可以明显看出(图7)，ZK606钻孔经历了3个期次的淋滤作用，形成了黑白相间的3个淋滤旋回，其矿体厚度达5.30m厚，单工程Al2O3达到73.63%，铝硅比达20.92，不仅矿体较厚，品质也更好，而矿系厚度较薄的ZK1316钻孔，仅出现了1个淋滤旋回，Al2O3最高含量仅35.32%，未成矿。旦坪地区洼地内铝土矿形成一般经历了2-4期的淋滤作用，而高地上则通常只表现为1期或无法看出淋滤旋回，洼地内含矿层遭受了更长时间的淋滤，因此高品质的铝土矿往往产于古地貌凹地的中心，向外矿体厚度与品质逐渐变薄、变差，从图3、图4中可以明显看出三氧化二铝、铝硅比值的浓集中心正好集中在凹地最深区域，很好地印证了这一结论。因此笔者认为研究区铝土矿的沉积基底负地貌是控制矿床形成的基础，为铝土矿的形成提供了淋滤场所，从而控制了铝土矿产出的形态及厚度，而微地貌中的负地形洼地通过影响后期品位富集的关键淋滤作用的时间来控制了矿石品质的好坏。

基于以上成果，笔者认为对于此类铝土矿的勘查应着重注意对基底古微地貌的研究，研究成矿期基底古微地貌特征，找寻地形相对较低的盆地作为找矿靶区，将钻孔布置在盆地中的凹地内，避开台地，有利于提高见矿率，找到大矿、富矿。

图7 典型钻孔淋滤期次对比图

6 结论

(1)旦坪铝土矿Ⅰ号矿体沉积古地貌总体表现为南高北低，北部表现为碳酸盐岩古岩溶地貌，南部表现为硅酸盐岩风化侵蚀地貌。

(3)正安地区铝土矿的沉积基底微地貌主要通过影响后期淋滤作用的时间长短控制矿体的厚度与矿石品质。

(4)正安地区的勘查找矿要着重加强对基底古地貌及原型盆地恢复的研究，将勘查重点靶区放在盆地内，工程布置于盆地凹地内，可以提高见矿率，找到大矿富矿。

致谢：文章所用数据来源于旦坪铝土矿精查项目组，成文过程中得到了李沛刚、翁申富、朱永红三位研究员的指导，在此对项目组所有参加人员及三位指导老师表示衷心的感谢！