桂西地区沉积型铝土矿床控矿规律及找矿预测

卢光辉

(广西壮族自治区二七四地质队，广西 北海 536005)

0 引言

桂西沉积型铝土矿床主要分布于广西西部地区的百色和崇左市，包括平果、靖西—田阳和崇左三个主要成矿区。前人对桂西铝土矿的研究较多集中在堆积型矿床方面[1-9]，少数对沉积型铝土矿床成因和物质来源做了研究[10-14]，控矿规律和找矿预测方面的研究资料比较少。笔者在负责完成广西地质勘查开发局研究项目“桂西地区沉积型铝土矿成矿规律、控矿因素和找矿预测研究”项目的基础上，探讨桂西沉积型铝土矿床成因、成矿模式和控矿规律，采用“地层-构造-古地理环境”三位一体的找矿预测方法，对桂西三个主要的沉积型铝土矿成矿区各成矿单元进行找矿预测，较详细地给出了各成矿单元的找矿预测数据，预测沉积型铝土矿远景资源量63 685万吨，为该地区沉积型铝土矿勘查研究提供参考。

1 矿床地质概况

1.1 区域地质特征

在大地构造上，桂西铝土矿成矿区位于南丹—昆仑关深大断裂以西、钦州海槽以北的广西西部地区，涵盖Ⅱ级构造单元南华活动带西端右江褶皱系Ⅱ2的全部范围(图1)。桂西地区出露地层自老至新分别为寒武系、志留系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系及第四系，尤以三叠系分布最广。下泥盆统郁江组与下伏上寒武统呈角度不整合接触；二叠系中、下统间呈平行不整合接触；三叠系与二叠系之间亦存在局部沉积间断。区域构造主要是NW向发育，台地相区为平缓开阔褶皱，台沟区为紧密线状构造，台盆相分界特别明显。区内广泛分布华力西期和印支期基性—酸性火山岩和基性侵入岩，加里东期酸性侵入岩有小面积出露。

图1 桂西沉积型铝土矿构造位置图

1.2 含矿层位

桂西沉积型铝土矿床赋存于中二叠统茅口组(P2m)古风化壳不整合面之上、上二叠统合山组(P3h)下段的吴家坪阶地层底部或中下部。各成矿区赋矿层位因成矿环境的不同存在一定的差异，桂西中部地区沉积型铝土矿赋存于吴家坪阶地层底部，矿层一般与茅口组灰岩直接接触；桂西北部地区沉积型铝土矿主要赋存于吴家坪阶地层的中下部，在矿层下部可见泥岩或炭质泥岩层；南部沉积型铝土矿从底部到中上部均有分布。

1.3 矿层特征

沉积铝土矿主要呈层状、似层状或透镜状产出。

矿层顶部大致保持平行沉积层理，产状与含矿岩系地层一致。矿层底部一般与二叠系茅口组灰岩风化壳及其残积物紧密接触，沼泽相区与下伏泥岩整合接触。矿层厚度受古风化壳起伏影响较大，但总体上较稳定，各矿区平均厚度大致相似，约2.5 m。矿层下段呈整体块状，豆状、鲕状结构较明显，矿层上段沉积层理则较为明显，往往沿沉积层理风化解理为薄层状。

1.4 矿石特征

桂西沉积型铝土矿为一水硬铝石型，主要为灰黑色或灰绿色厚层块状矿石，氧化后则主要呈紫红、浅灰或褐黄色。矿石以隐晶质、微晶、鲕粒和碎屑结构为主。鲕粒和屑粒分散在微晶和隐晶质的基质矿物中。

矿石矿物成分主要铝矿物为一水硬铝石。扶绥东罗矿区除了一水硬铝石外，还含一定量的一水软铝石。主要黏土矿物为伊利石、高岭石和少量绿泥石，其中台地区域主要是伊利石，沼泽地带高岭石含量则较多，矿石风化后呈现高岭土化现象。矿石中TiO2较稳定，含量约为2%，主要以锐钛矿形式存在。矿石中铁和硫含量较高，铁和硫主要以硫铁矿的形式赋存。原生沉积铝土矿硫的含量往往达到硫铁矿工业指标而被以硫铁矿的形式开采利用。矿石氧化后，硫铁矿转变为褐铁矿，硫成分流失，达到铝土矿工业利用要求。

2 矿床成因

2.1 成因类型

铝土矿一般分红土型和喀斯特型(沉积型)两大类[15-17]，喀斯特型铝土矿床是古风化壳型铝土矿床的一种亚型，实际上是古红土型铝土矿床[18]，属于陆地风化成因。桂西沉积型铝土矿与一般的古风化壳铝土矿显示出一些不同的特点，首先，它的碎屑锆石年龄显示一个约259 Ma的单一峰值[10，12-14]，表明成矿物源具有单一性；其次，它的成矿空间位于古风化壳及底砾岩等古风化壳残留物层之上。桂西沉积型铝土矿层和角度不整合面之间一般只有极薄的一层风化壳残留物，只有在古河床和沟谷地段局部出现底砾岩，铝土矿层位于风化壳和底砾岩层之上，说明该区沉积铝土矿并非基底灰岩风化壳产物，符合外源性火山灰沉积风化成因的特点。桂西北部东兰—凤山—凌云一带，风化壳之上、成矿层之下普遍存在底砾岩和泥岩层，表明该区在成矿期为台缘浅滩的水下环境，风化淋滤成矿作用受到限制，一般无法形成沉积型铝土矿床，往往形成煤系硫铁矿床。

2.2 矿物成分的提示

桂西沉积型铝土矿微量元素分析结果显示钒锆比V/Zr一般小于0.1，远低于海洋环境沉积层，呈现陆地风化成因特征。钍铀比Th/U一般都大于4，也明显大于台缘浅滩和盆地沉积物的Th/U比值，显示陆地风化淋滤成因特征。

桂西沉积型铝土矿Al2O3- SiO2含量呈负相关(图2)，说明铝土矿的形成与成矿物质的陆地风化淋滤脱硅过程直接相关。铝和镓品位呈正相关(图3)，铝土矿w(Ga)一般大于50×10-6，平均值为81×10-6，而同时期的水体环境沉积层w(Ga)一般都小于50×10-6，尤以无风化淋滤作用的盆地相沉积物为最低，w(Ga)平均只有22×10-6，两者区别明显。可见，桂西沉积型铝土矿形成的必要条件是陆地的风化淋滤成矿作用，在没有风化淋滤成矿作用的水体环境，虽然有中酸性火山尘沉积层，亦未形成铝土矿床。

图2 桂西铝土矿的Al2O3 - SiO2相关性Fig.2 Al2O3 - SiO2correlation of bauxite deposits in West Guangxi

图3 桂西铝土矿的 Ga - Al2O3相关性Fig.3 Ga - Al2O3 correlation of bauxite deposits in West Guangxi

2.3 铁铝分异作用的提示

从矿床的水平方向和垂直方向看，桂西沉积型铝土矿都表现出陆地风化淋滤成矿作用特有的铁铝分异现象，充分显示出陆地风化淋滤成因特征。

在大范围平面空间上，较晚海侵的古陆边缘环境，如龙州响水一带，由于接受风化淋滤作用时间较长，成矿物质的铁铝分异作用特别明显，矿床铁含量显著升高，铝含量显著降低，由沉积型铝土矿过渡为沉积型铁矿。

桂西沉积型铝土矿铁铝分异作用显示出与玄武岩淋滤成因的红土型铝土矿床不同的特点，玄武岩层一般在短时间内形成，风化淋滤成矿作用从顶部开始，导致矿层上部铁铝分异作用较下段明显，铁含量较高，甚至在地表形成铁帽；桂西沉积型铝土矿矿层下部铁含量一般较矿层上部高，局部出现块状、角砾状铁矿石，可能由于火山尘向上逐渐沉积，矿层下部风化淋滤作用时间长于矿层上部。

桂西陆台区的铝土矿沉积与盆地相区同期沉积物呈现渐变的环境过渡状态，从盆地相的沉凝灰岩，到浅滩相的高硅铝土质泥岩，到沼泽相区的高硅铁铝岩，再到陆台区的铝土矿，它们之间的物质成分和结构差异仅在于原岩接受风化淋滤程度的差异，进一步支持陆地风化淋滤成因的观点。

2.4 矿石结构构造和古生物的提示

桂西沉积型铝土矿常见的豆状和鲕状结构的核心并非外源性物质，而是铝土矿本身，与陆地风化淋滤形成的三水铝矿石结构相似。在后期海侵的龙州矿区常见砾屑结构，砾屑为较早形成的铝土矿块，棱角分明，胶结物亦为铝土矿，呈现陆地风化淋滤混合成因。

桂西沉积型铝土矿层下段没有沉积层理，未发现水体沉积层常有的交错层理和波痕等构造，未见任何水生动植物化石，没有水下沉积的痕迹。铝土矿上部可见植物根茎化石和煤这种近岸陆生植物化石，未见海洋生物化石，显示陆地风化淋滤成因的特点。

3 沉积环境

桂西地区沉积型铝土矿形成于陆海变迁的晚二叠世吴家坪早期，沉积环境为成矿期出露海平面的台地(陆台)，属于陆相沉积环境。陆地沉积环境的标志是沉积铝土矿层与下伏茅口组古风化壳及其陆地残留物直接接触，水体沉积环境的标志则是成矿层与下段泥岩整合接触。

桂西沉积型铝土矿成矿期陆地环境前后沉积的地层层序自下而上依次分为8层：①茅口组灰岩古风化壳(含少量风化壳残留物)；②沉积铝土矿层；③铁铝质泥岩；④炭质泥岩；⑤铝土质泥岩；⑥泥岩夹硅质泥岩；⑦硅质泥岩夹灰岩；⑧灰岩夹硅质泥岩。受斜坡、陡崖环境或构造微旋回的影响，有的地段会缺失其中的部分地层。陆地成矿环境的地层组合是一种基底风化剥蚀-陆地火山沉积物风化淋滤成矿-表土风化物水下沉积-滨海沼泽成煤沉积-潮坪潮下浅水浊积岩沉积-潮下深水硅质泥岩沉积-滨海薄层硅质泥岩夹薄层灰岩沉积的海退-海侵大旋回。

水体沉积环境包括深水盆地和沼泽、浅滩等浅水台地环境。成矿期桂西盆地环境为二叠系领薅组(P3lh)/四大寨组(P2s)的连续沉积，对应于成矿层位的领薅组底部为火山碎屑来源的沉凝灰岩沉积层，外观与玄武岩相似，两者容易混淆。因未受风化淋滤作用，该层基本保持原岩的成分和结构。桂西铝土矿成矿期水体环境沉积的主要特征是成矿层位之下为整合接触的泥岩沉积层，这种沉积见于桂西北部地区。因水体环境风化淋滤成矿作用较弱，同期沉积物无法形成具工业价值的沉积型铝土矿床。

4 成矿模式

桂西沉积型铝土矿主要为火山尘风化淋滤成因，其成矿模式：(a)地壳隆升→(b)火山尘沉积风化淋滤形成红土型铝土矿→(c)海侵保存→(d)成岩变质作用形成沉积型铝土矿(图4)。

图4 桂西沉积型铝土矿成矿模式图Fig.4 Metallogenic model of sedimentary bauxite deposits in West Guangxi1—风化溶蚀物 2—碳酸盐岩 3—生物礁灰岩 4—沉积型铝土矿 5—凝灰岩 6—泥岩 7—硅质岩 8—炭质泥岩 9—火山灰

茅口期末，东吴运动使桂西的碳酸盐台地隆升，出露海平面，接受风化剥蚀，形成古卡斯特风化壳，为火山尘沉积和风化淋滤成矿提供了必要的容矿空间。火山喷发形成的火山尘进入大气平流层向桂西地区扩散，在陆地形成凝灰岩层，在盆地形成沉凝灰岩层。沉积在古陆地环境中的火山覆盖层结构疏松，容易被风化淋滤形成三水铝土矿床。桂西台地高透水性的碳酸岩基底为火山盖层的风化淋滤成矿提供了有利的环境条件。处于水陆交替环境的沼泽和台缘浅滩区风化作用较弱，成矿层之下泥岩沉积层的隔水作用则进一步限制了淋滤脱硅作用，形成高硅铁铝岩。深水盆地领薅组沉凝灰岩因没有风化淋滤成矿作用，保持着原岩结构和成分的硅质泥岩。吴家坪期大规模的海侵运动使陆地形成的三水铝矿床快速沉入海底得以保存下来。在还原条件的水下环境中，火山喷发带来丰富的硫元素将氧化铁还原为硫铁矿，成为铝土矿主要的铁矿物。最后经地层温压和成岩变质作用，火山尘风化形成的红土型铝土矿床转变为沉积型铝土矿床。

5 控矿规律

1)层位控矿。桂西沉积型铝土矿严格受层位控制，矿层仅产于二叠系茅口组顶部古风化壳之上、合山组底部吴家坪阶地层。桂西地区石炭系都安组/泥盆系融县组古风化壳不整合面沉积物主要为黏土岩，极少铁铝岩；二叠系栖霞组/马平组古风化壳不整合面沉积物为泥岩或粉砂岩；三叠系逻楼组/二叠系茅口组古风化壳不整合面沉积物为泥岩。在相似地层基底背景下，桂西地区吴家坪期前后海陆变迁形成的其他不整合地层均未有具工业价值的沉积型铝土矿赋存。

2)构造控矿。沉积型铝土矿仅赋存于古台地的向斜或背斜边缘区域。因背斜中心区往往首先出露地表，接受风化剥蚀，沉积型铝土矿已经暴露地表，经崩落和堆积，形成残积铝土矿或堆积型铝土矿床，只有背斜翼部和向斜地段保存着沉积型铝土矿床。

3)古地理环境控矿。沉积型铝土矿床仅赋存于成矿期的陆地环境，水体环境由于缺乏风化淋滤成矿作用，无法形成铝土矿床。

桂西沉积型铝土矿成矿期主要为层位控矿和古地理环境控矿，成矿期后主要为构造控矿。

层位控矿和构造控矿比较简单，并没有可争议之处，古地理环境控矿比较复杂，对矿床的控制起着决定性的作用，但未解决的问题较多，如何利用古地理环境指导野外找矿实践是本文要解决的难点。

根据桂西沉积型铝土矿床的成因和沉积环境，陆台中心区的准平原或缓坡是最理想的成矿场所。桂西地区所有的大中型铝土矿床都产于成矿期的陆台中心区域。陆台边缘区受雨水或后期海侵阶段海水冲刷的影响，矿层变薄变差甚至缺失，沿陆台边缘深部成矿变得更差。成矿期沼泽环境的风化淋滤成矿作用受限，铝硅比低，矿石质量差，或无法形成铝土矿床。

综上，桂西地区沉积型铝土矿的形成需要同时具备成矿层位、成矿构造和成矿古地理环境三个条件，缺少其中任何一个成矿条件都无法形成沉积型铝土矿床。

6 找矿预测

6.1 找矿预测方法

桂西地区典型的沉积型铝土矿床的矿体或矿层下与灰岩接触，上与炭质泥岩接触，铝土矿层本身含炭量也比较高。根据矿层顶底板的这些特点，笔者尝试采用电磁物探找矿预测方法，虽然可将底板灰岩与沉积铝土矿层和炭质泥岩层区分开，但无法区分沉积型铝土矿层和炭质泥岩层。目前尚未找到有效物探找矿预测方法的情况下，根据桂西沉积型铝土矿床成因和控矿规律，采用地层-构造-古地理环境“三位一体”的找矿预测方法是最有成效的。同时具备上二叠统合山组、背斜-向斜构造和成矿期陆地境这三个控矿条件的区域划定为沉积型铝土矿的找矿靶区，一般都能找到一定规模的沉积型铝土矿床，其找矿潜力主要取决于成矿期的古地理环境位置和构造位置。

6.2 平果成矿区

平果成矿区位于平果县旧城台地，主要包括那豆背斜、太平背斜和周边果化、八秀和陇练三个陆台边缘成矿单元(图5)。布绒陆台中心区处于最有利的成矿环境，成矿条件最好，为Ⅰ级找矿远景区；其他成矿单元均为陆台边缘区，成矿条件比陆台中心区稍差，为Ⅱ级找矿远景区；台缘浅滩区的上二叠统合山组则不具备沉积型铝土矿的成矿条件。平果成矿区找矿潜力资源量18 282万吨，详细参见找矿预测结果表1。

图5 平果成矿区古地理环境和找矿预测图Fig.5 Exploration prediction and paleo-geographic environment of Pingguo metallogenic area

表1 平果成矿区找矿预测结果Table 1 Prospecting prediction result in Pingguo metallogenic area

各成矿单元的成矿系数由野外调查见矿概率进行设置。布绒核心区是平果成矿区成矿条件最好的成矿单元，沿走向和倾向的成矿系数均为0.75。那豆陆缘区、太平陆缘区和陇练陆缘区成矿较其他陆缘区稍好一些，走向的成矿系数0.60，倾向的成矿系数0.50。旧城陆缘区走向成矿系数0.50，倾向成矿系数0.40。果化陆缘区和八秀陆缘区走向成矿系数0.40，倾向成矿系数0.30。面积系数为走向系数和倾向系数的平均值。矿厚和矿石密度来源于钻孔和探槽的数据统计，桂西各成矿区基本相近，统一采用2.5 m和2.6 t/m3的平均值。预测延深500 m。

6.3 靖西-田阳成矿区

靖西—田阳成矿区跨越田东—田阳—德保—靖西—那坡5县市，是成矿期相连的陆地岛屿(图6)，主要包括巴头向斜和新圩向斜两个大的成矿单元。巴头向斜是田阳—德保矿区的核心成矿地段，新圩向斜是靖西—那坡矿区的核心成矿地段。根据成矿条件的相似性和空间上的连续性等因素，可将靖西—田阳成矿区划分为新甲陆台中心区、巴头陆台中心区、禄峒—南坡陆缘区、龙合陆缘区、吞德陆缘区、东凌陆缘区和游昌陆缘区共7个成矿单元。

新甲向斜和巴头向斜位于陆台的中心区域，成矿条件最好，为Ⅰ级找矿远景区。其他5个陆缘区成矿稍差，为Ⅱ级找矿远景区。南坡—荣劳一带的四定向斜和田东游昌等地为局限台地—沼泽过渡区，成矿较差，稍往外延伸即为无矿的台缘浅滩区。台地边缘浅滩区广泛分布于台地边缘的平孟—吞盘—荣劳—禄峒—德保县城—足荣—作登—那满—那坡—百峰—洞靖—桥业—东凌—敬德—扶平—龙合等地，虽然具有茅口组/合山组不整合地层，但缺失铁铝岩层，或铁铝岩层达不到铝土矿工业品位。

靖西—田阳成矿区找矿潜力资源量315 591万吨，各成矿单元的成矿系数和找矿预测结果参见表2。

6.4 崇左成矿区

崇左成矿区位置崇左市龙州—宁明—扶绥一带，在成矿期为直接与大新古陆相连的陆地，从台缘浅滩到古陆中心，古地理海拔逐渐升高。在吴家坪期大海侵事件中，靠近古陆中心的地区海侵时间要晚一些。海侵时间的不同，使崇左成矿区表现出一些与其他成矿区不同的特点。最显著的特点是，古海拔较高的响水—江州一带，由于海侵时间较晚，矿层接受风化淋滤时间较长，铁铝分异作用较明显，这就使得原来的铝土矿床转变为褐铁矿床。古陆周边是寻找褐铁矿的理想场所，而不是寻找铝土矿的理想场所。

根据成矿地层和成矿期古地理环境，崇左成矿区分为4个成矿单元(图7)：东罗—山墟台地沼泽区、宁明古陆陆缘区、水口古陆外缘区、柳桥—东门台缘沼泽区。响水古陆内缘区靠近古陆高地，海侵时间较晚，形成褐铁矿床。水口和宁明古陆外缘区靠近古陆地段铁的含量亦较高，形成高铁铝土矿床。扶绥—上思一带古地理海拔较低的地段为沼泽或台缘浅滩区，风化淋滤作用弱，无法形成铝土矿床，划分为无矿区。

崇左成矿区的找矿潜力资源量为13 813万吨，各成矿单元的成矿系数和找矿预测结果参见表3。

表3 崇左成矿区找矿预测结果Table 3 Prospecting prediction result in Chongzuo metallogenic area

7 结语

桂西沉积型铝土矿是以陆地风化淋滤成因为主的矿床，茅口期末东吴运动引起的地壳隆升提供了风化淋滤成矿必要的陆地空间；吴家坪期全球性火山大喷发事件提供了成矿物质来源；基底灰岩的高透水性为火山尘的风化淋滤成矿提供良好的环境条件；吴家玶期的全球大海侵事件使陆地形成的铝矿床沉入海底得以保存，经海相改造和成岩变质作用，最终形成了沉积型铝土矿床。

桂西沉积型铝土矿同时受到层位、构造和成矿古地理环境三个要素的控制，采用地层-构造-古地理环境“三位一体”的找矿预测方法能较准确地圈定成矿靶区，是桂西地区沉积型铝土矿有效的找矿预测方法。