贵州大方-金沙地区九架炉组含铝岩系地质地球化学特征与沉积环境探讨.pdf

年 卷第 期(总第 期)贵 州 地 质 ()收稿日期 修回日期作者简介张明选()男工程师学士主要从事矿区水文地质勘查及评价工作:通讯作者代启勇()男高级工程师学士主要从事区域地质、矿产地质工作:贵州大方金沙地区九架炉组含铝岩系地质地球化学特征与沉积环境探讨张明选代启勇蔡丽红陈小浪卢俊蓉严义强白 平(贵州省地矿局区域地质调查研究院贵州 贵阳)摘 要含铝岩系主要产于石炭系九架炉组中上部呈似层状、层状产出受黔中隆起影响产于寒武系娄山关组白云岩之上、二叠系梁山组炭质粘土岩之下 针对九架炉组开展剖面测量、工程揭露、样品测试等工作对地球化学元素分析显示微量元素中锆、锶、钒、镓、钪等元素含量相对较高而钽、铯、钍等其他微量元素含量相对较低 样品测试结果/表明含铝岩系形成于海相、海陆过渡沉积环境同时对环境敏感元素 统计分析表明含铝岩系形成于海陆过渡沉积环境/表明含铝岩系处于还原环境 综合本次成果研究九架炉组铝质岩系形成于还原的半咸水陆相沉积环境 古喀斯特特地貌控制了九架炉组的含铝岩系的规模古喀斯特岩溶盆地为铝质粘土岩的沉积提供了良好场所结合地球化学特征、沉积环境和古气候等进行分析为后续的矿产调查、勘查及综合评价提供科学依据关键词地球化学特征沉积环境含铝岩系九架炉组贵州大方金沙中图分类号 文献标识码 文章编号()引言九架炉组源于廖士范()命名于贵州修文县小山坝附近假整合或微角度不整合于九层坡灰岩之上、整合于黄龙石灰岩之下的九架炉组铝铁岩系 年黄汲清改称九架炉层(贵州省地质调查院)但多数学者仍然沿用九架炉组(王中行 刘 功 欧 刘 平、贵州省地质矿产局贵州省地质调查院陈庆刚等)自 年以来在黔中地区九架炉组中发现铝土矿已有 个累计探明铝土矿资源量 万吨(中国矿产地质志贵州卷编委会)因此黔中地区九架炉组的研究深入程度较高包括沉积特征和主要沉积类型(高道德石善华)、古构造环境(周洪庆)、古孢子组合(刘灵)、找矿潜力(庄鹏等)、铝土矿矿物学特征(龙永珍)、成矿特征(李艳桃等)等均开展过不同程度的研究工作 近年来一些学者开始关注研究九架炉组含铝岩系中“三稀金属”等资源的富集机制和规律(凌坤跃等崔燚等)随着新能源材料行业的迅速崛起含铝岩系作为“三稀金属”的赋存层位又一次成为行业研究的新热点 本文选择分布于大方金沙地区的九架炉组含铝岩系为研究对象系统开展地质剖面对比、地球化学分析和沉积环境探讨为下一步开展矿产资源评价和勘查提供重要的科学依据 区域地质背景研究区属上扬子地块黔北隆起区范围北西为毕节弧形褶皱带南东为织金穹盆构造变形区(贵州省地质调查院)(图)构造总体呈、向展布区内构造主要反映中生代以来的构造格局 区域地质构造主要表现为地壳的升降运动受加里东运动的影响隆起为陆在石炭纪初期处于陆相沉积环境形成了陆相残积成因的铁质粘土岩的古风化壳(位于底部)地层分区属黔北分区之毕节瓮安小区(贵州省地质调查院)境内出露地层均为沉积岩最老地层为震旦系灯影组最新地层为侏罗系遂宁组及第四系 缺失泥盆系奥陶系、志留系、石炭系、二叠系等不全 成矿区带上属上扬子西缘(磷铝土矿硫铁矿煤)和煤层气成矿带中修文息烽遵义铝土矿带之西部(陶平等徐志刚等)图 研究区构造分区图(据贵州省地质调查院)()三级构造单元四级构造单元五级构造单元研究区范围 样品采集信息及特征 采样剖面特征本次研究区为金沙大方地区出露的九架炉组此 次 剖 面 测 量 条(、)金 沙 地 区 收 集 为 主 收 集 了 条(、)其中 资料来源于金沙县陶用粘土矿普查项目 根据剖面测量及工程揭露九架炉组为一套粘土岩、含豆(鲕)铝质粘土岩及铁质粘土岩等组合(贵州省地质调查院刘功欧陈庆刚庄鹏等)厚度 (图)下面选择具有代表性的 条剖面(图)分别阐述含铝岩系在剖面上的变化特征 大方雨冲地区()上覆地层:梁山组():底部为深灰色炭质粘土岩往上依次为石英砂岩、粉砂岩、粘土岩厚 假整合九架炉组():灰色厚层粘土岩含少量鲕粒厚 浅灰色、灰色薄层含粉砂质、铝质粘土岩含少量粉砂质厚 浅灰色薄层粘土岩呈碎片状厚 褐黄色薄层粘土岩见大量硅质结合含少量粉砂质厚 浅灰色、灰色薄层铝质粘土岩见少量硅质团块厚 浅灰绿色薄层铝质粘土岩见少量硅质团块及铁质结核厚 浅灰、灰色薄层粘土岩局部见硅质团块厚 浅灰色薄层铝质粘土岩厚 灰色、浅灰绿色铝质粘土岩厚 假整合下伏地层:娄山关组()灰色中厚层白云岩 贵 州 地 质 年 卷 图 研究区九架炉组及采样位置分布图 侏罗系三叠系二叠系九架炉组奥陶系寒武系地质界线断层九架炉组含铝岩系县界剖面测量位置及编号收集剖面及编号县(区)所在地乡(镇)所在地图 大方金沙地区九架炉组内部粘土岩、铝质粘土岩岩系柱状对比图 粉砂质粘土岩粉砂岩炭质粘土岩石英砂岩粘土岩白云岩铝质粘土岩采样位置及编号第 期 张明选等:贵州大方金沙地区九架炉组含铝岩系地质地球化学特征与沉积环境探讨 大方戛木小箐地区()上覆地层:梁山组():上部灰色中层石英砂岩中上部为灰褐色薄层粘土岩中部灰黑色薄层炭质粘土岩下部灰褐色、灰黑色薄层粘土岩、炭质粘土岩厚 假整合九架炉组():灰色薄层粘土岩见大量植物化石碎片厚 灰色薄层粘土岩见大量植物化石碎片风化强烈厚 薄层粘土岩见植物化石碎片铁质侵染重厚 浅灰白色、灰色铝质粘土岩含植物化石碎片见少量硅质团块厚 假整合下伏地层:娄山关组()灰黄色薄厚层细粉晶白云岩 大方营华地区()为灰黑色薄层炭质粘土岩上部多为灰色、浅灰色粉砂质粘土岩及石英砂岩假整合九架炉组():灰色、浅灰色中层鲕豆状铝质粘土岩局部见植物化石碎片厚 灰色、灰黄及黄灰色薄层铝质粘土岩从上至下铁质侵染减少局部见灰绿色铝质粘土岩底部见厚 的棕红色铁铝质厚 灰色、浅灰色铝质粘土岩风化较强烈底部见铁铝质粘土岩厚 假整合下伏地层:娄山关组()灰黄色薄厚层细粉晶白云岩 金沙火秋里地区()上覆地层:梁山组():底部为一层黑色劣质煤中下部多为灰黑色薄层炭质粘土岩上部多为灰色、浅灰色粉砂质粘土岩假整合九架炉组():灰色、浅灰色铝质粘土岩厚 灰色含砾铝质粘土岩厚 灰色、浅灰色薄至中层铝质粘土岩厚 灰色、灰绿色薄层粘土岩厚 棕红色铁铝质粘土岩含黄铁矿结核厚 假整合下伏地层:娄山关组()灰黄色中厚层细粉晶白云岩 金沙陶家湾地区()上覆地层:梁山组():为灰黑色薄层炭质粘土岩上部多为灰色、浅灰色粉砂质粘土岩假整合九架炉组():浅灰、灰色薄层铝质粘土岩厚 灰色薄层粘土岩含少量植物化石碎片厚 棕红色铁铝质粘土岩含黄铁矿结核厚 假整合下伏地层:娄山关组()灰黄色薄厚层细粉晶白云岩 金沙安底地区()上覆地层:梁山组():深灰、黑色薄层炭质粘土岩厚 假整合九架炉组():灰色、深灰色薄层砾岩主要为风化残积物组成厚 浅灰色中层铝质粘土岩厚 灰色中层铝质粘土岩见岩屑厚 假整合下伏地层:娄山关组()灰色中厚层白云岩 岩石学特征据前阐述研究区岩性组合较复杂且厚度变化大毕节千溪地区 大方地区 金沙大田地区 金沙安底地区 大致以金沙大田为中心在平面上地层厚度整体变化趋势自北向南、由浅至深逐渐变薄岩性组合自上而下为粘土岩(含少量植物化石碎片)含铝质粘土岩(鲕豆含量由上至下呈逐渐减少趋势)致密状铝质粘土岩铝质粘土岩、粘土岩含铁铝质粘土岩因此所处区域不同则厚度变化及岩性也存在一定程度的差异组成矿石的主要矿石矿物为一水硬铝石含量约 粘土矿物含量约 次要矿物成分:黄铁矿含量约 微量组成组分为陆源碎屑、石英、铁质含量 主要矿物粘土矿物颜色主要为浅色、灰绿色、黄灰色(图、)矿石自然类型主要为碎屑状、致密状少量呈土状矿石结构主要微泥晶结构、砾砂屑结构、显微鳞片结构、内碎屑结构等(资料来源:金沙县制陶用粘土岩普查)(图、)贵 州 地 质 年 卷 图 九架炉组典型岩石标本及镜下结构构造 分析方法及结果 分析方法检测方法采用 四酸消解法电感耦合等离子质谱/光谱定量检测测试仪器为 型电感耦合等离子体发射光谱仪测试结果精密度控制相对偏差()准确度控制相对误差()测试单位为贵州赛铂飞尔检测技术服务有限公司和澳实分析检测(广州)有限公司岩矿鉴定由贵州省地质调查院测试鉴定中心完成具体测试过程:试样首先用、和 消解直到干燥随后加入浓硝酸对残渣进行进一步消解消解完并待溶液冷却后用容量瓶定容然后用电感耦合等离子体发射光谱仪进行检测 测试结果 主量元素根据分析数据显示(表)主量元素以、为主其次为、其中毕节千溪地区 含量 平均 含 量 平 均 大 方 金 沙 地 区 含 量 平均 含量 平均 含量 平均 含量 平均 含量 平均 含量 平均 含量 平均 含量 平均 含量 平均 含量 第 期 张明选等:贵州大方金沙地区九架炉组含铝岩系地质地球化学特征与沉积环境探讨表 大方金沙地区九架炉组含矿岩系主量元素分析结果()()工程编号岩性白云岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 铝土岩 铝土矿 粘土岩 粘土岩 粉砂质 白云岩 粘土岩 为海相咸水环境/为海陆过渡相半咸水环境/为陆相淡水环境(陈代演等范忠仁 吴 波 等 吕 留 彦 等)研究区/极少数大于 表明九架炉组含铝岩系主要以陆相淡水环境沉积为主出现海陆交替的现象/可以指示古气候的变化一般在湿润气候条件下/比值(金中国 等吕留彦 等)研究区本次共采样 件根据表 统计分析九架炉底部 层/()中部/比值()上部/比值 指示为海相咸水沉积环境 指示陆相淡水沉积环境(等)研究区 时代表铝质岩系是强烈红土化作用产物当/时指示还原环境的产物当/时指示可能由风化作用不彻底或者沉积混杂所致 本研究区/平均 /值介于 之间表明成矿作用可能是由风化沉积作用或有沉积混杂形成 稀土元素特征稀土元素也常作为判别沉积环境的指示元素海相沉积物轻稀土/重稀土含量比一般小于陆相沉积物轻稀土/重稀土含量比一般在 以上(吴波等)研究区轻稀土/重稀土含量比在 个别样品轻稀土/重稀土含量比大于 表明研究区原岩物质来源具有海相沉积物的特性由表 及微量元素球粒陨石分布形式图(图)可知该研究区球粒陨石配分曲线为右倾斜初步推测可能与底部的白云岩有一定关联性(崔燚等)虽不同岩石的稀土元素含量不同稀土配分曲线的形态基本一致 初步说明、等三个地区九架炉组的沉积环境相似而 与其有三个分配曲线形态存在差别初步说明沉积环境有所不同(图)讨论综合分析研究区大致经历过较完整的湖泊演化过程 大致从金沙大田至大方戛木一带九架炉组沉积厚度变薄金沙大田至安底一带厚度变薄初步说明在之间存在隆起带(图)认为从毕节大方金沙方向海水(湖泊)越来越浅推测古地势总体为东高西低海进(湖进)方向为北东向目前对九架炉组沉积环境认识不统一 对此笔者对研究区九架炉组含铝岩系的沉积环境也进行了探究并结合前人研究成果等综合分析初步认为在红谷拦河堰高坪一线南西为海陆交互相禹谟官村一线南东广大地区为陆内湖泊相该线北西绝大部分地区为古陆偶有山间湖泊相 九架炉组底部见铁质粘土岩铁质薄膜岩性组合且局部见有透镜状的铝质岩及结核佐证了研究区侵蚀阶段的存在 九架炉组呈似层状、漏斗状、透镜状产出的形态反映了研究区喀斯特地貌中岩溶洼地、漏斗、沟谷的具体分布由此可见研究区含铝岩系的厚薄变化与沉积基底地形、第 期 张明选等:贵州大方金沙地区九架炉组含铝岩系地质地球化学特征与沉积环境探讨表 大方金沙地区九架炉组含铝岩系稀土元素分析结果()()样品编号岩性白云岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 铝土矿 铝质粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粉砂岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 铝土岩 铝土矿 粘土岩 粘土岩 粉砂岩 贵 州 地 质 年 卷 表 大方金沙地区九架炉组含矿岩系微量元素分析结果()()样品编号岩性白云岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 白云岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 铝土矿 铝质粘土岩 粘土岩 粘土岩 粘土岩 粉砂岩 粘土岩 第 期 张明选等:贵州大方金沙地区九架炉组含铝岩系地质地球化学特征与沉积环境探讨图 含矿岩系、含量关系 图 含矿岩系、含量关系 图 ()、()、()、()稀土元素球粒陨石标准化分布模式图 ()()()()地貌变化关系密切尤其区内起伏较大的古岩溶地貌对九架炉组含铝岩系的沉积规模和形态控制作用更为明显 结论()石炭系初期复杂的古喀斯特地貌沉积厚度变化较大且岩石组合类型较复杂整体低能、还原的环境制约了九架炉组含铝岩系的再沉积和成岩过程中的脱硅、去铁、富铝作用()研究区含铝岩系主要在炎热潮湿且氧气较为充足的陆源沉积条件下形成原岩物质来源也具有海相沉积物的特性 贵 州 地 质 年 卷 图 大方金沙地区早石炭世大塘期(九架炉组沉积期)古地理略图(据刘平 修编)()()(据贵州铝土矿含矿岩系特征、形成时代、古地理环境及成因探讨刘平贵州地质 年第 期)(海陆分界线据贵州区域地质调查大队高道德 等修)九架炉组分布范围(推测边界)沉积区编号:修文沉积区息烽 遵义沉积区铝土矿床(点)古陆:侵蚀、溶蚀、剥蚀区隆起带古岩溶盆地剖面测量点收集工程点(剖面点)地名 ()球粒陨石配分模式以轻稀土较富集的右倾型为特征暗示九架炉组的形成可能与下伏娄山关组白云岩的风化有关致谢:本论文撰写得到高级工程师覃永军和刘建中研究员的悉心指导 贵州省地矿局区域地质调查研究院总工程师杨承富、副总工程师周丹和白平的大力支持在此表示衷心的感谢!参考文献陈代演王华 贵州中北部铝土矿若干微量元素特征及其成因意义 贵州工业大学学报():陈庆刚陈群戴晓燕 黔中地区铝土矿成矿时代探讨贵州地质():崔燚罗重光徐林等 黔中九架炉组富锂黏土岩系的风化成因及锂的富集规律 矿物岩石地球化学通报():范忠仁 就微元素地球化学特征论河南铝土矿成因 河南地质():高道德石善华 贵州中部九架炉组沉积特征 贵州地质():贵州省地质调查院 中国区域地质志贵州卷 北京:地质出版社:贵州省地质矿产局 贵州省岩石地层 北京:中国地质大学出版社 金中国郑明泓刘玲等 贵州福泉高洞铝土矿床成矿地质地球化学特征 地质与勘探():金中国郑明泓刘玲等 贵州铝土矿含矿岩系中锂的分布特征及富集机理 地质学报():刘功欧 黔西北地区下石炭统九架炉组含铁、铝碎屑岩层的发现及其意义 贵州地质():第 期 张明选等:贵州大方金沙地区九架炉组含铝岩系地质地球化学特征与沉积环境探讨刘灵 福泉一带九架炉组古孢子组合的发现及其地质意义 贵州地质():刘平 对“沿河石炭系九架炉组铝土矿的发现及其意义”一文的商榷 贵州地质():刘平廖友常 黔中渝南铝土矿含矿岩系时代探讨中国地质():刘平廖友常张雅静 黔中渝南石炭纪铝土矿含矿岩系中的海相沉积 中国地质():刘平韩忠华聂坤 贵州铝土矿含矿岩系特征、形成时代、古地理环境及成因探讨 贵州地质():凌坤跃温汉捷张正伟等 白云岩风化剖面元素地球化学特征:对黔中九架炉组“三稀金属”富集机制的启示 岩石学报():吕留彦陈仁于宁等 黔中开阳地区早石炭系世大塘期岩相古地理对铝土矿成矿的制约 矿物学报():龙永珍刘建平 贵州清镇铝土矿矿物学特征研究 矿物学报():李艳桃肖加飞付绍洪等 贵州主要铝土矿矿集区成矿特征对比研究 地质找矿论丛():石善华 论贵州中部九架炉组铝矿系冲洪积扇沉积特征 贵州地质():陶平陈建书陈启飞等 关于贵州省成矿区带的划分方案 贵州地质():王中行 黔中鋁土矿的成矿条件 地质学报():吴波韩忠华翁申富等 贵州务川大竹园铝土矿床伴生镓富集规律及沉积环境特征 中国地质调查():吴波邓克勇刘应忠等 贵州修文红黄铝土矿地质地球化学特征及成因意义 贵州地质():徐志刚陈毓川王登红等 中国成矿区带划分方案北京:地质出版社 周洪庆 黔中九架炉、祥摆、旧司组特征及其地质意义以乌当地区为例 地质地球化学():庄鹏舒多友赵泽雪等 福泉市矮蹬地区九架炉组铝土矿、赤铁矿矿床地质特征 贵州地质():庄鹏戴晓燕庄磊 贵州省清镇市猫场铝土矿中伴生钪、锂元素找矿潜力 有色金属文摘():中国矿产地质志贵州卷编委会 中国矿产地质志贵州卷铝土矿 北京:地质出版社 ():()././.贵 州 地 质 年 卷