贵州龙里丰源铝土矿床元素地球化学特征.pdf

年 卷第 期(总第 期)贵 州 地 质 ()收稿日期 修回日期基金项目本文受 贵州省喀斯特中心项目“石炭纪二叠纪古喀斯特演化与铝土矿成矿机制研究”和贵州省自然资源厅公益性基础性地质工作项目“贵州省凯里瓮安龙里地区铝土矿成矿期岩相古地理及控矿因素研究”联合资助作者简介吴波()男四川武胜县人高级工程师主要从事矿产勘查及矿产地质调查工作:贵州龙里丰源铝土矿床元素地球化学特征吴 波强希润王 波邓克勇黄勇灵杨 梅(贵州省地质调查院贵州 贵阳 贵州省地质博物馆贵州 贵阳)摘 要龙里丰源铝土矿床属黔中铝土矿带龙里早石炭世杜内晚期铝土矿成矿亚带矿体产于丰源铝矿层()矿床类型属沉积型铝土矿床 本文通过系统采集钻孔岩心样进行铝土矿床元素地球化学研究 主量元素结果显示含铝岩系以、及 为主、等含量相对较低微量元素、等含量相对较高、等含量相对较低 指数 平均 总体介于 说明丰源铝矿层形成时化学风化强度强烈古气候条件显示为炎热、潮湿的气候环境 元素 含量 平均值为 显示总体为半咸水环境下形成同时伴有咸水环境为海陆交互相海相环境/平均为 /平均为 表现为轻稀土比重稀土富集轻稀土和重稀土发生了较强分异 铝土矿具有 负异常、异常不明显的特征/平均 表明含铝岩系主要形成于氧化的沉积环境关键词微量元素稀土元素 指数丰源铝土矿床贵州龙里中图分类号 文献标识码 文章编号()引言丰源铝土矿床位于贵州省龙里县草原乡一带归属黔中铝土矿带龙里早石炭世杜内晚期铝土矿成矿亚带矿床属“龙里式”铝土矿且作为典型矿床在贵州早石炭世铝土矿中该式铝土矿底板地层最新顶板地层最老 矿床类型属沉积型铝土矿床(翁申富等)丰源铝土矿床由长冲铝土矿、凉水井铝土矿、兑窝铝土矿、谷郎铝土矿、金谷铝土矿、灯盏坪铝土矿、长谢坪摆嫁坪铝土矿归并而成 近年来贵州省地矿局等单位在该区先后开展了铝土矿调查评价及勘查工作如贵州省地矿局 地质大队 年实施的龙里县长金坪铁矿详查 贵州省地矿局 地质大队 年实施的贵州省瓮安龙里地区平寨向斜铝土矿整装勘查 年又进一步实施的龙里县金谷铝土矿详查为该区提供了大量翔实的地质矿产资料 在科研方面先后有学者对该区做过矿床学及元素相关性研究(赵志军等)含矿岩系特征、形成时代及古地理环境研究(刘平等)典型矿床及成矿模式研究(翁申富等)岩相古地理、微地貌及控矿因素研究(马荣等吴波等)笔者于 年有幸参加了龙里地区铝土矿的野外踏勘调查通过系统采集金谷矿段施工钻孔()岩心样 件进行含铝岩系及顶底板主量、微量及稀土元素地球化学研究探讨丰源铝土矿形成的古环境、古气候、古盐度及成矿作用过程 成矿地质背景区域大地构造位置位于扬子陆块黔北隆起区和黔南凹陷区的结合部位(戴传固等)早古生代区内沉积海相碳酸盐岩、陆源碎屑岩为铝土矿成矿提供了丰富的矿质母岩成为聚铝盆地的底板决定了原型成铝盆地的形态和规模晚古生代起贵州处于离散构造背景自泥盆纪开始进入陆内裂陷阶段并在早泥盆世至早石炭世中期大致以息烽开阳瓮安一线为界分为黔南凹陷和黔北隆起丰源铝土矿产于黔北隆起区与黔南凹陷区的结合部位 晚泥盆世受“弗拉斯法门期”地质事件的影响海水退至龙里草原南面一带北边为古陆剥蚀区南边为海其间大致以龙里为中心大面积处于海陆交互相区 至早石炭世杜内晚期古地貌总体趋于平缓 总体地形表现为北高南低北面为陆南面为海陆与海之间形成了晚泥盆世碳酸盐岩为基底的北东向古喀斯特岩溶洼地(海陆交互相区)该区域内溶坑发育密集岩溶漏斗广泛为丰源层铝土矿的形成提供了有利场所黔陶铝土矿床、丰源铝土矿床即在此形成(吴波等)图 丰源铝土矿床地质简图 古陆近海盆地碳酸盐岩台地台内裂陷盆地石炭系下统祥摆组丰源层石炭系下统汤粑沟组石炭系下统革老河组泥盆系上统者王组泥盆系上统高坡场组地质界线含铝岩系露头地层产状 小型铝土矿床矿区范围地名 贵 州 地 质 年 卷 区域位于龙里(箱状)复(式)背斜中段该背斜分布于龙里水场至惠水清水苑一线以东龙里县城至惠水岗度附近 褶皱轴向近南北形态开阔平缓 区域断裂以近东西向和北东向为主主要发育有龙里断层和余下堡断层 两条断层均呈向北西弧形凸起断层倾向南东倾角约 大部分显示逆冲性质 区域地层主要为泥盆系、石炭系其次为二叠系、三叠系 区域已发现有铝土矿、铁矿、煤炭、硫铁矿、石灰岩、白云岩、重晶石、高岭土、耐火粘土、粘土等多种矿产 矿床地质 矿区地质特征矿区位于龙里(箱状)复(式)背斜中段该背斜轴向近南北呈平缓的单斜构造 岩层产状平缓南部地层倾向北东北部倾向北北西倾角 出露地层由新到老依次为第四系()、石炭系下统上司组()、旧司组()、祥摆组()、丰源层()、革老河组()、泥盆系上统者王组()、高坡场组()地层岩性主要为碳酸盐岩其次为碎屑岩 其中上司组()为泥晶灰岩、微晶白云岩夹砂岩旧司组()为泥晶灰岩、泥灰岩夹炭质页岩祥摆组()为石英砂岩夹炭质页岩或煤线丰源层()为一套粘土岩、铝土质粘土岩、铝土岩、铝土矿及含铁铝质粘土岩组合其中部夹碎屑状、致密状铝土矿下部常见红色铁质浸染底部常见铁铝质胶结碳酸盐岩角砾形成的砾质岩石革老河组()为泥晶灰岩夹含炭质灰岩者王组()为介壳泥晶灰岩、豆石灰岩高坡场组()为细晶白云岩(见图)矿体特征矿区内含铝岩系厚度和铝土矿体厚度受古岩溶洼地的控制明显矿体的厚度随含矿层厚度变化而变化 在岩溶洼地中部含铝岩系和矿体厚度大相反在岩溶洼地的边缘含铝岩系和矿体厚度减小甚至尖灭(翁申富等)据贵州省瓮安龙里地区平寨向斜铝土矿整装勘查报告矿区内共划分 个铝土矿体矿体平面形态呈不规则状剖面形态呈层状、似层状单矿体长 宽 矿体厚 其中 矿体为矿区主矿体矿体长 图 矿区综合地层柱状图(据肖凯等)(.)宽 矿体规模达中型 矿体由 个工程控制矿体平面形态呈不规则团块状剖面形态呈层状、似层状结构简单一般为单层矿矿床中极少见夹石分布 矿体产状与围岩基本一致倾向北东倾角 平均倾角 单工程矿体厚度 平均 矿体品位 含量 平均 /为 平均 矿石主要矿物成分为一水硬铝石含量 次为粘土矿物含量 此外有少量石英、褐铁矿、铁质及泥质含量小于 矿石自然类型主要为豆鲕状、碎屑状铝土矿其次为致密状铝土矿 矿石结构有含鲕粒砂屑结构、微泥晶结构、显微鳞片结构、碎屑状结构(次生)(见图)矿石构造主要有层状构造、块状构造、半土状构造 样品采集及测试通过对丰源铝土矿床金谷矿段已实施的 钻孔进行系统地采样共计 件自下而上依次采集底板者王组灰岩()件、铝土质粘土岩()件、致密状铝土矿()件、碎屑状铝土矿()件、致密状铝土岩()件、顶板祥摆组粘土岩()第 期 吴 波等:贵州龙里丰源铝土矿床元素地球化学特征 ()含鲕粒砂屑结构(单偏光)()微泥晶结构(单偏光)()显微鳞片结构(正交偏光)()碎屑状结构(次生)(正交偏光)图 矿石镜下结构特征 件采样方法为/劈心法样品测试机构为澳实分析检测(广州)有限公司 主量元素采用硅酸盐岩矿的分析方法测试分析测试精度为 操作步骤:将样品破碎后缩分出 研磨至 (目)采用 射线荧光光谱仪()首先测出含少量硫化物的岩石、含少量硫碳的铬锰钛铁矿石 项再完成剩余元素的测试 样品微量和稀土元素测试仪器采用电感耦合等离子体质谱仪()其测试精度为 操作步骤:将样品破碎并缩分出 研磨至 目将试样加入到偏硼酸锂/四硼酸锂熔剂中搅拌混合均匀通过 以上熔炉熔化冷却后再用硝酸、盐酸及氢氟酸定容最后采用等离子体质谱仪进行测试分析 元素地球化学特征 主量元素()含铝岩系中主量元素以、及 为主()、()、()及()项含量占矿石 组 分 的 其 次 为()、()、()三者之和一般为 而 其 他 元 素 如()、()、()、()、()、()、()等含量则相对较低()从不同类型矿石主量元素含量来看铝土质粘土岩、致密状铝土岩、致密状铝土矿、碎屑状铝土矿 含量()及 含量()依次增加而 含量()及 含 量()依次减小 表明铝土矿在形成的过程中伴随着沉积物的脱硅、脱硫过程导致含铝岩系中硅和硫的含量逐渐减少从而造成铝和钛的相对富集使得铝土矿石质量逐渐变好(韩忠华等 贵 州 地 质 年 卷 吴波等)也表明铝土矿的成矿过程中作为惰性元素的铝和钛具同迁移和同富集的特征硅和铁则在成矿过程中不断地发生了元素的流失(金中国等)微量元素()含铝岩系中微量元素、等含量相对较高其中 含量 含量 含量 含量 含量 含量 含量 含量 其他如、等含量相对较低()微量元素原始地幔标准化蛛网图显示(见图):含铝岩系中微量元素、均显著富集、则相对富集顶板祥摆组粘土岩、均显著富集、则相对富集底板者王组灰岩 、均显著富集、则相对富集 则呈现弱亏损的特征 稀土元素()含铝岩系 值较高 值从 平均 含铝岩系 高于 其中/比值为 图 钻孔取样位置图 图 微量元素原始地幔标准化蛛网图 第 期 吴 波等:贵州龙里丰源铝土矿床元素地球化学特征图 稀土元素北美页岩标准化分配模式图 表现为轻稀土比重稀土富集轻稀土和重稀土发生了较强分异 经北美页岩标准化配分曲线近水平 值为 表现为轻稀土比重稀土富集轻稀土和重稀土发生了较强分异 经北美页岩标准化配分曲线近水平 值为 表现为轻稀土比重稀土富集轻稀土和重稀土发生了较强分异 经北美页岩标准化配分曲线近水平 值为 表现为明显的负异常 值为 为正负异常均存在 讨论 指数与古气候岩石与沉积物的化学风化程度可以使用化学蚀变指数()进行定量分析而化学风化程度对于沉积物在沉积期的古气候有着间接的指示作用 指数最早由 和()在对加拿大古元古代 超群的碎屑岩研究时将 作为一个反映源区风化程度的指标提出如表 (冯连君等)该理论主要基于 所估计的上地壳矿物构成即由于长石类矿物是上地壳风化作用的主要类型在风化过程中迁移性较强的碱金属元素(、)与碱土元素(、)会以离子形式大量流失而 会残留下来因此反映风化产物中 摩尔质量分数的 指数可以定量地反映物源区风化程度 之后 指数也被用于沉积期古气候环境的判别 通常 值介于 与 之间 代表未经化学风化岩石 代表完全化学风化的岩石在不同气候条件下风化搬运后沉积的碎屑岩的 值明显不同 的表达式为:/()表 与化学风化强度、气候条件的关系 化学风化强度气候条件低等寒冷、干燥中等温暖、温润强烈炎热、潮湿 从表 可知丰源铝土矿床含铝岩系各个样品中 指数 平均 指数介于 说明丰源铝矿层形成时化学风化强度强烈古气候条件显示为炎热、潮湿的气候环境 贵 州 地 质 年 卷 表 主量元素分析结果()样品号样品名称合计者王组灰岩 /铝土质粘土岩 铝土质粘土岩 铝土质粘土岩 铝土质粘土岩 铝土质粘土岩 铝土质粘土岩 铝土质粘土岩 铝土质粘土岩 铝土质粘土岩 铝土质粘土岩 铝土质粘土岩 致密状铝土矿 致密状铝土矿 致密状铝土矿 致密状铝土矿 致密状铝土矿 致密状铝土矿 致密状铝土矿 碎屑状铝土矿 碎屑状铝土矿 碎屑状铝土矿 碎屑状铝土矿 碎屑状铝土矿 碎屑状铝土矿 碎屑状铝土矿 碎屑状铝土矿 碎屑状铝土矿 第 期 吴 波等:贵州龙里丰源铝土矿床元素地球化学特征 续表样品号样品名称合计致密状铝土岩 致密状铝土岩 致密状铝土岩 致密状铝土岩 致密状铝土岩 致密状铝土岩 致密状铝土岩 致密状铝土岩 致密状铝土岩 致密状铝土岩 致密状铝土岩 祥摆组粘土岩 祥摆组粘土岩 大陆沉积物/一般 过渡沉积物介于二者之间 丰源铝土矿床含铝岩系中/平均 显示出大陆沉积物为主体伴有少量海洋沉积物的特征 俞缙等()用 元素含量对靖西三合铝土矿的沉积环境作出了判断认为淡水湖相沉积中 含量小于 半咸水环境 含量在 之间咸水环境沉积中 含量大于 丰源铝土矿床含铝岩系中 含量 平均值为 显示总体为半咸水环境下形成同时伴有咸水环境为海陆交互相海相环境、是碱土金属中化学性质较相似的两个元素但在不同沉积环境中由于其地球化学行为的差异而发生分离因此/比值常被用来作为古盐度标志 大量统计表明陆相沉积物中/半咸水沉积物中 /显示丰源铝土矿床形成于海相沉积环境/可作为判别古环境的指标/指示陆相沉积环境/指示海相沉积环境(陈平等)丰源铝土矿床含铝岩系中/平均为 代表铝土矿强烈红土化当/代表铝土矿为还原环境当/为 代表铝土矿风化作用不彻底或者沉积混杂作用(李玉娇等吴波等.)丰源铝土矿床含铝岩系/平均 介于 之间表明铝土矿的成矿作用可能是由风化沉积作用或沉积混杂形成 稀土元素含量与沉积环境稀土元素()的原子结构、化学与晶体化学性质的相似性使其具有很独特的地球化学行为因而是判别沉积环境的重要标志/大陆沉积物一般比海洋沉积物高/通常为陆相沉积物(陈德潜等)丰源铝土矿床含铝岩系中/平均为 时表示 富集为正异常指示氧化的沉积环境当 丰源铝土矿床含铝岩系形成于氧化的沉积环境 结论()丰源铝土矿床含矿岩系为丰源层()铝土矿产于泥盆系者王组或石炭系革老河组岩溶侵蚀面之上石炭系祥摆组之下的含铝岩系岩石组合 矿床类型属沉积型铝土矿床 矿石自然类型以豆鲕状、碎屑状铝土矿为主()主量元素以、及 为主、等含量相对较低 不同类型矿石 和 增加和 减少表明铝土矿成矿过程是一个铝和钛的相对富集硅和铁则不断流失的过程()微量元素、等含量相对较高、等含量相对较低 指数表明明丰源铝矿层形成时化学风化强度强烈古气候条件显示为炎热、潮湿的气候环境 元素 含量显示海陆交互相海相环境/、/均显示丰源铝土矿床形成于海相沉积环境()稀土元素 值较高/比值表现为轻稀土比重稀土富集经球粒陨石标准化配分曲线略向右倾斜具有 负异常、正负异常不明显的特征 含铝岩系/表明丰源铝土矿床含铝岩系形成于氧化的沉积环境 贵 州 地 质 年 卷 参考文献陈德潜陈刚 实用稀土元素地球化学 北京:冶金工业出版社戴传固王雪华陈建书等 中国区域地质志 贵州志 北京:地质出版社冯连君储雪蕾张启锐等 化学蚀变指数()及其在新元古代碎屑岩中的应用 地学前缘():冯连君储雪蕾张同钢等 莲沱砂岩南华大冰期前气候转冷的沉积记录 岩石学报():韩忠华吴波翁申富等 黔北务正道地区含铝岩系地球化学特征及地质意义 地质与勘探():何文君向贤礼金中国 贵州北部铝土矿地球化学特征及沉积环境分析 矿产与地质():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():郎赟超刘丛强赵志琦 硼及其同位素对水体污染物的示踪研究 地学前缘():李玉娇张正伟周灵洁等 贵州省苦李井铝土矿地球化学特征及成因探讨 矿物岩石地球化学通报():刘平 五论贵州之铝土矿黔中川南成矿带铝土矿含矿岩系 贵州地质():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():马荣邓克勇黄隆辉等 贵州省凯里瓮安龙里地区铝土矿成矿期岩相古地理及及控矿因素研究 贵阳:贵州省地质资料馆任明达王乃梁 现代沉积环境概论 北京:科学出版社翁申富陈群 韩忠华等 中国矿产地质志 贵州卷 铝土矿 北京:地质出版社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():吴波邓克勇刘应忠等 贵州龙里地区早石炭世杜内期铝土矿微地貌及其对铝土矿的控制作用 古地理学报():肖凯张坤薛旭东 贵州省瓮安龙里地区平寨向斜铝土矿整装勘查报告 贵阳:贵州省地矿局 地质大队俞缙李普涛于航波 靖西三合铝土矿微量元素地球化学特征与成矿环境研究 河南理工大学学报(自然科学版)():赵志军李艳桃孟庆田 贵州龙里金谷铝土矿地质地球化学特征 资源信息与工程():(.).()./././.第 期 吴 波等:贵州龙里丰源铝土矿床元素地球化学特征