黔北大竹园二叠系超大型铝土矿微地貌与淋滤成矿作用

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石炭纪-二叠纪(C-P)岩溶沉积型铝土矿是全球最重要的铝土矿类型之一,也是我国及贵州最主要的铝土矿类型。对于此类型铝土矿沉积环境的古岩溶地貌对矿体分布范围、厚度变化及矿石类型控制机理,古水文系统的类型及对铝土矿在沉积过程中的影响,铝土矿沉积过程中的淋滤作用对含矿岩系剖面分带,主量元素、稀土元素、微量元素在剖面上迁移富集,对矿石质量的影响,受矿床级探矿工程大量数据收集难度、样品测试数量所限,国内外学者对上述问题的研究多限于成矿区带的范围或研究程度不够深入。大竹园地区铝土矿位于贵州省务正道铝土矿成矿区东北部,是作者工作单位勘查发现的一个超大型矿床,具有矿床规模大、矿体超连续稳定及矿石质量较优的特点。本论文主要利用作者主持的2个贵州省地矿局科研项目以及作者在主持生产勘查工作中形成的大量成果资料,对大竹园矿床329个钻孔及山地工程中矿系厚度、各种自然类型铝土矿的厚度、铝土矿矿石品位等数据统计分析,编制了相应要素的等值线图,并利用矿系厚度等值线恢复了大竹园组沉积基底的微地貌。通过采取地层学研究、宏观沉积学、微观沉积学分析、沉积地球化学分析等方法,利用科研项目采集的96件岩矿石薄片鉴定样品、99件化学元素分析样品(计4563个测试数据)、17件黏土矿物XRD分析样品、20件扫描电镜分析样品,从矿系岩石结构、部分特征性矿物分布、主量元素、稀土元素和微量元素含量及其在剖面上的上、下分异现象等角度,系统研究了铝土矿形成过程中的淋滤作用特征及其控矿机理。研究区矿系和矿体厚度等值线图揭示厚层矿系及铝土矿层厚度及稳定性受黄龙灰岩分布区形成的岩溶古微地貌控制。岩溶洼陷区与剥蚀区之间的广大平缓斜坡则大面积分布了连续、厚度稳定的铝土矿层。通过与遵义铝土矿带的3个代表性矿床对比,矿系的沉积基底的岩性和碳酸盐岩的厚度控制着早二叠世早期古岩溶微地貌起伏程度,这是大竹园地区铝土矿体特别连续稳定的重要原因。在暴露状态下,矿系与其下伏的地层(下志留统韩家店组泥页岩、上石炭统黄龙组灰岩)在炎热潮湿气候条件下形成了特定的古水文系统。大气降水对矿系产生垂向淋滤作用。矿系下伏层位黄龙组灰岩良好的透水性条件形成了很好的排泄水条件,形成了高品位的渗滤型铝土矿。从矿系剖面的岩性组合、矿物种类上下分异的分布情况来看,铝土矿层中的优质矿石主要以多孔状、碎屑状、豆鮞状自然分类为主,矿物种类以铝矿物(一水硬铝石与一水软铝石)及高岭石、伊利石为主的黏土矿物组合为主,均属于古岩溶风化面上的风化淋滤剖面结构特征。铝土矿样品CIA值均大于90,也显示铝土矿经历强烈的风化淋滤作用。在矿系地球化学剖面上,Al含量向上增高,向下Fe、Si增高,具风化淋滤剖面特征,大竹园组上段Ti含量的明显升高,显示剖面中活动元素被淋滤,而不活动元素残留下来同时富集,这也是淋滤环境的特点。大竹园组上段的铝土质黏土岩层是地下水水位上升的结果,最终导致了渗流型铝土矿逐渐过渡为潜流型铝土矿。与地壳平均值相比,铝土矿矿石中稀土元素含量大部分呈现出亏损的现象。稀土元素在黏土岩、铝土岩等泥质岩类相对富集,说明泥质岩对稀土元素有一定的吸附作用;无论稀土元素总量还是单个元素,在淋滤作用下总体是向含矿岩系下部转移并相对富集。与轻稀土相比,重稀土赋存在稀稳定性较高的含Ti的矿物(如金红石、锐钛矿、榍石)中,更容易在风化淋滤作用中保存下来。由上向下升高的元素主要有铁族元素Co、Ni和Cr、稀有元素Be、Ba、Sr、Rb、As、Cs和Sc等微量元素在矿层之下的岩石中含量较高;在矿石中相对聚集的微量元素有Li、Th、U、Cu、Co、Hf、Sn、Nb、Ta、Zr和W等,Li在矿层之下的铝土岩中有明显聚集现象;由剖面上部向下部,微量元素含量降低的有Mo、Bi和V等,由剖面上部向下部,微量元素含量呈现递增的有Be、Cr和Ni等。大竹园地区铝土矿的形成是一个长期的并变化的过程,暴露风化淋滤作用提供了大量成矿母质,古地理环境及矿系沉积基底微地貌决定了矿系的厚度、矿体分布范围及矿石自然类型,同沉积期及后期的淋滤作用共同控制着矿石质量。
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