贵州铝土矿地质及地球化学研究——以凯里—黄平、息烽—遵义矿集区为例

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贵州铝土矿以沉积型为主,多产于早古生代基底之上,空间上分为修文—清镇、息烽—遵义、凯里—黄平及务—正—道四个矿集区。其中息烽—遵义矿集区的基底为中上寒武统、下奥陶统白云岩、粘土页岩,成矿时代为早石炭世大塘期,含矿岩系为下石炭统九架炉组;凯里—黄平矿集区的基底为上泥盆统白云岩,成矿时代为早二叠世梁山期,含矿岩系为下二叠统梁山组。本文选取凯里—黄平矿集区苦李井、王家寨、息烽—遵义矿集区仙人岩、后槽及新站5个矿区为研究对象,分别对苦李井、仙人岩、后槽及新站矿区出露的含矿岩系进行实测剖面的编制和采样,对所采样品分别进行全岩主微量元素分析测试、矿物组分半定量分析及矿物组分结构研究,分析方法分别是XRF、ICP-MS、XRD及SEM。  含矿岩系岩性自下而上分别为含铁粘土岩、铝质粘土岩、碳质粘土岩以及砂岩,铝土矿品位和岩性关系十分密切,铝土矿体空间分布不均。主量元素含量统计分析表明,在苦李井、仙人岩、后槽及新站4个剖面中,w(Al2O3)平均值分别为52.50%、66.0%,69.7%及67.2%, Al/Si平均值分别为8.89、8.11、13.63及10.11。分析研究5个矿区地层剖面可知,铝土矿均产于下部由铝土质粘土岩或铁质粘土岩,中部由含铝岩组夹多层豆状、碎屑状、土状或致密状铝土矿,上部由炭质页岩、砂岩夹煤层组成的沉积型铝土矿典型的“煤—铝—铁结构”的含矿岩系中。这表明沉积型铝土矿含矿岩系具有非常明显的岩性组合特征。  含矿岩系中Al2O3/TiO2、 Al2O3/Zr、Al2O3/Hf、 Al2O3/Ta、Al2O3/Nb比值、Nb-Ta和Zr-Hf及Zr-TiO2和Nb-TiO2相关性分析显示,铝土矿成矿物质来源具同源性,凯里铝土矿物源极可能是当时地表大量风化剥蚀搬运后形成的碎屑岩,而遵义铝土矿物质来源极有可能来源于含矿岩系基底粘土页岩,且两矿集区在成矿过程中成矿物质经过了充分的均一化。这表明铝土矿形成过程中,源岩经过彻底的风化分解,铝土矿是强风化作用的产物。Sr/Ba、V/Cr、Ni/Co和V/(V+Ni)等微量元素比值特征和REE配分模式及Ce/Ce*、Eu/Eu*特征表明,铝土矿形成的沉积环境具有海相沉积的特点,在铝土矿的成矿过程中物理化学条件经历了氧化还原的交替,表明铝土矿的形成环境复杂,导致控矿因素多变。  元素地球化学特征显示Al2O3、 SiO2、 Fe2O3及TiO2富集,钙碱性和碱性元素变化小,且均处于较低的范围;全岩中Ga、Sc、Li、V、Nb及Ta等伴生元素富集,且在多数矿床中已达到可利用的平均工业品位,在四个矿区中Ga、Sc、Li、V、Nb及Ta等元素的平均含量分别为75.3×10-6、30.1×10-6、174.3×10-6、322.0×10-6、49.6×10-6及4.1×10-6。  4个实测矿区含矿岩系北美页岩(NASC)标准化REE配分模式各有其特征,苦李井铝土矿含矿岩系中,矿石和含未完全风化碎屑岩的岩石的稀土元素特征较为相似,均表现为轻稀土(LREE)亏损,重稀土(HREE)富集,为典型的左倾型式;遵义铝土矿带表现重稀土(HREE)的稳定性高于轻稀土(LREE),且出现一定程度的Nd负异常。  薄片鉴定、X射线粉晶衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)研究显示,铝土矿矿物组成以一水硬铝石为主,偶见三水铝石,其次为粘土矿物高岭石、蒙脱石及伊利石等,含少量的勃姆石、叶腊石、锐钛矿、普通角闪石、石英、方解石、石膏、白云石/或含铁矿物;含铝土矿层中不同层位一水硬铝石晶体形态有所差异且其含量与粘土矿物和石英含量呈一定的负相关关系。这表明各矿区铝土矿含矿层中矿物的空间分布特点和元素的迁移变化规律大体上是一致的。  综合分析后认为铝土矿的物源不仅与其含矿岩系基底有关,还可能与风化剥蚀搬运后形成的碎屑岩等有关;风化淋滤作用使赋矿地层不断去硅除铁富铝。成矿作用大体为:风化剥蚀形成的富铝的风化产物,原地堆积或在地表径流的作用下被剥蚀和搬运至有利于沉积的沉积环境,经受充分的风化淋滤形成铝土矿,海侵作用使其得以保存。
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