贵州修文小山铝土矿床地质特征及其成因探讨

兰永文，王洪雨，栗欢欢

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局五总队，贵州安顺561000)

贵州修文小山铝土矿床地质特征及其成因探讨

兰永文*，王洪雨，栗欢欢

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局五总队，贵州安顺561000)

贵州修文小山铝土矿产于寒武系中上统娄山关群（∈2-3ls）白云岩古侵蚀面上；矿体的形态、规模受古侵蚀面控制，多成似层状、扁平透镜状；含矿层位为石炭系下统九架炉组（C1jj），含矿岩系厚度与铝土矿层厚度、铝土矿石质量呈正相关；矿床成因属古风化壳沉积型；铝土矿属一水硬铝石型。关键词：小山；铝土矿；地质特征；成因探讨

修文小山铝土矿位于修文县城南东约5km处；矿区内大部分为碳酸盐岩地层，岩溶漏斗发育，为喀斯特地形地貌；矿区属长江流域乌江水系；区内气候属亚热带潮湿气候区，多雨雾。矿区南面与小山坝、斗篷山矿区相接，北东与清水塘矿区相邻，位于黔中铝土矿成矿带东侧，属于古风化壳型铝土矿床。

1 区域地质背景

工作区大地构造位置处于扬子准地台、黔北台隆、遵义断拱、贵阳复杂构造变形区中部，属于“黔中隆起”南缘古岩溶盆地的黔中铝土矿成矿区东侧。

区域内在前震旦纪晚期至第四纪沉积系列中，除无晚奥陶世、晚志留世及晚侏罗世沉积外，其余均有沉积，其中以三叠系和二叠系分布最广，发育较完整。铝土矿则产于石炭系下统九架炉组中。

本区位处贵阳复杂构造变形区中部，主要构造形态呈北东—南西走向，褶皱断裂较发育，其中北西侧断裂较少，构造较简单；东部、东南部和南部褶皱断裂发育，褶皱较紧密，构造相对较复杂。

本区为贵州铝土矿的重要产区，有大型铝土矿床九处、中小型矿床（点）三十多处。重点铝土矿山有小山坝、斗篷山、林歹、燕垅、长冲河、麦格等。民采矿山更是星罗棋布。与铝土矿伴生的稀散元素有Ga、Ti、V等，其中Ga可以综合利用。此外，与铝土矿共生的耐火粘土、赤铁矿等亦已被利用。

2 矿床地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层由老至新有：寒武系中上统、石炭系下统、二叠系中统及第四系。缺失奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系上统及二叠系下统。

寒武系中上统娄山关群（∈2—3ls）：为铝土矿含矿层的基底，顶面为一侵蚀间断面。岩性：顶部0～2m通常为浅红色含铁质白云岩，上部以浅灰、肉红色中厚层、厚层细晶白云岩为主，厚80～110m。本区仅出露上部，未见底。分布于矿区西部。

石炭系下统九架炉组（C1jj）：为本区铝土矿含矿层位，中上部由杂色页岩、粘土岩、铝质粘土岩、铝土矿组成，下部为高岭石粘土岩、暗绿色铁绿泥石粘土岩、紫红色铁质页岩、含铁质粘土岩夹赤铁矿结核，全组厚0～15m，分布于矿区西部。

石炭系下统摆佐组（C1b）：中上部为深灰—浅灰色中厚层状细晶灰岩、白云质灰岩，底部为浅—深灰色白云质灰岩夹薄—中层粉砂岩。全组厚5～25m，伴随矿系出露。

二叠系中统梁山组（P2l）：上部为黑灰色炭质页岩夹砂质页岩，中部为灰—灰黑色石英砂岩夹炭质页岩，下部为灰色粘土岩、含铝质粘土岩。厚2～18m，多为4～12m。分布于矿区西部。

二叠系中统栖霞组（P2q）：区内根据岩性特征自下而上分为3层：

栖霞组a层（P2qa）：灰黑色薄至中层泥质灰岩夹灰黑色层状生物碎屑灰岩,底部夹炭质页岩。厚20～40m,分布于矿区西部及南部。

栖霞组b层（P2qb）：深至浅灰色中厚层状生物灰岩局部含燧石结核,底部偶见燧石条带。厚128～160m,大面积分布于矿区内。

图1 修文小山地质略图

栖霞组c层（P2qc）：灰黄色厚层至块状白云质细晶灰岩，层状生物碎屑灰岩，含较多燧石结核，厚60～70m。分布于矿区中部及东部。

第四系（Q）：不整合于上述各地层之上，浅褐、灰黄色砂质粘土、粘土夹石英砂岩、铝土矿及铁矿碎块，零星分布于沟谷、低凹地带。厚度不均，0～15m。

2.2 构造

本区构造比较简单，为一单斜地层，地层倾向南东，倾角6°～14°，在九层坡一带局部由于受矿区外围构造的影响，倾角可达24°～44°，区内未见断层。矿区构造复杂程度属于简单型。

2.3 含矿岩系特征

石炭系下统九架炉组为本区铝土矿含矿系，其基底为寒武系中上统娄山关群白云岩，因遭到长期风化剥蚀，形成不平整的古喀斯特侵蚀面，偶见白云岩“石牙”突起于含矿系内。由于该基底的凹凸不平，影响了含矿系的组成和厚度，使其变化于0～15m之间。从矿区总趋势上，一般厚2～8m，矿系顶部与摆佐组呈整合接触。

含矿系在剖面上的岩性有以下几种类型（图2）：

图2 岩性类型

（1）铝铁矿系型：此为有铝矿系和铁矿系组成的一种完整的含矿系组合类型，亦为本区含矿系的主要类型，占大多数。下部铁矿系由紫红色、暗红色、铁质粘土岩及暗绿色绿泥石岩组成，间夹赤铁矿结核，或透镜体。

（2）铝矿系型：其组成特征是缺失九架炉组下部铁矿系，为本区次要的含矿系类型，按其剖面特征又可分为下列类型：

(1)完整的铝矿系：下部为粘土岩，有时为铝质粘土岩，中部为铝土矿体，包括土状、碎屑状和致密状铝土矿，但不一定同时并存，或单一类型存在，或2种以上类型混合组成，一般土状铝土矿位于中部，上下为致密状或碎屑状铝土矿；上部为粘土岩，有时为铝质粘土岩，少数顶部为杂色粘土岩或铁质粘土岩。

(2)非完整的铝矿系：

①上层粘土岩+铝土矿：缺失下层粘土岩，铝土矿直接覆寒武系之上。

②铝土矿+下层粘土岩：缺失上层粘土岩，铝土矿直接顶板为摆佐组粘土质灰岩或粘土质白云岩、灰岩。

③粘土岩：其特点无铝土矿，有时可见铝质粘土岩。

（3）铁矿系型：其组成特征是缺失九架炉组上部铝矿系。

一般情况下，铝矿系和矿体的变化呈正相关关系，即铝矿系厚，矿体亦厚，反之，则异。矿体中心部位矿系较厚，而四周则薄。但岩性组合的变化则无规律可寻。

2.4 矿体特征

本区矿体的平面形态因受基底古地形制约，而显多边形状，形态较简单。矿体的剖面形态为似层状及扁平透镜状（见图3），较规则，且有膨胀、收缩现象，并多反映在矿体底板，致使局部起伏变化较大。矿体形态总体较简单，各矿体的规模各异，长度50～1130m，宽38～215m。矿体产状平缓，一般7°～10°左右。各矿体厚度变化较稳定，平均厚度相差不大，矿体平均厚度为1.74m，无大厚度工程。矿体品位变化较均匀，Al2O3含量平均值相差不大，位于56.73%～63.64%之间，平均为62.72%，A/S值位于3.8～5.2之间，平均为3.8，Fe2O3含量平均为2.42%，S含量平均为0.10%，属于低硫含铁型铝土矿。

矿石自然类型分为3类：即土状、碎屑状和致密状铝土矿，其中以碎屑状为主。

土状铝土矿：浅灰、灰白色，吸水性强。由砂屑泥晶、微晶构成，少数达砾屑，为残余碎屑，

具成岩后生作用特征。此类多为原生矿经风化淋滤作用形成，Al2O3含量一般大于70%。

碎屑状铝土矿：浅灰色，由砂屑泥晶和鲕粒构成。碎屑多呈次圆—椭圆状，胶结物为隐晶状水铝石和粘土质，Al2O3含量一般60%～70%。

致密状铝土矿：灰色，呈显微粒状或隐晶集合体，有时见胶状，Al2O3含量一般小于60%。

本矿区矿石的分布，土状矿石一般赋于矿层的中部，上下为碎屑状或致密状矿石，但这种结构并不严格，时有互相穿插现象，有时仅有土状矿石，或仅有碎屑状或致密状矿石。

本矿区矿石主要铝矿物是一水硬铝石，平均为73.1%，次为一水软铝石，三水铝石含量很少。高岭石是硅的主要矿物，平均为17.8%。锐钛矿和金红石是钛的主要矿物，平均为2.3%。本区铝土矿石主要为低硫低铁铝土矿石；S含量极低，一般都在万分之几，根据组合分析结果，MgO、P2O5等有害杂质的含量也都远低于工业指标要求。

3 矿床成因及找矿标志

3.1 成矿区岩相古地理分析

寒武纪末，受加里东构造运动的影响，本区上升为陆，形成“黔中隆起”。经奥陶纪—泥盆纪约1.8～2亿年的长期风化剥蚀，成为准平原化、岩溶极发育的溶蚀凹地或孤峰，兼之气候炎热潮湿，致使古岩溶侵蚀面之上发育着厚薄不一的钙红土风化壳。在早石炭世初期，受海西运动影响，本区开始缓慢下沉，海水从南往北贯入，遭受广泛海侵。然而在本区之南的广顺一带仍高出水面，形成障壁岛，使现在的织金、修文、清镇三县（市）交界处东西宽约150km，南北宽约60km的范围，处于有障壁的“黔中岛后泻湖”环境。在障壁岛后，海水较为平静，呈典型的泻湖环境。清镇以东则由于经潮汐通道与广海相连，受潮汐的影响，与内部泻湖比较，水域较为动荡，水浪冲击的能量较高，加之大陆淡水的补给，盐度降低，使之处于高能氧化环境。也由于升降运动和岩溶化作用的交替影响，岩溶盆地内凹凸不平，呈东—西向带状分布。从早石炭世的九架炉组沉积厚度分析，古地形凹陷深度由西向东，猫场、林歹、小山坝、银厂坡凹陷的深度较大，一般10～20m，最深达53m，其间则为相对凸起。凹陷深度一般5～7m，最深13m。如此凹凸环平、大小不等的古地形，为早石炭世大塘期的九架炉组沉积准备了环境，为成矿物质的聚沉提供了良好的场所。一般凹陷深矿系沉积厚，相应的矿体规模也大，形态亦稳定，如林歹、斗蓬山等矿区，矿系厚度一般大于10m，个别达53m，而矿体厚度在3～5m；凹陷浅则矿系沉积较薄，如老黑山等地，矿系厚度小于10m，而矿体形态复杂，厚度亦小，甚至尖灭。因此，铝土矿的分布和岩性组合，均严格受大地构造位置及古地貌的制约。

3.2 成矿物质来源

本区物质主要来源于基底娄山关群白云岩的风化产物，其依据有：

（1）具有充足的成矿物质基础。根据邻近斗蓬山矿区资料，基底白云岩及其风化壳粘土和白云岩中粘土岩夹层取样结果：白云岩A12O3平均含量为3.l2%，远比平均克拉克值(0.54%)高；风化壳粘土A12O3含量高达27.28%，且普遍存在，其原始厚度是很大的；粘土(页)岩夹层A12O3含量8.80%～32.87%，含量是可观的。同时还表明，从新鲜白云岩到风化状态白云岩，直至风化壳粘土，即随风化作用的进行，A12O3的含量也在不断上升。说明在漫长的风化作用过程中，K、Na、Ca、Mg等被带走，而Al、Fe、Si、Ti等稳定组份则在风化壳中“初步富集”(称原始富集)。

根据理论，沉积1m厚的铝土矿(A12O3＞70%)，只需50m厚的上述岩石(以A12O3：1.5%计)。而本区数百米厚的基底碳酸盐岩石，其A12O3的平均含量还大于1.5%，且常见粘土岩夹层，推算300m厚的此类岩石完全风化，则可形成今日之A12O3大于60%的铝土矿，大约平均每50年风化0.08m，这是完全可能的。

（2）具有相似的A12O3/TiO2比值(钛率)。即从白云岩、风化壳粘土至含矿系的钛率具一致性，这与铝、钛极其相似的地球化学习性有关，因而在风化过程中也呈规律性变化。

（3）铝土矿与其基底白云岩中重矿物的一致性。经重砂鉴定，均见金红石、锆石、锐钛矿、板钛矿等矿物，不同之点是铝土矿中所含较多、磨蚀程度较高而已。

上述资料说明碳酸盐岩经风化后，有足够的铝质形成具工业意义的铝土矿。但也不排除极少部份铝质可能来自异地，因为见到了具有一定磨蚀程度的碎屑成分。

3.3 形成过程

在作为供铝主体的钙红土化风化壳中，Al、Si、Fe、Ti等较稳定的元素相对富集，其氧化物难溶于水。当广泛海侵后，原地和被搬运来的微屑和胶溶体状的氧化物被海解，带正电荷的A12O3溶胶与带负电荷的SiO2溶胶相遇，在pH=4.1～6时，便产生聚沉，首先Fe2O3聚沉为赤铁矿，而后A12O3与SiO2聚沉为高岭石等粘土矿物。在这种化学凝胶沉积的同时，伴有机械微屑沉积，后经成岩作用逐渐脱硅为铝土矿，形成一水硬铝石为主的铝土矿床。

若成矿作用迅速，则由于沉积分异差、脱硅不完全，形成品位较低的致密状矿石，含粘土矿物多；若在成岩作用过程中，遭受潮汐、波浪冲击，固结或半固结的沉积物“颗粒化”，经簸选，迁移在不同的环境中与继续进行的化学凝胶作用一起再沉积，形成碎屑状矿石。在岛后泻湖内，由于这种搬运、磨蚀和分选作用，使有的经受了2次或多次成岩脱硅转移，形成品位高的内砂屑和内粉屑状矿石。

粘土矿物脱硅为铝土矿的形成过程，在成岩(矿)后期改造作用中仍在进行。如代表最早沉积的铝土矿中，SiO2高(7%～19%)，粘土矿物多达25%～45%，而改造后的土状矿中，SiO2低(2%～7%)，粘土矿物少(5%～20%)。扫描电镜中见一水硬铝石包裹交代高岭石，近矿围岩中高岭石多，远矿围岩中水云母多，反映了粘土矿物到铝土矿的转变过程是：水云母→高岭石→铝土矿。

综上所述：本区铝土矿的形成，是基底碳酸盐岩石经红土化作用形成的“初始富集”层通过海解改造后，以微屑和胶体化学聚沉，岩溶盆地内颗粒再沉积，主要由铝土矿物高岭石脱硅成矿，再经成岩期后至风化淋滤改造，富化形成品位较高的铝土矿。矿床成因为：“古风化壳一再沉积、改造矿床”。

3.4 找矿标志

黔中铝土矿成矿区，地质研究工作程度很高，比较大的矿床均已勘探和补勘，中小型矿床(点)也经过多次普查评价，特别是地表明显可见的矿点都已工作过，今后的找矿，关键是继续总结前人资料，深入研究铝土矿的成矿规律，并与沉积环境对应研究，寻找石炭纪初期的沉积凹地，并且注重寻找隐伏矿体。

（1）地层标志。在本区铝土矿产于石炭世下统九架炉组中，层位固定，并严格受低层层位控制，时代为早石炭世，寻找铝土矿床，如本区有含矿层存在，则有形成铝土矿矿床的可能。

（2）铝土矿石标志。发现地表有铝土矿石产出地方（常见民采），即为铝土矿产出地方，是其直接的找矿标志。

4 结论

(1)修文小山铝土矿下伏基岩是碳酸盐岩，其风化作用形成的是富铝钙红土残坡积层，一般说侵蚀间断时间越长，即风化作用时间越长，由风化作用形成的残坡积富铝钙红土层越多、越厚，生成的铝土矿物越多，粘土矿物越少，矿石品位越富，矿层厚度也越大。

(2)含矿岩系厚度与铝土矿层厚度、铝土矿石质量成正相关关系。

(3)矿石自然类型分为3类：即土状、碎屑状和致密状铝土矿，其中以碎屑状为主。

[1]杨明德.黔中铝土矿矿床沉积环境及成矿作用[J].矿产与地质，1989.

[2]周福明.贵州省修文县小山坝铝土矿区地质特征及找矿方法探讨[R].2012.

[3]董家龙等.贵州省贵阳市白云区斗蓬山铝土矿区详细勘探地质报告[R].1988.

[4]兰永文.贵州省修文县龙场华飞小山铝土矿（整合）资源储量核实及详查报告[R].2013.

P618

A

1004-5716(2015)08-0171-05

2014-08-27

兰永文（1986-），男（汉族），四川乐山人，助理工程师，现从事地质勘查技术工作。