柬埔寨上川垅铝土矿元素地球化学特征与成矿作用关系探讨

曾祥婷，朱华平，刘书生,施美凤

(中国地质调查局成都地质调查中心，四川 成都 610081)

柬埔寨上川垅铝土矿元素地球化学特征与成矿作用关系探讨

曾祥婷，朱华平，刘书生,施美凤

(中国地质调查局成都地质调查中心，四川 成都610081)

柬埔寨上川垅铝土矿是典型的风化淋滤红土型铝土矿床，规模大，质量好，是中南半岛红土型铝土矿带中的重要矿床，但研究程度低，目前未见其地球化学研究报道。本文通过对比研究两个风化程度不同的矿点以及下伏玄武岩的主要成分和稀土元素地球化学特征，探讨其对本区铝土矿成因的指示意义。研究表明:该区铝土矿石的稀土含量小(ΣREE=34.22×10-6～102.17×10-6，局部出现225.92×10-6)，成矿过程发生迁移，分布不均匀。轻重稀土比值LΣREE/HΣREE较大，为4.73～22.73，(La/Yb)N为5.61～36.22，轻重稀土分馏明显，呈轻稀土富集特征，且风化程度越强，分馏越明显。稀土配分模式曲线呈平缓右倾型，Eu呈弱正异常(1.04～1.11)，两矿点Ce异常有所差异，低风化程度与弱负异常对应，高风化程度与弱正异常对应；稀土元素配分模式曲线图、δEu值及δEu与TiO2/Al2O3图解共同提供了铝土矿下伏玄武岩为成矿物质来源的地球化学依据；两矿点Al2O3含量显示，风化作用越彻底，Al含量越高，矿石质量越好。

铝土矿；玄武岩；风化；稀土；物质来源；上川垅；柬埔寨

0 引 言

东南亚中南半岛地区的铝土矿资源丰富，已探明铝土矿资源量多达30亿t，是全球铝土矿的重要产地,主要分布于越南的西原地区、老挝波萝芬高原和柬埔寨上川垅高原。根据基岩类型，铝土矿主要分为喀斯特型和红土型两类，产于碳酸盐岩古喀斯特面之上的称为喀斯特型铝土矿，产于铝硅酸盐岩之上的称为红土型[1-2]。柬埔寨几乎所有铝土矿都为红土型铝土矿。

铝土矿是柬埔寨王国最重要的金属矿产之一，但地质工作程度总体较低，铝土矿勘查工作程度也不高，地质研究更为薄弱。近年来，随着中国、日本、澳大利亚等国外矿业公司开始在柬埔寨投入矿业开发活动，提高了柬埔寨矿业开发程度，尤其是铝土矿的勘查和研究工作。根据最新资料，仅在柬埔寨上川垅高原探明的铝土矿资源量高达3亿t，大中型矿床产地3处。

已有地质研究者提出，柬埔寨上川垅地区铝土矿以红土型铝土矿为主，红土型铝土矿与玄武岩密切相关，由玄武岩风化作用而形成[3-4]，但还未有人做过相关地球化学研究工作，并未给出成矿来源的地球化学依据。地球化学研究是认识和了解铝土矿成因的主要方法之一[5-6]。本文通过对柬埔寨上川垅地区两个风化程度不同的矿点的矿石样品及玄武岩样品进行地球化学特征对比研究，探讨铝土矿床的物质来源，分析铝土矿的成因，为铝土矿的科学研究和勘查开发提供基础资料和依据。

1 区域地质背景

东南亚中南半岛的铝土矿大地构造位置主要产于南海印支地块的昆嵩隆起区(图1(a))。昆嵩地块具有明显的双层结构，基底由太古界和元古界组成，构成了昆嵩地块陆核，盖层则由泥盆-石炭系、三叠系、侏罗-白垩系和新生界组成。基底的太古界由下部镁铁质岩石和上部硅铝质岩石组成，元古界为一套片岩、片麻岩及混合花岗岩组成的变质花岗岩层。盖层由泥盆-石炭系地台型沉积为主，中生代印支运动后，出现海相、海陆交互相及陆相红层沉积。新生代地壳处于相对稳定状态，以磨拉石沉积建造和湖相沉积为主，覆于早先沉积的岩层之上。但上新世末发生了拉斑玄武质火山岩喷发，玄武岩分布于越南、老挝、柬埔寨境内；第四纪以来，在区域张应力的作用下，于中上更新世再次发生大面积基性火山岩的喷发，火山岩的分布面积可达4.6万km2，在中南半岛地区形成了多个不同标高的玄武岩高原，柬埔寨上川垅高原就是该期玄武岩喷发的产物，另外还有老挝波罗芬高原、越南西原高原[7-12](图1)。

图1 东南亚中南半岛新生代玄武岩分布图及大地构造位置图

柬埔寨上川垅高原玄武岩分布面积约3 000 km2(图1)，玄武岩厚度可达100～140 m，主要由拉斑玄武岩、碱性玄武岩和高铝玄武岩组成，为不同期次的叠加产物。早上新世末(2.6～1.7 Ma)，以拉斑玄武质火山喷发作用为主，玄武岩呈面状分布在柬埔寨东南部上川垅高原之上，分布面积广，风化易形成红土型铝土矿；晚上新-更新世(0.065 Ma)，再度发生基性火山岩活动，上覆在早上新世喷发的火山岩之上，该期次规模较小，以橄榄玄武岩、方沸石碧玄岩为主，常呈火山口、火山锥或火山岩筒产出，是柬埔寨宝石、玉石形成的主要母岩[13]。

2 矿床地质特征

柬埔寨上川垅红土型铝土矿的最大特征是它们的分布于玄武岩紧密相关，在一些风化程度不彻底或地形切割较深的部位能通过肉眼观察到铝土矿产于玄武岩的上部。本文选择了两个典型的铝土矿作对比研究，3号矿点剖面从顶部到底部为顶部腐殖层(图2(a)①)—浅褐色铝土矿层(图2(a)②)—含玄武岩角砾黏土层(图2(a)③)—玄武岩层(图2(a)④)。表层腐殖土带由灰褐色和红色的红土角砾、卵石和腐烂的植物组成，含少量三水铝石，厚度1～1.5 m；浅褐色铝土矿层由块状、碎屑状、蜂窝状、片状、豆状、结核状及松散土状的铝土矿物、黏土矿物和铁质矿物组成，铝土矿成分主要为粗粒状的三水铝石结核，结核大小5～20 mm不等，颗粒较大的结核分布在该层上部，下部明显减少，下部以小结核为主，厚度0～15 m不等，通常为1～2 m，逐渐向含玄武岩角砾的黄褐色黏土层过渡，玄武岩角砾棱角分明，形状大小不一，多气孔、杏仁状构造，岩石碎屑含量达30%～60%，厚度通常2～3 m；底部玄武岩较新鲜，为青灰色，气孔发育，块状构造。而4号矿点范围内不见玄武岩出露，大面积分布较均一的铝土矿层，由土状、块状、碎屑状、蜂窝状、结核状铝土矿、黏土矿物和铁质矿物组成，偶尔可见玄武岩残余碎屑，层厚大于3～5 m(图2)。

(a)3号矿点剖面;(b)玄武岩气孔状构造;(c)(d) 4号矿点剖面图2 铝土矿点剖面特征及采样位置图

铝土矿矿石主要结构构造有胶状结构、残余结构，结核状构造、土状构造、砾状构造和集块状构造；主要矿物成份为三石铝石、高岭石、针铁矿、赤铁矿以及少量的石英。铝土矿矿体分布形态受地形控制，呈条带状、不规则状及港湾状，产于山脊、残丘的宽缓地带及缓坡上[3]。

3 样品测试结果及地球化学特征

3.1样品的采集和测试

本文选取的两个矿点中3号矿点为一风化程度较低的风化-半风化阶段的产物，从矿点的野外剖面中可看出从顶部到底部的腐殖土→铝土矿→半风化红土夹玄武岩-未风化玄武岩，而4号矿点则为风化淋滤程度较彻底的产物，肉眼可见的剖面为一连续的风化铝土矿层，不见其下伏基岩(图2)。两者为不同风化程度的产物，对比分析两矿点及3号矿点的下伏玄武岩的地球化学数据特征可探讨风化淋滤型铝土矿的成矿作用过程与其地球化学特征的关系。对采自区内两个铝土矿点的6件铝土矿样品及玄武岩的3个样品开展了主量元素和稀土元素分析，采样点位置如图2所示，样品测试在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，主量元素分析采用X 射线荧光光谱玻璃熔片法(XRF) ，测试仪器为飞利浦PW2404X射线荧光光谱仪，检测依据为《硅酸盐岩石化学分析方法X射线荧光光谱法测定主、次元素量GB/T14506.28—2010》。微量和稀土元素分析采用电感耦合等离子体质谱法( ICP-MS) 进行，测试仪器为ELEMENT XR 等离子体质谱分析仪，测试方法依据《硅酸盐岩石化学分析方法GB /T 14506.30—2010》第30部分——44个元素量测定，测试条件为20 ℃，相对湿度为30%,测试结果见表1。

表1 铝土矿主要成分特征

3.2元素地球化学特征

3.2.1 主量元素特征

根据常量元素分析结果(表1)可见，与大多数铝土矿成分特征一样，采自3号和4号两矿点样品中的常量元素均以Al2O3、SiO2、TiO2和Fe2O3为主，四者总和为74.1%～82.57%，烧失量范围在14.10%～24.50%之间。Al2O3和SiO2含量在3号矿点和4号矿点之间存在明显差异，3号矿点呈高SiO2低Al2O3特征，Al2O3含量分别为23.84%、19.12%、23.27%，平均22.08%，SiO2含量分别为35.19%、40.19%、36.28%，平均37.22%，4号矿点则为高Al2O3低SiO2特征，Al2O3含量分别为30.44%、44.66%、38.45%，平均37.85%，SiO2含量分别为19.2%、8.64%、9.53%，平均12.45%，这一差异还体现在两者不同的硅铝比(A/S)上，3号矿点A/S平均值仅0.59，而4号矿点为3.04。而Fe2O3和TiO2在两矿点中含量相差不大，Fe2O3平均含量为19.28%、22.15%，TiO2平均含量为2.82%、4.07%。玄武岩的Al2O3含量为14.59%、15.15%、15.06%，SiO2含量分别为49.25%、47.53%、48.16%，与铝土矿相比，呈高SiO2低Al2O3特征，Fe2O3和TiO2含量较铝土矿少。

根据铝土矿的Al2O3与其他几种主要含量的相关性图解(图3)可见，Al2O3与SiO2呈一致的明显负相关性,说明风化程度越高，SiO2损失越多，而Al2O3就越富集，铝土矿矿化过程中伴随着Al的富集和Si的贫化。值得注意的是，Al2O3与TiO2和Fe2O3的相关性在3号矿点和4号矿点中均相反，两者在3号矿点中均为正相关关系，而在4号矿点中呈负相关关系，表明Ti、Fe元素在3号矿点矿化过程中得到富集而在4号矿点中开始贫化。

3.2.2 稀土元素

前人研究表明，稀土元素对铝土矿成矿物质来源有较好的指示意义[14]，根据3号、4号矿点矿石样品及3号矿点的下伏玄武岩样品稀土元素分析结果(表2)可知，铝土矿石样品稀土元素总量不大，存在个别样品与其他样品含量悬殊情况，如3号矿点矿石中稀土元素总量分别为ΣREE为77.39×10-6、225.92×10-6、34.22×10-6，平均112.51×10-6，D003-WL2XT2号样稀土总量明显高出其余两个样，说明稀土元素含量在铝土矿石中存在不均匀分布；4号矿点ΣREE为102.17×10-6、43.66×10-6、67.62×10-6，平均71.15×10-6， 样品间含量悬殊相对较小，而3号矿点下伏玄武岩ΣREE为107.9×10-6、88.19×10-6、86.02×10-6，平均94.04×10-6，含量较稳定。

图3 柬埔寨上川垅铝土矿主量元素相关性图解

表2 柬埔寨上川垅铝土矿及玄武岩样品稀土元素分析结果表

轻重稀土元素的比值LΣREE/HΣREE较大，3号矿点分别为4.78、4.73、5.68，4号矿点分别为12.48、22.73、9.34，3号矿点下伏玄武岩为5.16、4.80、4.86，可见本区岩石及铝土矿均为轻稀土元素富集特征，且4号矿点轻稀土富集更加明显。轻重稀土之间的分馏还能通过(La/Yb)N值很好的体现，(La/Yb)N在3号矿点分别为5.61、6.88、7.82，4号矿点为18.16、36.22、12.28，玄武岩为7.48、6.56、6.52，这一比值与LΣREE/HΣREE值具有很好的对应关系，可见4号矿点的轻重稀土分馏更明显。重稀土元素内部分馏作用相对较弱，3号矿点的(Gd/Lu)N分别为2.3、2.59、1.78；4号矿点分别为3.56、2.76、1.74，玄武岩为2.55、2.46、2.43，说明在铝土矿化过程中重稀土元素活动性相对较弱。

图4 上川垅铝土矿矿石稀土元素配分模式图

稀土元素的含量采用球粒陨石标准值[15]进行标准化，分析铝土矿石稀土元素标准化配分曲线(图4)可知：矿石稀土元素配分曲线为平缓右倾型。具有矿床成因指示意义的Eu异常特征表现为在3号矿点δEu分别为1.07、1.09、1.07，4号矿点分别为1.06、1.10、1.04，玄武岩为1.08、1.11、1.10， 均具有较弱正异常，且值很接近；Ce异常特征表现为在3号矿点中δCe为1.08、0.75、0.72；4号矿点为1.02、1.31、0.84，在玄武岩中为0.89、0.86、0.85，3号矿点总体偏向负异常，4号矿点总体偏向弱正异常，玄武岩为稳定的弱负异常。

将铝土矿样品Al2O3含量与稀土元素的特征值作相关性研究发现，样品中Al2O3与ΣREE无明显相关性，但Al2O3与ΣLREE /ΣHREE、(La/Yb)N存在较好的正相关性(图5)，暗示铝土矿化过程中稀土元素的总量无明显规律性变化，但中轻、重稀土元素之间的分馏与矿化过程中Al元素的富集密切相关。

图5 铝土矿石Al2O3与稀土元素相关性图解

4 讨 论

4.1矿床地球化学特征与成矿作用的关系

如前文所述，3号矿点为半风化的产物，而4号矿点为风化较彻底的产物，两者对比研究可探讨成矿作用过程中的地球化学变化特征。从两矿点的常量元素测试结果可知，4号矿点的Al2O3含量明显高于3号矿点，而SiO2明显低于3号矿点，从铝硅比值(A/S)也可以看出这一明显特征，同时，两矿点的Al2O3与SiO2的相关性图解均呈明显的负相关关系，说明风化淋滤程度越强，矿源中的Al、Si分离越彻底，即Si随着风化淋滤作用流失而Al得到富集，风化作用越强铝土矿质量越好品位越高。这是由于在玄武岩风化分解过程中，分解出来的碱和碱土金属(去碱作用)不易被地表水带出风化场所，因此溶液具碱性反应;SiO2溶胶在碱性介质中不凝结，而被潜水带走(去硅作用)，而溶胶Al2O3·mH2O和Al2O3·nH2O则可在原地凝聚。这样在地表就逐渐堆积起铝的氢氧化物(三水铝石Al2O3·3H2O和铁的氢氧化物、氧化物[16]。对比两矿点Al2O3与TiO2和Fe2O3的相关性图解可知，3号矿点的Al2O3与TiO2和Fe2O3均呈正相关关系，而4号矿点却呈负相关关系，说明风化淋滤过程中的元素流失具有先后顺序，在风化前期，铝硅酸盐解离，Si最先流失，此时，随着Si的流失，Al及其他金属离子比重增大，呈现出Al与其他金属离子的正相关关系，而随着风化淋滤作用的进一步加强，当Si流失到一定程度后，其他金属离子则开始流失，最后剩下最稳定的Al元素，于是就出现了4号矿点的Al2O3与TiO2和Fe2O3呈负相关关系。另外，从Al2O3与稀土总量ΣREE的相关性图解可知，二者不具有明显的相关性，但存在局部稀土总量较高的情况，说明随着成矿作用的进行，稀土元素会发生迁移，迁移的结果会导致局部稀土含量增高，含量分布不均匀现象。

4.2成矿物质来源

对于上川垅铝土矿的成矿物质来源已有研究者提出铝土矿下伏玄武岩即为矿床母岩，但未给出地球化学数据依据[3]。研究表明，在铁铝岩系中，稀土元素Eu异常(Eu/Eu*)非常稳定，而在风化过程中元素Al、Ti亦被认为是相对较稳定的元素，因此可以用Eu/Eu*-TiO2/Al2O3地球化学图解来判断物质来源[17]。作本区铝土矿Eu /Eu*-TiO2/Al2O3地球化学图解可见(图6)，3号矿点和4号矿点样品均落于玄武岩区域附近，表明其物源与玄武岩物质有关，与上地壳和花岗岩关系不大。这与野外地质调查发现本区铝土矿多与玄武岩共生，在3号矿点肉眼可见玄武岩为矿体下伏岩层，而4号矿点虽只出露了铝土矿，但铝土矿层中含玄武岩残余碎屑及根据区域地质背景资料推测其下伏地层同样为玄武岩，与该数据结果显示的成因相一致。

前人研究证明，稀土元素中δEu 数值在铁铝岩系中稳定，可以作为判别物质来源的指标之一[17-19]。将区内铝土矿样品稀土元素与玄武岩稀土元素进行对比发现，铝土矿矿石δEu数值(1.04～1.10，均值为1.07)与玄武岩δEu数值(1.08～1.11，均值为1.10)非常接近，可见本区铝土矿物质来源为矿床下伏玄武岩。

此外，从铝土矿和玄武岩的稀土元素配分曲线可见二者均为形状相似的右倾型配分曲线(图7)显示，均无明显的元素异常出现，只有4号矿点与该玄武岩存在较弱的Ce异常差异，推测4号矿点下伏岩石可能为新生代不同期次喷发的玄武岩，成分存在略微差异造成。因此，铝土矿样品和下伏玄武岩相似的稀土元素配分曲线特征进一步证明了本区铝土矿源岩为底部玄武岩。

图6 铝土矿石Eu/Eu*-TiO2 /Al2O3图解

图7 铝土矿与玄武岩稀土元素配分模式图

4.3外部成矿条件

对红土型铝土矿的成矿条件，前人研究表明，气候因素是影响铝土矿成矿作用的重要因素，红土型铝土矿主要由含铝硅酸盐岩石在热带和亚热带气候条件下，经过物理化学风化作用形成，在成因上属风化残积或残余矿床[1-2,5,20-21]。是世界上最重要的铝土矿矿产类型，主要分布在大洋洲、拉丁美洲、非洲和东南亚地区[22-24]。柬埔寨上川龙高原位于北纬12°附近，属热带季风气候，气温20～38 ℃，年降雨量1 000～5 400 mm，这种温暖、湿热的气候特征具备红土型铝土矿形成的气候条件。另外，新生代红土型铝土矿分布的一个共同点是都与准平原地貌和侵蚀面有关。上川垅高原地势为低山丘陵区，落差一般为50～100 m，势起伏不大，坡度较为平缓，水系发育，地形地貌既有利于地表水向下渗透及排泄，又不至于造成水土流失。因此，地表渗透水淋滤碱金属和碱土金属，难溶于水的Al2O3和Fe2O3水化后形成三水铝石及赤铁矿、褐铁矿残积或堆积在地表风化壳中，形成矿体。

5 结 论

1) 柬埔寨上川垅铝土矿床的稀土元素总体含量不高，且随着矿化过程发生迁移，含量分布不均；稀土标准配分模式曲线图平缓右倾，为弱Eu正异常，Ce异常不稳定。轻、重稀土分馏明显，呈轻稀土元素富集模式，分馏与矿化过程密切相关，风化越彻底，矿化越强，轻、重稀土分馏越明显。

2) 对柬埔寨上川垅铝土矿稀土元素特征及地质调查综合研究表明，铝土矿下伏玄武岩为铝土矿提供了成矿物源，为该红土型铝土矿的成矿母岩。

3) 该矿床是由疏松多孔的新生代玄武岩在热带地区温暖、湿热的适宜气候和地势起伏不大，坡度较为平缓，水系发育的低山丘陵有利地貌条件下风化而成的化残积型铝土矿床。

4) 铝土矿的矿石质量与风化淋滤过程紧密相关，风化作用越强，品位越高，铝土矿质量越好。

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ElementalcompositionandtheirrolesduringmetallizationatKirirombauxitedeposit,Cambodia

ZENG Xiangting，ZHU Huaping，LIU Shusheng，SHI Meifeng

(Chengdu Center，China Geological Survey,Chengdu610081,China)

The Kirirom bauxite deposit,as a typical weathering-leached lateritic bauxite deposits,with the characteristics of large reserve and good quality,is an important deposit in indochina peninsula lateritic bauxite belt.There has no publishes about its elemental composition due to the low degree of geological study.Reported here are the main elemental composition and rare earth elements (REE) data of two different weathering occurrences and their underlying basalts,to discuss the genesis of bauxite in this area.The results show that,the bauxite ores have a character of low REE content in general (ΣREE=34.22×10-6～102.17×10-6，locally225.92×10-6),and the metallization shows elements migration with an uneven distribution.The LREE/HREE values (4.73～22.73) and (La/Yb)N values (5.61～36.22) are high,the fractionation of LREE and HREE is obvious,shows LREE enrichment,and the stronger the weathering,the more obvious fractionation.The REE distribution pattern is characterized by flat right inclining type with weak Eu positive abnormal (δEu=1.04～1.11),and the difference of Ce abnormal in different occurrence shows as that the weak negative Ce abnormal in less weathering occurrence and weak positive Ce abnormal in stronger weathering occurrence.Similar REE distribution patterns and δEu between bauxite and basalt as well as the δEu- TiO2/Al2O3graphic indicate that the basalts are the material source of bauxite ore in this area;The stronger weathering occurrence shows high contents of Al2O3,indicates that grade and quality of the bauxite is closely related to the weathering progress.

Bauxite;basalts;weathering;rare earth elements;material source;Kirirom;Cambodia

A

1004-4051(2017)11-0154-08

2017-09-15责任编辑宋菲

中国地质调查局国土资源大调查项目资助(编号：121201010000150013)

曾祥婷(1989-)，女，硕士，助理工程师，研究方向为矿产地质勘查及找矿，E-mailtingzx2013@163.com。

朱华平，高级工程师，E-mailzhp791225@163.com。