晋西南地区铝土矿地球化学特征及成矿地质环境分析

（山西省第三地质工程勘察院，山西 晋中 030620）

铝土矿不仅可以提炼出铝、镓与稀土元素等重要原料，还可以用作高铝水泥、研磨材料、耐水材料的原材料。因为铝土矿的用途十分广泛，所以使得铝土矿在国民生产活动中具有重要的地位。在铝土矿中，铝矿物主要为硬水铝石、软水铝石与三水铝石。在近10年的时间里，我国对铝的需求成急速增长的趋势，其中有高达50%的氧化铝需要依赖从其他国家进口。

对于我国来讲，金属铝的提炼是铝土矿最重要的用途之一，因此铝是具战略意义的金属[1]。必须加强中国铝土矿地球化学特征、岩石矿物学特征、物源、成矿环境、成矿时代、成矿作用等方面的研究工作，并且提高对高品位、大型铝土矿矿床形成的理论认识水平，也有助于加快铝土矿资源勘查，为中国铝工业的发展提供资源保障，这样中国就可以解决铝土矿资源受控于国外的困境问题。

1 探究晋西南地区铝土矿地球化学特征

1.1 铝土矿的成因

针对上述问题，以晋西南地区铝土矿为例，探究其地球化学特征，经过探测发现，这一地区的铝土矿中碳酸盐岩的元素富集程度要高于碎屑岩，这表明该地区有利于铝土矿成矿的主要容矿岩石为碳酸盐岩。矿区地层中有丰富的铝、Ti、Ga、Ni、Cd等成矿物质。因为铝具有强烈的亲硫性并极易形成含硫化合物，所以在基地岩石中，铝以硫化物形式存在，又由于硫化物与硫酸盐的形成受温度、ph值、氧逸度、总硫浓度等参数决定[2]。所以结合同位素的平衡温度和推断溶液的含硫同位素来实现同位素特征的测定。经过研究硫同位素发现该矿硫化物的含量占比分散，所以认为形成铝土矿的主要成因是沉积。金属矿成因需要大量还原硫的沉积，而还原硫主要通过热液中硫酸盐和有机质发生还原反应。

有机质吸附的金属元素如铝、钛、Ni等，与有机络合基发生络合物分解或氧化还原的反应产生有机金属络合物，形成难溶硫化物沉淀，这样可以使更多的金属元素保留下来。在热还原反应过程中不仅提供了反应所需的还原硫，还产生大量的热能，有助于加速有机质的分解和硫化物沉淀。

1.2 铝土矿的组成

经过探测，晋西南地区铝土矿下伏地层有奥陶系马家沟组灰岩组成。奥陶系马家沟组灰岩因与含矿岩系直接接触，且铝土矿三大类型之一的岩溶型铝土矿是碳酸盐岩提供的，所以奥陶系马家沟组灰岩为铝土矿的物源之一。本溪组页岩因含铝量高，且地层厚度较大，所以认为是铝土矿在成矿过程中提供了成矿物质的岩石。

在相同条件下，本溪组泥页岩至铝土矿铝富集只需铝3.58倍，钛3.82倍，镓4.28倍，奥陶系灰岩则需富集铝66倍，钛103倍，镓42倍，对照Zr-Cr-Ga图解与稀土元素配分模式、稳定元素、稀土元素配分比率上可以得出结论：铝土矿的物源为本溪组页岩。

2 分析成矿地质环境

铝土矿在成矿时间、空间以及气候等方面都有不同的特点，以下就其这三个方面逐一进行分析。

2.1 从时间上分析

大地构造发展期的某一个阶段都对应着铝土矿的每个成矿期，所以每个阶段成矿特征都有所区别。最重要的是成矿期，其表现特征为以酸性、中酸性岩浆的侵入和喷溢。成岩成矿作用分为早晚两个时期，构成了成矿与挤压、伸展的构造背景。极个别地质构造较为复杂的区域，在多期次、多旋回的构造及岩浆活动与成矿作用下，形成的成矿带富含多个重要的多金属。

2.2 从空间上分析

从空间角度分析，铝土矿矿床的成矿分区多呈现出“块”、“带”的排布，块体边缘都存在深断裂带聚矿物质，分带沿前陆推覆冲断带“向洋”[3]。铝土矿的形成环境属整体低能而局部相对高能。这一地区的铝土矿可分为致密、半土、鲕状、碎屑四种自然类型结构，四种不同类型铝土矿具有不同的环境意义。致密状铝土矿表示其处于低能环境状态下，而碎屑与鮞状铝土矿形成于沉积环境中相对高能的位置状态，半土状铝土矿是强淋滤作用下由其余类型矿石转化而来的，在不同类型矿石的组合分布特征中，可以识别铝土矿的不同沉积环境。

2.3 从气候上分析

雨天最适宜铝土矿进行淋滤作用。淋滤作用指的是由雨水引发的脱硅排铁作用，在排水条件良好且淋滤条件十分有利的时，铝土矿会直接发生红土化作用[4]，在成矿过程中提供了成矿物质的铝硅酸盐矿物直接转变成氧化铝矿物。在排水条件不是非常好的情况下，铝硅酸盐矿物则发生间接成矿作用，先转变成粘土矿物，再转变成氧化铝矿物。红土化作用可以改变铝土矿的矿物成分、组合、品位、厚度等。铝土矿脱硅排铁的关键是地下水的垂向与侧向移动，一个决定性的因素是大量的渗流雨水活动。在模拟铝土矿的搬运、对流、分散模式时，得到的结果与实际剖面大体吻合。所以地下水系统直接影响淋滤作用的效果，季节性的变动会直接影响淋滤作用于铝土矿层的厚度、品质、矿物组合，使其结果发生改变。

3 结语

相比于国际铝土矿的研究，中国对铝土矿研究起步较晚，研究者们经过几代的持续工作研究，在很多方面的研究都有较大进展，例如在矿床成因方面、物质组成方面等，目前的问题在于，成矿过程较为复杂，使得研究难度增加，并且在成矿方式、物质来源等方面研究者们也存在诸多争议。本文阐述了晋西南地区铝土矿地球化学特征及成矿地质环境的一部分研究内容，但是在物质组成、成矿过程与找矿标志方面仍然需要进一步深入研究。