斐济红土型三水铝土矿床特征

赵辛金，张启连，吴天生，陈海武，谢振朝，覃瑞才

(广西壮族自治区地质调查院，广西 南宁 530023)

0 引言

斐济瓦努阿岛(Vanua Levu islands)位于第一大岛维提岛(Viti Levu islands)北东60 km，属斐济第二大岛，是斐济铝土矿主要产地。笔者数年前有幸受邀到该岛铝土矿进行短暂的考察，发现该地红土型三水铝土矿风化剖面结构完整，矿化强度高于我国及东南亚地区同类型的铝土矿床，与几内亚红土型三水铝矿床相似。根据前人勘查，斐济红土型铝土矿发育于火山熔岩平原中，存在多种风化原岩，具有独特的成矿条件[1]。笔者根据考察所见及采样测试，结合前人资料[2]，阐述斐济红土型三水铝土矿矿床特征，希望助于深化铝土矿成矿作用认识，对铝土矿床的深入研究有所裨益。

1 地质概况与勘查开发简史

根据有关资料[1-2]，斐济列岛最古老岩层为始新世晚期的枕状熔岩、辉长岩和台地相灰岩，地质年龄为40 Ma～36.5 Ma，最年轻的岩层不超过2万年，为陆相喷发火山灰。铝土矿主产地瓦努阿岛由火山岩组成(图1)，海底火山喷发始于中新世晚期，形成主要地层为中新统内特华组基性—中基性火山岩和火山碎屑岩，少量英安质流纹岩，在火山口或凹地如Dreketi Basin盆地中有凝灰岩沉积；岛的北东部局部出露底部乌都组火山岩，由熔岩、集块岩及顶部的黑耀岩组成，岩性从安山质到酸性均有产出。动物小种群数据和放射性年龄显示喷发年限从7.5 Ma～3.5 Ma。内特华组火山岩在上新世中期喷发后经历了一个快速抬升过程，以致下部的枕状熔岩和海相凝灰岩提升到了目前的高程900 m以上。

图1 斐济瓦努阿岛红土型三水铝土矿分布图

上部上新统布阿组岛火山岩喷发于3.3 Ma～2.9 Ma[1]，岩性为碱性橄榄玄武岩系列，分布于岛西部，构成了谢图拉(Seatura Volcano)火山盾。

瓦努阿岛地形高差显著，由于区域性抬升，南部大致升高了1648英尺(约502 m)，北部升高了2764英尺(约842 m)，但由于熔岩流效应，仍发育有大面积地形低缓的准平原，其坡度维持在约5°；年降雨量与地形有一定的联系，迎风一侧(南东侧)年降雨量100～300英寸(2500～7500 mm)，全年均有降雨，而背风一侧(北西侧)年降雨量70～80英寸(1750～2000 mm)，集中于雨季降雨。斐济列岛总体上年平均降雨量大于2000 mm，属于典型的热带海洋性气候，常受飓风袭击，年平均气温22℃～30℃。

有组织的铝土矿勘查始于1958年，当时加拿大蒙特利尔的阿尔肯(Alcan)国际有限公司(前身为铝业实验有限公司)于1958年获得大约2300 km2的若干个探矿许可，主要分布于瓦努阿岛、维提岛(Viti Levu islands)北西部和劳岛(Lau islands)，并开始大范围的预查和普查，至1963年，放弃了大部分探矿权，保留了瓦努阿岛瓦努努(Wainunu)地区和北西地区的探矿权，至1968年除瓦努努地区的萨乌里乌(Savulevu)矿床外其余的探矿权均都放弃，萨乌里乌矿床后来又转给了由日本人拥有的斐济铝业有限公司(BFL)。斐济铝业有限公司于1969—1972年开始了萨乌里乌铝土矿的开发，但在第一批净矿石装运之前即已关闭，原因是价格过低外加后勤出现了问题，比如雨水过多和地形崎岖等等。1970—1972年，在B.Campana指导下，金属矿业有限公司对瓦努阿岛、维提岛北西部进行了进一步的勘查，但探矿许可在1975年被放弃。至此斐济铝土矿的勘查已基本覆盖全岛，三个主要岛屿探获的原矿石量为5630万吨，折合净矿石量1460万吨～1750万吨，至1994年止再没有人在斐济开展过铝土矿的勘查。由于瓦努阿岛矿床质量较好、规模较大，一直被运作进行开发[2]。

笔者考察当时了解到，中国信发集团已在斐济进行红土型铝土矿开发。据“铝道网”(https://www.alu.cn)2017年11月9日报道[3]，该年度仅有一批铝土矿石运往中国市场，总量为58 709.6 t，总价值为280万美元，这批铝土矿将使开始于2010年的布阿地区Nawailevu矿场的总营收达到了5220万美元(“铝道网”，2017)，表明斐济红土型铝土矿具有较高的利用价值。

2 矿床地质特征

本次考察地区主要位于瓦努阿岛北西部铝土矿，出露上新统布阿组基性喷出岩，少量沉凝灰岩、凝灰质泥岩、火山角砾岩，断裂、褶皱不发育。喷出岩斑晶以斜长石为主，斑晶含量占比10%～30%，粒径为1～5 mm，基质由斜长石、辉石组成，含量占比70%～90%，玄武岩岩石中w(Al2O3)=14%～17%，w(SiO2)=50%～51%，玄武质安山岩岩石中w(Al2O3)=15%～17%，w(SiO2)=53%～55%；第四系风化—半风化层覆盖面积大，平坦地段覆盖率可达70%。

与红土型三水铝土矿有关的岩性主要为玄武岩，斑晶以拉长石为主，约占30%，极少量黑云母及辉石，且粒径极小；基质具间隐间粒结构，以中长石为主，约占27%，次之为普通辉石、绿泥石，少量碳酸盐矿物、钛铁矿、磁铁矿、绿帘石等。针柱状斜长石与显微柱粒状辉石、磁铁矿混杂分布，部分斜长石构成三角区被更细小的斜长石、微粒状辉石、微粒磁铁矿、隐晶质绿泥石充填。局部有皮壳状碳酸盐矿物胶结。

矿石均由褐灰色铁质结核与胶结物—砖红色红土组成，结核呈不规则状，在原英文文献中亦称为“瘤”，其矿物含量占20%～90%，分布不均匀，部分结核黏连紧密形成集合体，大小为1～8 cm，最大直径可达20 cm，矿产品为净矿石，是原矿石过20目筛(孔径0.84 mm)后并冲洗后获得的结核，其Al2O3的品位通常大于50%，大于原矿石的39%～46%，可见结核比红土更富成矿物质Al2O3；由于未经成岩压实作用，结核较为脆弱，易于破碎，据统计，净矿石的回收率仅为30%～35%。

瓦努阿岛东南部的瓦努努(Wainunu)红土型三水铝土矿工作程度最高，规模最大，分布于面积约65 km2火山盾边缘平坦的玄武岩熔流上，此熔岩流平台自东至西被瓦努努河和达乌图峭壁分割成三个部分，矿体产于平缓地带及其内丘陵之上(图2a)，根据阿尔肯公司勘查资料，风化壳剖面具有典型的“矿层+过渡层”二元结构，其中矿层可再分如下：一分层为松散覆盖物，厚度不稳定，二分层为褐色层，主要由富铁富三水铝结核的块状矿石组成，厚0.6～1.0 m，三分层为杂色层，土状矿石为主，由红—褐—灰色红土、三水铝结核掺杂少量残余的玄武岩砾石组成，局部地段玄武岩残砾高达10%，厚1～2 m；矿层底板为过渡层，为风化的玄武岩，并已初步发育三水铝结核，厚6 m。

图2 斐济瓦努阿岛红土型三水铝土矿剖面特征

本区的“矿层+过渡层”的风化壳结构与几内亚的“(铁矾土和铝土矿)+(铁质黏土和黏土)”[4-5]和西澳的“(硬壳和碎屑层)+黏土层”[6]相对应，矿层中的硬壳层和块状矿石为固结作用产物，而土层矿石尚处于淋滤作用中，是成熟风化壳的典型结构特征。

丘陵上的矿体顶部直接曝露于地表，草、树等植物相对稀少(图2b)。在岛北西部，平原上展布的三水铝土矿层，最大厚度可达9 m，但连续性较差，厚度、品位变化快，覆盖层最大厚度可达3 m，比东南部的瓦努努(Wainunu)地区的厚，平原上高差不大的低矮小山脊是优质铝土矿分布的场所，这些低矮的小山脊可能代表熔岩的一个流动单元，环绕小山脊的低缓平台则为质量稍逊的铝土矿层，古溪谷中尚见到砾状优质铝土矿充填。

该矿层独特之处在于在浅部红—褐—灰色红土中含有残余的基岩砾石，而在几内亚、澳大利亚和东南亚地区的同类型矿床中，该部位尚无风化残砾的报道。另外值得注意的是，矿层底板的过渡层——风化玄武岩其三水铝石相的Al2O3品位并不低，达25.54%，其利用意义值得探索。

矿层底板的过渡层在几内亚红土三水铝土矿中被称为黏土层+风化母岩(铁质黏土和粉砂质黏土)[4-5]，在澳大利亚达令山红土三水铝土矿中被称为杂色带[7]或黏土层[6]。

瓦努努(Wainunu)地区原矿石量2300万吨，北西部地区原矿石量1730万吨，35目的过筛率35%，再水冼后的总回收率约30%。斐济岛9个已勘查的三水铝土矿床洗后的净矿石由结核组成，w(Al2O3)普遍大于50%，可见结核的Al2O3含量高于基质中Al2O3含量。

据X射线衍射分析，矿物组成主要为三水铝石、褐铁矿、针铁矿、高岭石、磁铁矿、钛铁矿及极少量的石英[2]。

由于以三水铝石相赋存的Al2O3可在常温常压下溶出，本次考察采集部分样品进行测试(表1)，结果显示，三水铝石相的Al2O3相当高，w(Al2O3)均大于40%，略低于该岛东南部瓦努努(Wainunu River)河一带的三个矿区的w(Al2O3)(44%～46%)。

表1 瓦努岛三水铝土矿原矿石及围岩分析结果

剖面化学成分表明，在垂向上，从矿体到过渡层，石相Al2O3采用电感耦合离子体原子发射光谱法测定。

上部以Fe为主，中部以Al为主，下部为Si为主，富集特点与几内亚、西澳等典型红土型矿床一致[6，8]。本区过渡层与矿层之间的Si含量具有跳跃式变化特点，与两者之间颜色突变相呼应，喻示着一个成熟的风化壳在不同的剥蚀—淋滤速率下是可以为稍低凹地段的坡积矿层提供不同的物质来源的，此现象可为沉积型铝土矿的复杂成因解释提供有益的线索。

在瓦努阿岛东南的瓦努努河地区，于成矿母岩拉斑玄武岩下部，沉积有泥岩、粉砂岩及安山质凝灰岩，铝土矿体矿化最好的地段均处于高程180 m上下位置，也恰好是拉斑玄武岩被出露的高程，在此高程下形成的风化红土，三水铝结核的富集程度相对低，被认为其风化母岩不是玄武岩而是泥岩粉砂岩和安山质凝灰岩[2]。

根据前人的勘查资料，在瓦努岛和斐济其他岛上尚发现一些红土型三水铝土矿床矿点(表2)，简述如下：

1)瓦努阿岛的那图阿(Natua)：产于高程150 m的火山盆地中，其内各类岩层均呈近水平状展布。风化原岩为安山质火山碎屑岩，东部的科罗乌里矿区矿层厚3～4 m，阿尔肯公司施工了17个浅井，w(Al2O3)>45%的井探仅有8个；北西部的矿点施工了31个浅井，w(Al2O3)>45%的井探仅有3个。那图阿地区铝土矿体过于分散，20目的过筛率为15%～30%，至少从含矿率高低判断，其矿化强度显然逊色于以玄武岩为母岩的瓦努努地区铝土矿。

2)维提岛的洛托卡-巴(Lautoka-Ba)：处于斐济最大岛维提岛的北东部，地貌属于正在抬升的平原，地形高处发育有风化壳，风化原岩为凝灰岩和粗糙的玄武质火山碎屑岩，划属上新统Ba火山岩组，成分接近于瓦努阿岛的拉斑玄武岩，阿尔肯公司施工了23个浅井，估算了660万吨的原矿石量，但品位低，可溶出的Al2O3品位仅35%，净矿石回收率小于18%，且铝土矿层连续性差。

3)劳岛(Lau islands)的图瓦卡(Tuvuca)：图瓦卡地区主要分布新近系托喀劳组灰岩，这些灰岩从中新世晚期—上新世晚期均有产出，每次火山喷发后均可见该组覆盖于火山岩之上。灰岩下部为安山质火山角砾岩和熔岩，安山质火山岩曝露的地段形成的富磷黏土，主要呈褐色，其次为红、黄色，分布于一个凹陷洼地和一批沉降洞穴中，据17个螺旋杆钻井调查，平均厚4～5 m，有些地段螺旋钻进8 m尚未遇到基岩，在1981年的一次磷矿调查中，有许多螺旋井钻至13.9 m都未遇到基岩。部分铝存在于纤磷钙矿、银星石中，砂屑多由胶磷矿组成，属土质、砂质矿石，三水铝结核仅作为黏土的次要组分，矿床平均可溶出的w(Al2O3)仅为24%，但w(P2O5)可达22%，分析显示磷、铝呈反消长关系，根据7个褐黄—褐红色风化壳调查区的36个浅井数据，仅有1个调查区的w(P2O5)<10%，但其平均值仍达6.3%，w(Al2O3)=37.6%～41.95%，1个调查区含磷含铝均很低，但含w(MnO2)>60%，其余5个调查区的w(P2O5)>10%，w(Al2O3)<40%，总体上保持w(P2O5+Al2O3)=40%～50%，安山岩为成土母岩，其w(P2O5)=1.33%～1.53%，w(Al2O3)=14.70%～13.79%，亦呈反消长关系。赋存红土的凹陷被认为是灰岩溶蚀的结果。调查后估计有230万吨铝土矿原矿石，由于规模小，当时被认为铝的经济意义不大，但未涉及磷的利用价值评述，亦未给出磷的赋存状态。

4)其他地区：瓦努阿岛的Nakelikoso-Wasnikoro和Nukudamu地区，风化原岩为酸性火山岩，形成的三水铝土矿石含硅高(缺具体数据)。另外还在维提岛中部的Colo-i-Suva和Nadrau台地上还发现了更广布的富铁三水铝红土层，该区除了在玄武岩之上发育有风化黏土之外，还发现三水铝结核散布于厚层的坡积红土层中，其为坡积红土的证据是在深1.5 m的多个剖面中均未见任何岩石残砾或原岩的变余结构构造，通过18件样品的XRD分析显示富铁黏土中主要矿物为针铁矿、多水高岭石，另有少量的三水铝石、磁铁矿、赤铁矿，4件样品分析结果，原矿Al2O3品位变化于33.8%～48%之间。

表2 瓦努阿岛与其他岛的三水铝土矿石分析结果

3 讨论

3.1 矿源层的多样性和专属性

斐济红土型三水铝土矿的矿源层是多样的，从基性—中性—酸性岩浆岩均有，岩性以玄武岩最有利，因其容易形成平坦地形缘故；其次为火山碎屑岩，再其次为泥岩。成矿母岩的多样性是几内亚、澳大利亚和东南亚地区不能比拟的，不同岩性对铝成矿的贡献大小在本列岛可窥见一斑。

铝土矿质量优劣具有一定的专属性，在玄武岩中，硅以硅酸根形式存在于长石、辉石、橄榄石中，易于破裂和风化，硅容易淋失，而火山碎屑岩和较为酸性的火成岩中，硅以更稳定的玻璃质或石英存在，而玻璃和石英不如斜长石、橄榄石、辉石般容易破裂和渗透，故拉斑玄武岩中的硅较容易被渗滤出来，同时拉斑玄武岩喷发后容易形成斜坡平缓的高地平原，从而能形成优质的三水铝土矿。实际上，从全球尺度来看，几内亚、越南—老挝—柬埔寨的三水铝土矿的风化母岩为玄武岩或辉绿岩[5，9]，矿石的w(Al2O3)多高于40%，铝硅比值多大于10，质量与斐济的不相上下；而澳大利亚南部地区的三水铝土矿母岩为花岗岩类，矿石w(Al2O3)平均值为43.3%，铝硅比值平均为3.37[7]，稍逊于几内亚和斐济。我国广西桂中地区的红土型三水铝土矿，亦发育有大量的铁铝结核，属于成熟的风化壳，风化母岩为泥盆系和石炭系灰岩[10]，形成的三水铝矿石质量不高，Al2O3平均品位为28%，三水铝石相w(Al2O3)=15.76%[11]，①。可见形成Al2O3含量高的红土其母岩仍专属于火成岩。我国桂西地区二叠系铝土矿产于茅口组灰岩不整合面之上的合山组底部[12-13]，上覆含煤线泥岩、硅质岩、灰岩，铝土矿w(Al2O3)一般变化于40%～50%之间，有些矿区甚至达到50%～70%[14]，如此高的Al2O3含量喻示着红土阶段有火成岩物质的参与风化，其来源可能有二，一是被风化剥蚀的茅口组顶部或合山组底部地层中发育有火成岩，二是风化剥蚀的吴家坪早期岩浆活动强烈，有火山物质的加入，前者尚无充分的证据，后者近年来得到区调②③和铝土层中的锆石研究的支持[15]。

3.2 铝土矿层的展布及意义

斐济红土型三水铝土矿横向上展布以掺杂小型丘陵(图2a)的平原地貌较为完整，地形起伏稍大的丘陵地貌(图2b)形成的风化壳呈孤岛状分布，无论何种展布方式，高品级的矿石均分布在相对高的地形中，而连续性不完整。丘陵地貌即有利于风化壳的形成，亦有利于坡积铝土矿的形成和低处铝土矿层的加积，正如维提岛中部的Colo-i-Suva和Nadrau台地上广泛分布的坡积型富铁三水铝土矿层一样。丘陵地形中的铝土矿层高低处均有分布，且又不完整的特点，有助于启发我国桂西地区二叠系铝土矿层上部所谓的超覆沉积[16]的理解。

3.3 红土型铝土矿新类型

阿尔肯公司对劳岛铝土矿进行调查时发现了与铝土矿共生的磷矿，这些磷矿的P2O5含量不低，可溶出的Al2O3亦不低，厚度大，原矿石总量达到230万吨，尽管单个矿体规模较小，但对在海洋火山岛中寻找同类型矿产仍有重要指导意义。

4 结论

1)重要成矿区瓦努阿岛的红土型铝土矿尽管矿床特征与世界上典型矿床相似，但仍具有其独有的特点，一是上部富铁层厚度不大，二是在铝土矿层中保持有风化原岩的残砾，这是与崩(坡)积型红土的重要区别标志。矿体除原地残积外，尚有坡积堆积成因，丘陵地貌形成的风化壳呈孤岛状分布；玄武岩、安山岩、火山碎屑岩、凝灰岩、泥岩等均可成为成矿母岩，但以玄武岩成矿最佳，其次为安山岩。

2)红土型磷矿应予以重视，从三水铝含量看，各矿床之间变化范围大，此类以褐色为主的黏土似乎不属于长期曝露地表风化衍生的产物，其产出部位为灰岩溶蚀洞穴，应属于洞穴堆积成因。

注释：

① 刘颜宏，李世富，钟卡彬，等. 广西贵港市蒙公矿区外围三水铝土矿普查报告[R]. 广西地质六队，2013.

② 李昌明，覃洪锋，蒋剑等. 广西1∶5万隆林县、沙梨、克长、隆或幅区域地质调查[R].广西地质调查院，2018.

③ 梁国科，吴祥珂，李玉坤，等. 广西1∶5万甲篆、凤凰、巴马、民安区域地质调查[R].广西地质调查院，2018.