广西平果沉积型铝土矿床物质来源分析

陈硕为，陈远荣，刘能源，赵晓东，王 明，钟玉龙

(桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541006)

0 引言

铝土矿的成矿物质来源一直是广大地质学者们难以攻克的问题，由于其特殊的成矿过程中所经历过热带及亚热带的强烈风化作用，导致其母质中保留下来可供辨识的信息极少，因此要精确判别其母质来源就有很大难度。

关于平果沉积型铝土矿的物质来源问题，前人做了大量研究，但到目前为止并没有一个统一且令人信服的结果。依据前人的研究成果来看，对平果沉积型铝土矿的物质来源认识的主要有三种观点：一是来源于合山组灰岩[1]；二是来源于茅口组灰岩[2-8]。然而，无论是合山组还是其下伏的茅口组灰岩的主要成分为CaCO3、MgCO3，铝含量很低，往往不足1%，其风化残留物难以提供足够的铝形成铝土矿；另外，形成数米厚的铝土矿需要风化巨厚的茅口组灰岩，需要的风化时间长达几千万年，而桂西地区东吴运动的活动时间很短，短暂的沉积间断难以使茅口组灰岩提供大量的风化壳红土。另外，铝土矿中存在大量的自形锆石，与茅口组灰岩中磨圆的锆石完全不同。所以，这两个观点有争议。三是来源于峨眉山玄武岩[9-10]，然而，桂西地区属于属于峨眉山旋回影响的边缘地带，即属于峨眉山旋回的外围区，岩浆岩极不发育，平果铝周围几乎没有任何玄武岩出露的信息，矿石中也未见任何玄武岩或其他岩浆岩的残留物，所以这个说法也有争议。

因此，对于其复杂的物源问题，本文试图通过分析平果铝土矿周围地区老基地寒武系的铝含量，并就平果三个矿床矿石的稀土元素配分模式与桂西南老基底寒武系的稀土元素配分模式对比，以期阐明它们之间的关联性，进而查明平果沉积型铝土矿的成矿物质来源。

1 区域地质背景及样品

平果铝矿床在大地构造位置上处于华夏板块与扬子板块碰撞拼接的过渡带，同时，又处在广西山字型构造体系的前弧西翼外缘和右江复向斜东南部(图1)。区域构造轮廓复杂，形成于燕山期，该构造轮廓奠定了现代桂西铝土矿成矿带的构造格局[11]。

图1 桂西地区综合地质图(据王文鹏，2016[12]，修改)

1.1 矿床地层特征

平果铝土矿床出露地层较为齐全，从古生代到新生代均有出露，其中主要以石炭系、二叠系和三叠系为主。此外，泥盆系、古近系、新近系和第四系出露相对较少，泥盆系主要以东岗岭组、融县组灰岩及白云岩为主，厚91～111 m；石炭系主要为灰岩与白云岩，厚800～1600 m；二叠系为主要铝土矿层，主要为栖霞组白云岩，茅口组含白云质灰岩，合山组灰岩，厚度范围分别为200～250 m、200～350 m、100～160 m。

1.2 矿床构造特征

平果铝土矿床所处的的大地构造位置即决定了该区经历的构造运动比较复杂，形成了一系列的褶皱与断裂，这些构造对矿床的原生沉积铝土矿的形成与分布有着重要影响。

1.2.1 褶皱

矿床处于右江复式向斜的中部，受到NE—SW向的应力作用，形成了一系列NE向排列且轴向为NW向的褶皱形态格架，主要形成的褶皱有那豆背斜、太平向斜、太平—教美背斜、果化复式向斜及布绒小向斜。属于对称褶皱类型，呈现出背斜宽缓、向斜紧闭的特征，各褶皱的剥蚀程度差别很大，从那豆背斜至太平—教美背斜其剥蚀程度逐渐增加。

1.2.2 断裂

矿床的断裂较为发育，按走向总体上分为两组，主要以平行于褶皱轴向的NW向扭性断裂为主，次为形成较晚的一系列切割NW向断裂的NE向小断裂。断裂多分布于褶皱轴及两翼，其中以右江大断裂规模最大，为区域性大断裂，是整个桂西的主要的控矿构造。

1.3 岩浆岩

矿床内岩浆岩出露很少，只在太平向斜的翼部、那豆背斜的北西方向、平果县城西南方向出现少许三叠纪晚期海底喷发的凝灰岩。该地区的岩浆活动很弱，表明该矿床受岩浆影响及其微弱。

2 各矿床及邻区寒武系主量元素特征

平果沉积型铝土矿分布范围比较广泛，且具有明显的规律性，主要产于那豆、太平、教美各地的二叠系中。在平果铝矿床西南部约200 km的靖西县吞盘乡境内，出露有寒武系。

2.1 平果矿床矿石的主量元素特征

在那豆、太平、教美三个矿床共采集了35件块状矿石样品，其中那豆矿床17件，天平矿床10件，教美矿床8件，主量元素含量特征见表1。

由表1可知：

表1 平果三个矿床矿石主量元素平均含量

光谱仪(ZSX Primus Ⅱ)；括号内为统计样品件数。

1)平果矿石中主量元素主要由Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2及烧失量组成，这5种成分含量之和≥97%；CaO、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5这些主量元素含量占比极少，含量之和总体上小于1%。

2)那豆矿床矿石中的w(Al2O3)在66.11%～80.63%之间，平均值为75.48%；w(Fe2O3)在0.37%～14.74%之间，平均值为3.40%；w(SiO2)在3.30%～5.90%之间，平均值为3.88%；w(TiO2)在2.96%～6.52%之间，平均值为4.70%；烧失量(LOI)在0.10%～16.63%之间，平均值为10.99%；Al/Si比值变化范围在12.79～24.44之间，平均值为19.97。

3)太平矿床矿石中的w(Al2O3)在62.37%～78.62%之间，平均值为71.57%；w(Fe2O3)在0.32%～15.91%之间，平均值为5.31%；w(SiO2)在3.31%～5.01%之间，平均值为3.89%；w(TiO2)在3.53%～7.54%之间，平均值为5.19%；烧失量(LOI)在0.09%～15.25%之间，平均值为11.53%；Al/Si比值变化范围在15.69～20.42之间，平均值为18.58。

4)教美矿床的w(Al2O3)在62.20%～75.56%之间，平均值为71.45%；w(Fe2O3)在0.92%～12.74%之间，平均值为5.18%；w(SiO2)在3.38%～5.17%之间，平均值为3.72%；w(TiO2)在2.86%～8.18%之间，平均值为5.47%；烧失量(LOI)在11.08%～14.84%之间，平均值为13.56%；Al/Si比值变化范围在14.42～22.17之间，平均值为19.49。

2.2 桂西南老基底寒武系主量元素特征

对桂西南地区通过灵马断层体系与平果矿床关联起来的寒武系及其周围出露的脉状辉绿岩采集了39件岩石样品，其中寒武系样品30件，辉绿岩样品9件，其主量元素分析结果见表2。

仪(ZSX Primus Ⅱ)；括号内为统计样品件数。

由表2可知：

1)矿石中主量元素主要由Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2及烧失量组成，这5种成分含量之和≥90%，CaO、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5这些组分含量占比少，含量之和总体上小于10%。

2)寒武系的w(Al2O3)在18.52%～25.28%之间，平均值为21.05%；w(Fe2O3)在2.68%～9.39%之间，平均值为7.78%；w(SiO2)在50.26%～60.15%之间，平均值为56.27%；w(TiO2)在0.71%～0.99%之间，平均值为0.81%；烧失量(LOI)在4.90%～7.75%之间，平均值为6.25%；铝硅比值变化范围在0.31～0.45之间，平均值为0.38。

3)辉绿岩的样品中，w(Al2O3)在11.61%～17.91%之间，平均值为15.23%；w(Fe2O3)在6.43%～14.48%之间，平均值为10.45%；w(SiO2)在43.66%～50.86%之间，平均值为47.72%；w(TiO2)在0.93%～2.94%之间，平均值为1.63%；烧失量(LOI)在3.12%～14.24%之间，平均值为6.17%；Al/Si比值变化范围在0.26～0.35之间，平均值为0.32。

2.3 讨论

虽然桂西南地区靠近平果铝矿床的寒武系中的w(Al2O3)、w(Fe2O3)平均值分别为21%和7.8%，远低于平果铝矿床各矿床矿石的铝、铁含量，却仍然高于辉绿岩脉 [平均w(Al2O3)=15%]、桂中寒武系[13][平均w(Al2O3)=13.10%] 和桂北寒武系[14][平均w(Al2O3)=13.56%] 中的Al2O3含量，几乎达到了铝土岩级别。而另一方面，桂西南地区靖西县吞盘乡一带寒武系出露的范围较广，辉绿岩分布有限。因此，桂西南寒武系通过近2.7亿年风化作用后，随着K、Na、Si、Mg等元素的流失，风化的残留物将逐步变成规模较大且含铝铁较高的古风化壳，通过海进作用，以NE向的领吗断层带为通道，可将古风化壳的大量含铝铁物质搬运至平果铝一带的盆地区域沉淀下来。换言之，广西西南部靠近平果铝矿床的寒武系可为区内沉积型铝土矿提供成矿物质来源。

3 稀土元素特征分析

桂西南老基底寒武系存在着以泥岩、页岩为主要岩性的地层，为了进一步验证平果沉积型铝土矿的成矿物质是否真正来源于桂西南老基底寒武系，对它们的稀土元素变化特征及稀土配分模式进行了分析。

3.1 平果矿床矿石的稀土元素特征

分别对平果的那豆、太平、教美三个矿床进行了较为系统的采样，共采集矿石样品15件。其中，那都矿床5件，太平矿床5件，教美矿床5件。三个矿床的稀土元素分析结果见表3，配分曲线图见图2。

表3 各矿床稀土元素平均含量

图2 平果矿床稀土配分曲线图

1)从稀土元素总量、其变化范围及平均值看，太平矿床矿石稀土元素总量变化范围较大，ΣREE=(188.5～382.7)×10-6，平均值为254.1×10-6，处于三个矿床中稀土总量和平均值最低；那豆矿床的稀土元素总量变化范围较大，ΣREE变化于(332.1～530.6)×10-6，平均值为403.7×10-6，处于三个矿床稀土总量和平均值之间；教美矿床矿石稀土元素总量变化范围很大，ΣREE=(320.6～620.7)×10-6，平均值为430.5×10-6，在三个矿床中总量和平均值最高。

2)从轻重稀土比值来看，那豆矿床的LREE/HREE比值为3.8～13.8，平均值在三个矿床中最高(8.2)；太平矿床的LREE/HREE比值为2.7～15.0，平均值在三个矿床中最低(6.7)；教美矿床的LREE/HREE比值为2.5～12.6，平均值为7.1。

3)从δCe指数来看，那豆矿床的δCe=0.4～1.1，平均值为0.8，整体呈现负铈异常；太平矿床的δCe=0.6～1.9，平均值为1.2，矿石显示既有负铈异常也有正铈异常；教美矿床的δCe=0.9～3.4，平均值为1.2，矿石显示既有负铈异常也有正铈异常。

4)从其他相关指数来看，三个矿床的铝土矿石均显示明显的负铕异常，三个矿床的δEu值范围分别为那豆矿床0.20～0.55、太平矿床0.42～0.55、教美矿床0.35～0.52，平均值分别为那豆矿床0.4、太平矿床0.5、教美矿床0.5。三个矿床铝土矿矿石的(La/Yb)N值范围分别为那豆矿床6.10～16.43、太平矿床3.21～21.32、教美矿床1.46～10.15，平均值分别为那豆矿床10.3、太平矿床7.9、教美矿床6.2，反应出那豆、太平、教美矿床铝土矿矿石稀土配分曲线均为右倾型；铝土矿矿石的(La/Sm)N值范围分别为那豆矿床8.29～29.66、太平矿床9.4～29.58、教美矿床8.06～50.94，平均值分别为那豆矿床20.6、太平矿床15.2、教美矿床21.3，反映出三个矿床轻稀土元素内部均存在明显的分馏作用，其中教美矿床最为明显，那豆矿床其次，太平矿床的相对最弱；三个矿床铝土矿石的(Gd/Lu)N值范围分别为那豆矿床3.17～8.86、太平矿床2.99～8.96、教美矿床2.33～7.38，平均值分别为那豆矿床6.0、太平矿床5.8、教美矿床3.7，说明三个矿床重稀土元素内部均存在较弱的分馏作用，其中教美矿床的最弱，那豆矿床、太平矿床的相对较强。

5)从稀土配分曲线趋势来看，那豆、太平、教美三个矿床虽然有所差异，但其趋势还是相似的。

综上，尽管在稀土总量、轻重稀土比值、Ce、Eu指数、(La/Yb)N比值、(La/Sm)N比值、(Gd/Lu)N比值上，那豆矿床、太平矿床、教美矿床均有所差异，但是在稀土配分曲线变化趋势上，体现出较大的相似性，而且三者均属于负Eu异常。

3.2 桂西南老基底的稀土元素分析

在桂西南地区进行较为系统的采样，共采集了岩石化学分析样12件。稀土元素分析结果见表4，配分曲线图见图3。

表4 桂西南老基底地层(寒武系)稀土元素分析结果

图3 桂西南稀土配分曲线图

1)从稀土总量和变化范围来看，桂西南寒武系老基底地层稀土元素总量和变化范围都较大，ΣREE值处于(142.8～204.8)×10-6之间，平均值为195.9×10-6。

2)从轻重稀土比值来看，LREE/HREE比值的变化范围为(8.10～11.63)×10-6，平均值为9.4×10-6。

3)从δCe指数来看，桂西南寒武系老基底地层的δCe值范围在0.7～1.0之间，平均值为0.9，整体显示为负异常，只有一个样品显示正异常。

4)从其他相关指数来看，桂西南寒武系老基底地层呈现明显的负铕异常；δEu的数值显示，δEu范围在0.5～0.7之间，平均值为0.6；桂西南老基底的(La/Yb)N值范围为7.7～14.6，反应样品的分配曲线为右倾型；(La/Sm)N=4.1～9.0，平均值为6.7，反映轻稀土元素内部存在明显的分馏作用；而(Gd/Lu)N=8.5～20.6，平均值为13.6，表明重稀土内部存在更加强烈的分馏作用。

3.3 对比分析讨论

综上，通过对平果矿床和老基底的稀土元素对比可知，桂西南老基底寒武系与平果地区的沉积型铝土矿的稀土标准化分布模式图均显示为右倾型，而且都具有相似的负铕异常，轻重稀土比值也很相似。不同的是，平果地区的沉积型铝土矿表现为正、负铈异常均有体现，而桂西南寒武系老基底表现为较弱的负铈异常，但是总体影响不大。因此，通过以上的各项研究可进一步证明，桂西地区的老基底地层可能为平果沉积型铝土矿提供了最初始的铝物质。

4 结论

根据对比平果三个矿床及桂西南老基底地层的稀土元素配分模式，可得出如下结论：

1)在主量成分上，桂西南地区靠近平果铝土矿床的老基底寒武系的w(Al2O3)平均值为21.05%，高于其周围出露的辉绿岩 [平均w(Al2O3)=15.23%]、桂中寒武系 [平均w(Al2O3)=13.10%] 和桂北寒武系 [平均w(Al2O3)=13.56%] 的Al2O3含量，显示出桂西南老基底寒武系具备为平果铝土矿提供成矿物质的条件。

2)平果三个矿床与桂西南寒武系老基底地层的稀土配分模式相似，且均有显著的Eu负异常。

3)平果三个矿床与桂西南老基底地层的LREE/HREE比值相比变化较大，说明沉积铝土矿的LREE较之HREE显著富集。

4)平果矿床沉积型铝土矿的物质来源为桂西南老基底寒武系。