滇东南文山地区与桂西平果地区铝土矿品位差异原因分析*

陈茂昇，杨海林

(昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093)

0 引言

文山州是云南省铝土矿资源较丰富的地区之一，该地区二叠纪形成的铝土矿主要赋存于晚二叠吴家坪期形成的龙潭组、吴家坪组地层中。平果位于广西省百色市，地处桂西，百色市与文山州相接，二叠纪形成的铝土矿主要赋存于晚二叠龙潭组或合山组地层中。

虽然两地铝土矿赋存地层时期相当，但桂西平果地区的铝土矿Al2O3含量明显高于滇东南一带。由于晚二叠时期，平果地区与文山地区处于同一沉积盆地——右江盆地中[1]，该盆地位于南华洋盆南部。平果地区位于右江盆地中部偏南东方向，文山地区位于右江盆地西部。龙潭组与吴家坪组为晚二叠同期异相地层。合山组形成于晚二叠世的吴家坪期至长兴期，与龙潭组为同期异相地层，且铝土矿多存在于合山组下部[2]。故本文将处于滇东南的文山州龙潭组、吴家坪组与桂西地区的龙潭组、合山组进行对比，从岩相古地理角度分析造成两地铝土矿品位差异的原因。

1 区域地质

1.1 区域构造

1.1.1 文山州区域地质

该区域位于扬子准地台的西南缘，是该构造单元的组成部分，西南面与哀牢山断块毗邻，其构造单元属华南褶皱系的滇东南褶皱带，文山-富宁褶断束，为越北古陆边缘坳陷带，地壳运动以升降运动为主[3](见图1)。

图1 滇东南构造分区(简图，据文献[1])

由于本区地跨多个构造单元，沉积建造在时间和空间上比较复杂。中二叠世晚期，本区隆起为陆，发生沉积间断，区内大部分地段的下二叠统地层遭受强烈剥蚀，局部甚至剥蚀殆尽，导致上二叠统龙潭组与下伏石炭纪地层呈不整合接触[1]。该地层因长时间暴露而被风化，风化产物在古岩溶作用下，形成红土化风化壳，为上二叠统原生沉积铝土矿床的形成提供了物质条件。上二叠统-三叠系为一套厚度不大的碳酸盐建造和砂泥质建造。

1.1.2 桂西区域地质

平果位于右江褶皱断裂带的中部，褶皱断裂构造发育。断裂以右江大断裂为主，并发育许多次级断裂(见图2)。

图2 平果矿区地理位置及构造位置(据文献[4])

出露地层有晚古生界地层，三叠系地层与新生代地层。除第四系为陆相外，其余地层均为浅海相碳酸盐岩及碎屑岩沉积。铝土矿所赋存的上二叠统地层与其下伏中二叠统茅口组呈平行不整合接触。

1.2 区域地层

1.2.1 滇东南地层

滇东南沉积型铝土矿的含矿地层为上二叠统龙潭组，下伏地层主要为下石炭大塘组或上石炭威宁组。

二叠系：龙潭组分为上下两段。上段为灰色、灰白色薄层状硅质岩，局部见厚度不等的煤层；下段为紫红色、灰绿色、灰色致密块状铝土矿(铝土岩)，局部夹灰黑色薄至中层状灰岩，含有化石。

吴家坪组：该组为滨-浅海台地相沉积，下部为黄褐色、棕红色铝土岩和铝土质泥岩；中上部为深灰、灰黑色中-薄层灰岩、泥灰岩、生物灰岩、白云质灰岩，局部夹硅岩。下与峨眉山玄武岩平行不整合或超覆于下层灰岩层之上，与上二叠统龙潭组为同期异相，主要分布于广南、板茂、麻栗坡铁厂及富宁等地(见图3)。

图3 滇东南及桂西平果含铝岩段对比

1.2.2 桂西平果地区地层

沉积型铝土矿主要赋存于上二叠统合山组中，合山组为潮平潟湖、沼泽(或泥炭坪)与孤立台地相沉积的交替组合[2]。

二叠系：茅口组地层为厚层-块状浅灰色、灰白色生物屑灰岩、白云质灰岩，细晶-中晶，部分地段底部夹一层厚层状白云岩[4]。

合山组地层上段为浅色灰岩层及巨厚层状鲕粒灰岩，下段为铝土矿含矿地层、页岩夹煤层、生物碎屑灰岩及白云岩，与茅口组为不整合接触。

2 沉积相划分及特征

通过对剖面及地质资料的分析，根据岩性组合、沉积构造等特征得出滇东南地区上二叠统地层的沉积型铝土矿相带总体具有开阔台地相特点，属局限浅海稳定沉积环境。桂西地区由于台地区域性抬升、暴露、剥蚀风化，造成上二叠统底部广布古风化壳。吴家坪初期在温湿气候条件下海侵，沉积了潮平潟湖或泥炭坪的泥质、灰泥质、铝铁质及含煤建造。滇东南和桂西沉积相分别见表1、表2。

表1 滇东南沉积相分类

表2 桂西沉积相分类

2.1 滨浅海环境

2.1.1 半闭塞台地

半闭塞台地相沉积(局限浅海)分布于文山一带。外侧为开阔台地，内侧为滨海带，北与罗平台盆相邻。仅局部地区发育小规模沼泽。水体循环受一定限制，水动力较弱，沉积物以泥质灰岩、白云岩、页岩为主，含少量泥质粉砂岩、硅质岩，底部吴家坪组含铝土矿层[3]。

2.1.2 开阔台地

开阔台地相沉积(局限浅海)砚山-富宁地区海水与外海连通，水体能量中等，灰岩占岩石总量的80%以上，主要由灰色泥晶灰岩、微晶灰岩、生物屑灰岩、骨屑灰岩、鲕粒灰岩组成，底部吴家坪组为粉砂质泥岩，铁铝质泥岩及铝土岩。以大量正常海相化石类、有孔虫、腕足类、海绵、珊瑚、双壳类、腹足类、藻类等为特征，沼泽基本不发育，仅个别点(如砚山干河)形成小规模沼泽，所形成的煤层薄、分布范围小[3]。

潮坪相带外侧由于经常受海水浸漫，对沼泽发育不利。

2.1.3 孤立陆棚台地

桂西一带主要为有岛屿的孤立陆棚台地，岛屿主要为大新古岛，该岛主要遭受化学风化，为周围台地的沉积提供细粒陆源物质[2]。

台缘礁滩亚相多沿台地呈不连续带状分布，水动力较强。

台缘后侧潟湖亚相分布于台缘礁滩相与大新古岛之间的区域，古风化壳之上的含铝地层岩性为铝土岩、铝土质黏土岩、泥质岩。

2.2 浅海-深海环境

2.2.1 台盆

广南那梭台盆和富宁以东的台盆，水体滞流，沉积物供给不充分，厚度一般为50 m，最厚达200 m，以凝灰岩、硅质泥岩、放射虫硅质岩、粉砂岩为主，富宁以东局部夹结晶灰岩和玄武岩，为补偿不足型台盆。台盆中多以浮游生物为主，边缘局部浅水区有底栖生物，如有孔虫、棘皮类、介形虫、腕足类、藻类等。

台盆边缘礁滩相沉积广南一带有大量的藻屑、藻结核、海绵、珊瑚等聚集，由此形成了生物礁灰岩、块滩灰岩、层滩灰岩，并构成一带状礁、滩，对那梭台盆起一定的障壁作用。

2.2.2 浅水-半深水盆地

吴家坪期盆地差异不大，盆地内发育火山运动，主要有硅质岩、硅泥质岩、火山碎屑浊积岩等，广西北西向盆地以中-基性火山岩及火山碎屑岩为主。

至长兴期盆地规模增大，此时期桂西地区已发育为深水盆地，平果县所在的百色地区中基性火山岩最盛。在台地边缘发育有潜水盆地沉积组合，与半深水-深水盆地为过渡关系[2]。

3 含矿地层的地化特征与示踪

本次对丘北的架木格、飞尺角、古城等矿区，文山的天生桥-者五舍矿区、杨柳井矿区，广南砂子塘矿区及桂西平果地区的含矿岩系主、微量元素及稀土元素进行整理，共得数据40组，岩性为铝土矿、铁铝质岩、铝质黏土岩的数据37组，另取2组玄武岩数据、1组灰岩数据。

3.1 主量元素对比

主量元素在沉积岩中的应用主要为海陆沉积相的划分，古氧化还原环境的判别，古气候、古水深及物源的地球化学示踪。

对比主量元素的质量分数可知：平果那豆矿区Al2O3的质量分数明显比云南文山地区的高；铁元素质量分数与文山铝土矿相比较低，TFeO质量分数为6.36%～0.13%，平均为1.81%；TiO2质量分数也较文山铝土矿的低。

6个铝土矿矿区中铝土矿的SiO2、Na2O与K2O的质量分数显示滇东南与桂西地区的铝土矿均为岛弧沉积(见图4)。与滇东南地区铝土矿相比，平果那豆矿区铝土矿中铁的质量分数较低，TFeO质量分数平均值为1.81%。

图4 研究区铝土矿ω(Na2O+K2O)与ω(SiO2)的对应关系

根据ω(MgO)/ω(CaO)可以判断沉积物沉积时的气候环境[5-6]。在炎热干旱的气候下该值较高，在温暖湿润的气候下该值较低[7-8]。由6个矿区的ω(MgO)/ω(CaO)(见图5)可以看出，平果地区的气候相对文山较干热，铝土矿品质或与气候有关。

图5 各矿区的ω(MgO)/ω(CaO)

由ω(Mg)/ω(Ca)(见图6)可以看出：该值与ω(Mg)/ω(Ca)总体对应，显示砂子塘至那豆一带气候较文山其他矿区干热；砂子塘矿区ω(Mg)/ω(Ca)最接近那豆矿区，且铝土矿品位高于文山地区其他矿区。

图6 各矿区的ω(Mg)/ω(Ca)

3.2 微量元素

3.2.1 比值法

铀与钍两种元素在风化过程中表面氧化后易分离，其中，铀元素易被氧化淋滤掉，而钍元素则容易吸附在黏土矿物上。因此，该比值常被用来判断水介质的性质[9-11]。

砂子塘与飞尺角矿区的铝土矿ω(Th)/ω(U)有较高的值，在1.98～8.65。文山地区的4个矿区的ω(Th)/ω(U)在1.01～8.65，总体为海陆过渡环境；而那豆矿区的ω(Th)/ω(U)较低，为海相至海陆过渡环境。

3.2.2 沉积环境的氧化还原条件

对于沉积环境的氧化还原条件的判断，常用ω(U)/ω(Th)、ω(V)/ω(Ni)、ω(V)/ω(V+Ni)、ω(V)/ω(Cr)、ω(Ni)/ω(Co)、δ(Eu)与δ(Ce)等进行判断[7,12-14]，判别标准见表3。

表3 氧化还原环境判断标准

滇东南地区的ω(V)/ω(Cr)为0.25～3.25，11个样品为还原环境，12个样品为氧化环境；平果那豆矿区样品均为氧化沉积环境。由ω(Ni)/ω(Co)可知，滇东南文山地区14个样品为氧化环境，9个样品为还原环境；那豆矿区均为氧化沉积环境。由ω(U)/ω(Th)可知，文山地区与那豆矿区绝大多数为氧化环境，极少数为还原环境(见图7)。从微量元素的数据来看，滇东南文山地区的铝土矿沉积环境多为氧化环境，部分地区为贫氧环境。而平果地区则氧气充足，氧化反应进行得比文山地区好，故铝土矿品质较好。

图7 研究区铝土矿微量元素分析

3.2.3 铝土矿物源分析

矿区微量元素蛛网图如图8、图9所示。由图8可知，平果那豆矿区铝土矿主要来源为海南五指山花岗岩，部分来自下伏碎屑岩。由图9可知：砂子塘矿区铝土矿物源主要以下伏灰岩为主，峨眉山玄武岩为次要物质来源；文山其他矿区主要物源为玄武岩，灰岩为次要物质来源。

图8 平果那豆铝土矿与海南五指山花岗岩微量元素蛛网图

图9 文山各矿区微量元素蛛网图

3.3 稀土元素

砂子塘地区铝土矿稀土质量分数总体较高，为721.52×10-6～1 491.27×10-6，平均为1 036.95×10-6；轻稀土质量分数为484.93×10-6～946.47×10-6，平均为709.82×10-6；重稀土质量分数为82.56×10-6～148.30×10-6，平均为112.05×10-6，重稀土质量分数中等。古城矿区的铝土矿稀土质量分数与砂子塘地区相似，轻稀土质量分数较高，平均为543.67×10-6；重稀土质量分数一般，平均为80.88×10-6。文山其他矿区的铝土矿轻稀土较砂子塘矿区、古城矿区低，铝土矿品质也较差。架木格地区的铝土矿显示出Eu的正异常，表明该地区在晚二叠世为还原环境。重轻稀土分馏程度不等，轻稀土元素与重稀土元素的质量分数之比为1.43～14.61，平均为6.70。

平果地区铝土矿中稀土质量分数较低，为63.60×10-6～704.90×10-6，平均为281.77×10-6。轻稀土质量分数为54.60×10-6～630.20×10-6，平均为239×10-6；重稀土元素质量分数较低，为9.04×10-6～74.67×10-6，平均为42.73×10-6。重轻稀土分馏程度不等，轻稀土元素与重稀土元素的质量分数之比为2.98～8.44，平均为5.50。Eu的负异常表示该地区为富氧沉积环境。

3.4 讨论

从主量元素含量来看，平果地区在晚二叠世的沉积环境中，温度较文山地区高，风化作用好。微量元素含量显示，文山地区在铝土矿沉积环境中有氧化环境也有还原环境，而平果地区的铝土矿沉积环境均为氧化环境，这有利于铝土矿的形成。在稀土元素的分配中，平果地区的铝土矿稀土元素分配与海南五指山花岗岩相似，海南五指山花岗岩形成于早二叠世，地理位置与桂西地区相邻，在时间与空间上均存在可能性。

4 结论

a.云南文山地区与桂西平果地区的铝土矿分布规律为由文山向平果地区方向品位逐渐升高。在参与对比的矿区中，平果矿区的铝土矿品位最高。在文山地区中，与桂西平果地区相距最近的砂子塘矿区铝土矿品位最高。

b.云南文山地区的铝土矿与平果地区铝土矿品位存在较大差异的原因可能是：①平果地区沉积环境全部为氧化环境，而文山地区既有氧化环境又有还原环境，完全处于氧化环境下的平果地区更容易形成高品位铝土矿；②平果地区在晚二叠世的环境下，温度相对文山地区高，有利于风化作用和氧化作用的进行；③文山地区的物源主要为峨眉山玄武岩与下伏灰岩，而平果地区的物源为海南五指山花岗岩，物源不同导致了铝土矿的品位差异。