桂西地区二叠纪至白垩纪构造演化对沉积型铝土矿成矿的制约

许箭琪，陈有斌，庞保成*，李学森，陈 涛，刘 旺，尹本纯，黎家龙，周业泉，卢光辉，徐海棚，廉吕型，王 泽

1. 桂林理工大学 地球科学学院，桂林 541006；2. 广西地矿建设集团有限公司，南宁 530000；3. 广西壮族自治区二七四地质队，北海 536005

1 引言

华南板块由扬子陆块和华夏陆块在晚元古代碰撞拼接而成（Charvet et al.，1996；Li et al.，2002；Zhao and Gawood，2012；Zhao and Guo，2012；Wang et al.，2013），是中国最早开展基础地质和矿产资源调查的地区，也是中国多个矿种的重要矿集区（宋慈安等，2009；舒良树，2012；刘训等，2015）。加里东运动之后，华南进入了相对稳定的浅海台地环境，以碳酸盐岩建造为主，夹有部分碎屑岩沉积（何卫红等，2014；张如放等，2017）。在印支期和燕山期，华南板块受到了强烈改造，尤其是燕山期剧烈的大地构造变动掩盖了大部分前期构造变形的踪迹（徐先兵等，2009；杨婉芩，2019），前人对这一阶段的构造运动过程做了大量研究，普遍认为印支期沉积环境由浅海相逐渐过渡到陆相，且发生了大规模陆内构造变形（任纪舜，1984，1990；Tong et al.，2002；Shu et al.，2008），燕山期则经历了挤压至伸展构造的转换（王芳，2016）。

桂西地区位于华南板块的西南翼，属于右江盆地的一部分（图1），是中国重要的铝土矿产地之一。中晚二叠世是本地区沉积型铝土矿的成矿期，在东吴运动的影响下，本地区经历了地壳抬升和反复的海进海退，又受到峨眉山地幔柱活动的影响，沉积环境变化快，构造背景复杂（张起钻，2011；乔龙，2016；王文鹏，2016），部分地区沉积型铝土矿呈现出含矿岩系多层旋回的现象（王庆飞等，2012）。在活动频繁且剧烈的大地构造背景下，沉积型铝土矿成矿过程必定受到构造作用的影响，但是每一阶段的构造活动对成矿和后期改造的影响程度并不相同，这一过程中的构造演化信息可被铝土矿矿床和周边地区同期异相沉积地层记录并保存。

图1 广西大地构造单元划分简图（据广西区域地质志，1985；潘桂棠等，2009等修改）Fig. 1 The diagram of geotectonic division of Guangxi

为了更深入地认识铝土矿成矿和区域大地构造活动的关系，本文试图结合沉积型铝土矿矿区及周围地层记录的地质信息，探讨本地区晚二叠世至早中生代构造演化对沉积型铝土矿成矿过程的影响与控制。

2 区域地质与构造演化

2.1 区域地质背景

研究区内广泛发育泥盆系至三叠系、古近系、第四系地层（图2），寒武系主要出露于研究区南部大明山古陆，靖西市西南至东南一带也可见少量寒武系地层，白垩系地层出露于研究区东部，其中白垩系、古近系、第四系为陆相沉积，其余地层主要为海相碳酸盐岩或陆源碎屑岩沉积。

图2 桂西区域地质简图Fig. 2 The schematic geological map of western Guangxi

研究区内构造极其发育，构造变形复杂，褶皱主要为NW向、近EW向背斜或向斜，大多发育平缓，在平果地区，地层倾角一般在10°~20°，褶皱两翼局部可达40°，靖西地区的褶皱较平果地区稍陡，大多在30°左右，仅局部地区可见70°左右的地层。断裂主要为北西—南东向和北东—南西向，也有少量近东西向断裂发育，断层纵横交错，使得本区地层被切割破碎，铝土矿矿体的规模、形态也因此受到影响。

研究区内岩浆岩不发育，仅在南部发育少量酸性岩浆岩，北部可见少量基性、超基性岩。

2.2 构造演化基本特征

桂西地区在泥盆纪至中三叠世的时间内经历了裂谷盆地、被动大陆边缘和前陆盆地三个构造演化阶段（杜远生等，2009，2013），是加里东运动之后在早古生代褶皱基底上形成的再生裂陷盆地。在泥盆纪至中晚三叠世期间，桂西地区主要受到东吴运动、印支运动和燕山运动的影响，经历了多次地壳隆升、下降和海水的反复进退，结构和轮廓也在这一过程中发生改变。

2.2.1 泥盆纪—石炭纪

早泥盆世开始，桂西地区随着古特提斯洋的打开而进入了大陆边缘裂谷阶段（刘寅，2015），形成了相对开阔的裂谷盆地环境，沉积岩性在早泥盆世末期发生转换，由深水相沉积组合取代滨海相碎屑沉积组合（杨成富等，2020）。在伸展的构造背景下，大陆地壳减薄，裂陷作用加剧，桂西地区受此影响形成南部为初始洋盆、北部为台盆相间的构造格局，表现出典型的孤立碳酸盐岩台地和深水盆地交错的古地理特征，进入被动大陆边缘的演化阶段（黄虎，2013），构造背景相对稳定，这一局面保持到晚石炭世末期。

2.2.2 二叠纪—早三叠世

早二叠世古特提斯洋向滇黔桂板缘之下俯冲，形成了哀牢山—靖西—龙舟岛弧带，桂西地区在这一过程中由被动大陆边缘向活动大陆边缘盆地转化，进入弧后裂谷盆地活动阶段（陈洪德等，1990）。在中二叠世晚期，由于华南板块的裂谷作用造成火山活动，部分玄武岩溢流侵入使得盆地格局因此缩小，台盆相间的格局再次出现（曾允孚等，1992，1995），伴随着全球性海退事件的发生（余文超，2017），本区地壳抬升，标志着东吴运动的开始，碳酸盐岩台地因此被抬升至地表遭受风化剥蚀，造成了晚二叠世初期较为短暂的浅水台地相沉积间断。晚二叠世中期海水入侵，直至晚二叠世末期鲕粒灰岩的出现，标志着海平面趋于稳定、东吴运动结束。早三叠世本区海平面较低，台地沉积一套泥质条带灰岩，台盆序列也接受泥质沉积。

2.2.3 中三叠世—白垩世

桂西地区在印支运动的影响下进入陆内变形作用阶段（Chen et al.，1991，1998；Yu et al.，2004；Li et al.，2007；Shu et al.，2008），早期稳定的环境被打破。受挤压力的影响，本区开始形成一系列较为平缓的褶皱，同时地壳开始上升，海水退出，结束了本地区海相沉积的历史，至中三叠世结束时，地层已暴露在陆地环境中，开始转入陆相活动阶段（Tong et al.，2002），造成上三叠统地层的缺失。印支运动晚期，挤压力发生改变，方向从近NS向逐渐转换为NE向（张岳桥等，2009；徐先兵等，2009；张岳桥等，2012），大小断裂发育，错综复杂，以NW向和NE向断裂为主，地层被切割、破碎，一些古老的基底在风化作用下出露于地表。印支期之后的燕山早期，桂西地区由挤压向伸展体制转换，区域性大断裂开始发育，构造格局进一步改变（黄虎，2013），至晚白垩世时，桂西地区已完全处于伸展的环境之下（陈懋弘等，2012）。

3 赋矿层位地质特征

桂西地区内有两个主要的铝土矿集中分布区，分别为平果市那豆—太平—旧城矿区和靖西—田阳—德保成矿区，在那坡县以东和田东县以南的部分地区也可见少量矿体出露，铝土矿赋存于上二叠统合山组底部。二叠系至三叠系是桂西地区最主要的地层单元，这两个层位普遍存在同期异相沉积现象，铝土矿成矿区以浅水台地相沉积的碳酸盐岩为主，在碳酸盐岩台地的边缘可见生物礁灰岩，台地之外的斜坡—盆地相环境中主要为火山碎屑岩沉积，夹有硅质成分（图3）。下面重点阐述上二叠统合山组含矿岩系矿化特征及与合山组同期异相的领薅组地层岩性意义。

图3 桂西地区二叠系至三叠系同期异相地层层序柱状图（据1:50000区域地质调查资料修改）①中国地质调查局武汉地质调查中心. 2019. 1：50000区域地质调查报告（果化镇幅龙马幅进结幅平果县幅）.Fig. 3 The histogram of heterogeneous deposition from Permian to Triassic in western Guangxi

3.1 上二叠统合山组沉积型铝土矿特征

桂西地区沉积型铝土矿产出于上二叠统合山组（P3h）底部、中二叠统茅口组（P2m）灰岩的古风化壳上，通常为单一矿层，主要以层状、似层状、透镜状产出，矿石呈青灰色，普遍具有豆（鲕）状构造。矿体底部与古风化壳之间可见一层底砾岩（图4），系茅口组灰岩受到风化剥蚀脱落后，就地堆积于风化的岩溶洼地中形成。在部分地区底砾岩层不可见，造成缺失现象的原因可能是该地区被抬升出地表后，持续受到风化作用的时间长，溶蚀物风化彻底，易溶的钙镁质物质流失殆尽，难溶的硅铝质物质作为沉积型铝土矿的物源之一参与到成矿作用过程当中。

图4 桂西沉积型铝土矿含矿岩系野外照片Fig. 4 The photos of bauxite ore-bearing series

整个含矿层序呈现“铁—铝—泥”结构，在地表（已氧化状态）自下而上表现为铁铝岩（或褐铁矿、硫铁矿）、铝土矿、铝土岩（铝质泥岩）、碳质泥岩（或煤层）的组合，钻孔中（原生状态）铝土矿中含有较多黄铁矿，其含量自下而上呈现递减的趋势，但绝大部分没有出现黄铁矿含量“陡减”的界线，因此很难如同在地表上区分铁铝岩层与铝土矿层一般对原生状态下的沉积型铝土矿进行明显的层位划分。在一些钻孔岩心中可以看出，由于黄铁矿含量很高，铝土矿原本的青灰色变成了灰黄色，因此，可以依据黄铁矿含量和颜色对原生状态下的铝土矿与铁铝岩层位进行大致的区分，这种情况下，含矿岩系自下而上通常表现为含大量黄铁矿铝土矿（黄铁矿含量≥40%）、铝土矿、碳质泥岩的组合（图5）。

1.2.3 用药护理:用药护理较为重要,相对于呼吸内科的重症患者来说,必须对患者的病情进行准确高效的记录,本病在不断的药物使用过程中充分了解患者呈现出来的各类不良反应,并研究患者的过敏史等,在临床使用药物的过程中需要根据患者实际情况进行随时调节,严格严禁患者进行擅自该压迫的活动,并要求患者不可擅自增加或者减少药物的剂量,真正按照规定好的时间和剂量进行用药。

图5 桂西沉积型铝土矿地表与钻孔含矿岩系柱状示意图Fig. 5 The column diagram of sedimentary bauxite ore series

从横向上看，含矿岩系各层位的厚度变化规律有所不同：（1）含矿岩系底部的铁铝岩厚度相对稳定，大约0.5~2 m，平均厚度约1 m，原生矿层出露于地表后，含黄铁矿的铝土矿逐渐氧化，形成铁铝岩，部分地区黄铁矿含量非常高的还会形成褐铁矿，因此铁铝岩层的厚度受黄铁矿含量的控制。（2）铝土矿厚度变化较大，平均约2 m，最薄可见矿层厚度仅10 cm，最厚可达10 m，少部分地区还有矿层尖灭的现象。野外调查过程中发现，茅口组灰岩古风化壳呈波浪状，矿体厚度受其控制，矿体厚度在古风化壳凹槽和凸峰中有明显差异。（3）在地表多处可见铝土矿矿体之上出现紫红色铁铝质泥岩和土黄色铝土岩的互层，厚度稳定，每层厚约5~10 cm，部分地区会出现3~4层韵律。（4）含矿岩系顶部的碳质泥岩在地表处的厚度约10~50 cm，局部地区可厚达2 m，在钻孔中相对比较稳定，厚度在0.5~2 m不等。

从纵向上看，含矿岩系中铝土矿的厚度与铁铝岩厚度总体呈反比，在铁铝岩厚度越薄的地区，铝土矿层通常越厚，矿石质量也越高，反之亦然。与钻孔中两层位的厚薄关系对比，可以看出铝土矿的厚薄程度是受黄铁矿充填程度影响，黄铁矿充填越多，则铁铝岩层位越厚。含矿岩系顶部的碳质泥岩则与古环境联系密切，与铝土矿层和铁铝岩层的厚度没有明显的直接联系。

沉积型铝土矿矿体形貌除受古地形地貌影响外，后期构造活动影响也很明显。在铝土矿及顶底板灰岩地层中，只有底板茅口组灰岩出现了古风化壳，这是在东吴运动的作用下形成的沉积间断，从晚三叠世到中三叠世，桂西地区的地层一直处于连续沉积、整合接触的状态，说明东吴运动的作用在本区仅表现为地壳抬升和下降以及海水的反复进退，没有形成明显的褶皱和断层。中三叠统之上以角度不整合的形式沉积有白垩系或古近系地层，说明本地区在印支期发生了陆内变形，从褶皱的角度来看，总体上变形稍弱，局部地区受挤压程度较高。张岳桥等（2009）通过区域构造编图工作，认为桂西地区经历了两期挤压事件，印支早期受到近NS向的挤压，在燕山早期受力发生了向近NNE向的转换，在靖西地区的褶皱可见近EW向的褶皱，也发育有少量NW向褶皱，在平果地区的褶皱轴线主要为NW向，中三叠统地层在这一地区也发生一定程度的卷入，根据这一特点，判断本区褶皱的形成开始于印支早期，并在燕山早期受到NE向挤压力的叠加，使得本区褶皱轴线以NW向和近EW向为主。

在局部地区的地表和钻孔中可见到含矿岩系在纵向上多次出现，表现为“旋回”或“矿体多层位产出”的现象，出现这一现象的地区通常伴随着强烈的构造活动。对平果市三个矿区（教美矿区、太平矿区、那豆矿区）近40个钻孔岩心的编录后发现，钻孔中矿体通常破碎严重，常夹有灰岩角砾，被泥质或矿质胶结，磨圆较差，大小不一（图6 a, b, c），对灰岩角砾的颜色、成分等特征进行鉴别发现，既有合山组的生物碎屑灰岩破碎形成的角砾，也有茅口组微晶灰岩形成的角砾，但在同一个钻孔中只会出现一种岩性，未发现矿体中夹有的灰岩角砾出现两种岩性的情况，这一现象说明铝土矿及上下地层受到了拉张的力，推断其是在燕山运动后期由挤压向伸展转换过程中形成的。部分钻孔中矿体及顶底板灰岩完整、无破碎，但仍出现了铝土矿含矿岩系部分“旋回”，表现为在矿体中夹有一段完整的灰岩层，根据岩性判断其为底板茅口组的微晶灰岩。含铝物质在沉积—成岩—成矿阶段形成似层状单层矿体，未受改造的状态下矿体形态由岩溶古风化壳控制（图7c）；成矿后，在挤压变形作用下，褶皱两翼的矿体发生不同程度的倾覆，使得钻孔岩心出现矿体夹有茅口组灰岩的现象（图7 d）；断层作用于矿体使其发生位移，使得矿体中出现合山组灰岩（图7 e）。以上证据表明，“矿体多层产出”的假象受到成矿后的构造褶皱变形、挤压作用和容矿场所的地形地貌双重因素控制。

图6 桂西平果矿区沉积型铝土矿中灰岩角砾（a, b, c）和灰岩中铝土矿“贯入体”照片（d）Fig. 6 The photos of limestone breccia in bauxite (a, b, c) and bauxite intrusion in limestone (d)

图7 桂西地区沉积型铝土矿“矿体多层位产出”现象示意图Fig. 7 The schematic diagram of the phenomenon of “multi-layers of sedimentary bauxite”

在太平地区的钻孔岩心中可以看见，矿体有明显的以 “贯入”的方式进入茅口组灰岩中的现象（图6 d），该地区矿体与灰岩之间没有底砾岩的存在，推断本地区接受风化作用的时间长，风化程度高，在该地区茅口组与合山组灰岩中可见具有明显定向排列的构造角砾，角砾大小不一，多呈扁椭球状，是逆断层存在的主要证据，灰岩常见有不同程度的破碎，发育有方解石细脉，且在茅口组灰岩中出现了若干段铝土矿矿体，显然本区承受了挤压作用的改造。通过以上的证据推断，在印支期挤压作用下发生了矿体被挤压贯入下伏的茅口组灰岩中的事件。

3.2 上二叠统领薅组沉凝灰岩特征

上二叠统领薅组（P3lh）是与合山组同期异相的地层，主要出露于天等县、百色龙川和阳圩、平果东部福旦村一带，与下伏的中二叠统四大寨组（P2s）呈整合接触，以中酸性火山碎屑沉积岩为主，自下而上为沉凝灰岩、泥岩、沉凝灰岩夹硅质岩的岩性组合（图8），整体地层厚度40~200 m不等，平均厚度约120 m，与合山组厚度基本一致。其中底部沉凝灰岩平均厚度约30 m，较铝土矿矿体厚度稍大，沉凝灰岩夹硅质岩层在垂向上的产出位置与铝土矿含矿岩系顶板出现的沉凝灰岩与硅质岩互层一致。

图8 平果市福旦村上二叠统领薅组（P3lh）剖面图Fig. 8 The section of Linghao formation of upper Permian in Fudan Village, Pingguo City

与中二叠统茅口组不同的是，领薅组下伏的中二叠统四大寨组的灰岩未受到风化剥蚀作用，说明东吴运动对本地区的抬升有限，仅碳酸盐岩台地出露于地表，斜坡—盆地并未受到显著影响。大规模沉凝灰岩在领薅组底部的沉积指示了在中二叠世末期至晚二叠世的这一段时间内，桂西及其周边地区有大量的火山喷发活动，且规模巨大，几乎覆盖了整个桂西地区，与峨眉山火成岩和特提斯北缘的岩浆弧活动可能有紧密联系（Deng et al.，2010；侯莹玲等，2014；Liu et al.，2017）。从领薅组沉凝灰岩与合山组地层岩性的时空关系来看，这些火山物质很可能为沉积型铝土矿的成矿提供了大量的成矿物质来源，甚至合山组铝土矿可能就是由沉凝灰岩变化而来。

4 沉积型铝土矿对构造活动的响应

4.1 成矿环境与同期异相沉积

加里东运动结束后，桂西地区进入了地台沉积环境，在浅水台地相、台地边缘相和斜坡—盆地相三种不同环境中沉积了大量的碳酸盐岩，台盆相间的地形地貌在相对稳定的构造背景下得以保存，并保证了在之后的地壳运动过程中台地部分可以充分暴露于地表接受风化剥蚀，为沉积型铝土矿成矿物质的准备与聚集提供了广阔的场所。从中二叠世开始，桂西地区经历了地壳抬升下降和海水反复进退的过程。从沉积型铝土矿下伏地层及周边同期异相沉积地层的沉积连续性可以看出，孤立的碳酸盐岩台地被暴露于地表，持续遭受风化剥蚀，形成了一系列岩溶洼地，风化溶蚀物和外源物质可以在洼地中堆积聚集，而台地边缘和斜坡、盆地仍处于海平面以下继续接受沉积。

4.2 成矿物质来源与火山活动

晚二叠世的火山活动持续的时间长，范围广，几乎覆盖了整个桂西地区，本地区沉凝灰岩的覆盖面及层厚显示，直到晚二叠世中晚期，海平面已趋于稳定，大量的火山灰还在源源不断地被输送到本地，在上二叠统合山组地层中，沉凝灰岩夹于合山组灰岩的下段，说明直到晚二叠世的中晚期，火山灰的输入才逐渐停止。受周边地区火山活动的影响，暴露的碳酸盐岩台地之上的火山灰与灰岩溶蚀物一起作为沉积型铝土矿的成矿物质保留下来。晚二叠世早期末，地壳开始下降，海水又逐渐入侵，铝土矿顶部碳质泥岩的出现证明，在晚二叠世早期，海水的进入是相对缓慢的，并伴随着小规模的反复海侵海退。靖西地区可见上二叠统合山组灰岩中夹有多层碳质泥岩，这说明当时的沉积环境处于浅海相和沼泽相的交替之中，直到海水完全淹没之前暴露的碳酸盐岩台地。

4.3 印支、燕山运动与矿体改造

在印支板块、华南板块和华北板块之间相互作用下，桂西地区地层受到来自南北向的挤压力，形成了一系列近EW向和少量NEE向的褶皱（任纪舜，1984；张岳桥等，2012），区域内大小断裂发育，错综复杂。从茅口组灰岩中出现的逆断层与上下地层的关系来看，沉积型铝土矿及上下地层受到印支运动的挤压作用发生变形、破碎，沉积型铝土矿矿体在褶皱两翼发生不同程度的倾覆，部分矿体被挤压贯入下伏茅口组的灰岩中。一些古老的基底在风化作用下出露于地表，陆地呈现出现代格局的雏形。印支运动结束后，构造运动的性质开始由挤压向拉张转变，沉积型铝土矿矿体中存在有大量的灰岩角砾，证明燕山期矿体及上下地层发生更加严重的破碎，同时在空间上发生位移，部分矿体出露于地表，形成了如今可见的铝土矿矿体形态。

5 结论

桂西沉积型铝土矿及其周边地区的地层岩性特征显示，桂西地区从晚古生代至早中生代总体经历了东吴运动地壳抬升、印支期陆内变形和燕山期挤压改造这三期构造运动，并时刻影响着沉积型铝土矿的成矿和后期改造过程。总结如下：

（1）中二叠世末期东吴运动使得地壳抬升，碳酸盐岩台地出露至地表经历了风化作用，为沉积型铝土矿成矿物质的富集与储备提供场所。之后地壳缓慢下降，海水在保持总体侵入的趋势下反复进退，直至完全淹没台地，为沉积型铝土矿的成岩成矿提供了必要的沉积环境；

（2）晚二叠世早期桂西地区周围发生了大规模的火山活动，带来了大量的火山灰物质，改变了这一时期沉积岩层的岩性，为沉积型铝土矿提供了充足的物质来源；

（3）中三叠世晚期印支运动发生了陆内变形，形成了一系列相对平缓的褶皱，同时伴随了小型断裂的破坏，总体上并未形成大规模的构造，结束了桂西地区大规模海侵的历史；在印支运动之后、晚白垩世之前的燕山构造期，本区构造应力由挤压向伸展的转变，形成了一系列NW、NE向断裂，规模较大，对地层破坏严重，改变了矿体形态，使得矿体空间位置发生位移，矿体形貌接近现代格局。

致谢：感谢广西地质调查院韦访高工在野外工作中给予的大力帮助，也感谢广西区域地质调查研究院吴立河高工的帮助。