湖北中部中二疊世梁山組鋁土巖沉積期巖相古地理環境與成礦規律研究

宋 漢，謝應波，張漢金，胡萬強

(湖北省地質調查院，湖北武漢 430034)

0 引言

湖北省保康—南漳—宜城一帶，于中二疊世梁山組中部常形成鋁土巖［1］，是省內沉積型鋁土礦的重要產出層位［2］。調查結果表明，鋁土礦呈層狀、似層狀、透鏡狀，含礦1 ～2 層，厚 0.6 ～5.82 m，Al2O3含量一般為27%～69%，具較好工業價值。為查明其成礦因素，進一步拓寬找礦視野，本文擬通過該區巖相古地理研究，進一步揭示其形成環境和成礦規律，為更好開展找礦與勘查提供有益的地質依據。

1 梁山組地質特征與區域變化

自下而上依次為中—薄層狀細粒石英砂巖、含鐵質細粒砂巖、粉砂巖、鋁土巖、粘土巖、炭質頁巖夾煤層或煤線。綜合區域分布特征，由下向上可分為五個巖性層(表1):第一層為灰白色中厚層狀石英砂巖，底部見黃褐色粘土巖，宜城湯家畈一帶底部見含礫石英砂巖，厚0～24 m;第二層為灰白色薄層狀鋁土質粘土巖夾鮞綠泥石赤鐵礦層或透鏡體，厚0～11 m;第三層為灰白色中層狀鋁土礦，沿走向常相變為鮞、豆狀鋁土礦和鋁土質粘土巖，局部形成礦床，厚0～4.38 m;第四層為灰白色、雜色薄層狀鋁土質粘土巖，中部夾一層赤鐵礦，厚0～5.61 m;第五層為灰黑色炭質頁巖夾薄煤層，向上為中層狀粘土質粉砂巖，厚0～4.38 m。巖層以平行層理為主，常見透鏡狀層理，厚度變化較大，宜城雙砦子厚19.19 m、青石嶺厚11 m，鐘祥陳家棚厚2.34 m，荊門仙居厚 27 m、野雞池厚14.51 m，遠安白坡厚2.4 m。分別與下伏石炭紀、泥盆紀或志留紀地層呈不整合接觸，含腹足類Euomphlidae，Schuchertella;植物化石及碎片Sigillaria acutagula，Lepidodendron oculusfelis，Stigmaria ficoides，Sphenopteris sp.，是中國南方早二疊世晚期常見分子。

2 鋁土礦層地質特征

通過對區內多條剖面鋁土巖特征分析研究，其礦層產出位置比較固定，主要見于梁山組第三巖性層，于石英砂巖、粉砂巖之上，炭質頁巖和煤層之下，以似層狀為主。礦層較穩定，礦層沿走向長可達數百米—上千米，厚度變化一般0～4 m，宜城雙砦子最厚4.38 m。鋁土礦為灰白、藍綠色，致密塊狀、角礫狀和鮞、豆狀，礦物成分簡單，主要有隱晶質一水硬鋁石、膠鋁石和高嶺石，三者占 80%以上，礦石中 Al2O327.41% ～69.31%，平均51.04%。可采礦層主要分布于宜城板橋店、雙砦子、張家泉、西山、青石嶺、松林崗，南漳猴子巖、獅子巖、報信坡、游星寨、王家山，保康官驛溝、孫家沖，谷城西埡及荊門三股泉、仙居、野雞池等地，多形成小型礦床。

3 巖相古地理與沉積模式

區內梁山組為棲霞早期陸源碎屑濱海環境沉積，經歷了一次海平面升降，由于古地理地貌環境差異，便形成不同的沉積相。

表1 湖北中部中二疊世梁山組綜合地層—巖相劃分表Table 1 Comprehensive classification table of the strata－lithofacies for the Liangshan Formation in central Hubei Province

3.1 層序地層

3.1.1 結構變化特征

梁山組下部由細砂巖—粉砂巖，中部由粉砂巖—鋁土頁巖，上部由炭質頁巖或煤層組成，由下向上砂巖減少，鋁土巖或耐火粘土巖增多，頂部出現煤層，總體為海退過程中的次級海進→海退沉積，鋁土礦形成于地層體中部。區內典型的礦床有宜城雙砦子和南漳猴子巖礦床，礦體呈似層狀，礦層厚度與含礦巖系成正相關關系，礦石質量較好，荊門野雞池一帶雖然含礦層較厚，但間夾粘土層，礦石質量較差;礦石結構構造類型主要有角礫狀、鮞豆狀和膠狀三種，角礫狀、鮞豆狀主要近青峰—襄廣斷裂分布，膠狀則主要分布于南部，說明該區為北部地勢較高、南部地勢較低的古地理地貌特征。

3.1.2 層序地層特征

綜合區內剖面特征，梁山組形成一個三級層序［3－4］，層序底界分別與志留紀紗帽組、泥盆紀云臺觀組、石炭紀黃龍組呈不整合接觸，該不整合界面歷經數百萬年夷平和喀斯特化，形成Ⅰ型界面，頂界被棲霞組底部灰巖所限定，層序持續沉積時間約9 Ma。沉積階段以濱海環境為主，晚期逐漸演變為沼澤環境，其地層結構顯示:下部海侵體系域主要由細砂巖—粉砂巖多次沉積所組成，其上未形成饑餓段，上部高水位體系域由鋁土質粘土巖—炭質頁巖或煤層、煤線組成，屬海退沉積產物。顯然，鋁土礦形成于高水位體系域下部、海退初期之后的濱泥坪環境。

3.2 沉積相基本特征

梁山組鋁土巖沉積時期，其古地理地貌基本為古陸—濱海格局［5］，古陸主要分布于青峰—襄廣斷裂北，東南部京山一帶也曾上升為陸，沉積區主要為無障壁海岸環境，自北向南依次沉積后濱、前濱和臨濱相，其中后濱為鋁土巖沉積相區(圖1)。

3.2.1 古陸

區內古陸有二種類型:一是位于青峰—襄廣斷裂以北，為淮陽古陸的一部分，古陸原始物質主要為富鋁花崗巖類，是鋁土巖及其它相區的主要物源地;二是揚子區之京山古陸，位于東南角，為短時古陸，主要為細碎屑巖物源區。

3.2.2 后濱鋁土巖相

呈不規則狀分布于青峰—襄廣斷裂南側的保康、南漳及宜城東部雙砦子、荊門北部野雞池等地，巖性組合主要為灰色中—薄層狀細粒石英砂巖、含鐵細砂巖、粉砂巖、鋁土巖、鋁土頁巖等，北部靠近青峰—襄廣斷裂，下部沉積石英砂巖、粉砂巖，上部鋁土巖、鋁土頁巖和耐火粘土巖，局部形成鋁土巖和耐火粘土礦床。相區北部為海平面附近呈透鏡狀產出的豆狀、鮞狀及角礫狀鋁土巖，向南則為淺水區似層狀、膠狀鋁土頁巖夾粘土巖，顯示出北淺南深的古地理地貌格局。

3.2.3 前濱砂泥巖相

分布于后濱鋁土巖相區之南，向東與京山古陸相鄰。巖性組合主要為灰色薄—中層狀含鐵質細砂巖、粉砂巖、粘土巖等，相區特點以砂泥質沉積為主，巖石單層呈不規則互層，以平行層理和長條狀透鏡層理為主，古生物主要為近岸淺水雙殼類和陸緣植物等。

3.2.4 臨濱泥砂巖相

分布于前濱砂泥巖相南西。巖性組合主要為灰色薄層狀細砂巖、粉砂巖、粘土巖及含炭頁巖等，相區以泥砂質沉積為主要特點，巖層呈層狀互層，以平行層理為主，古生物主要為淺水腕足和雙殼類等。

3.3 沉積模式與鋁土巖形成環境

梁山組鋁土巖沉積階段為北陸南海的古地理格局，依據其沉積特點，其為陸源碎屑濱海沉積體系，沉積模式如圖2所示。青峰斷裂以北為陸源區，以南為濱海沉積區，其中后濱是鋁土巖系主要沉積區，95%的鋁土礦形成于該相區。

由于區內處于無障壁海岸環境，后濱區位于平均海平面附近，是一片較平坦地帶，海水具較弱的波浪和潮汐作用，該古地理部位不僅有大量陸源鋁土質供給，還有適宜于鋁土質沉淀和保存的古地理條件，是鋁土質聚沉和富集的理想場所。

圖1 湖北中部中二疊世梁山組鋁土礦沉積期巖相古地理圖Fig.1 Lithofacies and paleogeographicmap of the bauxite at Liangshan Formation，middle Permian in central Hubei Province

圖2 湖北中部中二疊世梁山組鋁土巖沉積模式示意圖

4 鋁土巖系成礦規律

4.1 鋁土巖成因分析

鋁質巖成因分為二種:①殘余型鋁質巖，即經風化殘余作用原地堆積而成，常是風化殼的組成部分;②沉積型鋁質巖，即經過搬運作用在水盆地沉積而成［6］。顯然，后者則是本區鋁土巖的真正成因。

區內沉積型鋁土巖主要是北部古陸富鋁母巖經風化作用后，以碎屑物形式或膠體溶液被水介質帶入后濱地帶沉積而成［7］，區域分布不太穩定，最長數千米，最厚近十米，鋁土巖礦物成分比較簡單，近岸地帶常形成鮞狀和豆狀結構，稍遠則為膠狀結構，以一水硬鋁石為主，其次為一水軟鋁石、高嶺石、水云母、赤鐵礦及碎屑礦物等，局部地段具礫屑結構和泥狀結構。這些鋁質巖之下往往為砂巖，之上為含煤建造;自下而上有一種特定的層序:

這表明鋁土巖成因有一定的規律性，是某些沉積作用的必然結果。綜合研究認為，區內鋁土礦是因富鋁古陸經風化、搬運和分選作用，于較平坦的后濱環境沉積形成。

4.2 鋁土巖古地理地貌條件

本區自加里東運動以后，處于較長時期的隆起狀態，且構造運動微弱，巖石遭受長期的風化剝蝕，地貌已準平原化。直到二疊紀時，才開始接受沉積。當時本區處于低緯度熱帶地區，由于氣候炎熱，古陸區基巖以鋁硅質巖石為主，經長期風化作用，鋁土質富集，之后經搬運作用，鋁土質于后濱相區得以沉積，從而形成廣泛的鋁土巖分布區。

形成于后濱相區的鋁土巖系，以薄—中層狀砂質巖、泥質巖為主，夾鋁土礦層主要特點是:單層較薄，以平行層理為主，沉積物粒度粗細不太均勻，為近距側向慢速搬運，加上地貌平坦，海水擾動較弱，那些含鋁土物質經過坡折地帶之后，水循環減弱，得以在后濱地帶沉積，并形成工業礦床。

5 結論

(1)通過對湖北中部二疊紀梁山組鋁土巖沉積階段巖相古地理格局分析研究，確定為古陸—濱海格局，古陸主要分布于青峰—襄廣斷裂北，東南部京山一帶也曾上升為陸，沉積區自北向南依次為后濱、前濱和臨濱環境。

(2)確定區內鋁土礦的沉積與后濱環境密切相關，是鋁土礦的主要成礦區。這一認識拓寬了該區找礦的新思路。

［1］陳公信，金經煒，吳細松，等.全國地層多重劃分對比研究:湖北省巖石地層［M］.武漢:中國地質大學出版社，1996:164－165.

［2］李均權，譚秋明，李江洲，等.湖北省礦床成礦系列［M］.武漢:湖北科學技術出版社，2005:147－148.

［3］紀友亮，張世奇，張宏，等.層序地層學原理及層序成因機制模式［M］.北京:地質出版社，1998:48－52.

［4］魏家庸，盧重明，徐懷艾，等.沉積巖區1∶5萬區域地質填圖方法指南［M］.武漢:中國地質大學出版社，1991:45－50.

［5］劉寶珺，曾允孚.沉積相環境研究叢書:巖相古地理基礎和工作方法［M］.北京:地質出版社，1985:140.

［6］余素玉.沉積巖石學［M］.北京:地質出版社，1980:246.

［7］張漢金，徐立中，余正清，等.湖北省二疊紀梁山組沉積期巖相古地理特征與成煤規律［J］.中國煤炭地質，2011，23(8):18 －21.