重慶武隆木梯子
—申基坪鋁土礦床地質(zhì)特征及成因

李松濤　李　壯　王文勇　楊成富　胡德勇

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊(duì)；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院)

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重慶武隆木梯子
—申基坪鋁土礦床地質(zhì)特征及成因

李松濤1李壯2王文勇1楊成富1胡德勇1

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊(duì)；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院)

摘要重慶武隆木梯子—申基坪鋁土礦床屬于南川—武隆鋁土礦成礦帶，賦存于二疊系梁山組地層中。分析了該礦床地質(zhì)特征、控礦地質(zhì)條件及成礦物質(zhì)來源并詳細(xì)探討了礦床成因，結(jié)果表明：該礦床受地層、構(gòu)造、巖相古地理、古地形、沉積環(huán)境、古氣候、古構(gòu)造條件的控制，成礦物質(zhì)來源于志留系基底粉砂質(zhì)頁巖形成的古風(fēng)化殼。結(jié)合成礦地質(zhì)背景及礦床地質(zhì)特征，認(rèn)為木梯子—申基坪鋁土礦床的形成過程大致經(jīng)歷了紅土化作用階段、沉積再沉積作用階段和表生淋濾作用階段，屬于古風(fēng)化殼沉積-改造型礦床。

關(guān)鍵詞鋁土礦床礦床地質(zhì)特征控礦地質(zhì)條件成礦物質(zhì)來源礦床成因

鋁土礦是在濕熱氣候條件下風(fēng)化作用的產(chǎn)物，富含 Al、Fe 和 Ti 的氫氧化物和氧化物[1-4]。目前，我國鋁土礦資源嚴(yán)重不足，因此盡快尋找到一批鋁土礦床成為當(dāng)前十分重要的戰(zhàn)略任務(wù)。武隆縣是重慶市鋁土礦的主要產(chǎn)地之一，該區(qū)與南川、武隆地區(qū)相似，具有形成鋁土礦的有利地質(zhì)條件[5]。前人在該區(qū)開展了大量地質(zhì)工作，獲得了大量重要的基礎(chǔ)地質(zhì)資料，并從鋁土礦的礦床地質(zhì)特征、礦物特征、物質(zhì)組成、物質(zhì)來源等多個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，深入揭示了鋁土礦的成礦過程與成礦環(huán)境，但對成礦物質(zhì)來源、控礦地質(zhì)條件、礦床成因等方面涉及較少。為此，本研究以重慶武隆木梯子—申基坪鋁土礦為例，對其礦床地質(zhì)特征、成礦物質(zhì)來源以及礦床成因進(jìn)行探討。

1成礦地質(zhì)背景

1.1區(qū)域構(gòu)造與地層

圖1　川渝地區(qū)構(gòu)造單元分區(qū)

1.2區(qū)域沉積背景

黔北—渝南地區(qū)為由貴州魯?shù)椤虒帯F陽障壁沙壩帶和東北部重慶黑溪—漆遼障壁沙壩帶圍繞的瀉湖環(huán)境。研究區(qū)在中二疊世早期，隸屬于上揚(yáng)子古陸部分，繼承了之前的古地理格局，由于受到海西運(yùn)動(dòng)的影響，地殼全面下降，志留紀(jì)中—晚期形成的古風(fēng)化殼物質(zhì)于原地或準(zhǔn)原地堆積，形成了梁山組含鋁巖系。中二疊系梁山組沉積時(shí)期則形成了由濱湖相區(qū)、淺湖相區(qū)和深湖相區(qū)組成的巖相古地理格局。鋁土礦賦存的梁山組地層分為河流相、淡化瀉湖相、沼澤相等3種沉積相，根據(jù)該區(qū)域沉積背景和含礦巖系特征，認(rèn)為渝南鋁土礦的含礦巖系為淡水瀉湖沉積。

2礦床地質(zhì)特征

2.1礦區(qū)地層與構(gòu)造

區(qū)內(nèi)一級構(gòu)造為趙家壩背斜和車盤向斜，礦體主要分布于車盤向斜中段(圖2)。區(qū)內(nèi)斷層一般較小，延伸及斷距均不大。區(qū)內(nèi)出露有志留系中統(tǒng)韓家店組(S2h)頁巖及粉砂質(zhì)頁巖，石炭系中統(tǒng)黃龍組(C2h)灰?guī)r，二疊系中統(tǒng)梁山組(P2l)黏土巖，棲霞組(P2q)生物屑灰?guī)r及粉屑生物微晶灰?guī)r，茅口組(P2m)生物微晶灰?guī)r，二疊系上統(tǒng)吳家坪組(P3w)黏土巖、長興組(P3c)粉屑生物微晶灰?guī)r，三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)灰?guī)r，第四系(Q)浮土夾轉(zhuǎn)石(圖2)。含礦巖系為二疊系中統(tǒng)梁山組，鋁土礦賦存于含礦巖系中—上部。

圖2　礦區(qū)地層及構(gòu)造

2.2礦體特征

礦體賦存于二疊系中統(tǒng)梁山組中—上部，呈SN向展布，多呈層狀、似層狀產(chǎn)出，局部為透鏡狀。礦體厚度變化較大，最厚3.28 m，最薄0.80 m，一般1.0～1.9 m，平均1.45 m。走向?yàn)?65°，傾向E，礦體傾角變化較大，木梯子—王家壩礦段傾角為3°，木梯子—申基坪礦段傾角為8°～33°，平均為18°，與圍巖產(chǎn)狀一致(圖3)。礦石平均品位：w(Al2O3)53.19%，w(SiO2)14.39%，w(Fe2O3)14.44%，w(TiO2)2.22%，w(S)0.41%，燒失量12.34%，w(Al)/w(Si)3.70，屬低鋁高硅中鐵中硫型鋁土礦石。礦石礦物主要為一水硬鋁石和一水軟鋁石，脈石礦物主要為高嶺石、水云母、少量黃鐵礦、黑色碳質(zhì)物、綠泥石和金紅石、石英、長石等(圖4)。礦石化學(xué)組分以Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S為主，含少量CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、V2O5、CO2、S。

圖3　木梯子—申基坪鋁土礦床I#勘探線剖面

礦石構(gòu)造主要有致密狀構(gòu)造、致密豆?fàn)顦?gòu)造、塊狀構(gòu)造、礫屑狀構(gòu)造、土狀構(gòu)造、多孔狀構(gòu)造、滲流管構(gòu)造、滲流凝膠構(gòu)造等，其中，滲流管構(gòu)造和滲流凝膠構(gòu)造為礦區(qū)鋁土礦特有的構(gòu)造類型。礦石結(jié)構(gòu)主要有膠狀結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、變形砂狀結(jié)構(gòu)、礫屑結(jié)構(gòu)、豆粒結(jié)構(gòu)、微晶粒狀結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)等(圖4)。

圖4　礦石礦物及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3控礦地質(zhì)條件

(1)地層。二疊系中統(tǒng)梁山組地層為區(qū)內(nèi)鋁土礦的唯一賦礦層位，礦體大多呈層狀、似層狀產(chǎn)于該地層。

(2)構(gòu)造。礦區(qū)鋁土礦體受車盤向斜控制，主要分布于向斜兩翼、軸部及其傾沒端，而在背斜軸部，則多被剝蝕。

2020年，全球海域常規(guī)油氣產(chǎn)量當(dāng)量預(yù)計(jì)為24.2億噸，其中原油產(chǎn)量為13.3億噸，天然氣產(chǎn)量為1.4萬億立方米；2035年，產(chǎn)量當(dāng)量預(yù)計(jì)為28.7億噸，其中原油產(chǎn)量為13.4億噸，天然氣產(chǎn)量為1.9萬億立方米。

(3)巖相古地理。志留紀(jì)中—晚期，受加里東運(yùn)動(dòng)的影響，整個(gè)渝東南地區(qū)普遍上升為陸，致使該區(qū)長時(shí)間遭受風(fēng)化侵蝕。早二疊世初期，受海西運(yùn)動(dòng)的影響，地殼全面下降，海水浸入，將風(fēng)化剝蝕的殘留物堆積于原地或準(zhǔn)原地地區(qū)，形成了梁山組含鋁巖系建造。

(4)沉積環(huán)境。該區(qū)鋁土礦含礦巖系的沉積環(huán)境總體以淡水為主，在海平面的升降過程中，有海水混入，屬于陸緣近海湖環(huán)境沉積。

(5)古氣候。溫曖潮濕的氣候?yàn)殇X土礦成礦的前提條件。經(jīng)古地磁研究，該區(qū)在晚古生代屬熱帶、亞熱帶氣候環(huán)境，區(qū)內(nèi)含礦巖系內(nèi)部含炭質(zhì)頁巖以及大量的植物化石碎片可說明，當(dāng)時(shí)雨量充沛，植物茂盛，反映其熱帶、亞熱帶的氣候條件。

(6)古地形。早二疊世梁山期及以前，區(qū)內(nèi)地形坡度僅2°～4°，為準(zhǔn)平原。該類地形有利于化學(xué)風(fēng)化作用地進(jìn)行，在水介質(zhì)滲透淋濾過程中，帶走易溶物，同時(shí)伴隨脫硅、排鐵以及富鋁的紅土化作用，易于形成鋁土礦。

(7)古構(gòu)造。該區(qū)鋁土礦含礦巖系與下伏基底志留系中統(tǒng)韓定店組、中石炭統(tǒng)黃龍組呈假整合接觸，表明區(qū)內(nèi)鋁土礦在成礦期間，地殼運(yùn)動(dòng)以造陸運(yùn)動(dòng)為主，地殼緩慢上升，為區(qū)內(nèi)鋁土礦的形成創(chuàng)造了相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境。

4成礦物質(zhì)來源

該區(qū)鋁土礦礦石具有特有的紅土化組構(gòu)，如礦層中的豆鮞粒內(nèi)部普遍具網(wǎng)狀、放射狀干縮裂紋，裂紋一般未穿出豆鮞粒外，并被硬水鋁石、高嶺石等充填，豆鮞外殼常被鐵染或有一圈鐵質(zhì)外殼，屬紅土風(fēng)化成因。同時(shí)，礦石中普遍見滲流管構(gòu)造、滲流凝膠構(gòu)造，可能為攜帶鋁質(zhì)、黏土質(zhì)、鐵質(zhì)氧化物的滲流水沿孔隙向下流動(dòng)的證據(jù)，也為鋁土物質(zhì)遷移就位后繼續(xù)紅土化的特征[6-8]。南川大佛巖鋁土礦層中硬水鋁石的O同位素含量與我國及全球紅土型鋁土礦物的w(O18)值非常接近[7]，其礦床類型與木梯子—申基坪鋁土礦床一致。因此，認(rèn)為該鋁土礦物質(zhì)具紅土性質(zhì)，物源來自于志留系基地粉砂質(zhì)頁巖形成的古風(fēng)化殼。區(qū)內(nèi)標(biāo)志陸地成因的古植物、植物碎片隨處可見，此外，夾于鋁土礦間的炭質(zhì)層自身變?yōu)殛懙丨h(huán)境的標(biāo)志，說明鋁土礦形成于溫暖潮濕氣候條件下的陸地環(huán)境，其成礦物質(zhì)應(yīng)來源于古風(fēng)化殼。由此可見，該區(qū)鋁土礦的成礦物質(zhì)來源于古風(fēng)化殼，并且在成礦物質(zhì)就位后，仍在進(jìn)行紅土化，說明成礦物質(zhì)的搬運(yùn)距離較短，應(yīng)為原地或準(zhǔn)原地堆積。

5礦床成因

區(qū)內(nèi)鋁土礦是由多階段成礦作用和表生改造富集而成，其成礦過程大致可分為3個(gè)階段：

(1)紅土化作用(初期礦化階段)。志留紀(jì)中晚期—石炭紀(jì)末，加里東運(yùn)動(dòng)使該區(qū)上升為陸，鋁硅酸鹽巖基底在溫暖潮濕的氣候條件下遭受長期風(fēng)化，形成紅土化風(fēng)化殼。巖石中K2O、Na2O、CaO、MgO、S、P等不穩(wěn)定組分大量流失，SiO2部分流失，而難溶和不溶組分Al2O3、Fe2O3、TiO2及部分SiO2則以古風(fēng)化殼黏土層的形式大量殘留于地形低洼及山麓、溝口等地，形成殘坡積物。隨著氣候條件的變化，植物逐漸茂盛，紅土化作用的持續(xù)進(jìn)行，鋁硅酸鹽徹底水解，大部分SiO2流失，鐵、鋁溶膠大量產(chǎn)生，初步達(dá)到了鋁鐵分而不離，形成由硬水鋁石、高嶺石及部分氧化鐵礦物等組成的固結(jié)—半固結(jié)狀態(tài)的紅土型風(fēng)化殼。該階段形成各類重要的鋁土礦結(jié)構(gòu)構(gòu)造，如豆鮞粒結(jié)構(gòu)、碎屑狀結(jié)構(gòu)、滲流管構(gòu)造、滲流凝膠構(gòu)造等，以及古風(fēng)化殼自生型硬水鋁石，同時(shí)形成了部分致密狀鋁土礦。

(2)沉積、再沉積作用(成熟礦化階段)。早二疊世初的海侵時(shí)期，處于固結(jié)—半固結(jié)狀態(tài)的含鋁紅土風(fēng)化殼底部一般未遭受破壞，而頂部則遭到“海進(jìn)沖刷—海退風(fēng)化淋濾—海進(jìn)沉積—海退風(fēng)化淋濾”等多次循環(huán)反復(fù)的破壞作用。每一次“海進(jìn)沖刷—海退”過程，即為一次將Si、Fe質(zhì)帶出的過程，并上升地表接受風(fēng)化淋濾的過程，而每一次“海進(jìn)沉積—海退”過程，則是將上一次沖刷帶出的物質(zhì)再沉積，并上升至地表接受二次風(fēng)化淋濾的過程，大部分致密狀鋁土礦及部分土狀鋁土礦在該階段形成。

(3)表生淋濾作用(優(yōu)質(zhì)礦化階段)。造山運(yùn)動(dòng)將鋁土礦層抬升至地表淺部，在地下水潛水面以上(氧化改造帶)由于富含大量的O2與游離CO2，pH<7，易形成氧化、酸性環(huán)境，可發(fā)生表生富集作用。然而，Al、Si均非變價(jià)元素，氧化、還原環(huán)境對其影響較小，僅酸堿度對其有較大影響，只要在酸性介質(zhì)中便可使SiO2溶解淋失。廖仕范等[9]的成巖試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)，只要環(huán)境符合酸性、地下水豐富、排泄良好等條件，便可使SiO2溶解成溶液而淋失。該階段硅質(zhì)淋失后殘留許多次生孔隙，便形成了蜂窩狀、土狀及半土狀礦石。

6結(jié)語

在詳細(xì)分析重慶武隆木梯子—申基坪鋁土礦床地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，對該礦床的控礦地質(zhì)條件、成礦物質(zhì)來源以及礦床成因進(jìn)行了深入研究，將該礦床的成礦作用大致分為紅土化作用、沉積再沉積、表生淋濾作用等3個(gè)階段，認(rèn)為該礦床屬于古風(fēng)化殼沉積改造型鋁土礦床，對于區(qū)內(nèi)進(jìn)一步開展找礦勘探工作有一定的參考價(jià)值。

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(收稿日期2015-09-28)

Geological Characteristics and Genesis of Mutizi-Shenjiping Bauxite Deposit in Wulong County,Chongqing

Li Songtao1Li Zhuang2Wang Wenyong1Yang Chengfu1Hu Deyong1

(1.105 Geological Party,Guizhou Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration & Development;2.School of Earth Science,Chengdu University of Technology)

AbstractThe Mutizi-Shenjiping bauxite deposit is belongs to the Nanchuan-Wulong bauxite metallogenic belt,it is occurred in the permian liangshan formation.The Mutizi-Shenjiping bauxite deposit genesis is analyzed is discussed by analyzing the deposit geological characteristics,ore-controlling geological conditions and ore-forming material source.The analysis results show that the Mutizi-Shenjiping bauxite deposit is controlled by the geological conditions such as strata,structure,lithofaciespaleogeographic,paleotopography,sedimentary environment,paleoclimate,ancient tectonic conditions and so on, the metallogenic material is derived from the base of the ancient weathering crust formed by the weathering of silurian silty shale.Combing with the geological background and deposit geological characteristics,it can be inferred that the Mutizi-Shenjiping bauxite deposit is mainly experienced three metallogenic phases,they are laterization phase,sedimentation phase and supergene leaching phase,the Mutizi-Shenjiping bauxite deposit is belongs to the ancient weathering crust and sedimentary-transformedtype deposit.

KeywordsBauxite deposit, Deposit geological characteristics, Ore-controlling geological conditions, Ore-forming material source, Deposit genesis

李松濤(1987—)，男，助理工程師，碩士，550018 貴州省貴陽市烏當(dāng)區(qū)新添大道。