貴州務—正—道地區鋁土礦成礦模式與找礦模型

金中國，鄒林，張力，鄭明泓，韓英，谷靜，，陳興龍，王洪

1.貴州省有色金屬和核工業地質勘查局，貴陽 550005 2.有色金屬礦產地質調查中心，北京 100012 3.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，桂林 541004 4.中國科學院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室，貴陽 550002

0 引言

務(川)—正(安)—道(真)鋁土礦區屬渝南—黔北鋁成礦帶[1]之務—正—道鋁成礦亞帶[2]，近10年來相繼探明了務川瓦廠坪、大竹園、道真新民等大型礦床，探獲資源量儲量超7億噸，找礦取得重大突破。同期，眾多專家學者開展了該區鋁土礦成礦地質背景、沉積成礦環境、成礦規律和主要控礦因素研究[2-13]，揭示了物質來源、成礦作用和過程[14-22]，評價了有益伴生元素的賦存狀態(含渝南地區)[23-27]，從不同認識和研究角度建立了成礦模式[7-8,14]，形成了大量的理論研究成果，豐富和發展了沉積型鋁土礦的成礦理論。但這些成果缺乏對地—物—化—遙勘查技術方法體系的集成，成礦模式和找礦模型的有機結合及指導進一步找礦預測比較薄弱。本文重點介紹綜合勘查技術方法在該區有效性和適宜性，通過優選靶區實施工程驗證，發現和探明了多個大中型鋁土礦床，找礦取得了新的突破，示范和指導作用顯著，在此基礎上優化了成礦模式，建立了找礦預測模型，以期對本區及相鄰區找礦預測提供指導和參考作用。

1 區域地質背景與典型礦床特征

1.1 區域地質背景

務—正—道鋁土礦集區位于貴州北部與重慶接壤地帶，出露寒武系至侏羅系地層，其中，中志留統—下石炭統缺失。寒武系、奧陶系分布于各復背斜軸部和近軸部，為海相、海陸交互相沉積的碳酸鹽巖和碎屑巖；下志留統韓家店組(S1hj)最發育，為一套潮坪相沉積的頁巖、粉砂巖夾灰巖，常形成褶皺閉合構造；上石炭統黃龍組(C2h)灰巖及侏羅系(J)紫紅色陸源碎屑砂巖零星分布；二疊系分布于向斜兩翼，其中下二疊統大竹園組(P1d)為鋁土礦含礦層位；三疊系大面積分布于各向斜軸部，巖性為海相碳酸鹽巖(中下統)和陸相碎屑巖(上統)。構造主體格架呈NE和NNE向展布，褶皺發育，常以復式背、向斜形式出現，為典型的“侏羅山”式褶皺。斷裂構造以逆沖斷層為主，多形成于背斜軸部和向斜兩翼，總體呈多字格狀排列。研究區未見巖漿巖出露(圖1)[2]。

圖1 黔北務—正—道鋁土礦集區地質略圖Fig.1 Sketch geological map of the Wuchuan-Zheng’an-Daozhen Al metallogenic district, in north Guizhou

1.2 區域構造演化與鋁土礦成礦

研究區經歷了武陵—喜馬拉雅等多期次構造運動。武陵運動使區域新元古代地層褶皺上升為陸，遭受風化剝蝕，為早古生代地層形成提供了豐富物源；雪峰期Rodinia裂解形成的南華裂谷繼續發展，震旦紀至中志留世接受了巨厚的海相沉積；晚志留世的廣西運動強烈升降作用形成一系列褶皺、斷層及黔中—黔北古陸，泥盆紀—早石炭世為剝蝕夷平期(409～290 Ma)，形成巨厚的風化物；晚石炭世—中二疊世出現了兩次明顯的海侵事件，其中最大的海侵出現在達拉期末至小獨山期，沉積了黃龍組灰巖[5]。大竹園期地層差異升降運動顯著，形成湖盆、濱海沼澤或相對封閉的海灣環境，為區內鋁土礦形成提供了富集的場所[2]；印支期本區及周邊發生大規模碰撞造山事件，形成強烈的推覆構造和侏羅山式褶皺；燕山運動加劇震旦系—白堊系地層褶皺變形及斷裂形成，古特提斯洋關閉；喜馬拉雅及新構造運動主要發生構造疊加，加速含礦巖系在隆起背斜區風化剝蝕和在低洼向斜區的次生淋濾改造、鋁土礦的富集，形成保留至今的構造形態和鋁土礦分布區域。

2 典型礦床特征

本區鋁土礦均產于下二疊統大竹園組含礦巖系中，呈層狀、似層狀產出，產狀與圍巖一致(圖2，3)。含礦巖系與上覆和下伏地層呈假整合接觸，礦系厚約0～16 m，一般5～8 m。黃龍組在區內斷續分布，也與上覆及下伏地層呈假整合接觸。鋁土礦礦石礦物主要為一水硬鋁石，次為一水軟鋁石、膠鋁石等；黏土礦物有高嶺石、蒙脫石、綠泥石和伊利石等；重礦物有鋯石、金紅石、銳鈦礦等；鐵礦物有黃鐵礦、赤鐵礦、纖鐵礦、磁鐵礦等；碳酸鹽巖及硅酸鹽礦物有石英、長石、方解石、白云石、角閃石等。鋁土礦具有粒屑泥晶、泥晶—微晶、復粒屑、重結晶結構以及土狀、半土狀、碎屑狀、豆狀、鮞狀和致密塊狀構造特征[2,8,10]。本區已發現鋁土礦礦床(點)20余處，工作程度高、具有代表性的有瓦廠坪、新民、新木—晏溪和大竹園等大型礦床，鑒于各礦區出露地層、含礦層位、礦石礦物組成及結構構造等均相同或相似，限于篇幅，本文重點簡述4個礦床的構造、礦體產出形態及礦石品位特征。

2.1 瓦廠坪礦床

瓦廠坪礦床位于研究區北東部的鹿池向斜南西揚起端，鹿池向斜為主要的褶皺構造，斷層不發育，僅見規模較小斷層。礦區勘探圈定1個礦體，地表礦體沿向斜南西揚起端露頭線呈“U”字型展布，產狀與圍巖一致(圖2A、圖3A)，東西兩翼礦體地表長均大于4 km，最大延伸1.8 km，平均厚2.17 m，礦石平均含量Al2O363.05%，SiO210.33%，鋁硅比(A/S)6.1，圈定鋁土礦資源儲量3 890 萬噸，大型礦床[2]。

圖2 務—正—道地區典型鋁土礦床地質略圖(A.瓦廠坪；B.大竹園；C.新民；D.新木—晏溪)1.下三疊統茅草鋪組；2.下三疊統夜郎組；3.上二疊統長興組—吳家坪組；4.中二疊統棲霞組—茅口組；5.中二疊統梁山組—下二疊統大竹園組；6.下志留統韓家店組；7.鋁土礦露頭線；8.向斜軸；9.斷層；10.勘查剖面Fig.2 Ore deposit geological map of the typical bauxite deposits in Wuchuan-Zheng′an-Daozhen area, (A.Wachangping; B.Dazhuyuan;C. Xinmin; D.Xinmu-Yanxi)

2.2 大竹園礦床

礦床位于研究區北東部的青坪向斜北段揚起端，青坪向斜總體為一個東緩西陡、斷層不發育的構造。礦區勘探圈定1個鋁土礦體，地表礦體沿向斜揚起端東西兩翼呈倒“U”字型展布(圖2B、圖3B)，走向長大于5 km，延伸200～1 350 m。礦體平均厚1.97 m，礦石平均含量Al2O363.99%，SiO210.21%，鋁硅比(A/S)6.2，圈定鋁土礦資源儲量8 431 萬噸(含南段及青坪礦區詳查資源量)，大型礦床①貴州省地質礦產勘查開發局，貴州省有色金屬和核工業地質勘查局. 貴州省務正道地區鋁土礦整裝勘查報告[R]. 2013：1-170.。

2.3 新民礦床

新民大型礦床位于研究區北部的大塘向斜南東端，礦區總體上為傾向北西的單斜構造(圖2C)，地表斷層不發育，深部見成礦期后的層間小斷層錯動礦層。詳查圈定5個礦體，主礦體地表走向長約6 km，傾向延伸0.8～2 km，產狀與圍巖一致(圖3C)。礦體平均厚2.25 m，礦石平均含量Al2O364.58%，SiO213.04%，A/S 8.3，探獲鋁土礦資源量3 240 萬噸，大型礦床[2]。

圖3 務—正—道地區典型鋁土礦床剖面圖A.瓦廠坪；B.大竹園；C.新民；D.新木—晏溪。1.上二疊統長興組；2.上二疊統吳家坪組；3.中二疊統棲霞組—茅口組；4.中二疊統梁山組—下二疊統大竹園組；5.下志留統韓家店組；6.斷層；7.鉆孔及編號；8.Fig.3 Ore deposit profile map of the typical bauxite deposits in Wuchuan-Zheng′an-Daozhen area, A.Wachangping; B.Dazhuyuan;C. Xinmin; D.Xinmu-Yanxi

2.4 新木—晏溪礦床

新木—晏溪礦床位于研究區南部的旦坪向斜中南段，在向斜中地層及礦體成南陡北緩產出，構造較簡單，中段東翼小斷層發育(圖2D、圖3D)。自北向南3個礦段組成，含礦露頭線單翼長約17 km，礦段之間相距約3 km，主礦體長1～2.5 km，傾向延伸約1 km，平均厚1.81 m，礦石平均含量Al2O356%，SiO210.30%，A/S 5.5，圈定鋁土礦資源量2 812 萬噸，大型礦床[2]。

3 成礦模式

3.1 成礦物質來源

已有眾多學者[8,10,15-19,21-22]從碎屑鋯石年代學，微量元素組成，稀土配分模式，Al、Ti、Hf、Zr、Th、Nb、Cr、Ta等穩定元素的比值特征研究認為，務—正—道地區鋁土礦成礦直接物源(近源)為下伏志留系韓家店組砂頁巖和黃龍組灰巖，間接物源(遠源)與區域含火山碎屑的基底層位密切相關。

3.2 成礦環境與成因

務—正—道地區產于下志留統韓家店組碎屑巖或上石炭統黃龍組碳酸鹽巖侵蝕面之上的鋁土礦，嚴格受大竹園組控制，礦體呈層狀或似層狀產于含礦巖系的中上部，沉積環境以陸相沉積為主，在含礦巖系底部有海相、海陸過渡相沉積①[2,8,11-13]貴州省有色金屬和核工業地質勘查局，有色金屬礦產地質調查中心，中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，等. 貴州省務正道地區鋁土礦勘查技術集成與示范研究報告[R]. 2015：1-318.；古氣候為古赤道附近氣候炎熱、潮濕多雨的亞熱—熱帶環境[2,8]；古地貌為南有黔北古陸，北有武隆孤島，南高北低的河湖盆地；沉積成礦時代為早二疊世大竹園期，礦床成因屬古風化殼沉積型[5-9]。

3.3 成礦作用與成礦模式

主要的成礦母巖層位韓家店組和黃龍組在炎熱、潮濕多雨的亞熱—熱帶氣候環境，經歷超過1 億年的風化剝蝕期，形成分布廣、厚度大的風化殘積物或坡積物，經物理、化學風化作用、生物作用和氧化淋濾作用，相對活潑的堿金屬、堿土金屬流失，部分SiO2在氧化、酸性介質環境溶解成Si(OH)4流失[28]，惰性的Al、Ti、Zr等元素殘留原地或近距離搬運，發生初步脫硅、富鋁作用，形成以高嶺石為主的黏土礦物[2,8,21]；富鋁風化物經地表水沖刷、徑流作用或海侵作用，遷移、搬運至低洼的河湖盆地或海灣環境沉積、分異，進一步脫硅、去鐵、富鋁，形成以一水硬鋁石為主的鋁土巖或鋁土礦層；之后在燕山—喜馬拉雅及新構造運動的構造作用影響下，導致隆起背斜區含礦巖系的風化剝蝕(圖4D)，部分向斜區含礦巖系抬升暴露地表或淺表，遭受次生淋濾作用，或因斷層斷距大、切割深，能形成導水性較好的水文地質淋濾系統，對含礦巖系進行不斷的淋濾改造作用，多形成質量較好的土狀、碎屑狀礦石；反之因含礦巖系遠離斷層，次生淋濾改造弱，多形成質量較差的致密塊狀礦石。務—正—道地區鋁土礦形成經歷了成礦母巖的風化剝蝕及淋濾作用→風化物的搬運遷移作用→搬運物的沉積分異作用 → 成巖成礦作用等演化過程[21]，成礦模式如圖4所示(圖4D中A-A′與圖1對應)。

圖4 務—正—道地區鋁土礦地質—地球化學成礦模式圖Fig.4 Bauxite metallogenic model map of geology and geochemistry in the Wuchuan-Zheng’an-Daozhen area

4 綜合找礦預測模型

4.1 地質找礦方法

(1) 通過1∶2.5萬～1∶1萬比例尺地質填圖，結合遙感地質解譯，厘定區域及礦區構造變形樣式，查明含礦巖系及淺表構造的空間分布特征，研究構造變形與古地形地貌變化、鋁土礦次生淋濾作用及保存環境關系①貴州省有色金屬和核工業地質勘查局，有色金屬礦產地質調查中心，中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，等. 貴州省務正道地區鋁土礦勘查技術集成與示范研究報告[R]. 2015：1-318.；通過輕型山地工程控制，圈定各向斜含礦巖系在走向上的含礦性和礦體的產出形態，重點圈出含礦巖系厚度大、礦體(層)產出連續、礦石質量好、后期斷層構造簡單的找礦靶區。

按：“追羨”，謂追念仰羨。“追羨”一詞，亦偶見于傳世文獻，如《四部叢刊》集部元云間邵復孺《蟻術詩選》卷之四《題許守中太和丹室》：“我生追羨少陵翁，千載神交得其旨?！薄稘h語大詞典》收有“追慕”一詞，“追羨”與“追慕”系同構同義詞。“追羨”一詞，《漢語大詞典》闕收。

(2) 通過巖相剖面測量，結合礦床地球化學研究，揭示含礦巖系及相鄰層位的古地理環境，厘定區域構造演化、古地理環境與鋁土礦成礦關系(圖5)，圈定有利的成礦地段。

4.2 地球物理勘查找礦方法

地球物理勘查技術在國內廣泛應用于鋁土礦深部隱伏礦定位預測[29-33]。為了獲得研究區不同產狀、不同埋深、不同厚度含礦巖系的地球物理找礦信息，優選出有效的找礦方法，本次研究在2 個典型礦區開展了高密度電阻率、淺層地震、音頻大地電磁測深、大功率激電測深、頻率域三極測深等方法，對含礦層位及其頂板界面的空間賦存情況進行了異常響應特征探尋和由淺及深的立體解析，建立了地質—地球物理找礦預測模型，并示范應用于3 個礦區的找礦預測工作，經鉆探驗證，取得了顯著的找礦效果。

4.2.1 測定物性參數特征

通過590 塊巖石標本及254 塊礦石標本物性參數精細測定，得知大竹園組巖石電阻率(ρ)為153～2 127 Ω·m，平均711 Ω·m(圖6a)；極化率(η)為0.26%～2.48%，平均1.00%，為較典型的中低電阻率、中等極化率介質(圖6b)，與上覆和下伏層位物性差異特征明顯，且含礦巖系頂部的炭質頁巖是尋找鋁土礦的典型地質和物性標志層，具備開展物探電磁法的前提條件。務川瓦廠坪礦區淺層地震剖面試驗顯示(圖6c)，在雙程時間0～45 ms范圍，波速為1 200 m/s，與第四系浮土(Q)對應；45～170 ms的波速為3 200 m/s，與上覆P2q+m+P3w+c碳酸鹽巖對應；170～210 ms的波速為1 447 m/s，與P1d+P2l對應；大于210 ms的波速為3 400 m/s，與S1hj對應，具典型的4 個地質層結構，表明波速傳遞差異特征明顯(圖6c)。

4.2.2 典型礦床地質—地球物理找礦預測模型建立

通過物性參數系統測定，依據地質調查、巖相古地理及已實施鉆孔資料成果，研究含礦巖系及鋁土礦體(層)在走向、傾向產出特征，結合大功率激電測深、音頻大地電磁測深、高密度電阻率測深和頻率域三極梯度測深剖面實施，定位含礦巖系的空間產出形態及侵蝕面的起伏情況，總結出“高(礦系高異常)、厚(推測礦系厚度大)、凹(礦系形態呈凹狀產出)、拐(礦系薄厚、凸凹變化處)”為找礦有利地段，建立了浣溪向斜隆興礦床地質—地球物理模型圖(圖7)和三維地質—地球物理找礦預測模型圖(圖8)。

4.2.3 示范應用成果——以安場向斜為例

根據成礦條件分析，安場向斜具有尋找大型、超大型鋁土礦床的潛力，為定位含礦巖系空間展布特征，在馬鬃嶺和東山礦區開展了音頻大地電磁測深和大功率激電測深剖面測量(圖1C—C′，D—D′)，反演結果如圖9和圖10所示。

馬鬃嶺礦區1095(C—C′)剖面兩種方法反演效果基本一致(圖9)，異常“高、厚、凹、拐”特征明顯，均能較好揭示深部P1d的起伏變化情況，推測在115～135測點段的400～450 m深度可能存在較好的鋁土礦層(圖9a,b)，且產狀陡。2013年實施ZK1095-16驗證見礦埋深380 m，礦體厚1.65 m，礦石品位Al2O354.55%。

圖5 務—正—道地區鋁土礦沉積環境圖Fig.5 Sedimentary environment map of bauxite in the Wuchuan-Zheng’an-Daozhen area

圖6 務—正—道鋁土礦區巖(礦)石物性參數及淺層地震波速圖Fig.6 Physical parameters and shallow seismic wave velocity diagram of bauxite mining are rock (ore) in the Wuchuan-Zheng’an-Daozhen area

圖7 浣溪向斜地質—地球物理模型圖(地層圖例見圖2) A.向斜示意地質剖面；B.物性剖面模型；C.反演電阻率剖面模型Fig.7 Geological and geophysical model diagram of Huanxi synclinal (formation illustrations as shown in Fig.2)A.constructed geology profile of synclinal; B.profile model of resistivity parameter; C. inversion resistivity profile model

圖8 研究區鋁土礦三維地質—地球物理找礦預測模型圖Fig.8 3D geological and geophysical prospecting prediction model diagram of bauxite in this study area

圖9 馬鬃嶺礦區1095剖面音頻大地電磁測深(a)和大功率激電測深(b)反演電阻率圖Fig.9 Inversion diagrams of Audio magnetotelluric sounding (a) and high power IP sounding apparent resistivity (b) of section 1095 in Mazongling mining area

東山礦區240(D—D′)剖面在145～205測點地段異常特征較顯著(圖10)，推測為有利成礦地段，埋深分別在290 m和460 m附近，2013年實施ZK240-16、ZK240-32兩驗證鉆孔驗證，分別在285 m和480 m見礦，礦體厚度分別為1.57 m和1.47 m，Al2O3品位分別為60.79%和52.67%，見礦效果好。

此外在浣溪向斜軸部實施ZK1深部鉆探驗證(圖7)，也發現隱伏礦體，將礦床規模由中型提升為大型。

4.3 遙感找礦標志

利用現代遙感技術方法提取蝕變礦化信息和宏觀找礦標志已成為地質勘查的重要技術手段之一。近10多年來，遙感技術在國內外鋁土礦資源調查評價、找礦遠景區圈定得到廣泛應用[34-38]。

本次研究通過1∶10 萬～1∶2.5 萬遙感地質解譯分析，建立了研究區主要地層、構造，尤其是含礦巖系頂底板地層巖性的遙感識別標志(表1)，查明了全區的地質構造格架和含礦巖系的分布特征，總結出鐵化、泥化異常與含礦巖系的空間展布關系，即成帶狀斷續分布的異常區指示有含礦巖系產出，且其剝蝕程度低，產出穩定，為鋁土礦有利成礦區；反之異常規模大、強度高，且成面狀連續分布區，推測含礦巖系剝蝕程度高，異常為其底部鐵綠泥化、黏土化的反映，為不利成礦區，結合成礦地質和地形地貌條件，快速圈定找礦遠景區；通過1∶1 萬遙感解譯結合三維立體影像模型(圖11)，精細提取含礦層及其頂底板的遙感找礦標志，為礦區中大比例尺地質填圖和地表工程施工提供重要的參考信息。

圖10 東山礦區240剖面音頻大地電磁測深反演電阻率圖Fig.10 Audio magnetotelluric sounding apparent resistivity inversion diagram of section 240 in Dongshan mining area

地層或構造空間位置色調及影紋地形地貌T—碳酸鹽巖礦系層位之上>500 m平面上呈紫紅色蜂窩狀、面狀展布陡立狀峰林、峰叢等喀斯特地貌P2+P3—碳酸鹽巖礦系之上0～500 m平面上呈桔皮紋狀、花生殼紋狀展布。迎光影像為封閉的黃綠色帶、色塊,背光影像常成黑色條帶陡崖、陡壁P1d+P2l含礦巖系陰坡表現為黑色條帶狀陰影,陽坡呈淺黃色條帶環繞向斜形成圈閉小緩坡S1hj碎屑巖礦系之下0～400 m呈特征醒目的淺灰色、灰紫色,發射狀“劉?！笔矫芗瘻嫌凹y密集“劉?！笔經_溝,緩坡中上寒武統白云巖礦系之下>3 km呈紫紅—綠色條帶、條塊和影像粗糙感強的棋盤格子狀展布峰林、溶蝕沖溝向斜構造控制礦系分布淺黃綠色條帶環繞紫紅色、黃綠色條塊,平面形態較完整凸凹相間斷層破壞礦系連續展布影紋色調異常線陡壁和狹窄溝谷,菱形網格狀水系

4.4 化探找礦標志

研究區1∶20 萬水系沉積物和重砂測量成果顯示，F、CaO、MgO水系沉積物異常發育，且B、Ba、Li、U、Sr等元素的地球化學背景高，與大面積分布的碳酸鹽巖和以海相沉積為主的沉積環境吻合；平坦的匯水盆地區Al2O3重砂異常規模大，而含礦巖系分布區未見其異常①，[39]貴州省地質礦產勘查開發局，貴州省有色金屬和核工業地質勘查局. 貴州省務正道地區鋁土礦整裝勘查報告[R]. 2013：1-170.，推測為地形切割強烈，富含Al2O3的沉積物難以近距離保留所致。

4.5 綜合找礦模型

以找礦增儲為目的，以地質、物探、化探和遙感異常特征、找礦標志為依據[40]，建立了研究區鋁土礦綜合找礦預測模型(圖12)，結合古地理特征及勘查現狀分析認為，道真向斜西翼中北段、大塘向斜東翼、安場向斜北段、浣溪向斜南西段、青坪向斜中南段等區段已知礦床的深、邊部(圖1)，含礦巖系沉積厚度大(5～15 m)，地表分布穩定連續，產狀較平緩(多小于40°)，埋藏相對淺(<1 000 m)的區域分布面積大，次生淋濾改造作用強(多有規模較大的成礦期后斷層深切含礦巖系)，工作程度低(多為預查—普查)，具有較大的找礦潛力和增量空間。

圖11 平模向斜東翼遙感三維立體影像解譯圖Fig.11 3D remote sensing imagery interpretation diagram of east wing of Pingmu syncline

圖12 務—正—道地區鋁土礦綜合找礦模型圖Fig.12 Comprehensive prospecting model diagram of bauxite in the Wuchuan-Zheng’an-Daozhen area

5 結論

(1) 務—正—道地區鋁土礦成礦與廣西運動和海西運動的隆升事件密切相關，前者為成礦提供了豐富物源，后者為成礦提供了沉積環境和富集場所。

(2) 中小比例尺遙感解譯能快速圈定找礦遠景區，大比例尺遙感解譯結合地質填圖和沉積相研究能較好圈定成礦有利地段。

(3) 多礦區多物探方法應用和對比研究認為，研究區具備開展物探電磁法的地質條件，反演的“高、厚、凹、拐”異常能較好揭示含礦巖系深部的產出形態，是探尋深部鋁土礦的重要指示標志，建立的三維地質—地球物理找礦預測模型具有適宜性和有效性。

(4) 集成的勘查技術方法，建立的綜合找礦模型指導找礦效果顯著，對研究區及相鄰區具有較好的示范作用。

致謝 對審稿專家及編輯部馬素萍老師提出的寶貴修改意見表示衷心感謝！