貴州省清鎮市黑土田鋁土礦成因分析

楊曉飛，羅應坤，蘇翠蘭

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局一總隊，貴州 清鎮 551400)

引言

鋁土礦是貴州特色礦種之一，而黔中地區的鋁土礦資源占整個貴州鋁土礦資源一半以上。在黔中地區鋁土礦床(點)數十個，其中超大型的1處，大型的2處，中型的20多處。筆者通過對黑土田鋁土礦區的地質工作及礦石礦物組分的研究，結合前人研究的基礎，對該礦區的礦床成因提出一點自己的認識，以期對該區在內的黔中地區下一步的找礦工作有所啟示。

1 礦床地質特征[1]

石炭系下統九架爐組為該區鋁土礦之含礦地層，其基底為寒武系下統清虛洞組白云巖夾鋁鐵質粘土巖，因長期遭受風化剝蝕，形成不平整的古喀斯特侵蝕面，常見有白云巖石芽突起于含礦系內。由于基底的凹凸不平，影響了含礦系的厚度分布，使其含礦系厚度變化范圍在0～25 m之間，從該區的總體趨勢來看有南厚北西較薄的趨勢(圖1)。

上段(鋁土礦系)：一般由雜色的頁巖、鋁土巖，致密塊狀、碎屑狀鋁土礦及局部夾星散狀黃鐵礦和薄層紫紅色白云巖組成，厚一般在0～15 m左右。

下段(鐵礦系)：一般由紫紅色鐵質粘土巖、頁巖，含鐵質粘土巖、黑綠色鐵綠泥石巖組成，局部見有小扁豆狀、結核狀、鮞粒狀赤鐵礦，厚一般0～10 m左右。

整個含礦系由鋁礦系和鐵礦系組成。但在礦區東西兩側卻又逐漸變薄，甚至局部尖滅。礦體產狀，在東西方向均有變化：向東，傾向北東，傾角10°～20°；向西，傾向北西，傾角15°～25°，與地層產狀總體一致。

2 礦石物理性質及其意義[1-2]

礦石物理性質，主要是指用肉眼觀察或用手觸摸到的性質，如顏色、硬度、孔隙度、糙面、斷口等。

圖1 礦區地質略圖

顏色：礦石呈灰白-深灰色，色調均勻，是黔中鋁土礦典型的礦石特征之一，表明礦石含鐵很低。在成礦作用中，鐵質往下滲透，底部形成赤鐵礦層。呈深灰色，則表明含粘土礦物較少，是優質礦石的標志。

硬度：礦石很致密堅硬。礦物組分是決定礦石硬度的基本因素，這是因為一水硬鋁石的硬度為7.4。我國鋁土礦摩氏硬度多在6～7，黑土田的礦石與此相近。

孔隙度：用肉眼沒有觀察到孔隙，屬于無孔隙或微孔隙類型。我國大多數鋁土礦都屬于此類型。

糙面：通常分為五類，本礦床礦石應屬于粗糙型，這主要由礦物組分所決定。由一水硬鋁石組成的礦石，糙面特別明顯，若高嶺石多，糙感差，有滑感。通常礦石越粗糙，鋁硅比就越高。

斷口：本礦石具有貝殼狀斷口，有圓形的光滑曲面。這是由于礦石的礦物粒度微細而均勻，結構致密所致。我國黔中和華北許多鋁土礦具有這種特征。礦石雖有碎屑物，但數量少，故斷口出現的參差狀不明顯。

碎屑顆粒：礦石中碎屑物一般1～0.3 mm。碎屑的顏色及硬度與鋁土礦極相似。我國華北特別山西孝義鋁土礦，黔中地區的鋁土礦，這種碎屑極為普遍。碎屑物的存在對研究物源有一定的意義。

3 礦石礦物組分、共生組分及其特征[1-2]

3.1 主要礦物組分及其特征

根據鏡下鑒定和X射線衍射分析等手段所獲資料，礦物組分有：一水硬鋁石、高嶺石、白云母、銳鈦礦等14種，現將主要礦物特征作如下描述。

一水硬鋁石：又名水鋁石、硬水鋁石，是礦區中唯一具有工業價值的礦石，呈它形粒狀集合體產出，粒度一般0.01～0.002 mm，屬于細晶-微晶結構。薄片中無色透明，正突起高，糙面顯著，解理不清楚，干涉色可達二級頂部呈橙紅色。在鋁土礦中常有碎屑狀一水硬鋁石鋁土礦產出。在鏡下，這種鋁土礦呈淡黃色，其一水硬鋁石粒度稍大，與成礦期形成的鋁土礦物有所區別。表明它是“外碎屑”的產物，是古陸紅土化作用的佐證。此外還有極少量呈板狀柱狀一水硬鋁石晶體產出，晶粒0.05～0.08 mm，無色透明，可見一組解理，折光率稍低，干涉色為一級灰白，顯然它是后生和表生作用的產物。

高嶺石：是硅的主要礦物。為白色磷片狀、片狀或肉紅色致密狀集合體，部分呈糖粒狀。可見鱗片狀相互疊置成的蠕蟲狀或扇狀體。單體粒度0.01～0.003 mm，集合體一般0.2～0.05 mm。薄片中無色至淡黃色，正突起很低，可見扇狀消 光，干涉色一級灰白。

銳鈦礦：是礦石中鈦的主要礦物。呈暗黃、黃綠色和黑色，雙錐狀，錐面上有縱紋。晶粒極小，多小于0.005 mm，薄片中無色或黃色，多色性可顯黃、黃綠色。正突起高，糙面顯著，干涉色達四級黃綠。

3.2 礦物共生組合

表1是各種礦物的共生順序，并對全部礦物按生成先后和成因進行分類。所謂碎屑礦物就是指鋁土礦成礦前形成的，包括蝕源區母巖的礦物和母巖在紅土化時所形成的風化產物，經紅土化作用，進行化學分解，在新的環境下生成的，是鋁土礦的主要成礦期；后生礦物是成礦后期或成巖作用下再結晶的產物；表生者則大多數是在氧化作用下，先形成的礦物遭受破壞后再重結晶的產物。據此觀點就可以解釋鋁土礦中一水硬鋁石鋁土礦碎屑的出現，是緣于古陸的成礦母巖在遭受紅土化時就已形成了的，而后再向沉積盆地遷移的結果。為什么磨圓度好的鋯石、金紅石與呈完好自形的鋯石在同一礦床中出現，為什么有的礦床碳酸鹽化交代鋁土礦，所有這些特征，用此觀點都能獲得解釋。

表1 黑土田鋁土礦礦物共生順序

4 礦床成因探討

很多單位和個人對本區在內的黔中鋁土礦作了很多研究，并提出各種學說。本文僅對黑土田鋁土礦區的成因提出自己的一點認識，并進行如下探討。

4.1 成礦時古地理位置

寒武系末期，由于加里東構造運動的影響，本區上升成陸，形成“黔中隆起”。隆起區經受1.8億年之久的風化剝蝕，致使被夷為準平原化地形，巖溶化極為發育的巖溶凹地或孤峰，兼之氣候炎熱潮濕，導致古巖溶準侵蝕面發育厚薄不一，其上廣泛發育著含Al、Fe、Ti等較穩定組分的鈣紅土風化殼物質[3-6]。在早石炭系初期受海西運動影響，本期開始緩慢下沉海水由南向北灌入，本區遭受廣泛海侵，伴隨著海進階段，使準平原區形成的“鈣紅土風化殼物質(鋁質)初步富集”的風化殼物質廣泛“活化”。就地或涌入盆地，重新分配，在合適的物理化學條件下聚集形成現在的鋁土礦或鋁質粘土巖。

4.2 成礦物質來源

通過對該區取樣分析、巖礦堅定及總結前人研究成果，認為物質來源于基底漢武系白云巖、鋁鐵質粘土巖的風化產物，其依據有兩點：

1)具有充足的成礦物質基礎：通過對該區寒武系的白云巖和鋁鐵質粘土巖的取樣分析，其中白云巖中含鋁2%左右，鋁鐵質粘土巖中含鋁10.22%～17.52%左右，遠比地殼中的克拉克值高[1]。而黔中隆起區域經歷了1.8億年的炎熱潮濕氣候的風化剝蝕作用，說明在漫長的風化作用過程中，K、Na、Ca、Mg等可溶性的物質被地表徑流帶走，而Al、Si、Fe、Ti等穩定元素(組分)在古風化殼中“初步富集”(稱原始富集或鈣紅土)[3-4]。

2)經重砂鑒定該區的鋁土礦與基底寒武系的白云巖的穩定礦物基本一致，只是含量上有所差別，均見金紅石、鋯石、銳鈦礦、板鈦礦等礦物，不同之處在于鋁土礦物中重砂礦物所含較多，磨蝕程度較高而已[1]。

以上第一點說明基底碳酸鹽巖經風化后，有足夠的鋁質可以形成具有工業意義的鋁土礦床。第二點說明鋁土礦成礦物質已來源于基底碳酸鹽巖石的有利證據。但也不排除極少數部分鋁質可能來自異地，因為鋁土礦物中可見有碎屑成分。

4.3 鋁礦物的形成途徑[5]

4.3.1 高嶺石脫硅直接形成一水硬鋁石

對黑土田鋁土礦鏡下鑒定和X射線衍射分析時，常見到高嶺石被一水硬鋁石交代的現象，表明后者由前者直接脫硅轉變而來。在其他礦區的礦石中，也可以觀察到橄欖石和黑云母轉變成高嶺石，而后高嶺石又再脫硅形成一水硬鋁石。資料表明，黑土田鋁土礦中唯一具有工業價值的一水硬鋁石系高嶺石脫硅直接轉變而成,這與黔中地區的其他鋁土礦基本一致。

4.3.2 鋁溶液結晶而成

在表(后)生條件下，鋁真溶液重結晶而成的一水硬鋁石，其結晶完好粗大，多呈板柱狀晶體，透明度好，含Ti、Fe、Si等雜質極微，氧同位素值很小。這與由高嶺石直接脫硅而來的一水硬鋁石有明顯區別。這種表生作用形成的鋁礦物本礦床也有產出，但數量少，主要產于平果巖溶堆積礦中。此外，在南嶺花崗巖熱液螢石白云母巖脈和花崗偉晶巖風化殼中也常有產出，這都可看作是表生作用的佐證。

4.3.3 三水鋁石脫水轉變成一水硬鋁石

由三水鋁脫水轉變成一水鋁土礦，這是一種變質作用，國內這種類型尚少。

從上述可見，一水硬鋁石并非都是三水鋁石脫水轉變的產物；而三水鋁石也并非都由高嶺石脫硅而成。應當指出，自然界(或實驗室)三水鋁石脫水必然會轉變成一水硬鋁石，但后者不一定都從前者而來。以往人們都用Al2O3-H2O平衡相圖去解釋鋁礦物的成因，是不全面的，值得商榷。

4.4 成礦因素的相互制約

國內外對鋁土礦成礦因素的認識比較一致，即成礦時必須處于濕熱的古氣候；有穩定的古構造環境；有緩坡的古地形和有利的成礦母巖。這些因素共同制約著成礦作用[3-8]。例如黔中地區的修文小山壩、斗篷山清鎮地區的燕龍、林歹，產于中石炭統的含礦巖系中，有數十個鋁土巖和鋁質粘土巖及鋁土礦交互沉積間斷面，其中主要的含礦層為1層，厚一般為1～15 m。含礦層少規模大。而黑土田鋁土礦床成礦時濕熱的古氣候；有穩定的古構造環境；有緩坡的古地形和有利的成礦母巖。這就有利于成礦作用和成礦物源的聚集，因而形成了質量好、且具有一定規模的鋁土礦床。

4.5 成因類型

綜上可見，黑土田礦區從寒武紀開始就上升為陸，直至石炭紀1.8億年的時間里，該區長期處于相對穩定的陸上環境和炎熱潮濕的氣候。成礦母巖長期遭受鈣紅土化作用，在鈣紅土化過程中，Ca、Mg、Si及堿金屬組分被淋濾流失，而Al、Fe、Ti等隋性組分相對富集；并形成大量高嶺石和少量一水硬鋁石礦物，在早石炭系初期受海西運動影響地殼下降，海水入侵，大量的鈣紅土產物就被搬進巖溶凹槽及相對低洼地區成礦。當地殼再次上升，海水退卻，已沉積的成礦物質又遭受紅土化作用。此時大量的高嶺石就轉變為一水硬鋁石，形成了鋁土礦床。這就是成礦作用的簡單過程，對其成因問題可概括為：鈣紅土-沉積-改造型。

此礦系形成后，由于地殼再次升降，每次海侵-海退，就形成一層鋁土礦或鋁質粘土巖。但每次紅土化作用都進行得不徹底，故形成具有一定韻律的鋁土巖或鋁質粘土巖，這就是導致含礦巖系有多層鋁土巖或鋁質粘土巖和鋁土礦的原因所在。

志謝：本文在成文過程中得到金中國研究員的修改、補充，在此深表感謝。

[1] 楊曉飛,韓文斌,冉藝. 貴州省清鎮市犁倭鄉黑土田鋁土礦普查地質報告[R]. 貴州省有色地質勘查局一總隊, 2008：11-20.

[2] 朱文鳳,李啟津. 黑土田鋁土礦巖礦鑒定報告[R]. 貴州省有色地質勘查局一總隊, 2008： 1-7.

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[5] 李啟津, 楊國高. 鋁土礦床成礦理論研究中的幾個問題[J]. 礦產與地質, 1996(1)：22-26.

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[7] 劉平. 八論貴州之鋁土礦—黔中—渝南鋁土礦成礦背景及成因探討[J]. 貴州地質, 2001(4)：238-243.

[8] 葉培旭，楊新安，孫新禮，等.河南某鋁土礦礦體形態研究[J]. 有色金屬：礦山部分，2009,61(5)：44-46.