平果堆積型鋁土礦成礦規律及賦存特征

王新萍

(中國鋁業廣西分公司,廣西平果 531400)

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平果堆積型鋁土礦成礦規律及賦存特征

王新萍

(中國鋁業廣西分公司,廣西平果 531400)

廣西平果鋁土礦屬巖溶堆積型鋁土礦,其礦體的形成、規模、含礦率、礦石質量與沉積鋁土礦層、巖溶洼地大小、礦源層的所處位置、地形地貌關系密切。文章對該礦床的成礦過程、控礦因素及富集特點進行了闡述,對礦床的賦存層位及含礦層的特征等方面進行了分析,為該類礦床的地質工作提供參考。

巖溶;堆積型鋁土礦;成礦規律;賦存特征

平果鋁土礦屬巖溶堆積型礦床,共有那豆、太平、教美、新安、果化五個礦區,分布面積達1 750 km2,儲量達1.5億t,該礦床具礦體大小不一,形態呈不連續的似層狀、透鏡狀、扁豆狀產出,厚度變化較大,由0.53～10.59 m不等,平均4.48 m,含礦率變化大等特點,礦石質量總體存在低硅、高鐵、高鋁硅比等特點,其成礦及賦存有其獨特的規律和特征。

1 礦區地質特征

1.1 地 層

本區地層有泥盆、石炭、二迭、三迭、第三、第四系,除第三、第四系外,其余均為碳酸鹽巖建造為主的地層,含礦層位有兩個,原生鋁土礦層產出于二迭統合山組底部,厚0～3 m,呈層狀,似層狀,主要為一水硬鋁石,次為三水鋁石,伴生有硫鐵礦,炭質及粘土礦物組成,延伸較穩定,屬濱海沉積型鋁土礦床,次生鋁土礦產出于下更新統,含礦層由大小不等、分選性差的鋁土礦塊和少量的褐鐵礦塊與粘土混雜在一起,厚0.2～21.6 m,靠近原生鋁土礦層露頭附近,所含的礦石塊度大,含礦率也高,屬殘坡積巖溶堆積型鋁土礦床。

1.2 構 造

區內區域褶皺、斷裂構造發育。褶皺構造,以北西向為主,次為北東向。主要褶皺有太平向斜、舊城背斜、那豆背斜、果化復向斜、龍味背斜和大隆背斜,褶皺的基底為寒武系地層,蓋層為泥盆系-三迭系的碳酸鹽巖、陸源碎屑巖。基底斷裂構造以北西向斷裂較為發育,其次為北東向斷層(見圖1)。基底斷裂構造對本區各種地貌單元的形成與分布有密切的關聯,但對于堆積鋁土礦體未構成影響。

本區堆積鋁土礦體的分布主要沿著背斜核部及兩翼峰叢、峰林洼、谷地,斜、緩坡地分布,賦存于第四系更新統堆積紅粘土層中。

1.3 巖漿巖

礦區內巖漿活動較弱,以中三迭世及早二迭世海底火山噴發為主,主要巖性有火山巖,碎屑巖(層凝灰巖)及閃長玢巖等。

2 礦床成礦規律

平果堆積型鋁土礦床的成礦及其發展演化過程,不但受地殼運動和地質構造等條件的控制,而且還受成礦過程中的地貌條件和氣候因素的制約,其時、空分布和礦化富集與一般的內生礦床和表生礦床相比,有其獨特的規律性,其主要表現有以下幾個特征。

2.1 成礦過程

在地質發展史上,本區經歷了多次構造運動,相繼形成了與成礦有關的褶皺及相應的斷裂;經歷了多期的垂直-水平的巖溶作用過程,區內堆積鋁土礦床,是由于巖溶作用,使碳酸鹽巖中的原生沉積礦層遭受機械破碎,改造堆積而成的產物,屬于巖溶堆積礦床。巖溶堆積鋁土礦床成因示意圖如圖2所示。在巖溶成礦過程中,大體可分為三個階段:

圖1 平果區域地質略圖

1.礦源層剝蝕階段:上二迭統底部的原生沉積鋁土礦層及其上部的含煤炭質泥巖、頁巖,為本區非可溶性巖層,亦屬地下水的隔擋層和溶蝕基準面。在漫長的巖溶化過程中,侵蝕面不斷下移、新生,具強烈侵蝕性的水對碳酸鹽巖不斷進行溶蝕,形成漏斗、落水洞、溶洞、洞穴,直通達溶蝕基準面,水沿構造裂隙往下滲透,開始形成埋藏巖溶,地面溶余物作側向運移或呈懸浮狀態帶走(見圖2a)。

2.初級成礦階段:水隨巖溶通道及斷裂轉入炭質泥、頁巖層及原生礦,成為承壓水,增強溶蝕能力,下伏灰巖受到強烈溶蝕,隨著時間的推移,埋藏巖溶形成埋藏洞穴,發展到一定程度,礦源層內聚應力動態平衡遭到破壞,在外營力影響下,由于重力作用發生崩塌,在陷落運移過程中與原地堆積物摻合聚積于適當的部位。形成為初級堆積鋁土礦體(見圖2b)。

3.富集成礦階段:初級堆積礦為含水松散碎屑巖層,其水主要由大氣降水供給,大氣水中富含的二氧化碳,與原生鋁土礦碎屑中的黃鐵礦經氧化產生硫酸根。CO2與SO4-2均具有強烈的溶蝕作用,對鋁土礦及灰巖中的方解石、白云石、黃鐵礦、煤屑等進行水解、溶蝕、風化;使硫、碳、鈣、鎂等流失;次生高嶺石中的SiO2亦在風化過程中逐漸流失;最后的殘余物為鋁土礦,褐鐵礦及含鐵鋁質的紅土(其中,鋁土礦中的一水硬鋁石經風化分解,部分成為三水鋁石)。經上述改造富集為現以紅土膠結的堆積鋁土礦體(見圖2c)。

圖2 巖溶堆積鋁土礦床成因示意圖

綜上所述,三個階段不是絕對的,但礦床的形成卻是以巖溶化作用為其主導,各種地質因素綜合作用的產物,應屬巖溶堆積型鋁土礦床。主要成礦期為第四系更新統。

2.2 控礦因素

1.礦源因素:由碳酸鹽巖地層為基底的巖溶槽、谷地,閉合的山間洼、谷、盆地及斜、緩坡地帶,沉積層狀鋁土礦是形成本區堆積鋁土礦的礦源層,該沉積層狀鋁土礦經褶皺窿起并在巖溶作用下暴露地表,經長期緩慢的風化剝蝕、破碎崩落,機械搬運,在由碳酸鹽巖地層所形成的巖溶洼、谷地以及斜、緩坡地中堆積,經紅土化作用而形成堆積鋁土礦床,一般原生礦質量好,經改造堆積的礦體,礦石質量相對提高。

2.巖性因素:區內地層基本上由可溶性較好的碳酸鹽巖類組成,其巖性單純,而且與礦源層及頂部的碳質泥、頁巖的物理化學性質差異極大,一方面利于巖溶化作用的進行,另一方面雜質摻合少,造成了鋁土礦碎屑的聚積和化學風化富集成礦;同時由于巖溶地貌的封閉性和以溶蝕為主的特點,使地表徑流搬運作用很弱,給堆積鋁土礦集中、保存以有利的條件。

3.構造因素:礦區褶皺構造發育,伴生著大小縱橫斷裂和層間裂隙構造,這些構造體系控制了礦源層和堆積鋁土礦的分布;斷裂構造的組合與展布,控制了巖溶洼地和堆積鋁土礦體的分布及產狀形態。

4.地貌因素:區內廣泛分布的可溶性巖層(碳酸鹽),在巖溶作用下,在地表形成一系列的巖溶地貌,堆積鋁土礦體的分布嚴格受地貌所控制,巖溶凹地、洼地、槽谷、侵蝕平原、緩丘等即為礦體賦存的主要場所。

5.氣候因素:礦區位于北回歸線上,屬于炎熱多雨的亞熱帶氣候,有利于巖溶作用的進行。

2.3 礦化富集規律

1.繼承性富集:本區堆積鋁土礦系由賦存于上二疊統合山組底部(侵蝕面)的原生沉積鋁土礦層為礦源,經長期巖溶作用,改造堆積形成。堆積礦石質量與原生礦層的規模和品質優劣密切相關,具有明顯的繼承性,礦源層厚度大、質量好,形成的堆積礦床規模也大,質量也好。

2.風化強度富集:礦石本身的相對富集取決于風化強度和搬運距離的長短,由于背斜軸部隆起比翼部高,接受風化剝蝕的時間比翼部早,風化的時間就長,搬運的距離就較遠,故背斜軸部礦體的礦石質量比翼部礦體的礦石質量好,而翼部礦體的含礦率較軸部礦體的含礦率高。這主要與風化及搬運過程的差異有關,翼部搬運距離較短,保存的礦石碎塊就較多,含礦率也相應較高。

3.地層中含有非碳酸鹽巖多的地段,堆積層中粘土雜巖屑多,則Al2O3品位低,A/S值小。離原生礦距離遠,風化剝蝕時間長,Al2O3品位高,A/S值大。

3 賦存特征

3.1 賦存層位及含礦層的特征

分布于第四系更新統的巖溶洼地、谷地、槽谷及其斜坡地帶為堆積鋁土礦的賦礦層位,礦體的分布、規模受其嚴格控制。由粘土、鋁土礦、巖屑、鐵錳質結核組成的松散堆積層,是礦區內堆積鋁土礦的賦礦層位。在垂直剖面上具有典型的三元結構(見圖3),由上而下分別為:

1.上部粘土層:灰黃、土黃-褐灰色,主要由粘土組成,結構松散,具弱粘性及可塑性狀態,局部夾鋁土礦石,鐵錳質結核。分布不穩定。多分布在峰林谷地及開闊洼地的低洼地段,厚度0～6.40 m,其平均品位為Al2O357.57%,SiO27.47%,A/S 7.71, Fe2O316.19%,平均含礦率134 kg/m3,而洼地的斜坡、近沉積層狀鋁土礦的旁側及各采場地勢較高的窿起地段受剝蝕而缺失。

2.中部堆積鋁土礦層:褐紅、棕紅、紫褐、灰黃、灰色等,主要由粘土及鋁土礦塊組成,夾少量鋁土質泥巖、硅質巖、褐鐵礦等。鋁土礦塊大小不一,一般塊度3～50 cm,個別大于100 cm,比重中等,硬度較大,呈次棱角至次圓狀,夾少量粒徑小于1 cm的滾圓度較好的圍巖粒屑,大小混雜。礦石分選性差,為粘土膠結。局部地段因含礦率低或品位達不到工業要求而缺失。厚度0.5～18.70 m,一般厚度1.5～10.0 m。其平均品位為Al2O359.14%,SiO26.15%,Fe2O316.41%,A/S 9.62,平均含礦率892 kg/m3,各采場礦體在地形坡度變化較大的斜坡、地勢較高的隆起地段、凸包等部位及沉積層狀鋁土礦的旁側多裸露地表。

3.下部粘土層:褐紅、磚紅色為主,主要由可塑狀態及較強粘性的粘土組成。多沿洼地基底的溶溝、凹坑分布。含少量粒徑0.1～3 cm的滾圓狀鋁土礦、褐鐵礦碎屑。與基底巖石呈角度不整合接觸,分布不穩定,在斜坡地段及洼地高處往往缺失。整層厚度0～8.40 m,其平均品位為Al2O352.40%, SiO210.75%,Fe2O319.28%,A/S 4.88,平均含礦率181 kg/m3,該層在各采場內普遍分布在地勢較低的平緩地帶。

圖3 第四系堆積層示意圖

堆積鋁土礦層與其上、下粘土層之間的分層界線較為明顯,鋁土礦層上部的粘土層在剝蝕作用較強烈地段,多數尖滅缺失而使礦層裸露地表;在保存較好而植被發育地段,則在表層出現腐植質土層。鋁土礦下部的褐黃色、褐紅色粘土層,則在地勢相對較高或凸起地段往往缺失,表現為鋁土礦層直接堆積于基巖面之上。

4 結 論

1.巖溶堆積鋁土礦的空間分布,宏觀上受原生鋁土礦(即古風化殼型鋁土礦)的控制,其規律和質量隨原生礦的變化而變化,具有明顯的繼承性。因而原生鋁土礦的規模和質量決定堆積鋁土礦的規模和質量,一般情況下,沉積礦體規模越大,礦石質量好,則形成的堆積鋁土礦體規模大,礦石質量好。

2.礦石的礦物成分、化學成分及結構構造等既保持了沉積型鋁土礦的特點,又具有后期改造的特征,S、P、Si等有害元素在漫長的堆積鋁土礦體的形成過程中大量流失,Al2O3等有益元素則得到相對富集。

3.巖溶堆積鋁土礦礦石質量從高到低的變化與其時間分布上的從早到晚,垂向空間分布上的由高到低,三者之間的演變是同步的,具有明顯的一致性。即早期形成的礦體分布在高處,其質量優于晚期形成而又分布于低處的礦體并呈現出有規律的依次遞變。含礦巖系一般具有三元結構,即上部粘性土層、中部鋁土礦層、下部粘性土層或膠泥層。

4.堆積鋁土礦礦體的形成、規模、含礦率、礦石質量與沉積鋁土礦層、巖溶洼地大小、礦源層的所處位置、地形地貌關系密切,受峰叢臺、坡地、巖溶洼、谷地所控制,其形態與坡地、洼、谷地的形態基本一致。含礦洼地規模愈大,則堆積鋁土礦體規模愈大;含礦洼地封閉性較好的,則礦體含礦率較高;距礦源層近,則礦石塊度愈大,礦石質量相對稍差;遠離礦源層,則礦石塊度變小,磨圓度較好,礦石質量相對較好。距離礦源層太遠,則含礦率變低而不易形成堆積鋁土礦體。

[1] 平果鋁業公司,廣西有色地質勘查總院,長沙有色冶金設計研究院.平果巖溶堆積型鋁土礦地質特征及勘探方法研究[R].廣西:平果鋁業公司,1999.

[2] 何南勛,唐經有.廣西平果鋁土礦那豆礦區堆積礦床補充地質勘探總結報告[R].廣西:廣西冶金地質勘探公司,1982.

[3] 祝瑞勤,涂金華,張毅,等.廣西平果鋁土礦太平礦區評價礦體補充勘探報告[R].長沙:長沙有色冶金設計研究院,2007.

Abstract:Pingguo bauxite belongs to karst stacking-type of bauxite,the formatiom,scale,mineral content and qulity of the ore deposite are closely related to the layer of sedimented-type of bauxite,the sizes of karst depression,the locations of the deposite and topography.This article expounds the minerlization process,the factors of ore control and abundanted feature of this type of bauxite,and analyzes the locations of the abundanted layer and the characteristics of mineral-contented layer of the deposite and so on,which gives a reference to the Geological work on the same type of ore deposite.

Key words:karst;stacking-type of bauxite;regularities of mineralization;abundanted-characteristics

Regularities of Mineralization and Abundanted-characteristics of Pingguo Stacking-type of Bauxite

WANG Xin-ping
(Mining Departmemt of CHAL CO Guangxi Branch,Pingguo531400,China)

TD15

A

1003-5540(2012)03-0001-04

2012-03-26

王新萍(1963-),女,工程師,主要從事礦山地質研究與開發工作。