廣西德保縣那甲堆積型鋁土礦礦床地質特征及成礦規律研究

姚雙秋，徐海棚，尹本純

（廣西壯族自治區二七四地質隊，廣西 北海 536005）

鋁土礦是指以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物所組成的礦石統稱，其主要用于生產氧化鋁從而制取金屬鋁，用量約占鋁土礦總產量的90%以上。德保縣那甲鋁土礦區是桂西平果-靖西鋁土礦成礦帶的組成部分，有古風化殼型鋁土礦和巖溶堆積型鋁土礦兩種。堆積鋁土礦是在地質發展過程中，主要由外部地質營力作用下形成的產物，賦存于上二疊系底部古風化殼鋁土礦層經過溶蝕－剝蝕階段、初始堆積成礦階段、改造富集成礦階段等三個階段而形成[1]。

1 區域地質概況

那甲礦區位于華南板塊南華活動帶右江褶皺系靖西—都陽山凸起區的南西側。靖西—都陽山凸起區是廣西主要的鋁土礦產區，區域地層出露有基底上寒武統、蓋層為泥盆系至中三疊系及第四系，以石炭系、二疊系、三疊系地層為主。從晚古生代至中二疊世早期，本區長期處于淺水臺地環境，沉積了厚達6000多米碳酸鹽巖。在中二疊世末，由于東部運動的影響，區內大部隆起成陸地，使茅口期沉積的碳酸鹽巖遭受風化剝蝕，在濕熱的氣候條件下，礦區內地殼較長時間的平穩隆起使溶解風化作用形成了范圍寬廣的巖溶準平原和在地表上堆積富含鋁土質的紅土風化殼。晚二疊世末初期，地殼緩慢下降，海水入侵，這種富含鋁土質的溶蝕堆積物在海侵過程中形成二疊統合山組底部的古風化殼型鋁土礦。在新生代的表生條件下，遭受長期性的巖溶作用和紅土化作用，使原生鋁土礦剝蝕、崩落、遷移，同碳酸鹽巖的溶蝕殘留物堆積于巖溶空間并經改造而成堆積型鋁土礦床。

2 礦體地質特征

2.1 礦體及礦石特征

礦區共圈定堆積鋁土礦體40個，礦體規模大小不一，儲量相差懸殊，最大礦體儲量415.46萬噸，最小礦體儲量1.93萬噸。堆積礦體出露標高689～1014m之間的堆積紅土層中,有兩層礦或兩層以上的井探工程67個，占勘探區見礦井數的5.7%,且分布零星，其余均為一層礦。礦體的形態、產狀受其所處的含礦洼地形態所控制。平面形態復雜多樣，規模較大者多呈不規則的長條帶狀、長條枝叉狀、環帶狀，規模較小的呈長條狀、橢圓狀；鋁土礦多為不規則形狀，例如緩傾斜階梯狀、分層狀、正方體狀、多邊形狀。鋁土礦的形狀受基底灰巖侵蝕面地形控制，傾角稍大于地形坡度。縱向礦體傾角較緩，一般0～10°，局部11°～15°。橫向礦體傾角變化較大，各處不一。

那甲礦段鋁土礦石最主要的結構類型為砂狀結構和豆鮞狀結構。砂狀結構：呈灰黑色、深灰色，新鮮斷面較為粗糙，似砂巖或粉砂巖狀；硬水鋁石多呈他形粒狀，粒徑0.11～0.3m,粗粒、中粒至細粒均有；經重結晶長大后的晶體表面較干凈，（010）解理完全；在砂狀結構中也含有少量鮞粒。豆鮞狀結構是外形呈球形或橢圓形，大小如豆粒、鮞粒，部分為扁平狀，直徑大小不一。礦石的構造主要為塊狀構造。塊狀構造特點是組成礦石的晶體、顆粒或豆鮞狀等排列無規律、無方向性，塊度在30～50cm以上，另外，在塊狀礦石中若有較多的小孔或小洞出現時，此時稱之為多孔狀構造。

圖1 堆積鋁土礦紅土層柱狀示意圖[2]

鋁土礦石主要由鋁礦物（Al2O3）、鐵礦物（Fe2O3）、硅礦物（SiO2）及其它礦物組成。以一水硬鋁石為主，次為褐鐵礦、水云母、少量一水軟鋁石、三水鋁石。其它礦物有高嶺石、鮞綠泥石等。

各礦體主要化學組分：Al2O344.36%～66.33%，平均54.71%；Fe2O39.85%～30.11%，平均21.26%；SiO23.07%～14.38%，平均6.08%；灼失量10.02%～13.33%，平均12.19%；A/S 3.88～19.56，平均8.99%。

2.2 含礦巖系特征

那甲堆積鋁土礦分布在第四系紅更新統（QP）及全新統（Qh）紅土層中，主要分布于礦區的峰叢洼地和峰林谷地（洼地）之中，與下伏地層為角度不整合接觸。

①更新統（QP）：分布于不同海撥標高的巖溶洼地、谷地、槽谷及其相互連接的斜坡地帶。系由以墜積、坡積成因為主的粘土、鋁土礦、巖屑、鐵錳質結核組成的松散堆積層、是區內堆積鋁土礦的含礦層位，在剖面上，具有三元結構特征（圖1）。

a、上部粘土層：呈紅色、磚紅色、褐紅色或紅黃雜色。以粘土、砂質粘土為主，含少量粒徑小于3cm的鋁土礦石、鐵錳質結核（往下逐漸增多），質地疏松。厚0～13.5米,在植被發育地帶,頂部常出現厚0.5m左右的褐黃色、灰黑色含腐植粘土層。

b、中部鋁土礦層：多呈紫紅色、褐紅色或紅黃色，由大量鋁土礦、少量褐鐵礦碎屑和粘土組成。鋁土礦粒徑相差懸殊，一般直徑為1～10cm，少量大于30cm，個別大于100cm，多呈次棱角—棱角狀，常夾有少量粒徑在1cm以下呈半滾圓—滾圓狀粒屑，大小混雜。分選性差，為粘土所膠結。厚0～＞37.5米。一般3～9米。

c、下部粘土層：為褐黃色、黃紅色網紋狀粘土、含少量粒徑小于0.1～0.3cm滾圓狀鋁土礦、褐鐵礦碎屑。其下部多有一層厚0～2米灰白色、灰色、褐灰色粘土，在其與基巖接觸面上常有厚0.1～0.2米灰巖碎屑,整層厚度0～12.05米,不穩定。

鋁土礦層與其上下粘土層之間界線，一般都比較清晰，肉眼可以區分。鋁土礦層上部的紅色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；在保存較好而植被又比較發育地段，則在表層出現腐植層。鋁土礦層下部的褐黃色、紅黃色粘土層與基巖之間接觸界線多凹凸不平，在石芽發育地段則往往缺失，出現鋁土礦層直接堆積于基巖面之上。

②全新統（Qh）:分布于峰林谷地（洼地）之中，為近代河谷沖積、洪積層。由粘土、砂質粘土、小礫石、鐵錳結核及腐植質所組成，礫石磨圓度好，粒徑一般小于3cm，主要為褐鐵礦，少量鋁土巖。厚度變化大，分布面積廣，地形相對平緩開闊，往兩側緩坡多過度為更新統堆積區。

3 廣西德保縣那甲鋁土礦成礦規律

那甲礦區及其外圍,碳酸鹽巖大面積分布。晚第三世以來，該區在地殼總體隆起，新構造運動呈現周期性上升－穩定的背景下，經歷了多期的垂直－水平的巖溶作用過程，形成了多級不同標高的層狀溶洞和與其標高大致相當剝蝕堆積階梯；以及碳酸鹽巖分布區所特有的各種巖溶地貌形態。在這些不同標高（階梯）上的巖溶洼地、谷地（槽谷）及斜坡地帶的第四紀松散堆積物中的鋁土礦，其分布、形態、產狀受巖溶地貌形態的控制，其成礦過程與巖溶地貌的發展息息相關，具有明顯的成礦多期多階段性。對一個成礦期（即一個剝蝕－堆積階段）而言，其成礦過程可大致劃為三個階段（圖2）：

圖2 堆積鋁土礦成礦示意圖[3]

3.1 溶蝕－剝蝕階段

上二疊統底部的沉積型鋁土礦（即原生礦），是本區堆積鋁土礦唯一的礦源層。在區域地殼總體隆起、新構造運動呈周期性上升－穩定的背景下，當侵蝕基準面不斷下降，地表水往往沿著構造裂隙或巖層層面往下滲透并深入到原生礦層所在部位，成為活動性較強的地下水。這些地下水的活動從垂直運移開始，繼而向水平方向滲透擴展。

在地殼處于相對穩定，即在相對寧靜的環境時，地下水沿水平方向的活動逐步加強，使在其對所經過的碳酸鹽巖進行溶蝕的過程中，不斷奪取空間，在大致相同的標高上形成了相互連通的埋藏溶洞系統。在地下水對原生礦層及其周圍巖層進行溶蝕的同時，地面的侵蝕－剝蝕作用也在同步進行，其風化物主要以側向運移方式向低洼處堆積，或在水體中以懸浮狀態被帶走。

3.2 初始堆積成礦階段

在地殼繼續保持相對寧靜環境的情況下，地下水在水平方向上的活動進一步加強，對于水平方向發育的埋藏溶洞系統的溶蝕作用更加強烈，所奪取的空間也在不斷擴大，當其發展到極限時，原生礦及其上下盤巖層的平衡遭到破壞，進而發生崩解、坍塌，以機械破壞為主產生的礦塊、巖塊等碎屑物質向下墜落，就地或就近在適當部位堆積，形成了巖、礦混雜的初始堆積礦體[4]。

3.3 改造富集成礦階段

初始堆積礦體中的鋁土礦塊屑，含有大量的黃鐵礦，在富含CO2水溶液的作用下可產生豐富的硫酸根。這些富含CO2、SO42－的水溶液，具有很強的溶蝕能力，在其對礦體中的方解石、白云石、黃鐵礦、煤屑等礦物進行水解的過程中，硫、磷、鈣、鎂、硅等物質大量流失，Al2O3、Fe2O3則相對富集，形成了由鋁土礦、褐鐵礦、鋁土礦巖和鐵鋁質粘土組成的風化殘余物。這些風化物在爾后的氧化條件下進入紅土化作用過程。

化學上不穩定的碳酸鹽巖被溶解而就地或異地堆積，并逐漸泥化；化學上穩定，即難以溶解的鋁土礦、褐鐵礦等礦物則就地保存或就近再堆積在相對低洼地帶，成為現今所見的巖溶堆積鋁土礦層。

4 廣西德保縣那甲鋁土礦成礦的控制因素

4.1 礦源層控制因素

中二疊茅口組不整合面上的上二疊底部的原生鋁土礦石堆積鋁土礦的成礦物源，兩者關系密切，礦源層的分布、規模及礦石質量（包括非碳酸鹽巖的多少），控制了附近地段堆積礦體的分布、規模及礦石質量，一般呈正相關關系。

4.2 巖性控制因素

原生鋁土礦層的頂、底板必須有足夠厚的碳酸鹽巖，一是有利于巖溶作用的進行，形成榮礦場所；二是雜質摻合少，使鋁土礦碎屑聚集和化學風化富集成礦。

4.3 構造控制因素

構造運動促使區域巖石發生褶曲、斷裂、崩塌，致使礦源層裸露地表，經風化剝蝕和溶蝕作用成礦。此外，榮圩向斜構造的翼部，控制了礦源層和堆積礦床的分布；斷裂構造的組合與展布，控制了巖溶洼地和堆積礦層的分布及產狀形態。

4.4 氣候、地貌控制因素

礦區位于北回歸線附近，炎熱多雨的亞熱帶氣候有利于巖溶作用的發展，使原生鋁土礦在巖溶作用過程中重新堆積富集成礦。另外，巖溶洼地作為堆積鋁土礦層最終堆積場所，其分布、規模及形態控制了堆積礦體的分布、規模及形態展布。堆積礦層下部基巖侵蝕面的地形起伏控制礦層的產狀變化。

5 結語

那甲礦區堆積鋁土礦賦存于巖溶洼地、谷地中的紅土中，具有鋁含量高、鋁硅比高質量好等特點[5]。其成礦經歷了溶蝕－剝蝕、初始堆積成礦、改造富集成礦三個階段，成礦作用主要為巖溶作用和紅土化作用，成礦受礦源層、區域構造、巖性等因素控制，為巖溶堆積型鋁土礦床。