晉西南地區鋁土礦地球化學特征及成礦地質環境分析

（山西省第三地質工程勘察院，山西 晉中 030620）

鋁土礦不僅可以提煉出鋁、鎵與稀土元素等重要原料，還可以用作高鋁水泥、研磨材料、耐水材料的原材料。因為鋁土礦的用途十分廣泛，所以使得鋁土礦在國民生產活動中具有重要的地位。在鋁土礦中，鋁礦物主要為硬水鋁石、軟水鋁石與三水鋁石。在近10年的時間里，我國對鋁的需求成急速增長的趨勢，其中有高達50%的氧化鋁需要依賴從其他國家進口。

對于我國來講，金屬鋁的提煉是鋁土礦最重要的用途之一，因此鋁是具戰略意義的金屬[1]。必須加強中國鋁土礦地球化學特征、巖石礦物學特征、物源、成礦環境、成礦時代、成礦作用等方面的研究工作，并且提高對高品位、大型鋁土礦礦床形成的理論認識水平，也有助于加快鋁土礦資源勘查，為中國鋁工業的發展提供資源保障，這樣中國就可以解決鋁土礦資源受控于國外的困境問題。

1 探究晉西南地區鋁土礦地球化學特征

1.1 鋁土礦的成因

針對上述問題，以晉西南地區鋁土礦為例，探究其地球化學特征，經過探測發現，這一地區的鋁土礦中碳酸鹽巖的元素富集程度要高于碎屑巖，這表明該地區有利于鋁土礦成礦的主要容礦巖石為碳酸鹽巖。礦區地層中有豐富的鋁、Ti、Ga、Ni、Cd等成礦物質。因為鋁具有強烈的親硫性并極易形成含硫化合物，所以在基地巖石中，鋁以硫化物形式存在，又由于硫化物與硫酸鹽的形成受溫度、ph值、氧逸度、總硫濃度等參數決定[2]。所以結合同位素的平衡溫度和推斷溶液的含硫同位素來實現同位素特征的測定。經過研究硫同位素發現該礦硫化物的含量占比分散，所以認為形成鋁土礦的主要成因是沉積。金屬礦成因需要大量還原硫的沉積，而還原硫主要通過熱液中硫酸鹽和有機質發生還原反應。

有機質吸附的金屬元素如鋁、鈦、Ni等，與有機絡合基發生絡合物分解或氧化還原的反應產生有機金屬絡合物，形成難溶硫化物沉淀，這樣可以使更多的金屬元素保留下來。在熱還原反應過程中不僅提供了反應所需的還原硫，還產生大量的熱能，有助于加速有機質的分解和硫化物沉淀。

1.2 鋁土礦的組成

經過探測，晉西南地區鋁土礦下伏地層有奧陶系馬家溝組灰巖組成。奧陶系馬家溝組灰巖因與含礦巖系直接接觸，且鋁土礦三大類型之一的巖溶型鋁土礦是碳酸鹽巖提供的，所以奧陶系馬家溝組灰巖為鋁土礦的物源之一。本溪組頁巖因含鋁量高，且地層厚度較大，所以認為是鋁土礦在成礦過程中提供了成礦物質的巖石。

在相同條件下，本溪組泥頁巖至鋁土礦鋁富集只需鋁3.58倍，鈦3.82倍，鎵4.28倍，奧陶系灰巖則需富集鋁66倍，鈦103倍，鎵42倍，對照Zr-Cr-Ga圖解與稀土元素配分模式、穩定元素、稀土元素配分比率上可以得出結論：鋁土礦的物源為本溪組頁巖。

2 分析成礦地質環境

鋁土礦在成礦時間、空間以及氣候等方面都有不同的特點，以下就其這三個方面逐一進行分析。

2.1 從時間上分析

大地構造發展期的某一個階段都對應著鋁土礦的每個成礦期，所以每個階段成礦特征都有所區別。最重要的是成礦期，其表現特征為以酸性、中酸性巖漿的侵入和噴溢。成巖成礦作用分為早晚兩個時期，構成了成礦與擠壓、伸展的構造背景。極個別地質構造較為復雜的區域，在多期次、多旋回的構造及巖漿活動與成礦作用下，形成的成礦帶富含多個重要的多金屬。

2.2 從空間上分析

從空間角度分析，鋁土礦礦床的成礦分區多呈現出“塊”、“帶”的排布，塊體邊緣都存在深斷裂帶聚礦物質，分帶沿前陸推覆沖斷帶“向洋”[3]。鋁土礦的形成環境屬整體低能而局部相對高能。這一地區的鋁土礦可分為致密、半土、鮞狀、碎屑四種自然類型結構，四種不同類型鋁土礦具有不同的環境意義。致密狀鋁土礦表示其處于低能環境狀態下，而碎屑與鮞狀鋁土礦形成于沉積環境中相對高能的位置狀態，半土狀鋁土礦是強淋濾作用下由其余類型礦石轉化而來的，在不同類型礦石的組合分布特征中，可以識別鋁土礦的不同沉積環境。

2.3 從氣候上分析

雨天最適宜鋁土礦進行淋濾作用。淋濾作用指的是由雨水引發的脫硅排鐵作用，在排水條件良好且淋濾條件十分有利的時，鋁土礦會直接發生紅土化作用[4]，在成礦過程中提供了成礦物質的鋁硅酸鹽礦物直接轉變成氧化鋁礦物。在排水條件不是非常好的情況下，鋁硅酸鹽礦物則發生間接成礦作用，先轉變成粘土礦物，再轉變成氧化鋁礦物。紅土化作用可以改變鋁土礦的礦物成分、組合、品位、厚度等。鋁土礦脫硅排鐵的關鍵是地下水的垂向與側向移動，一個決定性的因素是大量的滲流雨水活動。在模擬鋁土礦的搬運、對流、分散模式時，得到的結果與實際剖面大體吻合。所以地下水系統直接影響淋濾作用的效果，季節性的變動會直接影響淋濾作用于鋁土礦層的厚度、品質、礦物組合，使其結果發生改變。

3 結語

相比于國際鋁土礦的研究，中國對鋁土礦研究起步較晚，研究者們經過幾代的持續工作研究，在很多方面的研究都有較大進展，例如在礦床成因方面、物質組成方面等，目前的問題在于，成礦過程較為復雜，使得研究難度增加，并且在成礦方式、物質來源等方面研究者們也存在諸多爭議。本文闡述了晉西南地區鋁土礦地球化學特征及成礦地質環境的一部分研究內容，但是在物質組成、成礦過程與找礦標志方面仍然需要進一步深入研究。