滇東南文山地區與桂西平果地區鋁土礦品位差異原因分析*

陳茂昇，楊海林

(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093)

0 引言

文山州是云南省鋁土礦資源較豐富的地區之一，該地區二疊紀形成的鋁土礦主要賦存于晚二疊吳家坪期形成的龍潭組、吳家坪組地層中。平果位于廣西省百色市，地處桂西，百色市與文山州相接，二疊紀形成的鋁土礦主要賦存于晚二疊龍潭組或合山組地層中。

雖然兩地鋁土礦賦存地層時期相當，但桂西平果地區的鋁土礦Al2O3含量明顯高于滇東南一帶。由于晚二疊時期，平果地區與文山地區處于同一沉積盆地——右江盆地中[1]，該盆地位于南華洋盆南部。平果地區位于右江盆地中部偏南東方向，文山地區位于右江盆地西部。龍潭組與吳家坪組為晚二疊同期異相地層。合山組形成于晚二疊世的吳家坪期至長興期，與龍潭組為同期異相地層，且鋁土礦多存在于合山組下部[2]。故本文將處于滇東南的文山州龍潭組、吳家坪組與桂西地區的龍潭組、合山組進行對比，從巖相古地理角度分析造成兩地鋁土礦品位差異的原因。

1 區域地質

1.1 區域構造

1.1.1 文山州區域地質

該區域位于揚子準地臺的西南緣，是該構造單元的組成部分，西南面與哀牢山斷塊毗鄰，其構造單元屬華南褶皺系的滇東南褶皺帶，文山-富寧褶斷束，為越北古陸邊緣坳陷帶，地殼運動以升降運動為主[3](見圖1)。

圖1 滇東南構造分區(簡圖，據文獻[1])

由于本區地跨多個構造單元，沉積建造在時間和空間上比較復雜。中二疊世晚期，本區隆起為陸，發生沉積間斷，區內大部分地段的下二疊統地層遭受強烈剝蝕，局部甚至剝蝕殆盡，導致上二疊統龍潭組與下伏石炭紀地層呈不整合接觸[1]。該地層因長時間暴露而被風化，風化產物在古巖溶作用下，形成紅土化風化殼，為上二疊統原生沉積鋁土礦床的形成提供了物質條件。上二疊統-三疊系為一套厚度不大的碳酸鹽建造和砂泥質建造。

1.1.2 桂西區域地質

平果位于右江褶皺斷裂帶的中部，褶皺斷裂構造發育。斷裂以右江大斷裂為主，并發育許多次級斷裂(見圖2)。

圖2 平果礦區地理位置及構造位置(據文獻[4])

出露地層有晚古生界地層，三疊系地層與新生代地層。除第四系為陸相外，其余地層均為淺海相碳酸鹽巖及碎屑巖沉積。鋁土礦所賦存的上二疊統地層與其下伏中二疊統茅口組呈平行不整合接觸。

1.2 區域地層

1.2.1 滇東南地層

滇東南沉積型鋁土礦的含礦地層為上二疊統龍潭組，下伏地層主要為下石炭大塘組或上石炭威寧組。

二疊系：龍潭組分為上下兩段。上段為灰色、灰白色薄層狀硅質巖，局部見厚度不等的煤層；下段為紫紅色、灰綠色、灰色致密塊狀鋁土礦(鋁土巖)，局部夾灰黑色薄至中層狀灰巖，含有化石。

吳家坪組：該組為濱-淺海臺地相沉積，下部為黃褐色、棕紅色鋁土巖和鋁土質泥巖；中上部為深灰、灰黑色中-薄層灰巖、泥灰巖、生物灰巖、白云質灰巖，局部夾硅巖。下與峨眉山玄武巖平行不整合或超覆于下層灰巖層之上，與上二疊統龍潭組為同期異相，主要分布于廣南、板茂、麻栗坡鐵廠及富寧等地(見圖3)。

圖3 滇東南及桂西平果含鋁巖段對比

1.2.2 桂西平果地區地層

沉積型鋁土礦主要賦存于上二疊統合山組中，合山組為潮平潟湖、沼澤(或泥炭坪)與孤立臺地相沉積的交替組合[2]。

二疊系：茅口組地層為厚層-塊狀淺灰色、灰白色生物屑灰巖、白云質灰巖，細晶-中晶，部分地段底部夾一層厚層狀白云巖[4]。

合山組地層上段為淺色灰巖層及巨厚層狀鮞粒灰巖，下段為鋁土礦含礦地層、頁巖夾煤層、生物碎屑灰巖及白云巖，與茅口組為不整合接觸。

2 沉積相劃分及特征

通過對剖面及地質資料的分析，根據巖性組合、沉積構造等特征得出滇東南地區上二疊統地層的沉積型鋁土礦相帶總體具有開闊臺地相特點，屬局限淺海穩定沉積環境。桂西地區由于臺地區域性抬升、暴露、剝蝕風化，造成上二疊統底部廣布古風化殼。吳家坪初期在溫濕氣候條件下海侵，沉積了潮平潟湖或泥炭坪的泥質、灰泥質、鋁鐵質及含煤建造。滇東南和桂西沉積相分別見表1、表2。

表1 滇東南沉積相分類

表2 桂西沉積相分類

2.1 濱淺海環境

2.1.1 半閉塞臺地

半閉塞臺地相沉積(局限淺海)分布于文山一帶。外側為開闊臺地，內側為濱海帶，北與羅平臺盆相鄰。僅局部地區發育小規模沼澤。水體循環受一定限制，水動力較弱，沉積物以泥質灰巖、白云巖、頁巖為主，含少量泥質粉砂巖、硅質巖，底部吳家坪組含鋁土礦層[3]。

2.1.2 開闊臺地

開闊臺地相沉積(局限淺海)硯山-富寧地區海水與外海連通，水體能量中等，灰巖占巖石總量的80%以上，主要由灰色泥晶灰巖、微晶灰巖、生物屑灰巖、骨屑灰巖、鮞?；規r組成，底部吳家坪組為粉砂質泥巖，鐵鋁質泥巖及鋁土巖。以大量正常海相化石類、有孔蟲、腕足類、海綿、珊瑚、雙殼類、腹足類、藻類等為特征，沼澤基本不發育，僅個別點(如硯山干河)形成小規模沼澤，所形成的煤層薄、分布范圍小[3]。

潮坪相帶外側由于經常受海水浸漫，對沼澤發育不利。

2.1.3 孤立陸棚臺地

桂西一帶主要為有島嶼的孤立陸棚臺地，島嶼主要為大新古島，該島主要遭受化學風化，為周圍臺地的沉積提供細粒陸源物質[2]。

臺緣礁灘亞相多沿臺地呈不連續帶狀分布，水動力較強。

臺緣后側潟湖亞相分布于臺緣礁灘相與大新古島之間的區域，古風化殼之上的含鋁地層巖性為鋁土巖、鋁土質黏土巖、泥質巖。

2.2 淺海-深海環境

2.2.1 臺盆

廣南那梭臺盆和富寧以東的臺盆，水體滯流，沉積物供給不充分，厚度一般為50 m，最厚達200 m，以凝灰巖、硅質泥巖、放射蟲硅質巖、粉砂巖為主，富寧以東局部夾結晶灰巖和玄武巖，為補償不足型臺盆。臺盆中多以浮游生物為主，邊緣局部淺水區有底棲生物，如有孔蟲、棘皮類、介形蟲、腕足類、藻類等。

臺盆邊緣礁灘相沉積廣南一帶有大量的藻屑、藻結核、海綿、珊瑚等聚集，由此形成了生物礁灰巖、塊灘灰巖、層灘灰巖，并構成一帶狀礁、灘，對那梭臺盆起一定的障壁作用。

2.2.2 淺水-半深水盆地

吳家坪期盆地差異不大，盆地內發育火山運動，主要有硅質巖、硅泥質巖、火山碎屑濁積巖等，廣西北西向盆地以中-基性火山巖及火山碎屑巖為主。

至長興期盆地規模增大，此時期桂西地區已發育為深水盆地，平果縣所在的百色地區中基性火山巖最盛。在臺地邊緣發育有潛水盆地沉積組合，與半深水-深水盆地為過渡關系[2]。

3 含礦地層的地化特征與示蹤

本次對丘北的架木格、飛尺角、古城等礦區，文山的天生橋-者五舍礦區、楊柳井礦區，廣南砂子塘礦區及桂西平果地區的含礦巖系主、微量元素及稀土元素進行整理，共得數據40組，巖性為鋁土礦、鐵鋁質巖、鋁質黏土巖的數據37組，另取2組玄武巖數據、1組灰巖數據。

3.1 主量元素對比

主量元素在沉積巖中的應用主要為海陸沉積相的劃分，古氧化還原環境的判別，古氣候、古水深及物源的地球化學示蹤。

對比主量元素的質量分數可知：平果那豆礦區Al2O3的質量分數明顯比云南文山地區的高；鐵元素質量分數與文山鋁土礦相比較低，TFeO質量分數為6.36%～0.13%，平均為1.81%；TiO2質量分數也較文山鋁土礦的低。

6個鋁土礦礦區中鋁土礦的SiO2、Na2O與K2O的質量分數顯示滇東南與桂西地區的鋁土礦均為島弧沉積(見圖4)。與滇東南地區鋁土礦相比，平果那豆礦區鋁土礦中鐵的質量分數較低，TFeO質量分數平均值為1.81%。

圖4 研究區鋁土礦ω(Na2O+K2O)與ω(SiO2)的對應關系

根據ω(MgO)/ω(CaO)可以判斷沉積物沉積時的氣候環境[5-6]。在炎熱干旱的氣候下該值較高，在溫暖濕潤的氣候下該值較低[7-8]。由6個礦區的ω(MgO)/ω(CaO)(見圖5)可以看出，平果地區的氣候相對文山較干熱，鋁土礦品質或與氣候有關。

圖5 各礦區的ω(MgO)/ω(CaO)

由ω(Mg)/ω(Ca)(見圖6)可以看出：該值與ω(Mg)/ω(Ca)總體對應，顯示砂子塘至那豆一帶氣候較文山其他礦區干熱；砂子塘礦區ω(Mg)/ω(Ca)最接近那豆礦區，且鋁土礦品位高于文山地區其他礦區。

圖6 各礦區的ω(Mg)/ω(Ca)

3.2 微量元素

3.2.1 比值法

鈾與釷兩種元素在風化過程中表面氧化后易分離，其中，鈾元素易被氧化淋濾掉，而釷元素則容易吸附在黏土礦物上。因此，該比值常被用來判斷水介質的性質[9-11]。

砂子塘與飛尺角礦區的鋁土礦ω(Th)/ω(U)有較高的值，在1.98～8.65。文山地區的4個礦區的ω(Th)/ω(U)在1.01～8.65，總體為海陸過渡環境；而那豆礦區的ω(Th)/ω(U)較低，為海相至海陸過渡環境。

3.2.2 沉積環境的氧化還原條件

對于沉積環境的氧化還原條件的判斷，常用ω(U)/ω(Th)、ω(V)/ω(Ni)、ω(V)/ω(V+Ni)、ω(V)/ω(Cr)、ω(Ni)/ω(Co)、δ(Eu)與δ(Ce)等進行判斷[7,12-14]，判別標準見表3。

表3 氧化還原環境判斷標準

滇東南地區的ω(V)/ω(Cr)為0.25～3.25，11個樣品為還原環境，12個樣品為氧化環境；平果那豆礦區樣品均為氧化沉積環境。由ω(Ni)/ω(Co)可知，滇東南文山地區14個樣品為氧化環境，9個樣品為還原環境；那豆礦區均為氧化沉積環境。由ω(U)/ω(Th)可知，文山地區與那豆礦區絕大多數為氧化環境，極少數為還原環境(見圖7)。從微量元素的數據來看，滇東南文山地區的鋁土礦沉積環境多為氧化環境，部分地區為貧氧環境。而平果地區則氧氣充足，氧化反應進行得比文山地區好，故鋁土礦品質較好。

圖7 研究區鋁土礦微量元素分析

3.2.3 鋁土礦物源分析

礦區微量元素蛛網圖如圖8、圖9所示。由圖8可知，平果那豆礦區鋁土礦主要來源為海南五指山花崗巖，部分來自下伏碎屑巖。由圖9可知：砂子塘礦區鋁土礦物源主要以下伏灰巖為主，峨眉山玄武巖為次要物質來源；文山其他礦區主要物源為玄武巖，灰巖為次要物質來源。

圖8 平果那豆鋁土礦與海南五指山花崗巖微量元素蛛網圖

圖9 文山各礦區微量元素蛛網圖

3.3 稀土元素

砂子塘地區鋁土礦稀土質量分數總體較高，為721.52×10-6～1 491.27×10-6，平均為1 036.95×10-6；輕稀土質量分數為484.93×10-6～946.47×10-6，平均為709.82×10-6；重稀土質量分數為82.56×10-6～148.30×10-6，平均為112.05×10-6，重稀土質量分數中等。古城礦區的鋁土礦稀土質量分數與砂子塘地區相似，輕稀土質量分數較高，平均為543.67×10-6；重稀土質量分數一般，平均為80.88×10-6。文山其他礦區的鋁土礦輕稀土較砂子塘礦區、古城礦區低，鋁土礦品質也較差。架木格地區的鋁土礦顯示出Eu的正異常，表明該地區在晚二疊世為還原環境。重輕稀土分餾程度不等，輕稀土元素與重稀土元素的質量分數之比為1.43～14.61，平均為6.70。

平果地區鋁土礦中稀土質量分數較低，為63.60×10-6～704.90×10-6，平均為281.77×10-6。輕稀土質量分數為54.60×10-6～630.20×10-6，平均為239×10-6；重稀土元素質量分數較低，為9.04×10-6～74.67×10-6，平均為42.73×10-6。重輕稀土分餾程度不等，輕稀土元素與重稀土元素的質量分數之比為2.98～8.44，平均為5.50。Eu的負異常表示該地區為富氧沉積環境。

3.4 討論

從主量元素含量來看，平果地區在晚二疊世的沉積環境中，溫度較文山地區高，風化作用好。微量元素含量顯示，文山地區在鋁土礦沉積環境中有氧化環境也有還原環境，而平果地區的鋁土礦沉積環境均為氧化環境，這有利于鋁土礦的形成。在稀土元素的分配中，平果地區的鋁土礦稀土元素分配與海南五指山花崗巖相似，海南五指山花崗巖形成于早二疊世，地理位置與桂西地區相鄰，在時間與空間上均存在可能性。

4 結論

a.云南文山地區與桂西平果地區的鋁土礦分布規律為由文山向平果地區方向品位逐漸升高。在參與對比的礦區中，平果礦區的鋁土礦品位最高。在文山地區中，與桂西平果地區相距最近的砂子塘礦區鋁土礦品位最高。

b.云南文山地區的鋁土礦與平果地區鋁土礦品位存在較大差異的原因可能是：①平果地區沉積環境全部為氧化環境，而文山地區既有氧化環境又有還原環境，完全處于氧化環境下的平果地區更容易形成高品位鋁土礦；②平果地區在晚二疊世的環境下，溫度相對文山地區高，有利于風化作用和氧化作用的進行；③文山地區的物源主要為峨眉山玄武巖與下伏灰巖，而平果地區的物源為海南五指山花崗巖，物源不同導致了鋁土礦的品位差異。