鋁土礦的成礦作用和成礦模式研究

靳 妙 杰

(山西省地球物理化學(xué)勘查院,山西 運(yùn)城 044004)

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鋁土礦的成礦作用和成礦模式研究

靳 妙 杰

(山西省地球物理化學(xué)勘查院,山西 運(yùn)城 044004)

介紹了基底灰?guī)r、泥巖及頁巖風(fēng)化成礦的作用，從前提條件、風(fēng)化侵蝕、外部環(huán)境等方面，分析了影響鋁土礦成礦的因素，并探討了鋁土礦的成礦模式，以促進(jìn)鋁土礦資源的合理有效開發(fā)。

鋁土礦，成礦作用，成礦模式，基底灰?guī)r，泥巖

成礦模式和成礦作用是由多種原因造成的，泥巖、頁巖風(fēng)化、基底灰?guī)r風(fēng)化都是鋁土礦成礦作用的構(gòu)成部分，本文將以山西省鋁土礦為例進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)化作用能夠使頁巖和泥巖形成含有鋁的碎屑，在地表活動的作用下，在湖泊、洼地以及河道等環(huán)境中進(jìn)行富集，經(jīng)過沉積形成鋁土礦。

1 鋁土礦成礦作用相關(guān)內(nèi)容

1.1 基底灰?guī)r風(fēng)化成礦作用

鋁土礦礦體多呈透鏡狀、似層狀等產(chǎn)出，產(chǎn)出狀態(tài)必然和含礦巖系的實(shí)際情況密切相關(guān)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)兩者之間的關(guān)系為正相關(guān)關(guān)系[1]。但是因?yàn)槭艿狡渌傻V條件的影響，礦石的沉積厚度和最終表現(xiàn)出的特點(diǎn)存在一定的差異。自晚寒武世—中奧陶世以后，由于加里東運(yùn)動的影響，整個(gè)華北地臺上升為陸，當(dāng)時(shí)的氣候比較濕熱，古陸上碳酸鹽巖地層在濕熱環(huán)境下巖溶化發(fā)育形成巖溶洼地、谷地、溶斗等古地形，基底灰?guī)r是含礦巖系發(fā)育情況的主要影響因素之一，洼地就會成為成礦的主要位置。所以我們可以發(fā)現(xiàn)，以沉淀形式形成的鋁土礦大都分布在基底灰?guī)r以上位置。與此同時(shí)，在濕熱的環(huán)境下，自然界中的水在和大氣接觸的過程中對古陸地上高地的鋁硅酸鹽巖石及少量碳酸鹽巖產(chǎn)生強(qiáng)烈的物理、化學(xué)風(fēng)化的作用，加劇了巖層中黃鐵礦氧化的速度，進(jìn)而產(chǎn)生硫酸亞鐵，使水介質(zhì)呈現(xiàn)酸性，具有明顯酸性特質(zhì)的水在流過基底灰?guī)r的過程中，沿著紋理滲透直至最后出現(xiàn)溶蝕，最終形成臺地。在基底灰?guī)r溶解的過程中會產(chǎn)生極少量的成礦物質(zhì)，正是因?yàn)閿?shù)量很少所以十分容易跟著水流被沖走。基底灰?guī)r的溶解作用并不是鋁土礦的成礦作用，但是它能夠?yàn)殇X土礦的成礦提供絕對優(yōu)越的外部條件[2]。

1.2 泥巖及頁巖風(fēng)化成礦作用

區(qū)域成礦母巖為海相頁巖和泥巖，水云母則是關(guān)鍵的礦物成分，實(shí)際含量甚至已經(jīng)達(dá)到了90%，而Al2O3的含量也已經(jīng)達(dá)到了29.3%。區(qū)域內(nèi)的其他成分含量如表1所示,根據(jù)成分表顯示，在此區(qū)域內(nèi)具備良好的成礦物質(zhì)基礎(chǔ)。

表1 山西省鋁土礦泥巖和頁巖基本成分含量

經(jīng)歷過風(fēng)化作用的泥巖、頁巖，會在環(huán)境相對濕熱的狀態(tài)下發(fā)生水解作用，在地表氧化作用下巖石的表面會形成比較堅(jiān)硬的風(fēng)化殼，在這種作用的持續(xù)進(jìn)行中，本來比較堅(jiān)硬的風(fēng)化殼會不斷變得松散，使地表水更容易滲入其中。地表水中含有大量的氫氧離子和氫離子，水云母中的鉀離子則會被氫離子所取代，進(jìn)而破壞水云母結(jié)構(gòu)，最后大都形成高嶺石或者多水高嶺石。

SiO2多以溶膠質(zhì)形式存在，大部分會被水流帶走。此種狀態(tài)下水介質(zhì)往往呈現(xiàn)出較明顯的堿性，使SiO2攜出的幾率大大增加，從而使鋁硅比例間接得到提高。與此同時(shí)基巖的風(fēng)化具備下弱上強(qiáng)的特點(diǎn)，所以高嶺石也大都分布在淺層位置，頁巖和泥巖最終成為了高嶺石的粘土巖，其中所含有的礦物成分本質(zhì)已經(jīng)發(fā)生根本變化。另外，高嶺石在相同的外界環(huán)境下，會進(jìn)行進(jìn)一步的水解。

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果顯示，SiO2在弱酸性的環(huán)境下溶解度為最高，甚至要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Al2O3的溶解度。因此如果排水條件為一定狀態(tài)，硅和鋁之間的分離會在弱酸性水的條件下加速分離，這樣因?yàn)槿芙馑a(chǎn)生的硅會被水流帶走，而鋁則能夠聚集在一起。同時(shí)，在原巖中高嶺石水解也會影響到黃鐵礦的成礦。如果氧化條件適宜，黃鐵礦就會進(jìn)行解體反應(yīng)，最終產(chǎn)生一定的硫酸和硫酸亞鐵。根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高嶺石在采用硫酸溶液進(jìn)行溶解的過程中，硅化物的溶解速度甚至達(dá)到Al2O3溶解度的12倍。根據(jù)上述礦物演化過程，發(fā)現(xiàn)不同的影響因素不僅僅是并行存在的狀態(tài)，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)因地制宜的目的。

2 鋁土礦的成礦因素內(nèi)容

2.1 成礦的前提條件

從中奧陶世晚期一直到晚石炭世早期，地殼下降接受相應(yīng)的沉積，這期間大約經(jīng)歷了一億五千年的地質(zhì)變化時(shí)期?；鶐r在整個(gè)過程中受到風(fēng)化侵蝕作用，并且長期處于溫暖潮濕的環(huán)境中。根據(jù)薩帕日尼科夫研究結(jié)果表述，鋁土礦和高嶺石帶的溫度一般是在20 ℃～30 ℃左右，年降雨量則是在85 mL～200 mL。而山西省的土礦區(qū)平均氣溫則處于29.6 ℃～32.4 ℃之間。碳酸鹽巖和古老的結(jié)晶巖石都是從鈣紅土化和紅土化的作用下產(chǎn)生的，這也為鋁土礦的成礦奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 受到風(fēng)化侵蝕影響

古地貌因?yàn)殚L期受到了風(fēng)化侵蝕作用，所以呈現(xiàn)出準(zhǔn)平原化狀態(tài)?；靥妓猁}巖更是在比較適合的氣候環(huán)境下，形成大小不一的巖溶凹地，也使得鋁土礦沉積具備了較好的外部場所。

2.3 外部環(huán)境變化

風(fēng)化殼中的鋁在氧化環(huán)境中，其活潑性比較低，因此很容易發(fā)生沉積現(xiàn)象，也只有在氣候條件比較濕熱或者水中含有大量的有機(jī)質(zhì)時(shí)，氧化鋁在水中以懸浮物狀態(tài)呈現(xiàn)，促進(jìn)鋁質(zhì)巖的破壞。

海侵初期，地殼處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，其攜帶的水體介質(zhì)，如硅、鋁和鐵等在進(jìn)入到盆地之后，運(yùn)動速度逐漸下降。因?yàn)槭艿交靥妓猁}的影響，所以水介質(zhì)也會呈現(xiàn)出弱堿性，pH值介于7～7.8之間[3]。海水在低硫和低氧等環(huán)境下，使海水中的介質(zhì)、膠體物、懸浮物等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而沉積形成粘土礦、鋁質(zhì)巖和鋁土礦。

3 鋁土礦成礦模式相關(guān)內(nèi)容

成礦模式一般需要采用比較簡單的文字或者數(shù)學(xué)公式、圖表等對礦床的控礦因素、地質(zhì)特征和礦化的標(biāo)志進(jìn)行相應(yīng)的理論概括和高度綜合概括。成礦模式根據(jù)自身的性質(zhì)可以分為成因模式、品位—數(shù)量模式和存在模式。本文主要是從鋁土礦的成因模式進(jìn)行分析。

結(jié)合山西省鋁土礦礦區(qū)的實(shí)際情況，再綜合考慮到礦區(qū)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、自然因素等對成礦作用進(jìn)行分析，可以得出山西省鋁土礦礦區(qū)的成礦模式圖。本模式圖是根據(jù)不同的地質(zhì)階段以及剖面進(jìn)行創(chuàng)建的，能夠直觀的表達(dá)出山西省鋁土礦礦區(qū)各個(gè)階段成礦的過程。因?yàn)榈V區(qū)含礦巖系沉積基底經(jīng)歷了比較長時(shí)間的風(fēng)化侵蝕作用，而且在初期的風(fēng)化效果并不明顯，所以并未產(chǎn)生沉積和拌勻作用。在巖層的沉積初期階段，對于成熟度比較低的含礦巖系需要在下層轉(zhuǎn)變?yōu)檎惩翈r之后才展開后期的沉積作用。圖1為山西省鋁土礦成礦模式示意圖。

4 結(jié)語

鋁土礦的成礦原因和影響因素種類繁多，不同地區(qū)的鋁土礦的成礦模式和原因存在一定的差異性，但是都離不開頁巖、泥巖和基底灰?guī)r的存在。在本文中筆者以山西省鋁土礦為例，對其成礦作用和影響因素進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)開展針對性的鋁土礦成礦模式分析。眾所周知，分析成礦作用和成礦模式能夠?yàn)檎业V提供更加可靠的理論依據(jù)，從而提高尋找鋁土礦的準(zhǔn)確度和效率，促進(jìn)鋁土礦資源的合理有效開發(fā)。

[1] 胡 旭,周安樂,李城茂.鋁土礦的成礦作用及成礦模式[J].資源信息與工程,2016(4):9,11.

[2] 張文旭,馬騰飛.淺談山西省沉積型鋁土礦的成礦模式[J].華北國土資源,2013(5):119-120，123.

[3] 陳 冬.延邊天寶山銅—鉛—鋅—鉬多金屬礦床的成礦作用與成礦模式研究[D].長春：吉林大學(xué),2009.

Study on bauxite mineralization and metallogenic model

Jin Miaojie

(ShanxiInstituteofGeophysics&GeochemicalSurvey,Yuncheng044004,China)

The paper introduces underlying limestone, mudstone and shale weathering mineralization, analyzes factors influencing bauxite mineralization from aspects of primary conditions, weathering erosion and external environment, and explores bauxite metallogenic model, with a view to promote effect development of bauxite resources.

bauxite, mineralization, metallogenic model, underlying limestone, mudstone

1009-6825(2017)13-0070-03

2017-02-21

靳妙杰(1986- )，男，助理工程師

TD862.5

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