貴州后槽鋁土礦古巖溶地貌控礦作用及找礦意義

劉旭，姬勝源，翁申富，趙爽

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局106地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000；2.貴州省油氣勘查開發(fā)工程研究院，貴陽 550081)

0 引言

后槽鋁土礦是黔中遵義式古風(fēng)化殼沉積型鋁土礦的重要組成部分，共獲資源量超過1600×104t，屬于中型鋁土礦。礦體產(chǎn)出特征受古巖溶地貌控制，古巖溶洼地內(nèi)發(fā)育的鋁土礦是整個礦床的主體，礦體厚度與礦石質(zhì)量俱佳。然而，后槽地區(qū)星羅棋布地分布著大小各異、深淺不等的溶洼、溶坑及溶溝數(shù)十個，礦產(chǎn)勘查卻發(fā)現(xiàn)在古巖溶洼地中的鋁土礦品位、厚度等存在一定差異。古巖溶洼地微地貌對鋁土礦的控礦作用還需要進(jìn)一步約束。

本文以后槽地區(qū)四輪碑礦段為研究對象開展鋁土礦微地貌研究，并通過編制含鋁巖系等厚曲線圖，剖析古巖溶地貌中鋁土礦含礦巖系的發(fā)育特征、古巖溶地貌與含鋁巖系厚度的關(guān)系，進(jìn)而討論對鋁土礦體的控制作用，建立古巖溶地貌與鋁土礦耦合關(guān)系，力圖為后槽地區(qū)鋁土礦找礦勘探工作提供幫助。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 貴州省大地構(gòu)造單元(據(jù)《中國礦產(chǎn)志(貴州卷》，2018)Fig.1 Map showing geotectonic units in Guizhou province1.一級構(gòu)造單元界線；2.二級構(gòu)造單元界線；3.三級構(gòu)造單元界線；4.上揚(yáng)子陸塊；5.下?lián)P子陸塊；6.上揚(yáng)子北緣活動帶；7.四川中生代前陸盆地；8.鄂湘渝黔前陸褶斷沖斷帶；9.江南加里東造山帶；10.南盤江—右江印支造山帶；11.淥滇隆褶帶；12.貴州省鋁土礦分布范圍

后槽地區(qū)在大地構(gòu)造位置上屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺黔中早古拱斷褶束的東北隅[11](圖1)，在成礦區(qū)帶劃分中屬于黔中鋁土礦成礦帶播州—息烽—甕安早石炭世維憲中晚期鋁土礦成礦亞帶。

區(qū)域內(nèi)地層以寒武系和奧陶系分布最廣，主要巖性以白云巖為主，由老至新依次為寒武系婁山關(guān)組，奧陶系桐梓組、紅花園組、湄潭組，石炭系九架爐組，二疊系梁山組、棲霞組、茅口組及第四系。下石炭統(tǒng)九架爐組屬于大陸相的內(nèi)陸湖盆沉積建造，為鋁土礦含礦層位。在晚石炭世至早二疊世期間，黔中地區(qū)在準(zhǔn)平原化作用下形成喀斯特準(zhǔn)平原地貌，為含鋁物質(zhì)的堆積提供存儲空間，湖沼環(huán)境為含鋁物質(zhì)的富集成礦提供了古環(huán)境條件[5]。

后槽地區(qū)區(qū)域上地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，NE向構(gòu)造行跡為其主要特征(圖2)。褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造均較發(fā)育。褶皺主要為NNE至NE向的團(tuán)溪尚稽場向斜、三岔河向斜及流水坪背斜和后壩場背斜，次為NE向的兩路口背斜、EW向的翁不龍背斜和石盆井向斜。斷層以NNE-NE向?yàn)橹?，例如老蒲場斷層、翁家壩斷層、團(tuán)溪長灘斷層和趕子場斷層，NNE-NE向次級斷層次之。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)出露地層由老至新依次為寒武系婁山關(guān)組白云巖，奧陶系下統(tǒng)桐梓組白云巖，下石炭統(tǒng)九架爐組碎屑巖，二疊系中統(tǒng)梁山組黏土巖、棲霞組灰?guī)r。區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造格架為兩路口復(fù)背斜。該復(fù)背斜呈NE-SW向展布，NW翼傾角較緩而SE翼地層傾角較陡；核部地層為婁山關(guān)組白云巖，兩翼地層為棲霞組灰?guī)r、九架爐組含礦巖系。區(qū)內(nèi)斷裂主要呈NE向發(fā)育在背斜的NW翼，亦有NW向、EW向等斷裂破壞礦體(圖3)。

目前我國學(xué)者著力探究大學(xué)生不合理信念與學(xué)生的生理和心理健康之間存在的聯(lián)系，并獲得了豐富的成果。但是針對不合理信念在學(xué)科教育層面中的研究明顯不足，尤其是像酒店管理這樣的潛力學(xué)科，在提升人才培養(yǎng)質(zhì)量方面表現(xiàn)出持續(xù)性的疲軟現(xiàn)象。

圖2 后槽鋁土礦區(qū)域構(gòu)造綱要圖Fig.2 Structural outline map of Houcao bauxite mine

圖3 后槽鋁土礦地質(zhì)圖Fig.3 Geological map of Houcao bauxite mine1.中二疊統(tǒng)棲霞組；2.下石炭統(tǒng)九架爐組；3.下奧陶統(tǒng)桐梓組；4.寒武系第三—第四統(tǒng)婁山關(guān)組；5.地質(zhì)界線；6.背斜；7.正斷層；8逆斷層；9.性質(zhì)不明斷層；10.地名

含礦巖系在不同剖面中的組合大致可分為“鋁土礦—黏土巖”和“黏土巖”兩類?！颁X土礦—黏土巖”型剖面頂部的風(fēng)化殼已被剝蝕，上部為鋁土礦或鋁土巖，中部為薄層劣質(zhì)煤夾碳質(zhì)，下部為灰色鋁土礦，底部為灰綠色黏土巖。“黏土巖”型剖面既有由含鐵質(zhì)黏土巖、黏土巖和綠泥石黏土巖組成的復(fù)合黏土巖型，也有以灰綠色九架爐組為代表的綠泥石黏土巖。

在后槽鋁土礦靠北的四輪碑礦段，礦體呈NE向展布，主要為3個礦體，沿走向長50～540 m，寬40～350 m；其北東部和南西部礦體厚度變化較大，礦體厚度10.2～73.9 m，中部礦體分布較廣，但厚度相對較薄，為2.2～7.3 m。礦體的產(chǎn)狀與上覆圍巖基本一致，在垂向上呈似層狀、透鏡狀、漏斗狀產(chǎn)出(圖4)。鋁土礦礦石礦物以一水硬鋁石為主，脈石礦物主要為黏土礦物，次為黃鐵礦、銳鈦礦、金紅石等。礦石結(jié)構(gòu)可見碎屑結(jié)構(gòu)、砂-礫屑結(jié)構(gòu)、豆鮞結(jié)構(gòu)和泥-微晶結(jié)構(gòu)(圖5)。礦石構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、半土狀構(gòu)造和致密狀構(gòu)造。礦區(qū)鋁土礦礦石自然類型有碎屑狀鋁土礦、豆鮞狀鋁土礦、致密狀鋁土礦和半土狀鋁土礦。礦石化學(xué)組成中，w(Al2O3)=44%～75%(絕大部分介于50%～65%之間)，w(SiO2)=5%～10%，w(Fe2O3)=0.6%～40.2%(絕大部分大于15%)，w(S)=0.003%～19.3%。

3 巖溶古地貌恢復(fù)

3.1 古地貌編圖

黔中地區(qū)自志留紀(jì)末期以來，長期遭受風(fēng)化剝蝕，演化為洼隆起伏的喀斯特地貌。此后沉積了含鋁巖系石炭系下統(tǒng)九架爐組，該時(shí)期后槽地區(qū)為上揚(yáng)子古陸邊緣內(nèi)陸盆地，未發(fā)生水平方向擠壓或拉張。至中二疊世發(fā)生長期海侵沉積梁山組泥質(zhì)巖和棲霞組灰?guī)r，為鋁土礦含礦巖系或鋁土礦的保存提供足夠的蓋層條件，使之免受剝蝕。

后槽鋁土礦產(chǎn)于石炭系下統(tǒng)九架爐組，直接沉積于下伏奧陶系桐梓組白云巖之上。本次研究在統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)354個鉆孔揭穿含鋁巖系地層厚度基礎(chǔ)上，運(yùn)用Map GIS軟件，繪制含鋁巖系地層厚度等值線圖，含鋁巖系地層厚度代表了九架爐組沉積時(shí)古巖溶地貌的凹陷深度。因此，下石炭統(tǒng)九架爐組真厚度可以反映古巖溶漏斗特征，恢復(fù)古巖溶地貌特征。

圖4 后槽鋁土礦37勘探線剖面圖Fig.4 Section along line 37

圖5 礦石鏡下結(jié)構(gòu)特征Fig.5 Texture of bauxite ore under microscopeA.砂-礫屑結(jié)構(gòu)；B.碎屑結(jié)構(gòu)；C.泥-微晶結(jié)構(gòu)Chl.綠泥石；Dsp.硬水鋁石；Lim.褐鐵礦；Ms.白云母；Tur.電氣石

3.2 巖溶古地貌特征

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，后槽地區(qū)九架爐組含鋁巖系厚度為1.2～112.8 m，主要集中在7～15 m，平均厚度為14.8 m。當(dāng)含鋁巖系在巖溶不整合界面之上沉積時(shí)，相對巖溶高地處的沉積變薄，而在巖溶凹陷處的沉積變厚。文章將地層厚度<7 m的區(qū)域定義為古巖溶相對高地，地層厚度為15～25 m的區(qū)域?yàn)楣艓r溶洼地的斜坡，地層厚度>25 m的部位為古巖溶坑。

從繪制的含鋁巖系地層厚度等值線圖(圖6)可以看出，地層相對厚的地方為古巖溶洼地，地層相對薄的地方為古巖溶地貌凸起部位，即該區(qū)域內(nèi)古地貌以相對平緩的地貌為主，其次為古巖溶斜坡，在古巖溶漏斗周圍或古巖溶漏斗之間存在一些古巖溶凸起。

3.3 巖溶古地貌分布規(guī)律

九架爐組含鋁巖系的展布形態(tài)間接反映了古溶蝕坑洼的空間展布范圍。已揭露礦體形態(tài)表明古溶蝕凹陷呈NE-SW向展布，在這些溶蝕凹陷內(nèi)形成若干個巖溶漏斗狀深坑，這些溶蝕深坑大小不等，有深有淺。

研究區(qū)規(guī)模不大的小溶坑群主要分布在東北部和中部，小溶坑內(nèi)含鋁巖系厚度較大，產(chǎn)出穩(wěn)定?，F(xiàn)有265個鉆孔揭露了小溶坑內(nèi)含鋁巖系，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，含鋁巖系厚度為7～15 m，平均為11.74 m，推測溶坑深度為15～25 m，在這些溶坑之間分布著高地，使得地層厚度變薄，介于2～7 m之間。

研究區(qū)較大規(guī)模的溶蝕深坑則分布在南部和西部，厚度最大達(dá)112.8 m。南部溶蝕坑較緊閉，而西部的溶蝕坑呈橢球狀，由若干寬度較窄而深度較深的溶坑組成，溶坑多互相聯(lián)通?，F(xiàn)有89個鉆孔揭露了大溶坑及其周邊巖溶高地，揭露的含鋁巖系厚度變化較大，變化系數(shù)達(dá)90%，主要集中在2～35 m范圍內(nèi)，平均厚度為24.01 m。勘探表明在南部和西部深大溶坑發(fā)育，含鋁巖系發(fā)育相對較薄的地方為巖溶高地，將這些深大溶坑分隔開來，形成較為封閉的漏斗。

3.4 巖溶古地貌形成機(jī)理

前人研究大多認(rèn)為遵義地區(qū)鋁土礦基底古巖溶地貌形成于石炭紀(jì)早期，略早于鋁土礦的形成[5,8]。根據(jù)對巖溶洼地內(nèi)風(fēng)化殘留物的分析，筆者認(rèn)為后槽地區(qū)基底古巖溶地貌的形成與區(qū)域上相同。如果是在早石炭世前基底白云巖中已經(jīng)形成溶蝕洼地，那么在泥盆紀(jì)時(shí)期的“準(zhǔn)平原化”過程中，風(fēng)化殘積物應(yīng)該得以保存，而鉆孔勘探表明，溶蝕坑內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有泥盆紀(jì)時(shí)期相關(guān)的巖石或古生物化石。因此，這些溶蝕洼地不是形成于早石炭世之前，而是在早石炭世時(shí)期，略早于鋁土礦的形成。

圖6 后槽地區(qū)九架爐組地層厚度等值線圖Fig.6 Thickness contour of Jiujialu formation in Houcao bauxite mine

圖7 古巖溶洼坑的形成和發(fā)展示意圖Fig.7 Sketch showing formation and development of the paleokarst pit

在廣西運(yùn)動至海西運(yùn)動期間，遵義后槽地區(qū)在志留紀(jì)至二疊紀(jì)上升為陸，經(jīng)受了長期的風(fēng)化剝蝕，致使該地區(qū)缺失志留系和泥盆系地層和石炭系大部。研究區(qū)在早石炭世處于低緯度范圍內(nèi)[6,12]，為熱帶氣候地區(qū)，在濕潤炎熱的古氣候條件下[13]，奧陶系的頁(泥)巖遭受強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕，使得下伏桐梓組或婁山關(guān)組白云巖暴露在地表，原本賦存在頁(泥)巖中的硫化物在氧化環(huán)境中受地表水作用形成酸性物質(zhì)，與下伏白云巖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，逐漸形成溶蝕洼地，在發(fā)育有古節(jié)理等裂縫中，酸性物質(zhì)向下滲透并不斷溶蝕擴(kuò)大裂縫形成深坑(圖7)。這些深坑相對孤立封閉，在深坑周圍也形成了溶蝕高地，這種高低起伏的古巖溶地貌控制著含鋁物質(zhì)的堆積厚度，導(dǎo)致含鋁巖系沉積厚度的差異。

4 古巖溶地貌控礦作用

4.1 不同古地貌對含鋁巖系厚度的控制作用

研究區(qū)內(nèi)含鋁巖系嚴(yán)格受古侵蝕面制約。從后槽鋁土礦礦體厚度等值線疊加九架爐組地層厚度等值線圖(圖8)不難看出，除南部九架爐組地層厚度大，但鋁土礦體在該處較薄或無礦的特征外，礦體分布規(guī)律總體跟含鋁巖系地層厚度呈正相關(guān)，進(jìn)而證明古巖溶地貌控制著鋁土礦的礦體厚度，古巖溶洼地越深，鋁土礦層厚度越厚。尤其在南西部兩個溶蝕深坑內(nèi)，鋁土礦厚度與巖溶洼地深度正相關(guān)性特別明顯；而個別情況如南部地區(qū)深大巖溶洼地則無礦，可能與含鋁物質(zhì)的富集、脫硅脫硫和其他有害雜質(zhì)的遷移程度有關(guān)。

根據(jù)鉆孔揭露的含鋁巖系垂向充填特征，在古巖溶凹陷發(fā)育的地方，鋁土礦系較厚，鋁土礦層厚度也大；在古巖溶凹陷之間地形凸起的部位，含鋁巖系地層厚度變薄，基本無鋁土礦產(chǎn)出；在古地貌整體平緩，古溶蝕作用不強(qiáng)烈的區(qū)域，含鋁巖系的厚度比較穩(wěn)定，產(chǎn)出形態(tài)單一，鋁土礦層以層狀、似層狀產(chǎn)出，在這些含鋁巖系產(chǎn)狀比較穩(wěn)定的區(qū)域，鋁土礦的產(chǎn)出穩(wěn)定，常出現(xiàn)大面積的無礦地帶。

4.2 不同地貌對含鋁巖系化學(xué)成分的控制作用

(1)古巖溶地貌凸起部位

圖8 后槽地區(qū)鋁土礦礦體厚度與九架爐組地層厚度疊加圖Fig.8 Diagram of thickness of bauxite ore body overlaid by thickness of Jiujialu formation

在古巖溶地貌凸起部位，鋁土礦系的厚度薄，主要有2種剖面：一種無礦剖面，此類剖面無鋁土礦產(chǎn)出，上部為鋁鐵巖，w(Fe2O3)平均達(dá)到28%，w(Al2O3)值最高達(dá)39%，且從上往下w(Fe2O3)和w(Al2O3)值逐漸降低，w(SiO2)值逐漸增大，平均達(dá)40%。另一種是“鋁土礦—黏土巖”剖面，含鋁巖系上部為鋁土礦層，平均厚度達(dá)2.3 m，w(Al2O3)=50.44%～52.61%，w(SiO2)=15.42%～17.91%；下部為黏土巖，w(Al2O3)降低，w(SiO2)增高，達(dá)到35.66%～48.88%；整個剖面w(Fe2O3)=11.29%～16.31%，變化不大。此類剖面總體鋁土礦的品位不高，僅達(dá)到邊界品位。

因此，在古巖溶地貌凸起部位鋁土礦整體品位低或無礦，厚度也薄，古巖溶地貌凸起部位不是鋁土礦產(chǎn)出有利部位(圖9)。

(2)古巖溶地貌斜坡部位

在古溶蝕地貌深坑的斜坡部位，及古巖溶地貌凸起部位向深坑過度區(qū)域，含鋁巖系厚度一般在10～25 m之間。鋁土礦分布在含鋁巖系中上部，平均厚度6.2 m，具兩層礦特征。頂部鋁土礦層平均厚1.2 m，w(Al2O3)=46.96%～47.59%，w(SiO2)=12.54%～14.36%，w(Al)/w(Si)值大于1.8，屬于邊界品位鋁土礦；夾層為鋁土巖，w(Al2O3)平均值為43.3%，w(SiO2)平均值為17.42%；中上部鋁土礦層較厚，平均達(dá)到5.0 m，w(Al2O3)=46.2%～53.9%，w(SiO2)=9.3%～38.8%，從上往下w(Al2O3)值呈下降趨勢，而w(SiO2)值逐漸增大，底部最高達(dá)45.8%；剖面中w(Fe2O3)=10.3%～26.7%。整個剖面鋁土礦接近工業(yè)品位，w(SiO2)值略高，w(Fe2O3)值較高，屬高鐵型鋁土礦，硫含量均不高，最高僅為0.5%。

(3)古巖溶地貌深坑部位

圖9 后槽地區(qū)37—41線聯(lián)合勘探線剖面圖Fig.9 Integrated section of line37-411.第四系；2.棲霞組；3.九架爐組；4.桐梓組；5.巖熔不整合界線；6.逆斷層；7.鉆孔位置及編號；8.鋁土礦體

在巖溶的坑洼部位，即巖溶漏斗中，含鋁巖系厚度大，以ZK3706為典型剖面進(jìn)行分析(圖10)。該剖面也具有多層礦特征，為3層礦，鋁土礦產(chǎn)于九架爐組中上部，總厚度為33.49 m。上部鋁土礦層厚度3.42 m，w(Al2O3)=46.34%～55.84%，w(SiO2)=11.68%～25.56%，該礦層鋁土礦接近工業(yè)品位，越往深部鋁土礦品位越高，w(SiO2)值越低，甚至能達(dá)到工業(yè)品位。中部鋁土礦層厚19.30 m，w(Al2O3)=47.03%～64.26%，w(SiO2)=4.78%～10.12%，該層礦品位較好，符合工業(yè)品位要求。中下部鋁土礦厚9.88 m，w(Al2O3)=47.60%～68.14%，w(SiO2)=6.42%～24.85%，品位較好，但w(SiO2)偏高。整個剖面鋁土礦厚度大，以中部鋁土礦層品位最好，其次為下部鋁土礦層，w(SiO2)由淺至深從高到低再變高的趨勢，與w(Al2O3)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

綜上，在古巖溶漏斗中鋁土礦厚度大，品位較好，具有多層礦特征，在巖溶地貌斜坡地帶也有鋁土礦產(chǎn)出，鋁土礦品位一般接近工業(yè)品位或剛達(dá)到工業(yè)品位，在巖溶凸起部位鋁土礦厚度變薄，鋁土礦產(chǎn)出較薄或無礦，鋁土礦的質(zhì)量差，介于邊界品位和工業(yè)品位之間。因此，古巖溶地貌控制著鋁土礦的品位和厚度，即古溶蝕洼坑越深，含鋁巖系厚度越大，礦體厚度也就越大，w(Al2O3)越高；w(SiO2)與w(Al2O3)呈負(fù)相關(guān)，古溶蝕洼坑越深，鋁土礦的品位就越好。

5 找礦方向

后槽鋁土礦同黔中遵義地區(qū)早石炭世鋁土礦一樣，是古風(fēng)化殼沉積型礦床，是由風(fēng)化作用歷經(jīng)剝蝕、搬運(yùn)、堆積，再經(jīng)沉積成巖作用，并在此過程中有利元素富集，有害元素和雜質(zhì)遷移，而形成鋁土礦。在這些成礦作用之前，巖溶古地貌的形成是前提條件，基底的碳酸鹽巖溶蝕作用形成的負(fù)地貌為風(fēng)化產(chǎn)物的就位提供了有利空間，為后期的一系列成礦作用提供了場所。巖溶古地貌控制著含鋁巖系的產(chǎn)出形態(tài)和厚度，鋁土礦體的厚度又直接受含鋁巖系的層厚控制，因此，通過在后槽地區(qū)及其周邊對含鋁巖系厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，恢復(fù)巖溶古地貌，發(fā)現(xiàn)在九架爐組地層分布的區(qū)域，含鋁巖系等值線密集且厚度大的區(qū)域是有利找礦靶區(qū)。多年來，在這些區(qū)域開展過不同程度的地質(zhì)工作，發(fā)現(xiàn)不少的鋁土礦，吸引了不少投資者辦礦采礦，但也有一些空白區(qū)域還有待突破。本次研究在避開已有礦權(quán)范圍的前提下，發(fā)現(xiàn)在沙壩和后槽以南地區(qū)，含鋁巖系較厚，巖溶古地貌特征明顯(圖11)，值得進(jìn)一步開展找礦勘探。

6 結(jié)語

(1)遵義后槽地區(qū)巖溶古地貌分布較廣，在含鋁巖系覆蓋區(qū)域均有不同程度的發(fā)育。

圖10 后槽地區(qū)鉆孔ZK3706含礦巖系及其化學(xué)成分變化Fig.10 Variation of thickness and chemical composition of the Al-bearing sequence in drill hole ZK3706

圖11 后槽地區(qū)鋁土礦找礦預(yù)測圖Fig.11 Bauxite ore prediction map of Houcao area1.棲霞組；2.梁山組；3.九架爐組；4.湄潭組；5.紅花園組；6.桐梓組；7.婁山關(guān)組；8.礦系；9.礦體露頭；10.含礦巖系厚度等值線；11.預(yù)測區(qū)

(2)古巖溶地貌直接控制著含鋁巖系的厚度，也影響著鋁土礦的產(chǎn)出。在古巖溶凹陷中，含鋁巖系較厚，鋁土礦層厚度也大；在地形凸起的部位，含鋁巖系地層厚度變薄，基本無鋁土礦產(chǎn)出；在古地貌整體平緩、古溶蝕作用不強(qiáng)烈的區(qū)域，含鋁巖系的厚度比較穩(wěn)定，產(chǎn)出形態(tài)單一，鋁土礦層以層狀、似層狀產(chǎn)出。

(3)古巖溶地貌控制著鋁土礦的品位和厚度。古溶蝕洼坑越深，含鋁巖系厚度越大，礦體厚度也就越大；w(Al2O3)越高，w(SiO2)又與w(Al2O3)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；古溶蝕洼坑越深，鋁土礦的品位就越好。

(4)通過對后槽地區(qū)古巖溶地貌的恢復(fù)，預(yù)測2個有利勘探區(qū)域，分別在后槽地區(qū)北西側(cè)的沙壩一帶和后槽以南的區(qū)域。