黔北务川瓦厂坪铝土矿床元素迁移规律研究 - 金中国 - 图文

第47卷第6期2011年11月

地质与勘探

GEOLOGYANDEXPLORATION

Vol．47No．6November，2011

金属矿产

黔北务川瓦厂坪铝土矿床元素迁移规律研究

1121

金中国，向贤礼，黄智龙，刘玲（1．贵州省有色金属和核工业地质勘查局，贵州贵阳550005；

2．中国科学院地球化学研究所，贵州贵阳550001）

［摘

要］黔北务正道地区铝土矿矿床属古风化壳沉积型，成矿母岩具多源性，但主要来源于下覆

的中下志留统韩家店组。本文依据Grant提出的质量平衡方程和图解法，对瓦厂坪矿床在成矿过程中元贫化（亏损）规律进行了定量研究。结果表明，主要成矿母岩韩家店组砂、页岩→中间产素迁移的富集、

TiO2显著富集，Fe2O3、MgO、CaO和K2O明显亏损的过物铝土质页岩、粘土岩是主要元素Al2O3、而SiO2、MnO、MgO、CaO、程，也是铝质富集的重要阶段；铝土质页岩→致密块状铝土矿形成时，主要元素Fe2O3、K2O明显富集，Al2O3弱富集，SiO2、Na2O亏损；次生作用使铝土矿石中Al2O3、TiO2、MgO进一步富集；微量元素在铝土矿形成过程中总体表现出惰性元素逐步富集，活泼元素逐渐亏损，反映风化、迁移、再富集成矿的特点。

［关键词］元素迁移规律［P595中图分类号］

地球化学

铝土矿

瓦厂坪

贵州务川

［A［0495－5331（2011）06－957－10文献标识码］文章编号］

JinZhong－guo，XiangXian－li，HuangZhi－long，Liu－Ling．RegularitiesofelementsmigrationNorthernGuizhouProvince［J］．GeologyandintheWachangpingbauxitedepositinWuchuanCounty，Exploration，2011，47（6）：957－966．

0引言

新鲜岩石、矿化岩石、矿石的地球化学成分，从微观

角度定性地讨论矿化过程中元素的活动规律，为定量探讨主要成矿元素及伴生元素的迁移富集与贫化（亏损）机理提供科学证据，同时为研究区域古沉积环境演变及成矿作用提供新的信息。关于铝土矿化

已有众多作用过程中元素的迁移能力和富集作用，

1990，1994；Mongelli，学者的报道（Boulangeetal．，

1997；Mordberg，2001；Meyer，2002；Laskou、Economou2007）。元素迁移的各种计算方法也－Eliopoulos，

1967），包括：体积因素方法（Gresens，惰性较成熟，

1973；Nesbitt，1979；Markovics，元素方法（Nahon，

1979），1986）等。由质量平衡方程和图解法（Grant，于质量平衡方程和图解法是综合其他方法的优点发

计算方便，数据及图件能较直观地反映矿展起来的，

化过程中元素质量的变化特征，因此，本次利用此方

法研究务川瓦厂坪铝土矿主要成矿母岩（韩家店组）→中间产物（铝土质页岩）→铝土矿过程中元素的迁移量及迁移比例。

黔中和黔北地区铝土矿成因类型主要属于古风

1986，1989；刘长岭，1987；刘巽化壳沉积型（廖士范，

1990），锋等，铝土矿成矿物质来源主要来自下伏碳这些地层在古隆起的地质历酸盐岩或碎屑岩地层，

史时期经历了数千万至数亿年的风化剥蚀和准平原Ti、Si等较惰性元素的古风化化过程，形成富含Al、壳，后经不同距离的搬运、迁移，在适宜的环境沉积

分异形成铝土矿。黔北务正道地区铝土矿找矿取得重大突破后，近年关于铝土矿成矿地质特征、成矿规

矿床成因及找矿潜力分析的公开文献报道较多律、

（武国辉等，2006，2008；刘平，2007；金中国等，2009），但对铝土矿成矿过程中元素的迁移富集与贫化机理的定量研究，本文尚属首次，国内外相关方面的报道也较少。

众所周知，铝土矿成矿母岩在铝土矿化过程中必定会伴随质量和体积的变化，因此，通过对比研究

［收稿日期］2010－08－01；［修订日期］2011－05－06；［责任编辑］郝情情。

［基金项目］004－06）和贵州省公益性、中国地质大调查项目（项目编号：［2006］基础性研究项目（项目编号：［2007］－172）资助。［第一作者］E－mail：gzkyyzg@sina．com。金中国（1965年—），男，博士，研究员，从事地质勘查与研究工作，

957

地质与勘探2011年

图1

Fig．1

贵州务川瓦厂坪矿床区域地质及典型剖面图

MapshowingregionalgeologyandtypicalcrosssectionintheWachangpingoredistrictinGuizhouProvince

1－下三叠统夜郎组；2－上二叠统长兴组；3－上二叠统吴家坪组；4－中二叠统栖霞组和茅口组；5－中二叠统梁山组；6－下、中志留统韩家店组；7－奥陶系、寒武系；8－地质界线；9－断裂；10－铝土矿层；11－钻孔及编号；12－省界；13－瓦厂坪矿床；

Ⅰ－扬子地台；Ⅱ－华南褶皱带；Ⅲ－右江裂谷带

1－LowerTriassicYelangFormation；2－UpperPermianChangxingFormation；3－UpperPermianWujiapingFormation；4－MiddlePermianQixia＆MaokouFormations；5－MiddlePermianLiangshanFormation；6－Lower－MiddleSilurianHanjiadianFormation；7－Cambrian＆Ordovian；8－geologicalboundary；9－fracture；10－bauxiticseams；11－boreholesandnumber；12－theboundaryofprovinces；13－Wachangpingdeposit；

64．74|7．8ContentofAl2O3|RatioofAl－Si

=；Ⅰ－YangtzePlatform；Ⅱ－foldbeltofSouthChina；Ⅲ－Youjiangriftzone

1．82Thicknessoftheseams（m）

64．74|7．8Al2O3含量|铝硅比

=；

1．82矿层厚度（m）1区域地质背景2矿床地球化学特征

（1）铝土矿层中总体反映出Al2O3与TiO2含

区内广泛出露寒武系、奥陶系、志留系中下统、

二叠系和三叠系地层，缺失志留系上统、泥盆系、石炭系下统及上统马平组地层。二叠系中统梁山组、石炭系上统黄龙组与下伏的志留系韩家店组呈假整合接触。梁山组为含矿层位，赋矿围岩主要是炭质页岩、钙质页岩、泥灰岩。区内无火成岩出露。

区域构造处于扬子准地台遵义断拱北北东构造变形区内，主体构造格架呈北北东向展布。断裂构造以逆冲断层为主，多形成于背斜轴部和向斜两翼。褶皱构造发育，常以复式背向斜形式出现，背斜多呈宽缓状，而向斜多为紧密状。区内已发现铝土矿床（点）20余处，铝土矿床（点）均分布于向斜构造内。近年，已探明铝资源量约1．5亿吨，其中务川瓦厂坪铝土矿4397万吨①（图1）。

与SiO2含量成反比；土状、碎屑状量成正比（表1），

铝土矿石Al2O3含量和铝硅比均比致密块状、鲕状、豆状矿石高。

（2）含矿岩系底板的韩家店组（S1－2hj）紫红色、绿Al2O3含量是P2l炭质页岩、色条带砂页岩中，泥灰岩的20倍以上，是碳酸盐岩的50倍以上，表明S1－2hj风化残留物可能为该区铝土矿的形成提供丰富的物源。

（3）稀土元素含量与矿石质量总体呈正相关关LREE/HREE均大于1，系，显示轻稀土较富集；铝土矿层及志留系韩家店组的稀土总量含量较接近。（4）Th、U、Ha、Zr、Ta等元素地球化学特征显示（表2），成矿物源既有强烈红土化作用产物，也可能有风化作用不彻底或者沉积混杂所致，具多源性，且铝土矿的主要物质来源与下伏基底S1－2hj砂页岩关系密切。

958

第6期金中国等：黔北务川瓦厂坪铝土矿床元素迁移规律研究表1

Table1

瓦厂坪铝土矿床主元素分析结果（ωB/%）

AnalysisresultsofmajorelementsintheWachangpingbauxitedeposit（ωB/%）

分析项目

总计99．9199．9799．8599．89100．08100．4599．99

取样位置P2qP2l矿层上部矿层中部矿层底部C2hS1－2hj

件数4677656

Al2O30．250．9245．3161．8733．840．5417．13

SiO23．5512．3828．7214．7438．221．8562．44

Fe2O30．351．415．684．2211．242．097．56

TiO20．030．041．292．070．820．030．28

P2O50．100．030．050．050．050．030．06

V2O50．030．230．640．131．590．043．27

Na2O0．210．260．770．430．790．210．51

CaO52．3140．921．170．751．1552．721．87

MgO1．335．361．871．391．021．112．13

MnO0．040．450．0290．0190．080．600．039

烧失量41．7137．9714．3214．2211．2841．234．70

2007年。注：中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，

表2Table2

TiO2ωB/%，瓦厂坪铝土矿床稳定元素含量及比值（Al2O3、其它ωB/10

（Al2O3，TiOωB/%，othersωB/10－6）

－6

）

ContentsandratiosofstableelementsintheWachangpingbauxitedeposit

元素/比值

P2l矿层18S1－2hj元素/比值

P2l矿层S1－2hj

Sr1172．1280．22230．17Th/U0．845．899．01

Ba92．43113．35340．35Al2O3/Zr0．650．090．09

Zr69．67711．45181．8

Nb9．661．8317．65Al2O3/Nb4．721．000．97

Th8．7770．9827．47

U10．4912．053．05Sr/Ba12．680．710．71

Hf1．8720．134．96

Ta0．735．491．35

Al2O345．3161．8717．13

TiO21．292．070．28

Be0．936．194．30Al2O3/TiO2

35．1229．8961．17

Al2O3/Hf24．233．073．45

Al2O3/Ta62．0711．2712．69

2007年。注：中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，

图2瓦厂坪铝土矿床主要母岩（1）→铝土质页岩（2）形成Grant图解（图中箭头所指为相对不活动元素，下图相同）

Grantdiagramsshowingmajorhostrocks（1）→bauxiticshale（2）intheWachangpingbauxitedeposit．

（arrowsrefertorelativelyinactiveelements，thesameinthefollowingdiagram）

Fig．2

959

地质与勘探2011年

（5）Sr/Ba及Be含量揭示，铝土矿形成环境可局部为局限海域的滨能主要为内陆河湖沼泽环境，海前缘。

3．33．3．1

计算结果

成矿母岩→铝土质页岩

3

3．1

铝土矿成矿过程中元素迁移特征

方法简介

Grant（1986）推导的质量平衡方程：

ABA

CBi=（M/M）×（Ci+ΔCi）

代表成矿母岩韩家店组→中间产物铝土质页

即铝土质页岩形成过程。该过程中主要元素岩，

Al2O3、TiO2、Na2O和LOI明显富集（迁移量为正

112%、183．97%和值），迁移比例分别为255．32%、91．14%，该阶段是铝质富集的重要阶段，而SiO2、

（1）

A

CB式中Ci、i分别为元素i在蚀变前后岩石中的

Fe2O3、MgO、CaO和K2O亏损（迁移量为负值）（表

3、图5－A），表明铝质富集过程中的脱铁及MgO、CaO和K2O流失作用；微量元素Li、Sc、V、Cr、Ni、Ag、In、Sn、Ga、As、Zr、Nb、Hf、Ta、Pb、Bi、Th和U等均Pb、Cr最为显著，明显富集，尤以Li、迁移比例均大

Cs、Ba、Zn、Rb、Sr、W和Tl等相对亏于500%，而Co、损（表3、图6－A）；轻稀土元素（LREE）（La→Gd）

相对亏损；而重稀土元素（HREE）（Tb→Lu）明显富

表明本区铝土质页岩形成过程中LREE和集，

HREE具有不同的活动规律。3．3．2

铝土质页岩→致密块状铝土矿该过程代表块状铝土矿形成过程，该过程中主

MA、MB分别为蚀变前后岩石的质量，ΔCi为元浓度，

（1）式可素i的得失量。对于不活动元素，ΔCi=0，

变化为：

ABA

CBi=（M/M）×Ci

（2）

B

（2）式为在CA可见，i－Ci图解上为一条穿过原AB

0）、点（0，斜率为M/M的直线，即等位线。通过该图解可确定岩石蚀变（或矿化）过程中的不活动

BA

元素，同时计算出斜率K=Ci/Ci（一种不活动元BAA2

素）或K=ΣCi×Ci/（ΣCi）（两种或两种以上不活动元素，最小二乘法拟合结果），将K代入（1）式，

得岩石蚀变过程中元素得失量计算公式：

BA

ΔCi=Ci/K－Ci3．2

计算过程

（3）

MnO、MgO、CaO、K2O明显富集，要元素Fe2O3、迁移

Al2O3弱富集，Na2O为比例均大于100%，而SiO2、亏损元素（表3、图5－B）；微量元素均明显富集，尤

Nb、Sn、Mo、Hf、Ta、Th、U显著，以Ag、迁移比例均大Sc、Co、Ni、Cu、、La、Ce、Pr、Nd、Sm、于100%，而Be、

Pb和Er等相对亏损（表3、图6－B）。3．3．3致密块状铝土矿→土状、碎屑状铝土矿代表致密块状铝土矿→半土状、碎屑状铝土矿，即土－半土状、碎屑状铝土矿形成过程。该过程中TiO2、MgO进一步富集，其余为不主要元素仅Al2O3、

Sc、同程度的亏损（表3、图5－c），微量元素中Be、V、Cr、Ag、Sn、Ba、Ge、As、Sr、Y、Nb、Mo、REE、Hf、Ta、Tl、Bi、Th和U等均呈不同程度富集，Cd、Ge、以Co、Mo、La、Ce、Pr最显著，Cs、Ba、Zn、Zr为亏损元而Li、

素（图6－c）。稀土元素中轻稀土元素富集程度相对高，而重稀土元素富集程度低，表明铝土矿进一步富化过程中，轻、重稀土元素具有差异性活动特征。1997），Y据研究（MacLean等，在风化过程中，通常被视为较稳定的不迁移元素，但在黔北瓦厂坪推测Y应在勃研究区它具有明显的迁移富集特征，姆石和水铝石中富集，因为这两种矿物具有较强的吸附能力。

2009），从相关数据分析得知（金中国，矿区内

韩家店组岩石的地球化学成分相对稳定，而铝土质页岩和铝土矿的地球化学成分均具有较宽的变化范围，因而选用同一钻孔的样品进行元素活动规律计算更具代表性。本次研究样品采自ZK7－4钻孔，其中1号样品为韩家店组页岩，代表成矿母岩；2号样为梁山组中的铝土质页岩，代表成矿中

4、5号样分别为致密块状、间产物；3、鲕状、碎屑状其Al2O3含量及或土状铝土矿（样品代号下同），

Al2O3/SiO2比值逐渐升高（表3），代表铝土矿化的富集过程。

Grant图解表明，从韩家店组页岩→铝土质页

Cd、Cu和Ge（图2A、岩，相对不活动的为P2O5、B），计算的斜率为0．907；从铝土质页岩→致密块

In、As、Sr、状铝土矿，相对不活动为LOI（挥发分）、Dy和Ho等（图3A、B），计算的斜率为1．034；从致

密块状铝土矿→土状、碎屑状铝土矿，相对不活动Fe2O3、LOI、Cr、Sb、Hf和Ga（图4A、B），的为MnO、

计算的斜率为1．022。将每个过程中的斜率代入公式（3），计算出元素的迁移量及迁移比（元素迁移量与元素在原岩中的含量之比）。960

第6期金中国等：黔北务川瓦厂坪铝土矿床元素迁移规律研究表3

Table3

瓦厂坪铝土矿形成过程中质量平衡计算

CalculationsofthemassbalanceintheprocessofWachangpingbauxitemineralization

2铝土质页岩43．441．1638．391．310．0020．440．560．780．260．03813．709119．3945．13204469．341400．690．0540．3345．240．992．1956．515．616．947．4

3块状铝土矿27．071．7647．414．050．0063．281．210．641．150．04213．2717858．4125．15838262．663．841．86—0．32125．94．222．9022012．527．9127

4土状铝土矿10．792．6565．681．800．0042．411．410．390．130．03714．4248110．833．028629428．816．91．230．1580．2118．081．220．2518．0710．221．376．8

1→2

（铝土质页岩形成）迁移量－11．120．9222．44－6．36－0．04－1．99－0．630．41－2．85—9．79965．854．1435．33243．97410．18－9．77113．410．40—0．294．04－0．11－9．44－284．62—－77．5930．72

迁移比－18．84255．32112．84－81．48－94．75－80．44－50．6091．14－90．87—183．972502．6866．51245．10225．09505．44－48．68280．25111．10—400．36232．12－8．94－79．62－82．04—－80．60142．57

2→3

（块状铝土矿形成）迁移量－17．250．547．472．610．002．730．61－0．160．850．00—815．97－1．25－20．81244．59353．96－6．77－135．831．11－0．05—19．813．090．61156．68－3．5610．0775．39

迁移比－39．7246．7819．47199．08190．22621．15109．03－20．62327．896．92—89．58－13．36－46．1476．5579．44－72．45－97．34160．60－100．00—378．23311．4327．90277．29－22．8159．47159．06

3→4

（土状铝土矿形成）迁移量－12．010．8410．95——－1．740．33－0．34－0．15－0．03—－682．204．828．4324．83—25．528．790．090．12－0．030．96—－2．20－53．704．91－29．06—

迁移比－53．2048．2320．53——－42．4631．45－46．98－54．55－42．51—－59．1983．2335．279．74—965．73113．978．43382．67－13．7113．75—－89．97－75．2395．99－58．24—

样品号1韩家店组59．020．3619．897．800．0422．481．250．453．140．0435．3238．66．2214．410881．220．140．50．360．0630．0741．741．2011．934717．296．321．5

名称SiO2TiO2Al2O3Fe2O3MnOMgOCaONa2OK2OP2O5LOILiBeScVCrCoNiAgCdInSnSbCsBaCuZnGa

961

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/t0st.html