科学技术与工程

元素	ZK72- 35-H2	ZK72- 35-H4	ZK72- 35-H6	ZK72- 35-H8	ZK72- 35-H10	ZK72- 35-H12	ZK72- 35-H13	ZK72- 35-H14	ZK72- 35-H15	ZK72- 35-H17	ZK72- 35-H19	ZK72- 35-H20
Al₂O₃	34.76	28.59	38.05	74.43	73.77	76.62	75.66	67.83	45.47	3.32	6.01	0.93
SiO₂	45.94	40.98	42.70	7.12	7.18	3.32	4.93	12.12	2.63	3.35	6.80	1.26
Fe₂O₃	0.24	9.10	0.39	0.35	0.41	0.38	0.59	1.20	26.11	75.12	56.96	2.98
TiO₂	1.64	1.10	1.39	2.87	3.36	4.18	3.26	3.01	1.78	0.15	0.38	0.02
K₂O	9.25	7.99	8.39	1.46	1.46	0.60	0.97	2.49	0.48	0.01	0.01	0.23
MgO	1.10	1.31	0.70	0.12	0.11	0.08	0.10	0.16	0.03	3.11	5.64	19.80
Na₂O	0.09	0.07	0.09	0.05	0.04	0.04	0.04	0.04	0.09	0.08	0.08	0.07
P₂O₅	0.07	0.01	0.04	0.11	0.15	0.28	0.19	0.17	0.12	0.03	0.03	0.01
CaO	0.14	0.20	0.11	0.03	0.03	0.03	0.05	0.05	0.02	1.53	2.22	28.80
LOI	5.40	9.30	6.50	13.26	13.25	14.01	13.92	12.37	22.66	11.92	20.81	45.15
Al₂O₃/ SiO₂	0.76	0.70	0.89	10.45	10.27	23.08	15.35	5.60	17.29	0.99	0.88	0.74
TiO₂/ Al₂O₃	0.047	0.038	0.037	0.039	0.046	0.055	0.043	0.044	0.039	0.045	0.063	0.022
CIA	78.8	77.9	81.7	98.2	98.3	99.7	99.0	96.7	99.1	95.1	97.2	—
Li	137.5	71.5	740	3.2	5.5	1.3	1.7	9.4	1.0	16.2	45.4	20.5
Rb	88.4	106.5	81.4	13.4	14.0	5.8	9.0	18.2	4.4	0.6	0.4	3.2
Cs	12.45	18.75	9.85	0.42	0.59	0.10	0.16	1.21	0.10	0.42	0.23	0.18
Be	7.72	11.05	8.76	4.64	4.95	4.10	4.73	5.42	2.50	2.35	2.70	0.27
Sr	194.5	56.2	147.0	266	475	1 185	923	865	519	49.8	87.6	75.8
Ba	2 600	1 890	7 660	3 340	3 230	1 460	2 240	1 880	1 400	84.7	28.4	98.0
Cu	10.9	111.0	34.0	45.6	85.8	95.6	46.4	115.0	232.0	126.0	15.9	2.6
Zn	97	256	92	283	55	53	159	6	24	27	34	11
Ga	15.7	33.1	22.9	67.6	55.8	60.1	54.3	58.1	39.4	8.8	11.3	0.9
Bi	0.59	0.68	1.18	2.23	3.24	3.30	2.99	3.10	2.25	0.21	0.38	0.04
Ni	9.5	73.5	45.7	6.6	10.1	3.4	13.9	57.1	197.5	59.6	176.0	11.1
Cr	50	120	410	110	130	140	130	130	80	20	80	10
V	65	143	74	177	151	207	221	247	172	563	440	31
Sc	16.8	26.1	49.0	23.3	35.5	24.4	27.4	54.1	20.5	16.4	5.4	1.8
Zr	485	241	525	955	1 060	1 020	820	927	574	33	89	10
Hf	12.8	6.5	13.9	24.4	28.0	27.7	21.8	24.6	15.1	0.7	2.3	0.2
Nb	36.5	24.9	31.1	65.4	77.8	94.8	72.2	68.7	41.3	3.6	8.1	0.7
Ta	2.7	1.9	2.3	5.0	6.2	7.5	5.6	5.3	3.2	0.3	0.6	0.1
Th	26.0	27.7	32.7	72.0	94.4	138.0	94.7	89.3	53.8	4.52	10.55	1.10
U	23.50	4.66	9.73	91.40	36.80	39.30	25.20	30.30	13.45	31.00	32.40	1.19
Sr/Cu	17.84	0.51	4.32	5.83	5.54	12.40	19.89	7.52	2.24	0.40	5.51	—
Sr/Ba	0.07	0.03	0.02	0.08	0.15	0.81	0.41	0.46	0.37	0.59	3.08	—
V/Cr	1.30	1.19	0.18	1.61	1.16	1.48	1.70	1.90	2.15	28.15	5.50	—
Ni/Co	0.87	0.66	1.34	0.14	0.12	0.04	0.30	0.50	0.85	0.47	11.07	—
岩性特征	铝土岩	铝土岩	铝土岩	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铁质岩	铁质岩	白云岩

元素	ZK72- 35-H2	ZK72- 35-H4	ZK72- 35-H6	ZK72- 35-H8	ZK72- 35-H10	ZK72- 35-H12	ZK72- 35-H13	ZK72- 35-H14	ZK72- 35-H15	ZK72- 35-H17	ZK72- 35-H19	ZK72- 35-H20
Al₂O₃	34.76	28.59	38.05	74.43	73.77	76.62	75.66	67.83	45.47	3.32	6.01	0.93
SiO₂	45.94	40.98	42.70	7.12	7.18	3.32	4.93	12.12	2.63	3.35	6.80	1.26
Fe₂O₃	0.24	9.10	0.39	0.35	0.41	0.38	0.59	1.20	26.11	75.12	56.96	2.98
TiO₂	1.64	1.10	1.39	2.87	3.36	4.18	3.26	3.01	1.78	0.15	0.38	0.02
K₂O	9.25	7.99	8.39	1.46	1.46	0.60	0.97	2.49	0.48	0.01	0.01	0.23
MgO	1.10	1.31	0.70	0.12	0.11	0.08	0.10	0.16	0.03	3.11	5.64	19.80
Na₂O	0.09	0.07	0.09	0.05	0.04	0.04	0.04	0.04	0.09	0.08	0.08	0.07
P₂O₅	0.07	0.01	0.04	0.11	0.15	0.28	0.19	0.17	0.12	0.03	0.03	0.01
CaO	0.14	0.20	0.11	0.03	0.03	0.03	0.05	0.05	0.02	1.53	2.22	28.80
LOI	5.40	9.30	6.50	13.26	13.25	14.01	13.92	12.37	22.66	11.92	20.81	45.15
Al₂O₃/ SiO₂	0.76	0.70	0.89	10.45	10.27	23.08	15.35	5.60	17.29	0.99	0.88	0.74
TiO₂/ Al₂O₃	0.047	0.038	0.037	0.039	0.046	0.055	0.043	0.044	0.039	0.045	0.063	0.022
CIA	78.8	77.9	81.7	98.2	98.3	99.7	99.0	96.7	99.1	95.1	97.2	—
Li	137.5	71.5	740	3.2	5.5	1.3	1.7	9.4	1.0	16.2	45.4	20.5
Rb	88.4	106.5	81.4	13.4	14.0	5.8	9.0	18.2	4.4	0.6	0.4	3.2
Cs	12.45	18.75	9.85	0.42	0.59	0.10	0.16	1.21	0.10	0.42	0.23	0.18
Be	7.72	11.05	8.76	4.64	4.95	4.10	4.73	5.42	2.50	2.35	2.70	0.27
Sr	194.5	56.2	147.0	266	475	1 185	923	865	519	49.8	87.6	75.8
Ba	2 600	1 890	7 660	3 340	3 230	1 460	2 240	1 880	1 400	84.7	28.4	98.0
Cu	10.9	111.0	34.0	45.6	85.8	95.6	46.4	115.0	232.0	126.0	15.9	2.6
Zn	97	256	92	283	55	53	159	6	24	27	34	11
Ga	15.7	33.1	22.9	67.6	55.8	60.1	54.3	58.1	39.4	8.8	11.3	0.9
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Cr	50	120	410	110	130	140	130	130	80	20	80	10
V	65	143	74	177	151	207	221	247	172	563	440	31
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Th	26.0	27.7	32.7	72.0	94.4	138.0	94.7	89.3	53.8	4.52	10.55	1.10
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Sr/Cu	17.84	0.51	4.32	5.83	5.54	12.40	19.89	7.52	2.24	0.40	5.51	—
Sr/Ba	0.07	0.03	0.02	0.08	0.15	0.81	0.41	0.46	0.37	0.59	3.08	—
V/Cr	1.30	1.19	0.18	1.61	1.16	1.48	1.70	1.90	2.15	28.15	5.50	—
Ni/Co	0.87	0.66	1.34	0.14	0.12	0.04	0.30	0.50	0.85	0.47	11.07	—
岩性特征	铝土岩	铝土岩	铝土岩	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铁质岩	铁质岩	白云岩

元素	Al₂O₃	SiO₂	Fe₂O₃	TiO₂	K₂O	MgO	Li	Ga	V	Cr	Ni	Nb	Ta	Zr	Hf	Th	U
Al₂O₃	1.00
SiO₂	-0.28	1.00
Fe₂O₃	-0.80^**	-0.35	1.00
TiO₂	0.97^**	-0.32	-0.75^**	1.00
K₂O	-0.18	0.99^**	-0.43	-0.23	1.00
MgO	-0.83^**	-0.04	0.81^**	-0.76^**	-0.16	1.00
Li	-0.20	0.64^*	-0.19	-0.26	0.63^*	-0.03	1.00
Ga	0.95^**	-0.41	-0.67^*	0.91^**	-0.32	-0.74^**	-0.35	1.00
V	-0.53	-0.57	0.89^**	-0.46	-0.64^*	0.71^*	-0.37	-0.37	1.00
Cr	0.19	0.41	-0.45	0.13	0.43	-0.28	0.88^**	0.08	-0.48	1.00
Ni	-0.55	-0.19	0.57	-0.56	-0.25	0.50	-0.08	-0.42	0.33	-0.18	1.00
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元素	Al₂O₃	SiO₂	Fe₂O₃	TiO₂	K₂O	MgO	Li	Ga	V	Cr	Ni	Nb	Ta	Zr	Hf	Th	U
Al₂O₃	1.00
SiO₂	-0.28	1.00
Fe₂O₃	-0.80^**	-0.35	1.00
TiO₂	0.97^**	-0.32	-0.75^**	1.00
K₂O	-0.18	0.99^**	-0.43	-0.23	1.00
MgO	-0.83^**	-0.04	0.81^**	-0.76^**	-0.16	1.00
Li	-0.20	0.64^*	-0.19	-0.26	0.63^*	-0.03	1.00
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贵州清镇蔡家坝铝土矿床地球化学特征

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朱尤青 , 陈旭 , 达伟 , 刘江

科学技术与工程 | 论文·天文学、地球科学 2025,25(10): 3996-4005

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科学技术与工程 | 论文·天文学、地球科学 2025, 25(10): 3996-4005

贵州清镇蔡家坝铝土矿床地球化学特征

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朱尤青, 陈旭, 达伟, 刘江

作者信息

贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队, 清镇 551400

朱尤青(1984一),男,汉族,云南宣威人,高级工程师。研究方向:矿产勘查及矿床地质。E-mail:569428696@qq.com。

Geochemical Characteristics of Caijiaba Bauxite Deposit in Qingzhen, Guizhou Province and Their Implication for the Ore-forming Process

You-qing ZHU, Xu CHEN, Wei DA, Jiang LIU

Affiliations

The 1st Brigade of Guizhou Nonferrous Metals and Nucleus Industry Geological Exploration Bureau, Qingzhen 551400, China

出版时间: 2025-04-08 doi: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403266

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摘要

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黔中铝土矿集区作为中国重要的铝工业基地,含铝岩系主要为下石炭统九架炉组,矿床类型属沉积型铝土矿。蔡家坝铝土矿床是近年在黔中地区开展铝土矿精查工作时新发现的隐伏的沉积型铝土矿床,研究了该铝土矿床在成矿过程中相关的古气候条件、沉积环境以及成矿物质来源等问题。结果表明,含铝岩系上部铝土岩主要呈泥质结构,主要由高岭石和伊利石组成;中部铝土矿主要呈碎屑状和隐晶质结构,以及少量的鲕粒结构,主要由硬水铝石和伊利石组成;下部铁质岩主要呈隐晶质结构,主要由赤铁矿组成。蔡家坝铝土矿床含铝岩系整体主要形成于陆相环境,且含铝岩系上部铝土岩层和中部铝土矿层主要形成于相对氧化的环境,而下部铁质岩层则主要表现出相对还原的环境。同时,含铝岩系的下部铁质岩和中部铝土矿主要形成于炎热潮湿的古气候条件,而上部铝土矿则为温暖湿润气候条件下的产物。成矿物质来源研究表明,蔡家坝铝土矿床含铝岩系主要来源于下伏寒武系清虚洞组白云岩和灰绿色黏土岩夹层。对指导该区铝土矿的找矿勘探具有重要意义。

关键词

铝土矿 / 地球化学 / 古气候 / 沉积环境 / 成矿母岩 / 黔中地区

Abstract

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As an important aluminum industrial base in China, the bauxite concentration area in central Guizhou Province is hosted within the Lower Carboniferous Jiujialu Formation, and the deposit type belongs to the sedimentary bauxite. The Caijiaba bauxite deposit is a newly discovered bauxite deposit during the fine investigation of bauxite in central Guizhou Province in recent years. The paleoclimatic conditions, sedimentary environment and metallogenic provenance related to this bauxite deposit in the metallogenic process were studied. The results show that the upper bauxitic claystone of the Al-bearing rock series is mainly pelitomorphic texture and is mainly composed of kaolinite and illite. The middle bauxite ore is mainly clastic and cryptocrystalline textures, followed by a small number of ooidal texture, which is mainly composed of diaspore and illite. The lower ferruginous rock is mainly cryptocrystalline texture and is mainly composed of hematite. The Al-bearing rock series of the Caijiaba bauxite deposit is mainly formed in the continental environment, and the upper bauxitic claystone and middle bauxite ore layers are mainly formed in a relatively oxidized environment, while the lower ferruginous rock layer mainly shows a relatively reduced environment. Meanwhile, the lower ferruginous rock and middle bauxite ore layers are mainly formed in hot and humid paleoclimatic conditions, while the upper bauxitic claystone layer is the product of warm and humid climatic conditions. Research on the sources of ore-forming materials indicates that the Al-bearing rock series of the Caijiaba bauxite deposit is mainly derived from the dolomite and interbedded gray-green claystone of the Lower Cambrian Qingxudong Formation.The results are of great significance in guiding the exploration and prospecting of bauxite deposits in this area.

Key words

bauxite / geochemistry / paleoclimate / sedimentary environment / metallogenic provenance / central Guizhou Province

引用本文

朱尤青, 陈旭, 达伟, 刘江. 贵州清镇蔡家坝铝土矿床地球化学特征. 科学技术与工程, 2025 , 25 (10) : 3996 -4005 . DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403266

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正文

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铝土矿作为工业上提炼金属铝的主要来源,是中国重要的战略性矿产资源之一。中国铝土矿主要以沉积型为主,且集中分布于山西、河南、广西、贵州以及云南等省(区),合计资源储量占全国总量的90%以上^[1]。黔中铝土矿集区作为中国重要的铝工业基地,是黔中—渝南铝土矿成矿带(南起清镇、修文,向北经息烽、遵义、正安、道真、务川,直至重庆的南川和武隆等地,呈NNE向展布,长约370 km)的重要组成部分^[2]。目前,已在黔中地区共计发现矿床(点)59处,累计探明各类资源储量约为6.5×10⁸ t^[3]。长期以来,大量学者对该区铝土矿的地球化学^[4-6]、矿床成因^[7-9]及成矿模式^[10]等开展了不同程度的研究,并取得了一定的成果。但对于铝土矿在成矿过程中有关的古气候条件、沉积环境以及成矿物质来源等问题的研究仍较为薄弱。

地球化学方法是重建和认识铝土矿成矿过程与成因的重要方法^[11-12]。蔡家坝铝土矿床位于黔中地区的清镇市犁倭乡,是贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队近期对清镇市铝土矿开展精查工作时新发现的沉积型隐伏铝土矿床,矿床在规模上已达到中型铝土矿床。因此,本文研究在通过详细野外地质调查的基础之上,对蔡家坝铝土矿的含铝岩系开展系统的地球化学取样,运用岩相学和地球化学的方法,进一步深入认识该地区沉积型铝土矿在成矿过程中有关的古气候条件、沉积环境以及成矿物质来源等问题,为后续黔中地区铝土矿的找矿勘探和科学研究提供参考和依据。

1 区域地质背景

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1.1 区域地质概况

研究区在大地构造上属于华南板块—上扬子地块—黔北隆起区—织金穹盆构造变形区。区内构造线总体呈北东向展布,包括北东向的褶皱以及北东向和北西向的断裂(图1)。区内出露地层主要包括寒武系金顶山组(C₂j)和清虚洞组(C₂q)、石炭系九架炉组(C₁jj)和摆佐组(C₁b)、二叠系梁山组(P₂l)、栖霞组(P₂q)、茅口组(P₂m)、峨眉山玄武岩组(P_2-3em)、龙潭组(P₃l)、长兴组+大隆组(P₃c+d),三叠系嘉陵江组(T_1-2j)、关岭组(T₂g),白垩系茅台群(Kmt)及第四系(Q)(图1)。金顶山组(C₂j)以砂岩粉砂岩、页岩、灰岩、泥灰岩为主,厚度大于150 m。清虚洞组(C₂q)以白云岩夹灰绿色黏土岩为主,厚度大于147 m。九架炉组(C₁jj)以黏土岩、铝土矿、铝土矿、铁质黏土岩及铁质岩为主,厚0~28 m。摆佐组(C₁b)以白云岩为主,厚65~120 m。梁山组(P₂l)以石英砂岩、黏土岩、砂页岩夹劣质煤层为主,厚11~46 m。栖霞组(P₂q)以生物碎屑灰岩、薄层泥质灰岩及白云质灰岩为主,厚85~191 m。茅口组(P₂m)以生物碎屑灰岩、白云岩为主,含白云质条带及团块,厚174~538 m。峨眉山玄武岩组(P_2-3em)以灰黑色玄武岩为主,厚40~100 m。龙潭组(P₃l)以砂岩、粉砂岩、黏土岩及硅质岩为主,夹薄层灰岩和煤层,厚118~296 m。长兴组+大隆组(P₃c+d)以细晶灰岩、硅质岩夹粘土岩为主,厚16~70 m。嘉陵江组(T_1-2j)以灰、深灰色灰岩及白云质灰岩为主,厚400~500 m。关岭组(T₂g)以灰绿、紫红色黏土岩、泥质白云岩及灰岩为主,厚度大于350 m。茅台群(Kmt)主要为紫红色砾岩层,砾石成分复杂,厚0~140 m。

1.2 矿床地质特征

蔡家坝铝土矿床赋存于区内下石炭统九架炉组含铝岩系中,与下伏寒武系清虚洞组和上覆下石炭统摆佐组均呈平行不整合接触。下石炭统九架炉组在研究区内总厚度为0~28 m,除在犁倭林区一带有地表露头外,在研究区内的大部分地区均隐伏于地表之下。根据岩性特征,九架炉组含铝岩系可分为下部的铁质岩层,中部的铝土矿层以及上部的铝土岩层,图2所示。上部的铝土岩层主要为灰绿色或杂色黏土岩及铝土质黏土岩(铝土岩)[图3(a)],厚0~10 m;中部的铝土矿层主要为灰白色、灰色碎屑状及致密状铝土矿石[图3(b)],厚0~12 m;下部的铁质岩层主要为紫红色铁质黏土岩夹赤铁矿体[图3(c)],厚0~6 m。

2 采样与分析

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通过对黔中地区蔡家坝铝土矿床九架炉组含铝岩系和下伏寒武系清虚洞组基底进行系统的采样,共采集钻孔(编号:ZK72-35)岩芯样品12件,其中,九架炉组上部铝土岩3件,中部铝土矿石6件,下部铁质岩2件,下伏寒武系清虚洞组基底白云岩1件。在进行全岩的地球化学分析前,所有样品均已破碎和研磨至200目以下。全岩主量和微量元素分析在奥实分析检测(广州)有限公司完成。主量元素分析采用荷兰PANalytical PW2424型X射线荧光光谱仪(x-ray fluorescence, XRF)进行。微量元素分析采用美国Agilent 5100型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-MS)进行。

3 岩相学和地球化学特征

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3.1 岩相学特征

显微镜下观察显示,蔡家坝铝土矿床含铝岩系上部的铝土岩主要呈泥质结构[图3(d)],矿物成分以隐晶质的高岭石和伊利石为主,立方体状的黄铁矿主要在局部分散于隐晶质的高岭石和伊利石中。中部的铝土矿石则主要呈碎屑状结构和隐晶质结构[图3(e)和图3(f)],局部可见鲕粒结构[图3(g)],矿物成分主要为硬水铝石和伊利石。下部的铁质岩主要为隐晶质结构[图3(h)],矿物成分主要为赤铁矿。

3.2 主量元素特征

含铝岩系中,铝土矿石主要由Al₂O₃(45.47%~76.62%,平均68.96%)和SiO₂(2.63%~12.12%,平均6.22%)组成,其次为变化的Fe₂O₃(0.35%~26.11%,平均4.84%)和少量的TiO₂(1.78%~4.18%,平均3.08%),以及微量的碱金属和碱土金属氧化物(表1)。相比之下,上层的铝土岩中明显包含了更高的SiO₂(40.98%~45.94%,平均43.21%)、K₂O、MgO、Na₂O和CaO含量,而Al₂O₃(28.59%~38.05%,平均33.80%)和TiO₂(1.10%~1.64%,平均1.38%)的含量则明显要低得多。下层的铁质岩主要成分为Fe₂O₃(56.96%~75.12%,平均66.04%),其次为少量的Al₂O₃(3.32%~6.01%,平均4.67%)、SiO₂(3.35%~6.80%,平均5.08%)、MgO(3.11%~5.64%,平均4.38%)和CaO(1.53%~2.22%,平均1.88%),以及微量的 TiO₂、K₂O和Na₂O等。含铝岩系的主量元素二元相关性分析显示,Al₂O₃与TiO₂、SiO₂与K₂O之间呈明显的正相关性,Al₂O₃与Fe₂O₃为负相关性;Al₂O₃与SiO₂在铁质岩和铝土岩中为正相关性、在铝土岩和铝土矿石中为负相关性(图4)。

3.3 微量元素特征

微量元素分析显示,蔡家坝铝土矿含铝岩系中含有丰富的Zr(33~1 060×10^-6,平均611.7×10^-6)、Cr(20~410×10^-6,平均127.3×10^-6)和V(65~563×10^-6,平均223.6×10^-6)等微量元素;其中,Zr和Cr主要富集在铝土矿石和铝土岩中,V则主要富集在铁质岩中(表1)。相比之下,其他微量元素含量则明显较低。上地壳(upper continental crust, UCC)标准化后的微量元素蛛网图显示(图5),铝土岩、铝土矿石及铁质岩均表现出明显不同的模式:①Li和Cs元素在铝土岩中明显富集,但在铝土矿石和铁质岩中明显亏损;②Ba元素在铝土岩和铝土矿石中表现为富集,但在铁质岩中表现为亏损;③高场强元素Zr、Hf、Nb、Ta和Th在铝土矿石和铝土岩中表现为富集,且铝土矿石中比铝土岩中更富集,但在铁质岩中表现为亏损。

蔡家坝铝土矿床含铝岩系的相关性分析结果表明(表2):Al₂O₃与Ga、SiO₂与Li、Fe₂O₃与V、Li与Cr之间呈明显的正相关关系;高场强元素(HFSE,如Nb、Ta、Zr、Hf和Th)与Al₂O₃、TiO₂和Ga之间均呈明显的正相关关系,与Fe₂O₃和MgO均呈强烈的负相关关系;高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf、Th和U)彼此之间呈强烈的正相关关系。

4 讨论

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4.1 古气候条件

Sr/Cu比值作为沉积物古气候条件的判别指标,被广泛用来指示铝土矿形成时的古气候条件^{[4,14 -15]}。研究表明,当1<Sr/Cu<10时,通常指示了温湿的古气候条件,当Sr/Cu>10时,则指示了干热的古气候条件^[16-17]。在蔡家坝铝土矿含铝岩系中(表1、图6),下部铁质岩的Sr/Cu为0.40~5.51(平均2.95),中部铝土矿层的Sr/Cu为2.24~19.89(平均8.90),上部铝土矿的Sr/Cu为0.51~17.84(平均7.56),且含铝岩系的1所有样品中,除上部铝土岩层的1个样品和中部铝土矿层的2个样品Sr/Cu>10外,其余所有样品的Sr/Cu<10,表明含铝岩系主要形成于温暖湿润的古气候条件,但期间也有短暂的干热气候。

此外,化学蚀变指数(chemical index of alteration, CIA)作为反映沉积物和岩石化学风化作用强弱的一个指标^[18],通常也被广泛用来判定沉积物形成时的古气候环境^[19-21]。前人研究表明,当50<CIA<65时,代表了干冷气候条件下的较弱风化;当65<CIA<85时,代表了温暖、湿润气候条件下的中等风化;当85<CIA<100时,代表了炎热、潮湿的气候条件下的强烈风化^[18]。蔡家坝铝土矿含铝岩系的CIA计算结果显示(表1、图6),下部铁质岩的CIA介于95.1~97.2,中部铝土矿石的CIA介于96.7~99.7,上部铝土岩的CIA介于78.8~81.7; 表明下部的铁质岩和中部铝土矿层为炎热潮湿气候条件下的产物,上部铝土矿为温暖湿润气候条件下的产物。这也表明,铝土矿比铝土岩经历了更强烈的风化作用,且炎热潮湿的气候比温暖潮湿的气候更有利于铝土矿的形成^[20]。

4.2 沉积环境

大量研究表明,由于一些敏感微量元素在不同的环境中表现出不同的地球化学行为和性质,这些敏感微量元素的比值被通常用来揭示包括铝土矿在内的沉积岩形成时的古环境^{[4,14,22 -25]}。因此,在本文研究中,将应用Sr/Ba、V/Cr以及Ni/Co等微量元素比值来分析蔡家坝铝土矿床含铝岩系形成的古环境。

Sr和Ba具有相似的化学性质,但Sr的迁移能力强于Ba;因此,当沉积物受到海水改造时,Ba更容易发生沉淀^[26]。通常,海相环境中沉积物的Sr/Ba>1,而陆相环境中沉积物的Sr/Ba<0.6,当Sr/Ba介于0.6~1时,则指示了过渡相的沉积环境^[4,27]。在蔡家坝铝土矿床中(表1,图6),除含铝岩系最底部铁质岩样品(ZK72-35-H19)的Sr/Ba>1以外,其余所有样品的Sr/Ba<1,且只有1个中部铝土矿石样品的Sr/Ba介于0.6~1,表明清镇蔡家坝铝土矿床整体以陆相沉积为主,矿床在沉积和形成过程中并未明显收到海水的改造。

在沉积环境的氧化还原条件方面,大量研究表明,当包括铝土矿在内的沉积物中V/Cr<2和Ni/Co<5时,指示其形成于相对氧化的环境;当V/Cr>4.25和Ni/Co>7时,指示其形成于相对还原的环境^{[14,28 -29]}。在蔡家坝铝土矿床(表1,图6)中,含铝岩系上部铝土岩和中部铝土矿石的V/Cr为0.18~2.15(平均1.41)、Ni/Co为0.04~1.34(平均0.54),而下部铁质岩的V/Cr为5.50~28.15(平均16.83)、Ni/Co为0.47~11.07(平均5.78);表明蔡家坝铝土矿床含铝岩系上部铝土岩层和中部铝土矿层主要形成于相对氧化的环境,而下部铁质岩层则主要表现出相对还原的环境。

4.3 成矿物质来源

已有研究表明,Nb、Ta、Zr、Hf和Th等微量元素以及Ti元素在风化和铝土矿化过程中通常具有稳定的化学性质,因此,这些元素间的相互比值和二元图解通常被用来示踪铝土矿的成矿母岩^[30-32]。从图7可知,蔡家坝铝土矿床含铝岩系和下伏清虚洞组白云岩的Nb vs Ta、Zr vs Hf、Th vs Nb、TiO₂ vs Nb、TiO₂ vs Th和TiO₂ vs Hf的二元相关性图解显示,清虚洞组白云岩以及含铝岩系中的铝土岩、铝土矿和铁质岩在这些二元图解中均呈强烈的线性关系,由含铝岩系样品投点拟合的风化线也明显穿过清虚洞组白云岩样品投点,表明蔡家坝铝土矿床含铝岩系中的铝土岩、铝土矿和铁质岩具有相似的物质来源,且与下伏的清虚洞组白云岩具有显著的亲缘关系。

另一方面,LogNi与LogCr图解对指示铝土矿的类型和成矿物质来源也具有重要的意义^[32-33]。蔡家坝铝土矿床含铝岩系中的Ni含量为3.4×10^-6~197.5×10^-6、Cr含量为10×10^-6~410×10^-6,LogNi与LogCr图解(图8)显示蔡家坝铝土矿床含铝岩系样品投点分布较分散,铝土岩和铝土矿主要分布在高铁红土型铝土矿区域内和红土型铝土矿与喀斯特型铝土矿区域之间,铁质岩则集中分布在红土型铝土矿与喀斯特型铝土矿区域之间,同时,大部分样品投点也都靠近碳酸盐岩、页岩、花岗岩和玄武岩。由于在研究区内并未发现于铝土矿成矿相关的岩浆岩体,表明蔡家坝铝土矿的成矿母岩主要包括碳酸盐岩和以页岩为主的细碎屑岩。这一结论也与野外地质调查中,在下伏寒武系清虚洞组白云岩中有灰绿色黏土岩夹层的发现相一致(图2)。综上所述,清镇地区蔡家坝铝土矿床主要来源于下伏寒武系清虚洞组白云岩和灰绿色黏土岩夹层。

5 结论

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(1)含铝岩系上部的铝土岩以泥质结构为主,主要由高岭石和伊利石组成;中部铝土矿以碎屑状和隐晶质结构为主,以及少量的鲕粒结构,主要由硬水铝石和伊利石组成;下部铁质岩以隐晶质结构为主,主要由赤铁矿组成。

(2)古气候条件分析的结果表明,蔡家坝铝土矿床含铝岩系的下部铁质岩和中部铝土矿主要形成于炎热潮湿的古气候条件,而上部铝土矿则为温暖湿润气候条件下的产物。

(3)沉积环境的地球化学分析结果表明,蔡家坝铝土矿床含铝岩系整体主要形成于陆相环境,且含铝岩系上部铝土岩层和中部铝土矿层主要形成于相对氧化的环境,而下部铁质岩层则主要表现出相对还原的环境。

(4)成矿物质来源分析的结果表明,蔡家坝铝土矿床含铝岩系主要来源于下伏寒武系清虚洞组白云岩和灰绿色黏土岩夹层。

基金

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贵州省重点矿产资源大精查专项(MCHC-ZC20212218-2)

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文献

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2025年第25卷第10期

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文章信息

doi: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403266

接收时间：2024-05-05
首发时间：2025-07-09
出版时间：2025-04-08

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出版历史

收稿日期：2024-05-05
修回日期：2025-01-01

基金

贵州省重点矿产资源大精查专项(MCHC-ZC20212218-2)

作者信息

贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队, 清镇 551400

参考文献

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

元素	ZK72- 35-H2	ZK72- 35-H4	ZK72- 35-H6	ZK72- 35-H8	ZK72- 35-H10	ZK72- 35-H12	ZK72- 35-H13	ZK72- 35-H14	ZK72- 35-H15	ZK72- 35-H17	ZK72- 35-H19	ZK72- 35-H20
Al₂O₃	34.76	28.59	38.05	74.43	73.77	76.62	75.66	67.83	45.47	3.32	6.01	0.93
SiO₂	45.94	40.98	42.70	7.12	7.18	3.32	4.93	12.12	2.63	3.35	6.80	1.26
Fe₂O₃	0.24	9.10	0.39	0.35	0.41	0.38	0.59	1.20	26.11	75.12	56.96	2.98
TiO₂	1.64	1.10	1.39	2.87	3.36	4.18	3.26	3.01	1.78	0.15	0.38	0.02
K₂O	9.25	7.99	8.39	1.46	1.46	0.60	0.97	2.49	0.48	0.01	0.01	0.23
MgO	1.10	1.31	0.70	0.12	0.11	0.08	0.10	0.16	0.03	3.11	5.64	19.80
Na₂O	0.09	0.07	0.09	0.05	0.04	0.04	0.04	0.04	0.09	0.08	0.08	0.07
P₂O₅	0.07	0.01	0.04	0.11	0.15	0.28	0.19	0.17	0.12	0.03	0.03	0.01
CaO	0.14	0.20	0.11	0.03	0.03	0.03	0.05	0.05	0.02	1.53	2.22	28.80
LOI	5.40	9.30	6.50	13.26	13.25	14.01	13.92	12.37	22.66	11.92	20.81	45.15
Al₂O₃/ SiO₂	0.76	0.70	0.89	10.45	10.27	23.08	15.35	5.60	17.29	0.99	0.88	0.74
TiO₂/ Al₂O₃	0.047	0.038	0.037	0.039	0.046	0.055	0.043	0.044	0.039	0.045	0.063	0.022
CIA	78.8	77.9	81.7	98.2	98.3	99.7	99.0	96.7	99.1	95.1	97.2	—
Li	137.5	71.5	740	3.2	5.5	1.3	1.7	9.4	1.0	16.2	45.4	20.5
Rb	88.4	106.5	81.4	13.4	14.0	5.8	9.0	18.2	4.4	0.6	0.4	3.2
Cs	12.45	18.75	9.85	0.42	0.59	0.10	0.16	1.21	0.10	0.42	0.23	0.18
Be	7.72	11.05	8.76	4.64	4.95	4.10	4.73	5.42	2.50	2.35	2.70	0.27
Sr	194.5	56.2	147.0	266	475	1 185	923	865	519	49.8	87.6	75.8
Ba	2 600	1 890	7 660	3 340	3 230	1 460	2 240	1 880	1 400	84.7	28.4	98.0
Cu	10.9	111.0	34.0	45.6	85.8	95.6	46.4	115.0	232.0	126.0	15.9	2.6
Zn	97	256	92	283	55	53	159	6	24	27	34	11
Ga	15.7	33.1	22.9	67.6	55.8	60.1	54.3	58.1	39.4	8.8	11.3	0.9
Bi	0.59	0.68	1.18	2.23	3.24	3.30	2.99	3.10	2.25	0.21	0.38	0.04
Ni	9.5	73.5	45.7	6.6	10.1	3.4	13.9	57.1	197.5	59.6	176.0	11.1
Cr	50	120	410	110	130	140	130	130	80	20	80	10
V	65	143	74	177	151	207	221	247	172	563	440	31
Sc	16.8	26.1	49.0	23.3	35.5	24.4	27.4	54.1	20.5	16.4	5.4	1.8
Zr	485	241	525	955	1 060	1 020	820	927	574	33	89	10
Hf	12.8	6.5	13.9	24.4	28.0	27.7	21.8	24.6	15.1	0.7	2.3	0.2
Nb	36.5	24.9	31.1	65.4	77.8	94.8	72.2	68.7	41.3	3.6	8.1	0.7
Ta	2.7	1.9	2.3	5.0	6.2	7.5	5.6	5.3	3.2	0.3	0.6	0.1
Th	26.0	27.7	32.7	72.0	94.4	138.0	94.7	89.3	53.8	4.52	10.55	1.10
U	23.50	4.66	9.73	91.40	36.80	39.30	25.20	30.30	13.45	31.00	32.40	1.19
Sr/Cu	17.84	0.51	4.32	5.83	5.54	12.40	19.89	7.52	2.24	0.40	5.51	—
Sr/Ba	0.07	0.03	0.02	0.08	0.15	0.81	0.41	0.46	0.37	0.59	3.08	—
V/Cr	1.30	1.19	0.18	1.61	1.16	1.48	1.70	1.90	2.15	28.15	5.50	—
Ni/Co	0.87	0.66	1.34	0.14	0.12	0.04	0.30	0.50	0.85	0.47	11.07	—
岩性特征	铝土岩	铝土岩	铝土岩	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铝土矿	铁质岩	铁质岩	白云岩

元素

ZK72-
35-H2

ZK72-
35-H4

ZK72-
35-H6

ZK72-
35-H8

ZK72-
35-H10

ZK72-
35-H12

ZK72-
35-H13

ZK72-
35-H14

ZK72-
35-H15

ZK72-
35-H17

ZK72-
35-H19

ZK72-
35-H20

Al₂O₃

34.76

28.59

38.05

74.43

73.77

76.62

75.66

67.83

45.47

3.32

6.01

0.93

SiO₂

45.94

40.98

42.70

7.12

7.18

3.32

4.93

12.12

2.63

3.35

6.80

1.26

Fe₂O₃

0.24

9.10

0.39

0.35

0.41

0.38

0.59

1.20

26.11

75.12

56.96

2.98

TiO₂

1.64

1.10

1.39

2.87

3.36

4.18

3.26

3.01

1.78

0.15

0.38

0.02

K₂O

9.25

7.99

8.39

1.46

0.60

0.97

2.49

0.48

0.01

0.23

MgO

1.10

1.31

0.70

0.12

0.11

0.08

0.10

0.16

0.03

3.11

5.64

19.80

Na₂O

0.09

0.07

0.09

0.05

0.04

0.09

0.08

0.07

P₂O₅

0.07

0.01

0.04

0.11

0.15

0.28

0.19

0.17

0.12

0.03

0.01

CaO

0.14

0.20

0.11

0.03

0.05

0.02

1.53

2.22

28.80

LOI

5.40

9.30

6.50

13.26

13.25

14.01

13.92

12.37

22.66

11.92

20.81

45.15

Al₂O₃/ SiO₂

0.76

0.70

0.89

10.45

10.27

23.08

15.35

5.60

17.29

0.99

0.88

0.74

TiO₂/ Al₂O₃

0.047

0.038

0.037

0.039

0.046

0.055

0.043

0.044

0.039

0.045

0.063

0.022

CIA

78.8

77.9

81.7

98.2

98.3

99.7

99.0

96.7

99.1

95.1

97.2

—

137.5

71.5

740

3.2

5.5

1.3

1.7

9.4

1.0

16.2

45.4

20.5

88.4

106.5

81.4

13.4

14.0

5.8

9.0

18.2

4.4

0.6

0.4

3.2

12.45

18.75

9.85

0.42

0.59

0.10

0.16

1.21

0.10

0.42

0.23

0.18

7.72

11.05

8.76

4.64

4.95

4.10

4.73

5.42

2.50

2.35

2.70

0.27

194.5

56.2

147.0

266

475

1 185

923

865

519

49.8

87.6

75.8

2 600

1 890

7 660

3 340

3 230

1 460

2 240

1 880

1 400

84.7

28.4

98.0

10.9

111.0

34.0

45.6

85.8

95.6

46.4

115.0

232.0

126.0

15.9

2.6

256

283

159

15.7

33.1

22.9

67.6

55.8

60.1

54.3

58.1

39.4

8.8

11.3

0.9

0.59

0.68

1.18

2.23

3.24

3.30

2.99

3.10

2.25

0.21

0.38

0.04

9.5

73.5

45.7

6.6

10.1

3.4

13.9

57.1

197.5

59.6

176.0

11.1

120

410

110

130

140

130

143

177

151

207

221

247

172

563

440

16.8

26.1

49.0

23.3

35.5

24.4

27.4

54.1

20.5

16.4

5.4

1.8

485

241

525

955

1 060

1 020

820

927

574

12.8

6.5

13.9

24.4

28.0

27.7

21.8

24.6

15.1

0.7

2.3

0.2

36.5

24.9

31.1

65.4

77.8

94.8

72.2

68.7

41.3

3.6

8.1

0.7

2.7

1.9

2.3

5.0

6.2

7.5

5.6

5.3

3.2

0.3

0.6

0.1

26.0

27.7

32.7

72.0

94.4

138.0

94.7

89.3

53.8

4.52

10.55

1.10

23.50

4.66

9.73

91.40

36.80

39.30

25.20

30.30

13.45

31.00

32.40

1.19

Sr/Cu

17.84

0.51

4.32

5.83

5.54

12.40

19.89

7.52

2.24

0.40

5.51

—

Sr/Ba

0.07

0.03

0.02

0.08

0.15

0.81

0.41

0.46

0.37

0.59

3.08

—

V/Cr

1.30

1.19

0.18

1.61

1.16

1.48

1.70

1.90

2.15

28.15

5.50

—

Ni/Co

0.87

0.66

1.34

0.14

0.12

0.04

0.30

0.50

0.85

0.47

11.07

—

岩性特征

铝土岩

铝土矿

铁质岩

白云岩

元素	Al₂O₃	SiO₂	Fe₂O₃	TiO₂	K₂O	MgO	Li	Ga	V	Cr	Ni	Nb	Ta	Zr	Hf	Th	U
Al₂O₃	1.00
SiO₂	-0.28	1.00
Fe₂O₃	-0.80^**	-0.35	1.00
TiO₂	0.97^**	-0.32	-0.75^**	1.00
K₂O	-0.18	0.99^**	-0.43	-0.23	1.00
MgO	-0.83^**	-0.04	0.81^**	-0.76^**	-0.16	1.00
Li	-0.20	0.64^*	-0.19	-0.26	0.63^*	-0.03	1.00
Ga	0.95^**	-0.41	-0.67^*	0.91^**	-0.32	-0.74^**	-0.35	1.00
V	-0.53	-0.57	0.89^**	-0.46	-0.64^*	0.71^*	-0.37	-0.37	1.00
Cr	0.19	0.41	-0.45	0.13	0.43	-0.28	0.88^**	0.08	-0.48	1.00
Ni	-0.55	-0.19	0.57	-0.56	-0.25	0.50	-0.08	-0.42	0.33	-0.18	1.00
Nb	0.97^**	-0.32	-0.74^**	0.99^**	-0.23	-0.76^**	-0.27	0.91^**	-0.45	0.12	-0.56	1.00
Ta	0.97^**	-0.34	-0.73^*	0.99^**	-0.25	-0.75^**	-0.28	0.91^**	-0.44	0.11	-0.55	0.99^**	1.00
Zr	0.98^**	-0.28	-0.78^**	0.96^**	-0.18	-0.80^**	-0.16	0.91^**	-0.52	0.21	-0.54	0.97^**	0.96^**	1.00
Hf	0.98^**	-0.28	-0.78^**	0.97^**	-0.18	-0.80^**	-0.16	0.91^**	-0.52	0.21	-0.54	0.97^**	0.97^**	0.99^**	1.00
Th	0.92^**	-0.43	-0.63^*	0.98^**	-0.35	-0.69^*	-0.30	0.89^**	-0.33	0.11	-0.47	0.98^**	0.98^**	0.91^**	0.92^**	1.00
U	0.41	-0.46	-0.09	0.37	-0.43	-0.10	-0.36	0.51	0.12	-0.23	-0.36	0.37	0.37	0.44	0.42	0.31	1.00

元素

Al₂O₃

SiO₂

Fe₂O₃

TiO₂

K₂O

MgO

Al₂O₃

1.00

SiO₂

-0.28

1.00

Fe₂O₃

-0.80^**

-0.35

1.00

TiO₂

0.97^**

-0.32

-0.75^**

1.00

K₂O

-0.18

0.99^**

-0.43

-0.23

1.00

MgO

-0.83^**

-0.04

0.81^**

-0.76^**

-0.16

1.00

-0.20

0.64^*

-0.19

-0.26

0.63^*

-0.03

1.00

0.95^**

-0.41

-0.67^*

0.91^**

-0.32

-0.74^**

-0.35

1.00

-0.53

-0.57

0.89^**

-0.46

-0.64^*

0.71^*

-0.37

1.00

0.19

0.41

-0.45

0.13

0.43

-0.28

0.88^**

0.08

-0.48

1.00

-0.55

-0.19

0.57

-0.56

-0.25

0.50

-0.08

-0.42

0.33

-0.18

1.00

0.97^**

-0.32

-0.74^**

0.99^**

-0.23

-0.76^**

-0.27

0.91^**

-0.45

0.12

-0.56

1.00

0.97^**

-0.34

-0.73^*

0.99^**

-0.25

-0.75^**

-0.28

0.91^**

-0.44

0.11

-0.55

0.99^**

1.00

0.98^**

-0.28

-0.78^**

0.96^**

-0.18

-0.80^**

-0.16

0.91^**

-0.52

0.21

-0.54

0.97^**

0.96^**

1.00

0.98^**

-0.28

-0.78^**

0.97^**

-0.18

-0.80^**

-0.16

0.91^**

-0.52

0.21

-0.54

0.97^**

0.99^**

1.00

0.92^**

-0.43

-0.63^*

0.98^**

-0.35

-0.69^*

-0.30

0.89^**

-0.33

0.11

-0.47

0.98^**

0.91^**

0.92^**

1.00

0.41

-0.46

-0.09

0.37

-0.43

-0.10

-0.36

0.51

0.12

-0.23

-0.36

0.37

0.44

0.42

0.31

1.00