桂西二叠系沉积型铝土矿鲕粒成因机制探讨.pdf
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1、ETMINERALOGICAPETROLOGICAACTAJan.,20242024年1月石Vol.43,No.1:2136心杂矿岩学物第1期第43 卷Doi:10.20086/ki.yskw.2024.0102桂西二叠系沉积型铝土矿粒成因机制探讨张启连,韦访,邓军,李活松,陈文伦,宫研,覃洪锋,辛晓卫,黄尚恒,王学恒,苏可(广西地质调查院,广西南宁530023)摘要:已有研究表明铝土矿中粒的Al含量普遍高于基质,但粒富集AI过程尚不清楚。本文通过对桂西地区铝土矿进行宏微观观察以及电子探针测试(EPMA)和X粉晶衍射分析,研究了矿石构造和元素地球化学变化规律,试图分析铝土矿中粒生长机制。含矿岩
2、系层序多变特征表明桂西铝土矿为陆相成因;粒内部圈层Al含量大于50%,而Si含量小于1%,Fe含量波动于1%左右,证明矿石中粒Al的含量比基质的高,同时硬水铝石的结晶程度亦较高;与粒生成有密切关系的构造主要为凝胶和裂隙,两者为正反馈关系;胶体在分离过程中出现分凝,主要形成富铝、富硅和富铁凝胶,分凝过程中Fe、Si 亲和性强,两者的迁移能力均高于Al。分析认为粒形成于浅埋阶段,是一种凝胶的反复分凝过程,受控于湿润-干热气候,成可大致分为3个阶段,即充水阶段、湿润阶段和干热阶段,成核机制为脱水收缩,圈层增长机制为成胶-凝胶老化交替。铝土矿型风化壳的物质搬运过程使粒的圈层停止生长,形成天折,若条件有
3、利则形成再生。首次引人磁场的概念解释了粒保持浑圆形习性的原因关键词:铝土矿;凝胶;粒;干裂纹;电负性;老化;磁场;桂西中图分类号:P588.24+1文献标识码:A文章编号:10 0 0-6 52 4(2 0 2 4)0 1-0 0 2 1-16Study of the genetic mechanism of ooids in Permian bauxite ore fromwestern GuangxiZHANG Qi-lian,WEI Fang,DENG Jun,LI Huo-song,CHEN Wen-lun,CONG Yan,QIN Hong-feng,XIN Xiao-wei,HUA
4、NG Shang-heng,WANG Xue-heng and SU Ke(Guangxi Institute of Geological Survey,Nanning 530023,China)Abstract:Previous studies have shown that the Al content of ooids in bauxite is generally higher than that of thematrix,but how the ooids enrich Al is still unclear.Basing on the observation of bauxite
5、in western Guangxi,aswell as electron probe microanalysis(EPMA)and X-ray powder diffraction,this paper focus on the ore structureand elemental geochemical behave,and try to unravel the growth mechanism of ooids in bauxite.The variablesequences of ore-bearing rock series demonstrate that the bauxite
6、in western Guangxi is formed on continent.TheEPMA proves that the Al of the ooids is higher than that of the matrix,such as the Al in the inner layer is greaterthan 50%,while the Si is less than 1%,and the Fe fluctuates around 1%,meanwhile the degree of crystallizationof diaspore is also higher.The
7、structures related to the formation of ooids are mainly gel and fissure,and then apositive feedback was set up between gel and fissure.The colloids grew segregating to form mainly aluminum-rich,silicon-rich and iron-rich gels,and during the segregation process,Fe and Si had strong affinity,and their
8、 migration收稿日期:2 0 2 3-0 7-2 1;接受日期:2 0 2 3-11-2 7;编辑:郝艳丽基金项目:中国地质调查局项目(KD-2023-XZ-050);广西地矿局 广西关键矿产资源深部勘查人才小高地项目”作者简介:张启连(19 6 6-),男,教授级高级工程师,主要从事矿产勘查工作,E-mail:2 58 8 39 9 31 q q.c o m;通讯作者:韦访(19 8 5-),男,教授级高级工程师,E-mail:18 40 7 556 7 9 q q.c o m。石22心杂矿岩第43 卷学物ability was higher than of Al.It can be
9、 deduced that the formation of ooids was a repeated process of gel-segregationwhen weathered materials were buried slightly,and the the humid-dry-hot climate is the drive for the gel-segregation.The formation of ooids can be roughly divided into three stages,namely,water filling stage,humid stage an
10、d dry-hotstage,and the nucleation mechanism is dehydration shrinkage,whereas the growth mechanism of the ring layer is thealternation of gelation and gel aging.The transport of matter from bauxite-type weathering crust stopped the growth ofring to form aborted ooids,and when the conditions are favor
11、able the regenerated ooids would formed.The concept ofmagnetic field is introduced for the first time to explain the reason why the ooids always maintain round shape.Key words:bauxite;gels;ooids;klizoglyph;electronegativity;aging;magnetic field;western GuangxiFund support:China Geological Survey Pro
12、ject(KD-2023-XZ-050);The Small Talent Highland of Deep Explo-ration of Critical Mineral Resources of Guangxi from Bureau of Geology and Mineral Resources of Guangxi ZhuangAutonomous Region桂西二叠系沉积型铝土矿研究近年来取得较大的进展,确立了铝土矿层的沉积环境和模式,在含铝岩系中发现了大量的火山灰,初步厘定了火山灰主要来自西南部的哀牢山-松马造山带(张启连等,2016,2 0 2 0,2 0 2 2);部分学
13、者研究了成矿环境、物质来源和成矿机制(俞缙等,2 0 0 9;Dengetal.,2 0 10;Liuetal.,2 0 10;余文超等,2 0 14;李洁兰等,2 0 15;戴塔根等,2 0 16;Yu et al.,2 0 16;H o u e t a l.,2017),比较统一的观点认为成矿物质主要来自于古红土,火山灰参与了成矿,淋滤作用是成矿的机制,成矿环境总体由氧化向还原转变;Wang等(2 0 10)和Liu等(2 0 16)在铝土矿石中发现了氟碳钙铈矿和水磷矿,根据它们的分布和形成条件认为晚二叠世铝土矿形成环境十分复杂,pH值变化大;Liu等(2 0 17 a)还发现了与硬水铝石
14、和黄铁矿共生的微生物,认为它们促进了源岩的风化溶蚀和硬水铝石的沉淀。尽管研究涉及内容较广,但某些关键问题仍未解决,如铝土质岩中粒是最广泛的粒屑类型,其成因未解。统计数据显示,欧洲铝土矿床中,铝矿物含量总是比基质的高,而黏土矿物则比基质的少,差值至少10%(巴多西,19 9 0)。我国华北、贵州的铝土矿中粒Al,0,含量绝大多数大于6 0%,高于附近的基质,而Si0,均小于10%,低于附近基质(刘长龄等,19 9 0)。张亚男等(2 0 13)对贵州务正道地区铝土矿的粒进行了微区原位分析,发现粒的Al,O,含量高于基质,而SiO2、Fe,O,含量则低于基质,可见粒比基质具有进一步富集Al的优势,
15、其形成机制亦可以反映铝土矿的成矿作用。巴多西(19 9 0)将粒的形成归因于浅埋藏后一种球粒的球形外壳突然分凝作用,将其诱因归究于一种不可知因素。亦有学者研究认为粒的形成受制于风化和机械搬运的强度,粒的多寡受古地形控制,成发生于同生沉积期(程顺波等,2 0 2 0 a)。总之,粒成因机制研究实例极少,证据链薄弱。笔者认为,现代三水铝土矿床(岩溶型铝土矿床前身)的研究已证明大量的铝矿物已在风化壳阶段通过淋滤形成,成岩阶段已少有新的铝矿物产生,仅仅是环境发生变化而已(巴多西,19 9 0;Chenet al.,2 0 18),而粒是现代铝土矿石的主要组成部分,应看作是同生阶段的产物,粒研究是探讨成
16、矿作用的关键环节。本文即借助桂西二叠系铝土矿调查,在宏微观考察和探针分析的基础上,,试图阐释粒的形成过程,以期对今后的研究有所启发。1地质概况桂西地区晚古生代一早三叠世是一个大陆边缘盆地,它于早古生代褶皱基底上再裂陷,并发展为典型的浅水台地与台间深水海槽间列的“棋盘式”盆地,形成台地碳酸盐岩沉积与深水海盆沉积组合,中三叠世则成为了前陆盆地,印支地块与华南地块拼合后转人大陆演化阶段(杜远生等,2 0 0 9)。台地相区(图1中蓝灰色分布区)以沉积生物礁灰岩、泥晶灰岩、粒灰岩等为特征,台地斜坡则发育钙屑角砾岩、钙屑砾岩、钙质泥质浊积岩夹火山碎屑浊积岩等重力流沉积,沟槽相或盆地相区则以硅质岩、泥岩为
17、主,斜坡相以泥灰岩、硅质岩为主,盆地相及斜坡相均夹基性-中性火山岩建造(侯方浩等,19 8 4;杜远生等,2 0 0 9)。中二叠世晚期,区内碳酸盐台地的台地相区一度上升为陆,接受风化剥蚀,形成含铝土矿岩系,至晚二叠世早期再次遭受海侵。根据已有剖面考察,23第1期张启连等:桂西二叠系沉积型铝土矿粒成因机制探讨E105E106E107E108审图号:GS(2021)5448号二叠系(台地相)断层贵州省界南丹国界河池乐业城市凤山西林。考察点田林铝土矿床云E104E108百色南都安a南丹教美昆明太平那豆N24。折城那坡Q平果个旧那坡平果德保麻栗坡孟麻街盆地天等武鸣扶绥请西.00崇左南宁高平牢河Son
18、gChayN22钦州大新O断金龙扶绥南宁断裂东罗裂河内士岭研究区南部铝土矿集区延安江山圩断清化074km050km龙州世板羊裂上思E104E108图1桂西大地构造(a)和二叠系台地与铝土矿床分布图(b)(据张启连等,2 0 16 修改)Fig.1 Tectonic map(a)and distribution of the Permian platform-facies and bauxite deposits(b)of the western Guangxi(mollified after Zhang Qilian et al.,2016)各处分层发育不全,规模和厚度变化大,图2 a和图2
19、b为分层出露较为齐全的剖面,综合各处剖面仍可恢复完整的含铝岩系层序,含矿岩系序列简述如下(自上而下,图2 d):炭泥或煤层(线);泥岩;5铝土岩夹泥岩;铝土矿层;铝土质泥岩、铁质泥岩、铁铝岩;2古土壤层。铝土矿层可分为厚层状矿层和透镜状矿层(图3a、3b),前者为风化壳的残留,矿层呈板状,块状层理,矿石类型以块状铝土矿石为主,基质呈隐晶-半隐晶结构(图3c),后者则为风化壳物质短距离搬运沉积的产物,透镜状,发育小型交错层理、平行层理、韵律层理、粒序层理等各种层理,矿石类型以碎屑状矿石为主,包括砾(砂)屑矿石和砂屑状矿石(图3d),小部分为致密状矿石(即泥质铝土矿)。铝土矿型风化壳受古地形和外营
20、力影响,残留原地或搬迁程度有别而呈现不同的岩相,铝土矿砾石及上下叠置关系(图2 c)表明透镜状矿层物源来自于厚层状矿层层序中相变迅速及矿石中的砾屑构造表明铝土矿层为陆相沉积(曾允孚等,19 8 4),同时也表明铝土矿层是在铁铝质岩的基础上发展而来的。铁质、铝质和粘土质沉积并向下过渡到基岩的沉积序列属于典型的残积类型(杨伟东等,19 9 1)。2样品采集与分析样品采集点位于平果太平、靖西三合、扶绥巴羊等铝土矿区,矿石类型主要有块状、碎屑状沉积型矿石。在岩矿鉴定基础上选择胶体构造和状构造明显的样品送至河北省区域地质调查院实验室开展电石24心杂矿岩岩第43 卷学物ab铝土岩夹泥岩透镜状矿层K厚层状矿
21、层铝土岩夹泥岩透镜状矿层CdP.h2含CC炭泥或煤层(线)泥岩AA岩铝土岩夹泥岩泥岩AA系完整层铝土岩夹泥岩AA体AL透镜状AIAIA厚层状铝土矿(层)ALAI铝土矿AFA铝土质泥岩、铁F质泥岩、铁铝岩一厚层状铝土矿二古工壤层序P.mIm2m图2 桂西地区上二叠统铝土矿层及含矿岩系剖面图Fig.2Characteristics of bauxite layer and bauxite-bearing rock series of the upper Permian in western Guangxia一含矿岩系上部泥岩与灰岩平行接触,泥岩发育波状层理,缺失顶部炭泥或煤层,平果太平;b一含矿岩
22、系层序,底部缺失铁质泥岩、铝土质泥岩及古土壤,平果太平;c一厚层状矿层与铝土岩平行接触,当铝土岩所夹泥岩薄层缺失,即相变为透镜状铝土矿层,向上缺失炭泥或煤层,靖西新圩;d一完整的含矿岩系,透镜状矿层源岩为厚层状矿层athe upper mudstone of the bauxite-bearing rock series is parallel unconformity with limestone,and the mudstone developed wavy bedding,and nothe top carbon mud or coal seam,Taiping of Pingguo C
23、ity;bthe strata sequence of bauxite-bearing rock series,and the underlying iron mudstone,bauxite mudstone and paleosol are not present,Taiping of Pingguo City;cthe thick layer of bauxite is parallel unconformity with allite,the lattercan be regarded as bauxite when mudstone interlayer are absent,and
24、 the carbon mud or coal seam disappear upward,Xinxu of Jingxi City;dthe complete bauxite-bearing rock series,and thick layer bauxite is the source rock of lenticular layer one子探针测试(EPMA),检测设备为日本电子JEOLEPMA8230,加速电压15kV,束流强度2 0 nA,束斑直径1 10 m不等(根据矿物颗粒大小及分析元素而定,一般是5m)。部分样品由中南大学冶金学院扫描电镜实验室进行分析,仪器为岛津EP-MA
25、1720H,束流强度10 nA,束斑直径2 m。岩矿鉴定为河北省测绘院实验室完成。把矿石粉碎至2 0 0 目以下进行X射线粉末衍射测试。部分样品送至中南大学材料科学与工程学院X射线粉末衍射实验室进行分析,仪器为日本RigakuDmax-2500,测试靶CuK,(入=0.1540 56),电压40 kV,电流2 50 mA,20=370,扫描速度为0.15/s,环境温度2 0,湿度30%。后送另一部分样品至中国地质大学(武汉)地质过程与成矿作用国家重点实验室,采用帕纳科XPertProX射线粉晶衍射仪测试,电压40 kV,电流40 mA,Cu靶,Ni滤波,连续扫描方式,步长0.0 17,步进5s
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