贵州务正道地区铝土矿床稀土元素组成及地质意义_金中国.pdf

书书书 第 48 卷第 6 期 2012 年 11 月 地质与勘探 GEOLOGY AND EXPLORATION Vol 48No 6 November 2012 金属矿产 收稿日期 2010 10 04 修订日期 2012 03 08 责任编辑 郝情情 基金项目 中国地质大调查项目 项目编号 2006 004 06 贵州省公益性 基础性研究项目 项目编号 2007 172 和科学技术 部科技支撑计划项目 项目编号 2011BAB04B04 资助 第一作者 金中国 1965 年 男 博士 研究员 主要从事地质勘查与研究工作 E mail gzkyjzg sina com 贵州务正道地区铝土矿床稀土元素组成及地质意义 金中国 1 刘 玲 1 黄智龙2 向贤礼1 鲍 淼 1 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550002 摘要 稀土元素 REE 是一组具有相同地球化学性质和特殊地球化学属性的指示性元素 务 正道地区主要矿床稀土元素组成显示出 矿层和下伏志留系韩家店组地层稀土元素总量 配分模式基本 一致 相关性较好 揭示铝土矿成矿物源与下伏志留系韩家店组有成因联系 矿层和韩家店组 LREE HREE 均大于 1 轻稀土富集较强烈 而重稀土不同程度亏损 La Ce N平均 0 87 总体较低 Ce 平均 1 22 为弱 中等比值 表明铝土矿物源主要来自陆源 沉积环境主要为陆相沉积 局部为海相沉积 主 要层位 La Sm N Gd Yb N 说明轻重稀土元素分异较好 稀土元素富集对岩性有选择性 在矿层及 富含绿泥岩 粉砂质页岩的志留系韩家店组地层中强烈富集 在石炭系黄龙组白云质灰岩及二叠系栖霞 组灰岩中贫化 关键词 稀土元素组成沉积环境物质来源铝土矿贵州务正道 中图分类号 P595 文献标识码 A 文章编号 0495 5331 2012 06 1067 10 Jin Zhong guo Liu ling Huang Zhi long Xiang Xian li Bao Miao REE composition of the bauxite deposits in the Wuchuan Zheng an Daozhen area Guizhou Province and its geological sig nificance J Geology and Exploration 2012 48 6 1067 1076 0引言 黔北务正道铝土矿成矿区属黔北 渝南带的组 成部分 找矿实践证明 铝土矿产于中 下志留 统韩家店组页岩 泥岩 砂质页岩古侵蚀间断面之上 局部为上石炭统黄龙组碳酸盐岩侵蚀风化面 的 中二叠统梁山组中上部 矿石类型主要一水硬铝石 沉积型铝土矿 2000 年以前 公开发表的文献报道 主要针对区域成矿地质特征 沉积环境 成因类型 区域地球化学特征及宏观成矿规律研究 廖士范 1989 梁同荣等 1989 刘巽锋 1988 1990 刘平 1992 1995 1999 微观领域研究相对薄弱 近年 随着务川瓦厂坪 大竹园 正安新木 晏溪 道真新 民大型 超大型铝土矿的发现和探明 众多学者 专 家开展了沉积学 矿床地球化学 成矿年代学 元素 地球化学研究 刘平 2001 2007 武国辉等 2008 郝 家栩等 2007 金中国等 2009 2011 本文对务正 道地区典型矿床开展稀土元素地球化学特征 物质 来源 沉积环境与成矿的系统研究 意在深化务正道 地区铝土矿成矿理论认识 探讨成矿机理 更好的指 导相邻区铝土矿勘查 扩大找矿成果 1区域地质背景 研究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 缺失志留系上统 泥盆系 石炭 系下统及上统马平组 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 区内无岩浆岩活动 区域构造处于扬子准地台之遵义断拱凤岗北北 东向构造变形区内 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 常以复式背斜 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 均分布于向斜构造内 图 1 近年 已相继探明了务川瓦厂坪等大 中型矿 7601 床近 10 个 提交详查 勘探铝土矿资源储量约 2 亿 吨 成为贵州黔中之后的第二大铝土矿资源地 图 1黔北务正道地区地质图 Fig 1Geological map of the Wuchuan Zhengan Daozhen area in northern Guizhou Province 1 侏罗系 2 三叠系 3 二叠 石炭系 4 志留系 5 奥陶 系 6 寒武系 7 断层 8 地层界线 9 铝土矿床 点 10 向斜编号 1 Jurassic 2 Triassic 3 Permian and Carboniferous 4 Silurian 5 Ordovician 6 Cambrian 7 fault 8 stratigraphic boundaries 9 bauxite deposit occurrence 10 syncline No 2典型矿床地质特征 以务川瓦厂坪矿床 为例 瓦厂坪大型矿床位于务正道铝土矿成矿区东 侧 鹿池向斜南西扬起端 矿体产于古风化壳之上的 梁山组 P2l 中 上覆地层为二叠系中统栖霞组 P2q 下伏地层为志留系中下统韩家店组 S1 2hj 或上石炭统黄龙组 C2h P2l 与 P2q 呈整合接触 而与S1 2hj及 C2h 呈假整合接触 含矿岩系梁山组 上 中 下由不同的岩矿石组成 上部为炭质页岩 钙 质页岩及铝土质页岩 粘土岩 厚 0 4 m 中部为铝 土矿层 由铝土矿和铝土岩组成 厚 0 8 10 m 下 部为绿泥石岩或铁绿泥石岩 铝土质页岩 炭质页 岩 厚 1 2 2 8 m 含矿岩系厚 0 15 37 m 一般 5 8 m 黄龙组在区内断续分布 与上覆及下伏地 层均呈假整合接触 图 2 图 3 图 2瓦厂坪铝土矿床含矿岩系柱状示意图 Fig 2Stratigraphic column showing ore bearing rock series of the Wachangping bauxite deposit 矿体露头线沿鹿池向斜南西端呈 U 字型展 布 产状与围岩一致 在向斜轴部矿体受断层破坏 分为东 西两个矿段 东 西矿段地表矿体走向长均 大于 4 km 最大倾斜延伸1 5 km 矿床平均厚度大 于 2 m 矿石 Al2O3大于 65 铝硅比大于 7 含矿 岩系厚度与矿体厚度 矿石质量成正相关关系 矿石 质量在浅表较深部好 3稀土元素组成特征 从表 1 表 2 可知 务正道地区铝土矿稀土元素 组成具有如下特征 1 铝土矿层与下伏志留系韩家店组 S1 2hj 两层位中稀土元素含量及总量 REE 均较高 相 关性及对应的线性关系较好 总量基本一致 与陈代 演等 1997 叶霖等 2004 研究黔中及黔北遵义地 区铝土矿稀土元素组成有相似性 瓦厂坪矿床矿层 和韩家店组 REE 分别为 827 14 10 6 868 49 10 6 新民矿床矿层和韩家店组 REE 分别为 646 27 10 6 545 66 10 6 新木 晏溪矿床矿层 和韩家店组 REE 分别为 672 95 10 6 557 31 8601 地质与勘探2012 年 图 3瓦厂坪铝土矿区含矿岩系地表露头线柱状对比图 Fig 3Stratigraphic corrlation column of ore bearing rock series in the Wachangping bauxite deposit 1 中二叠统栖霞组和茅口组 2 中二叠统梁山组 3 中 下志留统韩家店组 4 上石炭统黄龙组 5 中厚层状灰岩 6 结晶灰 岩 7 泥页岩 8 含铝系泥岩 9 铝土矿 10 整合 不整合地质界线 1 Middle Permian Qixia Maokou Formations 2 Middle Permian Liangshan Formation 3 Lower Middle Silurian Hanjiadian Formation 4 Upper Carboniferous Huanglong Formation 5 medium thick limestone 6 crystalline limestone 7 shale 8 aluminized mudstone 9 bauxite 10 conformity unconformity 10 6 而石炭系黄龙组白云质灰岩及二叠系栖霞组 灰岩中 REE 较低 黄龙组中为 40 21 10 6 61 67 10 6 平均 50 94 10 6 栖霞组中为 3 23 10 6 27 95 10 6 平均 10 97 10 6 与铝土矿 层及志留系韩家店组 REE 相比 相差 1 2 个数 量级 2 各矿床矿层及韩家店组中 LREE HREE 均 大于 1 轻稀土富集较强烈 而重稀土不同程度亏 损 在矿层中 LREE HREE 为 1 35 2 14 韩家店 组为3 45 4 00 显示矿层中 LREE 富集程度低 而 在韩家店组富集程度高 但总体反映出 LREE HREE 比值变化范围均较小 富集程度较稳定 瓦 厂坪矿床矿层上部轻稀土富集 LREE HREE 为 3 11 10 6 而新民及新木 晏溪矿床矿层上部重 稀土富集 LREE HREE 为 0 59 10 6 0 74 10 6 3 在铝土矿层中 La Yb N La Sm N比值 变化范围较大 而 La Ce N Gd Yb N比值变化范 围相对小 La Yb N分别为 瓦厂坪矿床 0 16 10 28 平均1 80 新民矿床0 74 5 53 平均2 19 新木 晏溪矿床为 0 30 1 55 平均 1 04 极差大 La Sm N依次为 0 36 6 13 平均 2 08 1 00 4 42 平均 1 86 0 63 3 67 平均 1 89 极差大 但 平均值较接近 La Ce N 依次分别为 0 69 1 61 平均 0 95 0 44 1 22 平均 0 74 0 39 2 21 平均 0 97 Gd Yb N分别为 0 36 1 13 平 均 0 64 0 57 1 12 平均 0 78 0 51 0 67 平均 0 61 均显示出极值小 平均值较接近 而 La Yb N在各矿床韩家店组地层中比值大 极值相差 小 为 8 76 12 13 平均 10 20 4 对瓦厂坪的铝土矿石类型进行统计 结果 显示稀土元素总量 REE 在土状 半土状铝土矿 中相对高 变化趋势为土状 半土状铝土矿 357 47 10 6 碎屑状铝土矿 273 83 10 6 致密块 状铝土矿 264 66 10 6 鲕状铝土矿 211 59 10 6 稀土元素总量在矿层上下空间位置上 矿层 中部 矿层上部 矿层底部 矿石质量与稀土元素 含量总体呈正相关关系 5 北部成矿区的新民 瓦厂坪矿床中稀土总 量相对高 少量铝土矿石样品稀土总量达到或接近 边界品位 南部成矿区的新木 晏溪矿床稀土总量 相对低 是由沉积环境差异 铝土矿系沉积厚度及粘 土岩 泥页岩含量差异所致 6 稀土元素间 La 与 Ce Y LREE HREE LREE 与 HREE REE 与 Al2O3呈典型的正相关关 系 REE 与 SiO2负相关关系明显 图 4 其余元素 及比值没有较明显的线性关系 4稀土元素配分模式 1 从图 5 可知 在 P2l 上部和 S1 2hj 层位中 轻稀土元素含量曲线呈明显的负斜率变化型 重稀 土元素含量曲线呈略向右倾型 各样品稀土元素含 量相近 配分曲线相似性和一致性较好 S1 2hj 最为 明显 其余层位轻稀土元素含量曲线呈略向右倾 型 重稀土元素含量曲线呈右倾平坦型 2 各矿床中 各层位配分曲线形态具相似性 尤以矿层与 S1 2hj 最为显著 矿层底部稀土元素含 9601 第 6 期金中国等 贵州务正道地区铝土矿床稀土元素组成及地质意义 量含量变化大 3 在铝土矿层中 Ce 为 1 01 1 45 Ce 呈微 弱 中等正异常 在瓦厂坪矿床的矿层底部和新 木 晏溪矿床的 C2h 地层中 Ce 分别为 0 48 和 0 36 显示强亏损负异常特点 在新木 晏溪矿床矿 层底部 Ce 为 2 45 呈强富集正异常 在铝土矿层 中 Eu 为 0 69 0 95 其它层位中为 0 50 0 98 Eu 均呈弱 中等负异常 5稀土元素组成的地质意义 稀土元素 REE 是一组具有相同地球化学性 质和特殊地球化学属性的指示性元素 应用元素间 的含量变化及相关特征比值是研究沉积环境和成矿 物质来源的有效方法之一 国内外已有众多学者研 究 仅在贵州及邻省区针对铝土矿有大量的文献报 道 万兵 1981 陈有能 1987 殷子明 1989 莫江平 1991 陈履安 1996 戴塔根 2003 王力 2004 5 1铝土矿沉积环境探讨 1 Muarry 等 1990 1991 1992 1994 研究认 为 La Ce N越高 说明受陆源的影响越小 Ce 越 大 受陆源的影响越大 大量分析成果显示 Ce 大 洋中脊最低 平均 0 29 大洋盆地中等 平均 0 60 大陆边缘最高 平均 1 03 研究区铝土矿层顶部 La Ce N 为 0 65 3 04 变化范围大 平均 1 40 Ce 为 1 12 1 33 变化范围小 平均 1 21 总体显示为由陆相向海相 的转变 陆源影响逐渐变弱 这与研究区从梁山晚期 至栖霞早期 由相对还原的湖泊沼泽环境 沉积以炭 质页岩 钙质页岩为主的岩石 转向开放浅海环境 沉积以灰岩为主的碳酸盐岩 即海进的过程相一致 铝土矿层中 La Ce N为 0 74 0 97 平均 0 87 比 值 1 总体较低 Ce 为1 01 1 45 平均 1 22 比值 1 为弱 中等 表明铝土矿物源主要来自陆源 沉 积环境主要为陆相沉积 局部为海相沉积 与研究区 矿石中常见植物化石相吻合 而瓦厂坪矿床中矿石 Sr Ba 为 0 22 2 66 主要集中在 0 50 0 80 范 围 平均 0 71 介于鄂尔多斯中生代陆相地层 Sr Ba 0 54 和我国 13 个现代海洋底质样品 Sr Ba 0 8 1 0之间 王力等 2004 也推测铝土矿形成 图 4务正道地区铝土矿床稀土元素相关性图 Fig 4REE element correlation diagrams of the bauxite deposits in the Wu Zheng Dao area 0701 地质与勘探2012 年 图 5务正道地区铝土矿床稀土元素配分模式图 Fig 5REE elements distribution pattern of bauxite deposits in the Wu Zheng Daongxi area 主要为内陆河湖沼泽环境 金中国 2009 矿层底 部 La Ce N为 1 11 2 60 平均 1 49 Ce 在瓦厂 坪矿床为 0 48 在新木 晏溪矿床为 2 54 变化范 围均较大 表明在中二叠世梁山早期 瓦厂坪及附近 区域海相沉积特征明显 而南侧的新木 晏溪主要 为陆相沉积 1701 第 6 期金中国等 贵州务正道地区铝土矿床稀土元素组成及地质意义 表 1务正道地区铝土矿床稀土元素含量表 w B 10 6 Table 1REE elements contents of the bauxite deposits in the Wu Zheng Daongxi area 矿床 名称 取样位置 样品 件数 样品性质LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu 瓦 厂 坪 矿 床 P2q 底部 3灰岩1 240 890 600 560 320 150 270 170 240 230 250 250 260 31 P2l 上部 7碳质页岩 粘土岩 46 12 40 76 28 54 22 15 14 297 529 518 026 476 215 755 205 244 88 P2l 矿层 18铝土矿233 25149 39 67 58 52 45 37 28 24 05 31 61 32 54 31 13 33 02 32 68 32 32 35 64 34 20 P2l 底部6 铝土岩35 15 13 88 23 57 23 18 18 43 15 06 18 81 16 93 15 67 17 25 15 83 13 60 12 82 11 61 S1 2hj 6页岩 砂岩187 22185 53125 31101 23 62 78 32 63 37 68 29 40 21 72 20 22 17 98 15 90 16 19 14 70 新 民 矿 床 P2l 上部 2泥灰岩15 71 19 85 14 10 11 27 10 629 6613 17 17 93 18 51 18 66 17 19 16 36 18 90 17 70 P2l 矿层 5铝土矿76 50 101 94 64 69 53 09 42 42 33 09 28 73 32 91 33 43 35 29 34 79 34 88 38 67 35 84 C2h1 铝土岩9 2311 987 877 375 543 544 442 742 171 951 521 241 150 93 S1 2hj2 页岩 砂岩141 42103 18 76 31 56 67 31 23 15 78 21 54 17 51 14 38 14 07 13 81 12 65 14 07 13 04 新 木 晏 溪 P2q 底部2 灰岩4 372 432 302 031 260 681 080 840 750 770 620 620 550 53 P2l 上部4 泥灰岩16 78 15 65 10 57 9 3659 39 5610 30 12 13 12 10 13 02 12 55 12 11 12 43 11 72 P2l 矿层3 铝土矿104 26 93 97 83 53 70 55 61 95 37 14 46 56 37 76 29 47 27 58 23 57 19 75 19 47 17 39 P2l 底部2 铝土岩28 59 53 37 15 41 12 25 17 62 15 69 21 96 31 01 34 03 37 37 36 65 36 01 40 37 38 41 C2h1 铝土岩6 651 763 693 774 002 864 833 382 582 511 670 930 960 62 S1 2hj 3页岩 砂岩137 60105 62 78 25 58 37 34 21 18 14 22 91 19 20 15 41 15 27 14 19 12 45 13 37 12 32 注 样品由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 ICP MS 室测试 陨石数据引用 W V Boynton 1984 区域古地理研究显示 在二叠纪梁山期 务正道 地区东 西 南面为呈 U 展布黔北古陆 重庆的武 隆 彭水之间为古海岛 海侵由北东至南西 在务川 瓦厂坪 大竹园及道真新民一带形成相对宽缓盆地 沉积的中心区域 早期不仅有海侵带来的大量外来 物源沉积 也有古陆风化残坡积物 加之距物源供给 区相对远 沉积分异明显 因此 沉积的铝土质粘土 岩多 铝土岩系沉积厚度相对大 多形成产出稳定的 大型 超大型矿床 中晚期随着海侵的减弱 逐渐演 变为河口三角洲相 残留湖泊相 黔北古陆及武隆古 海岛的风化残积物源源不断向低缓的中心区域供 给 而东 西 南面为古陆斜坡 相对不易保留和沉积 风化残积物 东 南 西侧沉积的矿系层位厚度相对 薄 连续性和稳定性差 研究结果与主要矿床的 Ce La Ce N特征反映一致 2 矿层中 Ce 呈正异常 表明 Ce 在氧化环境 的淋滤作用条件下 Ce3 Ce4 水解沉淀 其它 REE 被淋失而造成 Ce 正异常 Elderfield 1982 戴 塔根 2003 李闫华 2003 王卓卓 2007 李普涛 2008 也说明铝土矿是在炎热潮湿 氧气充足 植 物繁茂及有机质来源丰富的陆源沉积条件下形成的 风化残积物 经迁移沉积作用形成的 Eu 负异常特 征显示 在缺氧的条件下 Eu3 被还原成 Eu2 从而 导致沉积物中的 Eu 发生分离 亏损 表明矿石的分 异程度较大 5 2铝土矿物质来源探讨 1 在瓦厂坪 新民 新木 晏溪 3 个矿床的铝 土矿层和下伏志留系韩家店组地层中 稀土元素总 量 配分模式曲线基本一致 揭示铝土矿成矿物源主 要来源于下伏志留系韩家店组砂页岩 与瓦厂坪矿 床中 Zr Hf Nb 和 Ta 等稳定元素的研究结果一致 即在瓦厂坪矿床的铝土矿层及 S1 2hj 中 Al2O3与 这些稳定元素的对应比值接近 反映出铝土矿的主 要物质来源与下伏 S1 2hj 砂页岩关系密切 金中 国 2009 同时也反映出与黔北遵义铝土矿区和 黔中铝土矿区有相似性 也有差异性 相似性表现 为铝土矿物源均与下伏地层有关 差异性特征为 黔 北遵义铝土矿区铝土矿物源主要来自下奥陶统桐梓 组粘土岩和湄潭组页岩 黔中铝土矿区铝土矿物源 主要来自中 上寒武统碳酸盐岩 也揭示出从黔中 黔北遵义 黔北务正道 铝土矿成矿主要物质来源 层位逐步升高 风化剥蚀时间越来越晚 成矿时代逐 渐变新 2701 地质与勘探2012 年 3701 第 6 期金中国等 贵州务正道地区铝土矿床稀土元素组成及地质意义 2 铝土矿层中 La Yb N La Sm N变化范 围较宽 La Yb N为0 16 10 28 平均1 67 La Sm N为 0 36 6 13 平均 1 94 除黄龙组及新木 晏溪矿床矿层底部外 La Sm N Gd Yb N 说明 轻重稀土元素分异较好 3 稀土元素在矿层及富含绿泥岩 粉砂质页 岩的志留系韩家店组地层中强烈富集 在石炭系黄 龙组白云质灰岩及二叠系栖霞组灰岩中贫化 显示 稀土元素富集对岩性有选择性 粘土矿物对稀土元 素的吸附作用较强 刘英俊 1984 也说明风化成 因的铝土矿及粘土矿物 其颗粒越小 表面积就越 大 更利于吸附稀土阳离子而导致富集 同时也解 释了北部矿系层位中稀土元素含量相对南部高 土 状 半土状和碎屑状铝土矿较鲕状 致密块状铝土矿 富集稀土元素的原因 此外 碳酸盐类矿物中 Ca 离子半径为 0 99A 与稀土元素的离子半径 0 84 1 034A 相近 往往会发生类质同象离子交换作用 也会引起稀土元素 稀释 而贫化 6结论 通过对贵州务正道地区铝土矿床稀土元素地球 化学特征的研究 得出如下结论 1 铝土矿石质量与稀土元素含量总体呈正相 关关系 即矿石品位高 稀土元素含量高 2 矿层及韩家店组中 LREE HREE 均大于 1 La Yb N La Sm N变化范围较宽 且均大于 1 6 显示轻稀土富集较强烈 轻重稀土元素分异较 好 3 铝土矿层 La Ce N平均 0 87 Ce 平均 1 22 表明铝土矿物质来源主要来自陆源 沉积环境 主要为陆相沉积 局部为海相沉积 4 铝土矿层与下伏志留系韩家店组稀土元素 含量及总量 REE 均较高 相关性及对应的线性 关系较好 总量基本一致 揭示铝土矿成矿物质来源 主要来源于下伏志留系韩家店组砂页岩 注释 贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队 2005 2007 贵州 省务川县瓦厂坪铝土矿区详查报告 R 贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队 2009 2010 贵州 省正安县新木 晏溪铝土矿区详查报告 R 贵州省有色金属和核工业地质勘查局地勘院 2009 2010 贵 州省道真县新民铝土矿区详查报告 R 贵州省地质矿产勘查开发局 106 地质大队 2005 2006 贵州 省务川县大竹园铝土矿区普查报告 R 贵州省有色金属和核工业地质勘查局地勘院 2008 2011 贵州 省务正道地区铝土矿成矿规律与成矿预测研究 R References Chen Dai yan Wang Hua 1997 A study on REE geochemistry of some bauxite deposits in Guizhou J Guizhou Geology 14 2 132 144 in Chinese with English abstract Chen Lu an Chen You neng 1996 Oxidation reduction parameter of bauxite in the Zunyi Xifeng area of Guizhou province and geo chemical environment of mineralization J Geological Exploration for Non ferrous Metals 5 4 238 244 in Chinese with English abstract Chen You neng Wang Sheng jie Yang Wen hui 1987 The geolog ical age of Al bearing rock system and its features of sedimentary facies in Northern Guizhou J Guizhou Geology 4 3 323 337 in Chinese with English abstract Dai Ta gen Long Yong zhen Zhaog Qi zuan Hu Bing 2003 Ree geochemistry of some bauxite deposits in the western GuangXi dis trict J Geology and Prospecting 39 4 1 5 in Chinese with English 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