廉呂型，李學森，王澤，盧光輝，徐海棚，姚雙秋，尹本純，黎家龍，周業(yè)泉

桂西平果地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系沉積環(huán)境：元素地球化學判別

廉呂型1，李學森1，王澤1，盧光輝2，徐海棚2，姚雙秋2，尹本純2，黎家龍2，周業(yè)泉2

（1.桂林理工大學地球科學學院，廣西 桂林 541004；2.廣西壯族自治區(qū)二七四地質(zhì)隊，廣西 北海 536005）

桂西平果地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系由下至上為典型的“鐵-鋁-煤”結(jié)構(gòu)，為厘定其沉積環(huán)境，本次工作通過對6個鉆孔的37件巖心樣品進行元素地球化學測試并計算典型的沉積環(huán)境地球化學指標，研究得出不同層位主微量元素的統(tǒng)計學特征及其沉積地質(zhì)意義，結(jié)果表明：含礦巖系的Rb/K值、Sr含量值以及V/Zr、Zr/Cu、V/Cr、Ni/Co、V/(V+Ni)、U/Th值指示平果地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系沉積早期為陸相沉積，中后期為海陸過渡相沉積，含礦巖系是在區(qū)域性海侵過程中從陸相逐步轉(zhuǎn)換為海陸過渡相的背景下依次沉積建造而成。

沉積環(huán)境；鋁土礦；平果

桂西地區(qū)發(fā)育巖溶堆積型和沉積型兩種鋁土礦，前者目前是礦山開采的主要對象，后者則是潛在的接替資源。經(jīng)過三十多年的開采，巖溶堆積型鋁土礦資源已日趨殆盡，礦山供礦壓力愈來愈大，勘查沉積型鋁土礦資源已迫在眉睫。對于沉積型礦床的成礦預測和勘查評價而言，沉積環(huán)境厘定和沉積相帶劃分是首要的基礎工作。前人已對桂西地區(qū)沉積型鋁土礦的沉積環(huán)境做了一些探索性的研究工作，如（張啟連等，2016）通過野外地質(zhì)調(diào)查及對桂西二疊系鋁土巖鉆孔樣品微量元素地球化學數(shù)據(jù)分析，得出桂西二疊系鋁土巖為陸相環(huán)境沉積的結(jié)論。

平果礦區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系成層性好，縱向上可劃分為3層，即由下至上分別為鐵鋁巖、鋁土礦、炭質(zhì)泥巖（局部相變?yōu)槊簩樱?，但能指示沉積環(huán)境與沉積相的沉積學標志存在多義性，“鐵-鋁-煤”沉積體系中原生沉積構(gòu)造稀少，且礦石中豆鮞粒的成因存在爭議（胡旭等，2013；程順波等，2020），這套含礦巖系的成礦物質(zhì)究竟源自何方、如何搬運而來、沉積環(huán)境條件如何等科學問題亟待解決。目前，雖然已有學者對平果礦區(qū)的沉積型鋁土礦（蘇煜，1985；陳其英和蘭文波，1991；李曉峰和吳塹虹，2013；項廣鑫等，2013）開展過相關方面的一些研究工作，但是已發(fā)表的成果并沒有指明樣品的具體采樣層位和采樣的地質(zhì)依據(jù)，而且樣品數(shù)量太少，測試數(shù)據(jù)有限，這種情況下取得的地質(zhì)認識可靠性有待商榷。元素地球化學是判別沉積環(huán)境條件的重要方法，為此，我們在對那端、太平新圩、教美三個沉積型鋁土礦礦區(qū)進行野外地質(zhì)調(diào)查的基礎上，對礦區(qū)6個鉆孔鋁土礦含礦巖系的巖心按照層位關系、巖石學特征進行系統(tǒng)采樣，并對篩選出的37件樣品進行主微量元素地球化學測試與數(shù)據(jù)分析，以期為厘定平果礦區(qū)鋁土礦含礦巖系沉積環(huán)境補充扎實的地球化學證據(jù)。

圖1 桂西大地構(gòu)造示意圖（張起鉆，2011）

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域構(gòu)造位置

桂西上二疊統(tǒng)合山組沉積型鋁土礦成礦帶位于右江盆地內(nèi)，大地構(gòu)造上位于華南加里東褶皺系右江印支褶皺帶之靖西-田東隆起，處于康滇古陸的東南側(cè)、云開古陸的北西側(cè)，其西北為峨眉山大火成巖省，南為古特提斯北緣的哀牢越北隆起（圖1）。

1.2 研究區(qū)地質(zhì)

1.2.1 地層

研究區(qū)出露的地層主要為泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系、古近系以及第四系（圖2），區(qū)域地層簡表如表1。

表1 區(qū)域地層簡表

其中，合山組下段（P31）頂部的微晶灰?guī)r、花斑狀灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r、碳質(zhì)灰?guī)r、含燧石結(jié)核灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r為含礦巖系的頂板，茅口組（P2）生物碎屑灰?guī)r或含生物碎屑灰?guī)r為含礦巖系的底板。

1.2.2 構(gòu)造

研究區(qū)位于右江復式向斜的中部，因受到NE-SW向的應力擠壓作用，形成了主要為NW-SE向的構(gòu)造格架（圖2）。

區(qū)內(nèi)褶皺軸向主要為NW-SE向、近EW，軸向為NW-SE向的有舊城背斜、太平新圩向斜、那豆背斜，軸向近EW向的為果化背斜。褶皺兩翼傾角較為平緩，地層傾角一般在10°～20°，褶皺兩翼局部達40°。區(qū)內(nèi)褶皺屬于對稱褶皺，呈現(xiàn)出背斜寬緩，向斜緊閉的特征。區(qū)內(nèi)背斜剝蝕程度皆較大，如舊城背斜及果化背斜，泥盆系地層已被剝蝕出露較大范圍，那豆背斜次之。

區(qū)內(nèi)斷裂主要為EW-SE向，次之為NE-SW向，亦有若干斷裂呈近EW向。區(qū)內(nèi)斷裂縱橫交錯，對區(qū)內(nèi)鋁土礦礦體的規(guī)模及形態(tài)造成一定影響。

1.2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)基本沒有巖漿巖出露。

圖2 廣西平果地區(qū)地質(zhì)簡圖

1.第四系；2.古近系；3.白堊系；4.三疊系；5.二疊系；6.石炭系；7.泥盆系；8.斷裂；9.地質(zhì)界線10.鉆孔位置

1.3 含礦巖系特征

桂西地區(qū)沉積型鋁土礦產(chǎn)出于二疊系上統(tǒng)合山組下段（P31）的底部，茅口組（P2）的平行不整合面之上，其含礦巖系受古風化殼的地形地貌控制。礦床含礦巖系從下至上主要呈現(xiàn)為“鐵-鋁-煤”的結(jié)構(gòu)（圖3a），即下部為鐵鋁巖，中部為鋁土礦礦體，上部為高鋁的煤或炭質(zhì)泥（頁）巖；部分鉆孔缺失“鐵鋁巖”這一層位，如教美礦區(qū)ZKJ16孔（圖4）。通常含礦巖系頂板為上二疊統(tǒng)合山組上段（P32）的含生物碎屑灰?guī)r、微晶灰?guī)r或花斑狀灰?guī)r，底板則為茅口組（P2）生物碎屑灰?guī)r。

本次工作通過對若干鉆孔與地表揭露工程編錄資料進行整理統(tǒng)計，得出各礦區(qū)含礦巖系的主要巖石類型及特征如下：

煤層（圖3a）呈黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，無層理，主要成分為粘土礦物、炭質(zhì)，易污手，手捏具滑膩感。

圖3 鋁土礦含礦巖系及茅口組灰?guī)r照片

a.“鐵-鋁-煤”結(jié)構(gòu)，那端BT30401；b.炭質(zhì)泥巖，教美D2002；（.塊狀鋁土礦，太平新圩D2004；d.豆鮞狀鋁土礦，那端D2005；（e.茅口組灰?guī)r及不整合面，教美D6301

炭質(zhì)泥（頁）巖（圖3b）呈灰黑-黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層-極薄層構(gòu)造，亦有層理不清者（頁巖具明顯頁理，質(zhì)脆）。主要礦物成分都為粘土礦物、炭質(zhì)，泥巖極易污手，常見大量星點狀黃鐵礦散布。

鋁土礦分為塊狀、豆鮞狀及砂屑狀。塊狀鋁土礦（圖3c）風化面常呈紅褐色，新鮮面呈灰色-褐灰色，粉砂-細沙結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；豆鮞狀鋁土礦（圖3d）呈青灰色，豆鮞狀結(jié)構(gòu)，塊狀-似層狀構(gòu)造；砂屑狀鋁土礦呈灰色、青灰色、偶夾淺黃色，砂屑結(jié)構(gòu)為主，局部見豆鮞狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要成分都為鋁鐵質(zhì)礦物及泥質(zhì)，常見黃鐵礦呈星點狀散布，部分呈團塊狀，個別鉆孔可見鐵質(zhì)浸染面，呈鐵紅色。

圖4 教美礦區(qū)鉆孔ZKJ16含礦巖系巖芯照片

鐵鋁巖呈褐黃色，砂屑狀結(jié)構(gòu)、豆狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，個別孔位見蜂窩狀構(gòu)造，成分為赤鐵礦、褐鐵礦、水鋁石等。鐵鋁巖層厚一般不足0.5m，多為0.2～0.3m，且在部分鉆孔缺失。

2 樣品來源與分析

樣品來源于三個礦區(qū)各選取的兩個鉆孔（圖2），分別為那端礦區(qū)的ZKN331和ZKN347、太平新圩礦區(qū)的ZKT24和ZKT150以及教美礦區(qū)的ZKJ16和ZKJ32。采樣按巖性層位進行，同一層位內(nèi)，樣長一般為1.5m，不足1.5m者則取完作為一個樣。初步采樣數(shù)量為43件（圖5），后期送樣時篩選出較典型的樣品（37件，表2）進行分析測試，選樣層位為上二疊統(tǒng)合山組下部的“鐵-鋁-煤”（即由下至上分別為鐵鋁巖、鋁土礦以及炭質(zhì)泥巖或煤）三個層位和中二疊統(tǒng)茅口組生物碎屑灰?guī)r。

圖5 鉆孔巖性柱及采樣位置

采集的樣品均委托澳實分析檢測（廣州）有限公司礦物實驗室進行全巖分析，分析方法為X射線熒光光譜（XRF）及電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP—MS）。分析結(jié)果見表3。

3 沉積環(huán)境判別

國外大量文獻證明氣候是控制鋁土礦礦化強度和深度的主要因素之一，自古生代以來，全世界的鋁土礦都分布在南北緯21°～26°之間，在氣候炎熱，潮濕多雨的亞熱-熱帶氣候條件下，由風化作用形成的（張肖，2021）。Rb/K、Sr含量、V/Zr和Zr/Cu是古鹽度恢復即判別海陸環(huán)境常用的微量元素地球化學指標(宋立軍等，2016，金中國等，2018）。V/Cr、Ni/Co、V/(V+Ni)及U/Th值可以用來判定氧化還原環(huán)境(王益友等，1979；Hatch and Leventhal, 1992；Jones and Manning, 1994；彭雪峰等，2012；趙長纓等，2015，宋立軍等，2016）?，F(xiàn)將這些微量元素判別指標及其判別含量范圍總結(jié)如下（表4）?；谖⒘吭睾坎町惔笮〖皫r性相近與否的原則，將鋁土礦與鐵鋁巖樣品并為一組，炭質(zhì)泥巖與煤樣品并為一組，對兩組的微量元素數(shù)據(jù)進行分析，以期判定桂西地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系的沉積環(huán)境。

表2 樣品編號及巖性

表3 鋁土礦含礦巖系樣品部分微量元素含量及沉積環(huán)境判別指標值（ωt./×10-6）

表4 沉積環(huán)境的微量元素指標

3.1 海陸環(huán)境

鋁土礦含礦巖系各個樣品Rb/K值及Sr含量值及變化曲線如圖6所示。

圖6 鋁土礦含礦巖系Rb/K值（a）及Sr含量（b）海陸環(huán)境判別

（1）Rb/K值

鋁土礦與鐵鋁巖的Rb/K值變化范圍為0.004～0.008，平均值為0.005，指示鋁土礦與鐵鋁巖為過渡相沉積；炭質(zhì)泥巖與煤的Rb/K值變化范圍為0.004～0.005，平均值為0.005，指示炭質(zhì)泥巖與煤為過渡相沉積。

（2）Sr含量

鋁土礦與鐵鋁巖的Sr含量（×10-6）變化范圍為36.40～223.00，平均值為119.23，三個礦區(qū)鋁土礦與鐵鋁巖樣品的Sr含量都遠小于300，指示為陸相沉積。炭質(zhì)泥巖與煤的Sr含量（×10-6）變化范圍為104.00～535.00，平均值為272.86，三個礦區(qū)炭質(zhì)泥巖與煤樣品的Sr含量都小于300，指示為陸相沉積。

（3）V/Zr值與Zr/Cu值

當V/Zr<0.5且Zr/Cu>10時，沉積環(huán)境為典型的陸相沉積（張啟連等，2016），將37個樣品的V/Zr值與Zr/Cu值投散點圖（圖7），可以看到，37個樣品的V/Zr值中僅三個生物碎屑灰?guī)r樣品（J16-8，J32-8和T24-6）大于0.5，其他樣品的都小于0.5；僅有三個生物碎屑灰?guī)r樣品（J16-8，J32-8和T24-6）和一個鋁土礦樣品（N331-3）的Zr/Cu值小于10，其他都大于10。V/Zr值和Zr/Cu值共同指示除了底板茅口組生物碎屑灰?guī)r外，鋁土礦含礦巖系（鐵鋁巖、鋁土礦、炭質(zhì)泥巖和煤）為典型的陸相沉積。

圖7 鋁土礦含礦巖系沉積環(huán)境V/Zr-Zr/Cu二元判別圖

3.2 氧化還原條件

如圖8，鋁土礦與鐵鋁巖的V/Cr值全部遠小于2（指示富氧環(huán)境），其變化范圍為0.18～0.60，平均值為0.30；Ni/Co值變化范圍為0.73～7.22，除了N347-6（值為6.29）、N347-5（值為6.43）和N347-4（值為7.22）三件樣品大于5之外，其他樣品都小于5，平均值為3.07（指示富氧環(huán)境）；V/(V+Ni)值變化范圍為0.54～0.96，平均值為0.77（指示過渡環(huán)境）；U/Th值變化范圍為0.16～0.97，平均值為0.35（指示富氧環(huán)境）。除了V/(V+Ni)值指示鐵鋁巖-鋁土礦沉積環(huán)境為貧氧過渡環(huán)境外，V/Cr、Ni/Co及U/Th值都一致指示鐵鋁巖-鋁土礦沉積環(huán)境為富氧環(huán)境，相對而言，V/Cr、Ni/Co值對缺氧或還原環(huán)境判別準確，V/(V+Ni) 及U/Th值次之（Jones and Manning, 1994；宋立軍等，2016），故鐵鋁巖-鋁土礦沉積環(huán)境更偏于富氧環(huán)境。

圖8 鋁土礦與鐵鋁巖V/Cr(a)、Ni/Co(b)、V/(V+Ni)(c)和U/Th(d)氧化還原環(huán)境判別

圖9 炭質(zhì)泥巖與煤V/Cr(a)、Ni/Co(b)、V/(V+Ni)(c)和U/Th(d)氧化還原環(huán)境判別

如圖9，炭質(zhì)泥巖與煤的V/Cr值全部遠小于2（指示富氧環(huán)境），其變化范圍為0.10～1.20，7件樣品平均值為0.75。Ni/Co值變化范圍為1.25～9.13，除了T150-3（值為9.13）1件樣品大于7之外，其他6件樣品Ni/Co值都小于5，7件樣品平均值為3.73（指示富氧環(huán)境）。V/(V+Ni)值變化范圍為0.71～0.91，除了N331-1（值為0.836）和J32-6（值為0.710）兩件樣品值小于0.84之外，其他5件樣品V/(V+Ni)值都大于0.84，7件樣品平均值為0.84（指示貧氧-缺氧環(huán)境）。U/Th值變化范圍為0.17～0.67，平均值為0.36（指示富氧環(huán)境）。除了V/(V+Ni)值指示炭質(zhì)泥巖與煤的沉積環(huán)境為貧氧-缺氧環(huán)境外，V/Cr、Ni/Co及U/Th值都一致指示炭質(zhì)泥巖與煤的沉積環(huán)境為富氧環(huán)境，如前所述，V/Cr、Ni/Co值對缺氧或還原環(huán)境判別準確，V/(V+Ni) 及U/Th值次之，故炭質(zhì)泥巖與煤沉積環(huán)境更偏于富氧環(huán)境。

4 討論

Rb/K值指示鋁土礦與鐵鋁巖、炭質(zhì)泥巖與煤都為過渡相沉積；Sr含量指示鋁土礦與鐵鋁巖為陸相沉積，炭質(zhì)泥巖與煤為過渡相偏陸相沉積；V/Zr值與Zr/Cu值指示除了部分生物碎屑灰?guī)r樣品外，其他鋁土礦與鐵鋁巖、炭質(zhì)泥巖與煤都為典型的陸相沉積；除了V/(V+Ni)值指示鋁土礦與鐵鋁巖、炭質(zhì)泥巖與煤的沉積環(huán)境為貧氧-缺氧過渡環(huán)境外，V/Cr、Ni/Co及U/Th值都一致指示鋁土礦與鐵鋁巖、炭質(zhì)泥巖與煤的沉積環(huán)境為富氧環(huán)境。

過渡相與陸相二者并不是決然對立的，當過渡相環(huán)境（如近岸局限瀉湖）得到淡水的足夠補充則微量元素沉積環(huán)境判別指標指示為陸相，反之，當其過渡蒸發(fā)或者受到潮汐或海侵影響時，鹽度升高，分析結(jié)果則顯示為過渡相甚至海相。

此次工作中，元素地球化學分析結(jié)果主要有以下幾個特征：其一，所有樣品的Rb/K則顯示整個含礦巖系為過渡相（都介于0.004～0.006之間）；其二，每一個鉆孔的各個判別指標變化曲線大體上都有一致的變化情況（通常在鋁土礦的中間層位處下降，呈“V”形），這一沉積層序上的變化規(guī)律說明鋁土礦沉積環(huán)境在沉積過程中是受到過擾動的；其三，從前期沉積的鋁土礦和鐵鋁巖到后期沉積的炭質(zhì)泥巖與煤，其樣品的Sr含量由指示為陸相沉積過渡為指示為陸相-過渡相沉積，推測含礦巖系沉積環(huán)境的水體逐漸加深，這與晚二疊世鋁土礦成礦物質(zhì)沉積后的海侵事件是吻合的。加之礦層上部往往富含植物化石，因此，推測平果礦區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系是在區(qū)域性海侵過程中從陸相逐步變?yōu)楹ｊ戇^渡相潮坪環(huán)境的復雜沉積體系。

5 結(jié)論

桂西平果地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系具有典型的“鐵-鋁-煤”結(jié)構(gòu)，本次工作通過計算37件巖心樣品的沉積環(huán)境元素地球化學判別指標，對含礦巖系的沉積環(huán)境進行了判別，結(jié)果顯示：Rb/K值指示含礦巖系為過渡相沉積、Sr含量值以及V/Zr、Zr/Cu指示含礦巖系為陸相沉積，V/Cr、Ni/Co、V/(V+Ni)、U/Th值指示含礦巖系沉積環(huán)境為富氧環(huán)境。鉆孔不同沉積層序的地球化學特征變化說明鋁土礦沉積環(huán)境是受到過擾動的，這與晚二疊世海侵事件吻合，結(jié)合野外巖石地層地質(zhì)特征和前人研究，推斷桂西平果地區(qū)沉積型鋁土礦含礦巖系是在區(qū)域性海侵過程中從陸相逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楹ｊ戇^渡相潮坪環(huán)境的復雜沉積體系。

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Sedimentary Environment ofBauxite-bearing Rock Series in Pingguo,Western Guangxi:Elemental Geochemical Constraints

LIAN Lv-xing1LI Xue-sen1WANG Ze1Lu Guang-hui2Xu Hai-peng2Yao Shuang-qiu2Yin Ben-chun2Li Jia-long2Zhou Ye-quan2

(1-Guilin University of Technology, College of Earth Sciences, Guilin 541004; 2-No. 274 geological team of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Beihai 536005)

The sedimentary bauxite-bearing rock series in Pingguo area of western Guangxi is a typical iron-aluminum-coal structure from bottom to top. In order to determine its sedimentary environment, this paper carried out elemental geochemical tests on 37 core samples from 6 drilling holes and calculated typical sedimentary environment geochemical indicators. The statistical characteristics of major and trace elements in different horizons and their sedimentary geological significance were obtained. The Rb/K, Sr, V/Zr, Zr/Cu, V/Cr, Ni/Co, V/(V+Ni), U/Th values of bauxite-bearing rock series indicate that the early stage of deposition is continental deposition, whilethe middle and late stages deposition is marine-continental transitional deposition. The bauxite-bearing rock series were successively deposited and constructed under the background of the gradual transition from continental facies to marine-continental transitional facies in the process of regional transgression.

sedimentary environment, bauxite, Pingguo

P595

A

1006-0995（2022）04-0664-09

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.024

2022-02-28

廉呂型（1996— ），男，廣西浦北人，碩士研究生，現(xiàn)主要從事沉積型礦床研究

李學森（1970— ），男，寧夏中衛(wèi)人，博士，教授級高級工程師，研究方向：