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摘 要 大化县贡川一带二叠系有三种岩相类型：碳酸盐岩相、硅质岩相和砾状灰岩相。前者在东吴运动时曾隆起成陆并形成铝土矿层；后者在东吴运动时为海区，缺失铝土矿层。该区成铝环境与成煤环境近似，为古陆上的滨海岩溶平原。铝的来源为古陆上的红土风化壳。
关键词 铝土矿；沉积环境；成因；富集规律
中图分类号 P6 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0093-02
大化县贡川铝土矿区是广西机电工业学校和河池市地质勘察设计院于2001年共同开展的预查找矿项目，同年12月，提交了地质调查报告。
大化县贡川铝土矿的原生矿，产出于下二叠统茅口阶碳酸盐岩古风化侵蚀面上，为一水硬铝石型铝土矿矿床。由于原生矿石含有较多的自生黄铁矿，含硫量高，故目前在工业上甚难利用。但因贡川一带地处亚热带，湿热多雨，岩溶作用发育，而且氧化铝在物理和化学性质稳定性很高，故得以形成规模相当大的岩溶型风化残余次生堆积铝土矿矿床。由于矿石氧化后，含硫量和含硅量都显著降低，因而可成为优质的高铁铝土矿矿石。
大化县贡川原生铝土矿矿床，有人认为，是浅海化学沉积形成的，也有人认为，与红土风化壳的发育和改造有关。不同的成因见解是由于对铝土矿形成时的沉积环境的不同认识而引起的。因此，有必要从研究沉积环境着手，综合矿床产状、结构、构造等方面的实际资料，来分析和探索贡川铝土矿矿床的成因和富集规律。
1贡川一带晚二叠世岩相古地理
贡川铝土矿是在东吴运动后发育形成的。东吴运动在贡川一带表现为造陆运动。分析贡川一带的二叠系剖面后可以发现，上、下二叠统之间的接触关系基本上可以分为三种类型：
1）上二叠统合山组与下二叠统茅口阶呈整合接触。
2）上二叠统合山组与下二叠统茅口阶呈假整合接触。
3）缺失合山组，三叠系直接与下二叠统茅口阶呈假整合接触。
1.1呈整合接触的地区
该类地区东吴运动时为海区，有两种岩相类型：一种是硅质岩夹碎屑岩岩相；另一种是砾石状灰岩相。
1）硅质岩夹碎屑岩岩相，相当于盆地相，是碳酸盐台地之间的海槽或洼地。沉积厚度较薄。这是因为当时附近古陆已准平原化，而且是以出露碳酸盐岩为主的岩溶平原，能供给的陆源物质较少，所以未能达到充分的沉积补偿。碎屑岩夹层和其中的植物化石表明，这里曾是与古陆相通的海水通道。缺少底栖生物化石和没有发现粗碎屑岩相等，也都说明这里不存在海底上相对隆起的“海底潜丘”。相反，可能是比较深的停滞海盆。
2）砾石状灰岩相，实质上相当于围绕碳酸盐台地产出的碎石堆，在贡川铝土矿区的东北侧有大面积出露。砾状灰岩由结晶粗细不等、生物体不同、颜色深浅不一、大小不等的不规则斑块组成，具花斑状构造。岩石遭受风化后，其表面显示凹凸不平的斑块。镜下见瘤状、砾状、假砾状、碎屑状等结构，层理不清，富含苔藓虫。砾状灰岩的砾块来源于正地形的碳酸盐台地，沿陡峻的台地前坡倾泻入盆地边缘，故属于前坡相（见图1）。
1.2呈假整合接触和缺失合山组的地区
东吴运动时隆起成陆。当时出露的主要是茅口阶碳酸盐岩和少量火山岩夹层。局部地段可能受断层错动影响，出露了栖霞阶，甚至中、上石炭统碳酸盐岩。有人认为，贡川铝土矿的铝质来源于西大明山古陆等地的寒武系富铝岩石。然而，西大明山短轴背斜核心部分的寒武系，完全是在印支运动中褶皱隆起，后经风化剥蚀，移去上复岩层才得以出露的。从西大明山背斜四周的上古生代地层之间的接触关系来看，自泥盆系至茅口阶均为整合接触。可见，该区寒武系在加里东运动后，东吴运动前，一直是深埋地下的。区域内没有上二叠统或较新地层超复在寒武系之上的现象，也说明在东吴运动时没有出露寒武系古陆。
东吴运动后，东吴运动时的海区继续接受沉积，两种不同的岩相区仍继续维持。东吴运动时的陆区，则在经受一段时期的风化、剥蚀后，大体上自东北至西南方向先后逐步接受海侵。其历程可整个晚二叠世，其岩相除底部为假整合面上的陆相沉积外，海侵后也继续维持其碳酸盐台地的外貌，形成了三个向上变浅的序列。
2贡川铝土矿的沉积环境
贡川一带乃至整个桂西地区，上二叠统合山组底部的铝土矿层都产出在茅口阶碳酸盐岩的古风化侵蚀面上，与茅口阶呈假整合接触。凡是上、下二叠统之间呈整合接触的地区，包括属于碳酸盐台地前坡相的砾状灰岩相区和硅石岩相区，都没有铝土矿沉积。铝土矿层与假整合面之间的依存关系已经清楚地表明，铝土矿只可能是岩溶平原上的沉积物。
产出在茅口阶风化侵蚀面上的铝土矿层的顶、底板常见有凹凸不平的现象。铝土矿层的底板因受茅口阶岩溶地貌的影响，以致起伏不平，这是容易理解的。顶板凹凸不平的现象，除了受基底地形起伏的影响外，还与铝土矿层形成后侵蚀切割作用有关。铝土矿层顶、底板如此显著的凹凸不平现象，是铝土矿层形成于陆相环境的一个佐证。
雖然在茅口阶碳酸盐岩的古风化侵蚀面上，一般都有铝土矿或铝质岩产出，但铝土矿层并不是很稳定的。即使在局部矿段范围内，也常有无矿天窗存在，其原因有下列两种：
1）铝土矿层已递变成铝土岩。
2）铝土矿层已递变成含煤岩层。铝土矿层递变成铝土岩或含煤岩层时往往厚度加大。根据合山组厚度推测，这些地段往往是古地形比较低洼的地段。
含铝岩层与含煤岩层之间在本区相变过渡的现象表现在以下几方面：①煤层中有铝土矿夹层。②铝土矿中夹有煤线或薄煤层。③铝土矿中夹有薄层炭质页岩。④铝土矿与煤层或炭质页岩之间侧向相变尖灭。⑤铝土矿一般呈深灰至灰黑色。⑥矿层内特别是矿层的上部往往富含植物化石（其中有些是植物根茎化石）等。这些都可以充分说明铝土矿的形成环境与成煤环境是近似的。即形成铝土矿的沉积环境，是古陆上植被被繁茂的滨海岩溶平原。
3成铝物质的来源和搬运
3.1物质来源
由于贡川一带的铝土矿只赋存在茅口阶碳酸盐岩的古风化侵蚀面上，所以，古红土风化壳是成铝物质的来源，这一点似乎没有疑问。氧化铝在风化作用过程中稳定性很高，在近代热带地区，在适宜的条件下，铝土矿可由玄武岩、安山岩、花岗岩、霞石正长岩、片麻岩和千枚岩，也可以由泥质岩、高岭土和高岭土砂岩经过红土风化作用而形成。对于产出在碳酸盐岩中的铝土矿，其认识则不够一致。有的认为，是由碳酸盐岩中含有的少量铝经红土风化作用后残留下来而形成。有的则认为，是碳酸盐岩的风化残余物质或其它红土风化产物被多次再造的结果，是沉淀在岩溶表面上的外来物质。因此，碳酸盐岩不能看作是铝土矿的母岩，成铝物质应来源于红土风化壳。
贡川一带的铝土矿产出在岩溶表面上，而且，到目前为止，仍未发现原地风化形成的明确证据。相反，产状、结构和构造特征等都充分表明，铝是经过搬运后再沉积下来的，即非原地成因的。桂西一带的晚二叠世铝质岩毫无例外都产出在古风化侵蚀面上，这一点却又表明，成铝物质只能来源于古陆。但当时古陆上出露的主要是茅口阶碳酸盐岩，局部可能夹有火山岩。因此，成铝物质的来源可能就是茅口阶的红土风化产物。
3.2搬运形式
贡川一带的铝土矿具有明显的粗碎屑结构。在一些铝土矿露头中，已经发现有粒级层理和沉积韵律。大小不等的铝土矿碎屑和泥状铝土矿有一定的分选，形成粗糙的粒级层理。几个粒级层叠加在一起，成为韵律性沉积。因此，贡川一带的铝土矿主要是呈碎屑状态搬运和沉积的。应当指出，区内铝土矿中出现的“豆、鲕”往往形态不规则，大小混杂，没有同心环带构造，与一般的“豆、鲕”有明显区别。笔者认为，这不是“豆、鲕”而是大小不等的碎屑。
笔者在主张铝土矿以碎屑状态搬运和沉积的同时，并不否认在这个过程中伴随有化学和胶体化学作用。因为在一些铝土矿石中，也发现有少量具同心环带构造的鲕粒和豆粒。
该区成铝物质的搬运只能在古陆范围内发生，不会超出古陆范围。组成铝土矿的铝土矿碎屑大小混杂，选分不好；矿层除因铝土矿碎屑略显平行排列而呈现不连续的粗糙层理外，层理是不清楚的；这些，也都说明成铝物质没有经过长距离的水力搬运。因此，是“准原地”的。
4铝土矿成因探讨
铝土矿基本上是成土作用的产物，铝硅分离是形成铝土矿的必要条件。通常有两种方式可以实现铝硅分离：一种是“酸性淋滤作用”；另一种是在湿热气候条件下常见的红土化作用。后一种作用方式已被现代广泛分布的红土型铝土矿床所证实。推测该区晚二叠世铝土矿也是按此种方式形成的，其形成过程大致分三个阶段。
4.1铝硅不完全分离階段
东吴运动后，大新至平果一带的碳酸盐台地隆起成陆，在湿热气候条件下，红土型富铝风化壳的发育是贡川一带的铝土矿形成的第一个过程。在这个过程中，铝硅分离作用可能不够完全。在铝土矿层之下，茅口阶碳酸盐岩古风化面上保存的残积粘土可能就是这种富铝风化壳的残留部分。
4.2脱硅作用继续进行阶段
实验资料和野外资料表明，三水铝矿在氧化条件下是稳定的同质多象体；而一水硬铝石和勃姆铝矿都是在还原条件下稳定的。贡川一带的铝土矿中含有较多的植物化石，且因富含有机质而呈深灰至灰黑色，说明在铝土矿生成时，还原条件是存在的。推测平果碳酸盐台地自东吴运动隆起成陆后，随着时间的推移，古陆逐渐夷平，论为滨海岩溶平原。在这个过程中，富铝风化壳经过多次改造，脱硅作用继续进行，并在还原条件下逐渐转变成一水硬铝石。这是形成铝土矿的第二个过程，也是最主要的过程。铝土矿中的碎屑主要是由粒度0.01mm～0.05mm的它形粒状结构的一水硬铝石组成，无胶结物，接触界线弯曲状，应该是形成碎屑以前的产物。所以，这个过程肯定存在过。
4.3搬运和沉积阶段
先成的一水硬铝石遭到机械崩解，在地表迳流的作用下，被冲刷搬运。当时古陆已发展成岩溶平原，地势低平，地表迳流流程短，很快消失在局部岩溶洼地中。在短暂积水的岩溶洼地中，特别是其周边部分，因流速的减缓，被地表迳流搬运来的负载物沉积下来，成为铝土矿层。海相环境的普遍发育，宣告了成铝作用的最终结束。
贡川一带局部沉积厚度增大时，铝土矿层往往相变成铝土岩或含煤岩层的事实，与上述设想是比较吻合的。铝土岩和含煤岩层中铝土矿碎屑稀少、含硅较高，与当时的积水状况是有联系的；铝土矿层下部往往含硅、铁较高，与沉积后一段时期内曾经发育自上而下的一定程度的淋滤作用有关；含铝岩层的上部往往发育成铝土质页岩，与岩溶平原逐渐被水淹覆是有联系的。
参考文献
[1]王恩孚,等.铝土矿地质学.地质出版社,1984.
[2]冯增照,等.地质历史中的碳酸盐相.地质出版社,1981.
作者简介
韦国松，地质工程师，全国注册安全工程师，长期从事矿产地质勘查，水工环地质调查等工作。
关键词 铝土矿；沉积环境；成因；富集规律
中图分类号 P6 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0093-02
大化县贡川铝土矿区是广西机电工业学校和河池市地质勘察设计院于2001年共同开展的预查找矿项目，同年12月，提交了地质调查报告。
大化县贡川铝土矿的原生矿，产出于下二叠统茅口阶碳酸盐岩古风化侵蚀面上，为一水硬铝石型铝土矿矿床。由于原生矿石含有较多的自生黄铁矿，含硫量高，故目前在工业上甚难利用。但因贡川一带地处亚热带，湿热多雨，岩溶作用发育，而且氧化铝在物理和化学性质稳定性很高，故得以形成规模相当大的岩溶型风化残余次生堆积铝土矿矿床。由于矿石氧化后，含硫量和含硅量都显著降低，因而可成为优质的高铁铝土矿矿石。
大化县贡川原生铝土矿矿床，有人认为，是浅海化学沉积形成的，也有人认为，与红土风化壳的发育和改造有关。不同的成因见解是由于对铝土矿形成时的沉积环境的不同认识而引起的。因此，有必要从研究沉积环境着手，综合矿床产状、结构、构造等方面的实际资料，来分析和探索贡川铝土矿矿床的成因和富集规律。
1贡川一带晚二叠世岩相古地理
贡川铝土矿是在东吴运动后发育形成的。东吴运动在贡川一带表现为造陆运动。分析贡川一带的二叠系剖面后可以发现，上、下二叠统之间的接触关系基本上可以分为三种类型：
1）上二叠统合山组与下二叠统茅口阶呈整合接触。
2）上二叠统合山组与下二叠统茅口阶呈假整合接触。
3）缺失合山组，三叠系直接与下二叠统茅口阶呈假整合接触。
1.1呈整合接触的地区
该类地区东吴运动时为海区，有两种岩相类型：一种是硅质岩夹碎屑岩岩相；另一种是砾石状灰岩相。
1）硅质岩夹碎屑岩岩相，相当于盆地相，是碳酸盐台地之间的海槽或洼地。沉积厚度较薄。这是因为当时附近古陆已准平原化，而且是以出露碳酸盐岩为主的岩溶平原，能供给的陆源物质较少，所以未能达到充分的沉积补偿。碎屑岩夹层和其中的植物化石表明，这里曾是与古陆相通的海水通道。缺少底栖生物化石和没有发现粗碎屑岩相等，也都说明这里不存在海底上相对隆起的“海底潜丘”。相反，可能是比较深的停滞海盆。
2）砾石状灰岩相，实质上相当于围绕碳酸盐台地产出的碎石堆，在贡川铝土矿区的东北侧有大面积出露。砾状灰岩由结晶粗细不等、生物体不同、颜色深浅不一、大小不等的不规则斑块组成，具花斑状构造。岩石遭受风化后，其表面显示凹凸不平的斑块。镜下见瘤状、砾状、假砾状、碎屑状等结构，层理不清，富含苔藓虫。砾状灰岩的砾块来源于正地形的碳酸盐台地，沿陡峻的台地前坡倾泻入盆地边缘，故属于前坡相（见图1）。
1.2呈假整合接触和缺失合山组的地区
东吴运动时隆起成陆。当时出露的主要是茅口阶碳酸盐岩和少量火山岩夹层。局部地段可能受断层错动影响，出露了栖霞阶，甚至中、上石炭统碳酸盐岩。有人认为，贡川铝土矿的铝质来源于西大明山古陆等地的寒武系富铝岩石。然而，西大明山短轴背斜核心部分的寒武系，完全是在印支运动中褶皱隆起，后经风化剥蚀，移去上复岩层才得以出露的。从西大明山背斜四周的上古生代地层之间的接触关系来看，自泥盆系至茅口阶均为整合接触。可见，该区寒武系在加里东运动后，东吴运动前，一直是深埋地下的。区域内没有上二叠统或较新地层超复在寒武系之上的现象，也说明在东吴运动时没有出露寒武系古陆。
东吴运动后，东吴运动时的海区继续接受沉积，两种不同的岩相区仍继续维持。东吴运动时的陆区，则在经受一段时期的风化、剥蚀后，大体上自东北至西南方向先后逐步接受海侵。其历程可整个晚二叠世，其岩相除底部为假整合面上的陆相沉积外，海侵后也继续维持其碳酸盐台地的外貌，形成了三个向上变浅的序列。
2贡川铝土矿的沉积环境
贡川一带乃至整个桂西地区，上二叠统合山组底部的铝土矿层都产出在茅口阶碳酸盐岩的古风化侵蚀面上，与茅口阶呈假整合接触。凡是上、下二叠统之间呈整合接触的地区，包括属于碳酸盐台地前坡相的砾状灰岩相区和硅石岩相区，都没有铝土矿沉积。铝土矿层与假整合面之间的依存关系已经清楚地表明，铝土矿只可能是岩溶平原上的沉积物。
产出在茅口阶风化侵蚀面上的铝土矿层的顶、底板常见有凹凸不平的现象。铝土矿层的底板因受茅口阶岩溶地貌的影响，以致起伏不平，这是容易理解的。顶板凹凸不平的现象，除了受基底地形起伏的影响外，还与铝土矿层形成后侵蚀切割作用有关。铝土矿层顶、底板如此显著的凹凸不平现象，是铝土矿层形成于陆相环境的一个佐证。
雖然在茅口阶碳酸盐岩的古风化侵蚀面上，一般都有铝土矿或铝质岩产出，但铝土矿层并不是很稳定的。即使在局部矿段范围内，也常有无矿天窗存在，其原因有下列两种：
1）铝土矿层已递变成铝土岩。
2）铝土矿层已递变成含煤岩层。铝土矿层递变成铝土岩或含煤岩层时往往厚度加大。根据合山组厚度推测，这些地段往往是古地形比较低洼的地段。
含铝岩层与含煤岩层之间在本区相变过渡的现象表现在以下几方面：①煤层中有铝土矿夹层。②铝土矿中夹有煤线或薄煤层。③铝土矿中夹有薄层炭质页岩。④铝土矿与煤层或炭质页岩之间侧向相变尖灭。⑤铝土矿一般呈深灰至灰黑色。⑥矿层内特别是矿层的上部往往富含植物化石（其中有些是植物根茎化石）等。这些都可以充分说明铝土矿的形成环境与成煤环境是近似的。即形成铝土矿的沉积环境，是古陆上植被被繁茂的滨海岩溶平原。
3成铝物质的来源和搬运
3.1物质来源
由于贡川一带的铝土矿只赋存在茅口阶碳酸盐岩的古风化侵蚀面上，所以，古红土风化壳是成铝物质的来源，这一点似乎没有疑问。氧化铝在风化作用过程中稳定性很高，在近代热带地区，在适宜的条件下，铝土矿可由玄武岩、安山岩、花岗岩、霞石正长岩、片麻岩和千枚岩，也可以由泥质岩、高岭土和高岭土砂岩经过红土风化作用而形成。对于产出在碳酸盐岩中的铝土矿，其认识则不够一致。有的认为，是由碳酸盐岩中含有的少量铝经红土风化作用后残留下来而形成。有的则认为，是碳酸盐岩的风化残余物质或其它红土风化产物被多次再造的结果，是沉淀在岩溶表面上的外来物质。因此，碳酸盐岩不能看作是铝土矿的母岩，成铝物质应来源于红土风化壳。
贡川一带的铝土矿产出在岩溶表面上，而且，到目前为止，仍未发现原地风化形成的明确证据。相反，产状、结构和构造特征等都充分表明，铝是经过搬运后再沉积下来的，即非原地成因的。桂西一带的晚二叠世铝质岩毫无例外都产出在古风化侵蚀面上，这一点却又表明，成铝物质只能来源于古陆。但当时古陆上出露的主要是茅口阶碳酸盐岩，局部可能夹有火山岩。因此，成铝物质的来源可能就是茅口阶的红土风化产物。
3.2搬运形式
贡川一带的铝土矿具有明显的粗碎屑结构。在一些铝土矿露头中，已经发现有粒级层理和沉积韵律。大小不等的铝土矿碎屑和泥状铝土矿有一定的分选，形成粗糙的粒级层理。几个粒级层叠加在一起，成为韵律性沉积。因此，贡川一带的铝土矿主要是呈碎屑状态搬运和沉积的。应当指出，区内铝土矿中出现的“豆、鲕”往往形态不规则，大小混杂，没有同心环带构造，与一般的“豆、鲕”有明显区别。笔者认为，这不是“豆、鲕”而是大小不等的碎屑。
笔者在主张铝土矿以碎屑状态搬运和沉积的同时，并不否认在这个过程中伴随有化学和胶体化学作用。因为在一些铝土矿石中，也发现有少量具同心环带构造的鲕粒和豆粒。
该区成铝物质的搬运只能在古陆范围内发生，不会超出古陆范围。组成铝土矿的铝土矿碎屑大小混杂，选分不好；矿层除因铝土矿碎屑略显平行排列而呈现不连续的粗糙层理外，层理是不清楚的；这些，也都说明成铝物质没有经过长距离的水力搬运。因此，是“准原地”的。
4铝土矿成因探讨
铝土矿基本上是成土作用的产物，铝硅分离是形成铝土矿的必要条件。通常有两种方式可以实现铝硅分离：一种是“酸性淋滤作用”；另一种是在湿热气候条件下常见的红土化作用。后一种作用方式已被现代广泛分布的红土型铝土矿床所证实。推测该区晚二叠世铝土矿也是按此种方式形成的，其形成过程大致分三个阶段。
4.1铝硅不完全分离階段
东吴运动后，大新至平果一带的碳酸盐台地隆起成陆，在湿热气候条件下，红土型富铝风化壳的发育是贡川一带的铝土矿形成的第一个过程。在这个过程中，铝硅分离作用可能不够完全。在铝土矿层之下，茅口阶碳酸盐岩古风化面上保存的残积粘土可能就是这种富铝风化壳的残留部分。
4.2脱硅作用继续进行阶段
实验资料和野外资料表明，三水铝矿在氧化条件下是稳定的同质多象体；而一水硬铝石和勃姆铝矿都是在还原条件下稳定的。贡川一带的铝土矿中含有较多的植物化石，且因富含有机质而呈深灰至灰黑色，说明在铝土矿生成时，还原条件是存在的。推测平果碳酸盐台地自东吴运动隆起成陆后，随着时间的推移，古陆逐渐夷平，论为滨海岩溶平原。在这个过程中，富铝风化壳经过多次改造，脱硅作用继续进行，并在还原条件下逐渐转变成一水硬铝石。这是形成铝土矿的第二个过程，也是最主要的过程。铝土矿中的碎屑主要是由粒度0.01mm～0.05mm的它形粒状结构的一水硬铝石组成，无胶结物，接触界线弯曲状，应该是形成碎屑以前的产物。所以，这个过程肯定存在过。
4.3搬运和沉积阶段
先成的一水硬铝石遭到机械崩解，在地表迳流的作用下，被冲刷搬运。当时古陆已发展成岩溶平原，地势低平，地表迳流流程短，很快消失在局部岩溶洼地中。在短暂积水的岩溶洼地中，特别是其周边部分，因流速的减缓，被地表迳流搬运来的负载物沉积下来，成为铝土矿层。海相环境的普遍发育，宣告了成铝作用的最终结束。
贡川一带局部沉积厚度增大时，铝土矿层往往相变成铝土岩或含煤岩层的事实，与上述设想是比较吻合的。铝土岩和含煤岩层中铝土矿碎屑稀少、含硅较高，与当时的积水状况是有联系的；铝土矿层下部往往含硅、铁较高，与沉积后一段时期内曾经发育自上而下的一定程度的淋滤作用有关；含铝岩层的上部往往发育成铝土质页岩，与岩溶平原逐渐被水淹覆是有联系的。
参考文献
[1]王恩孚,等.铝土矿地质学.地质出版社,1984.
[2]冯增照,等.地质历史中的碳酸盐相.地质出版社,1981.
作者简介
韦国松，地质工程师，全国注册安全工程师，长期从事矿产地质勘查，水工环地质调查等工作。