本文選題：鋁土礦 + 沉積環(huán)境　； 參考：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：鋁土礦沉積是一種風(fēng)化殘余成因的特殊沉積物,是潮濕的熱帶及亞熱帶氣候條件下近地表風(fēng)化作用的產(chǎn)物,以含有具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值的較高鋁元素含量為特點(diǎn)。鋁土礦沉積的出現(xiàn)從地質(zhì)學(xué)的角度而言指示沉積間斷,炎熱潮濕的(古)氣候條件及發(fā)生抬升的大地構(gòu)造背景。鋁土礦沉積被視為地球演化過程中的罕見事件,其形成需要諸多古環(huán)境因素的綜合作用。從全球鋁土礦沉積在地質(zhì)歷史時(shí)期的分布特點(diǎn)來看,從鋁土礦沉積在寒武系地層中首次出現(xiàn),到中-晚泥盆世、早石炭世、二疊紀(jì)、晚三疊世至早侏羅世、晚白堊世、始新世至中新世及全新世等數(shù)次全球性鋁土礦沉積大規(guī)模成礦期的發(fā)生,均與較高的熱帶氣溫、變化的全球海平面高度及垂向上穩(wěn)定的大地構(gòu)造背景相關(guān)。近年來,針對(duì)華南地區(qū)貴州與廣西兩省的二疊系鋁土礦沉積重新開展了大量基礎(chǔ)地質(zhì)與地球化學(xué)工作。在此基礎(chǔ)之上,本文從鋁土礦沉積地質(zhì)學(xué)角度出發(fā),利用沉積學(xué)及地球化學(xué)手段將鋁土礦沉積時(shí)代與地理位置的變遷放置于全球古氣候與古地理變化的背景之下,詳細(xì)討論了兩地礦床的成礦條件、成礦作用與成礦模式。本文涉及的兩個(gè)研究案例分別是貴州北部(黔北)務(wù)川-正安-道真地區(qū)下二疊統(tǒng)大竹園組鋁土礦及廣西西部(桂西)上二疊統(tǒng)合山組鋁土礦。黔北鋁土礦沉積位于黔中隆起以北,下伏上石炭統(tǒng)黃龍組灰?guī)r或下志留統(tǒng)韓家店組頁巖,上覆下二疊統(tǒng)梁山組泥巖覆蓋,成礦時(shí)代為早二疊世Asselian期—Artinskian期(紫松期—隆林期),礦床分類為沉積型鋁土礦。桂西地區(qū)在二疊紀(jì)位于右江盆地范圍內(nèi),區(qū)內(nèi)鋁土礦覆蓋于中二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r之上,上覆合山組下部泥巖,成礦時(shí)代為Capitanian期-Wuchiapingian期之交(冷塢期與吳家坪期之交),同樣也為巖溶型鋁土礦。黔北地區(qū)鋁土礦形成于華南板塊內(nèi)部上揚(yáng)子地區(qū)一個(gè)向北開口的海灣中,該海灣向北以水道與外海聯(lián)通,其余三面被地勢(shì)較高的剝蝕區(qū)環(huán)繞,成礦母質(zhì)經(jīng)過短距離搬運(yùn)進(jìn)入海灣內(nèi)部,最適宜成礦的區(qū)域?yàn)楹ｊ懡换サ臑I岸濕地區(qū)域。從礦石內(nèi)獲得的極高的CIA(90)及以硬水鋁石-高嶺石為主的礦物組合證明鋁土礦層在形成過程中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化過程,指示炎熱潮濕的古氣候環(huán)境。而從礦石內(nèi)檢測(cè)到大量燃燒成因多環(huán)芳烴化合物(PAHs)指示早二疊世華南炎熱潮濕的古氣候環(huán)境還伴隨著旱季與雨季分異的特征。通過對(duì)前人提出的針對(duì)古鹽度的沉積構(gòu)造與地球化學(xué)證據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn),我們認(rèn)為對(duì)于大竹園組中鋁質(zhì)黏土巖海相沉積特征的判斷基本準(zhǔn)確,而鋁土礦石樣品具有明顯陸相沉積特點(diǎn),因此古鹽度證據(jù)支持黔北地區(qū)鋁土礦形成于海陸交互相的判斷。大竹園組鋁土礦石樣品中出現(xiàn)明顯的Ce正異�，F(xiàn)象且Ce異常與Al2O3含量之間存在顯著正相關(guān)性,指示從鋁土礦石層位到鋁質(zhì)黏土巖層位存在由氧化環(huán)境到還原環(huán)境的轉(zhuǎn)化,結(jié)合從鋁質(zhì)黏土巖中提取的飽和烴組分中的類異戊二烯烷烴中姥鮫烷(Pr)和植烷(Ph)比值均小于1,進(jìn)一步說明鋁質(zhì)黏土巖的沉積環(huán)境應(yīng)為低Eh值的還原環(huán)境。黔北地區(qū)鋁土礦層的形成環(huán)境以酸性環(huán)境為主,礦層中包括稀土元素在內(nèi)的大部分元素的遷移及高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)的活化即是這種酸性環(huán)境作用下的產(chǎn)物,而來自生物標(biāo)志物的C27重排甾烷/C27甾烷比值處于0.31-0.37,有至少三分之一的甾烷發(fā)生重排作用,證明在鋁土礦沉積時(shí)伴隨了低pH值的環(huán)境。酸性物質(zhì)的來源可以是微生物活動(dòng)和植物腐爛形成的有機(jī)酸或母巖或風(fēng)化過程中形成的硫化礦物發(fā)生氧化作用所形成的無機(jī)酸。通過對(duì)大竹園組中鋁質(zhì)黏土巖樣品的生物標(biāo)志物檢測(cè),發(fā)現(xiàn)樣品中正構(gòu)烷烴多為雙峰式分布,萜烷化合物中,三環(huán)萜烷含量小于藿烷系列,且碳數(shù)分布寬,說明其有機(jī)質(zhì)來源包括低等浮游生物、藻類及細(xì)菌生物以及陸上維管束植物(如蕨類與裸子植物)與非維管束植物(如苔蘚植物)的雙重貢獻(xiàn),樣品中(Pr+Ph)/(n-C17+n-C18)比值指標(biāo)大于1,表現(xiàn)自養(yǎng)生物有機(jī)質(zhì)來源的優(yōu)勢(shì)。大竹園組鋁土礦層樣品的碎屑鋯石年齡譜分布與下伏韓家店組薄層砂巖樣品一致,說明韓家店組碎屑巖為大竹園組提供了主要物源,而兩者的碎屑鋯石分布特征與華夏板塊前志留系地層中的碎屑鋯石年齡譜數(shù)據(jù)一致,證明其碎屑物質(zhì)組成的最終來源均為揚(yáng)子與華夏板塊拼合時(shí)期由華夏陸塊造山帶輸送進(jìn)入揚(yáng)子板塊內(nèi)部的物源。此外,在大竹園組中發(fā)現(xiàn)大量同沉積時(shí)期由紅土化作用、搬運(yùn)作用及膠體凝聚作用遺留下的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造證據(jù),指明其準(zhǔn)原地及準(zhǔn)異地成因。大竹園組中尚存在準(zhǔn)同生期淋濾作用證據(jù),部分礦層內(nèi)部出現(xiàn)一層或多層指示同沉積暴露的“渣狀層”,說明暴露淋濾事件在鋁土礦形成時(shí)期多次發(fā)生。從運(yùn)用質(zhì)量平衡計(jì)算手段對(duì)大竹園組鋁土礦進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn),層內(nèi)絕大部分樣品均發(fā)生不同程度的元素丟失,硅與鐵元素相對(duì)于鋁元素丟失程度更大,因此鋁元素發(fā)生相對(duì)富集。桂西地區(qū)鋁土礦賦存于上二疊統(tǒng)合山組底部。在二疊紀(jì)存在極具特色的古地理特征,盆地內(nèi)孤立碳酸鹽臺(tái)地與臺(tái)間海槽相間分布,并出現(xiàn)顯著沉積分異,合山組鋁土礦沉積全部產(chǎn)出于孤立碳酸鹽臺(tái)地區(qū)域范圍內(nèi),其中尤以樂業(yè)、扶綏、平果、靖西、德保等臺(tái)地產(chǎn)出大范圍鋁土礦,宏觀地質(zhì)特征及微量地球化學(xué)判別指標(biāo)均支持桂西二疊系鋁土礦陸相淡水成因,說明桂西地區(qū)鋁土礦是在孤立臺(tái)地暴露的情況下形成。合山組鋁土礦內(nèi)礦石CIA值范圍為97-100,高嶺石與鋁礦物的礦物組合指示成礦母質(zhì)在炎熱潮濕的古氣候條件下歷經(jīng)強(qiáng)烈化學(xué)風(fēng)化。從合山組鋁土礦層下部到上部出現(xiàn)由紅色到灰黑色的顏色轉(zhuǎn)化,結(jié)合礦層下部正Ce異常向上逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃e的負(fù)異常,說明礦層在形成時(shí)由滲流型鋁土礦向潛流型鋁土礦轉(zhuǎn)變。根據(jù)對(duì)合山組鋁土礦碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究,樣品內(nèi)年齡主峰出現(xiàn)在263 262 Ma,來自鋯石微量元素對(duì)判別指標(biāo)的結(jié)果表明,合山組鋁土礦中的鋯石同時(shí)來自于板內(nèi)/非造山帶環(huán)境及島弧/造山環(huán)境,并且在不同的孤立碳酸鹽巖臺(tái)地鋁土礦物源存在差異,綜合考慮右江盆地周緣古構(gòu)造及古地理背景后,我們認(rèn)為西北方向的峨眉山大火成巖省及西南方向的印支與華南板塊之間的火山弧活動(dòng)均為右江盆地內(nèi)提供了火山灰物源,并且這種物源搬運(yùn)形式以大氣環(huán)流搬運(yùn)作用為主。桂西地區(qū)二疊系鋁土礦一般經(jīng)過后期改造,現(xiàn)代淋濾作用疊加后形成品位較高的優(yōu)質(zhì)礦床。華南地區(qū)在二疊紀(jì)接連出現(xiàn)大規(guī)模鋁土礦沉積主要受到古氣候因素及古地理位置的雙重控制作用,從泥盆紀(jì)始,華南板塊從岡瓦那大陸北緣分裂出來,遠(yuǎn)離古大陸并持續(xù)由高緯地區(qū)向低緯地區(qū)移動(dòng),并在石炭-二疊紀(jì)時(shí)剛好處于赤道位置附近,從全球古地理位置而言完全可以滿足炎熱潮濕的古氣候條件。又由于遠(yuǎn)離古大陸,在中二疊世之前華南板塊內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)處于較為平靜時(shí)期,風(fēng)化剝蝕的產(chǎn)物殘留下來,并經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的淋濾作用形成鋁土礦沉積。從兩個(gè)成礦區(qū)域的各自古地理恢復(fù)情況來看,黔北地區(qū)在早二疊世的濱岸濕地區(qū)域及桂西地區(qū)晚二疊世右江盆地內(nèi)孤立碳酸鹽巖臺(tái)地上均為成礦有利地區(qū)。從成礦作用過程上來看,兩個(gè)區(qū)域內(nèi)經(jīng)過準(zhǔn)同生期多期淋濾作用或經(jīng)過后期次生淋濾作用的地區(qū)產(chǎn)出高品位的鋁土礦。因此,對(duì)于鋁土礦沉積而言,在適宜的古氣候條件及全球古地理?xiàng)l件的框架下,成礦區(qū)域內(nèi)的古地理控制礦層的展布與厚度,而淋濾作用則對(duì)礦石質(zhì)量起到至關(guān)重要的控制作用。
[Abstract]:In recent years , the deposit of bauxite deposits in Upper Permian Asselian stage 鈥，

本文編號(hào)：1931854