Question

矿床基本特征

Answer 1

一、矿床类型

铝土矿床依其下伏基岩性质大体可分为3种类型:红土型铝土矿床、岩溶型铝土矿床、沉积型(也称齐赫文型)铝土矿床。红土型铝土矿床，是由下伏铝硅酸盐岩在热带或亚热带气候条件下，经深度化学风化(即红土化)作用而形成的与基岩呈渐变过渡关系的残积矿床(包括就近搬移沉积的铝土矿)，这类矿床是铝土矿的主要矿床类型;岩溶型铝土矿床，是覆盖在灰岩、白云岩等碳酸盐岩凹凸不平岩溶面上的铝土矿床;沉积型(齐赫文型)铝土矿床，是覆盖在铝硅酸盐岩剥蚀面上的碎屑沉积铝土矿床。

二、矿床分布

在大地构造位置上，红土型铝土矿矿床主要形成于大陆板块内稳定的地块上。在地理位置上，红土型铝土矿床主要分布在南、北纬30°(热带、亚热带)范围内的高原台地、圆丘、长形单面山、山岭斜坡、大陆边缘的近海平原和岛屿上。据G·巴尔多西意见(Bardossyetal.，1990)，全世界红土型铝土矿床可划分为8个成矿省:南美成矿省、巴西东南部成矿省、西非成矿省、东南非成矿省、印度成矿省、东南亚成矿省、西澳及北澳成矿省、东南澳成矿省(图13-1)。Bardossyetal.(1990)曾统计得出世界铝土矿资源大于1亿t的有28个国家，其中有20个国家的铝土矿为红土型，这些矿床主要分布于澳大利亚、几内亚、巴西、喀麦隆、越南和印度等国。我国的红土型铝土矿主要分布在福建、海南及广东一些地区(如漳浦铝土矿)，矿床规模较小。红土型铝土矿床储量占世界铝土矿总储量的85%左右，其矿石产量占世界铝土矿产量的65%。

三、形成时代

世界铝土矿床的形成时代，自新元古代以来的各个地史时期都有产出，但主要在晚古生代、中生代和新生代3个成矿期。红土型铝土矿成矿时代主要是新生代古近纪和新近纪，其次是中生代，古生代或太古宙的红土型铝土矿矿床极少(Bardossyetal.，1990;刘中凡，2001)。

晚新近纪—第四纪的红土型铝土矿矿床全部都出露于现代地球表面，并且以岩性各异的铝土矿矿层为特征，如越南南方和哥伦比亚的考卡及巴列矿集区。

早古近纪—晚新近纪的矿床主要为地表矿床，少部分被始新统和渐新统的沉积物覆盖。表现为一层相当均匀的铝土矿层，发育比较理想的红土剖面，多处保留有母岩的残留组构。绝大多数这类矿床都与现代地球表面的大规模夷平运动有关。

晚白垩世以前的矿床几乎全是隐伏矿床，这些矿床不同程度地遭受后期地壳运动的影响，与古近纪或更年轻的矿床相比，通常含较多硅质。

图13-1 全球红土型铝土矿分布示意图

四、地质特征

(一)红土型铝土矿的外部特征

控制红土化和铝土矿化作用的主要条件是气候及水文条件、地形条件、构造条件和母岩条件(Bardossyetal.，1990;顾皓民等，1994):

气候及水文条件:在气候炎热、雨量充沛、排泄条件良好的条件下，含铝硅酸盐风化是形成铝土矿的必备条件。

地形条件:高原台地是盛产铝土矿最常见的地形，大多数红土型铝土矿产于海拔0～400m之间，其次在400～800m之间。如印度南部的尼尔吉里丘陵和帕尔尼丘陵、津巴布韦的东部、巴西的帕萨夸特罗山等。

构造条件:红土型铝土矿的形成需要稳定的大地构造条件。在构造活动强烈的造山带中，不断发生的碎屑沉积阻碍了大多数低洼地区的铝土矿化作用，而在高山地区，强烈的侵蚀作用又破坏了新形成的红土型风化产物。为此，形成并保存在造山带中的红土型铝土矿矿床的大多数是在造山期后稳定的构造条件下形成的。尽管如此，地壳的升降运动仍对红土型铝土矿矿床的形成起着重要的作用，如几内亚的桑加雷迪矿床伴随着多次的构造升降运动形成了很厚的优质铝土矿矿床。

母岩条件:红土型铝土矿矿床的母岩最重要的是玄武岩，其次是粒玄岩、长石砂岩、高岭石砂质粘土、页岩和板岩、花岗岩和麻粒岩相的变质岩。除此之外的其他各种岩石形成铝土矿的可能性很小。

(二)红土型铝土矿的内部特征

1.矿床范围大小及形状

红土型铝土矿成矿区的范围大小相差很大。最大的矿区可至数千平方千米，例如澳大利亚Darling Range地区、韦帕、越南南方高地和几内亚成矿区等，而较小的矿区范围只有数十平方千米，单个矿床的范围从几公顷到几十平方千米，已知最大的连续矿床产在澳大利亚的韦帕和戈夫、几内亚和印度的东加茨。

在同一成矿区内，铝土矿床的分布也有很大差别，有些地区矿床分布均匀，但在大多数成矿区，铝土矿矿床往往是密集分布的，如圭亚那成矿省和澳大利亚成矿省。

红土型铝土矿矿体的几何形状通常较为简单，常表现为横向轮廓极不规则的平伏矿层。

2.红土剖面

发育完整的红土型铝土矿矿床具有如下风化壳剖面(Bardossy et al.，1990;顾皓民等，1994;图13-2):自下而上依次为风化母岩(或基岩)、腐泥土层、铝土矿层、硬壳层、土壤层。实际中，许多铝土矿由于气候和环境的变化，红土剖面发育不规则，会缺失一部分层位。

图13-2 理想的红土型铝土矿剖面

(1)风化母岩:主要为超基性岩石，包括风化而成的砾核、风化岩石。该层厚度不大，向下过渡到新鲜基岩。通常母岩物质只有20%～25%用来形成铝土矿，母岩的化学成分中大部分以真溶液或胶体溶液形式从风化剖面中流失。

(2)腐泥土层:由含铝硅酸盐的母岩风化而成，呈浅色，土质松软，主要是高岭土、局部为蒙脱石、绿脱石、伊利石。绿泥石和混合层状粘土物质，厚度范围在0～100m之间，常见10～30m。

(3)铝土矿层:由富Al(Fe)的去硅岩石组成，常呈黄至褐色，极少红褐色和红色，具残余状、结核状、块状、豆状、胶状结构，铝土矿矿层较薄，厚1～54m，主要集中在4～8m之间。

(4)硬壳层:是铁质成分，颜色鲜艳，红至深红和棕色，质地坚硬，常呈多孔状并且有胶状、团块状和结核状结构，层厚0～4m，常见0.5～2m。

(5)土壤层:以腐殖质和有机质为主，厚0～2m，主要为0.3～1m，土壤层在地表常被热带植物所覆盖，在植被消失的地方，土壤层一般被剥蚀掉。

(三)铝土矿的岩性特征

红土型铝土矿矿床的矿石构造主要为残余状、结核状、团块状、块状、柱状，以及“充填”或“灌浆”构造;结构主要有豆状、胶状、隐晶质、鲕状、残余状及他形结构。

矿石矿物以三水铝石(Al(OH)₃)为主，少量一水软铝石，属于三水铝石型和三水铝石-一水软铝石混合型。三水铝石含量范围为10%～90%，通常为40%～70%，其他矿物为勃姆石(一水软铝石)、一水硬铝石、刚玉、铁矿物(针铁矿、磁铁矿、赤铁矿等)、钛矿物(钛铁矿、金红石等)及硅酸盐矿物(高岭石、蒙脱石、绿脱石、绿泥石等)，这些矿物通常含量很少。

矿石化学成分主要是Al₂O₃，SiO₂，Fe₂O₃，TiO₂和H₂O。其中Al₂O₃的含量变化很大，为20%～70%，大多数在40%～45%之间，SiO₂含量基本小于4%，Fe₂O₃多在10%～25%之间，TiO₂含量多为1%～4%，个别矿床TiO₂＞6%。各化学成分之间的相互关系不明显。

(四)铝土矿矿化

前已述及，影响铝土矿化的重要因素有气候条件、地形地貌、母岩的渗透性和水文条件。南北纬30°内炎热的季风气候是形成红土型铝土矿的必备条件。

对铝土矿化而言，母岩的渗透性也是一个决定性的因素。具高渗透性的母岩容易发生红土化作用。母岩的节理、裂隙及构造断裂带在很大程度上增加了母岩的渗透性，甚至地层的倾斜和变质岩的叶理也影响母岩的渗透性。

地形地貌条件对红土型铝土矿的形成具有很重要的作用。红土化一般发生在广阔的准平原上，而铝土矿化则发生于该准平原遭受河谷切割期间。红土型铝土矿矿床只有当铝土矿化速率高于侵蚀速率时才能形成。铝土矿矿床的表面不仅沿着台地悬崖下降，随着风化、淋滤作用的进行，风化剖面的顶部也随着时间的推移而下降，这种运移使得被溶解的部分氧化铝和铁再次在下伏岩层中沉淀，导致风化剖面的局部位置铝土矿化聚集。

水文地质条件，在良好的泄水条件下铝土矿化作用只能在潜水面以上才能发生，而地下水位的季节性波动，会导致一些成分溶解、局部迁移和再沉淀，引起铝土矿发育一些新生结构和构造，从而形成了鲕状、豆状、胶状、团块状和结核状的结构。

在一些情况下，母岩的铝硅酸盐矿物可直接形成氧化铝矿物，即发生直接铝土矿化作用。在直接铝土矿化作用下，铝土矿与母岩之间不发育腐泥土层。铝土矿和母岩之间的接触界线非常清晰，铝土矿常沿母岩的节理和裂隙呈不规则状产出。另一些情况下，在淋滤过程中，当被溶解的氧化硅疏散得不够快时就发生间接的铝土矿化，首先以腐泥土层为标志，接着以铝土矿层为标志。在间接铝土矿化的情况下，铝土矿的结构和构造可保留残余特点，但常见的是发生重新组合作用，形成隐晶质和胶状结构。与直接铝土矿化相比，间接铝土矿化比较常见。

铝土矿与硬结层形成的关系，硬结层的形成是三氧化二铁和氢氧化铁的聚集，由于风化剖面上铁被活化，并随地下水作横向迁移，最后在异地发生沉淀作用。在硬结层中，赤铁矿较为稳定，而三水铝石相对不太稳定，其中一部分被溶解并沉淀在下伏的铝土矿层中。这种选择性溶解使硬结层中的铁比铝更富集。

从全球对比来看，结构均匀的矿床是在一个铝土矿化阶段，或是在外部条件相似的几个阶段形成的，例如印度的东加茨;而具有复杂的垂直剖面和结构，组成变化较大的矿床则具有较为复杂的形成史，例如几内亚的桑加雷迪矿床(顾皓民等，1994)。

(五)铝土矿化后的次生作用

受气候条件的影响，铝土矿在形成之后常发生机械崩解和再沉积作用(Bardossy et al.，1990)。在气候干燥的地区，可以见到硬结层的块状崩解。在以季风气候为主的地方矿床被侵蚀作用所破坏。如果铝土矿没有硬结层保护，则向源侵蚀作用很快，大块的铝土矿从台地悬崖上崩落，滚向斜坡(图13-3)。由于矿床常被土壤层等掩埋，会出现铝土矿压实作用和重结晶作用，但其化学成分不发生根本变化。对于一些隐伏的矿床，当覆盖物的氧化硅被溶解后常被带入铝土矿层，由于Al和Si的化学亲和力，氧化硅与氧化铝矿物容易发生反应，形成次生的铝硅酸盐矿物，主要是高岭石、变埃洛石及埃洛石。此外，还发生一些除铁作用、碳酸盐化、菱铁矿化、黄铁矿化及明矾石化作用。

图13-3 喀麦隆某铝土矿床的地质剖面示意图

五、成矿模式

红土型铝土矿主要形成于气候炎热、雨量充沛、排泄条件良好的条件下，成矿母岩主要为一些基性岩石，如玄武岩。新鲜玄武岩中的基性长石由于风化作用变为含水的粘土矿物，主要是高岭石。高岭石继续风化，硅质被地表水溶解而淋失，少量硅质形成氧化硅凝胶，铝质变为游离的氢氧化铝凝胶，即Al(OH)₃，结晶成三水铝石，少量脱水成勃姆矿，部分氢氧化铝凝胶与氧化硅凝胶结合仍形成粘土矿物。与此同时，玄武岩中的铁镁矿物如橄榄石、辉石等由于风化作用分解为含水的铁矿物，如针铁矿、褐铁矿、赤铁矿等，镁质被地表水溶解淋失，部分硅质被地表水溶解淋失，部分氧化硅凝胶形成石英(中国矿床编委会，1989)。玄武岩经风化形成三水铝石和少量勃姆矿的成矿模式如下(图13-4)。

图13-4 红土型铝土矿矿床成矿模式图