黔北务正道地区早二叠世铝土矿矿石包括致密状、碎屑状、豆鲕状和土状及半土状铝土矿4种类型。其中土状及半土状铝土矿品质最好, 为含矿岩系(包括碎屑状、豆鲕状矿石)准同生和后期暴露期间淋滤而成的(汪小妹等, 2013; 余文超等, 2013b; 张莹华等, 2013)。致密状矿石品质最差, 是没有经过淋滤或弱淋滤的矿石。传统认为碎屑状铝土矿、豆鲕状铝土矿形成于高能环境。通过全区系统的野外剖面和钻井岩心观测, 发现含矿岩系大竹园组主要是泥质岩沉积, 内夹碎屑状、豆鲕状铝土矿, 局部见豆鲕状赤铁矿。除西部1~2个剖面发现“ 砂岩” 外, 整个地区未见砂岩、粉砂岩等碎屑沉积。砂岩薄片显示石英颗粒圆度为棱角状到次棱角状, 石英颗粒悬浮于基质中(图 2), 因此判定该砂岩不是常见的牵引流(如河流)沉积成因。

图2

Fig.2

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	图2 安场向斜西翼的石英砂岩镜下照片(采样位置见图1中“ 砂岩采样处” )Fig.2 Photomicrographs of quartz sandstone in west wing of the Anchang syncline

碎屑状铝土矿的母质为富铝的黏土, 由于黏土质遇水软化, 不可能作为碎屑远距离搬运到盆地中, 因此可以排除黏土质碎屑砾石成因。最可能的成因是盆地边缘的黏土暴露形成干裂, 再经过弱水流改造形成黏土质碎屑。对于豆鲕的成因, 利用激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)对豆鲕核心、边部、基质和豆鲕不同圈层微区元素地球化学的详细研究, 认为铝土矿矿石中鲕粒形成于矿石基质形成之后, 可能为含矿岩系在近地表强烈风化形成的强酸性环境中导致了Al元素析出富集形成胶体, 由胶体凝聚而成(张亚男等, 2013)。

因此务正道地区的碎屑状、豆鲕状铝土矿并不代表高能的沉积环境, 而是在盆地内部在低水位期含矿岩系暴露或接近地表过程中形成的。

早二叠世黔北— 渝南地区临近中扬子海湾(黄兴等, 2013), ZK14904和ZK3402两口钻孔硼含量分别为55× 10^-6~144× 10^-6和46× 10^-6~148× 10^-6, 古盐度显示海陆过渡性水体(崔滔等, 2013a), 因此认为务正道地区为一半封闭的海湾环境。早二叠世是全球冰期与间冰期变化的时期, 当间冰期高海平面时, 该海湾与中扬子海湾相连; 当冰期低海平面时, 该海湾与中扬子海湾隔离。

从黔北— 渝南区域上看, 务正道地区铝土矿主要集中于黔北务川、正安、道真、重庆武隆一带, 务正道地区以东沿河一带, 以南绥阳、凤岗一带, 以西南川、新站一带, 没有发现铝土矿含矿岩系, 反映铝土矿沉积时期为剥蚀区。从上述地区向务正道半封闭海湾, 铝土矿含矿岩系厚度逐渐增大, 因此黔北务川、正安、道真和重庆武隆一带为本封闭海湾的沉积中心。

由于豆鲕是胶体凝聚形成的, 碎屑是盆地内部形成的, 故务正道地区早二叠世铝土矿含矿岩系中没有高能沉积的记录, 过去所认识的河流相、冲积扇、坡积物和泥石流等均不存在, 因此推测早二叠世务正道地区及相邻地区是一个环绕半封闭海湾的准平原和湿地(图 3), 准平原上被乔木森林植被覆盖(余文超等, 2012)。

图3

Fig.3

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	图3 黔北务正道地区早二叠世古地理图Fig.3 Palaeogeographical map of the Early Permian in Wuchuan-Zheng'an-Daozhen area, northern Guizhou Province

早二叠世黔北地区可以分为以下古地理单元:(1)黔北平原及黔东山地。该地理单元存在中二叠统底部的平行不整合, 但不发育铝土矿层或具极薄的古风化壳, 是铝土矿沉积时的剥蚀区和含矿岩系的物源供应区, 由于铝土矿的物源分析表明铝土矿具有拉张环境的双峰式岩浆岩的贡献, 推测黔东梵净山一带的裂谷火山岩也对铝土矿形成有所贡献(凌文黎, 未刊资料)。(2)近岸平原。近岸平原是早二叠世间冰期高海平面时被淹没, 冰期低海平面时暴露的区域, 该地理单元主要为务正道地区提供含矿岩系物源和铝质。在低海平面暴露期, 近海局部的湿地可形成酸化环境, 导致铝质析出, 铝质成为胶体被搬运到近岸湿地或海湾中, 促使铝质进一步富集。(3)滨岸湿地。滨岸湿地为非冰期— 间冰期海平面变化的间歇暴露区, 是优质铝土矿的主要富集区, 湿地上高低不平, 可分出湿地沼泽、湿地湖泊(水塘)和旱湿地等不同的亚环境单元。在湿地分布区常见优质土状半土状铝土矿分布不均的现象, 如张家院向斜相临钻井含矿岩系的含矿特征、矿石类型差别很大, 有的钻井土状半土状淋滤型铝土矿发育, 而相邻钻井主要发育致密状铝土矿。(4)半封闭海湾。半封闭海湾是冰期海平面之下、持续被水体淹没的封闭湖区。除了含矿岩系顶部平行不整合形成时期暴露之外, 一直为水体淹没。因此该区淋滤型土状半土状铝土矿、碎屑状和豆鲕状铝土矿不发育, 主要是致密状铝土矿发育。

野外钻孔岩心(余文超等, 2013b)和地球化学元素质量平衡计算(张莹华等, 2013), 都反映务正道滨岸湿地区存在明显的准同生和后生的淋滤作用, 在古渗流带(饱气带)多数元素流失, 而铝的流失量较小, 导致铝的富集形成品质较好铝土矿。在古潜流带(饱水带)元素流失较少或不流失或部分元素富集, 而不成矿或矿石品质差。

在安场向斜东南翼ZK288-16钻孔, 发育3个古暴露面, 暴露面为渣状铝土矿, 代表古风化面, 之下为10~100 cm土状及半土状铝土矿, 再下为致密状铝土矿, 反映含矿岩系形成过程中至少有2次准同生的冰期海平面降低和1次最终暴露导致含矿岩系暴露淋滤, 上述暴露淋滤在区域上和地球化学元素质量平衡计算都有所反应(余文超等, 2013b; 张莹华等, 2013)。因此可以得出以下结论:铝土矿的形成和品质优劣主要受含矿岩系形成后的淋滤作用控制, 滨岸湿地是多次间歇暴露的地区, 因此也是优质铝土矿最发育的地区。

上述研究成果表明, 务正道地区早二叠世铝土矿的控矿地质作用, 表现为沉积古地理控制了含矿岩系的分布和厚度, 决定了暴露淋滤区的范围, 准同生及后生的淋滤作用控制了铝土矿的品质和分布, 在此基础上, 建立了动态的铝土矿成矿模式(图 4)。

图4

Fig.4

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	图4 黔北务正道地区早二叠世铝土矿的成矿模式Fig.4 Mineralization model for the Early Permian bauxite in Wuchuan-Zheng'an-Daozhen area, northern Guizhou Province

晚石炭世后期, 黔北准平原受大规模海退影响而暴露, 形成下二叠统大竹园组和上石炭统黄龙组之间的平行不整合, 部分地区黄龙组被剥蚀殆尽, 形成大竹园组和志留系韩家店组之间的平行不整合。由于该区处于热带干湿相间的气候条件下, 长期的风化作用形成黄龙组风化的钙红土和韩家店组的红土, 为早二叠世的铝土矿准备了充足的物源。

早二叠世冰期— 间冰期引起研究区大规模的海侵海退。在间冰期海侵期, 全区红土、钙红土被淹没。在冰期海退期, 滨岸平原乃至黔北平原的红土、钙红土向半封闭海湾方向搬运, 形成含矿岩系。冰期的气候变化(小冰期)也引起高水位和低水位的差别。在高水位期, 滨岸湿地被淹没, 滨岸平原红土、钙红土继续向海湾方向搬运; 在低水位期, 滨岸湿地形成, 并出现准同生期的淋滤作用, 导致土状半土状优质铝土矿的形成。

早二叠世末期到中二叠世早期, 黔北乃至中扬子地区又一次大规模暴露, 形成大区域的平行不整合。已经形成的铝土矿和含矿岩系经历了又一次淋滤。但是之后中二叠世海侵形成了梁山组泥质岩和栖霞组灰岩沉积, 梁山组、栖霞组的沉积又淋滤到大竹园组顶部, 导致大竹园组顶部含矿岩系不成矿或矿石品质较差。

综上所述, 黔北务正道地区早二叠世铝土矿受沉积作用和淋滤作用共同控制, 因此该区铝土矿的找矿方向应该集中于滨岸湿地地区。其找矿标志包括:含矿岩系厚度较大, 地表露头或钻井岩心发育淋滤尤其是准同生淋滤特征, 淋滤特征表现为上部渗流带岩石颜色较浅(白色、灰白色), 而下部潜流带岩石颜色偏暗(深灰色、灰黑色、灰绿色或紫红色)。

1)黔北务正道地区早二叠世土状及半土状铝土矿(包括土状及半土状碎屑和豆鲕矿石)是含矿岩系准同生和后期暴露期间淋滤而成的, 而致密状矿石是没有经过淋滤或弱淋滤形成的。碎屑状铝土矿是盆地内部泥裂破碎再沉积形成的; 豆鲕状矿石是盆地内部胶体凝聚而成的。

2)早二叠世黔北务正道地区为黔北平原近海的一个半封闭海湾, 冰期低海平面时期与中扬子海湾分离成为滨岸湖泊, 间冰期高海平面时期与中扬子海湾连通。古地理单元可分为黔北平原、滨岸平原、滨岸湿地和半封闭海湾等单元。

3)准同生期、后期的含矿岩系的暴露、淋滤是铝土矿形成的主要控制因素。

4)务正道铝土矿的动态成矿模式表明, 铝土矿主要形成于2次准同生淋滤期, 因此铝土矿找矿应重点选择滨岸湿地、具有明显淋滤作用发育的地区。