沉积型铁、锰、铝、煤等矿产的形成与古地理有密切关系(刘宝珺和曾允孚, 1985)。铝土矿可分为红土型、岩溶型、沉积型铝土矿3种类型, 不管何种类型, 其成矿过程都受古地理影响, 如几乎所有黔中的铝土矿都分布于志留— 泥盆纪古陆与石炭纪浅海交接的地带(谢家荣等, 2001)。黔北(务正道)— 渝南地区蕴含丰富的铝土矿资源, 长期以来, 众多学者对其进行了研究, 主要内容包括铝土矿的岩石矿物学及矿床特征(武国辉等, 2008; 金中国等, 2009a); 铝土矿的沉积环境与沉积相(赵远由, 2007; 杜远生等, 2008; 韩忠华, 2008; 殷科华, 2009); 铝土矿物源及地球化学特征(刘平, 1993; 金中国等, 2009b; 汪小妹等, 2013; 张莹华等, 2013)铝土矿的成矿机制及成矿作用(梁同荣和廖士范, 1989; 刘平, 2001; 黄兴等, 2013)。

前人研究虽取得了大量成果, 但黔北务正道地区铝土矿含矿层的沉积古地理一直没得到很好的解决。主要表现在:(1)沉积盆地的边界没有确定。(2)黔北务正道铝土矿的成矿环境长期存有“ 海相” 与“ 陆相” 的争议:认为铝土矿形成于陆相环境如河流— 湖泊— 沼泽环境的有刘平(1993)、武国辉等(2008)、殷科华(2009); 认为铝土矿形成于海相或过渡相环境的, 如雷志远和廖友常(2007)认为形成于滨海沼泽环境, 赵远由(2007)认为形成于滨海海湾, 韩忠华(2008)认为形成于潮坪环境, 张启明等(2012)认为形成于潟湖内深湖、半深湖环境。前人的研究中认为铝土矿形成于陆相环境河流— 湖泊— 沼泽的结论都属于推测, 为前人在研究物源、矿物学或矿床特征中对铝土矿成矿过程进行恢复时推测的沉积环境, 并无确实的证据与严密的推导过程, 金中国等(2009b)通过Sr/Ba与Be分析认为务正道铝土矿形成于陆相环境, 但取样测试点仅位于单个矿区(瓦厂坪矿区)且测试样品数量有限, 不能代表全区的环境。滨海海湾、潟湖内的半深湖、深湖环境为前人根据小比例尺的古地理图件进行推测, 且在研究过程中将上覆的梁山组泥页岩与铝土矿含矿岩系视为同一组进行研究, 忽略了二者之间的不整合面, 可能造成研究结果的偏差, 铝土矿中层理不发育, 但有学者的研究中铝土层中出现大量层理(韩忠华, 2008), 可能是野外工作误将其余岩层的层理误归到含矿层所致。前人的研究虽争议较大, 但多认为铝土矿形成于类似湖泊、潟湖、海湾等局限水流的低能环境中, 河流则附属于这些环境, 可认为铝土矿为成矿物质搬运后堆积于“ 洼地” 中形成, 只是“ 洼地” 的性质无法确定, 有可能是海湾、潟湖, 也有可能是湖泊或沼泽, 这主要是因为沉积介质的古盐度尚未查明, 如能确定沉积介质的古盐度, 则铝土矿形成环境问题便可基本解决, 崔滔等(2013)通过野外宏观特征与微量元素进行系统的古盐度分析, 证明铝土矿形成于古盐度在淡水— 咸水之间不断转换的半封闭海湾中。铝土矿沉积环境虽基本确定, 但铝土矿的沉积环境并未进行精细划分, 研究区不同位置为何种沉积相尚不清楚。(3)沉积古地理对铝土矿成矿的控制意义尚缺乏研究, 不仅铝土矿的形成是否完全由沉积古地理控制或受别的因素影响尚不明确, 同时不同相带铝土矿品位特征亦缺乏研究, 查明不同相带与铝土矿品质的关系不仅能完善铝土矿的成矿理论, 同时对黔北务正道地区铝土矿的勘探具有重要意义。

笔者在前人研究工作的基础上, 对黔北务正道地区铝土矿沉积盆地边界、古地貌、沉积相带进行了进一步研究, 编制了研究区铝土矿含矿层的古地理图, 初步揭示了沉积古地理与铝土矿成矿之间的关系。

黔北— 渝南成矿带为贵州、重庆境内的重要铝土矿成矿带(刘平, 2001), 主要包括黔北的务正道地区及渝南的南川、武隆和彭水等地(图 1-a)。区域构造位置为扬子板块南侧的黔北侏罗山式褶皱带(杜定全等, 2007)。研究区地层出露由老到新为寒武系、奥陶系、志留系、石炭系、二叠系与侏罗系。区内构造线方向为NNE, 寒武系主要分布在背斜核部, 三叠系与侏罗系主要分布在向斜核部。铝土矿与上覆二叠系梁山组或栖霞组、下伏石炭系黄龙组或志留系韩家店组页岩均为平行不整合接触。务正道地区铝土矿的空间分布受道真、大塘、鹿池、栗园、桃园、安场、浣溪、新模、张家院等向斜控制(图 1-b)。

图1

Fig.1

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	图1 研究区位置(a)及黔北务正道地区地质简图(b)Fig.1 Location of study area(a)and geological map of Wuchuan-Zheng'an-Daozhen area in northern Guizhou Province (b)

致密状铝土矿具泥状结构、坚硬光滑、孔隙度小, 反映其未经过后期的强烈改造, 致密状铝土矿品位较低, 多数情况下黏土矿物含量大于50%, 从岩石学角度可视为黏土岩。某些致密状铝土矿直接就是机械沉积的高岭石黏土岩, 另外一部分以绿泥石为主的铝土矿经过了后期改造, 但这种改造作用是机械沉积的高岭石与孔隙水反应形成绿泥石, 绿泥石的形成使铝土矿孔隙度减小, 表面光滑, 质地坚硬, 其原始的沉积物依然是低能条件下悬移搬运沉积。有部分致密状铝土矿的成分特征介于工业高品位铝土矿与黏土岩之间, 表明这部分铝土矿经历了一定的后期脱硅排铁作用, 这种改造作用与绿泥石岩形成相反, 是有利于形成高品位铝土矿的, 但这种改造作用同样是岩石与孔隙水反应的结果。以上分析表明, 致密状铝土矿的原始形成都为红土化后的成矿物质以悬浮方式搬运再机械沉积, 指示低能的沉积环境, 这与张莹华等(2013)认为致密状铝土矿是由其余类型矿石在铝土矿化过程中析出的化学溶解物质迁移、沉淀形成并不矛盾, 化学过程发生于机械沉积之后, 使松散堆积的黏土矿物固结成岩, 向孔隙度减小、表面光滑、质地坚硬的方向发展。致密状铝土矿虽代表低能环境, 但在不同矿区含矿岩系厚度不一, 含矿岩系较厚的地区可能致密状铝土矿相对也较厚, 此时若直接以致密状铝土矿的绝对厚度作为指标则可能造成偏差, 因此使用致密状铝土矿识别环境时应注意与其他类型矿石的组合关系。

铝土矿中的碎屑主要为黏土矿物, 主要为暴露后发生泥裂作用形成, 并不能直接反映高能环境, 其中铝土矿中发现有假碎屑(图 4-a, 4-b), 表明铝土矿形成的总体环境水动力仍然较弱。但铝土矿中的碎屑以砾屑与砂屑为主, 角砾含量较小, 砾屑与砂屑的存在说明泥裂形成碎屑经历了一定的搬运作用, 沉积环境中相对高能的位置, 且同一地区地势相对较高的位置有利于暴露泥裂作用发生, 水动力作用相对较强的滨岸地带是粗碎屑形成的比较理想的位置, 所以一地区若大量发育碎屑状铝土矿则指示沉积环境可能为相对高能的近岸地带。务正道地区铝土矿中的大量碎屑磨圆较好, 部分碎屑一半圆滑另一半却呈棱角状, 部分碎屑颗粒具定向性, 这些特征说明颗粒经历了一定的水动力搬运作用, 且碎屑颗粒经短距离搬运后准原地沉积。碎屑状铝土矿指示高能环境具有较高的准确性, 但不能理解为见有碎屑状铝土矿即为高能环境。

图4

Fig.4

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	图4 黔北务正道地区铝土矿结构特征Fig.4 Texture characteristics of bauxite in Wuchuan-Zheng'an-Daozhen area, northern Guizhou Province

豆鲕状铝土矿中的鲕粒与碎屑的关系密切, 破碎鲕粒、以破碎鲕为核心的新鲕、具塑性变形的鲕粒(崔滔等, 2013)都说明鲕粒在形成中或形成后受到了明显的水动力作用, 鲕粒可视为一种特殊的碎屑。豆鲕状铝土矿形成过程中受水动力作用是相对于致密状铝土矿形成的弱水动力条件而言, 并非指鲕粒形成于强水动力环境, 鲕粒可能形成于海湾或湖泊中波浪作用较强的近岸位置。张家院向斜与安厂向斜部分钻孔中含鲕状赤铁矿与褐色黏土层(图 4-g, 4-h), 厚可达3.5 m, 鲕状赤铁矿与褐色黏土层很明显形成于近岸氧化环境中, 与铝土矿沉积的整体还原环境有明显差异, 是划分沉积相带的重要标志, 鲕状赤铁矿与褐色黏土层出现于研究区南部的边界位置, 与研究区南高北低的古地貌特征相吻合。

半土状铝土矿的形成比较特殊, 不同于其余3种类型的铝土矿。半土状铝土矿的结构远较其余3种类型的铝土矿疏松、粗糙, 其余铝土矿远较半土状铝土矿致密、光滑和坚硬。半土状铝土矿质地十分纯, 几乎全为浅灰色接近白色的土状物质, 常见淋滤形成的孔隙, 表明半土状铝土矿经过了强烈的淋滤作用改造, 是铝土矿的最终形态。半土状铝土矿虽然亦为泥状结构, 但与致密状铝土矿不同, 半土状铝土矿可由其余3种铝土矿中的任何一种演化而来, 半土状铝土矿的泥状结构并不指示低能的环境, 而是表明伴随着海退沉积环境暴露地表接受淋滤, 故半土状铝土矿富集的区域可指示成矿环境中地势相对较高的部位。但不同类型的矿石演变成半土状铝土矿的难度不一样, 碎屑状铝土矿孔隙度较致密状与豆鲕状铝土矿大, 演变成半土状铝土矿所需要的淋滤作用强度可能远远小于另外两种类型的铝土矿, 控制淋滤作用强度的因素有多种, 地势较高只是其中之一, 而且成矿区至少经历了两次暴露淋滤过程, 暴露淋滤是各向斜的一种普遍现象, 正是这种普遍的暴露淋滤才使各向斜的铝土岩都富铝成矿, 因此单凭半土状铝土矿判断环境并不十分准确, 应与其他指标结合使用。

总体上说, 致密状铝土矿指示低能的沉积环境, 碎屑与豆鲕状铝土矿指示沉积环境中相对高能的位置, 半土状铝土矿大量发育的位置可能是成矿区地势较高的位置, 但因为铝土矿成矿条件复杂, 影响铝土矿成矿的因素较多, 成矿时间漫长, 单靠一种矿石类型分析环境难免会造成偏差, 在各向斜中4种铝土矿都有产出便是证明, 故而在使用不同类型铝土矿的分布规律判断环境时, 首先应判断优势性的铝土矿类型, 只有具较大优势的类型才有判断环境的意义, 其次应采用两种或两种以上指标的组合, 碎屑与豆鲕状铝土矿的组合指示相对高能环境环境, 碎屑与半土状铝土矿的组合指示近岸环境, 致密状铝土矿占优势的区域则为湖泊或半封闭海湾中心。不同类型铝土矿在研究区具不同的分布规律, 安场— 张家院— 新模— 栗园向斜一线以碎屑状、豆鲕状、半土状铝土矿为主, 道真、大塘向斜致密状铝土矿占较大优势(崔滔等, 2013)。据此将研究区分为滨岸湿地与海湾中心, 滨岸湿地水动力强于海湾中心(图 5)。

图5

Fig.5

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	图5 黔北务正道地区铝土矿含矿层古地理图Fig.5 Palaeogeographic map of bauxite-bearing beds in Wuchuan-Zheng'an-Daozhen area, northern Guizhou Province

1)北至武隆, 西北至南川, 东至沿河, 南至绥阳— 凤冈一线为黔北务正道地区铝土矿形成的沉积盆地范围, 沉积环境可分为半封闭海湾与滨岸湿地, 半封闭海湾以致密状铝土矿为主且品位较低, 滨岸湿地各种类型铝土矿均较丰富且品位较高, 为铝土矿成矿的有利地带。

2)晚石炭世早期黔北— 渝南地区普遍接受了黄龙组灰岩沉积, 晚石炭世晚期遭受剥蚀, 残留的黄龙组灰岩改善了铝土矿的泄水系统, 为高品位铝土矿的形成提供了有利条件。黄龙组灰岩与韩家店组页岩的分布特征表明研究区古地貌具南高北低的特点, 以韩家店组页岩为底板的铝土矿品位往往低于同一沉积相带下伏为黄龙组灰岩的地区。

3)铝土矿的沉积古地理控制了含矿层的厚度, 但并不直接控制工业铝土矿层的形成, 只有在其余条件都适合的情况下, 沉积古地理通过控制铝土矿的沉积环境间接控制高品位铝土矿的形成, 因此同样位于滨岸湿地的有利成矿区, 栗园向斜矿石质量好, 但新模向斜矿石品质却较差。