贵州务川-正安-道真(务-正-道)铝土矿位于扬子地台南缘,属于古风化壳沉积型铝土矿床,是黔中-渝南铝土矿成矿带的重要组成部分。位于中二叠统栖霞组(P2q)灰岩和志留系中下统韩家店组(S1-2hj)砂页岩或上石炭统黄龙组(C2h)灰岩之间,矿体赋存于中二叠统梁山组(P2l)地层中。本文在总结前人地质资料的基础上,通过对地质学、矿物学、元素地球化学、Sr-Nd同位素地球化学以及碎屑锆石年代学的深入研究,探讨务-正-道铝土矿的成矿环境、成矿年代以及成矿物质来源,明确铝土矿的成因,建立成矿模式。本研究主要内容包括:
⑴根据XRD和电子探针分析,务-正-道铝土矿石的矿物组成主要以一水硬铝石、勃姆石、高岭石、蒙脱石以及赤铁矿为主,其次还含有少量的三水铝石、绿泥石、黄铁矿、针铁矿、锐钛矿、锆石、长石和石英等。在铝土矿形成过程中,富铝溶液首先沉淀为三水铝石和勃姆石,由于后期受峨眉山玄武岩喷发导致的低级变质作用以及热作用的影响,使三水铝石和勃姆石脱水转化为一水硬铝石。矿石的结构构造表明务-正-道铝土矿为自生来源,但成矿物质经历了短距离的搬运和重新沉积作用,矿体可能遭受了构造变形。
⑵根据务-正-道铝土矿样品的元素地球化学研究表明,铝土矿中主要成分为Al2O3、 Fe2O3、SiO2以及TiO2。其中,Al2O3与TiO2呈正相关关系,而与SiO2、 Fe2O3、MgO、K2O及Na2O呈负相关关系,说明铝土矿的成矿过程就是富铝、去硅、去铁的红土化以及沉积过程。微量元素Zr、Hf、 Nb、Ta、Cr、Ga、Th和U在铝土矿矿化过程中不断富集,且元素Zr与Hf以及Nb与Ta显示较高的相关性,表明高场强元素元素(如:Ti、Zr、Hf, Nb、Ta等)矿化过程中表现出相似的不活动的地球化学特征。务-正-道地区铝土矿样品中的∑REE、∑LREE、∑HREE以及∑LREE/∑HREE从层位的底部向顶部表现出相似的递减趋势。稀土元素在铝土矿剖面上的地球化学演化是多种因素综合作用的结果,这些因素包括:原岩类型、pH值、Eh值、地下水的化学性质、剖面上Fe的浓度变化、矿物颗粒大小、铝土矿化作用程度、所含矿物的种类以及稀土元素的地球化学性质等。
⑶务-正-道铝土矿矿石的结构构造、矿物组合(高岭石、针铁矿、黄铁矿、鲕绿泥石、磷钇矿、氟碳钙铈矿等)、稀土元素特征参数(δCe、δEu)以及微量元素比值(Sr/Ba、V/Zr以及Th/U),都说明研究区总体为海陆过渡相的沉积环境,同时表明铝土矿的成矿环境是复杂的,且在铝土矿的形成过程中pH值有很大的变化。务-正-道铝土矿中赋存有多种有用的伴生元素,如Ga、Cr、Nb、Zr、REE等,这些元素主要有三种赋存状态:(1)以离子吸附的形式吸附到铝矿物(如:一水硬铝石、软水铝石、三水铝石等)以及粘土矿物(如:高岭石、绿泥石等)的表面;(2)以类质同象的形式取代一些矿物中的化学性质相似的离子;以及(3)以独立矿物的形式存在。稳定元素比值(Zr/Hf和Nb/Ta值)、Eu/Eu*-Ce/Ce*图解、稀土元素配分模式、Sr-Nd同位素比值等都表明成矿母岩主要为下伏地层志留纪韩家店组砂页岩,可能混入了少量的石炭纪黄龙组灰岩。Cr-Ni二元图解及Zr-Ga-Cr三元图解都说明铝土矿及韩家店组砂页岩的物质来源比较复杂,可能不局限于单一的物源。
⑷铝土矿以及韩家店组样品中的碎屑锆石有相似的年龄分布模式,进一步说明二者有相同的物质来源。碎屑锆石年龄谱明显分为四个主要的年龄阶段:2600~2400Ma,1900~1700Ma,1300~700Ma以及700~400Ma。碎屑锆石的年龄分布表明铝土矿可能来自于不同时代的物源,包括新元古代、中元古代、古元古代、太古代以及少量古生代的岩石。其中,新元古-晚元古代的锆石(1300~700Ma)所占的比例最大,说明这些锆石与华南地块新元古代时期与俯冲作用相关的岩浆活动(1000~740Ma)以及全球Grenville造山事件(1300~1000Ma)有关。通过样品中碎屑锆石年龄与扬子地块以及华夏地块出露的火山岩年龄对比,说明铝土矿以及韩家店组的沉积物源主要为扬子地块西缘的新元古代火山岩以及华夏地块南缘的Grenville期火山岩。同时,这次研究表明扬子地块西缘新元古代时期与俯冲有关的岩浆活动以及全球Grenville造山事件都对务-正-道铝土矿的形成起重要的作用。