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-宣扬地学成果，传播勘查技术方法- 王子正1，冯兴雷1，牛浩斌1，黄宣凯2，葛祥英1，周邦国1，崔晓亮1，王生伟1，郭阳1 1 中国地质调查局成都地质调查中心(西南地质科技创新中心)2 云南地质工程勘察设计研究院有限公司 第一作者：王子正，高级工程师，矿产调查与评价方向。 通讯作者：冯兴雷，高级工程师，沉积学与沉积型矿产。 铝土矿是我国重要的战略性矿产之一，渝南—黔北地区是上扬子陆块内著名的沉积型铝土矿成矿区，区域沉积相和沉积环境研究认为，与之毗邻的滇东北地区也是铝成矿的有利区位，由于以往在该区勘查研究工作不足，一直未有突破性找矿成果发现。近年来，地质科研人员基于1:1万矿产地质调查，通过地表调查、剖面、探槽、钻探和综合研究等手段，首次在滇东北大关太阳坝地区发现了一处大型铝土矿，矿床类型为原生沉积型和次生堆积型，以前者为主。富含铝土矿层位为二叠纪梁山组（P2l），出露面积超过14km2，矿体延伸较稳定，厚度0.82~30.85m，平均厚度2.14m；矿石以硬水铝石为主，归属一水型铝土矿，平均品位w(AI2O3)59.03%、w(SiO2)19.03%、铝硅比值(A/S)4.36，估算资源量达到大型规模，铝土矿内还富含伴生元素Ga、Li，局部地段达到工业品位，具有进一步综合利用价值。铝土矿矿体一般呈SN向断层控制的宽缓背形，覆于志留纪、泥盆纪、石炭纪碳酸盐岩之上，与喀斯特微地貌关系密切。含矿层位分布主要受梁山组(P2l)地层沉积时期沉积相带(滨岸沼泽相带)和新寨子向斜构造控制，与相邻的渝南—黔北成铝区具有相似的成矿条件。该矿床的发现，拓展了上扬子陆块西缘成铝区范围，具有寻找大型-超大型铝土矿矿床远景，势必将带动周边铝土矿的勘查和开发，对推动滇东北铝资源基地建设，促进滇东北地区新经济发展和乡村振兴，保障国家对铝资源的需求都具有重要的战略意义。0 引言 1 成矿地质背景 2 矿床地质特征 2.1 矿区地质特征 2.2 含铝层系特征 2.3 矿体特征 2.4 矿石特征 2.4.1 矿石矿物 2.4.2 矿石类型及结构、构造 3 讨论 3.1 岩相古地理与铝土矿成矿过程探讨 3.2 成矿潜力分析 3.3 发现意义 4 结论 铝土矿是我国战略性大宗矿产之一，它既是氧化铝、电解铝冶炼的主要原料，也是耐火材料、化学制品及高铝水泥的重要来源；更因其赋存稀土、锂、镓等关键金属元素，而具有潜在的经济矿石属性和更高的工业利用价值。据统计，截至2015年底，我国查明铝土总资源量47.1亿吨，居世界第7位。但我国铝土矿成因独特，99%为以碳酸盐岩为底板的喀斯特型（80%沉积型和19%堆积型），该类型矿体主要由较难冶炼的硬水铝石（沉积型），以及少量易冶炼的三水（软）铝石（堆积型）组成，这种特性导致我国铝土矿资源呈现出储量丰富但品级较低的现状。此外，由于我国是全球铝的主要生产和消费国，铝土矿资源与铝生产之间存在严重的不匹配，使得国内铝土矿资源的保障程度总体偏低，对外依存度超过60%（王庆飞等，2022）。因此，寻找新的、中-高品级铝土矿资源己成为国家资源战略的迫切需求；查明成矿规律、梳理成矿过程研究中的关键科学问题及解决方案，建立典型的找矿模式也迫在眉睫。前人研究结果表明，我国喀斯特型成铝区（带）分布格局与古陆、古岛和沉积盆地过渡带之间存在较为协调的时空配置关系；因此，在陆、岛、盆（C-P）构造体系极为发育的我国西南地区（滇、桂、渝、黔等），存在极大的铝土矿成矿潜力和资源勘探前景。其中，前人对黔中、滇东南、桂西、渝南一黔北成铝区做了大量的研究，但对位于黔中成铝区与渝南—黔北成铝区西侧的滇东北地区却研究甚少；仅于20世纪70年代，提出了铝土成矿线索（云南省地矿局，1978），后于2014年在该区发现并圈定1处玄武岩风化沉积型铝土矿远景区，但从未对该区进行系统铝土矿评价。2022年，笔者带领团队通过1：1万矿产地质调查和综合研究，在大比例尺填图、槽探及钻探工程控制基础上，首次在滇东北大关县太阳坝地区圈定了1处大型铝土矿矿产地。该矿产地富含铝土矿的层位为二叠纪梁山组（P2l），出露面积超过14km2，估算资源量达到大型规模。矿体一般呈SN向断层控制的宽缓背形覆于志留纪、泥盆纪、石炭纪碳酸盐岩之上，与喀斯特微地貌关系密切，具有很好的找矿远景。因此，本文通过对太阳坝铝土矿的地质背景、矿床特征、矿床古沉积环境和找矿方向的总结，初步探讨该矿床的发现对整个滇东北地区铝土矿资源基地建立的重要意义。 太阳坝铝土矿床位于云南省大关县。大地构造单元位于上扬子陆块西南部（图1a），滇东被动陆缘碳酸盐台地中的威宁-昭通褶冲带（图1b）。该区在地质历史时期，经历了多次地壳运动的复杂演变。晚震旦世至寒武世均属于被动大陆边缘的构造属性，总体以发育碎屑岩底板和碳酸盐台地为主，处于一个稳定沉积环境，沉积物之间均为整合过渡，没有沉积间断。进入奥陶纪，随着华南加里东造山带的形成和向西持续推进，中上扬子古陆在挤压应力的作用下，奥陶世—志留世海相盆地也进入了前陆盆地演化阶段，形成了一系列隆、凹相间的格局。泥盆世—石炭世—二叠世表现为不均一抬升、沉降，发育由台地相碳酸盐岩夹硅质岩、滨浅海（湖）-潟湖相碎屑岩夹煤线建造组成的被动陆缘碳酸盐岩台地相、台盆过渡相类型沉积，在此环境下形成含铝（黏）土矿（岩）地层（梁山组，P2l）。此外，晚二叠世期间，峨眉山玄武岩大规模喷发，火山活动产生的玄武岩经风化、剥蚀作用，形成湖泊-沼泽相含铝（黏）土矿、黏土岩型稀土矿层位。a.华南地区及其周缘大地构造特征（据康高峰等，2009）；b.滇东北及其周缘大地构造特征（据潘桂棠等，2009）；c.研究区地质略图（云南省地矿局，1976；云南省地矿局，1978；四川省地矿局，1973；四川省地矿局，1972；贵州省地矿局，1973）。研究区出露地层从老到新主要有志留系上统菜地湾组（S3c）;泥盆系下统松坡冲组（D1ps）、中统缩头山组（D2st）、上统在结山组（D3zj）；石炭系下统万寿山组（C1w）、中统黄龙组（C2h）；二叠系中统梁山组（P2l）、阳新组（P2y）、中一上统峨眉山玄武岩（P2-3e），以及第四系（Q）（图1c）。梁山组为本区主要铝土矿的赋存层位（含铝岩系）。矿区内火山岩仅出现峨眉山玄武岩，主要分布在新寨向斜的核部分布（图1c）。区内存在一开阔平缓向斜构造“新寨子向斜”。该向斜轴线大体呈南北向展布，长11km、宽8.5km，南部被NW、NE向断裂所切割。向斜两翼近乎对称，东翼产状295°~330°∠10°~15°，西翼产状65°~125°∠4°~9°，枢纽、轴线正常。该向斜控制了梁山组的分布范围，长度约18km（图2）。断裂构造主要有NW向的大关口断裂（F9）、大寨断裂（F10）等断裂，均为成矿后期构造（图1c）。区内含矿层梁山组（P2l），其沉积厚度介于3.80~40.71m之间，区域上从SE向NW呈现出薄一中厚一厚的变化趋势；该套地层微角度或平行不整合于泥盆系（在结山组D3zj）或石炭系地层（万寿山组C1w）、黄龙组（C2h）之上；而与上覆地层阳新组（P2y）呈整合接触（图1c、图2）；此外，该套地层整体上从上往下可划分为3个岩性段，详细描述如下（图2）：上段（P2l3）:为灰黑色或褐黑色含黄铁矿炭质页岩，夹1~2层深灰色中层状砂岩或粉砂岩，砂岩内发育小型冲洗交错层理，局部夹煤线或小于30cm的煤层，段厚1.07~7.18m。炭质页岩内见大量碳化植物碎屑，初步推测其为滨岸-沼泽相沉积。中段（P2l2）：为沉积型铝土矿含矿层。从上往下可分为3小层：①主体发育灰一浅灰色中厚层致密状铝土岩，局部夹碎屑状铝土矿，小层厚0~3.38m；②主体灰—浅灰色碎屑状、豆鲕状、致密状铝土矿，黄铁矿以星散状常见，局部为稠密浸染状、团块状、结核状，小层厚0~30.85m，为主要的优质成矿层；③主体发育灰一浅灰色中厚层致密状铝土岩，小层厚0~6.67m；该小层中植物碎屑发育，局部赋存黄铁矿以星散状为主，其次为稠密浸染状、团块状；依据整体沉积特征初步推测为后滨相沉积。下段（P2l1）:灰绿色、灰褐色、铁红色等杂色铁铝质黏土岩，夹中薄层状铁质粉砂岩及条带状粉砂岩；岩石破碎严重，局部见灰色块状铝土质泥岩，具古风化壳沉积特征，段厚0~4.86m；推测为风化壳沉积。太阳坝矿段存在沉积型（主）和堆积型两种铝土矿矿床类型。堆积型铝土矿零星分布于太阳坝矿区内太阳坝—火草坪地区的洼地或斜坡（图3），单个矿体一般长30~50m，厚0.5~5m，最厚达6.9m。主体以大小不等的矿块（粒）与其他物质混杂堆积，以松散状的残坡积物产出，含矿率一般为350~800kg/m3。图3 太阳坝矿段地质与工程简图 沉积型铝土矿分布于新寨子向斜北段的太阳坝—大麻窝—端阳坪—大厂坡地区。经探矿工程的控制（勘探线间距300~450m），矿区内圈定K1铝土矿矿体和K3耐火黏土矿矿体。K1铝土矿矿体由7条勘探线上的6个探槽、9个钻孔等系列探矿工程控制（图3），总体呈不规则的层状体赋存于P2l2内，分布面积3.334km2，埋深0~200m间，由NW向SE变深。矿体与地层、向斜的产状协调，总体向南倾伏，倾伏角3°~7°。矿体厚度0.82~30.85m，平均厚度3.14m（图3）。滇东北太阳坝地区铝土矿矿石中以AI2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2及烧失量为主，5种组分占90%以上，次要成分为CaO、MgO、K2O、N2O、S等，矿石一般具有高铝、高硅、低铁的特征（表1）。按沉积型铝土矿一般工业指标（《矿产地质勘查规范铝土矿》（DZ/T0202-2020））估算，K1矿体铝土矿石推断资源量 潜在资源量为3382万吨，平均品位w（SiO2）为10.65%，w（AI2O3）为56.05%，w(Fe2O3）为10.90%，w（S）为5.03%，部分Ga、Li达到伴生元素综合利用品位，部分达到独立矿床的工业品位（边界品位0.1%，最低工业品位0.2%（温汉捷等，2020）），且含Ga、Li层位贯穿整个含铝土矿岩系，具有极大的潜在经济价值。表1 滇东北地区太阳坝典型铝土矿石主要元素含量(%) 区内铝土矿的矿物组分主体为含铝矿物，其次，为含硅矿物和含铁矿物，偶见微量的重矿物和炭质成分（表2）。其中，含铝矿物常见有硬水铝石，一般含量为8.4%~84.1%（图4），其次为一水软铝石，含量为0~13%；含硅矿物主要为高岭石（图4b）和绿泥石（图4c），含量分别为3.5%~78.8%和0.3%~28.3%；含铁矿物主要为黄铁矿（图4b），含量分别为0~2.4%；偶见炭质成分、重矿物锆石、电气石等（图4c-d）。表2 滇东北太阳坝地区铝土矿石矿物含量表(%) 图4 太阳坝铝土矿矿石矿物特征（透射光（ ）10x10） a.探槽TCOl-bl；b.探槽TCOl-b3；c.探槽TCO3-b3；d.探槽TC03-b2。Kln—高岭石；Dsp—硬水铝石；Tur—电气石；Chl—绿泥石；Py—黄铁矿；C—炭质。 基于矿石组构特征不同，研究区内铝土矿可分为3种类型：致密状铝土矿（图5a），占比51.16%；豆鲕状铝土矿（图5e、g），占比45.42%；及少量碎（砾）屑状铝土矿（图5c），占比3.42%。野外观测结果显示，宏观上，铝土矿层呈中厚层一厚层状，多以水平层状产出，少量以楔状体产出，层内具有局部均一、宏观不均一的产出特征。3类矿石均发育浅灰、绿灰、紫灰色及杂色等颜色，风化后表面多呈黄白—灰白色。127件岩石薄片结果显示，微观上，致密状铝土矿硬水铝石以柱状结晶细小粒为主，粒径多在0.005~0.03mm之间，颗粒之间紧密镶嵌分布；少量泥-微晶硬水铝石呈团块（多在毫米级）不均匀分布于微晶硬水铝石之中（图5b）。鲕状铝土矿中硬水铝石鲕粒为具圈层结构的球、椭球体，粒径多在0.05~0.4mm之间；鲕粒多以晶粒硬水铝石构成内核，泥晶硬水铝石构成外圈层（图5f、h）；局部鲕粒内核由赤铁矿或绿泥石团块构成，外圈层由赤铁矿、绿泥石构成交替环带，大小多在1~2mm之间，较均匀分布于硬水铝石颗粒之间，部分鲕粒边缘见结晶细小柱状硬水铝石分布。构成鲕粒的赤铁矿呈细小鳞片状、胶状，多氧化为褐铁矿。构成鲕粒的绿泥石以泥质物为主，少量呈细小鳞片状。碎屑状铝土矿中碎屑呈棱角-次棱角状，大小多在1~5mm之间，呈不规则颗粒、岩/矿屑，少数呈圆~次圆状砾状，一般1~3cm，部分＜1cm或＞3cm，个别达10cm及以上；碎屑主要由泥晶硬水铝石组成（图5d），部分碎屑亦由晶粒硬水铝石组成；部分硬水铝石碎屑之中可见片状、扇状绿泥石集合体分布。图5 太阳坝铝土矿矿石结构类型 a致密状铝土矿；b泥质结构；c.碎（砾）屑状铝土矿；d.碎屑状结构；e.豆鲕状铝土矿；f.鲕粒结构；g.豆鲕状铝土矿；h.鲕粒结构。 本次勘查研究结果显示，滇东北太阳坝地区铝土矿主要有沉积型和堆积型两种，其中堆积型在区内只零星出现，主体为以泥盆系上统在结山组白云岩（Dj为底板的沉积型铝土矿（喀斯特型）为主。前人对该类型铝土矿做了大量的研究，认为喀斯特型铝土矿一般发育于古陆、古洋岛与沉积盆地之间的过渡地带；含铝沉积物在滨海相、海陆交互相、滨浅湖相等沉积环境和温暖、湿润型古气候条件下，经长期风化、二次改造，并在有利的地势低洼处富集成矿；与成矿时期的岩相古地理单元具有一致的时空分布规律，且含铝沉积层受沉积基底的微地貌（多为古喀斯特化界面）直接控制。二叠纪是滇东北地区含铝土矿层位（P2I、P3X）主要形成时期。这一时期，滇东北地区的古地理沉积格局总体为康滇古陆、川滇古陆、牛首山古陆及江底陆岛所阻隔、围限成相对闭塞的沉积凹陷带或海湾状沉积盆地。这些古陆、陆岛隆起区经风化、剥蚀形成富铝的沉积物源区，并在有利沉积凹陷带形成滨海沼泽相异地沉积的含铝（黏）土矿（岩）地层（P2l）；而峨眉山玄武岩的风化、剥蚀则形成大陆湖沼相异地沉积的湖沼相含铝（黏）土矿、黏土岩型稀土矿地层（P3X）。区域上含铝岩系梁山组处于靠陆的海陆过渡沉积相区，由NW向SE依次发育泥坪、砂泥坪、滨岸沼泽、前滨、临滨5个沉积亚相（图6），其中，富铝土矿层位多位于滨岸沼泽相内，地势低洼且低能的前构造基底为铝质物质的搬运提供了良好的聚集场所。滇东北地区岩相古地理分布格局对中二叠世含铝土矿层位控制明显，且与邻近渝南—黔北成铝区岩性、岩相条件相似：滨浅海（湖）和碳酸盐岩沉积基底；因此，该地区具有寻找大型-超大型铝土矿矿床和拓宽渝南一黔北成铝区的远景。图6 研究区及其邻区中二叠世岩相古地理图 区域上，滇东北地区梁山组大规模出露，厚度稳定，岩相及层序相对一致，分布面积数万平方千米。笔者与团队大范围调查发现，具有工业利用价值的铝土矿矿点或民采露头大多处于巧家一鲁甸一大关一彝良一盐津一带，总体与NE—SW展布的障壁后潟湖相带大体一致。岩相古地理分布格局上，由于该区由北向南同时存在着障壁后潟湖相—障壁相—正常浅海相沉积相变化，以致梁山组（P2l）含铝土矿层位分布和赋矿性质变化较大，但北部大面积的障壁后潟湖相及碳酸盐岩沉积基底对铝土矿成矿极为有利，存在形成大型铝土矿的基础。目前，参与资源量估算的矿体仅限于海子垭口—端阳坪一线以北至火草坝—太阳坝—新厂一大长坡一线之间的新寨子向斜北段部分地区，面积约28km2，通过系统工程控制，己初步圈定铝土矿资源，达到大型规模；而新寨子向斜南段地区面积达143km2，资源量预计会更大。滇东北及邻区存在着上万平方千米含铝岩系层位（梁山组），而具有滨岸沼泽相沉积特征的就有数千平方千米，太阳坝铝土矿作为其中第一个发现大型的矿床，有着重要的研究意义和经济价值。我国铝成矿区带主要分布在华北陆块与上扬子陆块内，5个主要成铝区中有3个集中在西南地区。其中，渝南—黔北成铝区与滇东北地区主要含铝土矿层位时空匹配度更高。该大型铝土矿的发现，丰富了对滇东北及邻区的岩相古地理分布格局和对二叠纪铝土矿富集形成过程的认识，进一步向西拓宽了中上扬子成铝区范围。另外，铝土矿内富含伴生元素Ga、Li，局部地段达到工业品位，具有进一步综合利用价值。滇东北地区大型铝土矿找矿的突破为加快滇东北地区经济发展与产业转型提供了资源保障，并且进一步夯实脱贫攻坚、全面建成小康社会取得的成果，具有重要的经济和社会效益。同时，太阳坝大型铝土矿新发现是在新一轮找矿战略行动的背景下取得的，该发现势必将带动滇东北地区铝土矿的找矿浪潮，对推动滇东北铝资源基地建设，保障国家对铝资源的需求具有重要的战略意义。（1）大关铝土矿矿体严格受梁山组沉积亚相滨岸沼泽相、新寨子向斜构造控制，延伸相对稳定，可分为沉积型（为主）和堆积型2类铝土矿，属一水型铝土矿。（2）太阳坝铝土矿是滇东北地区首个提交大型矿产地的铝土矿，该区远景资源量可能达超大型，具有非常大的找矿潜力和经济价值。（3）滇东北地区处于上扬子陆块内渝南—黔北成铝区西侧，可认为是其西延部分，具有相同的铝土矿含矿岩系（P2l），以及相似的沉积环境和成因类型（滨浅海（湖）和碳酸盐岩沉积基底）。大关太阳坝铝土矿的发现，证实滇东北地区为扬子陆块区继黔北务正道、渝南南川之后又一个新的聚铝盆地，它的发现会进一步指导滇东北地区铝土矿的勘查工作。
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