黔北务正道地区铝土矿层特征及其反映的早二叠世古气候

铝土矿的形成受到气候条件的严格限制。通过对黔北务川—正安—道真地区下二叠统铝土矿层钻孔岩心样品主量元素和黏土矿物的综合研究,探讨了铝土矿层形成时期黔北地区的古气候环境以及淋滤作用对矿层的改造。从下至上,铝土矿层化学蚀变指数(CIA)由80左右上升至大于90,成分分异指数(ICV)由0.8下降至0.1。X射线衍射分析发现,研究区铝土矿层中的黏土矿物组分为高岭石、伊利石与绿泥石,其中高岭石在各个钻孔中广泛存在且在大部分层位中含量较高,平均含量为34.2%,并呈机械碎屑或基质形态产出且有进一步风化成为铝矿物的现象;伊利石主要以机械碎屑形式产出,平均含量为21.5%,赋存于矿层的黏土质部分,结晶度变化范围为0.22°～0.71°;绿泥石多为基质,部分层位中含量极高且伴随ICV值上升,平均含量为44.3%,为后期成岩过程中由高岭石转化而成。矿层内极高的CIA值与广泛存在的高岭石证明,铝土矿形成时为炎热潮湿的古气候。而矿层内部ICV值的波动可能与淋滤作用所引起的矿层内元素迁移活动有关。     

贵州狮溪铝土岩型锂资源的发现及意义

狮溪锂资源位于贵州省桐梓县狮溪向斜东翼,是首次在黔北务(川)、正(安)、道(真)地区之外的下二叠统大竹园组中发现锂元素的异常富集。狮溪锂富集层位于大竹园组中—上部,具有厚度和品位均较为稳定的特征,含锂岩石类型为致密状和碎屑状铝土岩,主要矿物为伊利石(水白云母)。综合矿物学、岩石学及地球化学特征分析认为,该区域Li的富集与风化淋滤作用密切相关,受古气候、古地貌、地下水位等多因素控制。通过统计黔北地区和狮溪地区含铝岩系数据发现,Li含量与Al₂O₃、Al/Si值呈规律性变化,Li富集程度与大竹园组的岩性相关,大致可分为Li一般富集区(含矿岩石为泥岩或铝土质泥岩、较高品位铝土矿)和Li高度富集区(含矿岩石为铝土岩和低品位铝土矿)。笔者等通过狮溪锂资源的发现及综合分析认为,在黔北务(川)、正(安)、道(真)地区外围的近岸平原环境,特别是在地势低洼处形成的致密状和碎屑状铝土岩中,具有发现较高品位铝土岩型锂资源的巨大潜力。     

Rodinia超大陆裂解、Sturtian冰期事件和扬子地块东南缘大规模锰成矿作用

扬子地块东南缘是我国南华纪“大塘坡式”沉积型锰矿的重要富集区,南华纪大规模锰矿成矿作用与Rodinia超大陆裂解形成的裂谷盆地、Sturtian冰期-间冰期的气候事件具有密切关系。南华纪裂谷盆地呈北东东向展布,可分为地垒、地堑和次级地垒、地堑,锰矿主要形成于裂谷盆地的地堑区的次级地堑中。Sturtian冰期之后,冰后期经历了小冰期和小间冰期的气候波动,锰矿受这种气候波动影响,推测小冰期的富氧的寒冷海水受温度-密度环流影响进入海底,促使原生氧化锰矿的形成,之后准同生交代形成菱锰矿。冰期(或小冰期)海底的天然气水合物在冰后期(小间冰期)的泄漏促使了菱锰矿的形成。因此华南扬子地块东南缘大规模锰矿成矿作用受原型裂谷盆地和冰期-冰后期气候波动的双重影响。      

黔东松桃大塘坡地区南华系大塘坡组锰矿相带及分布规律

在大塘坡矿区钻孔编录与野外地层剖面观察实测的基础上,结合近年来有关大塘坡式锰矿的研究成果,对大塘坡矿区的锰矿相带及分布规律进行了研究。对大塘坡地区含锰岩系、菱锰矿体的沉积厚度等值线以及菱锰矿体的品位等值线研究表明,矿体的走向与大塘坡地区沉积盆地长轴方向一致,为北东60°左右,存在一大两小3个锰矿沉积中心。同时对大塘坡地区盆地中心矿体结构构造的研究表明矿体可分为中心相、过渡相、边缘相3个相带,其中中心相以气泡状和块状菱锰矿为主,伴随有软沉积变形层理等特殊构造,一般为多层矿;过渡相以条带状菱锰矿为主,块状菱锰矿为辅,主要为单层矿;边缘相主要为薄层条带状锰矿与炭质页岩互层,主要为单层矿。该相带分布受古天然气泄漏控制,喷溢口的分布与锰矿沉积中心基本重合,且从中心相到过渡相再到边缘相含锰岩系厚度、矿体厚度以及矿体品位逐渐降低,它们的变化规律保持一致,呈正相关性。      

黔北务正道地区铝土矿层特征及其反映的早二叠世古气候*

铝土矿的形成受到气候条件的严格限制。通过对黔北务川—正安—道真地区下二叠统铝土矿层钻孔岩心样品主量元素和黏土矿物的综合研究,探讨了铝土矿层形成时期黔北地区的古气候环境以及淋滤作用对矿层的改造。从下至上,铝土矿层化学蚀变指数(CIA)由80左右上升至大于90,成分分异指数(ICV)由0.8下降至0.1。X射线衍射分析发现,研究区铝土矿层中的黏土矿物组分为高岭石、伊利石与绿泥石,其中高岭石在各个钻孔中广泛存在且在大部分层位中含量较高,平均含量为34.2％,并呈机械碎屑或基质形态产出且有进一步风化成为铝矿物的现象;伊利石主要以机械碎屑形式产出,平均含量为21.5％,赋存于矿层的黏土质部分,结晶度变化范围为0.22°～0.71°;绿泥石多为基质,部分层位中含量极高且伴随ICV值上升,平均含量为44.3％,为后期成岩过程中由高岭石转化而成。矿层内极高的CIA值与广泛存在的高岭石证明,铝土矿形成时为炎热潮湿的古气候。而矿层内部ICV值的波动可能与淋滤作用所引起的矿层内元素迁移活动有关。     

黔东松桃地区大塘坡组LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义

南华裂谷盆地在南华纪出现地垒区与地堑区的明显沉积分异。在对黔东松桃地区将军山剖面南华系地层进行实测的基础上,与地堑区南华系地层进行了对比。发现地垒区与地堑区的沉积分异主要表现在铁丝坳组与大塘坡组的岩性与厚度变化上。在此基础之上,对将军山剖面大塘坡组底部凝灰层进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究,得到年龄值为664.2±2.4 Ma。通过该年龄与前人在地堑区所获得的对应地层年龄进行对比,可将南华裂谷盆地地垒区Sturtian冰期结束时间限定在不晚于663~667 Ma范围内,这证明Sturtian冰期消退事件在黔东地区范围内具有等时性,整个Sturtian—Marinoan间冰期持续时间约为10 Ma。与此同时,通过与世界范围内各古板块上Sturtian冰后期沉积的最新定年结果进行对比工作,得出全球Sturtian冰期结束时间同样具有等时性的结论。     

黔东松桃南华系大塘坡组锰矿层物源:来自Sr同位素的证据

锰矿床的物质来源是锰矿床研究的难点问题之一.辨别黔东松桃地区南华系大塘坡组锰矿沉积的物质来源有助于加深对锰矿成矿过程的理解.对黔东松桃地区南华系大塘坡组锰矿沉积的Sr同位素研究显示,15个锰矿石、锰质页岩及炭质页岩样品87Sr/86Sr同位素比值变化范围为0.705 727~0.732 536,其中炭质页岩样品具有最高的Sr同位素比值0.732 536,含锰岩系样品87Sr/86Sr同位素比值平均值为0.711 128.样品中87Sr/86Sr比值随着Al含量的上升,分别出现87Sr/86Sr比值上升与下降的两个分异趋势.87Sr/86Sr比值随Mn含量的上升总体呈现下降的趋势,但该趋势无显著相关性,残差分析显示这主要是由于样品中87Sr/86Sr比值随着Mn含量上升出现收敛性波动造成.上述现象是由于陆源碎屑成分和海底热液成分混合输入造成.通过与大塘坡组同时代(约660 Ma)古海水Sr同位素组成,世界范围内不同时代锰矿沉积以及现代红海沉积物的Sr同位素结果对比,发现黔东松桃地区南华系锰矿层中Sr同位素比值分布范围较宽,部分锰矿样品87Sr/86Sr比值低于古海水87Sr/86Sr比值,与典型大洋成因的锰矿层或铁锰结核具有不同的Sr同位素特征.联系黔东南华系大塘坡组锰矿层形成时期的特殊地质背景,认为锰质积累过程与沉淀过程为不同阶段产物——锰质的积累过程在Sturtian冰期盆地缺氧水体中完成,可能主要以海底热液喷溢系统完成;而锰矿的沉淀过程则是在间冰期伊始古海洋化学条件动荡的水体中完成.      

中国铝土矿沉积中的碎屑锆石记录: 对铝土矿物源模式与矿床分类的启示*

通过收集、整理和分析来自中国20个铝土矿床/矿点的3439个碎屑锆石U-Pb年龄数据以及297个来自铝土矿沉积下伏碎屑岩基底的碎屑锆石U-Pb年龄数据,对近年来中国铝土矿床的碎屑锆石年代学研究进展进行了综述。对现代热带地区红土剖面中锆石矿物稳定性评估认为在强化学风化条件下锆石颗粒仍然能保持化学与物理的稳定性,因此锆石是铝土矿沉积中良好的物源指示物。对中国铝土矿沉积物源研究表明,即使是形成在碳酸盐岩基底上的铝土矿,其中仍有大量硅铝酸盐沉积物风化产物的加入。此前的铝土矿床分类体系,多依照基岩岩性与矿体形态结构特征进行分类,在使用时可能会造成分类的模糊性与不确定性。中国铝土矿沉积中广泛存在指示准原地及异地成因的碎屑锆石组分,使用原地/异地指标也无法进行有效区分。基于以上原因,建议在考虑铝土矿分类方案时,除考虑铝土矿的风化产物属性外,还应对其作为沉积物/沉积岩的属性加以考量,新的铝土矿床分类方案是当前铝土矿研究中亟待解决的问题。此外,铝土矿的碎屑锆石年代学研究虽然为铝土矿物源研究提供了重要约束,但仍然需要结合区域地质背景及地球化学研究来提供更全面的铝土矿物源信息。     

黔北务川-正安-道真地区铝土矿系中生物标志物及其地质意义*

黔北务川-正安-道真地区铝土矿位于石炭系黄龙组和二叠系梁山组之间,主要属于沉积型铝土矿。通过气相色谱（GC）与气相色谱-质谱（GC-MS）手段分析铝土矿系钻孔岩心中的生物标志物,发现了含量丰富的正构烷烃、类异戊二烯烷烃、萜类化合物与甾类化合物。对10个样品饱和烃组分GC分析表明,正构烷烃主要呈双峰式分布特征,碳数分布n-C₁₄～n-C₃₅,CPI值范围为0.90～3.45,表现出奇偶优势。姥鲛烷/植烷（Pr/Ph）值为0.38～077,表现出明显植烷优势。对3个样品饱和烃组分GC-MS分析表明,萜烷类化合物以C₃₀藿烷占优势,相对丰度由大到小依次为五环三萜烷、三环萜烷、四环萜烷,并检测出少量的γ-蜡烷。规则甾烷C₂₇-C₂₈-C₂₉呈近L型或V型分布,并含少量4-甲基甾烷。根据生物标志物特征参数,结合岩心样品岩相学特征,确定了铝土矿系中有机质的陆上植物与低等菌藻类双重来源,铝土质沉积时为偏酸性较还原环境,明确了铝土矿系的形成过程受到来自陆上与沉积水体内两个古生态系统的双重作用。     

沉积型铝土矿的陆表淋滤成矿作用: 兼论铝土矿床的成因分类*

铝土矿是化学风化作用的细粒终极产物,与强烈的化学风化作用密切相关。根据母岩的类别及作用过程,风化作用进一步分为铝硅酸盐岩强化学风化形成的红土化作用和碳酸盐岩强化学风化形成的钙红土化作用。在强烈的化学风化过程中,地表的原始沉积物(母岩)的原生矿物发生溶蚀、水解、水化、碳酸化、氧化,破坏原始的矿物结构,形成新的细粒矿物(主要是黏土质矿物)。在适合的地质条件下,持续的强烈化学风化作用会造成大部分活动的元素(如K、Na、Ca、Mg、Si)的流失与Al的残留富集从而形成铝土矿。现在观察到的沉积型铝土矿,虽然与古风化壳具有密切联系,但沉积型铝土矿多数是由沉积过程搬运到沉积盆地中所形成的强化学风化产物的沉积层,与古风化壳的残坡积层具有显著差别,只有少数工业价值不大(品位低、品质差)的残坡积相铝土矿。铝土矿含矿岩系的沉积环境与铝土矿(尤其是高品位、高品质的铝土矿)的成矿环境不尽相同。铝土矿主要形成于暴露于大气中的陆表环境(而非水下环境),由地下水淋滤作用形成(在渗流带由活动元素流失、Al等稳定元素残留富集而成)。本研究在铝土矿成矿作用分析等基础上,提出了以铝土矿沉积物等物源和沉积、成矿作用为依据的中国铝土矿床分类方案,包括原地或准原地残坡积物成因的红土型和喀斯特型,和异地物源沉积成因的沉积型。