地质土矿型铝二叠桂西过程纪喀斯特四成矿

5 含铝矿物生成顺序

5.1 主要含铝矿物生成顺序

平果地区二叠纪铝土矿矿物种类包含硬水铝石、桂西软水铝石、叠纪三水铝石、喀斯矿地矿过绿泥石（包含鲕绿泥石）、特型高岭石、铝土蒙脱石、质成伊利石、桂西黄铁矿、叠纪针铁矿、喀斯矿地矿过石英、特型锐钛矿、铝土锆石等，质成最主要的桂西含铝矿物为硬水铝石、高岭石和绿泥石。叠纪

高岭石可划分2个世代。喀斯矿地矿过早世代高岭石形成于风化阶段，以他形粒状集合体为特征，粒径<10μm，完全交代火山灰，后者仅在局部见长石斑晶残留轮廓（图5）。其集合体内常包含锐钛矿、针铁矿等副矿物，作为都结矿化带铝质粘土岩的主要矿物，含量超过80%。但是在太平、布绒矿带铝质岩、铁铝质岩中常见早世代高岭石被早世代硬水铝石交代的现象（图8a）。晚世代高岭石形成于埋藏（或成岩）阶段，为早世代高岭石结晶产物，呈薄片状，长轴为10～200μm，常与晚世代短柱状硬水铝石共生（图8c），并且不同程度地被晚世代绿泥石交代（图8d）。
 

硬水铝石细分为3个世代，早世代的硬水铝石广泛存在于铁铝质岩、铝质岩中，为不同程度交代早世代高岭石形成，多呈隐晶质不规则状集合体，大小为5～400μm，集合体内也包含从早世代高岭石集合体中继承过来的锐钛矿、针铁矿等副矿物（图8a）。交代程度在都结矿床最低，在布绒矿床最高。中世代的硬水铝石局限位于铝质岩条带中（图3d中B层），胶状结构，与早世代的胶状绿泥石共生（图8b）。晚世代的硬水铝石广泛见于铁铝质岩、铝质岩中，短柱状，粒径为10～80μm，可见其与薄片状高岭石共生（图8c）。

绿泥石细分为2个世代，早世代绿泥石形成于潜育化阶段，直接从水中沉淀，呈胶状与中世代硬水铝石共生，埋藏期有重结晶（图8b）。晚世代绿泥石为埋藏阶段产物，半自形-自形片状，大小为20～100μm，不同程度交代晚世代高岭石（图8d）。一般铁铝质岩中交代程度较高，铝质岩中交代程度略低。

5.2 硬水铝石成因

目前铝土矿矿石中硬水铝石有三种成因解释。变质成因认为红土化初期形成的三水铝石在成岩作用过程中受到压缩失水转化为软水铝石，软水铝石在浅变质作用下晶格转化形成硬水铝石矿物。风化成因认为硬水铝石是在低温条件下由三水铝石自然转变形成。简单成岩成因认为硬水铝石是在成岩作用过程中结晶形成。桂西地区二叠纪喀斯特型铝土矿矿石中硬水铝石有3个世代。早世代硬水铝石为隐晶结构，呈现出交代早世代风化成因高岭石的假象。考虑到现代红土型铝土矿的工业铝矿物—三水铝石由高岭石进一步风化形成的事实，早世代硬水铝石可能是风化成因三水铝石经埋藏脱水、晶格调整形成，但是还保留了交代高岭石假象。中世代的硬水铝石为胶状结构，呈现出从铝真溶液中析出的假象。通常认为从铝真溶液中析出的铝氢氧化物胶体为三水铝石。因此中世代硬水铝石可能为胶体成因三水铝石经成岩脱水、晶格调整形成。晚世代硬水铝石具有较好的结晶结构，内部不包含锐钛矿等矿物，化学成分更加纯净，并且与晚世代高岭石共生，指示其为简单成岩成因。

6 铝土矿成矿模式

本文在研究总结碳酸盐岩台地岩相古地理、古喀斯特地貌、含铝岩系基本层序、物质来源和含铝矿物生成顺序、硬水铝石成因的基础上，提出了桂西地区二叠纪喀斯特铝土矿的四阶段成矿模式，用来解释该类型铝土矿的成矿机制。四阶段分别为孤立台地隆升接受火山喷发沉积物、原地深度风化、积水潜育化和埋藏成矿（图9）阶段。

孤立碳酸盐岩台地隆升接受火山喷发沉积物阶段（图9a）：～260Ma，东吴运动将孤立碳酸盐岩台地隆升成陆地，台地内部开始喀斯特化。同时期爆发的中酸性火山喷发作用在孤立碳酸盐岩台地上形成了风成火山灰层，即合山组底部铁铝质岩的源岩。在相邻的深水盆地中形成领好组沉凝灰岩和/或凝灰质泥岩。

原地深度风化阶段（图9b）：发生在碳酸盐岩台地内部平缓地带，主要是火山灰层发生长石→高岭石→三水铝石的准原地风化过程。形成的铝土矿松散堆积物就近堆积在石芽坡地上，局部经弱机械搬运至坡地底部使铝土矿层变厚。特征组构是砂屑结构和豆状、鲕状结构，矿物组合有三水铝石、高岭石、针铁矿和/或赤铁矿。在台地内部岩溶分布区，古地形较陡，火山灰风化不彻底，主要停留在高岭石阶段，并经较强机械搬运至岩溶洼地中形成透镜状铝土矿化体。部分被搬运至深水盆地成为领好组的物源之一。

积水潜育化阶段（图9c）：在地表局限水体阶段，石芽坡地被淡水淹没但又不相互贯通，处于一个静滞而还原的环境，以化石稀少为特征。水体内细菌或有机质将针铁矿、赤铁矿中Fe³⁺还原成Fe²⁺，然后Fe²⁺与细菌成因S^2-结合形成大量黄铁矿、部分直接参与形成胶状绿泥石。随着海平面上升，台地内部开始形成沼泽，后续的火山喷发物及其风化物形成碳质泥岩，并将铝土矿层掩埋保存，但是铝土矿的潜育化过程仍在进行。在台地内部岩溶分布区，古地形起伏较大，局限水体发育差，含铝粘土潜育化程度低。

埋藏成矿阶段（图9d）：该阶段需要上覆碳酸盐岩生长到一定厚度才发生，故明显晚于前三阶段。在上覆碳酸盐岩逐渐加厚时，压实作用使三水铝石脱水形成软水铝石，随后软水铝石结构调整变成硬水铝石。随着埋藏温度升高，高岭石变得不稳定，向绿泥石转变，伴有黄铁矿和硬水铝石重结晶，最终形成二叠纪喀斯特型铝土矿或者矿化。

7 结论

桂西二叠纪铝土矿床产于孤立碳酸盐岩台地内部相，为火山岩准原地风化再沉积矿床，其成矿地质过程具有孤立台地隆升接受火山喷发沉积物、原地深度风化、积水潜育化和埋藏成矿4个阶段。含铝岩系及其盖层基本层序从下往上呈现出地表风化相、地表局限水体相和沼泽相和浅海泻湖相4种岩相。古石芽坡地古地貌对铝土矿的风化、搬运及潜育化过程有良好的促进作用，岩溶坡地古地貌对铝土矿的形成起到减缓作用。成岩期硬水铝石大部分由风化期三水铝石脱水、晶格调整形成，少部分为成岩重结晶形成。

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