铝土矿及伴生关键金属矿床的岩石(矿石)组成、成矿序列及成矿机理

大陆风化是地球表层系统中的关键过程,涉及多种能量形式(太阳能、风能、化学能和重力势能)和物理化学过程,是地球化学元素在地球不同层面(如岩石圈、水圈、生物圈和大气圈)之间迁移和重新分配的基础。在此过程中,异常的元素富集可形成工业级的风化淋滤矿床。风化淋滤矿床可进一步区分出风化矿床和沉积—淋滤型矿床2种类型。传统的矿床学和沉积学研究方法在理解风化淋滤矿床形成过程中存在局限性,特别是在解析成矿阶段和动态成矿过程方面仍不甚明晰,导致该类型矿床在基础研究和勘查方面长期存在亟待解决的一批问题。本研究在厘清大陆风化作用、风化壳(古风化壳)、土壤(古土壤)等概念的基础之上,对现代风化淋滤剖面(如广西贵港三水铝石矿床)和古老风化淋滤型矿床(如中国华南地区早石炭世—晚二叠世铝土矿床及沉积淋滤型稀土矿床)开展了系统的沉积学分析与对比工作。研究发现,风化淋滤矿床的结构组分主要包括碎屑、团粒与包粒、块状黏土等结构类型,分别对应碎屑状、包粒状、致密状矿石的形成。成岩过程主要依赖于氧化物矿物及黏土质的胶结与填隙作用。基于上述认识,提出了风化淋滤矿床的淋滤序列和剖面结构划分方案。该方案以风化剖面中渗流带与潜流带作为基本的划分依据,进一步区分出风化矿床序列与沉积—淋滤型矿床序列,两者主要以是否出现沉积单位作为主要识别标志。以古气候为主线分析了风化淋滤矿床的成因机理,并结合近年来质量平衡计算相关成果,总结了淋滤过程中元素迁移规律,将风化淋滤型矿床的成矿过程概括为成矿母质形成、成矿物质风化和后期改造3个阶段。

黔北旦坪铝土矿床胶体包粒成因及其形成时间估算

世界大多数铝土矿床中均发育有同心层状的颗粒结构,其生长过程记录了铝土矿成矿相关信息,具备重建铝土矿成矿环境的潜力。区别于碳酸盐岩鲕粒,对铝土矿床中这种类似鲕粒的多圈层包粒结构的研究还不够深入,其基本的定义、成因与生长时限均不明确,亟待进一步研究。针对这一问题,结合现代热带氧化土剖面中淀积黏化层产出包粒结构这一特点,对黔北务川—正安—道真(务正道)地区旦坪矿区下二叠统铝土矿开展了相关研究,提出将铝土矿同心层状结构命名为“胶体包粒结构”。本研究在对旦坪铝土矿床典型含矿岩系剖面地质特征研究基础上,重点对其中的胶体包粒开展了研究。旦坪铝土矿中的胶体包粒由不同类型的核心及周围交替出现的铝赤铁矿、勃姆石圈层组成。采用二分值法对包粒圆度进行了统计,分析结果显示其圆度以圆形、近圆形为主。归一化处理包粒圈层范围为11.2~319.5μm。对胶体包粒圈层数目的统计发现,其层数以1~3层为主。基于以上统计数据,研究使用Fick第一定律及其拓展式对铝土矿胶体包粒生长时间进行估算,并尝试构建其扩散生长模型。胶体包粒生长时间计算结果表明:胶体包粒内铝赤铁矿圈层的形成时间为0.1~96.9年,勃姆石圈层的形成时间为0.2~143.6年。微观尺度胶体包粒(粒径0.1~0.4 mm)的形成时间约为0.6~481.2年;手标本尺度胶体包粒(粒径2.0~5.0 mm)的形成时间为1178~7364年。预估铝土矿中各尺度胶体包粒(粒径0.1~5.0 mm)的形成时间为0.6~7364年。以上研究结果表明,胶体包粒结构与铝土矿形成过程中淋滤作用之间存在较为复杂的联系:互层状圈层的形成指示了旦坪地区含铝土矿地层中胶体包粒的周期性凝聚作用,从微观上刻画了周期性的成矿节律。胶体包粒形成过程中铝的地球化学行为可能是主导因素,其行为特征主要受到风化剖面中有机酸浓度、氧化还原条件、圈层矿物表面电荷属性等关键控制条件对羟基铝和交换铝的吸附富集过程的影响。

渝南大佛岩矿区铝土矿碎屑锆石中钪的赋存形式研究

以渝南大佛岩矿区含矿岩系铝土质黏土岩为研究对象,通过淋滤实验证明其中钪并非以独立矿物形式和大量离子吸附形式存在的。由于铝土矿含矿层位缺少有机质,也排除了钪与有机质结合的可能性。基于扫描电镜和能谱分析的结果,发现其中的碎屑锆石富含钪元素,钪广泛分布于碎屑锆石表面,且分布非常不均匀,最高重量百分比可达2.75%,最低低于检测线,且在锆石的凹坑、裂隙与锆石上重矿物的钪含量普遍较高。结合钪易与锆发生极性类质同象的特性,本研究认为该矿区原矿石碎屑锆石中的钪,很可能有类质同象、离子吸附和超显微非结构混入物三种形式。此研究成果将对今后渝南地区铝土矿伴生钪的开发利用提供理论参考依据。

华北克拉通南缘石炭系本溪组铁-铝黏土矿物质来源:以河南三门峡大安铝黏土矿床为例

华北克拉通在中奥陶世至晚石炭世期间一直出露地表,经历了长期的风化作用,形成大规模的铁-铝黏土矿,其成矿物源一直是研究的热点,尤其是本溪组底部铁矿和铁质黏土矿与上部铝黏土矿是否为同一来源尚未查清。本研究选取克拉通南缘大安铝黏土矿床作为研究对象,展开微区矿物及元素地球化学组成分析,进一步探讨铁-铝黏土矿物质来源。大安矿床内含矿岩系自下而上包括铁质黏土岩、铝土矿、铝质黏土矿;局部喀斯特高地缺失铝土矿,铝质黏土矿直接覆盖于铁质黏土岩之上。铁质黏土岩在洼地以菱铁矿、黄铁矿和伊利石为主,在隆起区以赤铁矿、伊利石和高岭石为主。铝土矿以硬水铝石、伊利石和锐钛矿为主;铝质黏土矿主要矿物为伊利石。矿物微区分析在黏土矿底部发现大量的碳化硅和少量自然硅、硅铁矿、铬铁矿;区域对比揭示北秦岭造山带内商丹缝合带和二郎坪群中的蛇绿岩为铝黏土矿形成提供了成矿物质。本溪组底部铁质黏土与上部铝黏土矿稳定元素比率(例如Zr/TiO2、Hf/TiO2、Nb/TiO2、Ta/TiO2)存在明显差异,揭示二者为不同来源:底部铁质黏土岩和铁矿层为底板碳酸盐岩原地风化的产物;而上部铝黏土矿是异地搬运物,北秦岭造山带在晚石炭世的整体抬升为华北铝黏土矿形成提供了重要的成矿物质。

与湘南白腊水锡矿床有关的骑田岭花岗岩的绿泥石化研究

湘南白腊水锡矿床位于骑田岭燕山期黑云母花岗岩中。绿泥石化是这一含矿花岗岩中常见的热液蚀变现象,对采自钻孔的岩石样品研究发现,花岗岩的绿泥石化程度变化较大。本文选择三组绿泥石化蚀变程度显著不同的花岗岩样品进行研究,探讨了与锡成矿密切相关的含矿花岗岩的绿泥石化作用。研究表明,不同程度绿泥石化花岗岩中的绿泥石,在产出形式与化学成分上均表现出一系列明显不同的特征。依据绿泥石产出形式、化学成分、绿泥石化花岗岩地球化学等特征认为,绿泥石对花岗岩造岩矿物的交代顺序为:角闪石、黑云母→斜长石、钾长石→石英;绿泥石形态特征的变化一方面与绿泥石成分有关,另一方面与被其交代的造岩矿物晶体结构有关;花岗岩绿泥石化越强烈,全岩的烧失量和Zn含量就越高,原岩的Cl丢失到蚀变流体中去的量也越多。随着花岗岩绿泥石化程度的加强,其绿泥石的主要成分含量会呈现出规律性的变化。绿泥石的Si含量在绿泥石化过程中逐渐减少;长石遭受破坏溶解后释放出的Al在厘米尺度范围内发生迁移与再分配,引起绿泥石Al含量的升高;Fe从热液中带入,蚀变花岗岩中绿泥石矿物含量的多少与水-岩反应体系中Fe的多少有关;形成绿泥石所需的Mg主要来源于花岗岩暗色矿物内Mg的释放与再分配;Mn则主要由外部流体带入。

湖北蛇屋山金矿床含金碳酸盐岩风化成矿过程

为阐述含金碳酸盐岩的风化成土过程,以湖北蛇屋山红土型金矿床为例,系统开展了元素地球化学和矿物学研究。研究发现,从风化壳腐泥层→杂色粘土带,碱金属、FeO、MnO、有机碳(Morg)、稀土元素(REE)和高场强元素(HFSE)等元素,以及钾长石、斜长石和黄铁矿等矿物的含量逐渐降低。质量平衡计算表明,风化过程中Si、Fe、Al发生了不同程度的迁移,溶解在流体中的碱金属亦会在风化壳特定层位富集,形成自生粘土矿物。研究认为,碳酸盐岩风化成土与金迁移富集均受风化强度制约。早期氧化阶段,风化较弱,以黄铁矿氧化和碳酸盐岩溶解,Ca、Mg大量淋失为特征,环境显中碱性,金以硫代硫酸盐络合物形式迁移。晚期水解阶段,风化较强,强烈的水-岩相互作用,导致不溶硅酸盐矿物水解,伴随着硅酸盐矿物中K、Na等碱金属的进一步淋失和高岭石的生成;最终,风化彻底时,粘土矿物中SiO2和Al2O3发生分离,形成典型的红土。此阶段,环境从中碱性缓慢过渡到中酸性,金以胶体或氯化物络合物形式迁移。金沉淀富集主要与表生矿物吸附和岩-土界面附近被大量Fe2+、Mn2+还原有关。

贵州峨眉山玄武岩区风化壳与成矿关系

贵州峨眉山玄武岩有关的矿床种类很多,有金,铜,锑,锰和稀土等许多金属矿床.这些矿床大部分产出的部位包括玄武岩下部界面,上部界面及喷发间期的浅变质熔结凝灰岩层中.这些层位不同层次不同程度发生了风化变质过程,出现了红土化,高岭土化,沸石化,硅化和沥青化,形成了一定规模的风化壳.本文结合贵州地区玄武岩的特征,对这些矿床的富集层位给予归纳总结,统称为风化壳型的矿床,并且对于赫章和威宁发现的两个稀土矿床进行对比分析.

干旱地区硫化矿床风化过程的穆斯堡尔谱特征——以青海锡铁山铅锌矿为例

测定了青海锡铁山硫化矿床氧化带矿物的室温穆斯堡尔谱，结果表明氧化带硫酸盐矿物的穆斯堡尔谱具较小的同质异能移、四级矩分裂值分布范围较大、无磁超精细分裂等特征。在已有工作的基础上，根据氧化带垂向不同位置矿物的穆斯堡尔谱特征划分出铁锰帽亚带、高铁矾类亚带（进一步划分出单峰型、双峰型和三峰型三个次亚带）、低铁矾类亚带及原生硫化物带等垂向分带，每一亚带代表特定的物化条件，反映了干旱地区硫化矿床风化过程的阶段性。

广西风化壳淋积型稀土矿资源非开采性损失与回收

分析广西境内风化壳淋积型稀土矿非开采性损失的原因,提出相应的保护措施。广西风化壳淋积型稀土矿每年失量3 000 t,潜在经济价值达数亿元。建议回收所得稀土归入国库,回收最大成本5万/t。

江西相山下家岭稀土矿风化球体中褐帘石的精细矿物学研究及其成矿指示意义

下家岭稀土矿位于江西相山火山岩盆地,为风化壳淋积型稀土矿床。在风化壳剖面各成分层中,球形风化层稀土元素最为富集。为了探索稀土元素在球形风化层的富集规律,本文利用偏光显微镜、扫描电镜、电子探针等多种手段,重点对球形风化层中风化球体的主要稀土矿物开展了精细矿物学的研究工作。研究发现原生褐帘石经改造后,发育了极其复杂的成分环带,衍生出多个富含稀土的“相”,根据硅、镧、铈等主要元素的含量差别,可初步划分为:高硅高镧富稀土相(SiO_(2):11.51%~19.77%,La_(2)O_(3):12.69%~17.54%,Ce_(2)O_(3):6.80%~8.49%,∑REE_(2)O_(3):46.14%~61.34%)、低硅高镧富稀土相(SiO_(2):0.58%~6.78%,La_(2)O_(3):21.09%~24.64%,Ce_(2)O_(3):4.45%~6.34%,∑REE_(2)O_(3):68.96%~81.52%)以及低硅高铈富稀土相(SiO_(2):0.45%~1.79%,La_(2)O_(3):12.89%~19.16%,Ce_(2)O_(3):20.66%~26.59%,∑REE_(2)O_(3):67.65%~77.6%)三种不同类型,这些相各自成分变化均较大,成分均一性较差。分析后认为,这种富稀土的特征,可能部分因为钍的放射性衰变使得富钍褐帘石发生蜕晶化并体积“肿胀”,“肿胀”后的褐帘石更容易让流体通过,同时α衰变还可以让矿物内部发生电离,可能会对带有电荷的稀土络合物产生吸附作用,从而造成稀土元素富集。不同富稀土相的形成,则可能是因为在风化作用的不同阶段,上部淋积下来的稀土种类不同导致。当低硅高铈富稀土相形成后,则会进一步被流体溶蚀分解,以供给下层稀土成矿。

纳米矿物在堆积型铝土矿床研究中的应用

至少一维尺度上小于100nm的矿物都属于纳米矿物的范畴,自然界中除了大量的人造纳米矿物之外,天然的纳米矿物分布也很广泛。随着透射电子显微镜(TEM)技术在地球科学中的应用,大量的天然纳米矿物在地壳表层和内部被发现。尤其是在矿田区域,与矿体相关的纳米矿物在各种介质中被发现,并且这些纳米矿物在矿床的研究中有着独特的作用。堆积型铝土矿床储量大,是铝土矿的重要来源。在堆积型铝土矿床中发育有大量的纳米矿物,矿石矿物也以纳米级晶体分布于矿床中,并且在纳米尺度上表现出结构和成分的变化,这些纳米矿物以及结构、成分的变化记录了铝土矿成矿过程的物理化学信息,为探究铝土矿的成因提供了独特的窗口。该综述总结了纳米矿物在研究堆积型铝土矿床中的优势,为研究堆积型铝土矿床的提供了新方法,为认识堆积型铝土矿的成因提供了新角度。

贵州龙里地区早石炭世杜内期铝土矿微地貌及其对铝土矿的控制作用

贵州龙里地区发育早石炭世杜内期“丰源层”铝土矿。通过收集龙里地区地质钻孔资料,结合实测剖面和踏勘地质点资料,统计含铝岩系厚度、矿体厚度、品位、铝硅比数据,利用Surfer8.0成图软件,采用微地貌编图的方法,还原早石炭世杜内期含铝岩系古地貌,发现本区古喀斯特岩溶洼地2处,丰源层铝土矿产于水场—比孟—草原—高坡一带的古喀斯特岩溶洼地中。微地貌进一步研究表明,品位较高的碎屑状、豆鲕状铝土矿位于古喀斯特岩溶洼地的中心部位,品位较低的致密状铝土矿则分布于其中心和边缘。本区古地理研究表明,龙里地区早石炭世杜内期丰源层铝土矿的含矿岩系形成环境为海陆交互相,由北至南依次为发育陆相、古喀斯特岩溶洼地相和海相,古喀斯特岩溶洼相为丰源层铝土矿的形成提供了有利的沉积就位场所。

关于风化作用涵义的探讨

风化作用是指受太阳能，大气、大气水影响的地球物理、地球化学、生物化学的综合作用，使一部分物质溶解淋失，另一部分物质残留；低价元素矿物氧化成高价元素矿物，形成氧化带（风化带）。过去只知道其范围只包括"暴露在地表面"这一部分，没有包括地表面以下的"氧化改造带"。由于两者都是大气水（天水）组成，其物、化性质相同，都含游离CO2、O2气体，从地球化学的意义来说，实际是在酸性条件下的氧化作用。这种大气水中除了含有游离的CO2、O2气体之外，一般还溶解有H+、HCO_3^-、HSO_4^-离子、络合离子，有时还含有有机酸离子，各种盐类离子、络合离子，这种化学条件下都能进行风化作用。所有风化矿产受其影响向下都达到"氧化改造带"，个别情况下甚至还影响其以下的"还原成矿改造带"。地表面与地下"氧化改造带"两者风化作用所需要的各项条件也相同，所以风化作用就其涵义来说其范围除过去所知包括"暴露在地表面"这一部分之外，还应包括"氧化改造带"这一部分。

云南安宁白泥山磷矿成因类型与成矿模式

白泥山磷矿属于独立风化矿床。磷矿体呈似层状面形赋存于第四系残坡积层的混杂层中,与原生下寒武统海相沉积型磷块岩矿床有着密切关系,但又相对独立,属于具有残坡积和淋滤次生双重特点的风化淋滤残积型矿床。在阐述地质背景和矿床地质特征的基础上,分析了矿床的成因类型、形成条件、成矿过程、成矿作用及机理,初步建立了该类型矿床的成矿模式。

广东梅州花岗岩风化壳剖面的可见光-短波红外反射光谱特征及其对风化强度的指示

风化壳离子吸附型稀土矿床是含稀土元素的基岩在表生条件下,风化淋滤出的稀土元素吸附在以黏土矿物和铁氧化物为主的次生矿物表面形成的。基岩所含的原生矿物在风化过程中的分解、不同次生矿物的形成和转换及在表生环境中稀土元素的吸附或吸附能力是风化壳中稀土元素富集和分异的主要控制因素,故花岗岩风化壳离子吸附型矿床剖面风化强度以及风化带的划分对研究矿床成因和找矿勘探工作具有重要意义。可见光-短波红外反射光谱(VSWIR,波长范围350~2500 nm)识别的次生矿物,如赤铁矿、针铁矿、高岭石和蒙脱石等,其物相和含量特征可以作为划分基岩风化强度的有效依据。本文以广东梅州黄畲花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床的风化剖面为例,尝试采用可见光-短波红外反射光谱并结合X射线衍射法(XRD)研究剖面中矿物种类和相对含量。研究结果表明花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床剖面在全风化层存在大量的赤铁矿及少量针铁矿,相应地VSWIR在500 nm和900 nm附近形成明显的光谱吸收特征,而700 nm附近微弱。全风化层和半风化层样品在1396 nm附近的光谱特征明显,而弱风化基岩该光谱特征较为微弱,吸收深度d1396及d2200/d1900比值从弱风化基岩至表土层则表现出逐渐增强的趋势,该现象与风化剖面中从深部到地表高岭石含量逐渐增多的事实相吻合。

老挝南部地区红土风化壳残余型铝土矿矿床成因分析及找矿

老挝南部地区红土风化壳残余型三水铝石铝土矿是第四纪玄武岩建造风化成矿,以红土风化壳残积层组成为特征。区内铝土矿资源十分丰富,矿床规模大、质量佳、覆盖薄、宜露采。是国内罕见的单一型三水铝石铝土矿矿床类型,是理想的优质铝土矿资源开发基地。笔者近几年来通过对老挝占巴色地区铝土矿地质的找矿勘查工作,通过收集占巴色周边的阿速坡、色贡等地区红土型铝土矿资料,对老挝南部铝土矿成矿区红土风化壳残余型三水铝石的成矿地质条件、矿床产出特征、成矿机理及找矿思路进行探讨和分析。

云南富宁良子老寨钛铁矿成矿规律和矿床成因

云南富宁地区钛铁矿是我国重要的钛铁矿矿床,成矿条件优越。本文对良子老寨矿区残坡积风化壳型钛铁砂矿床的地质特征、矿体、矿石特征进行了总结和研究,探讨了矿床的矿床成因和成矿规律。海西—印支期偏碱性基性钛辉辉长辉绿岩体为该区钛铁矿的形成提供了物质来源。富宁地区温热潮湿多雨气候有利于风化作用形成,岩体出露地表后,岩体中的钛矿物经风化剥离、水解作用、次生富集、原地残留或近距离搬运沉积,形成了残坡积风化壳型钛铁砂矿床。陡坡、临近河流区域矿体厚度薄,风化作用弱部位品位低;山脊缓坡、河谷阶地、地形低凹地段矿体厚度较大、品位高。本文研究成果能够指导滇东南地区残坡积物风化壳内钛矿的找矿工作。

江西相山响石风化壳球形风化层地球化学特征研究

江西相山下家岭稀土矿的球形风化层最为富集稀土元素,然而球形风化层的风化程度并不均一,且由于渗透性的差异,不同部位遭受淋积水的改造程度也有较大差别。为了解风化球体对元素迁移的影响,本文对江西相山响石风化壳的球形风化层开展了元素地球化学研究。结果显示:风化球体的风化程度明显弱于土状样品。随风化程度增强,稀土含量先增加后降低,且最大值(516.92×10^(-6))出现在风化球体样品中。远离风化球体的样品具有较大的CIA值和较低的稀土元素含量。风化球体对横向上元素的迁移具有一定的影响。上部富稀土的地表流体流经风化球体时,可能对其中的原生矿物进行交代,形成了如磷稀土矿等承载稀土能力更强的次生矿物,导致风化球体中稀土元素异常富集。