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黔东南地区中二叠统梁山组沉积相特征及其控矿作用

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第4卷第4期 矿 产 勘 查 Vo1.4 No.4 2013年7月 MINERAL EXPL0RAT10N July,2013 黔东南地区中二叠统梁山组沉积相 特征及其控矿作用 李传班 ,储潇姝 ,刘幼平 ,武国辉 ,蔡贤德 (1.中矿资源勘探股份有限公司,北京 100089;2.贵州省有色金属和核工业地质勘查局,贵阳550005) 摘 要研究区铝土矿床是产于碳酸盐岩侵蚀面上的一水硬铝石型沉积矿床,中二叠统梁山组为其赋矿层位。为 了了解梁山组沉积相在研究区内不同时期、不同区域的发育情况及在纵向上的演化过程,通过针对性地 选取典型的钻井剖面资料,做了4条联合剖面进行对比分析。结果表明,在成矿过程中,研究区发生了两 次海侵和一次海退,海水由南西向北东方向入侵;古地理格架对铝土矿的物质形成、沉积保存以及次生富 集均起着重要的控制作用。 关键词 铝土矿 中二叠统梁山组沉积相 控矿作用 黔东南 中图分类号:P618.45;P611.2 文献标识码:A 文章编号:1674—7801(2013)04—0435—06 研究区主要包括贵州省黔东南州凯里市与黄平 才开始发生海侵,沉积梁山组地层;晚三叠世起该区 县地区,区内二叠系中统梁山组(P z)、栖霞组和茅 再次抬升成陆,经历长期的风化剥蚀至今。 口组(P q—m)地层广泛发育,梁山组地层为赋矿层 出露地层从老到新主要有:寒武系中上统娄山 位,沉积有煤矿、铝土矿以及菱铁矿,其中铝土矿为 关群白云岩;奥陶系下统灰岩、白云岩;志留系翁项 主矿产,具有良好的勘探开发前景。近几年,研究区 群石英砂岩、黏土岩;泥盆系上统高坡场组白云岩; 已成为贵州省又一重点勘查的铝土矿产区,初步探 石炭系下统摆佐组灰岩;二叠系中统梁山组含铝岩 明一处大型矿床,多处中小型矿床。众多学者对于 系、栖霞组一茅口组灰岩(图1)。 铝土矿床的成因类型、沉积环境等方面进行了大量 区内构造总体呈北北东向、北东向。其中断层包括 的研究 ,但针对研究区内铝土矿床的研究较少, 北北东向、北西向、北东向及近南北向等几组,并以北北 从而制约着找矿范围的进一步扩大和找矿评价。因 东向规模最大;褶皱主要有黄平复向斜、鱼洞向斜、大 此,本文通过系统收集、整理区内地质、矿产资料,结 泡木向斜和苦李井向斜,分别控制着梁山组的展布。 合新的勘探成果,分析凯里一黄平地区铝土矿床的 沉积相特征及其与铝土矿成矿的关系。 2梁山组地层特征及沉积相划分 凯里一黄平地区铝土矿床是产于碳酸盐岩侵蚀 1成矿地质背景 面上的一水硬铝石型沉积矿床,其中苦李井矿床、鱼 凯里一黄平地区大地构造部位处于扬子准地台、 洞矿床和铁厂沟矿床位于黔东南州凯里市境内,王 黔北台隆、遵义断拱的贵阳复杂构造变形区与黔南台 家寨矿床位于黄平县境内。其赋矿层位是二叠系中 陷的交接地带,南东临近华南褶皱带 。该区域自 统梁山组地层,可分为三段:下段含铁(黏土)层 寒武纪至泥盆纪长期以沉降运动为主,沉积了大量海 (P’f。)呈紫(褐)红色,主要为含铁黏土层和菱铁矿 相地层;早石炭世的构造运动使该区上升为陆,遭受 层,土质较密实,黏性较大,局部含磨圆度较好的铝 不同程度的风化剥蚀;直至海西运动晚期的中二叠世 土矿、结核状菱铁矿等碎屑,多沿基岩喀斯特凹陷分 [收稿日期]2012—10—31 [基金项目]贵州省科学技术基金项目(编号:¥2009JP00401457110)资助。 [第一作者简介]李传班,男,1986年生,硕士,助理工程师,从事矿产资源调查与评价工作。 435 矿 产 勘 查 2013焦 l500 1000 800 O 圆 I:圈s回 困s匦 田 园s团 图1 凯里一黄平地区地质略图(据贵州省有色局六总队(2004)修改)① 10 1一中二叠统栖霞组和茅口组灰岩;2一中二叠统梁山组含铝岩系;3一下石炭统摆佐组灰岩;4一上泥盆统白云岩;5一志留系翁项 群石英砂岩、黏土岩;6一奥陶系下统石灰岩、白云岩;7一寒武系白云岩;8一逆断层;9一正断层;1O一向斜 ①贵州省有色局六总队.贵州省凯里铝土矿普查地质报告,2004 436 第4卷第4期 李传班等:黔东南地区中二叠统梁山组沉积相特征及其控矿作用 布,厚0—16 m;中段含铝土矿层( )呈灰色、土红 色,主要由铝土矿石、红(黄)褐色黏土及少量褐铁矿 碎屑组成,该层厚0.8—37.6m,一般厚3~15 m;上段 3梁山组沉积相对比 为了了解梁山组沉积相在研究区内不同时期不 含煤(炭质)层(P’z )呈褐黑色,主要为劣煤或炭质页 岩,混杂少量铝土矿、岩石碎屑及铁锰质等,顶部为几 同区域的发育情况及在纵向上的演化过程,通过有 针对性地选取典型的钻井剖面资料,做了北北西、北 厘米至50余厘米的腐殖层,该段厚度1.2~12.7 m。 梁山组下伏地层为泥盆系上统高坡场组白云岩,上覆 地层为二叠系栖霞组灰岩。通过研究,将研究区分为 2个相组、3个相以及4个亚相(表1)。 表1 凯里一黄平地区沉积相分类 北东、北东东和北东向4条联合剖面(图2,图3)进 行对比分析。 从4组联合剖面图可以看出,研究区4个矿区 在梁山期早期均为滨~浅海环境,铁质层沉积主要 发生在苦李井矿区和王家寨矿区,且仅有苦李井矿 区形成了菱铁矿矿体,之后研究区接受稳定的铝质 沉积;进入潮坪环境后,鱼洞矿区炭质泥岩、煤和细 砂均有沉积,沉积序列发育完整,苦李井矿区上部岩 性主要为炭质泥岩,局部夹有劣煤层,少有砂质的沉 积,沉积相主要为潮上带及潮上沼泽,而王家寨矿区 沉积了相当厚度的炭质或细砂岩,主要为潮下带和潮 上带,铁厂沟矿区沉积相则主要为潮上带和潮间带。 鱼洞矿区 Bl2—5 r2m : 王家寨矿区 4-1 l L-0 /。 萋 一 潮间带 蓁 \。 臣 髑 海醒 第二退 坪相 7潮上带及'、 133-1  一.弓 / , // 潮上沼泽 i 潮上带及 2'-7-" /潮上沼泽 蔓 ■ 第一 浅海相 < 睡 嚣 NNE 嚣 弗 弗 醒 4.2 蟊 l 。。2m 苦李井矿区 王家寨矿区 / .63. 相 _ \\l1 5<5 0 豳 \ l \\ 兰 < l \ / 1 60.45 0 第二海 \/ 翻 亩 ——一自 舅 第一 1圈2 3豳4 5—6固7—8圈9幽10 图2 凯里一黄平地区北北西向及北北东向联合柱状剖面对比图 l一上泥盆统白云岩;2一不整合面;3一中二叠统梁山组铁质层;4一中二叠统梁山组铝土页岩;5一中二叠统梁山组铝土岩;6一中二叠统梁 山组铝土矿;7一中二叠统梁山组炭质页岩;8一中二叠统梁山组劣煤;9一中二叠统梁山组砂岩;lO一中二叠统栖霞一茅口组灰岩 437 矿 产 勘 查 一0 l 圭 11:t1 母 潮上带及 潮 上沼:泽  . 潮/间带 自坪相 \6黜-27 溜上带及… :t j5 2.:; i 囊 潮上沼泽 14.2 6 下带/ \潮 带 68积 \3潮下带 … 第二欢 海退 一 7 C 76.1 嘈搏相 星 1。\  ̄2/, j \殴6-54 / ̄ . 础黑 \ 船 誓 \ 霹 军霉 B4—1 1 \ , 匿 弱 圈 鹜 嘲 勰 圆 融 圈 黧 嘲 圈 圈 圈 / / 第一欢 / _ C—-C 。 。 G47一 / }浅潮坪海相 蠡卷 新/E\带沼及泽 7’/潮下带 > \ 霞 2 霞雾2・ 韵衙潮 上带沼 泽。 薹羹垂直 > 妻 \\ 图海第退一 次● 6 雾 \A 2 罐匿 . 9 ’ I匿uJ’ 期 … _'=: 带 固帚_一伙 露 蟊 露 嚣  }嚣 囡 圆 醒 醒 墓 圈 圈z圆 豳 s 图3 凯里一黄平地区北东东向及北东向联合柱状剖面对比图 l一上泥盆统白云岩;2一不整合面;3一中二叠统梁山组铁质层;4一中二叠统梁山组铝土页岩;5一中二叠统梁山组铝土岩;6一中二叠统梁 山组铝土矿;7一中二叠统梁山组炭质页岩;8一中二叠统梁山组劣煤;9一中二叠统梁山组砂岩;l0一中二叠统栖霞一茅口组灰岩 ● 圈 园 地层 综上所述,铁质层主要分布于苦李井矿区,零星 分布于其他3个矿区,表明第一次海侵发生时,苦李 井矿区地势较低,海水相对较深,所形成的弱碱性一 6 表2 凯里一黄平地区含铝岩系沉积相纵向特征 序号 层序 岩性特征 沉积相 上覆岩系Pzq泥质灰岩及生物碎屑灰岩浅海半开阔台地 细砂岩、煤、炭质页岩或 杂色黏土页岩 潮坪 碱性还原环境有利于铁质的胶体沉积;铝土矿层在 4-'/'-矿区均分布稳定,沉积于滨一浅海相到潮坪相的 过渡部位,海水环境为氧化环境;海退发生后,各矿 5 含煤(炭)岩段 4 含铝岩段 P f铝土页岩、铝土矿、铝土岩滨浅海及潮下带 区因地势高低的不同而处于潮坪环境的不同亚环 境,分别形成炭质泥岩、泥岩、煤和砂;之后,发生大 规模的海侵,整个研究区均处于浅海半开阔台地环 境,沉积了大量的碳酸盐岩。通过对比表明,该地区 3 含铁岩段 含铁黏土岩夹赤铁矿或 黄铁矿、菱铁矿 滨一浅海 2 1 古风化壳 下伏岩系 D3gp 红土型风化壳 细晶白云岩 风化壳 浅海 沉积相的演化严格受控于古地理及海水侵人过程离 岸远近条件,通过总结,得出研究区含铝岩系沉积相 纵向特征(表2)。 自广西运动后,该区在较长时间内处于相对稳定 的陆地环境,在潮湿炎热的气候条件下,古陆上的碳 酸盐岩被长时间风化剥蚀、夷平和红土化。在红土化 4研究区古地理格架与铝土矿成矿 据武国辉等(2006)研究 ,在志留世至泥盆世 作用下,岩石中的Ca、Mg、Si及碱金属被淋滤流失,而 A1、Fe、Ti等惰性组分相对富集。随着红土化进程的 期间,凯里一黄平地区处于滨海环境,沉积了大量的 陆源碎屑物质和碳酸盐物质。 438 不断加深,逐渐形成了富铝的钙红土风化壳,为区内 铁矿、铝土矿的形成准备了丰富的成矿物质。 第4卷第4期 李传班等:黔东南地区中二叠统梁山组沉积相特征及其控矿作用 在中二叠世早期,海水由南西向北东方向入侵, 研究区处于滨一浅海相沉积环境,在海浸和潮汐作 用下,原基底上的铁、铝、钙红土等成矿物质,呈细小 颗粒的悬浮物。当海水逐渐加深,在弱碱性一碱性 还原环境时,海水中的CO 与悬浮状态的铁质相结 古地理及海水侵入过程离岸远近条件。 (2)二叠系梁山组为古风化壳下滨海一浅海 沉积和潮坪沉积的产物,包括两次海侵和一次海 退序列,在中二叠世早期,海水由南西向北东方向 入侵。 (3)研究区的古地理格架在铝土矿的成矿过程 合,并凝结为碳酸铁胶体,在低能条件下伴随部分黏 土物质沉积。由于苦李井矿区地势较低,大面积沉 积了铁质层,并形成了菱铁矿矿体,而其他3个矿区 地势相对较高,仅在局部地区沉积铁质层,并未形成 中起着重要的作用。早期的陆地环境准备了丰富的 成矿物质;随后的海侵使铝土物质沉积分异,且后续 沉积的上覆岩层使其免遭后期剥蚀;而持续至今的 矿体。铁质层最早发生沉积,分布于含铝岩系的下 部岩段,铁质的分异对于后期铝质沉积时铝含量的 提升起着一定的作用。 在菱铁矿沉积后,地壳发生轻微抬升,海水相对 变浅为浅滨海条件下的氧化环境,继续铝土矿的沉 积。在海浪的冲击下,将原沉积物质再次打碎,形成 碎屑状铝土矿,上部继续沉积豆鲕状铝土矿,搬运到 水体的低洼地带,使铝土矿增厚变富 。铝质层沉 积相比铁质层发生较晚,沉积在铁质层之上,分布于 含铝岩系的中部岩段。 随着地壳继续上升,凯里一黄平地区处于潮坪 环境,沉积炭质黏土岩。铁厂沟矿区局部处于潮间 带,沉积了炭砂互层;由于鱼洞矿区地势相对较高, 在气候炎热潮湿条件下,形成适于植物生长的沼泽 环境,该层盛产孢粉化石,属中二叠世梁山期岩石中 常见孢粉化石,利于后期煤层的形成;而苦李井和铁 厂沟矿区仅在局部地区有煤层发育,王家寨矿区无 煤层发育。后期,研究区再次发生海侵,鱼洞和王家 寨矿区处于潮下带环境,在含铝岩系的顶部沉积了 大量的细砂岩。含煤(炭质)层沉积最晚,分布于含 铝岩系的上部岩段。 随着海侵的继续,研究区转变为浅海半开阔台 地环境,大量沉积了栖霞组和茅口组的灰岩,形成上 覆岩层,保证了铝土矿床能够保存至今 。 进入燕山期,地壳运动将含铝岩系抬升,接受风 化剥蚀等作用。裸露在地表的铝土矿,在长时间的 表生环境下,地表水和氧化作用使铝土矿系物质进 一步脱硅去铁,使区内地表铝土矿变富,这是浅表矿 比深部矿铝硅比偏高的原因。 5 结论 (1)凯里一黄平地区沉积相的演化严格受控于 陆地环境则促进了铝土矿石通过次生富集作用实现 质量变优。 本文仅是初步的研究,沉积相的详细划分、古地 理对铝土矿成矿的控制作用有待进一步的深入研 究。 致谢:文中基础资料引用了贵州省有色金属和 核工业地质勘查局多年的找矿成果,在此表示衷心 感谢! 参考文献 [1]李启津,侯正洪,吴成柳.我国一水硬铝石型铝土矿一硬铝石 成因矿物学的研究[J].矿物岩石,1983,(2):23—31. 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Key words:bauxite deposit;Middle—Permian period;Liangshan formation;southeastern Guizhou 440 

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