廣東金川縣高嶺巖礦床地質(zhì)特征及成因分析

高嶺巖礦床位于第二亞層下石盒子群的底部，相當于華北晚古生代b層鋁土礦的層位。礦體的產(chǎn)狀與巖石的產(chǎn)狀基本一致。nn5e傾斜。一般來說，坡度為北、南、緩，整體緩慢。礦體的形狀在橫截面上是相對穩(wěn)定的透鏡頭和類似的層（圖1）。礦體和其他厚帶分布在樹枝狀和條狀體中，具有沉積礦床的特征。礦石的厚度通常為2.8m，平均為3m左右。礦石的延長延伸和整個范圍的擴展通常小于700m。1宏觀-微觀綜合分類礦床中的高嶺巖礦石按外觀可分為:淺灰或灰白色致密狀、紫紅色花斑狀和灰綠色含鮞狀.垂向上,這3種類型或單一出現(xiàn),或交互出現(xiàn)(圖2).一般地,在厚度上灰白色高嶺巖與花斑高嶺巖和含鮞高嶺巖呈消長關(guān)系,這可能是其形成環(huán)境不同所致.以高倍偏光顯微鏡為主要手段,輔之以X-射線衍射、紅外光譜、掃描電鏡、能譜、探針和X-熒光光譜等多種分析測試方法,筆者對高嶺巖的礦物成分、化學成分、顯微結(jié)構(gòu)、地化特征進行了全面分析,建立了研究區(qū)高嶺巖礦石宏觀-微觀綜合分類,見表1.從表1可以看出,灰白色高嶺巖成分很純,高嶺石含量一般在90%以上,結(jié)晶度高,化學成分與標準的高嶺石的理論值非常接近.這種高嶺巖分布廣且穩(wěn)定,是礦床中最主要和最重要的高嶺巖類型.灰白色高嶺巖中的高嶺石單晶約為2～6μm,大部分呈破碎的片狀,反映其搬運磨蝕的成因特征.很有意義的是,這種高嶺巖中含有10%～70%不等的顆粒.一般呈球狀、橢球狀,粒徑為0.3～1.4mm,大多在0.5～1.0mm之間.顆粒越大,其形狀越近似于球形;顆粒小,則呈橢球形、扁球形甚至不規(guī)則狀.經(jīng)測試觀察,這種顆粒是有機質(zhì)與高嶺石的集合體.它們是由凝膠或溶膠狀有機質(zhì)黏結(jié)高嶺石微細晶體并經(jīng)過復雜的物理化學過程而形成的.紫紅色高嶺巖中含有大量的花斑,這些花斑多呈紫紅色、紫色,少數(shù)因風化而呈紫褐色.花斑的形態(tài)多種多樣,以云朵狀、團塊狀為主,還有蠕蟲狀、花瓣狀等形態(tài).花斑大小不一,小的僅為1～2mm,大的可達50～100mm,一般多在30～50mm.花斑與基質(zhì)的接觸關(guān)系有突變和漸變兩種,以漸變的居多.在單偏光下觀察,花斑由近乎不透明的鐵染黏土礦物組成,多為半透明,與基質(zhì)為過渡或明顯接觸關(guān)系.基質(zhì)部分由隱晶、微晶質(zhì)高嶺石和粉砂質(zhì)石英及少量浸染狀鐵質(zhì)等組成.經(jīng)成分分析結(jié)合鏡下觀察,花斑中的三價鐵主要賦存于赤鐵礦中,二價鐵則以菱鐵礦和少量黃鐵礦的形式存在.2成礦機2.1地質(zhì)背景條件.地質(zhì)背景在地質(zhì)過程中起著特定的作用.研究區(qū)早二疊世晚期發(fā)育下三角洲平原和三角洲前緣,主要包括分流河道、天然堤、汊河、沼澤、湖泊和分流間灣等亞環(huán)境.古介質(zhì)條件呈淡水—半咸水、弱酸—弱堿性、弱氧化—弱還原性的特征.平緩、穩(wěn)定的地臺型構(gòu)造運動,濕熱型氣候,平坦的準平原化地貌是研究區(qū)早二疊世主要的地質(zhì)背景,這一特定的地質(zhì)背景對高嶺巖礦床的形成起著控制性作用.2.2鋯的形成2.2.1高嶺石是礦床中的一種成因(1)基于表面活性劑的絮凝沉淀作用機理高嶺石黏粒晶層表面帶負電,端面邊緣表面帶正電,這是黏粒雙電層特性的具體表現(xiàn),是高嶺石黏粒絮凝作用的理論基礎.當陸源高嶺石黏粒搬運到下三角洲平原時,水動力作用驟減,懸浮平衡受到破壞,高嶺石黏粒之間由于端面結(jié)合作用而絮凝沉淀(圖3).礦床中的大部分高嶺石邊緣破碎,多呈細小碎片狀,反映其磨蝕所致(圖3).它們都是通過這種端面結(jié)合的絮凝作用沉積下來的產(chǎn)物.(2)介質(zhì)條件對膠凝作用的影響氧化鋁-氧化硅溶膠體系的穩(wěn)定性與一般的溶膠體系的穩(wěn)定性相似,這主要取決于氧化鋁、氧化硅質(zhì)點的表面電荷特征.在Ottewill(1975)、Holloway(1975)等人關(guān)于動電測定和探討不同成分鋁硅酸鹽沉淀的重要資料中可以得知,除了氧化硅以外,幾乎所有的簡單氧化物在酸性介質(zhì)中表面電荷為正電荷,而在堿性介質(zhì)中則呈負電荷.由圖4,5可明顯看出,SiO2-A12O3溶膠發(fā)生膠凝作用適宜的介質(zhì)條件是弱酸性—中性,且pH值處于4～7之間最有利于高嶺石的形成.研究區(qū)早二疊世晚期發(fā)育的下三角洲平原中,湖泊、沼澤等亞環(huán)境的介質(zhì)條件呈弱酸性—中性,為A12O3-SiO2溶膠的膠凝作用提供了可能性.筆者在高嶺巖中發(fā)現(xiàn)的絮團狀、半自形、自形呈疊層狀定向排列的高嶺石以及其中的球狀鮞狀結(jié)構(gòu)都反映了它們自生成因的特征,都是這種膠凝作用的產(chǎn)物.筆者把有機質(zhì)-高嶺石球粒歸因于膠凝作用的產(chǎn)物是與膠體理論相符的,而且通過膠凝作用人工合成球狀高嶺石的實驗已經(jīng)獲得成功,為其提供了有力的證據(jù).下面對球狀或鮞狀結(jié)構(gòu)的成因加以探討.首先,陸源氧化鋁-氧化硅溶膠在沉積盆地適宜的條件下形成隱晶質(zhì)球狀高嶺石.其后的沉積和成巖作用過程中,經(jīng)過一系列復雜的物理化學過程,在膠凝作用、凝聚作用和生物黏結(jié)作用的交替作用下,形成了這種高嶺石層與有機質(zhì)層相間分布的球狀或鮞狀結(jié)構(gòu).(3)礦物成巖作用包括陸源長石類礦物的蝕變作用和陸源黏土類礦物的轉(zhuǎn)變作用.前者實質(zhì)上是一種有HCO3參與的水解作用,陸源長石類礦物首先蝕變?yōu)橐晾俎D(zhuǎn)變?yōu)楦邘X石.后者是指伊利石、蒙脫石等黏土礦物在酸性介質(zhì)條件下轉(zhuǎn)變?yōu)楦邘X石的作用.這種作用多發(fā)生在泥炭沼澤等呈酸性的亞環(huán)境中,在灰黑色高嶺巖中較為常見.2.2.2不同質(zhì)量金屬的作用機制花斑是一個很重要的成因標志,分析花斑的成因?qū)τ谔接懽霞t色高嶺巖的形成和礦床的成礦機理具有特殊的意義.當陸源含鐵膠體和細小的Fe2O3顆粒與其它陸源物質(zhì)一道被地表徑流搬運到下三角洲平原時,在三角洲間灣、瀉湖等亞環(huán)境中,這些膠體物質(zhì)和懸浮質(zhì)因發(fā)生電荷平衡大量堆積下來.在這種水動力作用弱、沉積速度快、含大量電解質(zhì)的弱堿性、弱還原、微咸—半咸水環(huán)境中,由于沉積物中有機質(zhì)和膠體的分布不均勻,沉積物顆粒細、孔隙度小、層理不發(fā)育,不利于水的流通,使得沉積物中還原作用強弱和還原作用持續(xù)的時間各處有所不同.在有機質(zhì)多和三價鐵膠體少的地方,有機質(zhì)分解還原了處于不穩(wěn)定狀態(tài)的膠體狀非晶質(zhì)高價鐵,使其活化,還原形成的低價鐵離子與碳酸根離子結(jié)合成為菱鐵礦,即4Fe(OH)3+C→4FeO+CO(ΟΗ)3+C→4FeΟ+CΟ2+6H2O,FeO+CO2→FeCO32+6Η2Ο,FeΟ+CΟ2→FeCΟ3.與此同時,在有機質(zhì)含量較小而三價鐵膠體較多的地方,部分三價鐵被還原成二價鐵進入黏土礦物的晶格或形成菱鐵礦,而殘余的高價鐵水化物膠體Fe(OH)3可能轉(zhuǎn)化為晶質(zhì)的紅色赤鐵礦,即2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O2Fe(ΟΗ)3→Fe2Ο3+3Η2Ο.正是這兩種作用的進行,使得沉積物中不穩(wěn)定的非晶質(zhì)膠體產(chǎn)生分異,形成了兩類不同價態(tài)、不同顏色的含鐵礦物.在孔隙水的作用下,這兩種含鐵礦物發(fā)生混合.經(jīng)過大量的化學分析,筆者對巖石顏色與其化學組分的關(guān)系進行了探討(表2).研究表明,巖石顏色與Fe3+/Fe2+,Fe3+、Fe2+及有機碳含量有著密切的關(guān)系,隨著Fe3+/Fe2+的減小和有機碳含量的增加,巖石的顏色由紫紅—紫—綠—灰綠—灰—灰黑呈現(xiàn)一定規(guī)律的變化.因此,當赤鐵礦的紅色色素與菱鐵礦的綠色色素相作用時,便形成了紫紅色花斑.隨后的成巖作用和后生作用使原生花斑在色調(diào)、形態(tài)、大小等方面變得更為多樣,更為復雜.從花斑的形成過程可以看出,介質(zhì)條件、有機質(zhì)的含量、沉積物粒度和孔隙水的流通性是花斑形成的主要控制因素,而這些條件從根本上講都是由沉積環(huán)境決定的.花斑高嶺巖主要形成于分流間灣、瀉湖等亞環(huán)境中,而在其它亞環(huán)境中不發(fā)育,這是沉積環(huán)境對花斑的形成作用進行控制的具體表現(xiàn).2.2.3生物在高嶺巖形成中的作用(1)生物黏結(jié)顆粒指生物或有機物質(zhì)通過對陸源高嶺石黏粒的黏結(jié)和捕集使高嶺石黏粒沉積就位、富集成礦的一種作用.研究區(qū)高嶺巖礦床中含有大量的生物黏結(jié)顆粒,其中含有植物化石結(jié)構(gòu)、動物化石結(jié)構(gòu)和生物黏結(jié)結(jié)構(gòu)3種結(jié)構(gòu)類型,它們都是生物物理成礦作用的證據(jù).(2)物質(zhì)及聚合物作用在煤系地層沉積期間,生長發(fā)育著大量的高、低等植物和微生物,這些生物死亡后與黏土礦物和其它鋁硅酸鹽礦物一起堆積下來,在細菌等微生物作用下,生物遺體開始腐爛分解,釋放出大量的有機酸和無機酸.與無機酸相比,有機酸具有更強的酸性和溶蝕鋁硅酸鹽礦物的能力.有機酸通過對周圍及下伏沉積物中的鋁硅酸鹽礦物(包括長石、伊利石等