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国内铝土矿资源以山西、贵州、河南、广西为主,占全国铝土矿总量的91%,是中国铝土矿的重要组成部分。
其中山西占41.6%,贵州占17.1%,河南占16.7%,广西占15.5%,其他区域是9.1%。通过对国内外铝土矿资源的分析,得出中国铝土矿的矿床条件与国外基本一致,二者差别不大。
目前国内的铝土矿还存在着某些特殊的特征,沉积铝土矿占总储量的16%,而堆积型占总储量不足0.5%。中国的沉积铝土矿资源占90%,新生代红土铝土矿占2%,而堆积型铝土矿占8%。
矿床分类
基岩分类的实质是依据基岩或母岩物质对矿体形态、岩石学特征、矿体物质成分等方面的作用。国外铝土矿床按基岩的类型分为红土型和岩溶型两大类,红土型铝土矿以铝一硅酸盐为主,岩溶型铝土矿则以碳酸盐岩古岩溶为主。
由于其独特的成矿地质作用,国内的铝土矿矿床类型划分上有很大的差异。国内有关标准将铝土矿床划分为红土型、堆积型和沉积型。
按此标准,国内的铝土矿属沉积类型。以山东,河南,山西和贵州为代表的沉积型储量占储量的92.25%;云南和广西的沉积型矿床占到了6.21%;其他属红土类型。
在中国,铝土矿的分布可分为两大类型:岩溶性铝土矿和赤土铝土矿,而岩溶型铝土矿则分布在岩溶区。第一类为硬水铝石岩,也称为“硬水铝石质",在中国有85%的储量,主要在广西、贵州、山西、河南等地。
第二类是三水铝石型,也叫三水铝石红粘土,分布在桂中、福建漳浦、广东雷州、海南蓬莱。
物质组成
由于铝土矿的种类差异较大,中国的铝土矿以单水化铝为主,而沉积和堆积型铝土均为此类。其次是三水铝石型的铝土矿,这种铝土矿脉属于红土类型,属于三水铝石型。
一水硬铝石型铝土矿的主要成分是一水硬铝石,其含量约为40%一95%;其次是高岭石,占lO%。40%;其它的有蒙脱石,水云母等;另外,还找到了一些针铁矿、褐铁矿、黄铁矿、赤铁矿、金红石、锆石等。
其中,三水铝石、一水软铝石、微量独居石和少量石英等是其次要矿物组成。三水铝石型铝土矿以三水铝石型为主,约为30%~95%;其次为高岭石,如:一水硬铝石、赤铁矿、褐铁矿、石英、锆石、蛋白石等。
铝土矿的成矿地质条件
矿源层
中国的沉积地层十分丰富,累计厚度达1万多米。汝阳群陆相碎屑岩一寒武纪、奥陶系和海相碳酸盐岩系;三叠系、侏罗系、白垩系的陆相碎屑岩中发现了两个具有多种成因的大型沉积性旋回。
二叠系和石炭纪的铝煤岩系在近东和西两个方向上均有分布,长达140多公里。
这一自然的地质情况导致了不同的矿物质量差别,并且三氧化二铝的含量没有规律。矿体的大小、厚度、形态等均与岩炭纪上段的古冲蚀面相联系,整体上地凸矿厚度较薄,地凹矿厚度较厚;在不平坦地区,矿体呈层状分布。
矿源层矿体的分布、质量、规模等因素决定了其成矿作用,也就是说,矿源层的存在是形成该矿床的前提。
古构造
中国境内有三组断裂,穹隆和向斜均为断裂块体,在扣门一龙潭沟断裂区间有三个地垒式的扇形断块,这些断块对铝土矿的分布起着重要的作用。由于地层断裂、褶皱等因素,使其裸露在外,再加上风化作用对矿源层的侵蚀,加速了沉积型铝土矿的形成。
褶皱作用也对矿源层的分布起着重要的作用,从而使得对矿床有利的探矿位置主要集中于背斜的内侧和外侧。该区断裂构造对该区的赋存与影响有一定的制约作用。
自白垩纪以来,在整个隆升过程中地壳出现了明显的相对沉降,多期岩溶作用形成了不同的层状溶洞和类似的剥蚀堆积阶梯。
岩溶与古气候的相互作用
中国岩浆岩的活跃程度很低,岩浆岩体表裸露的数量很少,分布很广。除中元古界熊耳群广泛分布的中基性火山岩外,中上元古代岩体仅发现少量燕山期的石英斑岩,燕山期花岗斑岩和闪长玢岩侵入石炭系,但对其作用较小,三叠系向斜轴是岩溶丘陵型的主要分布区,而形成石炭系一、二叠系的背斜、向斜翼上的峰丛、峰林为主;位于北亚热带温带地区,气候条件优越,日照条件好,降雨量丰富;但是,其过渡时期更为显著,存在着地域差异。
由于处于中纬度地区,秦岭和淮河隔断了中国的亚热带和暖温带,使得伏牛山脊和淮河的主要支脉相连。独特的温湿气候,加上岩石溶解的丘陵地貌,为铝土矿的形成提供了良好的条件。
矿区位于亚热带气候,雨量充沛,潮湿炎热的气候条件有利于风化作用,第三纪本区构造运动使地表大气降水沿着构造裂隙或岩层层面往下渗透,不断溶蚀碳酸盐岩,并深入到原生矿层的所在部位,碳酸盐岩溶蚀空间在水平方向不断扩大延伸,最后形成了大量溶洞系统,后期构造运动使溶洞平衡遭到破坏,发生崩解、坍塌,破碎坠落的矿块、岩块等碎屑物质,遭受水介质的化学、物理侵蚀作用,赋存于碳酸盐岩中的沉积铝土矿层,由于其化学性质相对稳定,在表生环境中以物理风化为主,在重力作用下以垂直搬运为主,与其围岩的溶蚀残余红土混杂堆积于岩溶谷地、洼地中。
风化带中的水溶液富含CO2,其对铁铝岩系中的黄铁矿作用而产生硫酸根,这些具弱酸性的水溶液在运移过程中对堆积矿体中的方解石、白云石及各种碎屑矿物具有一定的水解作用,造成矿石中的硫、磷、钙、镁、钾、钠及活性Si02等物质不同程度的淋滤流失,而铝、铁、钛质相对富集,形成了可供工业利用的堆积铝土矿。
铝土矿成矿作用
基底灰岩的风化作用
铝土矿一般呈透镜状、似层状等,其产出条件与矿体的实际情况密切相关。但是,由于其他成矿条件的限制,矿体的最终形态和厚度也存在着差异。
晚寒武世一中奥陶世以后,由于加里东的活动,华北地区逐渐上升为陆地,气候较为潮湿、炎热;基底灰岩对岩体的发育有很大的影响,而凹陷则是矿床的主要成矿点。
由此可知,沉积型铝土矿的分布主要集中在基底的灰岩上。古陆表面高处的铝硅酸盐岩体与少量的碳酸盐岩发生了剧烈的物理和化学风化,使黄铁矿的氧化速度加快,形成了硫酸亚铁,使水解质呈酸性;在基底灰岩中水流具有明显的酸化特性,并沿着其纹理渗透,最后发生溶蚀作用,形成了一座石台。在基底灰岩的溶蚀过程中会有一小部分的成矿物质被水冲刷出来。
岩溶古地理控矿作用
喀斯特溶铝土矿是中条一秦岭古陆之间的扬子古陆南缘一港湾黔中铝土矿、豫西铝土矿等,是中国古陆及古岛附近的重要矿床。
之所以会出现这样的情况,是因为沉积的铝土矿必须与封闭或半封闭的环境结合在一起。在此情况下,利用高岭石等黏土矿物作为主要组分,可以在实际沉积时对其进行脱硅处理。但是,只有在古陆、古岛边缘的港口、湖泊中才会出现。
红壤的风化作用
以铝土矿为例,它的分布范围主要集中在不连续的侵蚀面上。由于长时间的沉积断续,使表层及表层的铁铝岩经过长期的风化,逐渐形成红土、钙红土。
在红土化作用的影响下,铝土矿源岩在地表和地下水的作用下,逐步分解,最终形成了碱性液体苫这种方法可以导致大量的二氧化硅损失,并将氧化铝、氧化铁与硅石相分离,形成铝胶体等。
河道淤积
由于长期处于潮湿和高温的环境,加之长期的风化,铝土矿物源会形成铝胶质悬浮物,经过河流的冲刷,最终通过河流将其输送至矿床。
通过改变介质,可以使氧化铝颗粒在某种程度上保持稳定。在某一特定的运动时期,由于重力作用,古大陆的边缘产生了大量的粗颗粒,因而形成了高质量的铝土矿;在距离古大陆较远的地方,这种胶质溶液会不断地沉积,因此产生了数量较少的高品质的铝土矿。
成矿机制
成矿机理包括:母岩风化机制,物质搬运,同生期等不同阶段的矿体结构和物质的演变。目前,关于铝土矿的形成机制,已经有很多的研究成果,并且已经产生了很多的原因。
其形成机理包括:一般水体沉积、胶质化学沉积、碎屑沉积、红土化沉积等。近几年,由于新的矿藏和新的矿种出现,使得对其形成机理的探讨越来越多。
目前岩溶铝土矿的形成机理主要有三种:一是红土化形成含铝材料,再经运输至碳酸盐基岩,经沉淀,最终形成铝土矿;在碳酸盐基岩的表层或铝质硅酸盐基岩中经就地沉积而成的铝土矿;在岩溶凹陷中风化壳中的铝溶液经过化学方式转化,最终结晶为铝土矿。
国外的研究主要集中在前者的形成机理上。中国岩溶铝土矿的成因主要有红土或红土残坡积、胶质化学沉积、红土沉积、红土一残坡积沉积等。
最近的研究发现,岩溶型铝土矿的形成机理比较复杂,与主要的地质活动有密切的联系。大陆漂移、集中风化和洋陆俯冲作用,是华北地区岩溶铝土矿的主要成因。
综合地质、矿物学、地球学、岩相学等多方面的研究,认为岩溶型铝土矿的形成机理主要是以离子晶体和碎屑沉积为主。
华南地区的铝土矿形成机理主要是以离子晶体为主;华北岩溶铝土矿的形成机理主要是由离子化结晶和碎屑沉淀作用形成的。
中奥陶世晚期到晚石炭纪早期,地壳经历了一系列的地质变迁,这些地质条件对地球的影响是巨大的。这些岩石在整个过程中都经受了风化和侵蚀,并且长期处于温暖湿润的环境中。
萨帕日尼科夫的调查显示,高岭石和铝土矿的年平均降雨量为85~200mL,平均温度为20-30℃。山西省土矿区年平均气温在29.6—32.4。
钙红土与红土化作用共同形成了含碳酸盐岩系和上古晶岩,为铝土矿的形成奠定了有利的地质基础。古地貌因长期的侵蚀和侵蚀,已经形成了一种准平原。
在适宜的气候条件下,碳酸盐岩形成了大小不等的岩溶凹陷,为铝土矿的沉积创造了有利的外部环境。由于风化壳中铝的活性很低,只有在潮湿的气候或水中有机物含量高的情况下,才容易产生沉淀;铝是一种可以促进铝矿石分解的悬浮物。
在海侵初期,由于地壳的相对稳定,携带的硅、铝、铁等水介质进入盆地后,迁移速度逐渐减慢。水中pH值为7-7.8,这是因为基体碳酸盐的作用而导致的弱碱性。当含硫量低,含氧量低时介质、胶体物、悬浮物等会发生化学反应,最后形成粘土矿、铝土矿。
结 语 :中国陆续发现了大量新型、超大规模的新型铝土矿,以及各种现代检测方法的出现,为中国铝土矿的分析和研究提供了有力支持。对铝土矿进行地质与成因的研究,既要有沉积学、地球化学、同位素、古气候学等多种科学基础,还要通过多种现代化的检测技术进行分析。
铝土矿在中国的国民经济中具有重要作用,应加强对其进行合理勘探和资源的综合利用;在发展过程中应注意保护环境,确保铝业的合理、科学和可持续发展。
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