科学实验报告356.pdf

科学实验报告 实验题目：铝土矿地质特征与成因研究 实验目的：我国铝土矿矿产时空分布广，类型多样，铝土矿地质与成因研究对促进铝土矿地质学开展有重要意义。认识铝土矿的地质特征，查明其分布规律、成矿作用、成因类型等。分析研究矿床分类、铝土矿的矿体形态与内部结构、矿体层序、物质组成、物质来源、成矿环境和成因机制 分析仪器：显微镜、X 衍射分析仪(XRD)、扫描电镜 能谱仪(SEM EDS)、电子探针(EPMA)、差热/热重分析仪(DTA/TG)、红外光谱仪(FTIR)，X 射线荧光光谱仪(XRF)、等离子体质谱仪等 实验内容：一、铝土矿分类方案及类型 1铝土矿矿床分类 诸多国内外学者通过铝土矿的物质组成、矿体形态、地质产状、基岩类型 矿床成因以及产出大地构造背景等对铝土矿展开了详细的分类研究。目前，应用最广泛的是根据基岩来分类。根据基岩类型，铝土矿主要分为喀斯特型和红土型两类。喀斯特型铝土矿据其产出大地构造背景又可划分为板内喀斯特型铝土矿和造山带型铝土矿;其中，造山带型铝土矿占喀斯特型铝土矿总量约 85%。图 1：铝土矿研究框架图 2、中国铝土矿矿床分布与类型 我国铝土矿产以石炭纪和二叠纪铝土矿分布最广;石炭纪铝土矿大量分布于华北准地台上，二叠纪铝土矿那么大量分布于扬子和华南准地台上。依据基岩类型，我国铝土矿主体可以分为两种类型。第一类为喀斯特型铝土矿，含铝矿物主要为硬水铝石。喀斯特型铝土矿占据我国铝土矿总资源量的 85%以上，主体分部在山西、河南、贵州和广西等地区。第二类为红土型铝土矿，主要分布在桂中、福建漳浦、广东雷州半岛和海南蓬莱等地，主要含铝矿物为三水铝石。二、矿体结构与共生矿产 1、矿体层序(1)华 北 铝 土 矿:含 矿 岩 系 层 序 组 成 严 格 受 喀 斯 特 地 形 控 制。(2)桂西铝土矿:桂西喀斯特型铝土矿包括二叠系沉积型和第四系堆积型两种类型的铝土矿。铝土矿含矿层序受古喀斯特地形地貌控制。(3)贵州铝土矿:贵州铝土矿主体赋存于晚石炭世九架炉组中，主要包括两种剖面类型。第一类型为铁质岩 铝质岩类型。第二类型为粘土岩 铝质岩类型。(4)桂中铝土矿:铝土矿和高岭土矿共生。桂中红土型铝土矿主要分布在泥盆系、石炭系碳酸岩溶准平原内低丘、矮岭和台地的第四系红土层中，具有明显的垂向分带性。2、共生矿产 不同类型的铝土矿床由于成矿条件不同，其共生矿产种类也不一样。我国喀斯特型(沉积型)铝土矿共生矿产种类最多，其上覆地层中常产有煤、熔剂灰岩、油页岩等;在含铝岩系中共生有耐火粘土、铁矾土、铁矿、硫铁矿等。我国喀斯特型(堆积型)铝土矿共生矿产主要为低品位三水铝石矿。红土型中通常共生有高岭土和钴土矿。三、矿物组成与演化序列 矿物组成及其形成演化过程的研究主要是通过显微镜观察、X 衍射分析(XRD)、扫描电镜 能谱分析(SEM EDS)、电子探针分析(EPMA)、差热/热重分析(DTA/TG)、红外光谱分析(FTIR)和重砂矿物挑选多种手段综合分析探索。研究发现，不同铝土矿集中区的矿石矿物组成存在较大差异。1、从华北铝土矿矿石中识别出矿物类型有 30 余种。矿物形成阶段大概可以划分为四个阶段:陆源期、同生期、成矿期、成矿后期和表生期。2、贵州喀斯特型铝土矿的矿石矿物主要是硬水铝石。矿物生成阶段主要包括陆源碎屑、早期成岩、晚期成岩及表生成岩等四个阶段(孙建宏和陈其英，。3、桂中、海南以及福建等地铝土矿均为三水铝石红土型铝土矿，主要组成矿物包括三水铝石、高岭石、针铁矿、赤铁矿和锐钛矿等。四、元素特征与伴生矿产 铝土矿研究中主要利用压片法 X 射线荧光光谱(XRF)、等离子体质谱法(ICP MS)、容量法和重量法等多种方法对矿石中常量 微量 稀土元素进行分析。借助统计分析、相关性分析和聚类分析等方法对矿石中元素协同变化规律进行解析，并且结合电子探针分析等确定铝土矿中微量元素分布规律和赋存状态。1 元素组成与空间变化(1)矿石的主量元素组成与变化特征受矿石矿物组成的制约，由于赋存状态和元素地球化学行为属性的不同，多种元素空间分布呈现出多样性，同一元素分布具有空间性变化。(2)不同地区的喀斯特型铝土矿地球化学元素的空间分布特征互有差异。(3)惰性元素确实定一直是地球化学研究的重点，但是不同地区的铝土矿中确定的惰性元素根本类似。(4)虽然铝土矿层自下而上是一个逐次沉积形成的，但是利用地球化学的垂向分布来反演成矿过程是一个很难的途径。2 伴生矿产与赋存状态 铝土矿是 REE、Ga、Sc、Ti、Li 等金属矿产的主要 来 源 之 一 。这些元素主要为铝土矿中伴生矿产资源。我国铝土矿中伴生矿产资源丰富，目前研究成果显示铝土矿中伴生元素主要包括 Ti、Ga、V、Li、Sc、Nb、Ta 和 REE。目前国内铝土矿中稀土元素的赋存状态一直以来仍难以给出确定答复，选矿试验的结论证实稀土元素以吸附态存在的可能性不大，同时以独立稀土矿物存在的量有限，以类质同像替换的可能性最大。五、成矿物质来源 对红土型铝土矿而言，可以直接根据红土型铝土矿的物质组成和矿石结构得知它们与潜在的母岩间的关系;但是对于喀斯特型铝土矿那么不然，因为喀斯特型铝土矿的形成过程比拟复杂。国内铝土矿最新研究进展是创立了喀斯特型铝土矿物质来源研究方法体系，首次应用铝土矿中碎屑锆石 U Pb 和 Lu Hf 同位素特征，提出 LogZr/Hf LogNb/Ta 双变量物源判识图解，综合评价风化源岩类型及其对成矿的奉献。提出了铝土矿的物质来源与大型构造岩浆活动有密切关系，是异源搬运的观点。六、成矿古地理及成矿环境 1 成矿期古地理 成矿古地理条件是影响成矿环境的重要因素。以往学者通过沉积层序、沉积构造、化石面貌、微量元素、同位素等特征对重点矿集区铝土矿沉积环境进行划分研究。根据最新研究成果来看，根据矿体结构，可以将与成矿有关的古环境与古地理大致分为三期。一是成矿前的岩溶喀斯特地貌;二是成矿过程有可能不是一个持续的过程，中间存在间隔期，间隔期的古地理框架与成矿前的喀斯特地貌有关;三是成矿后(末)期的沉积地貌格架。2 成矿环境 铝土矿中矿物类型、地球化学特征以及矿石结构构造等对成矿环境有重要的制约。目前，喀斯特型铝土矿的形成环境主要包括“氧化渗流型和“复原潜水型两种类型。通过矿石颜色、结构构造、矿物类型和元素组成特征等反映的铝土矿沉积/成矿环境非常复杂;多为两种成矿环境间的过渡带环境。对于造山带环境中的喀斯特型铝土矿，由于造山作用导致地形高俊，高差较大，铝土矿的形成环境主体为“渗流型，或者靠近“渗流型;而板内环境中的喀斯特型铝土矿，通常以“潜水型，或者靠近“潜水型环境为主。七、成矿机制 目前，喀斯特型铝土矿形成机制主要包括三种类型:(1)红土化作用形成含铝物质，之后含铝物质被搬运到碳酸盐岩外表沉积形成铝土矿;(2)风化壳中含铝溶液以化学形式搬运到喀斯特洼地中结晶形成铝土矿;(3)碳酸盐岩外表或者内部铝硅酸盐岩铝土矿化(红土化)后原地堆积形成铝土矿。在局部情况下，喀斯特型铝土矿的形成是三种机制的共同作用或者以任何方式结合的产物。该成因机制划分为三个成矿阶段:(1)物质准备阶段，该阶段为母岩中矿物经过风化作用和红土化作用使岩石中矿物分解释放出各种离子，碱性碱土元素随着风化作用的进行逐渐流失，留下来的离子原地结晶形成氧化物和氢氧化物以及局部粘土矿物，这些矿物组成了铝土矿的原始物质。(2)物质迁移阶段，已形成的铝土矿物质经过短距离的搬运在喀斯特洼地中沉积形成铝土矿层。(3)后期改造阶段，该阶段是后成岩作用，变质作用以及表生风化淋滤作用过程，铝土矿在这个阶段是逐渐富集和优化的阶段。目前，喀斯特型铝土矿成因机制探索一般为基于区域地质演化、岩相古地理特征等，通过矿石结构构造研究、矿物成因分析、元素活动行为探讨和元素赋存状态的探索进行综合讨论探索。地质学、岩相学、地球化学和矿物学多学科综合研究揭示了我国喀斯特型铝土矿成因机制。华北板块之上喀斯特型铝土矿(山西、河南)中主要铝矿物 硬水铝石为简单成岩结晶成因;成因机制主体为“离子结晶与碎屑沉积综合成因。而华南铝土矿(贵州、广西)中主要铝矿物 硬水铝石也为简单成岩结晶成因;成因机制主体为“离子结晶成因。实验结论：铝土矿地质与成因研究需要沉积学、表生地球化学、同位素地质学、古气候学多学科的综合研究，也需要应用多项现代测试手段。通过该实验的结果系统综述国内外铝土矿研究方法与进展，总结铝土矿研究方法体系，并阐述我国铝土矿研究一些新认识，主要结论包括:(1)我国铝土矿主体包括喀斯特型和红土型两种类型的铝土矿，其中以喀斯特型铝土矿为主;红土型铝土矿剖面类型与形成环境条件密切相关。喀斯特型铝土矿整体为硬水铝石型，形成环境为碱性复原的“潜水型环境中;矿体受到岩溶喀斯特微地形的控制，含矿岩系层序变化复杂，主体分为局部高地与局部洼地两种类型;局部洼地产出的铝土矿矿体较厚，局部剖面包括多个铝土矿 粘土岩的沉积旋回。(2)喀斯特型铝土矿的成矿物质普遍经历多个演化阶段，造成了矿石矿物组成的复杂性和区域间的差异性;喀斯特型铝土矿物质来源呈多源性特征，整体物质以异源搬运的;物质迁移机制存在区域性 差异;华北喀斯特型铝土矿主体为碎屑沉积+离子结晶成因;而华南铝土矿那么主体为离子结晶为主。(3)重要铝土矿富集区都与重大地质事件有关;中国喀斯特型铝土矿主体为洋陆俯冲、大陆漂移和集中风化的结果。本实验将阐述局部国内铝土矿研究一些新进展，但是在物质组成、成矿过程与找矿标志方面仍然需要进一步深入讨论研究:(1)层序组成与矿石矿物组成的区带性变化及其成因;(2)伴生元素的赋存状态与综合利用;(3)具体的成矿过程需要进一步阐释。此外，对于铝土矿的找矿与勘探，地球化学、地球物理(重磁)与遥感信息对矿体存在及其富集度的指示性十分有限，有效的找矿标志仍需进一步探索。