0几内亚博凯地区红土型铝土矿矿床地质特征及成因分析王兴民 1* 张成学 1 李 宇 2（1 河南省地矿局第二地质矿产调查院，郑州 450001；2 河南豫矿资源开发集团有限公司，郑州 450012）摘 要：几内亚博凯地区是世界著名的红土型铝土矿成矿区。矿床由基性岩浆岩经长期的原地风化作用形成。含矿风化壳自上而下依次为铁（铝）帽层、铁（铝）红土层、铁质粘土层、粘土层、粉砂质粘土层等 5 个岩性层，矿体主要赋存于铁铝风化壳的中上部，层位稳定。包括赋存于地表铁帽中的块状铝土矿及赋存于铁红土中的土状铝土矿两种自然类型，属三水铝石型低硅铝土矿。矿石主要化学组分较稳定，矿化均匀，是优质铝土矿。Al2O3、Fe 2O3 由地表向深部逐渐降低，二者呈相互消长关系；SiO 2 上部含量较低，下部含量逐渐增高，与 Al2O3 沿垂直方向变化呈负相关关系。关键词：红土型铝土矿；地质特征；基性岩；风化作用；几内亚0 引言铝土矿矿床按其母岩性质大致可分为两大类型：硅酸盐岩上的红土型铝土矿矿床和碳酸盐岩上的岩溶铝土矿矿床 2。据美国地质局调查局的统计，2010 年全球铝土矿资源量6.71010-9.01010 t，其中几内亚名列世界第一，约占世界总资源量的三分之二 1-2。2007 年以来，受国内数家公司委托，我们承担了几内亚博凯地区数千平方千米的勘探工作，提交了数十亿吨红土型铝土矿资源 3。1 区域地质背景几内亚位于西非克拉通内 4，除西部大西洋沿岸有新生界盖层和晚古生代陆源碎屑岩分布外，其他均为前寒武纪变质岩系以及其中分布的混合花岗岩和辉绿岩带。博凯地区位于西非克拉通西部边缘，地表 90%以上被风化残积铁帽覆盖，沿河流、沟谷分布有冲洪积物，在深切的沟谷中有小面积的奥陶志留/泥盆系石英砂岩、粉砂岩及基性浅层侵入岩和火山岩出露。矿区处在温都博鲁弗里亚向斜构造轴部偏西翼，区内岩浆活动较强烈（图1） 。第一作者 王兴民（1960） ，男，高级工程师，从事地质勘查与管理工作。第二作者 张成学（1961） ，男，高级工程师，从事地质勘查工作。第三作者 李 宇（1985） ，女，助理工程师，从事地质技术工作。1图 1 几内亚博凯地区地质简图2 勘探区地质特征2.1 矿体地质特征勘探区铝土矿赋存于铁铝风化壳的中上部 3，矿体层位稳定，主要分布在海拔 140m以上的山丘中部和上部，产状随地形起伏变化。后期地形的切割对矿体形态影响明显，原本完整的矿体被沟谷分割得支离破碎，平面形态各异。根据分割地形和矿体分布情况，勘查区共圈出 39 个矿体，其中主要矿体 16 个，其资源量占全区总资源量的 92.09%。主要矿体平均厚度 4.76-10.10m，变化系数 47.25%-61.61%；Al 2O3 平均含量 40.05%-42.89%，变化系数 4.14%-9%；A/S 平均值 10.83-19.84，变化系数 49.96%-72.78%，矿体中主要化学组分较稳定，矿化均匀，是优质的铝土矿。2.2 矿石特征2依据区内的矿石结构、构造特征可将铝土矿矿石分为两种自然类型：即赋存于地表铁帽中的块状铝土矿及赋存于铁红土中的土状铝土矿，两种矿石类型的矿物组合、有益有害组分含量等都十分接近。2.2.1 块状铝土矿：呈浅黄色、褐红，泥质-豆状结构，蜂窝状、皮壳状及块状构造。块状铝土矿与铁矾土在结构、构造上用肉眼无法区别，通过 X-射线多晶衍射仪扫描观察（图 2） ，构成块状铝土矿的主要矿物为三水铝石，集合体直径小于 1m，平均含量82%；次之为赤铁矿，少量石英。通过热分析方法测定，一水铝石平均含量 4.47%；Al 2O3最低品位 35.04%，最高品位 57.91%，平均品位 42.95%；Fe 2O3 最低含量为 5.77%，最高含量为 44%，平均含量 28.58%；SiO 2 矿床最低含量为 0.17%，最高含量为 11.42%，平均含量 2.49%；A/S 最低值 5.02，最高值 255，平均值 15.87。Al 2O3 一般沿垂直方向靠近地表含量较高，向深部含量逐渐降低；Fe 2O3、SiO 2 近地表较低，向深部含量逐渐增高，与 Al2O3沿垂直方向变化呈负相关关系。沿水平方向，不同化学组分与地形起伏变化关系密切，Al2O3、A/S 随地形起伏而起伏。图 2 块状铝土矿 X-射线衍射分析曲线特征 32.2.2 土状铝土矿：棕红、砖红色，泥质-豆状结构，土状构造，通过 X-射线多晶衍射仪扫描观察，构成土状铝土矿的主要矿物为三水铝石，集合体直径小于 1m，含量 78%，次之为一水铝石，含量 9%，赤铁矿，含量 7%，少量石英。土状铝土矿 Al2O3 最低品位 35%，最高品位 57.8%，平均品位 41.4%；Fe 2O3 最低 6.4%，最高 45.2%，平均含量 29.6%；SiO 2最低含量 0.22%，最高 34.1%，平均含量 3.1%；A/S 最低 5.03，最高 182.3，平均值15.02。一般情况下，Al 2O3、 Fe2O3 沿垂直方向向深部逐渐降低，二者呈相互消长关系；SiO2 上部含量较低，下部含量逐渐增高，与 Al2O3 沿垂直方向变化呈负相关关系。2.2.3 矿石类型：主要矿物以三水铝石为主，含量达 72%-96%，个别见有微量的一水铝石，属三水铝石型铝土矿。Al 2O3 含量 35.01%-56.87%，平均值 41.01%；SiO 2 含量 0.69%-10.35%，平均值 2.82%，属低硅类型。矿石中 Fe2O3 含量 5.77%-54.60%，平均值 29.47%，3属超高铁型，化学全分析和光谱半定量全分析结果显示，矿石中含硫量极低。依据上所述特征，本区的铝土矿石工业类型属高铁低硫三水型铝土矿矿石。3 含矿岩系特征区内含矿岩系即风化壳自上而下可划分 5 个岩性层，分别为铁（铝）帽层、铁（铝）红土层、铁质粘土层、粘土层、粉砂质粘土层（图 3） 。图 3 含矿岩系岩性垂直分带剖面图 5-61 铁矾土；2 铁红土；3 粘土；4 铁质粘土；5 粉砂质粘土；6 风化辉长岩；7 辉长岩；8 矿石粘土3.1 铁（铝）帽层褐红、砖红色，泥质结构，蜂窝状、皮壳状构造。根据岩矿鉴定结果铁（铝）帽层的主要矿物成分为三水铝石，含量 25.0%-58.0%。其次为赤铁矿，平均含量 19.16%、针铁矿平均含量 14.93%。高岭石含量较少，平均含量 2.21%、石英平均含量 0.58%、锐钛矿平均含量 1.11%。近地表具褐铁矿化。其化学成分表现为富铝高铁，二者呈相互消长关系。依据系统探矿工程统计，铁（铝）帽层主要化学成分的平均含量分别为：Al 2O3 28.94%、SiO 2 5.34%、Fe 2O3 25.81%、TiO 2 1.60%。依据化学全分析结果铁（铝）帽层与块状铝土矿各化学成分对比：TiO2、S 、P 2O5、SiO 2 含量变化不大，K 2O、Na 2O、CaO、 MgO 含量远低于块状铝土矿。本层构成了矿区的主要地质体，是块状铝土矿赋存部位，二者肉眼无法区分，仅依据化验结果确定。被沟谷切割呈不规则状分布。厚度一般在 2 -5m，最厚可达 15m 左右。3.2 铁（铝）红土层该层厚度 2-5m，最大厚度可达 23m。呈砖红色，泥质、豆鲕、结核状结构，土状构造。主要矿物为三水铝石，含量 14.0%-43.0%。次之为赤铁矿，含量 5.0%-19.0%、针铁矿7.0%-23.0%、白云母 3.0%-14.0%、高岭石 2.0%-40.0%、石英 2.0-16.0%等。铁（铝）红土层化学成分特征与铁（铝）帽层相似，主要化学成分平均含量分别为：Al2O3 28.49%、SiO 2 9.12%、 Fe2O3 42.59%、TiO 2 1.64%。依据化学全分析结果铁（铝）红土层与土状铝土矿各化学成分对比：TiO 2、S、P 2O5 含量变化不大、K2O、Na 2O、CaO、MgO 含量稍低， SiO2 差别较大。该层是土状铝土矿的主要赋存层位，位于铁（铝）帽层之下，二者为渐变接触关系。3.3 铁质粘土岩层4紫红、斑杂色，泥质结构，土状构造。主要矿物为白云母，含量 55.0%左右。次之为高岭石，含量 12.0%-33.0%、石英 7.0%-22.0%、三水铝矿 0-11.0%。少量赤铁矿 0-4.0%，针铁矿 3.0%-7.0%等。主要化学成分平均含量分别为：Al 2O3 26.45%、SiO 2 51.17%、Fe 2O3 8.34%、TiO 2 1.51%。一般化学成分特征（表 1） 。铁质粘土岩产出于铁（铝）红土层的下部，厚度一般在 1-9.6m，与其上的铁（铝）红土层及下覆粘土岩层呈渐变接触关系。表 1 赋矿岩系与矿石各化学成分对比表化学成分 /10-2岩 性 样品数TiO2 S P2O5 SiO2 K2O Na2O CaO MgO铁帽 3 1.60 0.056 0.34 5.34 0.12 0.02 0.04 0.04块状铝土矿 22 1.55 0.065 0.27 3.80 0.32 0.09 1.5 0.4铁红土 11 1.64 0.085 0.22 9.12 0.13 0.68 0.29 1.80土状铝土矿 24 2.30 0.077 0.16 2.11 0.97 1.17 0.65 2.30铁质粘土岩 9 1.51 0.02 0.08 51.17 3.54 0.140 0.07 0.19粘土岩 6 1.24 0.077 0.08 56.28 3.32 0.10 0.05 0.253.4 粘土岩层浅灰白色，泥质结构，土状构造。主要矿物为石英，含量 38.0%，白云母 45.0%。次之为高岭石，含量 12.0%。少量三水铝石，含量 3.0%、赤铁矿含量 2.0%等。主要化学成分平均含量分别为：Al 2O3 19.27%、SiO 2 56.68%、Fe 2O3 10.11%、TiO 2 1.24%。一般化学成分特征见表 1。粘土岩层产出于铁质粘土层的下部，厚度一般在 2-6.65m。3.5 粉砂质粘土岩层岩性浅灰白色，粉砂质结构，土状构造，主要矿物为石英，白云母，高岭石等。化学成分表现为高硅，SiO 2 含量最高可达 88.10%。一般分布于粘土岩之下，厚度 1-4.5m，与上覆粘土岩层呈渐变接触关系。4 矿床成因4.1 矿源层的形成中生代，大西洋的海底扩张致使西非克拉通产生大规模的断裂构造，与此同时伴随着强烈的岩浆活动，其中以大面积喷溢形成的粒玄岩和浅层浸入的辉绿玢岩、辉绿岩为主，形成了广布几内亚的粒玄岩及浅成侵入体辉绿岩或次火山岩辉绿玢岩，这些基性岩浆岩是一种含铝较高的岩石类型，它们被剥蚀后裸露于地表，成为红土型铝土矿的矿源层。4.2 初期风化阶段在热带湿热气候条件下，经历长期的地质风化作用，以化学风化和生物风化为主的，粒玄岩、辉绿岩及辉绿玢岩中的斜长石、辉石逐渐转变为高岭石等粘土矿物，同时析出部5分铁而形成其氢氧化物，继而脱水演变为氧化物 Fe2O3。这就是红土化的初期阶段，风化壳得以初步形成。其风化过程如下：斜长石白云母水云母（伊利石）高岭石辉石角闪石（黑云母）绿泥石水绿泥石蒙脱石多水高岭石高岭石上述岩石中的矿物风化中间产物都为高岭石，而高岭石可进一步分解为水铝石矿物即铝土矿：Al4Si4O10(OH)8+nH2O2Al 2O3nH2O+4SiO2+4H2O(高岭石) （n 水铝土矿 ）角闪石（Ca，Na） 2-3（Mg，Fe，Al） 5Si6（Si，Al） 2O22(OH，F) 2、黑云母K(Mg，Fe） 3AlSi3O10(OH， F)2 中析出其中的 Fe 在表生作用下形成赤铁矿、针铁矿和褐铁矿。4.3 铝土矿形成阶段随着地质风化作用强烈持续不断地推进，岩石中化学活性较大的 K、Na 、Ca、Mg 等元素迁