| 黔中清镇-修文矿集区喀斯特型铝土矿矿物学、地球化学及成矿机制研究 |
| 凌坤跃
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| 导师 | 朱笑青
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| 2015
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| 学位授予单位 | 中国科学院研究生院
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| 学位授予地点 | 北京
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| 学位名称 | 博士
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| 学位专业 | 矿物学、岩石学、矿床学
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| 关键词 | 清镇-修文矿集区
铝土矿
矿物学
地球化学
成矿模拟实验
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| 其他摘要 | 铝土矿在贵州主要分布于黔中和黔北地区。黔中铝土矿主要为喀斯特型，包括清镇-修文、息烽-遵义和凯里-黄平矿集区，黔北铝土矿主要为沉积型，集中在务川-正安-道真矿集区。对于黔中喀斯特型铝土矿的研究，在成矿物质来源、矿石矿物演化、成矿模拟实验和成矿水文地质条件等的研究上尚不够深入，存在较大的争议。本文选取了黔中喀斯特型铝土矿最重要和最具代表性的清镇-修文矿集区作为研究对象，通过成矿模拟实验、沉积学、矿物学、矿床学和地球化学等手段，综合分析了清镇-修文矿集区下石炭统含铝岩系矿物学特征、地球化学特征，阐述了矿床的成矿物质来源、矿石矿物演化关系以及含矿岩系“煤-铝-铁”结构与铝土矿的关系，并探讨了矿床成因和建立了黔中喀斯特型铝土矿成矿模式。 研究区铝土矿含矿岩系为下石炭统九架炉组，从上到下一般分为三段，上段煤层或炭质粘土岩层、中段铝土矿层和下段铁质岩层，构成“煤-铝-铁”“三明治”结构。清镇林歹铝土矿下伏地层为中寒武统石冷水组白云岩，修文小山坝铝土矿下伏地层为中、上寒武统娄山关群白云岩，共同上覆地层为下石炭统摆佐组灰岩或白云岩。铝土矿矿石类型主要为碎屑状铝土矿、致密块状铝土矿和高铁铝土矿。矿石矿物为一水硬铝石和一水软铝石，其它矿物有高岭石、伊利石、锐钛矿、赤铁矿等。一水硬铝石与一水软铝石由于其化学成分相同、化学性质相似以及矿物颗粒细小等特征，一直以来都很难鉴别。作者通过X射线粉晶衍射（XRF）、扫描电子显微镜（SEM）和电子探针（EPMA）相结合的方法对其进行了综合鉴定。结果显示一水硬铝石呈短柱状或薄板状、粒度相对较大（2~10μm）、不含或含微量的硅，一水软铝石主要呈它形粒状、颗粒细小（0.2~5μm）、含有高含量的硅（2.71~11.8 wt.%）。 通过对比含矿岩系与下伏地层的微量和稀土元素特征以及Zr/Hf、Nb/Ta和Y/Ho等比值特征，结合区域地质特征综合分析表明黔中早石炭世九架炉组含铝岩系的主要成矿母岩为下伏娄山关群或石冷水组不纯白云岩及其所夹的泥质岩条带。小山坝铝土矿的成矿物质来源相对比较复杂，可能经历过多期次的“风化-堆积-再风化”旋回。铝土矿中Ga、Zr、Cr、V、Li、Nb、Ta、Th等化学性质稳定的微量元素比较富集，有的甚至达到工业品位。元素质量变倍数化计算（MMC）结果显示整个含矿岩系都富集上述微量元素。但这些元素在铝土矿矿石中并非最富集，甚至是整个含矿岩系中最低的。表明上述元素的富集是受化学风化程度控制而非铝土矿成矿作用控制。 成矿模拟实验（淋滤和浸泡实验）结果表明地下水条件对于铝土矿的形成具有重要的作用，特别是在矿源岩经风化沉积在喀斯特洼地中之后，在中偏酸性（无机酸）条件下迁移出硅，之后在酸性、还原性及有机质存在（还原性有机酸）的条件下迁移出铁，最终形成高质量的铝土矿。成矿实验及含矿岩系下段清镇式铁矿铁同位素的研究表明：“煤-铝-铁”结构的出现并不是偶然，而是在特定条件下形成的：在铝土矿形成过程中，上段煤层中的有机硫和黄铁矿等硫化物容易被氧化，形成具酸性、还原性（H2S、H2SO4等）及有机质存在的地下水向下淋滤铝土物质使其白化富集，还可以把Fe3+还原成易于迁移的Fe2+并向下迁移至碳酸盐岩基底附近沉淀形成“煤-铝-铁”结构中的铁质层（FeS2、FeCO3等），即清镇式铁矿。 通过成矿模拟实验和地球化学研究，结合矿床地质特征，总结出贵州中部喀斯特型铝土矿的成矿模式： 1. 矿源岩白云岩及所夹的泥质岩条带在热带潮湿气候条件下经历强烈的风化作用，K、Na、Ca、Mg等活动性强的元素被迁移出去，Fe、Al、Ti、Si等元素则残留在古风化壳中，形成红土型铝土矿或者富Al红土； 2. 富铝红土或原地或被搬运到附近的岩溶洼地中沉积形成原始铝土物质（即铝土矿的前身），热带潮湿炎热的气候使陆地上植物繁茂，大量植物腐殖分解产生腐植酸流向封闭、半封闭的岩溶洼地等富铝红土沉积区，致使水体成偏酸性环境，形成了去Si富Al的有利环境条件； 3. 经过长期的去Si富Al作用之后，原始铝土物质演变成具有更低Si含量（<20wt%）的铝土物质，之后在矿层上部沉积了富含有机质的沉积物，即“煤-铝-铁”结构中煤的前身，煤层氧化形成酸性、还原性及富含有机质的地下水向下淋滤铝土物质使其白化富集形成原始铝土矿，随着上覆沉积物的增厚，含铝岩系埋藏到潜水面以下，淋滤作用停止； 4. 晚三叠世贵州地区地壳抬升，含铝岩系再次抬升到潜水面以上，原始铝土矿再次经历表生淋滤作用而二次富集。 |
| 学科领域 | 矿床地球化学
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| 语种 | 中文
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| 文献类型 | 学位论文
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| 条目标识符 | http://ir.gyig.ac.cn/handle/352002/6225
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| 专题 | 研究生_研究生_学位论文
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推荐引用方式
GB/T 7714 |
凌坤跃. 黔中清镇-修文矿集区喀斯特型铝土矿矿物学、地球化学及成矿机制研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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