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第 48 卷第 3 期 2012 年 5 月 地质与勘探 GEOLOGY AND EXPLORATION Vol． 48No． 3 May， 2012 铝土矿专栏 ［收稿日期］ 2011 －12 －10; ［修订日期］ 2012 －01 －18; ［责任编辑］ 郝情情。 ［基金项目］ 论文得到河南省覆盖区铝 粘 土矿资源潜力评价和找矿技术研究项目 项目编号 编号 资 ［ 2010］ 矿评01 －12 －13 号 资助。 ［第一作者］ 王燕茹 1985 年 ， 女， 在读硕士， 现主要从事铝土矿方面研究。E － mail wangyanru easymap． com． cn。 河南渑池铝土矿成矿区地球化学背景 王燕茹 1， 王庆飞1， 刘学飞1， 李中明2 1． 中国地质大学 地质过程与矿产资源国家重点实验室， 北京100083; 2． 河南省地质调查院， 河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室， 河南郑州450001 ［ 摘要］ 地球化学元素的分布特征反映了元素矿化富集规律。本文在了解矿床地质背景及地球 化学性质的基础上， 通过对河南渑池地区水系沉积物地球化学测量数据的统计分析， 着重研究铝土矿成 矿区的地球化学背景， 寻找地球化学找矿指标， 希望对以后的勘察工作有所借鉴。研究区的铝土矿带位 于石炭系本溪组地层中， 且本溪组不整合覆盖于奥陶纪地层之上。与上层地层相比， 矿层富含 Al2O3 、 高 场强元素 HSFS ， 尤其是硼元素。对水系沉积物地球化学数据进行分析， 得出反映元素分布形态的地 球化学图， 结果表明， 只有 B 元素可以明确反应铝土矿的空间分布位置。矿床点一般沿硼元素高值区边 界分布， 表明 B 元素可以作为河南渑池铝土矿成矿区的地球化学找矿指标。 ［ 关键词］ 地球化学背景铝土矿硼 B 渑池河南 ［ 中图分类号］ P618［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 0495 －5331 2012 03 －0526 －7 Wang Yan －ru， Wang Qing －fei， Liu Xue －fei， Li Zhong －ming． Geochemical background of the Mi- anchi bauxite mineralization area， Henan Province［ J］ ． Geology and Exploration， 2012， 48 3 0526 －0532． 1研究背景 根据基岩分类， 覆盖于碳酸盐岩古喀斯特面之 上的铝土矿被定为喀斯特型铝土矿。大量的学者对 铝土矿形成过程中的元素的流动性和富集情况进行 了研究 范忠仁， 1989; 陈汉成等， 1996; MacLean et al． ， 1997; Valeton et al． ， 1997; Francheschelli et al． ， 1998; Horbe et al． ， 1999; Mordberg， 2001; ztrk et al． ， 2002; 戴 塔 根 等， 2003; Laskou et al． ， 2005; Mameli et al． ， 2007; Calagari et al． ， 2007; wang et al． ， 2010， 2011; 殷科华， 2009; 刘学飞等， 2008 。研究结 果表明铝土矿的形成富集 Al2O3和 TiO2， 流失 SiO2， Fe2O3和其他碱性元素 汤艳杰等， 2001; 翟东兴等， 2002; Bardossy， 1982; Mameli et al． ， 2007; Meyer et al． ， 2002; Valeton et al． ， 1987; MacLean， 1990; Calagari et al． ， 2007; Liu et al． ， 2010; Deng et al． ， 2010b 。 铝土矿形成后会经历复杂的褶皱、 断层， 并且在 空间上会有错断， 这就意味着找矿更加困难 Zaras- vandi et al． ， 2008 。因此， 在褶皱地区确立铝土矿 的地球化学找矿指标对隐伏矿床的定位预测有很大 帮助的。虽然铝土矿中有稳定的明显的富集元素， 但这些元素的分布几乎不能指示铝土矿的空间分 布， 由于铝土矿的表层成矿元素的各种复杂行为， 喀 斯特型铝土矿地球化学指标的研究比较少。 渑池铝土矿属沉积型铝土矿， 成矿区内有已探 明铝土矿床点 27 个， 且该区的铝土矿在形成过程中 经历了褶皱和断层。本文主要研究该区矿石的地球 化学组成， 地球化学背景及水系沉积物元素的浓度 分布。在研究地球化学背景的基础上， 旨在找出河 南渑池铝土矿成矿区的地球化学找矿指标， 从而为 豫西地区铝土矿勘查提供有用找矿信息。 2地质背景 研究区出露地层从老到新依次为 新元古界长 城系为一套巨厚的中 － 基性为主的裂隙性喷发岩; 新元古界蓟县系属滨海 － 浅海相的碎屑岩建造; 寒 武系为碳酸盐构造; 奥陶系为灰色厚层 － 巨厚层灰 岩夹白云岩、 角砾状灰岩、 角砾状白云岩; 石炭系为 一套铁铝质岩建造， 主要由铝铁质粘土岩、 铝土岩和 粘土岩组成， 局部含灰岩、 砂砾岩、 碳质页岩及煤层; 625 二叠系是湖沼相和河流相为主的含煤建造和碎屑岩 建造， 由煤层、 砂岩、 页岩等组成; 三叠系属陆相碎屑 岩沉积， 以河流相为主， 湖沼相次之; 侏罗系下部为 沼泽相含煤建造， 上部为红土层， 属内陆湖泊沉积; 白垩系属内陆湖泊相沉积; 新生界属河湖相沉积 图 1 。区域结构中占主导地位的是渑池背斜， 该 背斜被后来的断层错断。区域构造以 NE 向为主， NW 向次之， 也有近 EW 组的断层。 3典型矿床地球化学组成 本次选择郁山村、 火石沟、 钻孔 1910、 钻孔 701、 钻孔 3102、 钻孔 501 六个地方 22 个样品进行分析， 测试结果见表 1。本次选择 Al2O3含量不低于 20 的样品的主量、 微量、 稀土元素进行详细分析。 3． 1主量元素 矿 石 样 品 主 要 包 括Al2O323． 26～ 71. 10wt． ，Fe2O3 0． 06 ～ 15． 99wt． ，FeO 0. 17 ～ 19． 52wt． ， SiO2 8． 6 ～ 45． 76wt． ， K2O 0． 26 ～8． 85wt． ， TiO2 0． 91 ～ 4． 90wt． ， 灼失量 H2O CO26． 23 ～20． 81wt． ， 和少量 的 MgO， CaO， P2O5， Na2O 和 MnO。 3． 2微量元素 为了显 示 研 究 区 矿 石 的 微 量 元 素 富 集 特 征， 图 2 展示了矿区内 Al2O3含量不低于 20 样品的微量元素的原始地幔和上地壳标准化蛛 网图。 微量元素原始地幔标准化蛛网图 图 2a 呈现 不规则的起伏， 明显富集挥发性元素 B， F ， 碱土元 素 Li， Rb， Cs， Be， Sr， Ba ， 亲硫元素 Ga、 Bi ， 高场 强元素 Zr， Hf， Nb， Ta， Th， U ， 和 Y; 亏损 Cu、 Zn 和 亲铁元素 Cr、 Ni。 与微量元素原始地幔标准化蛛网图相比， 微 量元素上地壳标准化蛛网图 图 2b 中明显富集 B， 高场强元素 Zr， Hf， Nb， Ta， Th， U 、 亲硫元素 Bi; 碱土元素 Li， Rb， Cs， Be， Sr， Ba 则是轻微富集 或略微亏损都有。在所有元素中， B 元素的富集是 最显著的。 由图 2 得出， 矿石样品中富集 B 元素、 高场强 元素 Zr， Hf， Nb， Ta， Th， U 和亲硫元素 Bi。 3． 3稀土元素 Al2O3含量不低于 20样品的稀土元素球率陨 石配分曲线见图 3， 稀土配分曲线呈右倾型， 稀土总 量各不相同， 范围为 83． 50 10 －6 ～1617． 98 10 －6， 均值 578. 56 10 －6， 轻重稀土比值 4． 26 ～21． 99， 均 值 9． 69， 明显富集轻稀土; 铈异常复杂， 样品具有一 致的负铕异常。 图 1河南渑池铝土矿成矿区地质图 Fig． 1Geological map of the Mianchi bauxite ore district，Henan Province 1 － 第四系; 2 － 第三系 － 二叠系; 3 － 石炭系本溪组; 4 － 奥陶系; 5 － 寒武系; 6 － 元古代; 7 － 侵入岩; 8 － 断层; 9 － 水系; 10 － 铝土矿; 11 － 粘土矿 1 － Quaternary; 2 － Tertiary － Permian; 3 － Carboniferous Benxi Fm． ; 4 － Ordovician; 5 － Cambrian; 6 － Proterozoic; 7 － intrusive rock; 8 － fault; 9 － water system; 10 － bauxite deposit; 11 － clay deposit 725 第 3 期王燕茹等 河南渑池铝土矿成矿区地球化学背景 825 地质与勘探2012 年 925 第 3 期王燕茹等 河南渑池铝土矿成矿区地球化学背景 图 2河南渑池铝土矿成矿区 Al 2O3含量不低于 20样品的微量元素蛛网图 Fig． 2Spider diagrams of trace elements from the samples with Al2O3content no less than 20 in the Mianchi ore district，Henan Province 图 3河南渑池铝土矿成矿区 Al 2O3含量不低于 20 样品的稀土元素配分曲线图 Fig． 3REE patterns of the samples with Al2O3 content no less than 20 in the Mianchi ore district， Henan Province 4现代地球化学图 矿石中富集挥发性元素 B， 高场强元素 Zr， Hf， Nb， Ta， Th， U ， 亲硫元素 Bi 和轻稀土元素。 本次选择 1∶ 20 万的区域化探全国扫面计划的 水系沉积物化探数据进行分析。区域化探全国扫面 计划是中国最大的地球化学填图项目， 自 1978 年以 来涵盖了 600 104km2的高原地区。水系沉积物测 量的采样密度为每平方公里 1 个样品， 然后将 4km2 内的样品组合送交分析 Wang et al． ， 2007 。 研究区内水系沉积物数据共 665 个。分别对下 列元素进行分析 Al2O3， Fe2O3， MgO， K2O， SiO2， B， Ba， Ce， Co， Cr， Li， La， Nb， Ni， Sr， Th， Ti， U， V， Zn， 和 Zr。对典型元素进行直方图分析有 图 4 中水系沉积物化探数据典型元素的直方图 呈塔形分布， 指示该区域内元素浓度高低分布均匀， 服从正态分布。因此， 用元素浓度的平均值划分地 球化学图中得高值区和低值区， 见图 5。 如图所示， 稀土元素的代表元素镧的化探异常 分布散乱， 指示稀土元素与铝土矿床 点 的空间分 布没有关系。 铝土矿床 点 分布于 Al2O3和高场强元素 Nb 的异常区内 1高场强元素在风化中是稳定不移动 的，但是第四系沉积物中的高场强元素的持续富集 是在随后的风化作用中形成的，并不表示铝土矿的 图 4河南渑池铝土矿成矿区水系沉积物 Al 2O3， B， Nb 和 La 元素直方图 Fig． 4Histograms for Al2O3，B，Nb and La concentrations of the stream sediment samples in the Mianchi ore district，Henan Province 035 地质与勘探2012 年 图 5河南渑池铝土矿成矿区水系沉积物典型元素地球化学图 Fig． 5Geochemical maps of the selected elements from stream sediment samples by the mean values in the Mianchi ore district，Henan Province 浅灰色 － 低值区; 深灰色 － 高值区; 黑点 － 铝土矿床 点 Light grey － low element concentration;dark grey － high element concentration;black point － Bauxite deposit 形成; 2铝土矿的风化残留物可以引发 Al2O3浓度 异常， 不同岩性岩石的风化也可以引发水系沉积物 中的 Al2O3浓度偏高， 因此， 水系沉积物 Al2O3 高值 区的范围明显偏大， 不适合直接用来指示铝土矿床 的形成。 铝土矿床 点 一般沿 B 元素的区域化探异常 边界分布。因此， 微量元素 B 可以作为铝土矿找矿 的地球化学指标。 5结论 1矿石地球化学研究显示， 矿石主要组成是 Al2O3和 SiO2; 微量元素， 如 Zr， Hf， Nb， Ta， Th， U， 特 别是 B， 在铝土矿成矿过程中明显富集。 2在所有的富集元素中只有 B 元素高值区 可以更好预测铝土矿床的空间存在位置。因此， B 元素可以作为铝土矿的地球化学找矿标志。 ［ References］ Bardossy G． 1982． Karst bauxites，bauxite deposits on carbonate rocks ［J］． InDevelopments in Economic Geology， 14 1 －441 Calagari A A，Abedini A． 2007． Geochemical investigations on Permo － Triassic bauxite horizon at Kanisheeteh，east of Bukan，West － Azarbaidjan［J］． Journal of Geochemical Exploration， 94 1 －18 Chen Han － cheng， He Yi － xing， Ma Hong － mei， Xu Ying． 1996． Classi- fication of bauxite ore in north China［J］． Journal of Changchun Uni- versity of earth sciences， 26 2 185 －190 Deng Jun，Wang Qing － fei，Yang Shu － juan，Liu Xue － fei，Zhang Qi － zuan，Yang Li － qiang，Yang Yue － heng． 2010b． Genetic rela- tionship between the Emeishan plume and the bauxite deposits in Western Guangxi，Chinaconstraints from U － Pb and Lu － Hf iso- topes of the detrital zircons in bauxite ores ［J］ ． Journal of Asian Earth Sciences， 37 412 －424 Fan Zhong － ren． 1989． Characteristic ratios of trace elements and genic significance of bauxite deposits in central － western Henan［J］． Ge- ology and Exploration， 7 23 －27 in Chinese Francheschelli M，Puxeddu M，Memmi I． 1998． Li，B － rich Rhaetian metabauxite，Tuscany，Italyreworking of older bauxites and igne- ous rocks［ J］ ． Chemical Geology， 144 3 －4 221 －242 Horbe A，Costa M． 1999． Geochemical evolution of a lateritic Sn － Zr － Th － Nb － Y － REE － bearing ore body derived from apogranitethe case of Pitinga，Amazonas － Brazil［ J］ ． Journal of Geochemical Ex- ploration， 66 339 －351 Laskou M，Margomenou － Leonidopoulou G，Balek V． 2005． Thermal Characterization of bauxite samples［J］ ． Journal of Thermal Analysis and Calorimetry， 82 1 －5 Liu Xue － Fei，Wang Qing － Fei，Deng Jun，Zhang，Qi － Zuan，Sun Si － Lei，Meng Jian － Yin． 2010． Mineralogical and geochemical in- vestigations of the Dajia Salento － type bauxite deposits，western Guangxi，China［ J］ ． Journal of Geochemical Exploration，105 137 －152 in Chinese with English abstract Liu Xue － fei， Wang Qing － fei， Zhang Qi － zuan， Zhou Fang， Gao Bang － fei， Xu Hao．2008． Thermal analysis of core of the ore body Ⅶ in the 135 第 3 期王燕茹等 河南渑池铝土矿成矿区地球化学背景 Xinxu bauxite deposit， Jingxi county， Guangxi province［J］． Mineral Petrol， 28 4 53 －58 in Chinese with English abstract MacLean W H，Bonavia F F，Sanna G． 1997． Argillite debris converted to bauxite during karst weatheringevidence from immobile element geochemistry at the Olmedo Deposit，Sardinia［J］． Mineralium De- posita， 32 607 －616 MacLean W H． 1990． Mass change calculations in altered rock series ［J］． Mineralium Deposita， 25 44 －49 Mameli P，Mongelli G，Oggiano G，Dinelli E． 2007． Geological，geo- chemical and mineralogical features of some bauxite deposits from Nurra Western Sardinia，Italy insights on conditions of ation and parental affinity［J］ ． International Journal of Earth Sciences， 96 887 －902 Meyer F M， Happel U， Hausberg J， Wiechowski A． 2002． The geometry and anatomy of the Los Pijiguaos bauxite deposit，Venezuela［J］ ． Ore Geology Reviews， 20 1 －2 27 －54 Mordberg L E． 2001． Mineralogy and geochemistry of trace elements in bauxitesthe Devonian Schugorsk deposit，Russia［J］． Mineralogi- cal Magazine， 65 1 81 －101 ztrk H，Hein J． 2002． Genesis of the Donkuzu and Mortas Bauxite Deposits，Taurides，TurkeySeparation of Al，Fe，and Mn and Im- plications for Passive Margin Metallogeny［J］． Economic Geology， 97 1063 －1077 Tang Yan －jie， Jia Jian － ye，Liu Jian － chao． 2001． Preliminary study on occurrence state of gallium in Dujiagou bauxite deposits and its control- ling factors in the western areas of Henan Province［ J］ ． Geology and Prospecting， 6 37 9 －12 in Chinese with English abstract Valeton I，Biermann M，Reche R， Rosenberg F． 1987． Genesis of nick- el laterites and bauxites in Greece during the Jurassic and Creta- ceous，and their relation to ultrabasic parent rocks［ J］． Ore Geology Reviews， 2 359 －404 Valeton I，Schumann A，Vinc R，Wieneke M． 1997． Supergene altera- tion since the Upper Cretaceous on alkaline igneous and metasomatic rocks of the Posos de Caldas ring complex，Minas Gerais，Brazil ［J］． Applied Geochemistry， 12 2 133 －154 Wang Qing － fei，Deng Jun，Liu Xue － fei，Zhang Qi － zuan，Sun Si － lei，Jiang Cheng － zhu，Zhou Fang． 2010． Discovery of the REE minerals and its geological significance in the Quyang bauxite depos- it，West Guangxi，China［J］． Journal of Asian Earth Sciences，39 6 701 －712 Wang Qing － fei，Deng Jun，Zhang Qi － zuan， Liu Huan，Liu Xue － fei， Wan Li，Li Ning，Wang Yan － ru，Jiang Cheng － zhu，Feng Yue － wen． 2011． Orebody vertical structure and implications for ore － ing processes in the Xinxu bauxite deposit，Western Guangxi， China［J］． Ore Geology Reviews， 39 230 －244 Wang Xue － qiu，Zhang Qin，Zhou Guo － hua． 2007． National － Scale Geochemical Mapping Projects in China［ J］． Geostandard and Geo- analytical Research， 31 4 311 －320 Yin Ke － hua．2009． The mineralogical features of Houcao bauxite deposit in Zunyi［ J］ ． Geology and Exploration， 45 3 273 － 279 in Chi- nese with English abstract Zarasvandi A，Charchi A，Carranza E J M，Alizadeh B． 2008． Karst bauxite deposits in the Zagros Mountain Belt，Iran［ J］． Ore Geology Reviews， 34 521 －532 Zhai Dong － xing，Liu Guo － ming，Chen De － jie，Zhang Qiao － mei， Zhao Xi － yan． 2002． Deposit geology and metallogenic regulation of Shan － Xin bauxite belt，Henan Province ［J］ ． Geology and Pros- pecting， 4 38 41 －44 in Chinese with English abstract ［ 附中文参考文献］ 陈汉成， 贺义兴， 马红梅， 许颖． 1996． 华北铝土矿矿石分类［J］ ． 长 春地质学院学报， 26 2 185 －190 戴塔根， 龙永珍， 张起钻， 胡斌． 2003． 桂西某些铝土矿床稀土元素 地球化学研究［J］ ． 地质与勘探， 4 1 －5 范忠仁．1989． 河南省中西部铝土矿微量元素比值特征及其成因意义 ［J］ ． 地质与勘探， 7 23 －27 刘学飞， 王庆飞， 张起钻， 周芳， 高帮飞， 徐浩． 2008． 广西靖西县 新圩铝土矿Ⅶ号矿体矿石热分析［ J］ ． 矿物岩石， 28 4 53 －58 汤艳杰， 贾建业， 刘建朝． 2001． 豫西杜家沟铝土矿中镓的分布规律及 控制因素浅析［J］ ． 地质与勘探， 6 37 9 －12 殷科华．2009． 遵义后槽铝土矿的矿物学特征［J］ ． 地质与勘探， 45 3 273 －279 翟东兴， 刘国明， 陈德杰， 张巧梅， 赵锡岩．2002． 河南省陕新铝土矿 带矿床地质特征及其成矿规律［ J］ ． 地质与勘探， 4 38 41 －44 Geochemical Background of the Mianchi Bauxite Mineralization area，Henan Province WANG Yan － ru1， WANG Qing － fei1， LIU Xue － fei1， LI Zhong － ming2 1． State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources，China University of Geosciences，Beijing100083; 2． Henan institute of geological survey，Henan Provincial key laboratory for geological process mineralizing and resource utilization in metal mineral，Zhengzhou， Henan450001 Abstract Spatial distribution of the ore － ing elements reflects their enrichment regularity． Based on studies of the geological setting and geo- chemical characteristics of the ores，this paper studies the geochemical background of the Mianchi bauxite area in Henan Province to provide guidance for the future exploration work． The bauxite occurs in the Middle Carboniferous Benxi ation，which overlies the unconity upon the Middle Ordovi- cian． The ores are enriched in Al2O3， HSFE， especially in element of B， compared with the upper crust． Geochemical maps based on element concentra- tions of stream sediment samples reveal that only element of B can denote the locations of the bauxite deposits． The ore deposits generally surround the margin of the area with high boron concentration． It is shown that the boron can serve as the geochemical indicator for searching for bauxite deposits． Key words geochemical background，bauxite，Boron，Mianchi，Henan Province 235 地质与勘探2012 年