作者按:一段時期以來,多個媒體平台(包括公衆号、圖書等)先後整理推送了大量國内外金屬礦床找礦勘查成功案例。這些案例從理論思維、勘查曆史、技術方法、經驗總結等角度對礦床的找礦勘查過程進行了詳細闡述,無疑對新一輪找礦突破行動具有重要啟示意義。但這些案例介紹對背景、過程和成果着墨較多,很多讀者讀過仍不解渴。基于此,作者結合本人的理解,以作者推送的“金屬礦床基本控制條件、基本規律與找礦勘查運用”成果為基礎,将定期或不定期以這些案例(也包括作者挑選的其他案例)為基本素材和典型實例,通過對案例中反映的信息,針對有關成礦基本控制、基本規律科學原理分析、思維方法論升華以及如何指導實踐運用等,開展深度解讀或點評,一步步解析成礦控制與成礦規律運用,希望幫助感興趣的同志能從中受到更多具有實際指導意義的啟發,在找礦勘查實踐中取得更大突破。一方面是為了進一步推介這些案例,另一方面是讓其發揮更大作用。如有不當和不妥,敬請留言指正。
本期先從貴州省務川縣大竹園南段鋁土礦開始。
貴州省務川縣大竹園南段鋁土礦
翁申富 覃永軍 韓中華 杜昌乾 李信念 陳海 覃永軍
自覺運用從已知到未知的找礦思維【實質就是“就礦找礦”】是實現大竹園南段鋁土礦找礦突破的關鍵。
一、任務來源
貴州省務(川)正(安)道(真)地區鋁土礦整裝勘查被列為全國第一批47個整裝勘查項目之一,是全國特别找礦行動計劃項目。該項目由國土資源部2010年11月下達,國土資源部中央地質勘查基金管理中心和貴州省國土資源廳按照“公益先行、基金銜接、商業跟進、整裝勘查、快速突破”的地質找礦新機制的總體要求,在公益性地質工作成果的基礎上,對貴州省務正道地區鋁土礦整裝勘查區8個區塊進行統一部署和安排。項目由貴州省國土資源廳組織,貴州省地質礦産勘查開發局一〇六地質大隊(簡稱“一〇六地質大隊”)承擔了栗園-鹿池向斜、新模向斜區等整裝勘查工作。務川縣大竹園南段鋁土礦位于栗園-鹿池向斜區中栗園中北部。在綜合分析論證的基礎上,一〇六地質大隊提出了包括務川縣大竹園南段鋁土礦在内的一批找礦靶區,由于整裝勘查成果突出,2012年7月1日,貴州省國土資源廳以行政審批方式為一〇六地質大隊配置了貴州省務川縣大竹園南段鋁土礦普查探礦權,在整裝勘查期間一〇六地質大隊自籌資金開展了該礦權的普查工作。
二、找礦思路确定
(一)找礦的曆史背景
20世紀80年代,貴州省地質礦産局科研所、一〇六地質大隊先後在正安縣、道真縣開展過以找鋁土礦為主要目标的地質工作。1988年,一〇六地質大隊提交了《貴州省正安縣中觀區新模鋁土礦區普查地質報告》;1986—1990年,一〇六地質大隊對綏陽、正安、道真地區的10個可能存在鋁土礦的向斜進行了專門的鋁土礦遠景調查,提交了《貴州省正安-道真鋁土礦遠景調查報告》;20世紀80年代以前,務正道地區鋁土礦找礦工作主要集中在道真和正安2縣。
1990年5月,一〇六地質大隊汪生傑等在務川縣灈水鎮發現了鋁土礦。1990年6—11月,該隊派遣郝江文、李沛剛等開展了區域的遠景調查,認為鹿池向斜南段(大竹園)、北段(大尖山)具有較大的找礦潛力,該區1993年列為地質礦産部部控重點普查區之一。1993年3月—1995年12月,一〇六地質大隊對包括大竹園地區開展了帶鑽普查工作并提交《貴州省務川縣大竹園地區鋁土礦普查地質報告》,為大竹園地區鋁土礦找礦工作拉開了序幕。
2003年,由于地質市場的好轉,一〇六地質大隊開展了大竹園鋁土礦普查。随後又分别于2007年、2009年完成了大竹園鋁土礦詳查和勘探工作,為大竹園南段鋁土礦找礦奠定了良好的基礎。
2010年,國土資源部和貴州省國土資源廳按照“公益先行、基金銜接、商業跟進、整裝勘查、快速突破”的地質找礦新機制的總體要求,在公益性地質工作成果的基礎上,對貴州省務正道地區鋁土礦整裝勘查區8個區塊進行統一部署和安排,直接啟動了大竹園鋁土礦南段鋁土礦找礦工作。
(二)初始找礦線索、信息
大竹園南段鋁土礦位于大竹園礦區南部,其礦體屬于大竹園礦區主礦體向深部延伸的部分。該區鋁土礦找礦線索主要是在礦區北部毗連的大竹園礦區(圖1)的鋁土礦找礦、勘查過程中逐漸探索、深入研究而形成的。
1990年5月,一〇六地質大隊汪生傑等在務川縣灈水鎮考察工作時發現了在灈水鎮附近有鋁土礦的存在,是該區直接的找礦線索。
圖1 大竹園南段鋁土礦及大竹園鋁土礦地質簡圖
1—下三疊統茅草鋪組;2—下三疊統夜郎組;3—上二疊統長興組;4—上二疊統吳家坪組;5—中二疊統茅口組;6—中二疊統梁山組 栖霞組;7—下二疊統大竹園組;8—上石炭統黃龍組;9—下志留統韓家店組;10—地層界線;11—斷層;12—向斜軸;13—礦權界線
一〇六地質大隊1991—1994年開展了務川、鳳岡、湄潭和遵義縣東部等地鋁土礦遠景調查,結合前期開展的“正安-道真鋁土礦遠景調查”,先後發現了大尖山、大竹園、新模、大塘、新民、桃園、雙河、國家岩、子母岩等23個鋁土礦點,證明了務正道地區鋁土礦點多面廣。
1993年3月,地質礦産部确定務川大竹園和大尖山(南段為瓦廠坪礦權、北段為岩風阡礦權)以及道真縣的桶坪(桃園向斜)一帶為全國20個鋁土礦重點普查區之一,1993—1995年,一〇六地質大隊開展了帶鑽普查并提交了《貴州省務川縣大竹園地區鋁土礦普查地質報告》,範圍包括大竹園礦區、大尖山礦區和道真縣境内的桶坪礦段。其中在大竹園礦區内通過估算D E級333 334?礦石量4441.36×104t。礦體厚2.15~2.63m,含Al2O3 63.83%~68.85%,鋁矽比值(A/S)為7.57~8.07。該次工作成果說明了大竹園地區鋁土礦深部找礦潛力大。
2005年、2007年、2009年相繼完成的大竹園鋁土礦普查、詳查和勘探,分别估算鋁土礦333 334礦石資源量4086.88×104t、332 333資源量3564.81×104t、331 332 333礦石資源量6335.16×104t,為大竹園南段找到大型礦床提振了信心。
【點評】從以上信息可以看出,本區鋁土礦找礦勘查曆史悠久,地表礦化信息廣布,幾個階段的找礦勘查成果明顯,這既預示了本區找礦可能有更大的突破,同時前期工作也為後期找礦勘查奠定了堅實的資料基礎。
(三)找礦思路及依據
1.用聯系的觀點指導找礦,遵循由淺入深,由已知到未知的找礦規律
大竹園南段鋁土礦在地理位置上位于大竹園礦區南部,從鋁土礦含礦岩系的産出情況看處于大竹園鋁土礦的深部。根據大竹園鋁土礦從普查到勘探,礦體厚度變化小(2.1m左右),變化系數48.97%,Al2O3含量穩定在66%左右;鋁矽比值(A/S)在6~8之間,礦體為同一礦體,資源量由4086.88×104t增至6335.16×104t,礦體深部未圈邊【表明其完整性未完全控制——變與不變律分析】。通過編制大竹園鋁土礦含礦岩系厚度等值線圖(圖2)、礦體厚度等值線圖(圖3)、Al2O3含量等值線圖、鋁矽比值(A/S)等值線圖,發現含礦岩系、礦體雖然向深部有變薄的趨勢,但變化較小,尖滅可能性小,而礦石質量卻變化不大【整體控礦地質環境(這裡主要是含礦岩系)未發生明顯變化或破壞,因此——】,預測深部見礦的可能性極大【類專屬性和相似類比理論的運用】。
圖2大竹園鋁土礦含礦岩系厚度等值線圖
1—含礦岩系露頭;2—含礦岩系厚度等值線
圖3大竹園鋁土礦礦體厚度等值線圖
1—含礦岩系露頭;2—礦體厚度等值線
2.用系統的整體性原理部署找礦勘查工作
根據前期資料,大竹園南段與大竹園鋁土礦是一個整體【實為未開展系統工作的大竹園南部與已勘查的大竹園北部在地質構造環境上是一個整體,大竹園鋁土礦深部未圈閉,其完整性未受到明顯破壞且未得到完全控制,應該會延深到南部】。大竹園南段的找礦工作不能脫離大竹園鋁土礦而單獨進行。先編制大竹園鋁土礦含礦岩系厚度等值線圖(圖2)、礦體厚度等值線圖(圖3)、Al2O3含量等值線圖、鋁矽比值(A/S)等值線圖【制作這些圖件很重要。通過含礦岩系厚度、礦體厚度、礦石品位等的系統對比,一是了解它們的相互關系和變化規律,二是分析它們的變化趨勢,以确定下步勘查工作的主攻方向】。根據對大竹園鋁土礦勘探資料的研究,含礦岩系厚度大于5m一定有鋁土礦體産出,從大竹園鋁土礦含礦岩系厚度等值線(圖2)來推測大竹園南段含礦岩系厚度在4~10m之間,其産出鋁土礦的概率很大。從大竹園鋁土礦礦體厚度等值線(圖3)來看,鋁土礦層已延伸到大竹園南段,其礦層厚度在1~3m之間。
【點評】上述分析工作做到位,下一步的找礦思路就出來了。
綜合研究得出:鋁土礦含礦岩系、礦體雖然向深部有變薄的趨勢,但變化較小,尖滅可能性小,礦石質量卻變化不大,預測深部見礦的可能性極大,因此采取在預測礦體地段布置稀疏鑽探工程控制,見礦後再逐漸加密控制,最後達到對整個礦區控制的找礦思路。
三、技術方法選擇
大竹園南段屬隐伏區,其礦體地表部分在大竹園礦區。因此,大竹園南段找礦首先是對大竹園鋁土礦的勘探資料進行系統研究,編制大竹園鋁土礦含礦岩系厚度等值線圖(圖2)、礦體厚度等值線圖(圖3)、Al2O3含量等值線圖、鋁矽比值(A/S)等值線圖,尋找鋁土礦富集成礦的規律,推測鋁土礦體在大竹園南段可能的産出地段和富集區。然後在推測礦體部位布置稀疏工程,見礦後再加密控制,最後達到控制整個礦區的目的。以大竹園鋁土礦含礦岩系、礦體厚度等系列等值線圖分析确定有利的找礦地段,并按系統的工程間距進行控制,有利的找礦地段外圍其他地段則以稀疏的鑽孔了解礦體延伸情況及其礦石質量。具體工作,按照資料收集—地表地質測量—探礦工程施工—系統采樣、測試—綜合研究—成果報告編制的技術路線開展。根據礦體産出特征及賦存規律,結合礦區地層等因素,選用傳統的“勘查線法”進行勘查,采用鑽探工程對深部礦體進行揭露和控制。地表填圖在1∶1萬地形圖上填繪,采用以穿越法為主、追索法為輔,定點控制礦體露頭及其他地層、構造界線;工程中系統采取鋁土礦基本分析樣圈定礦體。在勘查過程中遵循“邊施工、邊綜合、邊調整”的原則。根據礦區實際情況,地表引用大竹園鋁土礦礦區山地工程資料,且對深部礦體采用鑽探工程按勘查工程間距進行探索,從而了解深部礦體和地質構造情況。
四、勘查發現過程
(一)勘查過程
1990年5月,一〇六地質大隊汪生傑等在務川縣灈水鎮大竹園地區考察工作時發現了鋁土礦,為大竹園鋁土礦的勘查打下了基礎,同時也為大竹園南段鋁土礦的普查打下了基礎。1990年6—11月,一〇六地質大隊派遣郝江文、李沛剛等開展了區域的遠景調查、普查,繪制了1∶5萬地形地質簡圖,按800~1600m不同間距沿含鋁岩系出露線施工山地工程并進行取樣工作,對鋁土礦産出層位、礦體地表産出形态及礦石品位、厚度變化等做了大緻了解。1991—1994年,一〇六地質大隊郝江文等進行了務川-鳳岡地區鋁土礦遠景調查,提交了《務川-鳳岡鋁土礦遠景調查報告》,并運用“礦床模型體積法”對成礦遠景區進行了資源量預測,大竹園礦區估算礦石量4441.36×104t。2003年9月—2005年3月,一〇六地質大隊廖友常等對大竹園礦區開展普查工作,開展了1∶1萬地質測量32.25km2,鑽探工程20孔5797.14m。礦區共求獲鋁土礦333 334礦石資源量4086.88×104t,為大型礦床規模。其中:333資源量2714.54×104t,占礦區資源總量的66.42%;334資源量1372.34×104t,占礦區資源總量的33.58%。對礦石中伴生有益元素镓(Ga)進行了概略評價,估算镓334資源量(金屬量)3800.78t。2006年7月—2007年8月,一〇六地質大隊廖友常等對大竹園礦區開展詳查工作,開展了1∶1萬地質測量32.25km2,鑽探工程33孔10469.59m。礦區共求獲鋁土礦332 333資源量3564.81×104t。其中:332資源量730.93×104t,占總資源量的20.50%;333資源量2833.88×104t,占總資源量的79.50%。對礦石中伴生的有益元素镓(Ga)進行了大緻評價,共估算出镓333 334資源量2055.67t金屬量。2008年7月—2009年11月,一〇六地質大隊廖友常等對大竹園礦區開展勘探工作,開展了1∶2000地形地質測量21.3km2,鑽探工程100孔26598.55m。礦區共求獲鋁土礦331 332 333礦石資源量6335.16×104t,該礦床達大型規模。其中:331資源量587.02×104t,占礦區資源總量的9.27%,332資源量1278.10×104t,占礦區資源總量的20.17%;333資源量4470.04×104t,占礦區資源總量的70.56%。
2009年12月—2013年5月,國土資源部統一部署對務(川)正(安)道(真)地區鋁土礦開展整裝勘查,一〇六地質大隊實施的栗園-鹿池向斜栗園勘查區,估算121b 122b 331 332 333 334?類鋁土礦總資源/儲量17741.20×104t,新增121b 122b 331 332 333 334?類鋁土礦資源量9779.39×104t。貴州省國土資源廳配置了貴州省務川縣大竹園南段鋁土礦普查探礦權。一〇六地質大隊在2012年7月獲得探礦權後,在以往地質工作的基礎上,編制了《貴州省務川縣大竹園南段鋁土礦普查實施方案》,并自籌資金開展普查地質工作。2011年4月—2012年12月,一〇六地質大隊對大竹園南段鋁土礦開展了普查工作,工程的布置與施工嚴格遵循由已知到未知、由淺入深和由稀到密的原則。根據礦區實際情況,地表引用大竹園礦區山地工程資料,且對深部礦體采用鑽探工程按勘查工程間距進行探索,從而了解深部礦體和地質構造情況,在大竹園鋁土礦區以南的栗園向斜南東翼16~40勘查線之間斜深1200~3600m範圍内按400m×400m鑽探工程間距推斷333資源量,其餘地段以稀疏工程預測334?資源量;開展了1∶1萬地質測量20km2,鑽探工程34孔21985.05m。礦區共求獲鋁土礦資源量333 334?資源量2606×104t,其中333資源量795×104t,334?資源量1811×104t。該礦床達大型規模。
(二)找礦思維及認識
運用普遍聯系的哲學思維,通過對大竹園鋁土礦已有的成果進行細緻分析,再實現大竹園南段鋁土礦找礦突破。
1.分析大竹園鋁土礦的産出特征及賦存規律,研究鋁土礦的物質物源、成礦條件、控礦因素、沉積環境、礦層(體)變化等特征根據大竹園鋁土礦礦體厚度在平面上總體由地表向深部、從北往南逐漸變薄的趨勢,地表礦體厚度沿走向雖無明顯的變化規律,但總體上還是呈現出向南逐漸變薄的趨勢,礦體厚度沿傾向變化,總體上呈現出兩翼厚、軸部薄的趨勢。從礦石質量看,單工程礦體Al2O3含量為41.05%~79.49%,變化系數為10.54%;礦體Al2O3含量平均為63.99%。礦體Al2O3含量具有在平面上由地表向深部逐漸降低、東翼高于西翼的變化特征。在向斜東翼8線地表到13線斜深200~400m、14線斜深600m到18線斜深800m、23線地表到26線斜深600m延伸至27線斜深300m、栗園向斜西翼52線斜深200m到58線斜深1600m存在4個Al2O3含量較高的礦“峰”;在西翼中南部ZK7004、東翼北部ZK804和ZK808、東翼南部ZK3804見Al2O3含量不夠邊界品位的無礦天窗【含量變化的這種“峰谷”現象受什麼因素影響?有無規律可循?】。從礦床成因來說,區内鋁土礦成礦物質主要來源于含礦岩系沉積基底的S1hj泥岩、頁岩。從稀土元素分布研究看,鋁土礦與S1hj泥岩、頁岩非常接近,具有明顯的親緣關系。上述地球化學研究成果表明,比C2h灰岩分布廣泛而又厚度巨大得多的S1hj泥岩、頁岩,不僅有最大概率成為鋁土礦的成礦母岩,而且有最大可能為其形成提供充足的成礦物質來源。區域地質研究表明,雪峰運動奠定了揚子陸塊的基底。志留紀末和泥盆紀初發生的廣西運動,使黔中—黔北—渝南廣大地域隆起為陸,為隆起區的石炭紀鋁土礦含礦岩系沉積提供了重要的區域構造背景。晚泥盆世末至早石炭世中、晚期的紫雲運動期間,區域地殼發生了向南的漂移,古地磁測定表明遵義—道真一帶為北緯8°12′,處于靠近赤道的濕熱氣候區,當時其年均氣溫為20~26℃,年降水量為1000~3000mm,且雨季和旱季相互交替。在這種氣候條件下,為區内岩石紅土化風化及三水鋁石鋁土礦的形成提供了重要的成礦地球化學背景,并準備了充足的成礦母質。結合區内的具體情況看,晚石炭世滑石闆期—達拉期(C2h)海侵之前,在濕熱氣候條件下,S1hj泥岩、頁岩經原地化學風化形成富鋁(三水鋁石)的紅土型化風化殼(鋁土礦成礦母質),并大緻同時達到準平原化,為嗣後鋁土礦的形成提供了有利的基底地貌。晚石炭世滑石闆期—達拉期的海侵之後,殘留在高地的富三水鋁石紅土型風化殼于馬平期(P1d)被地表徑流沖刷、搬運、沉積或堆積在附近的濱海沼澤或湖沼中。在成岩過程中,由于C2h基底排水通暢,雜質随水帶走;以S1hj泥岩、頁岩為基底者排水不暢,保留雜質較多,局部形成透鏡狀綠泥石鐵礦、硫鐵礦或層狀黃鐵礦黏土岩及富鐵的綠泥石黏土岩。從鋁土礦含礦岩系形成并被上覆地層覆蓋,一直到喜馬拉雅期,主要經曆了成岩作用和變質作用,鋁土礦中三水鋁石變成一水鋁石,泥炭、腐泥變成無煙煤。喜馬拉雅運動以來,地殼不斷擡升,部分含礦岩系暴露于地表或近地表,在氧化條件下,一些高硫、高鐵鋁土礦發生了變化,形成低鐵低硫鋁土礦,而在地下深處,特别是潛水面以下仍多為高硫型鋁土礦。從成礦控制因素看,廣西運動是加裡東構造階段的重要一幕,為黔中—黔北—渝南廣大地域的持續隆起、早古生代地層的風化剝蝕、起伏不大的準平原化地貌形态的孕育形成,提供了極其重要的古構造條件;紫雲運動使古陸繼續上升并向南漂移至靠近赤道,為區内紅土化風化殼的形成提供了濕熱氣候環境;而鋁土礦含礦岩系沉積的晚石炭世馬平期,從含礦岩系岩礦石中硼(B)含量推算的海水含鹽度為12.4‰~28.2‰,因而沉積水體可能相當于半鹹水鹽度,由于含有近岸淺海-濱海區标志性的自生礦物鲕綠泥石,推測早期沉積環境具有濱海特點,屬貧氧富鐵的還原環境,加之含礦岩系中夾有薄煤層,因而推斷當時的地理環境總體上屬濱海-沼澤環境。區内鋁土礦均産于S1hj或C2h之上、P2l或P2q之下的P1d中上部,成礦層位專屬性異常典型,是區内最直觀、最重要的成礦控制因素,也是進行鋁土礦找礦勘探和開發利用的主要标志和依據。區内鋁土礦主要富集成礦于含鋁岩系中上部。礦體厚度與含鋁岩系厚度呈正相關關系【類專屬性律和主因主導律的又一體現】,相關系數為 0.69,均随基底起伏而變化,對基底窪地具有補償性沉積的特點。同時對基底地層岩石的選擇性具有鮮明的特色,從區域上看:一是以S1hj泥岩、頁岩為基底産出的鋁土礦占優勢,而以C2h灰岩為基底的鋁土礦則處于次要地位,但就一個具體礦區而言常常是兩者并存;二是以C2h灰岩為基底的鋁土礦往往質量較好,Al2O3含量和鋁矽比值(A/S)相對較高【主因主導律外的其它因素協同耦合的重要體現】。區内鋁土礦基本印證了以上礦化富集規律的認識。總體上從大竹園鋁土礦礦體厚度變化來看,大竹園南段鋁土礦礦區具有一定的找礦前景。
2.從整個務正道地區的科研成果來看,該區鋁土礦的主要物質來源為下伏韓家店組(S1hj)頁岩,次為黃龍組(C2h)灰岩,少量為岩漿岩該區域古地理呈現石炭紀—中二疊世的古地理變化趨勢,石炭紀—中二疊世華南地區位于赤道附近,發育了大量碳酸鹽沉積和豐富的暖水型底栖生物,其沉積受到由成冰事件所帶來的海平面變化的影響,礦區及鄰區大部分地區早石炭世時主要還是繼承了加裡東運動後的西高東低的平緩斜坡和内部高低不平的低緩丘陵的古地理面貌,這一區域仍處于暴露剝蝕狀态,盡管早石炭世時發生過海侵事件,但海水并未到達這一地區。晚石炭世滑石闆期—達拉期,海侵範圍逐漸擴大,海水分别從北向南、由東向西階梯狀侵入重慶、貴州務正道一帶,那些低窪地帶才開始出現間歇性的沉積作用;随着海平面的上升,石炭紀的沉積逐漸相對增多,随着海侵的繼續,區域上的沉積逐漸由局限台地相向開闊台地相過渡,該段沉積由于後期強烈的暴露剝蝕作用大多保存不全,但整體上由西向東逐漸變厚,體系域發育也依次保留更全。晚石炭世小獨山期華南地區的海侵規模最大。早二疊世紫松期—隆林期,區内發生大規模的海退,剝蝕區域不斷增大,貴州務正道—川東一帶表現顯著,這一地區石炭紀沉積廣泛暴露,遭受風化剝蝕,且剝蝕量很大,僅在地勢低窪處留有殘留的石炭紀沉積,此時,由于海平面升降所帶來的古地理格局的變化嚴格控制了務正道—渝南一帶鋁土礦的分布;而最大海退期,隆林期—紫松期約25Ma的沉積間斷一方面形成了研究區準平原化的地貌,另一方面也使得富鋁殘留物充分礦化,在海灣相中形成了規模大、質量好的鋁土礦礦床,并在随後大規模的海侵過程中形成了共同的頂闆。根據前人對于華南闆塊古地磁研究,該區當時處于北緯8°12′的赤道附近低緯度地區,氣候特點為熱帶雨林,炎熱和雨水充沛,從而為鋁土礦形成的風化作用提供了良好的古地理古氣候條件。從區域古地理看,貴州北部地區處在石炭紀—二疊紀靠近東西向的狹長形揚子海海灣,務正道地區位于海灣的邊緣,海水由北進入成礦區,具備形成半封閉海灣或海泛湖的有利條件。随着頻繁的海平面升降變化,海洋與陸地對沉積環境的控制強弱不斷發生變化。高海平面時,盆地與海洋連通,低海平面時,盆地與海洋分隔變成一個微鹹水的湖泊。礦區鋁土礦形成于特殊的氣候環境下,伴随着這種溫暖潮濕氣候,陸上植被繁盛,土壤間、沉積水體内微生物活躍,這也正是現今發生典型紅土化地區(如熱帶雨林氣候帶與熱帶草原氣候帶)的環境特征。紅土化現象為鋁土礦的形成提供了成礦母質。其鋁土礦并非單純紅土物質在地表原地堆積風化富集而形成的鋁土礦類型,其形成過程還包括搬運與再次沉積。因此,鋁土礦中的正構烷烴呈現類似于有陸源物質輸入的水體沉積環境的雙峰式分布。鋁土礦中的生物标志物實際上來自兩個生态系統的雙重作用,即風化與搬運過程時陸上生态系統與沉積過程中水域生态系統,其中,前者的生産者主要是陸上植物,後者的生産者主要是水體中的藻類與光合細菌。
該區古地貌條件發生在寒武紀末—泥盆紀初的廣西運動,緻使黔中、黔北廣大地區隆起為陸,務正道鋁土礦含礦岩系沉積前的基本格架已形成。從務正道下志留統之上殘留的上石炭統黃龍組灰岩分析,在晚石炭世早期,務正道存在一次短暫的從北向南的海侵過程,海侵沿着從中-晚志留世—早石炭世長期剝蝕形成的低谷窪地進行。在晚石炭世達拉期黃龍組灰岩沉積後,海水向北撤退,進而轉入風化剝蝕階段。由于風化剝蝕程度不同,使得黃龍組灰岩分布區有的地段灰岩被剝蝕殆盡,有的地段灰岩則部分保留并形成岩溶窪地。早二疊世隆林期—紫松期古地理是達拉期古地理的繼承和發展,務正道鋁土礦成礦區北部為入海開口,南部鋁土礦成礦區周邊為熱帶雨林覆蓋的準平原所環繞,總體為向北開口的半封閉海灣或海泛湖。在周圍準平原上分布厚達數百米的韓家店組泥質岩及黃龍組灰岩,經曆長期的風化剝蝕作用,為鋁土礦含礦岩系的形成提供了豐富的物質來源。在沉積區範圍内,根據野外觀察,以韓家店組泥質岩為基底的區段,古侵蝕面起伏極小;而以黃龍組灰岩為基底的地段,古侵蝕面起伏較大,古岩溶窪地控礦較為明顯。加裡東運動的緩慢上升,使該區的基底地層上石炭統黃龍組(C2h)或下志留統韓家店組(S1hj)長期遭受風化剝蝕而形成準平原化地貌,準平原化地貌中形成了大小不等、深淺不一的若幹個盆地,為鋁土礦含鋁岩系的沉積提供了良好的古地貌條件。
從古氧化還原條件看,該區含鋁(礦)系中常見黃鐵礦團塊,呈不規則團塊狀或半自形立方體晶型,在沉積層的縱向上連續或斷續分布。這些特征表明,礦層中類似這種形态産出的黃鐵礦是成岩過程中的強還原環境中形成的。無論是從黃鐵礦的産出形态來看還是從正常陸相沉積物在成岩過程中所含的孔隙水能夠提供的硫元素含量來看,均不支持務正道地區鋁土礦層中的黃鐵礦團塊是成岩過程中的孔隙水自生成因。鋁土礦層在沉積與成岩階段中經曆了強還原條件的過程,這與生物标志物所反映的古氧化還原條件相吻合。礦區鋁土礦形成的沉積環境為淡水-海水過渡環境,即有淡水輸入的半封閉海灣或有海水輸入的湖泊環境,局部層位沉積環境偏陸相,反映沉積時海洋對沉積環境的影響減弱,陸地的控制作用加強。
通過研究,該區鋁土礦的形成在晚石炭世—早二疊世,處于熱帶地區,氣候濕熱多雨,有利于紅土化作用及鋁土礦成礦作用的進行。從志留紀末期開始,長期遭受剝蝕,石炭紀晚期經曆短暫的由北往南的海侵沉積了黃龍組灰岩。黃龍組灰岩形成後暴露地表遭受剝蝕,部分地區形成不發育的岩溶窪地。務正道地區位于上揚子古陸邊緣,鋁土礦形成于水流局限的半封閉海灣中。成礦區為1個準平原的窪地,東南部與西南部地勢相對較高,北部大塘向斜為窪地中心,成礦期發生多次海侵事件,海水由北進入成礦區。鋁土礦含礦層的古地理、沉積環境條件都十分有利于鋁土礦的形成。濕熱的氣候是形成鋁土礦的前提,古陸邊緣的局限水流環境是鋁土礦膠體溶液沉澱的有利地區。鋁土礦的形成與黃龍組灰岩關系密切,高品位鋁土礦其底闆地層幾乎都為黃龍組灰岩,而在以韓家店組頁岩為主要底闆的位置,鋁土礦品位則下降。鋁土礦形成于準平原的窪地中,整體地勢平緩,成礦物質從四周向中心搬運,因為整體地形起伏不大,所以不同礦區含礦層的厚度相差不是很大。不同礦區鋁土礦厚度差别雖不是很大,但不同的沉積環境厚度仍有一定的區别,濱岸濕地厚度相對較大。
鋁土礦的形成都必須經曆鋁土礦化作用,後期淋濾作用(指由降水或地表水等引起的綜合作用,包括地下水的排洩)是沉積型含礦層能否成礦的關鍵因素。含礦層經曆的後期淋濾作用充分則容易成礦,若經曆的後期淋濾作用弱則較難成礦。務正道地區高品位鋁土礦基本都集中于濱岸濕地,濱岸濕地地勢相對較高且離海灣中心相對較遠,海侵時仍有可能發生淋濾作用,海退時則充分暴露,經曆強的淋濾作用,因此有利于形成高品位鋁土礦。海灣中心(湖泊中心)距岸較遠,海侵與海退時皆不容易暴露,淋濾作用難發生,所以礦體薄而見礦率低。控制淋濾作用強度的因素有多種,沉積環境隻是其中之一,故同樣位于濱岸濕地,新模向斜的礦體厚度與質量均不如栗園向斜。沉積環境與沉積古地理并不直接控制鋁土礦的形成,而隻是控制含礦層的厚度,當其餘條件都适合時,沉積環境與沉積古地理通過環境控制鋁土礦的暴露而間接控制鋁土礦的形成,鋁土礦為淋濾成礦而非直接沉積成礦。如要形成厚度較大的鋁土礦,則首先含礦層的厚度必須足夠,因此,厚度較大的鋁土礦層通常含礦層厚度亦較大。因此沉積環境與沉積古地理雖然并不直接控制成礦,但對鋁土礦的形成依然有重要影響:首先古地理位置及古氣候有利于成礦;其次要形成厚度較大的鋁土礦,則必須有足夠厚度的含礦層,而含礦層厚度受沉積環境與沉積古地理控制【正因為如此,基于礦産基礎地質調查研究,搞清本區的古地理環境對至區域選區至關重要】;再次沉積環境與沉積古地理控制了鋁土礦的暴露次數與時間,即控制了鋁土礦的礦化。
3.從大竹園南段鋁土礦勘查實踐來看,我們必須具有尊重客觀規律的觀點
礦床總體形态簡單,連續性較好,礦體面含礦率為84.53%。在剖面上礦體主要以單層産出為主要特征(局部見2~3層),呈層狀、似層狀産出。礦體結構較簡單,主要為單層礦産出,局部有分支複合現象。在本次參與資源量估算的34個鑽孔中僅3個鑽孔見夾石,夾石主要以單層夾石為主,僅1個鑽孔見2層夾石,其礦區内夾石厚度0.20~0.42m,主要成分為鋁土岩及鋁土質黏土岩。礦體産狀與地層産狀基本一緻,分别産于向斜兩翼,總體向南西傾伏,傾角為5°左右,向斜南東翼礦體向北西傾斜,傾角5°~16°,平均10°;向斜北西翼礦體向南東傾斜,傾角10°~20°,平均12°。總體來看,礦體厚度在平面的形态為溝谷相間分布,由北東至南西、由北往南有逐漸變薄直至尖滅的趨勢。從礦區礦體Al2O3厚度總體上看,在平面上為北東含量較高,南西含量相對較低,呈現溝谷相間分布,由北東往南西、由北往南,其Al2O3含量均逐漸降低直至無礦。從鋁矽比值(A/S)總體上看,北東鋁矽比值(A/S)較高,南西較低,向南或南西鋁矽比值(A/S)均逐漸降低至無礦,由北往南逐漸減小至無礦。總體上與科研成果一緻,因此找礦要有尊重客觀規律的觀點,遵從實踐—認識—再實踐—再認識的認識論規律。
【點評】綜上讨論,本礦床成礦的基本控制和基本規律及其運用主要表現在如下方面:
1.古地理環境成礦專屬性控制——成礦的背景和足夠厚度的含礦層——加強基礎地質工作和解析區域成礦地質構造環境的重要性突顯。
2.區域相對穩定的地層構造環境對礦床的控制——整體性、主導性、協助同耦合性規律分析——S1hj或C2h、P2l或P2q相關層位,粟園向斜構造聯合控制礦。
3.從向斜轉折端(北東)到向斜主體部位和從翼部到核部對礦體特征的控制——變與不變律、排列組合律等分析——含礦層由厚到薄的礦體規模(厚度)、産狀和品位變化——峰谷特征(是否近等間距?)、漸變特征。
4.從已知到未知的就礦找礦勘查思路的形成。
5.聯想:從本案例讨論,對本探礦權區外圍(例如東部)、貴州及其他地區找礦有何啟示意義?
(三)技術方法應用及效果
根據大竹園鋁土礦勘探資料編制的含礦岩系厚度等值線圖,大竹園南段含礦岩系厚度在4~10m之間,經最後工程驗證礦區含礦岩系厚2.18~10.80m,平均厚4.84m;從大竹園鋁土礦礦體厚度等值線推測大竹園南段礦體厚度在1~3m之間,經最後工程驗證礦區礦體厚度,單工程礦體厚0.81~3.11m,平均厚度1.61m,變化系數為36.15%,屬較穩定類型。Al2O3含量為62.18%,變化系數14.65%,鋁矽比值(A/S)為5.38。
根據綜合研究布置施工鑽孔34個,見礦鑽孔31個,鑽孔見礦率91.18%,共探獲鋁土礦333 334?資源量2606×104t,達大型礦床規模。本次勘查工作根據大竹園鋁土礦勘探資料的綜合研究,制定了切實可行的技術方法和工作思路,以最小的地勘投入,探獲了最大可能的資源量。其技術方法應用效果較好,為該區鋁土礦找礦勘查成功的範例。
五、礦床基本情況
(一)地理位置及礦區面積
礦區位于貴州省務川縣北部,地處黔北主體山脈大婁山東支的渝黔交界部位。地理極值坐标:東經107°49′00″~107°53′24″,北緯28°50′55″~28°53′00″(西安80坐标系),面積9.69km2。
(二)交通概況
務川縣大竹園南段鋁土礦位于務川縣北部,方位5°,直距70km,行政區域劃屬務川縣硯山鎮、泥高鄉和濯水鎮管轄。務川縣至遵義市的裡程約190km,至重慶市的裡程約280km;務川縣城有高速公路與道甕高速公路相接,務川至正安高速公路全長50km,務川縣至重慶市主幹公路從濯水鎮通過,濯水鎮至渝懷鐵路彭水站的裡程為80km,另有鄉村公路通往礦區,交通較為便利。
(三)經濟社會概況
農業是目前礦區内的支柱産業,主要糧食作物為玉米、小麥和水稻,其次是馬鈴薯和紅薯。經濟作物主要是烤煙、油菜,其次為茶葉、蠶桑、生漆等。區内工業不發達,但随着務川縣大竹園鋁土礦、瓦廠坪鋁土礦的礦山建成投産和務川縣氧化鋁廠的建立,工業必将成為當地的主要支柱産業。
(四)礦區構造
務川縣大竹園南段鋁土礦在大地構造上屬揚子準地台黔北台隆遵義斷拱鳳岡北北東向構造變形區(四級構造單元)之北緣。礦區地質構造較為簡單,褶皺構造主要為栗園向斜,栗園向斜是礦區的主體構造格架,呈北東—南西向展布,礦區内長約3.5km。
(五)礦床規模
大竹園南段鋁土礦與緊鄰礦區北部大竹園鋁土礦屬同一礦體,大竹園南段鋁土礦和大竹園鋁土礦分布于栗園向斜北部轉折端及兩翼,主體呈北東—南西向展布,北西—南東長約7.3km,北東—南西寬約4.7km,礦體厚1.18~4.48m,平均厚1.88m,資源量2606×104t,屬大型規模鋁土礦床。
(六)礦石結構構造與主要化學成分特征
礦石結構有碎屑結構、豆鲕結構、粉晶結構和泥晶結構等。礦石構造有塊狀構造、半土狀構造和緻密狀構造。
礦物以一水硬鋁石為主。主要化學成分Al2O3含量為40.19%~79.55%,變化系數為14.65%,平均Al2O3含量為62.18%;鋁矽比值(A/S)2.00~50.99,變化系數為105.65%,平均鋁矽比值(A/S)8.11;SiO2含量0.98%~27.87%,變化系數為64.20%,礦體平均SiO2含量為11.56%;Fe2O3含量為0.78%~18.80%,變化系數為69.77%,礦體平均Fe2O3含量為5.38%;TiO2含量為1.50%~4.90%,變化系數為21.64%,礦體平均TiO2含量為3.04%;燒失量13.33%~18.98%,變化系數為8.24%,礦體平均燒失量為15.02%;全硫(TS)含量為0.02%~16.22%,變化系數為96.28%,礦體平均全硫(TS)含量2.74%。
(七)賦礦層位
鋁土礦産于下二疊統大竹園組(P1d)中上部。
(八)礦床與礦石類型及品級
務川大竹園及南段鋁土礦形成于半封閉海灣濱岸濕地,礦床類型屬典型的沉積型一水硬鋁石鋁土礦床。礦石自然類型有碎屑、緻密、半土和豆鲕4種類型;工業類型有低鐵高硫、含鐵高硫、中鐵高硫3種類型;礦石品級有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ5種品級,主要為Ⅲ品級。
(九)礦石結構及形态
礦體總體形态簡單,連續性較好,礦體面含礦率為84.53%;呈層狀、似層狀産出,局部偶見1~2層夾石;礦體産狀與圍岩基本一緻,傾角5°~20°,平均10°。
六、結束語
貴州省務川縣大竹園南段鋁土礦找礦的成功,是在綜合研究基礎上,結合礦區實際進行具體問題具體分析,将普遍性和特殊性規律相結合,進行綜合分析找礦的結果。将務正道地區鋁土礦處于同一時代、相同成礦模式的普遍性規律,把大竹園南段鋁土礦與大竹園鋁土礦為同一礦體這一特殊性相結合開展勘查工作,從而實現了鋁土礦找礦突破。
大竹園南段鋁土礦找礦的成功得到以下啟示:對一個區域礦産的發現,要以區域展開、重點突破、面中求點、點面結合為原則,既要了解地質礦産的區域分布普遍規律,又要重點研究具體礦床的特殊規律。同時地質勘查要與科研結合,統一部署,特别是在找礦時,對成礦時代、成礦規律和找礦模型要開展研究工作,以科研成果指導找礦。
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