刘学飞:火山作用下短期大规模喀斯特型铝土矿形成【GSA Bulletin, 2022】
发布时间:2022-12-12 阅读:213次
全球铝土矿主要包括红土型和喀斯特型两种类型。红土型铝土矿是铝硅酸盐岩原地风化作用的产物,具有成熟的成矿模型;而喀斯特型铝土矿具有异地多来源特征,成矿过程异常复杂。中国铝土矿以喀斯特型为主,主要分布在华北和右江盆地。华北克拉通晚石炭世<20 Ma(320-300 Ma)形成大于50亿吨铝土矿,右江盆地晚二叠世<10 Ma(260-250 Ma)形成大于10亿吨铝土矿;二者均具有短期大规模成矿特征。但是导致如此大规模喀斯特型铝土矿短期内快速形成的因素尚不清晰,铝土矿表生富集机制仍然存在争论。为了进一步查清大规模喀斯特型铝土矿快速形成机制,我校邓军教授团队刘学飞教授、王庆飞教授与南京大学国际同位素效应研究中心彭永波研究员及贵阳地球化学研究所尹润生研究员合作,对华北和右江盆地典型铝土矿床开展翔实的地质学,详细的矿物学、Hg含量和同位素组成等分析,阐明了广泛的火山活动与古喀斯特面上短期大规模铝土矿形成的关系,取得了以下重要成果:
1. 华北盆地铝土矿中矿物组合(硬水铝石、黄铁矿、锐钛矿、菱铁矿、磁绿泥石和鲕绿泥石)和右江盆地铝土矿中矿物组合(硬水铝石、黄铁矿、鲕绿泥石、镁绿泥石、锐钛矿、氟碳铈矿和氟碳钙铈矿)证实二者均沉积于碱性还原的古喀斯特环境。
2. 华北盆地三个钻孔岩心中铝土矿和粘土岩中Hg主要被粘土矿物吸附。含矿岩系上部粘土岩中明显的Hg富集和相对应接近零值的Δ199Hg表明晚石炭世末期华北北缘发生了大规模的火山活动;该期火山作用改变了整个华北地区的地表环境条件,加速了长期风化的富铝残留物,导致大规模铝土矿在岩溶喀斯特面上快速形成。
3. 右江盆地两个钻孔岩心中铝土矿和粘土岩中Hg主要赋存在黄铁矿中。整个铝土矿层和粘土岩层中强烈的Hg富集和一致近零的Δ199Hg,证实火山活动参与了铝土矿成矿过程;峨眉山大火成岩省和同期岛弧系统相关的火山活动导致右江盆地的短期风化和快速铝土矿化。
4. 大规模火山活动是我国古岩溶表面上铝土矿化短期大规模形成的重要因素之一,它可以通过改变地表环境加速母岩风化和溶解,释放的离子(即Al3+、Ti4+、Fe3+和REE4+)向下淋滤,在碳酸盐屏障附近遇到碱性还原性条件沉淀形成铝土矿。
图1 华北石炭纪喀斯特型铝土矿剖面中Hg含量及同位素图
图2 右江喀斯特型铝土矿剖面中Hg含量及同位素图
图3 中国华北(NCB型)和右江(YB型)富Hg喀斯特型铝土矿成矿模式图
本研究受到国家自然科学基金(41972073, 41202061)联合资助。发表在地质学国际权威期刊《Geological Society of America Bulletin》:Liu, X.F., Wang, Q.F.*, Peng, Y.B., Yin, R.S., Ma, Y., Zhao, L.H., and Zhang, S.Q., 2022, Intensified and apace bauxitization over the paleo-karstic surface linked to volcanism: GSA Bulletin. [IF2021=5.41].
原文链接:https://doi.org/10.1130/B36507.1