0 引言

重庆市铝土矿资源丰富，探明储量位居全国第五，是重庆市优势矿产资源之一 。主要分布于南川、武隆、丰都、涪陵、黔江等地，以南川和武隆为主，均属于沉积型铝土矿。已发现51个铝土矿床(点)，其中大型矿床1个，中型矿床5个，小型矿床8个，矿点、矿化点37个，资源量10 390万 t 周庆,李应平,蓝明波,等.重庆市铝土矿整装勘查地质报告.重庆市：重庆市地勘局107地质队,2013. 。自1959年四川省地质局铝矿队发现大佛岩铝土矿起，先后有冶金603地质队、107地质队等单位在该区开展铝土矿的调查、普查、详查、勘探等工作；近年来，有学者开展了大佛岩铝土矿中碎屑锆石的赋存形式^[1]、碳氧同位素^[2]、沉积相^[3]以及岩相古地理研究^[4]，尽管找矿前景较好^[5]，但是，有关重庆铝土矿床的地质特征、成因、分布规律等方面的研究尚未深入开展。总体上，以往对铝土矿床及其伴生元素评价工作较零散，研究程度较低，尤其在物质来源方面研究较少。

本次研究以剖面观察、化学数据分析为基础，利用统计学相关分析等手段，从大佛岩铝土矿床的地质特征入手，通过分析微量元素、稀土元素的地球化学特征，对大佛岩铝土矿的物质来源及形成环境进行综合分析，为进一步开展重庆地区铝土矿成矿模式研究及成因分析做有益探索。

重庆市大佛岩铝土矿床位于重庆市南川区，是渝南——黔北铝土矿成矿带的一部分，大地构造位置为上扬子地块区三级构造单元川中前陆盆地、扬子陆块南部碳酸盐台地与上扬子东南缘被动边缘盆地内^[6]，区域一级构造长坝向斜南西扬起端。受燕山期和喜山期大地构造运动影响，构造以NNE——NE向褶皱、断裂为主。

区域内以沉积岩为主，岩浆活动不发育，变质程度低，除志留系上统缺失，泥盆系、石炭系、第四系零星出露外，其余地层从寒武系下统清虚洞组至侏罗系上统蓬莱镇组均有出露(图 1)。

图 1 大佛岩铝土矿区地质简图 Fig. 1 Geological sketch of Dafoyan bauxite ore zone

图选项

大佛岩铝土矿区缺失志留系上统、下泥盆统、下石炭统，其主要出露志留系中统韩家店组(S₂h)灰绿色粉砂质页岩、二叠系中统梁山组(P₂l)炭质页岩、二叠系中统栖霞组(P2q)深灰色中厚层状灰岩、二叠系中统茅口组(P2m)灰色厚层状灰岩；次为二叠系上统龙潭组(P3l)灰——黑灰色中厚层灰岩夹燧石条带、团块与页岩等岩石组合、二叠系上统长兴组(P3c)浅——深灰色中至厚层灰岩、三叠系下统飞仙关组(T1f)灰——暗紫红色中至厚层状含泥质灰岩、三叠系下统嘉陵江组(T1j)灰色中至厚层灰岩或白云质灰岩；石炭系上统黄龙组(C2h)灰岩与第四系零星分布。其中韩家店组与黄龙组、黄龙组与梁山组、嘉陵江组与第四系为角度不整合接触，茅口组与龙潭组、长兴组与飞仙关组为平行不整合接触。

铝土矿含矿岩系位于二叠系中统栖霞组灰岩或梁山组炭质页岩之下^[7]、志留系中统韩家店组粉砂质页岩或石炭系上统黄龙组灰岩(图 2)之上，并不是由石炭系下统大塘组(C2d)高岭石黏土岩与二叠系中统梁山组(P2l)铝土矿组合而成^[8]。大佛岩铝土矿含矿岩系一般厚5.55～7.63 m。其特征由上而下为：

图 2 24号勘探线剖面图 Fig. 2 No.24 Exploratory grid cross section

图选项

梁山组：黑色炭质页岩。

- - - - -假整合- - - -

⑥灰、深灰——灰黑色黏土岩，厚0.15～1.33 m。

⑤浅灰、黄灰、灰——深灰色铝土岩，厚0.14～1.87 m。

④浅灰、灰——深灰至灰褐色似层状、透镜状铝土矿，厚0.13～4.66 m。

③浅灰、灰——深灰色铝土岩，含少量星点状及团块状黄铁矿，厚0.00～3.21 m。

②高岭石黏土岩，含星点状黄铁矿及其集合体，厚0.00～3.01 m。

①灰绿、黄绿、黑灰色绿泥石黏土岩，厚0.66～4.36 m。

- - - - -假整合- - - -

下伏地层：志留系中统韩家店组粉砂质页岩或石炭系中统黄龙组灰岩。

矿体呈层状、似层状产于含矿岩系中部和中上部位，平面形态呈不规则状展布于长坝向斜南西扬起端及南东翼；矿体东起于毛面，西止于灰河，南起于铜箭岩，北止于大树湾——龙洞湾一线，矿体长轴呈北西——南东展布，长2 890～5 060 m，短轴呈北东展布，宽2 410～2 740 m 周庆,李应平,蓝明波,等.重庆市铝土矿整装勘查地质报告.重庆市:重庆市地勘局107地质队,2013. 徐乔,何林川,柳茂盛,等.南川川洞湾——灰河——大佛岩铝土矿区详查地质报告.重庆市:重庆地勘局107地质队,2005. 。矿体产状与地层产状趋于一致 丁俊,廖朝贵,闫武,等.重庆市大佛岩、吴家湾、申基坪铝土矿区铝土矿伴生钪、锂、镓综合评价地质报告.成都:中国地质调查局成都地质调查中心,2011. 。走向： 由西向东，灰河以西，由近地表的北西西向转至深部的北西向;灰河以东，由近地表大佛岩地段的近东西向逐渐转至大土地段(深部)的北东东向。倾向：灰河以西，由近地表的北北东向转至深部的北东向;灰河以东，由近地表大佛岩地段的由近北向逐渐转至大土地段的北北西向。倾角：大佛岩——大土，矿体底板高程1 714～1 100 m，矿体平均倾角16°;大土以北矿体底板高程-20～1 100 m，矿体平均倾角35°;灰河段矿体平均倾角30°。

矿体最厚6.00 m(ZK5220)，最薄0.10 m(CK22)，一般1.00～2.50 m，平均厚1.93 m。厚度变化系数为57.88%，变化较大。

可划分为土状(含半土状)、土豆状、致密状、豆(鲕)状、砾屑状铝土矿石5种自然类型(图 3)。其中以土状(含半土状)铝土矿石质量最好，土豆状次之，砾屑状及豆(鲕)状铝土矿石再次之，致密状铝土矿石较差。

图 3 大佛岩铝土矿典型矿石类型 Fig. 3 Ore typical types of Dafoyan bauxite

图选项

铝土矿体矿石组合以致密状矿石为主，土豆状、土状(含半土状)矿石次之，并有少量砾屑状、豆(鲕)状铝土矿石。矿体顶部、底部以致密块状铝土矿为主，土状铝土矿多分布在矿体中部，但也有少数工程中见土状铝土矿分布在矿体顶部。

矿石的X衍射分析表明，矿石矿物主要由硬水铝石组成，次为高岭石，并含有少量的水云母、黄铁矿、黑色炭质物、勃姆铝矿，局部含微量的金红石、锐钛矿、叶绿泥石。

顶板以铝土岩为主，次为炭质页岩、黏土岩。底板以铝土岩为主，次为黏土岩。仅有1个工程，亦即ZK5606孔有夹石，夹石厚1.11 m，夹石中平均w(Al₂O₃)为51.08%，w(SiO₂)为40.74%。

矿体总体而言较为连续稳定，以铝土矿边界品位w(Al₂O₃)为40%、A/S(铝硅比Al₂O₃/SiO₂)为1.8为标准，将w(Al₂O₃)>40%、A/S>1.8的样品统称为铝土矿^[9]，大佛岩铝土矿矿石品位如表 1所示。

铝土矿床中常赋存多种有用的微量元素，如Ga、Sc、Li等，部分元素的含量远远超过其综合利用的最低指标。本次有关伴生元素及稀土元素研究取样19件，包括：含矿岩系样品13件，其中铝土矿样品4件，铝土岩样品3件，黏土岩样品6件；灰岩样品2件；粉砂质页岩样品4件。伴生元素分析结果(表 2)表明：

1)含矿岩系w(Ga)为(11.90～71.40)×10^-6，平均为38.22×10^-6，在铝土岩中平均质量分数最高，黏土岩中平均质量分数最低。Ga的质量分数变化系数为39，属于不稳定的变化，在矿体中分布不均匀。粉砂质页岩w(Ga)为(21.40～54.00)×10^-6，平均为35.80×10^-6，与含矿岩系的平均质量分数相当。灰岩w(Ga)为5.79×10^-6和8.98×10^-6，平均为7.39×10^-6，低于含矿岩系。

2)含矿岩系w(Li)为(1.78～1 640.00)×10^-6，平均为448.48×10^-6，在铝土岩中平均质量分数最高，黏土岩中平均质量分数最低。Li的质量分数变化系数为118，属于不稳定的变化，在矿体中分布极不均匀。粉砂质页岩w(Li)为(31.80～104.00)×10^-6，平均为63.33×10^-6，低于含矿岩系。灰岩w(Li)为7.46×10^-6和14.90×10^-6，平均为11.18×10^-6，远低于含矿岩系。

3)含矿岩系w(Sc)为(5.18～39.20)×10^-6，平均为19.53×10^-6，在铝土岩中平均质量分数最高，铝土矿中质量分数最低。Sc的质量分数变化系数为50，属于不稳定的变化，在矿体中分布不均匀。粉砂质页岩w(Sc)为(13.10～36.50)×10^-6，平均为22.78×10^-6，与含矿岩系的平均质量分数相当。灰岩w(Sc)为6.30×10^-6和8.20×10^-6，平均为7.25×10^-6，低于含矿岩系。

4)含矿岩系w(Nb)为(20.30～99.00)×10^-6，平均为44.10×10^-6，在铝土矿中平均质量分数最高，铝土岩中略低于黏土岩中平均质量分数。Nb的质量分数变化系数为57，属于不稳定的变化，在矿体中分布不均匀。粉砂质页岩w(Nb)为(17.90～27.90)×10^-6，平均为21.48×10^-6，低于含矿岩系。灰岩w(Nb)为3.38×10^-6和6.51×10^-6，平均为4.95×10^-6，低于含矿岩系。

5)含矿岩系w(V)为(69.50～710.00)×10^-6，平均为291.32×10^-6，在铝土矿中平均质量分数最高，黏土岩中平均质量分数最低。质量分数变化系数为61，属于不稳定的变化，在矿体中分布不均匀。粉砂质页岩w(V)为(97.40～191.00)×10^-6，平均146.10×10^-6，低于含矿岩系。灰岩w(V)为25.70×10^-6和45.10×10^-6，平均35.40×10^-6，低于含矿岩系。

稀土元素质量分数及w(∑REE)的变化幅度较大(表 2)，铝土矿、铝土岩、黏土岩的w(∑REE)平均值依次增加，页岩的w(∑REE)平均值最高，灰岩w(∑REE)平均值介于含矿岩系样品与页岩样品之间。

大佛岩铝土矿中伴生的主要矿产为耐火黏土铁矾土等，重庆市地勘局107地质队曾对此做过评价。除此之外，大佛岩铝土矿伴生多种有益组分：

Ga   工业上没有直接使用的镓矿物，一般镓都是作为副产品在含铝矿物或锌矿冶炼过程中进行回收。可以说，工业上90%的镓来源于铝土矿^[11]，镓 无独立矿床工业指标，其综合利用的最低指标为 20.00×10^-6[4]。本次研究所取铝土矿含矿岩系样品w(Ga)为(11.90～71.40)×10^-6，平均38.22×10^-6。从镓质量分数及研究区内镓的资源量来说，具开发的价值。

Sc    虽然钪目前国内没有综合利用的工业标准，但可参照国外综合利用的标准^[12]，w(Sc)>20×10^-6即具回收利用的可能性。重庆大佛岩所取样品w(Sc)为(5.18～39.20)×10^-6，平均19.53×10^-6，钪质量分数较低。有关钪的赋存状态方面的研究程度不高^[8]，其综合利用的潜在价值较低。

Li   以锂综合利用最低标准260×10^-6为界^[13]。含矿岩系样品w(Li)为(1.78～1 640.00)×10^-6，平均448.48×10^-6。尽管其平均质量分数超过工业利用的最低标准，但是Li在矿床中分布极不均匀。

REO  目前没有关于铝土矿共伴生REO及Nb的综合品位和综合利用要求，可参照古风化壳吸附(风化壳淋积)型稀土矿床的工业要求^{[9, 12]}：边界品位，w(REO)>0.08%,工业品位:w(REO)为0.016%~0.020%。大佛岩铝土矿中仅有少数样品REO达到此标准，且赋存状态有待进一步研究。

V   矾的独立矿床很少，主要为共伴生矿床，其作为伴生元素工业利用的最低指标为w(V₂O₅) 为0.10%～0.50%^[9]。大佛岩铝土矿床中w(V)多数高于此标准。

与其他地区铝土矿伴生元素的研究^{[14, 15]}一致，大佛岩铝土矿中Ga、Nb、V等元素与Al₂O₃存在正相关关系(图 4)。根据山西铝土矿伴生稀有稀土元素的研究^[16]，REO、Sc主要富集于赤泥中，而Ga、Li、V则主要富集于循环母液中^[17]。铝土矿提取Ga的技术较为成熟，实验提取Sc、Li等元素已实现突破 丁俊,廖朝贵,闫武,等.重庆市大佛岩、吴家湾、申基坪铝土矿区铝土矿伴生钪、锂、镓综合评价地质报告.成都:中国地质调查局成都地质调查中心,2011. ，但受到经济效益的制约，目前无法实现工业化生产。抛开经济利益而言，铝土矿中伴生元素的利用在技术上是可行的。因此，在当前的经济技术条件下，积极推进铝土矿主元素及其伴生Ga、V等元素的开发利用，加大赋存状态方面的研究力度，改进综合利用开发方法，是提高资源利用率的重要方向。

图 4 大佛岩铝土矿部分伴生元素与Al2O3相关图 Fig. 4 Some associated elements to Al2O3 catter diagram of Dafoyan bauxite

图选项

由于含矿岩系中微量元素对其源岩具有一定的继承性，且Zr、Cr、Ga具有相当的稳定性和一定的含量特征，因此它们都可用来恢复成矿物质来源^[18]。在图 5中，灰岩、页岩样品以及大部分铝土矿投点落入Ⅲ区，母岩区为中性或泥质，含矿岩系中少部分落入到酸性岩的母岩区附近，尚有一部分投到分区之外， 由此可见成矿物质来源可能是多样性的；另从灰岩、页岩样品以及铝土矿含矿岩系各类岩石分布的相似性来说，物质来源与基底岩石密切相关^[20]，从图解分布来看，物质来源与基底志留系粉砂质页岩犹为密切。Ga与Al在原子体积、电子构型、电负性、电价、电离势、原子和离子半径等方面非常相似，所以Ga与Al的地球化学参数相近，二者紧密相随；因此铝土矿与其母岩之间Ga/Al具有相似性^[19]。从本矿床来看，基底页岩或灰岩Ga/Al值均大于含矿岩系中其他各类岩石；一方面表现出含矿岩系保留了基底岩石中的大部分Ga，另一方面，含矿岩系的形成就是Al富集的过程，从而造成Ga/Al值相对降低，暗示物质来源是以基底岩石的风化产物为主。铝土矿的δCe值大于1.17，表明铝土矿物源主要来自陆源^[21]；而且含矿岩系中，大小不一的锆石，呈粒状、次棱角状、平板状和次圆状散乱分布于黏土矿物和其他矿物之中^[1]，体现碎屑锆石的特点，由于锆石能够继承母岩的特性，因此成矿母岩具陆源碎屑岩的特点。从含矿岩系中稀土元素与基底页岩中稀土元素相关系数(R=0.701)来看，呈正的中等相关关系；另外，从含矿岩系与下伏地层稀土元素分布模式图(图 6)中可知，铝土矿(图 6a)与粉砂质页岩(图 6d)的稀土元素配分模式曲线大体一致，揭示成矿物源主要来源于下伏志留系韩家店组粉砂质页岩。

图 5 大佛岩铝土矿Zr-Cr-Ga图解 Fig. 5 Zr-Cr-Ga graph of Dafoyan bauxite

图选项

图 6 大佛岩铝土矿稀土元素球粒陨石标准化分布模式 Fig. 6 Chondrite-normalized REE distribution patterns of Dafoyan bauxite

图选项

铝土矿中微量元素对形成环境具有一定的指示意义。本矿床w(Ga)普遍大于20×10^-6、w(V)普遍大于110×10^-6，其陆相沉积特征明显^[22]。赵晓东等^[2]在利用C、O同位素研究南川(大佛岩铝土矿床有取样点)、武隆铝土矿形成的古盐度时发现，虽然含矿岩系样品分布在淡水成岩区，但是盐度的变化幅度较大，古盐度的变化可能是源于海水的注入。尽管大佛岩铝土矿矿床稀土元素质量分数及w(∑REE)的变化幅度较大(表 2)，但是轻重稀土比值LR/HR普遍大于1，大佛岩铝土矿属于轻稀土富集型。轻稀土主要富集在陆相黏土岩中^[23]，因此大佛岩铝土矿床具陆相沉积的特点；另从Eu与Ce异常系数δEu、δCe来看，本矿床所有样品都呈现出正Ce(δCe>1.05)异常和强Eu负异常(陆相沉积基本上呈现为Ce正异常，Eu负异常^[24])， 表明含矿岩系不是在海水环境形成的；由于Ce⁴⁺只有在非碱性条件下易于溶解在原地停留，因此推断当时为弱酸性环境；Ce氧化成四价状态有利于Ce与其他稀土元素的分离^[23]，样品表现出w(Ce)正异常说明基本处于氧化环境；另用V/Cr值对氧化与还原环境进行初步判断^[25]，大佛岩铝土矿形成环境以氧化为主。还有研究表明，大佛岩铝土矿形成于陆缘近海湖 李军敏,赵晓东,吕涛,等.渝东地区地质构造演化及铁铝基地研究阶段性成果报告.成都:中国地质调查局成都地质调查中心,2013. ^[25]，因此，大佛岩铝土矿床是以陆相沉积为主，形成过程中存在海水入侵的可能性。

重庆大佛岩大型铝土矿床位于渝南——黔北成矿带内，是以陆相作用为主的风化壳再沉积型矿床，铝土矿体位于志留系粉砂质页岩或黄龙组灰岩之上、二叠系栖霞组灰岩或二叠系梁山组炭质页岩之下，呈层状、似层状分布；铝土矿矿石类型较多，品位变化较大，总体来说贫矿多、富矿少。大佛岩铝土矿床伴生有REO、Ga、Sc、Li以及V等多种有益元素，部分有益元素已超过工业利用的最低要求，铝土矿中伴生Ga、V等的综合利用可同主元素铝的利用结合起来，但REO、Sc、Li等因受到多方制约，目前尚无综合开发利用的可行性；但随着科学技术不断发展，势必为提高铝土矿综合利用价值提供基础支撑。

从大佛岩铝土矿伴生微量元素三角图解及稀土元素配分模式来看，铝土矿下伏地层志留系韩家店组粉砂质页岩是成矿物质的主要来源。通过对铝土矿含矿岩系伴生微量及稀土元素的分析，大佛岩铝土矿在弱酸性、氧化环境中，于陆缘近海湖，由母岩风化的产物经过一系列物理化学变化逐步形成，在形成的漫长过程中可能受到水介质影响(海进海退的影响)。

本文是“渝东地区地质构造演化及铁铝基地研究”项目的研究成果之一，野外取样工作中得到重庆市地调院、重庆市地勘局107地质队的帮助；由国土资源部西南矿产资源监督检测中心完成薄片制样、样品粉碎和常量元素测试工作；在此一并表示感谢。