科學(xué)實驗報告

1、科學(xué)實驗報告科學(xué)實驗報告實驗題目：鋁土礦地質(zhì)特征與成因研究實驗?zāi)康模何覈X土礦礦產(chǎn)時空分布廣，類型多樣，鋁土礦地質(zhì)與成因研究對促進鋁土礦地質(zhì)學(xué)發(fā)展有重要意義。認(rèn)識鋁土礦的地質(zhì)特征，查明其分布規(guī)律、成礦作用、成因類型等。分析研究礦床分類、鋁土礦的礦體形態(tài)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)、礦體層序、物質(zhì)組成、物質(zhì)來源、成礦環(huán)境和成因機制分析儀器：顯微鏡、 X 衍射分析儀 ( XRD) 、掃描電鏡 能譜儀 ( SEM EDS) 、電子探針 ( EPMA) 、差熱 /熱重分析儀 ( DTA/TG) 、紅外光譜儀 ( FTIR) ， X 射線熒光光譜儀 ( XRF) 、等離子體質(zhì)譜儀等實驗內(nèi)容：一、鋁土礦分類方案及類型（ 1

2、）鋁土礦礦床分類諸多國內(nèi)外學(xué)者通過鋁土礦的物質(zhì)組成、礦體形態(tài)、地質(zhì)產(chǎn)狀、 基巖類型礦床成因以及產(chǎn)出大地構(gòu)造背景等對鋁土礦展開了詳細(xì)的分類研究。 目前，應(yīng)用最廣泛的是根據(jù)基巖來分類。 根據(jù)基巖類型， 鋁土礦主要分為喀斯特型和紅土型兩類?？λ固匦弯X土礦據(jù)其產(chǎn)出大地構(gòu)造背景又可劃分為板內(nèi)喀斯特型鋁土礦和造山帶型鋁土礦 ; 其中，造山帶型鋁土礦占喀斯特型鋁土礦總量約 85% 。(2) 桂西鋁土礦 : 桂西喀斯特型鋁土礦包括二疊系沉積型和第四系堆積型兩種類型的鋁土礦。鋁土礦含礦層序受古喀斯特地形地貌控制。(3) 貴州鋁土礦 : 貴州鋁土礦主體賦存于晚石炭世九架爐組中，主要包括兩種剖面類型。第一類型為鐵質(zhì)

3、巖 鋁質(zhì)巖類型。第二類型為粘土巖 鋁質(zhì)巖類型。(4) 桂中鋁土礦 : 鋁土礦和高嶺土礦共生。桂中紅土型鋁土礦主要分布在泥盆系、石炭系碳酸巖溶準(zhǔn)平原內(nèi)低丘、矮嶺和臺地的第四系紅土層中，具有明顯的垂向分帶性。2、共生礦產(chǎn)不同類型的鋁土礦床由于成礦條件不同，其共生礦產(chǎn)種類也不一樣。我國喀斯特型 ( 沉積型 ) 鋁土礦共生礦產(chǎn)種類最多，其上覆地層中常產(chǎn)有煤、熔劑灰?guī)r、油頁巖等 ; 在含鋁巖系中共生有耐火粘土、鐵礬土、鐵礦、硫鐵礦等。我國喀斯特型 ( 堆積型 ) 鋁土礦共生礦產(chǎn)主要為低品位三水鋁石礦。紅土型中通常共生有高嶺土和鈷土礦。三、礦物組成與演化序列礦物組成及其形成演化過程的研究主要是通過顯微鏡觀

4、察、X 衍射分析( XRD)、掃描電鏡 能譜分析 ( SEMEDS) 、電子探針分析 ( EPMA)、差熱 /熱重分析 ( DTA/TG)、紅外光譜分析 ( FTIR)和重砂礦物挑選多種手段綜合分析探索。研究發(fā)現(xiàn)，不同鋁土礦集中區(qū)的礦石礦物組成存在較大差異。（1）、從華北鋁土礦礦石中識別出礦物類型有30 余種。礦物形成階段大概可以劃分為四個階段 : 陸源期、同生期、成礦期、成礦后期和表生期。（2）、貴州喀斯特型鋁土礦的礦石礦物主要是硬水鋁石。礦物生成階段主要包括陸源碎屑、早期成巖、晚期成巖及表生成巖等四個階段( 孫建宏和陳其英， 。（3）、桂中、海南以及福建等地鋁土礦均為三水鋁石紅土型鋁土礦，

5、主要組成礦物包括三水鋁石、高嶺石、針鐵礦、赤鐵礦和銳鈦礦等。四、元素特征與伴生礦產(chǎn)鋁土礦研究中主要利用壓片法 X 射線熒光光譜 ( XRF) 、等離子體質(zhì)譜法 ( ICP MS) 、容量法和重量法等多種方法對礦石中常量 微量 稀土元素進行分析 。借助統(tǒng)計分析、相關(guān)性分析和聚類分析等方法對礦石中元素協(xié)同變化規(guī)律進行解析，并且結(jié)合電子探針分析等確定鋁土礦中微量元素分布規(guī)律和賦存狀態(tài)。1 元素組成與空間變化(1) 礦石的主量元素組成與變化特征受礦石礦物組成的制約， 由于賦存狀態(tài)和元素地球化學(xué)行為屬性的不同，多種元素空間分布呈現(xiàn)出多樣性，同一元素分布具有空間性變化。( 2) 不同地區(qū)的喀斯特型鋁土礦地

6、球化學(xué)元素的空間分布特征互有差異。( 3) 惰性元素的確定一直是地球化學(xué)研究的重點，但是不同地區(qū)的鋁土礦中確定的惰性元素基本類似。( 4) 雖然鋁土礦層自下而上是一個逐次沉積形成的，但是利用地球化學(xué)的垂向分布來反演成礦過程是一個很難的途徑。2 伴生礦產(chǎn)與賦存狀態(tài)鋁土礦是REE 、 Ga、Sc、Ti 、Li等金屬礦產(chǎn)的主要來 源 之 一。這些元素主要為鋁土礦中伴生礦產(chǎn)資源。我國鋁土礦中伴生礦產(chǎn)資源豐富，目前研究成果顯示鋁土礦中伴生元素主要包括Ti 、Ga、V 、Li 、Sc、Nb、Ta 和 REE 。目前國內(nèi)鋁土礦中稀土元素的賦存狀態(tài)一直以來仍難以給出確定回答，選礦試驗的結(jié)論證實稀土元素以吸附態(tài)

7、存在的可能性不大，同時以獨立稀土礦物存在的量有限，以類質(zhì)同像替換的可能性最大。五、成礦物質(zhì)來源對紅土型鋁土礦而言，可以直接根據(jù)紅土型鋁土礦的物質(zhì)組成和礦石結(jié)構(gòu)得知它們與潛在的母巖間的關(guān)系; 但是對于喀斯特型鋁土礦則不然， 因為喀斯特型鋁土礦的形成過程比較復(fù)雜。國內(nèi)鋁土礦最新研究進展是創(chuàng)建了喀斯特型鋁土礦物質(zhì)來源研究方法體系，首次應(yīng)用鋁土礦中碎屑鋯石U Pb 和 Lu Hf同位素特征，提出LogZr/Hf LogNb / Ta雙變量物源判識圖解，綜合評價風(fēng)化源巖類型及其對成礦的貢獻。提出了鋁土礦的物質(zhì)來源與大型構(gòu)造巖漿活動有密切關(guān)系，是異源搬運的觀點。六、成礦古地理及成礦環(huán)境1 成礦期古地理成礦

8、古地理條件是影響成礦環(huán)境的重要因素。以往學(xué)者通過沉積層序、沉積構(gòu)造、化石面貌、微量元素、同位素等特征對重點礦集區(qū)鋁土礦沉積環(huán)境進行劃分研究。根據(jù)最新研究成果來看，根據(jù)礦體結(jié)構(gòu)，可以將與成礦有關(guān)的古環(huán)境與古地理大致分為三期。 一是成礦前的巖溶喀斯特地貌; 二是成礦過程有可能不是一個持續(xù)的過程，中間存在間隔期，間隔期的古地理框架與成礦前的喀斯特地貌有關(guān) ; 三是成礦后 ( 末) 期的沉積地貌格架。2 成礦環(huán)境鋁土礦中礦物類型、地球化學(xué)特征以及礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造等對成礦環(huán)境有重要的制約。目前，喀斯特型鋁土礦的形成環(huán)境主要包括“氧化滲流型”和“還原潛水型”兩種類型。通過礦石顏色、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物類型和元素組成

9、特征等反映的鋁土礦沉積/成礦環(huán)境非常復(fù)雜 ; 多為兩種成礦環(huán)境間的過渡帶環(huán)境。對于造山帶環(huán)境中的喀斯特型鋁土礦，由于造山作用導(dǎo)致地形高俊，高差較大，鋁土礦的形成環(huán)境主體為“滲流型” ，或者靠近“滲流型”; 而板內(nèi)環(huán)境中的喀斯特型鋁土礦，通常以“潛水型”，或者靠近“潛水型”環(huán)境為主。七、成礦機制目前，喀斯特型鋁土礦形成機制主要包括三種類型: ( 1) 紅土化作用形成含鋁物質(zhì)，之后含鋁物質(zhì)被搬運到碳酸鹽巖表面沉積形成鋁土礦; ( 2) 風(fēng)化殼中含鋁溶液以化學(xué)形式搬運到喀斯特洼地中結(jié)晶形成鋁土礦 ; ( 3) 碳酸鹽巖表面或者內(nèi)部鋁硅酸鹽巖鋁土礦化 ( 紅土化 ) 后原地堆積形成鋁土礦。在部分情況下

10、，喀斯特型鋁土礦的形成是三種機制的共同作用或者以任何方式結(jié)合的產(chǎn)物。該成因機制劃分為三個成礦階段:( 1) 物質(zhì)準(zhǔn)備階段，該階段為母巖中礦物經(jīng)過風(fēng)化作用和紅土化作用使巖石中礦物分解釋放出各種離子，堿性堿土元素隨著風(fēng)化作用的進行逐漸流失，留下來的離子原地結(jié)晶形成氧化物和氫氧化物以及部分粘土礦物，這些礦物組成了鋁土礦的原始物質(zhì)。( 2) 物質(zhì)遷移階段，已形成的鋁土礦物質(zhì)經(jīng)過短距離的搬運在喀斯特洼地中沉積形成鋁土礦層。( 3) 后期改造階段， 該階段是后成巖作用， 變質(zhì)作用以及表生風(fēng)化淋濾作用過程，鋁土礦在這個階段是逐漸富集和優(yōu)化的階段。目前，喀斯特型鋁土礦成因機制探索一般為基于區(qū)域地質(zhì)演化、巖相古

11、地理特征等，通過礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造研究、礦物成因分析、元素活動行為探討和元素賦存狀態(tài)的探索進行綜合討論探索。地質(zhì)學(xué)、巖相學(xué)、地球化學(xué)和礦物學(xué)多學(xué)科綜合研究揭示了我國喀斯特型鋁土礦成因機制。華北板塊之上喀斯特型鋁土礦( 山西、河南 ) 中主要鋁礦物硬水鋁石為簡單成巖結(jié)晶成因;成因機制主體為“離子結(jié)晶與碎屑沉積”綜合成因。而華南鋁土礦 ( 貴州、廣西 ) 中主要鋁礦物硬水鋁石也為簡單成巖結(jié)晶成因 ;成因機制主體為“離子結(jié)晶”成因。實驗結(jié)論：鋁土礦地質(zhì)與成因研究需要沉積學(xué)、表生地球化學(xué)、同位素地質(zhì)學(xué)、古氣候?qū)W多學(xué)科的綜合研究，也需要應(yīng)用多項現(xiàn)代測試手段。通過該實驗的結(jié)果系統(tǒng)綜述國內(nèi)外鋁土礦研究方法與進展，

12、總結(jié)鋁土礦研究方法體系，并闡述我國鋁土礦研究一些新認(rèn)識，主要結(jié)論包括:( 1) 我國鋁土礦主體包括喀斯特型和紅土型兩種類型的鋁土礦， 其中以喀斯特型鋁土礦為主 ; 紅土型鋁土礦剖面類型與形成環(huán)境條件密切相關(guān)。 喀斯特型鋁土礦整體為硬水鋁石型，形成環(huán)境為堿性還原的“潛水型”環(huán)境中; 礦體受到巖溶喀斯特微地形的控制，含礦巖系層序變化復(fù)雜，主體分為局部高地與局部洼地兩種類型 ; 局部洼地產(chǎn)出的鋁土礦礦體較厚，部分剖面包括多個鋁土礦 粘土巖的沉積旋回。( 2) 喀斯特型鋁土礦的成礦物質(zhì)普遍經(jīng)歷多個演化階段， 造成了礦石礦物組成的復(fù)雜性和區(qū)域間的差異性 ; 喀斯特型鋁土礦物質(zhì)來源呈多源性特征， 整體物質(zhì)以異源搬運的 ; 物質(zhì)遷移機制存在區(qū)域性差異 ; 華北喀斯特型鋁土礦主體為碎屑沉積+ 離子結(jié)晶成因 ; 而華南鋁土礦則主體為離子結(jié)晶為主。( 3) 重要鋁土礦富集區(qū)都與重大地質(zhì)事件有關(guān); 中國喀斯特型鋁土礦主體為洋陸俯沖、大陸漂移和集中風(fēng)化的結(jié)果