作者：上海地礦珠寶玉石檢測(cè)中心 胡家燕

    早石炭世大壙期舊司時(shí)的鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖類，它是由"黔中隆起"區(qū)的碳酸鹽巖經(jīng)長期鈣紅土（Terra rosa）化作用后形成的鈣紅土風(fēng)化殼，在大壙早期舊司時(shí)海浸形成的半封閉瀉湖環(huán)境中，經(jīng)過分解及水解、結(jié)晶、搬運(yùn)和沉積而成一套完整的鈣紅土風(fēng)化殼再沉積型巖類。清鎮(zhèn)式赤鐵礦、修文式赤鐵礦、修文式鋁土礦就產(chǎn)于這套沉積巖中。 

    鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖具有各種類型的巖石結(jié)構(gòu)，揭示不同結(jié)構(gòu)所代表的巖石形成機(jī)理，它從一側(cè)面反映了鐵、鋁礦床形成的條件。

一、鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖類的基本特性

     鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖在舊司段的沉積層序，上部為鋁質(zhì)巖類，下部為鐵質(zhì)巖類，沉積厚度變化受下覆巖溶地形制約，如清鎮(zhèn)林歹地區(qū)達(dá)25米，修文干壩地區(qū)僅7米左右。 

    1、鐵質(zhì)巖類 

    一般厚度在2-5米，由赤鐵礦組成，呈扁透鏡狀，結(jié)核狀產(chǎn)出，有的地段赤鐵礦逐步過渡為鱗綠泥石巖、赤鐵礦-砂礫屑鋁土礦、砂礫屑鋁土礦-鱗綠泥石巖、鱗綠泥石-粘土巖等，通過對(duì)清鎮(zhèn)、云霧山兩地赤鐵礦大體積綜合取樣分析（表1）屬優(yōu)質(zhì)鐵礦石。修文小山壩地區(qū)鐵質(zhì)巖上部有一層2米厚的鋁土質(zhì)高嶺石粘土巖、高嶺石粘土巖，鐵質(zhì)巖假整合于中上寒武統(tǒng)婁山關(guān)群白云巖的巖溶面上，清鎮(zhèn)林歹地區(qū)鐵質(zhì)巖上部為2米厚的鋁土礦層，9米厚的含粉砂水云母-高嶺石粘土巖伴有大量結(jié)核狀體赤鐵礦分布，假整合于中寒武統(tǒng)石冷水組白云巖的巖溶面上。 

表1 赤鐵礦化學(xué)成分（%）

    2、鋁質(zhì)巖 

    由各種結(jié)構(gòu)類型的鋁土礦及鋁土質(zhì)高嶺石粘土巖、高嶺石--水云母粘土巖組成，在炭質(zhì)粘土巖種拌有黃鐵礦、菱鐵礦。 

    鋁土礦一般厚度為2-4米，礦物成分主要由硬鋁石組成，碎屑狀電氣石、鋯石、獨(dú)居石、銳鐵礦、金紅石均勻分布，在鋁土礦之中并有部分自形的銳鈦礦產(chǎn)出。 

    鋁土礦按結(jié)構(gòu)類型分為四種： 

    (1) 重結(jié)晶硬鋁石鋁土礦（土狀鋁土礦）：灰白色、白色疏松土狀,含少量鋁土礦碎屑，Al₂O₃/SiO₂<7。

    (2) 泥晶硬鋁石鋁土礦（致密狀鋁土礦）：灰色、黃灰色、灰黃色、致密塊狀，含少量鋁土礦碎屑，Al₂O₃/SiO₂<5。 

    (3) 碎屑狀鋁土礦：灰色、黃灰色、白灰色，由礫、砂狀鋁土礦碎屑和鮞粒組成，Al₂O₃/SiO₂=5-7。 

    (4) 藻鋁土礦：灰色、灰白色、灰黃色，由藻迭層石、核形石組成，Al₂O₃/SiO₂=5-7。

二、鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖形成機(jī)理

    鈣紅土化作用形成的鈣紅土風(fēng)化殼，是形成黔中地區(qū)鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖的物質(zhì)基礎(chǔ)，鈣紅土風(fēng)化殼在水體中經(jīng)過分解及水解、結(jié)晶、搬運(yùn)和沉積是形成各種巖石的關(guān)鍵，半封閉的瀉湖為鈣紅土的解體及產(chǎn)物提供了良好的分選、沉積環(huán)境，因此鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖的成因?yàn)轱L(fēng)化殼再沉積型。 

    在化學(xué)風(fēng)化過程中，碳酸鹽巖產(chǎn)生分解，Mg、Ca等堿土金屬以重碳酸鹽（如CaCO₃+H₂O+CO2→Ca(HCO₃)2）及可溶性氯化物（如CaCl₂）、硫酸鹽（如CaSO₄）隨水體帶走，殘留物為不易溶解的鋁硅酸鹽、鐵的氫氧化物和鈦的氧化物等，它們成為鈣紅土的主要成分。通過對(duì)寒武紀(jì)碳酸鹽巖巖溶面上近代鈣紅土的分析，它們屬尚未水解的產(chǎn)物。鈣紅土礦物成分主要由粘土礦物及鐵質(zhì)組成，水云母和高嶺石為顯微鱗片狀，含量達(dá)70%，氫氧化鐵是均勻細(xì)小質(zhì)點(diǎn)狀褐鐵礦與粘土礦物混雜，含量達(dá)30%，鈣`紅土化學(xué)成分富含Si、Fe、Al、K、Ti（表2）。鈣紅土中留有碎屑狀的穩(wěn)定礦物組分，如電氣石、鋯石、金紅石、銳鐵礦、獨(dú)居石、白云母等。 

表2 近代鈣紅土化學(xué)成分（%）

    由于PH、Eh值、生物作用、溫度等因素影響，作為鈣紅土重要組成的鋁硅酸鹽礦物水云母及高嶺石在水體中進(jìn)一步水解。水云母在酸性介質(zhì)條件下轉(zhuǎn)變?yōu)楦邘X石，變化方程式為： 

2KAl₅Si₇O₂₀(OH)₄+2H⁺+2HCO₃^-+13H₂O→5Al₂Si₂O₅[OH]₄+H₄SiO₄+2K⁺+2HCO₃^- 

    在表生條件下鈣紅土風(fēng)化殼的透水性，濕熱的氣候，半封閉的瀉湖水體的淡化和潮汐作用是控制鈣紅土水解的主要因素。當(dāng)介質(zhì)處于弱酸性、若堿性的時(shí)候，加速了高嶺石的水解，并向膠態(tài)非晶質(zhì)及顯微晶粒狀三水鋁石轉(zhuǎn)化，高嶺石在去硅化作用同時(shí)被三水鋁石的交代，實(shí)質(zhì)上是一種富鋁排硅過程，這種作用導(dǎo)致三水鋁石富集，變化方程式為：Al₂Si₂O₅[OH]₄+H₂O→2Al(OH)₃+2SiO₂，SiO₂是膠體被水遷移。 

    由于潮汐作用，早期的三水鋁石逐漸形成碎屑狀的三水鋁石泥，脫離變化中的鈣紅土在水體中搬運(yùn)，再沉積形成各種結(jié)構(gòu)類型的三水鋁石鋁土礦。 

    當(dāng)PH在6.6-6.8的弱酸性介質(zhì)條件下，膠體SiO₂及膠體Al₂O₃將產(chǎn)生凝聚和沉淀作用，形成高嶺石粘土巖沉積。當(dāng)PH>7.8時(shí)，堿金屬K+與膠體SiO₂及Al₂O₃將凝聚形成水云母粘土巖沉積。 

    鈣紅土中的褐鐵礦在有機(jī)質(zhì)和生物作用下，隨著鈣紅土層厚度的增大由氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原環(huán)境，促使Fe³⁺還原成Fe²⁺，并形成一種膠體從鈣土中遷出，在瀉湖邊緣的氧化帶中形成赤鐵礦的沉積。在過渡帶中往往形成赤鐵礦和鱗綠泥石的嵌晶現(xiàn)象。赤鐵礦、鱗綠泥石由于屬早期膠體搬運(yùn)沉積，因此鈣紅土中的穩(wěn)定碎屑礦物組分含量甚少。 

    鈣紅土中富集的鈦礦物，大部分以碎屑狀進(jìn)入以三水鋁土礦為主的沉積物中，也有部分形成鈦的氫氧化物（TiO₂nH₂O）轉(zhuǎn)移，在成巖作用下形成自形程度較高的銳鈦礦晶粒，往往成粒狀集合體分布。 

    成巖及后生作用中，由于壓力和溫度的變化，鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖產(chǎn)生低級(jí)變質(zhì)改造作用。巖石出現(xiàn)變晶結(jié)構(gòu)、重結(jié)晶結(jié)構(gòu)及扭曲、變形現(xiàn)象。組成礦物產(chǎn)生變化，三水鋁石失水重結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)橛蹭X石，隨著作用的加強(qiáng)硬鋁石自形程度增長。高嶺石部分向葉臘石轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)葉臘石逐步替代高嶺石現(xiàn)象。水云母部分轉(zhuǎn)變?yōu)轺[片絹云母并出現(xiàn)結(jié)晶片狀白云母。白云母出現(xiàn)2M1-3T型，白云母晶軸b0<9。高嶺石結(jié)晶指數(shù)達(dá)1.23。赤鐵礦局部轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，大部分變得十分致密。 

    改造作用結(jié)果使鋁土礦Al₂O₃/SiO₂值產(chǎn)生變化，據(jù)不同地區(qū)鋁土礦樣品分析，麥壩鋁土礦為6.7，林歹鋁土礦為7.1，燕龍鋁土礦為10.8，小山壩鋁土礦為5.2，云霧山鋁土礦為5.5。

三、鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)類型及成因意義

    1、鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖類結(jié)構(gòu)類型 

    鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖類的結(jié)構(gòu)按形成方式分為四種類型： 

    （1）膠體化學(xué)結(jié)構(gòu)類型 

        A、顯微鱗片結(jié)構(gòu) 

        B、膠狀結(jié)構(gòu) 

    （2）生物作用結(jié)構(gòu)類型 

        A、核形石結(jié)構(gòu) 

        B、迭層石結(jié)構(gòu) 

        C、藻團(tuán)粒結(jié)構(gòu) 

        D、藻包殼結(jié)構(gòu) 

    （3）碎屑沉積個(gè)類型 

        A、塑性砂礫屑結(jié)構(gòu) 

        B、剛性砂礫屑結(jié)構(gòu) 

        C、鮞粒結(jié)構(gòu) 

        D、粉砂砂狀結(jié)構(gòu) 

        E、層紋結(jié)構(gòu) 

    （4）后期改造結(jié)構(gòu)類型 

        A、粒狀變晶結(jié)構(gòu) 

        B、片狀變晶結(jié)構(gòu) 

        C、重結(jié)晶結(jié)構(gòu) 

        D、溶蝕及晶洞結(jié)構(gòu) 

    2、鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖類主要巖石結(jié)構(gòu)的成因意義 

    （1）重結(jié)晶硬鋁石鋁土礦 

    巖石具重結(jié)晶半自形~自形顯微粒狀結(jié)構(gòu)。礦物成分以顯微粒狀硬鋁石為主，并又少量高嶺石充填在重結(jié)晶作用和溶蝕作用形成的空洞中。少量鋁土礦內(nèi)碎屑不均勻地分布在巖石中。 

    三水鋁石鋁土礦成巖后期重結(jié)晶，三水鋁石泥轉(zhuǎn)變?yōu)榘胱孕蝵自形顯微粒狀硬鋁石，晶粒受應(yīng)力作用產(chǎn)生波狀消光。由于重結(jié)晶作用，促使硬鋁石警惕凈化，晶粒自形程度增高，晶粒雖十分細(xì)微（0.001~0.005mm），但晶粒均等，晶粒邊界十分清晰，晶粒之間形成無數(shù)空洞，在晶間空洞四周的硬鋁石結(jié)晶程度更高，部分空洞受后期溶蝕。空洞中往往有次生高嶺石充填，巖石變?yōu)槭杷赏翣睢?nbsp;

    （2）泥晶硬鋁石鋁土礦 

    巖石具重結(jié)晶半自形~他形顯微粒狀結(jié)構(gòu)，局部地段粘土礦物富集成鱗片變晶結(jié)構(gòu)。礦物成分以硬鋁石為主，拌有顯微鱗片狀高嶺石、水云母，少量鋁土礦內(nèi)碎屑不均勻分布在巖石中。 

    適宜于三水鋁石泥為主要沉積條件，并拌有高嶺石、水云母膠體化學(xué)沉積條件的互相作用下，形成含粘土質(zhì)成分較高的三水鋁石泥鋁土礦，受后期重結(jié)晶作用礦物轉(zhuǎn)變不甚明顯，因而凈化程度較低，機(jī)關(guān)晶洞及溶蝕空洞發(fā)育甚差，巖石具致密塊狀特征。 

    （3）碎屑狀鋁土礦 

    具塑性砂礫屑結(jié)構(gòu)和剛性砂礫屑結(jié)構(gòu)。由不規(guī)則狀塑性砂礫狀鋁土礦內(nèi)碎屑和磨圓度高的剛性砂礫屑鋁土礦組成，被硬鋁石、鱗綠泥石、赤鐵礦膠結(jié)。具鮞狀結(jié)構(gòu)的鮞狀鋁土礦，鮞粒大小由0.2-0.5mm，由硬鋁石和多水高嶺石、水云母互相組成同心圓狀相間，在鋁土礦中的鮞粒以硬鋁石為主，在粘土巖中的鮞粒以粘土礦物為主。鮞粒多具核心，由早期鋁土礦碎屑及碎屑狀電氣石、鋯石、金紅石等組成。鮞粒間分布有大量的水云母、多水高嶺石和鱗綠泥石等偏膠體礦物。在鮞粒狀鋁土礦中，經(jīng)常見有磨圓度較高的各種結(jié)構(gòu)的鋁土礦內(nèi)碎屑作核心。鮞粒常具破碎塊狀外形，還常出現(xiàn)生物作用的藻包殼。 

    由于沉積環(huán)境的改變，早期形成的鋁土礦破碎形成內(nèi)碎屑。鋁土礦內(nèi)碎屑可分為二種，一種是搬運(yùn)不遠(yuǎn)基本上處于原地的內(nèi)碎屑，它主要為不規(guī)則狀和揉皺狀塑性鋁土礦碎屑，它又被三水鋁石泥所膠結(jié)，后期變?yōu)橛蹭X石。另一種是搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)磨圓度較高的剛性鋁土礦砂礫屑，它由赤鐵礦、鱗綠泥石和部分粘土礦物膠結(jié)。屬紋狀鋁土礦碎屑具典型沉積構(gòu)造。 

    鮞粒的形成與偏膠體粘土礦物密切相關(guān)，當(dāng)粘土在形成鮞粒過程中，周期性的吸附三水鋁石泥而構(gòu)成同心層。在同一地段，鮞粒的同心層數(shù)目不等，它表明沉積環(huán)境變化較大，這也反映在鮞粒核心大小相差極為懸殊，甚至出現(xiàn)由氣泡組成的核心。 

    （4）藻鋁土礦 

    藻鋁土礦主要由鋁藻迭層石、核形石、藻團(tuán)粒組成，礦物成分主要為硬鋁石。破碎后的藻鋁土礦碎塊周圍有厚薄不一的藻包殼，它由顯微粒狀硬鋁石組成。 

    藻鋁土礦主要與生物作用密切相關(guān)，碎屑狀的三水鋁石泥被蘭綠藻膠結(jié)，構(gòu)成各種形態(tài)的遺跡結(jié)構(gòu)。 

    （5）鋁土質(zhì)粘土巖 

    鋁土質(zhì)粘土巖具鱗片變晶結(jié)構(gòu)，它由顯微鱗片變晶狀的高嶺石、水云母組成單一或混合類型。不規(guī)則團(tuán)粒狀硬鋁石集合體及碎屑狀鋁土礦與粘土定向排列。有的巖石中白云母碎片大量定向排列。 

    由于三水鋁石泥含量的減少核粘土凝聚沉淀作用的增加，三水鋁石泥是不規(guī)則團(tuán)粒產(chǎn)出在粘土當(dāng)中。成巖后期改造和變晶作用，三水鋁石泥轉(zhuǎn)變成硬鋁石，硬鋁石晶粒大小與改造作用強(qiáng)弱明顯有關(guān)，粘土礦物具變晶結(jié)構(gòu)，巖石變得致密。 

    （6）鱗綠泥石巖 

    鱗綠泥石巖具鱗片變晶結(jié)構(gòu)。鱗綠泥石片狀晶體常與赤鐵礦相嵌接，次生自形柱狀硬鋁石是膠狀穿插或在晶洞中是晶簇產(chǎn)出。 

    鱗綠泥石代表了弱還原環(huán)境下得膠體化學(xué)沉積，硬鋁石在封閉的還原環(huán)境中結(jié)晶生長，這種硬鋁石不是由三水鋁石重結(jié)晶形成，而是膠體化學(xué)結(jié)晶的產(chǎn)物。由于赤鐵礦常沿鱗綠泥石晶粒交代，說明沉積環(huán)境有較大的改變。 

    （7）赤鐵礦 

    由膠狀及細(xì)微結(jié)晶的赤鐵礦組成，構(gòu)成不連續(xù)的厚度改變的透鏡狀、薄層狀產(chǎn)出，部分呈結(jié)核狀散布于粘土巖中。有時(shí)赤鐵礦和鱗綠泥石呈相嵌結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象出現(xiàn)在過渡帶中。 

    赤鐵礦是膠體化學(xué)沉積的產(chǎn)物。赤鐵礦形成于氧化環(huán)境中，成巖后期改造作用使赤鐵礦變得更加致密，部分赤鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦。在赤鐵礦層中無結(jié)晶自形柱狀得硬鋁石分布，這一點(diǎn)與鱗綠泥石中拌生的礦物有明顯差異，說明硬鋁石不能形成于氧化環(huán)境。

四、關(guān)于鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖成因的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

     1、貴州中部地區(qū)大壙組舊司段鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖的沉積層序表明，在瀉湖水體中首先是Fe₂O₃、nH₂O和SiO₂·nH₂O從鈣紅土中水解出來，構(gòu)成下部鱗質(zhì)巖類的沉積。 

    2、鈣紅土在水體中的進(jìn)一步水解，在表生條件下形成三水鋁石的結(jié)晶，由于三水鋁石從高嶺石的去硅化作用內(nèi)形成的，高嶺石的晶粒大小制約了三水鋁石粒度變化，所以三水鋁石粒特別細(xì)小而均等。 

    3、由于潮汐作用，原地形成的三水鋁石碎裂成三水鋁石泥，在水動(dòng)力作用下發(fā)生遷移，在不同沉積環(huán)境下形成各種結(jié)構(gòu)類型鋁土礦，因此鋁土礦主要是碎屑成因。 

    4、成巖作用及成長后期作用對(duì)三水鋁石泥鋁土礦進(jìn)一步改造，三水鋁石脫水重結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)橛蹭X石鋁土礦。 

    5、鐵質(zhì)巖-鋁質(zhì)巖形成大致經(jīng)歷了風(fēng)化殼、水解、再沉積和后期改造四個(gè)階段。