作者：上海地礦珠寶玉石檢測中心 胡家燕

    早石炭世大壙期舊司時的鐵質巖-鋁質巖類，它是由"黔中隆起"區的碳酸鹽巖經長期鈣紅土（Terra rosa）化作用后形成的鈣紅土風化殼，在大壙早期舊司時海浸形成的半封閉瀉湖環境中，經過分解及水解、結晶、搬運和沉積而成一套完整的鈣紅土風化殼再沉積型巖類。清鎮式赤鐵礦、修文式赤鐵礦、修文式鋁土礦就產于這套沉積巖中。 

    鐵質巖-鋁質巖具有各種類型的巖石結構，揭示不同結構所代表的巖石形成機理，它從一側面反映了鐵、鋁礦床形成的條件。

一、鐵質巖-鋁質巖類的基本特性

     鐵質巖-鋁質巖在舊司段的沉積層序，上部為鋁質巖類，下部為鐵質巖類，沉積厚度變化受下覆巖溶地形制約，如清鎮林歹地區達25米，修文干壩地區僅7米左右。 

    1、鐵質巖類 

    一般厚度在2-5米，由赤鐵礦組成，呈扁透鏡狀，結核狀產出，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，通過對清鎮、云霧山兩地赤鐵礦大體積綜合取樣分析（表1）屬優質鐵礦石。修文小山壩地區鐵質巖上部有一層2米厚的鋁土質高嶺石粘土巖、高嶺石粘土巖，鐵質巖假整合于中上寒武統婁山關群白云巖的巖溶面上，清鎮林歹地區鐵質巖上部為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核狀體赤鐵礦分布，假整合于中寒武統石冷水組白云巖的巖溶面上。 

表1 赤鐵礦化學成分（%）

    2、鋁質巖 

    由各種結構類型的鋁土礦及鋁土質高嶺石粘土巖、高嶺石--水云母粘土巖組成，在炭質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出。 

    鋁土礦按結構類型分為四種： 

    (1) 重結晶硬鋁石鋁土礦（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、鐵質巖-鋁質巖形成機理

    鈣紅土化作用形成的鈣紅土風化殼，是形成黔中地區鐵質巖-鋁質巖的物質基礎，鈣紅土風化殼在水體中經過分解及水解、結晶、搬運和沉積是形成各種巖石的關鍵，半封閉的瀉湖為鈣紅土的解體及產物提供了良好的分選、沉積環境，因此鐵質巖-鋁質巖的成因為風化殼再沉積型。 

    在化學風化過程中，碳酸鹽巖產生分解，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。通過對寒武紀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物。鈣紅土礦物成分主要由粘土礦物及鐵質組成，水云母和高嶺石為顯微鱗片狀，含量達70%，氫氧化鐵是均勻細小質點狀褐鐵礦與粘土礦物混雜，含量達30%，鈣`紅土化學成分富含Si、Fe、Al、K、Ti（表2）。鈣紅土中留有碎屑狀的穩定礦物組分，如電氣石、鋯石、金紅石、銳鐵礦、獨居石、白云母等。 

表2 近代鈣紅土化學成分（%）

    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一步水解。水云母在酸性介質條件下轉變為高嶺石，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。當介質處于弱酸性、若堿性的時候，加速了高嶺石的水解，并向膠態非晶質及顯微晶粒狀三水鋁石轉化，高嶺石在去硅化作用同時被三水鋁石的交代，實質上是一種富鋁排硅過程，這種作用導致三水鋁石富集，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，再沉積形成各種結構類型的三水鋁石鋁土礦。 

    當PH在6.6-6.8的弱酸性介質條件下，膠體SiO₂及膠體Al₂O₃將產生凝聚和沉淀作用，形成高嶺石粘土巖沉積。當PH>7.8時，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質和生物作用下，隨著鈣紅土層厚度的增大由氧化環境轉變為還原環境，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象。赤鐵礦、鱗綠泥石由于屬早期膠體搬運沉積，因此鈣紅土中的穩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，鐵質巖-鋁質巖產生低級變質改造作用。巖石出現變晶結構、重結晶結構及扭曲、變形現象。組成礦物產生變化，三水鋁石失水重結晶轉變為硬鋁石，隨著作用的加強硬鋁石自形程度增長。高嶺石部分向葉臘石轉化，出現葉臘石逐步替代高嶺石現象。水云母部分轉變為鱗片絹云母并出現結晶片狀白云母。白云母出現2M1-3T型，白云母晶軸b0<9。高嶺石結晶指數達1.23。赤鐵礦局部轉變為磁鐵礦，大部分變得十分致密。 

    改造作用結果使鋁土礦Al₂O₃/SiO₂值產生變化，據不同地區鋁土礦樣品分析，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、鐵質巖-鋁質巖的結構類型及成因意義

    1、鐵質巖-鋁質巖類結構類型 

    鐵質巖-鋁質巖類的結構按形成方式分為四種類型： 

    （1）膠體化學結構類型 

        A、顯微鱗片結構 

        B、膠狀結構 

    （2）生物作用結構類型 

        A、核形石結構 

        B、迭層石結構 

        C、藻團粒結構 

        D、藻包殼結構 

    （3）碎屑沉積個類型 

        A、塑性砂礫屑結構 

        B、剛性砂礫屑結構 

        C、鮞粒結構 

        D、粉砂砂狀結構 

        E、層紋結構 

    （4）后期改造結構類型 

        A、粒狀變晶結構 

        B、片狀變晶結構 

        C、重結晶結構 

        D、溶蝕及晶洞結構 

    2、鐵質巖-鋁質巖類主要巖石結構的成因意義 

    （1）重結晶硬鋁石鋁土礦 

    巖石具重結晶半自形~自形顯微粒狀結構。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晶作用和溶蝕作用形成的空洞中。少量鋁土礦內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晶，三水鋁石泥轉變為半自形~自形顯微粒狀硬鋁石，晶粒受應力作用產生波狀消光。由于重結晶作用，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，晶粒之間形成無數空洞，在晶間空洞四周的硬鋁石結晶程度更高，部分空洞受后期溶蝕。空洞中往往有次生高嶺石充填，巖石變為疏松土狀。 

    （2）泥晶硬鋁石鋁土礦 

    巖石具重結晶半自形~他形顯微粒狀結構，局部地段粘土礦物富集成鱗片變晶結構。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、水云母膠體化學沉積條件的互相作用下，形成含粘土質成分較高的三水鋁石泥鋁土礦，受后期重結晶作用礦物轉變不甚明顯，因而凈化程度較低，機關晶洞及溶蝕空洞發育甚差，巖石具致密塊狀特征。 

    （3）碎屑狀鋁土礦 

    具塑性砂礫屑結構和剛性砂礫屑結構。由不規則狀塑性砂礫狀鋁土礦內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。具鮞狀結構的鮞狀鋁土礦，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，經常見有磨圓度較高的各種結構的鋁土礦內碎屑作核心。鮞粒常具破碎塊狀外形，還常出現生物作用的藻包殼。 

    由于沉積環境的改變，早期形成的鋁土礦破碎形成內碎屑。鋁土礦內碎屑可分為二種，一種是搬運不遠基本上處于原地的內碎屑，它主要為不規則狀和揉皺狀塑性鋁土礦碎屑，它又被三水鋁石泥所膠結，后期變為硬鋁石。另一種是搬運距離較遠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。屬紋狀鋁土礦碎屑具典型沉積構造。 

    鮞粒的形成與偏膠體粘土礦物密切相關，當粘土在形成鮞粒過程中，周期性的吸附三水鋁石泥而構成同心層。在同一地段，鮞粒的同心層數目不等，它表明沉積環境變化較大，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，碎屑狀的三水鋁石泥被蘭綠藻膠結，構成各種形態的遺跡結構。 

    （5）鋁土質粘土巖 

    鋁土質粘土巖具鱗片變晶結構，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。不規則團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，三水鋁石泥是不規則團粒產出在粘土當中。成巖后期改造和變晶作用，三水鋁石泥轉變成硬鋁石，硬鋁石晶粒大小與改造作用強弱明顯有關，粘土礦物具變晶結構，巖石變得致密。 

    （6）鱗綠泥石巖 

    鱗綠泥石巖具鱗片變晶結構。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出。 

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

    （7）赤鐵礦 

    由膠狀及細微結晶的赤鐵礦組成，構成不連續的厚度改變的透鏡狀、薄層狀產出，部分呈結核狀散布于粘土巖中。有時赤鐵礦和鱗綠泥石呈相嵌結構，這種現象出現在過渡帶中。 

    赤鐵礦是膠體化學沉積的產物。赤鐵礦形成于氧化環境中，成巖后期改造作用使赤鐵礦變得更加致密，部分赤鐵礦轉變為磁鐵礦。在赤鐵礦層中無結晶自形柱狀得硬鋁石分布，這一點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境。

四、關于鐵質巖-鋁質巖成因的幾點認識

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

    2、鈣紅土在水體中的進一步水解，在表生條件下形成三水鋁石的結晶，由于三水鋁石從高嶺石的去硅化作用內形成的，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，在水動力作用下發生遷移，在不同沉積環境下形成各種結構類型鋁土礦，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三水鋁石泥鋁土礦進一步改造，三水鋁石脫水重結晶轉變為硬鋁石鋁土礦。 

    5、鐵質巖-鋁質巖形成大致經歷了風化殼、水解、再沉積和后期改造四個階段。