0 引言

广西喀斯特型铝土矿主要集中分布在桂西和桂西南两个地区，桂西主要分布于平果、德保、田东、田阳、靖西一带，因其位于大明山古陆北缘，简称为北成矿带；桂西南主要分布于龙州、崇左、扶绥一带，位于大明山古陆南缘，简称南矿带（韦访等， 2022）。两成矿带主要发育沉积型和堆积型铝土矿 （徐恒等，2019），其中堆积型铝土矿在资源量上占主要地位（罗允义等，2023；徐林刚等，2023），金龙矿区位于南矿带西端金龙镇一带，堆积型铝土矿主要产于中、上泥盆统及下石炭统灰岩、白云岩为基底的岩溶洼地、谷地、缓丘坡地中，与（泥）页岩等碎块（屑）混杂堆积，无分选性，厚度变化大，与基底碳酸盐岩呈角度不整合接触。前人对堆积铝土矿的研究集中在地貌特征（卢文华等，2000；祝瑞勤等， 2011a，2011b），矿床控矿因素（韦国深，1999；彭志永和赵子宁，2002；李彩娟，2003；邓军，2006，2011；梁裕平等，2007；陆尚游，2007；李小林，2011），成矿模式（邓军，2006；戴塔根等，2007），地质特征则集中在堆积型铝土矿产出剖面结构特征（农恒杰，1997； 张起钻，1999；李彩娟，2003；祝瑞勤等，2004；邓军， 2006；李水如等，2007）与矿体形态，矿石矿物成分、结构构造（农恒杰，1997；韦国深，1999；张起钻， 1999；李彩娟，2003；邓军，2006，2011；李水如等， 2007；成功等，2009；郎学聪等，2020）的研究。矿石化学成分的分析主要停留在主量元素的分析，尽管部分学者对化学组分之间的关系进行了探索研究，如祝瑞勤等（2004）、成功等（2009）通过平果那豆、太平两典型矿区资料统计分析，认为净矿Al₂O₃含量与SiO₂、Fe₂O₃含量存在明显的负线性相关；Al/Si、Al/ Fe 值呈明显的正消长相关关系；张起钻（1999）、李彩娟（2003）统计平果那豆、太平、教美与靖西新圩及德保那甲3个地区的堆积铝土矿净矿石主要化学成分的相关关系亦得出Al₂O₃与Fe₂O₃呈明显的负相关；农恒杰（1997）、周方（2009）提出随着堆积铝土矿粒度的变小，矿石质量（Al₂O₃，Al/Si均下降）变差。韦访和陈粤（2017）在研究龙州－扶绥地区堆积铝土矿时以净矿石中粒度为准线，统计分析主量元素相关性时显示Al₂O₃与Fe₂O₃为负相关并随矿石粒度的变小关系变弱；Al₂O₃与SiO₂、SiO₂与灼失量均呈负相关关系，相关性随粒度的变化不明显。Al₂O₃与灼失量、Fe₂O₃与灼失量分别呈正、负相关关系，相关性随粒度的变化有相同趋势。Fe₂O₃与 SiO₂呈负相关关系，并随粒度的变小而变强。上述研究表明本区堆积铝土矿矿石质量与粒度密切相关，但各粒级矿石质量的分布情况及随粒度的变化程度未曾揭示，本文尝试通过统计分析典型矿区金龙堆积铝土矿矿石各粒级间 Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、灼失量分布特征与质量变化规律，为本区堆积铝土矿勘查提供借鉴。

1 研究区地质特征

研究区大地构造位于华南板块南华活动带右江褶皱系之西大明山凸起西部（图1）。区域上地层发育较齐全，沉积类型繁多，除奥陶系和志留系缺失外，震旦系—第四系均有不同程度的分布。前泥盆纪为盆地相碎屑岩沉积，发育复理石建造；泥盆系—下三叠统为浅海碳酸盐岩台地沉积，广泛发育碳酸盐岩，局部夹基性—酸性火山碎屑岩及含铁铝煤系建造；中三叠统为弧后盆地碎屑岩复理石沉积；上三叠统—第四系为陆缘活动带陆相盆地型沉积。研究区内仅见少量中基性—酸性火山岩出露，岩性以细碧岩、角斑岩、熔岩、凝灰熔岩为主（邓军， 2011；李小林，2011）。该区经过地槽—地台—再生地槽的多次演变，形成多个沉积间断面，其中金龙镇—武德乡一带受柳江运动影响，在岩关期（杜内期）早期，龙州县金龙、崇左市渠旧等地小面积出露古陆，由于远离剥蚀区，仅于出露区接受剥蚀，形成古红土风化壳。吴家坪期（合山期）早期东吴运动使本区二度隆起成陆，地层遭受长期的风化剥蚀，造成中二叠统茅口组与上统合山组古风化壳发育较厚，含铝岩系层序相对完整。第四纪，随着地壳上升，本区再度隆起，古风化壳经受淋滤、崩塌、破碎等物理化学风化作用，在酸性氧化环境中，易溶物质 Ca、Mg、K、Na、S、C 等淋失，Si 部分淋失，Fe、Al 相对富集，最终聚集于岩溶洼地、谷地和坡地中与红土混杂堆积形成堆积型一水硬铝土矿床。

1—第四系；2—白垩系；3—三叠系；4—二叠系；5—上二叠统合山组；6—石炭系；7—中—下石炭统都安组；8—泥盆系；9—寒武系；10—地质界线；11—平行不整合界线；12—角度不整合界线；13—性质不明断层；14—正断层；15—逆断层；16—堆积铝土矿体；17—国界；I₁ ¹ —九万大山隆起；Ⅰ₂ ¹ —龙胜褶断带；Ⅱ₁ ¹ —来宾凹陷；Ⅱ₂ ¹ —桂林弧形褶皱带；Ⅱ₁ ² —百色凹陷；Ⅱ₂ ² —那坡断陷；Ⅱ₂ ³ —靖西—都阳山凸起；Ⅱ₂ ⁴ —灵马凹陷； Ⅱ₂ ⁵ —西大明山凸起；Ⅱ₂ ⁶ —十万大山断陷；Ⅲ1—钦州褶皱系；Ⅲ₁ ¹ —那梭—灵山断褶带；Ⅲ₁ ² —六万大山凸起；Ⅲ₁ ³ —博白断褶带；Ⅲ₂—云开地块

2 含矿岩系特征

堆积铝土矿含矿层为第四系下更新统，含矿岩系一般厚3～15 m，最厚可达20 m，其岩性自上而下可分为 3 层（农恒杰，1997；韦国深，1999；廖思福， 2000；李彩娟，2003；祝瑞勤等，2004；邓军，2006；潘思贵，2006；林最近，2007；周方，2009；王瑞湖等， 2010；李小林，2011；余何和苟晓利，2014；章颖等， 2015；李双伍，2019）（图2）。

①—腐殖土壤层；②—红土层；③—堆积铝土矿层；④—底板黏土层

（1）表层黏土层：一般呈黄褐色、褐红色，主要为砂质黏土，混杂少量铝土矿、岩石碎屑，顶部为厚 0~1.5 m 的腐植层，分布不稳定。上部黏土层常缺失，分布无规律，一般0~3 m，最厚可达十几米。

（2）堆积铝土矿层：呈土红、褐红、棕红、紫褐、灰黄、灰色等，主要由铝土矿碎块、碎屑及黏土组成，疏松堆积。含少量褐铁矿碎屑，铝土矿大小不一，一般块径为 1～50 cm，大者可达数立方米，中上部块度较大，下部块度较小，分选性差，矿块坚硬，多呈棱角—次棱角状，磨圆度差。矿层平面形态复杂，变化多样，一般呈不规则长条状、条带状、短轴状、分枝状、弧形状、瘤状、岛状等。剖面上呈层状、似层状、透镜状，产状总体较为平缓，受基底形态制约，随基底的起伏而起伏，底面凹凸不平。矿体长 120～3200 m，一般为 200～600 m；宽 0～800 m，一般为 70～250 m；矿体平均厚度 0.50～12.80 m，一般为2～5 m，矿体（层）由大小不等的铝土矿石及黏土混杂堆积而成，矿体中单位体积的净矿石（粒径 ＞0.1 cm）重量即为含矿率（kg/m³）。矿体含矿率变化较大，单工程见矿含矿率为 204～2179 kg/m³，一般为300～1400 kg/m³。矿石主要化学组分为Al₂O₃、 SiO₂、Fe₂O₃ 及灼失量，四者含量之和为 88.93%～99. 06%，一般为 93%～97%，平均 94.15%。次要化学组分有 TiO₂，微量化学组分为 MgO、CaO、K₂O、 MnO、CO₂、P₂O₅、Ga、TR₂O₃等。本区净矿石 Al₂O₃含量单工程平均为 40%～60.94%，矿区平均值为 46.38%；SiO₂含量单工程平均为 1.21%～17.12%，矿区平均值为 6.78%；Fe₂0₃ 含量单工程平均为 13.72%～40.86%，矿区平均值 30.18%；灼失量为 5.13%～15.77%，矿区平均值为10.84%。

（3）底部黏土层：呈紫红色，主要为黏土，黏性较大，局部含少量磨圆度较好的铝土矿、褐铁矿碎屑，沿基岩喀斯特凹陷分布，厚 0.6～20. 0 m，一般 1～5 m，局部缺失。堆积铝土矿层与底部黏土层、上部黏土层之间一般呈急剧过渡，清晰可辨。

3 矿石质量-粒级分布特征

根据 DZ/T 0202－2020 铝土矿、冶镁菱镁矿地质勘查规范，对于堆积型铝土矿，一般采用全巷法取样并筛选，用净矿作化验样品并计算含矿率。全巷法其样品体积不小于0.2～0.5 m³，样长一般不大于 1 m。本文对龙州金龙—水口地区 186 个见矿浅井工程的堆积铝土矿含矿率与矿石质量进行了统计，其统计结果见表1、图2。

3.1 常量元素特征

由表1 和图3 中可知，在>3 cm，1~3 cm，0.1~1. 0 cm这3个粒级中：

（1）Al₂O₃ 含量区间分布为 40.28%~61.92%， 40%~60.55%，40%~57.85%；中位数为 48.46%， 47.58%，44.67%；平均数为 48.33%，47.57%， 44.66%；随着粒级的变小Al₂O₃含量减少，减少比例分别为-1.57%（平均数比值），-6.12%（平均数比值）。直方图中>3 cm，1~3 cm两粒级呈较好的正态分布，0.1~1 cm 粒级呈低值区的偏态分布（图3a、 b、c）。

（2）Fe₂O₃ 含量区间分布为 12.7%~38%， 16.15%~40.4%， 18. 02%~39.9%； 中位数为 28.81%，30.1%，32.29%；平均数为 28.82%， 30.11%，32.3%；随着粒级的变小 Fe₂O₃含量有所增加，增加比例分别为 4.47%（平均数比值），7.27% （平均数比值）。直方图中>3 cm，1~3 cm，0.1~1 cm 这3个粒级均呈较好的正态分布（图3d、e、f）。

（3）SiO₂ 含量区间分布为 1.11%~15. 05%， 1. 09%~15.45%，1.8%~15.7%；中位数为 6.30%， 5.78%，6.40%；平均数为6.30%，5.78%，6.40%；随着矿石粒级由>3cm 到 1~3 cm，SiO₂含量大幅减少，减少比例为-8.25%（平均数比值）；但随着粒径的进一步变小，SiO₂ 含量反而有所增加，增加比例 10.73%（平均数比值）。直方图中>3cm，1~3 cm， 0.1~1 cm这3个粒级均呈低值区的偏态分布（图3g、 h、i）。

（4）灼失量区间分布为 8.5%~12.86%，6.29%~13.42%，7.7%~17. 04%；中位数为 10.52%， 10.48%，10.74%；平均数为 10.52%，10.48%， 10.74%；随着矿石粒级由>3cm到1~3 cm，灼失量略有减少，减少比例为-0.38%（平均数比值）；但随着粒径的进一步变小，灼失量反而有所增加，增加比例 2.48%（平均数比值）。直方图中>3 cm，1~3 cm， 0.1~1 cm 这 3 个粒级均呈较好的正态分布（图3j、 k、l）。

（5）Al/Si区间分布为3. 0~42.5，2.8~44.6，2.8~25.7；中位数为 9.68，11.20，9.27；平均数为 9.67， 11.91，9.26；随着矿石粒级由>3 cm到1~3 cm，尽管 Al₂O₃有所减少，但 SiO₂减少幅度更大，导致铝硅比有所增加，减少比例为-0.38%（平均数比值）。直方图中>3cm，1~3 cm，0.1~1 cm 这 3 个粒级均呈低值区的偏态分布（图3m、n、o）。

3.2 含矿率特征

从表1和图3中可知，在>3 cm，1~3 cm，0.1~1. 0 cm 这 3 个粒级中，含矿率区间分布为 49~1566 kg/m³， 26~751 kg/m³，0~585 kg/m³；中位数为 599. 01 kg/m³， 159. 04 kg/m³，158.32 kg/m³；平均数为599. 04 kg/m³， 158.31 kg/m³，150.94 kg/m³；随着粒级由>3 cm到 1~3 cm，含矿率急剧减少，减少比例为-73.57%（平均数比值），粒级由1~3 cm到0.1~1 cm，含矿率仅略有减少，减少比例-4.56%（平均数比值）。直方图中总含矿和>3 cm 两粒级呈较好的正态分布（图3p、q）， 1~3 cm，0.1~1 cm 粒级呈低值区的偏态分布（图3r、s）。

a—Al₂O₃（>3 cm）；b—Al₂O₃（1~3 cm）；c—Al₂O₃（0.1~1 cm）；d—Fe₂O₃（>3 cm）；e—Fe₂O₃（1~3 cm）；f—Fe₂O₃ （0.1~1 cm）；g—SiO₂（>3 cm）；h— SiO₂（1~3 cm）；i—SiO₂（0.1~1 cm）；j—Al/Si （>3 cm）；k—Al/Si （1~3 cm）；l—Al/Si （0.1~1 cm）；m—烧失量（>3 cm）；n—烧失量（1~3 cm）；o—烧失量（0.1~1 cm）；p—含矿率（>3 cm）；q—含矿率（1~3 cm）；r—含矿率（0.1~1 cm）；s—含矿率（总）

4 讨论

4.1 常量元素、含矿率与粒度相关性

韦访和陈粤（2017）在研究扶绥地区堆积铝土矿时发现 Al₂O₃与 Fe₂O₃、SiO₂、均为负相关，与灼失量呈正相关，随矿石粒度减小，相关性减弱。蔡书慧等（2012）认为田阳堆积铝土矿Al₂O₃与Fe₂O₃、SiO₂明显的负相关性反映了前者与后二者在成矿过程中的此消彼长。韦访等（2022）认为堆积铝土矿在淋滤作用下，是一个脱硅去杂质的过程，铝、铁亦相应流失，但相较而言，铁比铝更难流失，因而表现为相对富集，形成铁壳层。卢文华等（2000）在研究平果堆积铝土矿石发现堆积铝土矿矿石质量与自然粒 （块）度关系密切，矿石粒（块）度由0→1→3→5→>5 cm，Al₂O₃和Al/Si相应提高，Fe₂O₃、SiO₂相应降低，据此认为矿石粒度愈大，质量愈好（表2）。

从统计数据而言，研究区与桂西地区其他矿区呈现一致的规律，即堆积铝土矿矿石质量与粒级大小密切相关，随着矿石粒度的变小，矿石质量变差 （Al₂O₃含量减少，Al/Si比值下降）。金龙堆积铝土矿从>3 cm 风化破碎至 1~3 cm，Al₂O₃含量减少幅度仅为-1.57%，而从 1~3 cm 粒级风化至更细的 0.1~1. 0 cm 粒级，Al₂O₃ 含量急剧流失，减少幅度达-6.12%。粒径在由>3 cm到1~3 cm的变小过程中， SiO₂大量流失，但小于 1 cm 粒径的矿石在自然条件下并不利于硅的流失，反而表现为硅的相对富集。表生作用下，一水硬铝石的水化作用可生成三水铝石：AlO（OH）[一水硬铝石]＋H₂O＝Al（OH）₃[三水铝石]，而硅酸盐矿物风化分解形成的硅与少量石英溶解于表生水（河水、地下水等）中可形成呈单分子正硅酸（H₄SiO₄）形式存在的硅酸。硅酸与三水铝石结合可形成高岭土：2Al（OH）₃ [三水铝石]＋ 2H₄SiO₄＝Al₂（SiO₅）（OH）₄[高岭土]＋5H₂O，同时表生水中的硅酸也可以石英、玉髓、蛋白石等形式沉淀，形成硅化现象。石英的析出和高岭土的生成导致了矿石中的 Al/Si 随着风化程度的增加而降低。 Fe₂O₃随着粒级的减小表现出更强劲的富集态势，粒级的减小，代表了更大的氧化接触面与更强的风化淋滤，酸碱度则影响着铁元素的共生或分离，当水介质为偏酸性时，锰大部分淋失，而 Fe（OH）₂、Fe （OH）₃是稳定的，形成纯铁帽；而当水介质呈弱碱性时，铁与锰的氢氧化物都沉淀，形成铁-锰帽，堆积铝土矿粒中常见铁质包壳可视为微小的铁帽，也表明了表生水体多为酸—弱酸性，雨水、河水、表层海水都以高Eh值（强氧化性）为特征，在强氧化环境中时，Fe³⁺ 稳定存在形成赤铁矿和针铁矿。铝土矿矿石中的Fe²⁺ 转变成Fe³⁺ 应以铁胶体为形式，铁胶体的带电性使其具有很强的吸附能力，可以吸附环境中各种酸根阴离子和游离铁，造成铁元素的增加，矿石中黄铁矿向赤铁矿的转变同样造成了 Fe₂O₃总量增加。铝土矿中烧失的部分包括 H₂O⁺、H₂O、有机质、S、炭质等，其中绝大部分为 H₂O⁺。H₂O⁺ 主要由硬水铝石、软水铝石、三水铝石、针铁矿和高岭石等矿物的结构水组成，蔡书慧等（2012）研究田阳堆积铝土矿 Al₂O₃与 H₂O⁺ 的正相关系数达 0.51，也反映了大量的结构水存在于硬水铝石矿物中。统计显示粒径在由>3 cm到1~3 cm的变小过程中烧失量保持稳定，在更细小粒径中烧失量的增加推测为针铁矿或高岭石的富集所致，不排除少量三水铝石的影响，朱林生等（2014）研究发现岩溶堆积型铝土矿矿泥随着粒级的降低，三水铝石含量明显增加。金龙矿区＜3 cm 粒级矿石含矿率的急剧锐减和表明本区矿石粒级以＞3 cm为主，＜3 cm粒径矿石含矿率多数未达工业边界含矿率（≥200 ㎏/m³）要求。

4.2 工业指标运用与储量估算

堆积铝土矿赋存于第四系红土层中，埋藏浅。矿体剖面形态简单，呈似层状、透镜状，矿体产状平缓，矿层稳定，连续性好，且矿体品位与厚度间无依赖关系。根据矿体埋藏特点，一般以规则网度井探工程为勘探手段，资源量估算一般采用水平投影地质块段法。资源量估算采用《DZ/T 0202－2020铝土矿矿产地质勘查规范》的一般工业指标，其矿石质量边界品位：Al₂O₃≥40%；铝硅比值（A/S）≥2.6；边界含矿率≥200 kg/m³。最小可采厚度≥0.5 m。单工程的含矿率、矿层品位计算方法如下：

（1）单工程含矿率：为各粒级净矿石重量之和与采样体积之比。

式（1）中：K—含矿率（kg/m³）；q₁，q₂，q₃—各粒级样矿石重量（t）；V—采样体积（m³）。

（2）单工程矿层品位，为各粒级含矿率加权法求取。

式（2）中：C—单工程品位（%）；K₁，K₂，K₃—各粒级含矿率（kg/m³）；C₁，C₂，C₃—各粒级样品位（%）。

值得注意的是资源储量估算中确定单工程有 （无）矿时应优先考虑 Al₂O₃含量，其次为铝硅比值 （Al/Si），再次为含矿率。只有相应粒级矿石Al₂O₃含量达到边界品位以上且铝硅比值（A/S）≥2.6才可考虑作为有矿工程，而本文研究表明，Al₂O₃含量、铝硅比值（Al/Si）与矿石粒级密切相关，因此在普查找矿阶段或勘查区仅有部分粒级净矿石质量达到工业要求时应严格分粒级（>5 cm，3~5 cm，1~3 cm，0.1~1. 0 cm）采样分析，最大限度的圈定工业矿体，避免工业矿体变成低品位矿体或漏矿。表3统计数据表明北部成矿带各粒级Al₂O₃含量、铝硅比值（Al/Si）均达工业矿体要求，详查或勘探阶段可适当合并各粒级样品，缩减分析样品数量从而减少矿产勘查资金成本。而南部成矿带金龙、柳桥—山圩地区因存在部分粒级净矿石质量未达工业要求，各勘查阶段应严格分粒级采样分析，避免工业矿体低品位矿化或漏矿。而小粒级含矿率未达边界含矿率但加上更大粒级含矿率能达到边界含矿率者亦可作为潜在有矿工程对象，矿层厚度作为最后衡量指标，4项指标均达标者为有矿工程；当含矿率大于 100 kg/m³，而小于 200 kg/m³，其他 3 项指标都达标者为矿化工程；其它的凡有一项指标未达到者为无矿工程。

5 结论

（1）桂西地区堆积铝土矿矿石 Al₂O₃、Fe₂O₃含量均随矿石粒级的变化而变化，前者随粒级的变小而减少，更细的粒级（0.1~1 cm）Al₂O₃流失加剧，后者随粒级的变小而增多，并随粒级的减少表现出更强劲的富集态势。

（2）矿石粒径由>3 cm到1~3 cm的变小过程中， SiO₂大量流失，但小于 1 cm 粒径的矿石在自然条件下并不利于硅的流失，反而表现为硅的相对富集。

（3）金龙矿区矿石粒级以＞3 cm为主，＜3 cm粒径矿石含矿率多数未达工业边界含矿率（≥200 kg/m³） 要求。

（4）资源储量估算中确定单工程有（无）矿时应优先考虑 Al₂O₃含量，其次为铝硅比值（Al/Si），再次为含矿率。只有相应粒级矿石 Al₂O₃含量达到边界品位以上且铝硅比值（Al/Si）≥2.6 才可考虑作为有矿工程。

（5）Al₂O₃含量、铝硅比值（Al/Si）与矿石粒级密切相关，在普查找矿阶段或勘查区仅有部分粒级净矿石质量达到工业要求时应严格分粒级采样分析，最大限度地圈定工业矿体，避免工业矿体变成低品位矿体或漏矿。

参考文献