老挝波罗芬高原铝土矿地质特征与成矿规律

成  功，高光明，陈松岭

 (中南大学 地学与环境工程学院，湖南 长沙，410083)

摘  要：老挝南部占巴赛省波罗芬高原分布大面积玄武岩，红土化作用强烈。通过野外地质调查、浅井施工，结合样品化学分析、X射线衍射、X射线荧光、等离子质谱等分析方法，对老挝波罗芬高原的铝土矿地质特征与成矿规律进行研究。研究结果表明：老挝波罗芬高原存在丰富的铝土矿，该铝土矿是由玄武岩风化而成，分布于整个波罗芬高原及周边地区，Al₂O₃含量为30%~50%，Fe₂O₃含量为25%~40%，铝硅比为5~20，具有中铝、高铁、低硅与高铝硅比，分布范围广，资源量巨大，覆盖浅，地势平缓等特点，适合于大型机械化露天开采，是一个红土型风化壳型三水铝土矿巨型矿带。

关键词：波罗芬高原；红土；三水铝土矿；玄武岩

中图分类号：TD15         文献标识码：A         文章编号：1672-7207(2008)02-0380-07

Geological characteristics and mineralization regularity of bauxite in Boloven Plateau Laos

CHENG Gong, GAO Guang-ming, CHEN Song-ling

 (School of Geosciences and Environment Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: There is a large-area basalt in the Boloven Plateau Champasak Province, South Laos and intense laterization. Through the methods of field geologic research, exploring shaft, sample chemical analysis, X-ray diffraction, X-ray fluorescence, inductively coupled plasma-mass spectrum (ICP-MS) and so on, the geological characteristic and mineralization regularity of the bauxite were studied. The results show that there is abundant lateritic gibbsite, which is weathered from basalt and distributed in the whole Boloven Plateau and neighbour. Al₂O­₃ content is 30%-50%, Fe₂O₃ content is 25%-40%, and the ratio of Al to Si is 5-20. It has a characteristic of middle Al, high Fe, low Si, high ratio of Al to Si, wide extension, large reserves, little overlay, flat terrain and so on. It is a huge lateritic bauxite deposit and is fit for large-scale mechanized opencast working.

Key words: Boloven Plateau; laterite; gibbsite; basalt

老挝南部占巴赛省(Champasak)的波罗芬高原(Boloven Plateau)分布着大面积玄武岩，年平均气温为20~30 ℃，年平均降雨量为3 742.5 mm，旱季为11月至次年4月^[1-2]，具备现代铝土矿形成的必要条件，即年均气温大于22 ℃，年均降雨量大于1 200 mm，旱季少于6个月^[3]。杨社锋等^[2]认为，该区由于玄武岩喷出时代较新，形成工业品位铝土矿可能性不是很大，但据有关专家预测，波罗芬高原可能蕴藏着资源量约20亿t的红土型铝土矿^[4-5]，而且，在老挝东部邻国越南，玄武岩地区存在风化壳型铝土矿^[6-7]。因此，进一步研究波罗芬高原的玄武岩及其红土化作用特征，对于确定该区是否存在工业铝土矿床，以及我国寻找境外矿产资源，开展国际合作具有重要的战略意义。

1  概  况

老挝波罗芬高原位于老挝南部占巴塞省，其东有塞公，西有巴塞，南有阿塔波，北有沙拉湾。波罗芬高原为一北西向展布的宽缓台地，坐落在平均海拔1.0~1.2 km的平台上。其基底由三叠系－白垩系碎屑沉积岩系地层组成，上覆盖为高原喷发及逸流的玄武岩，玄武岩分布以帕克松(Pakxong)穹隆为中心，向四周撒布。高原内部，地势起伏平缓，周边为陡峻险要、切割很深的悬崖和峡谷地貌。

2  地质特征

波罗芬高原大地构造位置处于印支微板块与掸泰澜沧微板块的澜沧江-清莱-吉伦山缝合线以东呵叻盆地东侧。在地质历史中，该区构造-岩浆活动强烈，为印支运动的发源地。约1 600万年前南海海底扩张停止，大量的板内火成活动发生于南海周边如澎湖、海南岛、苏禄海及中南半岛^[8]。这一过程一直延续到上新世后期，引起印支地区的全面隆升和广泛的玄武质岩浆活动。玄武岩浆活动早期为拉斑玄武岩，以后逐步演化为碱性玄武岩和碧玄岩(见表1)。

波罗芬高原为玄武岩喷发中心，其最早的结晶基底由前寒武系变质杂岩组成，包括部分早古生代地层，为早期昆嵩地块的组成部分；盖层为石炭-二叠系沉积；上部为下三叠统-白垩系地层组成。波罗芬高原第三系-第四系玄武岩广布，面积达7 600 km²(据1?250万地质图)，并具有多期喷发的特点。此外，出露的地层还有部分晚三叠系-早白垩系(T₂-K₁)地层。

3  矿产特征

3.1  铝土矿产出的地物地貌特征

波罗芬高原铝土矿矿区的地貌主要为中低山驼丘谷地或驼脊沟谷地貌，山势起伏不大，高差一般为50~150 m，坡角为几度至十几度。铝土矿矿体大多产于起伏不大的山脊或圆顶山丘。在山顶及坡度适中的地段，地表出露大小不一的豆状、结核状、蜂窝状、团块状的铝土矿矿石；山脚低洼处仅见零星的细小铝土矿结核或红土，厚度一般为0~3 m；在陡坡及冲沟中大多可见半风化－新鲜的砂岩露头，局部可见铝土矿与砂岩的接触界面。铝土矿或砂岩出露处不利于植被生长，多为杂草覆盖(见图1)，红土或砂土覆盖处森林茂盛。

3.2  矿体形态、产状及规模

矿体形态产状受古地形(侵蚀面)控制比较明显，矿体部分呈不规则椭圆状，覆盖于小山头及山坡之上；但大部分矿体形态极不规则，沿山顶及山脊产出，矿体厚度和产状随地形起伏或风化面起伏而变化。研究区内存在2种类型的铝土矿：一种是原地风化堆积型铝土矿，分布于山顶或山脊，出露较多的铝土矿结核以及直径大于50 cm的铝土矿团块，厚度一般为5~   8 m，部分地段大于8 m，该类型铝土矿分布面积较广，为主要矿石类型；另一种是残坡积堆积(近距离搬运)型铝土矿，一般分布于山顶四周或山脊两侧，矿层厚度一般为0~5 m，局部地段大于5 m。此外，在地势平缓的低谷，红土下面覆盖少量搬运沉积型铝土   矿，厚度为1~2 m，含矿率偏低。

表1  老挝波罗芬高原帕克松地区玄武岩全分析结果

                 Table 1  Bulk analytic results of basalt in Boloven Plateau, Pakxong, Laos               w/%

图1  老挝波罗芬高原铝土矿地貌特征照片

                                          Fig.1  Photo of geomorphic feature of bauxite in Boloven Plateau, Pakxong, Laos

矿体规模较大，单个矿体面积一般为0.44~2.82 km²，最大矿体沿山脊产出长达数公里。

3.3  矿石类型的划分

根据矿体不同部位矿石的分带特征和成因，可以将工作区铝土矿矿石分为2种类型。

a. 原地风化堆积型。矿体剖面上自上而下可分为：①地表铁质胶结块状或团块状、蜂窝状铝土矿层，矿块直径为30~40 cm，含铁量高，总铁(TFe)含量一般在40%以上，因此，可将其称为“铁帽”层；②团块状、结核状铝土矿层，团块直径变小，豆状、结核状铝土矿颗粒最多，红色粘土含量同时增加，可达20%~30%，铁质含量减少，矿石特征为胶状针铁矿、赤铁矿胶结黄褐色、砖红色三水铝石，并含有半风化玄武岩球粒或碎块，残余气孔构造发育，TFe含量一般为30%~40%；③粘土质铝土矿层，红色、红褐色粘土含量增加，可达50%左右，含铁量较低，TFe含量为20%~30%，铝土矿以豆状、结核状半风化玄武岩为主，粒径多在2~5 cm之间；④豆状、结核状铝土矿及粘土层，粘土含量一般为30%~40%，矿石中含较多灰色半风化玄武岩球粒或团块，铁质胶结情况少见，TFe含量为20%~30%。⑤灰白色或会绿色高岭土层，含少量未彻底风化的玄武岩碎块，底部与砂岩或砂土层  接壤。

b. 残坡积堆积型。矿体剖面上自上而下大致可分为：①地表红土层，厚度为0~4 m以上，矿体边部缓坡地段可能大于5 m；②铁质结核铝土矿层，见半风化铝土矿球粒及碎块；③豆状、结核状铝土矿层，含较多的红色粘土(20%~30%)及半风化玄武岩；④含砂质粘土铝土矿层，以含较多的砂质粘土为特征；⑤砂岩层。

2种类型矿体中均可见球状半风化的玄武岩球粒，直径为3~10 cm，以及球状半风化的玄武岩碎块。但在原地风化型矿体中，半风化玄武岩球粒更为常见，中上部多为铁质胶结物胶结成团块状，下部无胶结，矿石较为松散；残坡积型矿体中，通常不发育“铁帽”层，无胶结，矿石松散，自上而下矿化较均匀。

3.4  矿石矿物成分

根据镜下鉴定及X射线衍射分析结果(见图2)，矿石中矿物成分主要包括：

a. 三水铝石。为自形粒状集合体，沿针铁矿间隙充填，或为长石的交代假象，单体粒度小于0.05 mm，结晶度较差、呈泥晶或隐晶结构。集合体粒度可达    1 mm。含量随矿石类型不同而变化。

b. 针铁矿。主要呈胶状结构，交代溶蚀赤铁矿呈残余，或在板状三水铝石集合体的间隙产出。结晶粒度较细，单晶粒度为0.01~0.03 mm，集合体粒度可达0.5 cm。

c. 赤铁矿：多与针铁矿呈复杂交生或被其交代环绕，粒度为0.01~0.3 mm。

d. 锐钛矿(钛铁矿)。多呈独立的自形晶产出，粒度为0.01~0.02 mm。

图2  老挝波罗芬高原帕克松地区铝土矿矿石X射线衍射图谱

Fig.2  X-ray diffraction pattern of bauxite ore from Boloven Plateau, Pakxong, Laos

由图2可见，图谱中三水铝石衍射峰高，峰形尖锐、对称，其结晶程度较高；而赤铁矿、锐钛矿、金红石、针铁矿、长石的衍射峰一般较低，峰形较弥散，对称性较差，其结晶程度低。从最大特征峰的面积观察，从三水铝石→赤铁矿→针铁矿→高岭石→锐钛矿(金红石)依次减小，反映其相对含量依次减少。

3.5  矿石结构构造

a. 矿石构造：以豆状、结核状、蜂窝状、团块状、块状、巨块状、多孔状、残余气孔构造、残余格架构造等为主。最常见的有块状或巨砾状、多孔状、结核状、豆状等构造。

b. 矿石结构：主要有胶状结构，结晶结构，溶蚀交代结构和交代残余结构。

c. 矿石颜色：以黄褐色、红褐色、砖红色为主，其次有灰色及杂色。

3.6  矿石的微量元素与稀土元素特征

利用电感耦合等离子质谱(ICP－MS)仪器，对采集的样品进行了矿石微量元素和稀土元素的数据测定，结果见表2和表3。

3.6.1  矿石的微量组分特征

从表2可以看出，铝土矿矿石中除Cr，Zn，Ga，Nb，Cd，Sn，Pb，Bi，Th和U等元素的含量相对于它们的克拉克值较高以外，其余元素的含量大多低于或接近其克拉克值，而这些含量高于克拉克值的元素，除了Ga达到一般工业要求以外，它们的富集系数均都远远低于工业品位的浓集系数，都没有利用价值。

3.6.2  矿石的稀土元素特征

从表3可以看出，矿石稀土元素总量(Σm _REE)较高，为(99.35~266.78)×10^-6，但均远未达到稀土矿的品位要求。

矿石中m(La)/m(Yb)比在9.44~17.84之间，反映出铝土矿矿样轻稀土(LREE)富集程度远大于重稀土(HREE)的富集程度，Σm_LREE/Σm_HREE为10.49~11.69，表明成矿物质可能来自陆源。

表2  老挝波罗芬高原帕克松地区矿石微量元素ICP-MS分析结果

         Table 2  Trace element ICP-MS Analytic results of bauxite in Boloven Plateau, Pakxong, Laos        w/10^-6

表3  老挝波罗芬高原帕克松地区矿石稀土元素含量

                 Table 3  Rare earth element content of bauxite in Boloven Plateau, Pakxong, Laos             w/10^-6

矿石中的m(Eu)/m(Sm) 均小于球粒陨石的m(Eu)/m(Sm)(0.37)，为0.25~0.27，显示出Eu负异常；δ_Eu接近1，这说明矿石的分异程度不太大，Eu的富集与亏损主要取决于矿石中含钙造岩矿物的聚集和迁移。δ_Ce小于或微大于1，为Ce负异常(即Ce亏损)或弱正异常，Ce亏损说明铝土矿矿石是在表生氧化条件下沉积作用形成的。

3.7  矿体品位变化规律

样品基本化学分析结果表明，矿体总体品位呈“中铝高铁、低硅低钛”分布特征(见图3)，Al₂O₃含量与Fe₂O₃含量呈明显反相关关系，但Al₂O₃和Fe₂O₃总含量稳定在70%左右；相应地，TiO₂和SiO₂也有较明显的反相关关系，二者总含量为8%~10%；铝硅比普遍较高。

图3  老挝波罗芬高原帕克松地区铝土矿各矿体品位变化图

Fig.3  Grade change chart of bauxite orebodies in Pakxong, Boloven Plateau, Laos

在矿体内部，矿石品位变化主要呈现如下特征。

a. 原地风化型矿体：在典型剖面上，近地表以高铁低铝为特征，矿石质量一般较差；中下部表现高铝低铁的特征，矿石质量较好。地表Fe₂O₃含量一般为40%~50%，而Al₂O₃含量一般为25%~35%；向下Fe₂O₃含量急剧降低到20%~30%，Al₂O₃含量迅速升高到40%~50%；而SiO₂与TiO₂含量均较低，且变化不明显，底部由于接近砂岩，SiO₂含量略有升高(图4(a))。

b. 残坡积堆积型矿体：在通常情况下，矿体剖面显示高铝低铁的特征，矿石质量好。Fe₂O₃与Al₂O₃含量变化不及原地风化型明显，且Fe₂O₃与Al₂O₃，SiO₂ 与Al₂O₃均呈反相关关系，如图4(b)所示。

(a) 原地风化型矿体；(b) 残坡积堆积型矿体

图4  2种典型矿体矿石组分含量垂向变化特征

Fig.4  Vertical change characteristic of two representative orebodies

4  成矿规律

4.1  成矿条件分析

4.1.1  成矿母岩

玄武岩由于孔隙度高、渗透性强而且所含斜长石、辉石、橄榄石等表面稳定性差，对红土化作用是特别有利的。L. D. Maycock等^[9]认为，波罗芬高原玄武岩从中新世开始喷发，熔岩在波罗芬高原周围平原河谷中都有分布。该区玄武岩除含Al₂O₃较多之外，其结构构造具备许多利于风化的优势，如矿物颗粒细   微，岩石多孔，普遍具柱状节理等。这种岩石一经水解，碱金属和碱土金属立即流失，形成层状硅酸盐矿物，岩石变得疏松，风化速度很快。而且底板岩石为砂岩层，岩石孔隙度高，加上玄武岩本身的气孔和柱状节理，上下贯通，透气、排水条件良好，使得玄武岩遭到较为彻底的风化，从而形成红土型三水铝土  矿^[10-12]。因此，玄武岩为该区铝土矿的成矿母岩。

4.1.2  气候条件

从全球铝土矿的成矿空间来看，全球三水型铝土矿床均分布于赤道两侧的热带、亚热带地区，即南纬30?~北纬30?之间。如最大的三水型铝土矿床就位于圭亚那、几内亚、澳大利亚、巴西和印度^{[10, 13]}。气     温、降雨量是与纬度有关的。根据G. D. Price 等的研究^{[3, 10, 12, 14]}，现代铝土矿的形成是在年平均气温在  22 ℃以上，旱季(月降雨量小于60 mm)少于6个   月，年均降雨量超过1 200 mm的热带地区。

老挝南部占巴塞波罗芬高原位于北纬15?附近，年均气温为20~30 ℃，年降雨量为1 250~3 750 mm。气候分明显的旱季和雨季。在旱季，岩石发生物理风化，产生裂缝；在雨季，丰富的雨水沿岩石裂缝渗透，促使玄武岩中的铝硅酸盐发生分解，并将易溶的碱金属和碱土金属从岩石中带走。岩石中的SiO₂溶于碱性溶液中而被带走，Al₂O₃和Fe₂O₃发生水化，形成氢氧化物堆积在风化壳中，形成红土型铝土矿。

4.1.3  地形和排水条件

新生代红土型铝土矿分布的一个共同点是都与准平原地貌和侵蚀面有关^[15]。最有利的地形是起伏不大的多丘或低山地形，或者高原边缘地地形。只有在地形高差不大，排水条件良好，渗透率高的岩石构成的地形地貌，才可能形成品位较高的三水铝土矿。

波罗芬高原地势为低山丘陵区，落差一般为   100 m左右，山势起伏不大，坡度一般较为平缓，坡角为几度至30多度。波罗芬高原放射状水系发育^[2]，每平方公里水系长达1.2~3 km，平均约2 km。地形地貌特征有利于地表水的向下渗透及排泄，淋滤易溶于水的碱金属和碱土金属，难溶于水的Al₂O₃和Fe₂O₃水化后形成三水铝石及赤铁矿、褐铁矿残积或堆积在地表风化壳中，形成矿体。

此外，波罗芬高原地表植被覆盖较厚，使得风化作用以化学风化为主，机械剥蚀较弱，风化产生的铁铝土才能得以保存，最终形成铝土矿矿床。

4.2  成矿规律

4.2.1  矿床(点)空间展布特征

从成矿空间上来看，全球三水型铝土矿床均分布于赤道两侧的热带、亚热带地区、南纬30?至北纬30?之间。如最大的三水型铝土矿床就位于圭亚那地盾、几内亚、澳大利亚、巴西和印度等^[8-9]。并且从现代三水型铝土矿床的分布来看，绝大多数矿床位于临海陆缘区和大洋岛屿中，如印尼、西加里曼丹岛、巴布亚新几内亚，而在内陆发现这类矿床很少。东南半岛与新生代火山喷发玄武岩风化作用有关的铝土矿成矿带主要位于100?~109?30′E，10?20′~16?N；波罗芬高原与新生代火山喷发玄武岩风化作用有关的铝土矿位于106?~107?E，14?40′~15?40′N。

从产出特征看，波罗芬高原的铝土矿均产在地势平缓的丘山山顶或山脊，平缓丘山有利于铝土矿的保存；下覆基岩为砂岩或半风化的玄武岩，砂岩有利于有害成分的流失。

4.2.2  成矿时间演化规律

在成矿时间上，全球三水型铝土矿床的形成时代主要是新生代，尤其是第三纪－第四纪更新世的矿床，经济价值最大^[10]。

L. D. Maycock等^[9]认为，波罗芬高原玄武岩从中新世开始喷发，距今约5.7 Ma。老挝波罗芬高原玄武岩大规模的喷发活动主要为4期：第一期为印支运动的产物(P₁-T₁，代号νPz₃)；第二期为早第三纪喷发的产物(E，代号νPg)；第三期为晚第三纪中期喷发的产物(N，代号νNg)；第四期为第四纪中期喷发的产物(代号νQ)。新生代三期玄武岩喷发均与铝土矿形成息息相关，其中，波罗芬高原第二期、第三期成矿作用最为显著。

洪金益^[16]对红土型铝土矿的矿化时间进行了研究，认为火成岩地区红土型铝土矿以化学溶解迁移为主，每年可形成厚度为0.01~0.015 mm的红土，每1 Ma可形成10~15 m厚的红土型风化层。因此，波罗芬高原第二期、第三期玄武岩喷发后有较长时间进行红土化，可形成铝土矿，红土壤厚度可达数十米^[2]；而第四期玄武岩由于喷发时间较新，红土化作用时间短，难以形成规模较大的铝土矿。

5  结  论

老挝南部波罗芬高原具备铝土矿形成的基本条件。新生代玄武岩在高温多雨的热带气候影响下，经过数百万年长期的风化作用后形成了典型的红土型三水型铝土矿。该铝土矿主要特征为：

a. 分布于整个波罗芬高原及周边地区，其矿石含量为：Al₂O₃ 30%~50%，Fe₂O₃ 25%~40%，铝硅比为5~20，具有中铝、高铁、低硅与高铝硅比等特点。

b. 矿体品位在水平及垂向方向上均较为稳定，且分布范围广，厚度大，资源量丰富。

c. 主要有原地堆积型和残积坡积型2种类型的铝土矿，原地堆积型铝土矿大多产于丘山山顶及山   脊，残积坡积型铝土矿产于山顶四周或山脊两侧。

d. 地势平缓，覆盖浅，适合于大型机械化露天  开采。

e. 矿石中微量元素除Ga的含量较高，其他元素含量均较低。

f. 该铝土矿具有很大的工业开采价值，是一个巨大型红土型三水型铝土矿。

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收稿日期：2007-05-28；修回日期：2007-07-30

基金项目：国际合作项目(中色国际矿业L-2005-01)

通信作者：成  功(1972-)，男，湖南武冈人，讲师，博士研究生，从事遥感信息提取与找矿研究；电话：0731-8879330；E-mail: chenggongcsu@126.com