中国铝土矿的成矿规律、关键科学问题与研究方法_徐林刚.pdf

矿床地质MINERAL DEPOSITS2023年2月February，2023第 42 卷第 1 期42（1）：2240徐林刚等：中国铝土矿的成矿规律、关键科学问题与研究方法*本文得到国家自然科学基金项目（编号：41972072、42172080）资助第一作者简介徐林刚，男，1981 年生，博士，副教授，从事矿床学与同位素地球化学研究。Email:*通讯作者孙莉，女，1981 年生，博士，高级工程师，主要从事数学地质学及矿床资源评价研究。Email:收稿日期2022-11-02；改回日期2023-01-11。孟秋熠编辑。文章编号：0258-7106（2023）01-0022-19Doi:10.16111/j.0258-7106.2023.01.002中国铝土矿的成矿规律、关键科学问题与研究方法*徐林刚1,2，孙莉3*，孙凯1（1 中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083；2 中国地质大学（北京）自然资源部战略性金属矿产找矿理论与技术重点实验室，北京100083；3 自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037）摘要中国是世界上铝的最主要生产国和消费国，但资源储量和人均占有铝资源量严重不足。中国铝土矿具有成矿时代单一、空间分布广泛但局部相对集中的特点，成因类型以喀斯特型为主，区别于国际上以红土型为主的特点。文章在前人大量研究的基础上，对山西断隆、华北陆块南缘、黔中北-渝南和桂西南-滇东南 4 个最主要铝土矿成矿带的成矿规律进行了总结。并在成矿规律总结基础上，提出了当前铝土矿研究面临的关键科学问题：地层层序与成矿物质的来源与组成问题；深时古气候背景下重大地质事件与铝土矿成矿耦合关系问题；铝土矿共生/伴生矿产资源的开发利用以及成矿过程问题。同时，文章还对解决上述科学问题可能采用的技术方法和研究手段予以展望。关键词地质学；铝土矿；成矿规律；地层层序；深时古气候；共生-伴生矿产中图分类号：P618.45文献标志码：AMetallogenic regularity,key scientific problems and research methods ofbauxite in ChinaXU LinGang1,2,SUN Li3and SUN Kai1(1 School of Earth Science and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;2 MNR Key Laboratory for Exploration Theory&Technology of Critical Mineral Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;3 MNRKey Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Institute of Mineral Resources,CAGS，Beijing 100037，China)AbstractChina is the most significant producer and consumer of aluminum in the world.However,the total resourcesof China and the per capita amount of aluminum are insufficient.Bauxite deposits in China are generally formedfrom Carboniferous to Permian.Although it is widely distributed in China,bauxite resources are mainly concentrated in a few metallogenic belts.In addition,bauxite in China is primarily karstic type,different from lateritebauxite-dominated worldwide.Based on previous studies,this paper summaries metallogenic regularities of theeconomically top four bauxite belts,including the Shanxi fault-uplift,the south margin of the North China craton,the central and northern Guizhou-southern Chongqing,and the Southwest Guangxi-Southeast Yunnan metallogenic belts.We further summaries three key scientific questions that need to be paid additional attention in the future research on bauxite,including:The stratigraphic sequence of bauxite and its provenance and mineral composition;Critical geological events in earths history and their links with bauxite formation under deep-time paleoclimatological background;Paragenetic or associated minerals with bauxite and their mineralization pro第 42 卷 第 1 期徐林刚等：中国铝土矿的成矿规律、关键科学问题与研究方法23铝在元素周期表中位于第3周期，原子量为13。铝是地壳中含量最丰富的轻金属元素，其质量百分数约为8.2%，在地壳中广泛以铝硅酸盐和含铝氧化物的形式存在，目前自然界中已经发现的含铝矿物多达270种。由于铝与氧具有极强的亲和性，因此自然界不发育自然铝。铝具有密度小、导电性好、抗腐蚀性强、采选冶成本低等多种特征，被广泛应用于航空航天、家用电器、包装、装饰装潢、耐火材料等诸多领域。工业应用的铝主要来自于铝土矿，铝土矿是富含铝、铁、钛等元素的氢氧化物和氧化物，一般通过表生风化和搬运沉积等地质作用形成于温暖潮湿的热带、亚热带地区（Brdossy,1982;Bogatyrev etal.,2009;Retallack,2010）。全球范围内铝土矿资源丰富（550750亿t），集中分布在几内亚、澳大利亚、巴西、越南、牙买加、印度尼西亚、中国、圭亚那、印度等国家（图1a,USGS Annual Report,2021）。中国的铝土矿资源分布很不均匀，据统计，截至2015年底，中国累计备案的铝土矿矿区共553个，查明铝土矿总资源量47.1亿t，主要分布在山西、河南、广西、贵州等地，上述4个省区合计超过全国总资源量90%以上（孙莉等，2018，图1b）。中国是铝工业大国，年产量持续超过全球总产量一半以上，例如，2020年中国总计生产金属铝430万t，约占全球总产量的56%（USGS Annual Report,2021）。中国虽然是世界上最主要的金属铝产出国，但铝土矿资源储备严重不足，总储量为9.8亿t，仅占全球总储量的3.5%（图1a），人均储量更是不足国际平均水平的 10%（高兰等，2014;张海坤等，2021）。因此，总结中国铝土矿近年来的勘查成果，查明成矿规律、梳理成矿过程研究中的关键科学问题及解决方案，对促进铝土矿成矿理论研究和找矿勘查实践均具有重要意义。经过多年研究，国内外学者在铝土矿的成矿地质背景、矿床地质特征、成矿过程、共生矿产资源、成矿区带划分和资源潜力评价等研究方面取得了诸多重要进展（如刘长玲，1988;Deng et al.,2010;Liu et al.,2010;黄智龙等，2014；2021；刘幼平等，2015；刘学飞，2012；2016；2020；曹高社等，2018a；2018b），并逐渐认识到铝土矿的形成与深时古气候密切相关，是全球或区域范围内古气候条件、古水文条件等一系列地质因素综合作用的产物（Yu et al.,2019;Wang et al.,2021）。前人已经对中国铝土矿的资源状况、分布规律，以及全球铝土cesses.This paper also prospects the possible techniques to meet the above challenges.Keywords:geology,bauxite,metallogenic regularity,stratigraphic sequence,deep-time palaeoclimatology,paragenetic and associated minerals图1全球及中国铝土矿资源分布情况a.世界上主要发育铝土矿国家、探明储量及所占比例（数据来自张海坤等，2021）；b.中国主要铝土矿省区、资源量及其所占比例（数据来自孙莉等，2018）Fig.1Bauxite distribution in major countries worldwide and Chinaa.Major countries that host bauxite deposits in the world,and their reserves and percentage(data from Zhang et al.,2021);b.Major provinces and regions that host bauxite deposits in China,and their resource volumes and percentages(data from Sun et al.,2018)24矿床地质2023 年矿勘查开发情况进行了综述（如孙莉等，2011；2018；王庆飞等，2012；高兰等，2014；Gao et al.,2015;Sunet al.,2020;张博坤等，2021）。本文将以前人工作为基础，通过广泛收集资料（包括大、中、小型铝土矿超过900个），并结合近年来最新研究进展，对中国主要铝土矿成矿带的资源情况、成矿特点进行综述，针对目前铝土矿研究面临的关键科学问题和研究方法进行总结，并对研究未来提出展望。1铝土矿的成因类型早在20世纪初，国外学者便认识到铝土矿的下伏岩石具有含硅质岩石和含钙质岩石 2 种主要类型，随着研究的不断深入，国外学者以基岩类型为基础将铝土矿划分为红土型、喀斯特型和季赫温型铝土矿（Brdossy,1982;Brdossy et al.,1990）。中国的铝土矿成因类型划分与国外略有差异，但综合考虑了基底岩石和铝土矿的物质组成、地质产状和成矿过程等多种因素，基本上可以进行对比。红土型铝土矿指由下伏硅酸盐岩石经过红土风化作用而形成的残余矿床，此类矿床主要分布在南北纬 30以内的热带和亚热带地区，具有矿床规模大、层位稳定、分布范围广、品位高等特点，矿石中含铝矿物以三水铝石为主，另有少量的一水软铝石，是国际上最主要的铝工业原材料，其储量约占全球铝土矿总储量的86%（高兰等，2014）。全球范围内红土型铝土矿的形成常与全球变暖、大气中CO2浓度增加、海洋缺氧事件、生物灭绝事件等相关（Retallack,2010）。喀斯特型铝土矿的成矿过程与地貌喀斯特化密切相关，指发育在岩溶化的碳酸盐岩之上、经过沉积作用形成的铝土矿矿床，因此也被称为碳酸盐岩岩溶型或沉积型铝土矿，根据产出的大地构造背景，被进一步划分