关于铝土矿成矿物质来源研究，以往多用含矿层与下伏地层中化学成分、稀土、微量元素、氧同位素、锆石等副矿物特征进行对比分析^[1-3]。近年来随着锆石原位微区定年技术激光剥蚀-多接收器电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)及SHRIMP等高精度分析技术的发展和完善，碎屑锆石U-Pb年代学为示踪沉积物源区提供了可靠的技术手段^[4]，也为沉积矿床成矿物质来源示踪提供了新的方法。

石炭纪是全球重要的铝土矿成矿期，其中90%以上的石炭纪铝土矿主要产于我国^[5]。我国石炭纪铝土矿主要分布在华北地台和扬子地台，其中位于扬子地台西南部的黔中-渝南铝土矿带是石炭纪重要的成矿带之一。该成矿带内自南向北出露有早石炭世九架炉组(C₁jj)和晚石炭世大竹园组(C₂d)两套含矿岩系^[6]，而著名的大竹园铝土矿就赋存于大竹园组中。目前，关于大竹园铝土矿的成矿物质来源问题，前人通过含矿层与下伏地层中岩石地球化学对比研究，认为成矿物源主要来自韩家店群(S₁hj)^[7]。本文通过对大竹园铝土矿中的铝土岩的碎屑锆石年代学研究，为铝土矿的成矿物质来源提供新的依据，并追溯成矿母岩的物质源区，探讨铝土矿成矿作用。

1.   区域地质特征

黔中-渝南铝土矿带位于扬子地台西南部，呈北北东向展布，延长约370 km，自南向北依次包括修文、息烽、遵义、正安和道真五个铝土矿带^{[3, 8]}。大竹园铝土矿位于道真铝土矿带的东段，是贵州省地矿局106地质大队于上世纪90年代初发现的一大型铝土矿。目前，对大竹园铝土矿的地质概况、成矿时代、成因类型、成矿物质来源、形成的气候环境等一系列问题进行了不同程度的研究，认为晚石炭世黔中-渝南一带位于靠近赤道的湿热气候区，沉积基底——韩家店群(S₁hj)泥、页岩，经风化、搬运，沉积在低洼滨海-沼泽区，再经后期成矿-改造-成熟-保存，最终形成沉积型铝土矿^[6-13]。但是关于韩家店群的沉积物质源前人并未开展研究。

大竹园组(C₂d)分布于贵州遵义以北的桐梓、湄潭、绥阳、凤冈、务川、正安、道真、习水及四川南川、武隆、彭水等地，其下伏地层主要是下志留统韩家店群。该组厚度较小，一般4~8 m，最厚19 m，由北向南厚度逐渐减薄。岩性变化较大，可分为两个岩性段： 下段为黏土岩－铁质岩段，一般厚1～5 m，主要岩性为绿泥石黏土岩、绿泥石岩、铁质黏土岩、伊利石黏土岩等，岩石常具碎屑结构，不显层理，其中普遍可见植物化石碎片。上段为铝质岩段，一般厚2～6 m，主要岩性为铝土矿、铝土质黏土岩和黏土岩，时夹炭质黏土岩和煤，均不显层理。上覆地层为下二叠统梁山组炭质页岩和栖霞组含炭质条带和隧石条带、团块的石灰岩^[10]。

大竹园矿区内出露最老的地层为下志留统韩家店群(S₁hj)，之上不整合覆盖上石炭统黄龙组石灰岩(C₂hl)和大竹园组(C₂d)。大竹园组被中二叠统梁山组炭质页岩(P₂l)和栖霞组石灰岩(P₂q)覆盖。矿区内还出露有下三叠统夜郎组(T₁y)、茅草铺组(T₁m)及第四系(图 1)。铝土矿矿体分布于栗园向斜北段两翼的上石炭统大竹园组中，呈层状、似层状产出，产状与地层产状基本一致，厚0~13.2 m。以栗园向斜轴线为界，分为两个矿段，东部位白岩塘矿段，西部为木海坨矿段。

图  1  大竹园铝土矿区地质简图

Figure  1.  Geological map of the Dazhuyuan bauxite deposit,Northern Guizhou

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2.   样品特征及定年分析

2.1   样品采集

样品WDK322采自大竹园铝土矿栗园向斜东翼的QJ964号浅井2.5~3.0 m处(图 2)，为大竹园组铝土岩，样品呈褐黄色、半土状，下伏地层为土状或半土状铝土矿，上覆地层为二叠统梁山组(P₁l)。

图  2  样品采集剖面图

Figure  2.  Profile image of the shallow well QJ964,showing the distribution of sample

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2.2   样品定年分析

样品的测试工作是在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成，所用仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及Newwave UP213激光剥蚀系统。实验中激光剥蚀斑束直径为25 μm，频率为10 Hz，能量密度为2.5 J/cm²，以He

为载气。锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序完成，测试数据误差为1σ。对于年轻锆石(< 800 Ma)采用²⁰⁶Pb/²³⁸Pb年龄，而对于较老锆石(>800 Ma)采用²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄。详细的实验测试过程参见侯可军等(2009)^[14]。

3.   碎屑锆石U-Pb测年结果

对样品WDK322进行了87个测试点分析，获得了84个谐和年龄(表 1)。所测锆石粒径部分在80~150 μm之间，部分在150~200 μm之间，Th/U比值介于0.16~5.55，除了个别锆石的Th/U比值小于0.4外，其余大部分均大于0.4。

表  1  大竹园铝土岩的LA-MC-ICP-MS碎屑锆石的U-Pb测试结果

Table  1.  Detrital zircon U-Pb dating results of aluminous from the Dazhuyuan bauxite deposit

点号	w(Pb)/(μg·g-1)		207Pb/206Pb			207Pb/235U			206Pb/238U			207Pb/206Pb			207Pb/235U			206Pb/238U
			比值	1σ		比值	1σ		比值	1σ		年龄/Ma	1σ		年龄/Ma	1σ		年龄/Ma	1σ
DZY-1	260	1.6	0.084000	0.001007		2.260308	0.040370		0.195187	0.002734		1292	24		1200	13		1149	15
DZY-2	207	2.6	0.080895	0.000909		1.844509	0.028984		0.165561	0.002143		1220	22		1061	10		988	12
DZY-3	295	1.9	0.067737	0.000867		1.145260	0.020446		0.122606	0.001541		861	26		775	10		746	9
DZY-4	152	1.9	0.075818	0.000965		1.618283	0.026876		0.155245	0.002223		1100	26		977	10		930	12
DZY-6	94	0.6	0.069599	0.000884		1.202590	0.019919		0.125385	0.001472		917	21		802	9		761	8
DZY-7	95	0.8	0.067264	0.001133		1.103268	0.024196		0.118768	0.001353		856	35		755	12		723	8
DZY-8	272	0.9	0.199825	0.000799		14.228608	0.156894		0.516527	0.005492		2825	6		2765	10		2684	23
DZY-10	132	0.2	0.075508	0.001289		1.621806	0.032441		0.155825	0.001737		1083	35		979	13		934	10
DZY-11	77	0.9	0.071191	0.001545		1.198367	0.031455		0.122166	0.002030		963	44		800	15		743	12
DZY-13	57	0.4	0.073617	0.000615		1.491785	0.019922		0.146894	0.001507		1031	17		927	8		884	8
DZY-14	489	2.9	0.058975	0.000583		0.673348	0.008737		0.082827	0.000808		565	20		523	5		513	5
DZY-15	102	0.6	0.065508	0.000726		1.058949	0.016945		0.117107	0.001221		791	22		733	8		714	7
DZY-16	167	0.9	0.070580	0.000562		1.209501	0.014258		0.124310	0.001258		946	16		805	7		755	7
DZY-18	181	1.0	0.077919	0.000694		1.907179	0.027073		0.177389	0.002083		1146	17		1084	9		1053	11
DZY-19	166	0.8	0.072197	0.000574		1.394698	0.018628		0.140011	0.001628		991	17		887	8		845	9
DZY-20	47	0.8	0.109638	0.001580		4.390446	0.092671		0.290256	0.004961		1794	26		1711	17		1643	25
DZY-21	195	1.3	0.072962	0.000702		1.480085	0.022914		0.146963	0.001822		1013	19		922	9		884	10
DZY-22	89	0.6	0.068301	0.000496		1.311950	0.016046		0.139231	0.001509		877	16		851	7		840	9
DZY-23	252	1.1	0.084394	0.000544		2.332440	0.027475		0.200323	0.002152		1302	7		1222	8		1177	12
DZY-24	240	1.0	0.073769	0.000432		1.574996	0.016611		0.154795	0.001495		1035	11		960	7		928	8
DZY-26	86	0.2	0.077246	0.000504		1.868713	0.021403		0.175345	0.001706		1128	13		1070	8		1041	9
DZY-27	289	1.5	0.161607	0.000903		9.217397	0.108260		0.413519	0.004689		2473	9		2360	11		2231	21
DZY-28	59	0.4	0.076754	0.001545		1.549058	0.036503		0.146472	0.002367		1115	39		950	15		881	13
DZY-29	129	1.2	0.075106	0.000782		1.587368	0.023608		0.153283	0.001769		1072	21		965	9		919	10
DZY-32	20	0.5	0.064730	0.001126		0.873646	0.017577		0.097982	0.001314		765	236		638	10		603	8
DZY-34	76	0.8	0.080735	0.000911		2.014581	0.031292		0.180936	0.002033		1217	22		1120	11		1072	11
DZY-35	174	0.6	0.074616	0.000576		1.598876	0.017891		0.155407	0.001463		1057	16		970	7		931	8
DZY-36	1565	2.8	0.164166	0.001958		9.776507	0.169227		0.431454	0.004886		2499	20		2414	16		2312	22
DZY-37	356	1.7	0.073101	0.001031		1.480363	0.030063		0.146534	0.001611		1017	34		922	12		882	9
DZY-38	340	0.6	0.073916	0.000478		1.623477	0.018845		0.159216	0.001653		1039	13		979	7		952	9
DZY-40	262	0.8	0.060733	0.000509		0.703043	0.010105		0.083888	0.001025		632	21		541	6		519	6
DZY-41	248	1.1	0.076908	0.000771		1.630058	0.026862		0.153534	0.001875		1120	20		982	10		921	10
DZY-43	620	2.1	0.075872	0.000435		1.709532	0.018790		0.163368	0.001617		1092	12		1012	7		975	9
DZY-44	6	2.3	0.056663	0.000929		0.621263	0.011361		0.079672	0.000854		480	40		491	7		494	5
DZY-45	711	1.0	0.167249	0.000780		10.084893	0.097107		0.437307	0.003892		2531	7		2443	9		2339	17
DZY-46	164	0.7	0.075159	0.000706		1.666796	0.022720		0.160912	0.001766		1072	23		996	9		962	10
DZY-47	182	0.7	0.081148	0.000778		2.107716	0.027541		0.188494	0.001907		1225	19		1151	9		1113	10
DZY-48	111	0.9	0.067859	0.000800		1.211085	0.019137		0.129521	0.001476		865	25		806	9		785	8
DZY-49	249	2.1	0.066580	0.000745		1.141188	0.018037		0.124400	0.001434		833	176		773	9		756	8
DZY-51	13	0.2	0.059551	0.001950		0.666104	0.020931		0.081475	0.001737		587	68		518	13		505	10
DZY-52	67	0.8	0.080306	0.001035		1.990364	0.034553		0.180070	0.002586		1206	21		1112	12		1067	14
DZY-53	14	1.2	0.068711	0.000902		1.340879	0.022225		0.141664	0.001613		900	27		864	10		854	9
DZY-54	94	0.2	0.068099	0.000633		1.198079	0.015587		0.127665	0.001269		872	23		800	7		775	7
DZY-57	155	1.7	0.128224	0.001170		6.397771	0.106391		0.361751	0.004915		2074	21		2032	15		1990	23
DZY-58	42	0.2	0.076858	0.000527		1.826559	0.023355		0.172387	0.001936		1118	13		1055	8		1025	11
DZY-59	200	1.3	0.077241	0.000494		1.911900	0.023192		0.179511	0.001878		1128	13		1085	8		1064	10
DZY-60	45	0.7	0.070234	0.001422		1.554264	0.036972		0.160851	0.002580		1000	41		952	15		962	14
DZY-61	228	0.8	0.107760	0.000405		3.849682	0.042295		0.259082	0.002703		1762	7		1603	9		1485	14
DZY-62	35	0.5	0.064992	0.000571		0.933599	0.012350		0.104162	0.001009		774	19		670	6		639	6
DZY-64	5	0.5	0.060956	0.001332		0.725323	0.017349		0.086403	0.001169		639	46		554	10		534	7
DZY-65	82	1.5	0.077967	0.000946		1.702053	0.027783		0.158373	0.001822		1146	24		1009	10		948	10
DZY-67	18	1.7	0.062302	0.001436		1.047273	0.026834		0.122294	0.001959		683	48		728	13		744	11
DZY-68	18	0.2	0.063945	0.000886		0.849563	0.014983		0.096315	0.000938		739	30		624	8		593	6
DZY-69	84	1.6	0.060050	0.000955		0.743041	0.015131		0.089712	0.001058		606	33		564	9		554	6
DZY-70	86	1.0	0.059172	0.000537		0.614267	0.008920		0.075280	0.000823		572	20		486	6		468	5
DZY-71	17	0.6	0.076427	0.001184		1.745434	0.032973		0.165859	0.002305		1106	30		1025	12		989	13
DZY-72	78	1.0	0.072534	0.000655		1.537240	0.019483		0.153755	0.001480		1011	19		945	8		922	8
DZY-73	190	0.7	0.104721	0.000314		4.382576	0.039884		0.303540	0.002651		1710	6		1709	8		1709	13
DZY-74	3	0.6	0.063917	0.001518		0.857877	0.022722		0.097468	0.001521		739	50		629	12		600	9
DZY-75	40	1.4	0.074713	0.000967		1.635913	0.029262		0.158835	0.002112		1061	26		984	11		950	12
DZY-76	71	0.8	0.065345	0.000431		1.084570	0.011616		0.120359	0.001073		787	13		746	6		733	6
DZY-77	124	1.4	0.072840	0.000416		1.664695	0.017832		0.165692	0.001549		1009	11		995	7		988	9
DZY-78	176	0.6	0.161478	0.000544		9.525714	0.096541		0.427694	0.004288		2472	6		2390	9		2295	19
DZY-80	26	0.9	0.077469	0.001274		1.843364	0.042371		0.172400	0.002689		1133	32		1061	15		1025	15
DZY-81	229	5.6	0.074130	0.000618		1.619865	0.021603		0.158434	0.001809		1056	17		978	8		948	10
DZY-82	48	0.4	0.061894	0.000417		0.871391	0.009967		0.102080	0.001023		672	13		636	5		627	6
DZY-83	144	0.8	0.070845	0.000381		1.544302	0.015089		0.158097	0.001451		954	11		948	6		946	8
DZY-84	208	0.6	0.072324	0.000283		1.619648	0.014881		0.162346	0.001431		994	8		978	6		970	8
DZY-85	165	0.7	0.071079	0.000363		1.552787	0.016050		0.158316	0.001430		961	10		952	6		947	8
DZY-86	135	0.3	0.070318	0.000412		1.391468	0.016968		0.143412	0.001530		939	12		885	7		864	9
DZY-87	190	0.8	0.067188	0.000375		1.214271	0.013071		0.131028	0.001289		843	12		807	6		794	7
DZY-88	385	1.4	0.079307	0.000350		2.177104	0.019869		0.198968	0.001651		1189	8		1174	6		1170	9
DZY-89	342	0.4	0.130696	0.000425		6.497753	0.058526		0.360360	0.003174		2107	6		2046	8		1984	15
DZY-90	2878	2.0	0.163223	0.000562		10.287660	0.098524		0.456865	0.004321		2500	6		2461	9		2426	19
DZY-91	298	0.6	0.081009	0.000424		2.065544	0.022167		0.184787	0.001728		1222	9		1137	7		1093	9
DZY-92	64	0.5	0.074309	0.000623		1.715894	0.020356		0.167448	0.001572		1050	50		1014	8		998	9
DZY-93	179	1.1	0.059593	0.000576		0.702914	0.008460		0.085555	0.000726		587	20		541	5		529	4
DZY-94	141	1.0	0.063734	0.000536		0.919265	0.009410		0.104686	0.000872		731	17		662	5		642	5
DZY-95	61	0.3	0.063679	0.000590		0.947262	0.011796		0.107828	0.000911		731	14		677	6		660	5
DZY-96	65	0.8	0.075073	0.000871		1.609097	0.022041		0.155585	0.001663		1072	19		974	9		932	9
DZY-97	133	1.6	0.059992	0.001060		0.732299	0.015136		0.088467	0.000900		611	39		558	9		546	5
DZY-98	81	0.5	0.056545	0.000514		0.559911	0.007414		0.071780	0.000676		472	20		451	5		447	4
DZY-99	125	1.4	0.065139	0.000657		1.174023	0.015973		0.130782	0.001342		789	17		789	7		792	8
DZY-100	133	1.0	0.189506	0.001124		13.606214	0.248462		0.520381	0.008834		2739	10		2723	17		2701	37

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测定结果显示(表 1)，锆石年龄分布在447~2825 Ma之间，即从晚奥陶世到太古代。根据样品年龄及频率分布特征大致可以划分为四组： ① ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄集中在2474~2531 Ma(n=5)，如测试点27、89、90(图 3)，锆石呈长条状，均被磨圆，环带结构明显，Th/U=0.62~2.76，显示岩浆锆石特征。 ② ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄集中在900~1302 Ma，峰值年龄为(1075±30) Ma(n=41)，如测试点96和75等(图 3)，锆石有长条状、短柱状，多被磨圆，多环带结构明显，除了个别Th/U比值< 0.4外，大多大于0.4，多数显示岩浆锆石特征。 ③ ²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄集中在714~794 Ma，峰值年龄为(755±16) Ma(n=13)，锆石颗粒大小不均一，个别未被磨圆，如测试点49(图 3)，大部分为岩浆锆石； ④ ²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄集中在505~660 Ma，峰值年龄为(576±6) Ma(n=14)，锆石颗粒普遍较小，有不同程度的磨圆化，个别呈椭圆状，如51号测试点(图 3)。51号测试点(503 Ma)、68号测试点(593 Ma)的Th/U比值小于0.4。样品中最小的年龄为447 Ma、468 Ma。

图  3  锆石的阴极发光图像

Figure  3.  Cathodoluminescence images of analyzed zircon grains

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4.   铝土矿物源区示踪及对成矿的指示意义

关于大竹园组的沉积时代，刘平(1996)^[10]按地层产出层位和孢子化石认为属上石炭统马平阶。本文对大竹园组铝土岩的碎屑锆石测年，显示最小的锆石年龄为447 Ma，多数集中在505~1302 Ma之间(图 4)，并未记录志留纪-早石炭世的岩浆事件。这可能是因为区域上并未有志留纪-早石炭世的岩浆活动，也可能说明碎屑锆石来自早志留世沉积地层，即为再循环锆石。

图  4  (a)—锆石的U-Pb年龄谐和图,(b)—锆石的U-Pb加权平均年龄图

Figure  4.  (a)—Concordia diagram of zircon U-Pb isotopes,(b)—Weight mean diagram of zircon U-Pb age

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近年来对华南新元古代-古生代的变质岩系及沉积岩进行了较多的碎屑锆石年代学研究，积累了一批可靠的年代学资料，为大竹园组铝土岩的物质来源提供了丰富的信息。新元古代-寒武纪，扬子地块鄂东发育莲沱组(Pt₃l)，其碎屑锆石年龄具有约2489 Ma、约2045 Ma和785~893 Ma三期峰值年龄^[15-16](图 5)。华夏地块出露的潭溪片麻岩^[17]和桂东寒武纪沉积岩的碎屑锆石具有约2500 Ma、约1000 Ma的峰值年龄^[18](图 5)，华夏地块变质岩系中的碎屑锆石同样具有一致的年龄峰值^[19-22]。可见，自成冰期Rodinia超大陆裂解^[23]至寒武纪初期扬子和华夏地块为独立的块体，独自供给沉积物质。

图  5  (a)华南大地构造纲要图(据文献^[34]修改)；(b)华南新元古界-下石炭统碎屑锆石年龄直方图

Figure  5.  (a) Tectonic outline map of South China (Modified from reference ^[34]); (b) Relative probability plot of zircon U-Pb isotopes of the Neo-Proterozoic-Lower Carboniferous in South China

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早古生界碎屑锆石年龄资料显示，华夏地块赣南爵山沟组(O₁j)^[23]和中扬子崇阳茅山组(S₁m)碎屑锆石^[15]具有相似的年龄频谱，均有约2500 Ma和500~1200 Ma的年龄段(图 5)，暗示早奥陶世华夏和扬子地块已成统一陆块。这与扬子地块至珠江盆地奥陶纪生物相和岩相呈连续渐变一致^[24]，与晚奥陶世华夏和扬子地块构造开始反转、沉积格局开始调整一致^[25]，也与华夏地块发育约460 Ma的后碰撞花岗岩一致^[26-27]。区域上泥盆系的碎屑锆石年龄显示物源具有多样性，赣南跳马涧组(D₂t)^[23]和鄂东南曾定高家边组(S₁g)^[15]的碎屑锆石具有相似的年龄频谱，与华南奥陶纪-志留纪地层中的碎屑锆石相比明显记录了430~450 Ma的岩浆事件。而四川桂溪镇平驿铺组(D₁p，具有化石依据)碎屑锆石年龄集中在850~1000 Ma、680~800 Ma、500~650 Ma三个年龄区间，最小的锆石年龄为507 Ma(图 5)^[28]。桂北莲花山组(D₁l)石英砂岩的碎屑锆石显示约1700 Ma、约900 Ma和84~104 Ma的年龄段。物源的多样性与各自局部地区的岩浆-变质事件息息相关。如华南400~500 Ma的岩浆岩主要分布在华夏地块和扬子地块北缘，华夏地块内的加里东期花岗岩广泛分布于武夷山和云开大山地区，时代集中在400~470 Ma^{[27, 29-30]}。扬子地块北缘也发育428~460 Ma的岩浆岩^[31-32]，云开大山地区普遍受燕山期-印支期热改造事件的影响^{[18, 20]}。

黔北晚石炭世大竹园组铝土岩的碎屑锆石与爵山沟组(O₁j)、茅山组(S₁m)和平驿铺组(D₁p)碎屑锆石具有相似的年龄频谱。大竹园矿区含矿岩系下伏地层为韩家店群(S₁hj)，锆石均被磨圆，显示远距离搬运的特征，碎屑锆石可能为下伏地层中的再循环锆石，韩家店群(S₁hj)为铝土矿的成矿母岩。加里东造山事件使扬子和华夏陆块最终拼合成统一的华南陆块，沉积岩具有统一的物源区。志留纪，华夏地块除了在广西钦州-防城一带有沉积外，大部分地区发生褶皱及隆升成陆缺失沉积；扬子地块成为隆后盆地，晚奥陶世-早志留世大部分为局限浅海环境，沉积褐色炭质页岩以及粉砂岩^{[25, 33]}，快速隆升、被剥蚀的华夏地块为扬子地块上稳定展布的下志留统提供了大量的沉积物质，为铝土矿及新近发现的钨和锂^[35]等的形成提供了物质基础。

5.   结语

大竹园铝土矿中铝土岩的碎屑锆石年代学资料为铝土矿的成矿物质来源提供了新的依据，证实其成矿母岩为下伏韩家店群(S₁hj)，也为成矿母岩的物质来源提供了可靠信息。碎屑锆石测年技术为沉积型矿床成矿物质来源的研究提供了新的技术手段。