铝土矿沉积是一种风化残余成因的特殊沉积物,是潮湿的热带及亚热带气候条件下近地表风化作用的产物,以含有具有经济开采价值的较高铝元素含量为特点。铝土矿沉积的出现从地质学的角度而言指示沉积间断,炎热潮湿的(古)气候条件及发生抬升的大地构造背景。铝土矿沉积被视为地球演化过程中的罕见事件,其形成需要诸多古环境因素的综合作用。从全球铝土矿沉积在地质历史时期的分布特点来看,从铝土矿沉积在寒武系地层中首次出现,到中-晚泥盆世、早石炭世、二叠纪、晚三叠世至早侏罗世、晚白垩世、始新世至中新世及全新世等数次全球性铝土矿沉积大规模成矿期的发生,均与较高的热带气温、变化的全球海平面高度及垂向上稳定的大地构造背景相关。近年来,针对华南地区贵州与广西两省的二叠系铝土矿沉积重新开展了大量基础地质与地球化学工作。在此基础之上,本文从铝土矿沉积地质学角度出发,利用沉积学及地球化学手段将铝土矿沉积时代与地理位置的变迁放置于全球古气候与古地理变化的背景之下,详细讨论了两地矿床的成矿条件、成矿作用与成矿模式。本文涉及的两个研究案例分别是贵州北部(黔北)务川-正安-道真地区下二叠统大竹园组铝土矿及广西西部(桂西)上二叠统合山组铝土矿。黔北铝土矿沉积位于黔中隆起以北,下伏上石炭统黄龙组灰岩或下志留统韩家店组页岩,上覆下二叠统梁山组泥岩覆盖,成矿时代为早二叠世Asselian期—Artinskian期(紫松期—隆林期),矿床分类为沉积型铝土矿。桂西地区在二叠纪位于右江盆地范围内,区内铝土矿覆盖于中二叠统茅口组灰岩之上,上覆合山组下部泥岩,成矿时代为Capitanian期-Wuchiapingian期之交(冷坞期与吴家坪期之交),同样也为岩溶型铝土矿。黔北地区铝土矿形成于华南板块内部上扬子地区一个向北开口的海湾中,该海湾向北以水道与外海联通,其余三面被地势较高的剥蚀区环绕,成矿母质经过短距离搬运进入海湾内部,最适宜成矿的区域为海陆交互的滨岸湿地区域。从矿石内获得的极高的CIA(>90)及以硬水铝石-高岭石为主的矿物组合证明铝土矿层在形成过程中经历了强烈的化学风化过程,指示炎热潮湿的古气候环境。而从矿石内检测到大量燃烧成因多环芳烃化合物(PAHs)指示早二叠世华南炎热潮湿的古气候环境还伴随着旱季与雨季分异的特征。通过对前人提出的针对古盐度的沉积构造与地球化学证据进行检验,我们认为对于大竹园组中铝质黏土岩海相沉积特征的判断基本准确,而铝土矿石样品具有明显陆相沉积特点,因此古盐度证据支持黔北地区铝土矿形成于海陆交互相的判断。大竹园组铝土矿石样品中出现明显的Ce正异常现象且Ce异常与Al2O3含量之间存在显著正相关性,指示从铝土矿石层位到铝质黏土岩层位存在由氧化环境到还原环境的转化,结合从铝质黏土岩中提取的饱和烃组分中的类异戊二烯烷烃中姥鲛烷(Pr)和植烷(Ph)比值均小于1,进一步说明铝质黏土岩的沉积环境应为低Eh值的还原环境。黔北地区铝土矿层的形成环境以酸性环境为主,矿层中包括稀土元素在内的大部分元素的迁移及高场强元素(HFSE)的活化即是这种酸性环境作用下的产物,而来自生物标志物的C27重排甾烷/C27甾烷比值处于0.31-0.37,有至少三分之一的甾烷发生重排作用,证明在铝土矿沉积时伴随了低pH值的环境。酸性物质的来源可以是微生物活动和植物腐烂形成的有机酸或母岩或风化过程中形成的硫化矿物发生氧化作用所形成的无机酸。通过对大竹园组中铝质黏土岩样品的生物标志物检测,发现样品中正构烷烃多为双峰式分布,萜烷化合物中,三环萜烷含量小于藿烷系列,且碳数分布宽,说明其有机质来源包括低等浮游生物、藻类及细菌生物以及陆上维管束植物(如蕨类与裸子植物)与非维管束植物(如苔藓植物)的双重贡献,样品中(Pr+Ph)/(n-C17+n-C18)比值指标大于1,表现自养生物有机质来源的优势。大竹园组铝土矿层样品的碎屑锆石年龄谱分布与下伏韩家店组薄层砂岩样品一致,说明韩家店组碎屑岩为大竹园组提供了主要物源,而两者的碎屑锆石分布特征与华夏板块前志留系地层中的碎屑锆石年龄谱数据一致,证明其碎屑物质组成的最终来源均为扬子与华夏板块拼合时期由华夏陆块造山带输送进入扬子板块内部的物源。此外,在大竹园组中发现大量同沉积时期由红土化作用、搬运作用及胶体凝聚作用遗留下的结构、构造证据,指明其准原地及准异地成因。大竹园组中尚存在准同生期淋滤作用证据,部分矿层内部出现一层或多层指示同沉积暴露的“渣状层”,说明暴露淋滤事件在铝土矿形成时期多次发生。从运用质量平衡计算手段对大竹园组铝土矿进行计算后发现,层内绝大部分样品均发生不同程度的元素丢失,硅与铁元素相对于铝元素丢失程度更大,因此铝元素发生相对富集。桂西地区铝土矿赋存于上二叠统合山组底部。在二叠纪存在极具特色的古地理特征,盆地内孤立碳酸盐台地与台间海槽相间分布,并出现显著沉积分异,合山组铝土矿沉积全部产出于孤立碳酸盐台地区域范围内,其中尤以乐业、扶绥、平果、靖西、德保等台地产出大范围铝土矿,宏观地质特征及微量地球化学判别指标均支持桂西二叠系铝土矿陆相淡水成因,说明桂西地区铝土矿是在孤立台地暴露的情况下形成。合山组铝土矿内矿石CIA值范围为97-100,高岭石与铝矿物的矿物组合指示成矿母质在炎热潮湿的古气候条件下历经强烈化学风化。从合山组铝土矿层下部到上部出现由红色到灰黑色的颜色转化,结合矿层下部正Ce异常向上逐渐转变为Ce的负异常,说明矿层在形成时由渗流型铝土矿向潜流型铝土矿转变。根据对合山组铝土矿碎屑锆石U-Pb年代学研究,样品内年龄主峰出现在263–262 Ma,来自锆石微量元素对判别指标的结果表明,合山组铝土矿中的锆石同时来自于板内/非造山带环境及岛弧/造山环境,并且在不同的孤立碳酸盐岩台地铝土矿物源存在差异,综合考虑右江盆地周缘古构造及古地理背景后,我们认为西北方向的峨眉山大火成岩省及西南方向的印支与华南板块之间的火山弧活动均为右江盆地内提供了火山灰物源,并且这种物源搬运形式以大气环流搬运作用为主。桂西地区二叠系铝土矿一般经过后期改造,现代淋滤作用叠加后形成品位较高的优质矿床。华南地区在二叠纪接连出现大规模铝土矿沉积主要受到古气候因素及古地理位置的双重控制作用,从泥盆纪始,华南板块从冈瓦那大陆北缘分裂出来,远离古大陆并持续由高纬地区向低纬地区移动,并在石炭-二叠纪时刚好处于赤道位置附近,从全球古地理位置而言完全可以满足炎热潮湿的古气候条件。又由于远离古大陆,在中二叠世之前华南板块内部构造活动处于较为平静时期,风化剥蚀的产物残留下来,并经过长时间的淋滤作用形成铝土矿沉积。从两个成矿区域的各自古地理恢复情况来看,黔北地区在早二叠世的滨岸湿地区域及桂西地区晚二叠世右江盆地内孤立碳酸盐岩台地上均为成矿有利地区。从成矿作用过程上来看,两个区域内经过准同生期多期淋滤作用或经过后期次生淋滤作用的地区产出高品位的铝土矿。因此,对于铝土矿沉积而言,在适宜的古气候条件及全球古地理条件的框架下,成矿区域内的古地理控制矿层的展布与厚度,而淋滤作用则对矿石质量起到至关重要的控制作用。