碳酸盐岩古风化壳

铝土矿矿床学家早在20世纪初就开始注意并研究了碳酸盐岩古风化壳上发育的钙红土及最终形成铝土矿问题。这里引用G.巴尔多西（1990）和廖士范等（1991）发表的著作，来说明岩溶古风化壳问题。

图6-1清楚表明了俄罗斯南乌拉尔地区上泥盆统高纯度块状石灰岩被强烈的岩溶化、生成钙红土并进一步形成铝土矿的情况。矿层中石灰岩蚀余包块的存在更进一步证明了钙红土及其所包裹的岩石块体是原地残积的产物。图6-2是黔中地区铝土矿的一个比较典型的剖面。该含矿层底板的母岩为中上寒武统娄山关群巨厚层质纯白云岩，顶板是下石炭统摆佐组石灰岩及白云质灰岩，二者呈假整合接触。作者野外调查绘制含矿层底板等高线图时发现，该矿底板上密布着岩溶洼地及漏斗，它充分说明娄山关群白云岩经历过强烈的岩溶作用，为不整合面上的古岩溶剥蚀面。此外，在其上还风化残积着厚层的红土（钙红土）。廖士范等（1991）认为，该地区在志留纪（400Ma）以后至早石炭世以前，地壳上升为陆地，至早石炭世晚期（330Ma）才被海水淹没，古剥蚀期至少有70 Ma的时间，地壳剥蚀-淋失厚度达到500～1000 m，形成了钙红土古岩溶风化壳后进一步形成铝土矿。根据古地磁数据资料推测，该地古地磁位置是北纬8.2°，处于热带，可能为草原气候。充沛的降雨、较高的气温、较平坦的地形及至少有70 Ma充裕的风化壳形成时间、繁茂的地表植被等因素，有力地促进了碳酸盐岩的风化成土作用，形成了较厚的红色风化壳（钙红土），并经进一步脱硅、脱铁等矿化作用，最终形成了以Al2O3为主的铝土矿。

图6-1 俄罗斯南乌拉尔新普里斯坦克矿床组基岩成分与岩溶化的关系

图6-2 贵州修文小山坝五龙寺铝土矿64勘探线剖面图

赞成铝土矿是钙红土成因的学者认为，钙红土是碳酸盐岩风化溶蚀后的残余物。但是，使他们长期迷惑不解的是较厚的钙红土以及铝土矿的Al元素等又从何而来的?反对这种观点的人认为：白云岩或石灰岩有时质地非常纯，只含百分之零点几甚至百分之零点零几的铝、铁和钛，要形成一个较大的铝土矿床的堆积需要风化掉几千米厚的碳酸盐岩，才能提供足够的残余物质，这实际上是不可能的。为了弥补上述不足，钙红土成因学者进一步设想了所谓“异地堆积”学说，认为钙红土形成以后经过上述作用再沉积到岩溶风化剥蚀面上，这样似乎就解决了需要非常厚的碳酸盐岩才能形成足够残留厚度的钙红土的问题，但是又很难提供钙红土形成以后经过再搬运的令人信服的证据。

作者认为，处于地壳表层（现代的或古代的）碳酸盐岩岩体均处于水、热、光、气（氧气）、生物等等各种地质营力作用之下，都处于地壳表层开放体系之中，因此均不可避免地与各种风化营力之间，进行着物质、能量与信息的交换，其结果就形成了古代的和现代的红色风化壳。碳酸盐岩红色风化壳全风化层土体中，保留着其下基岩的宏观结构和构造，微观研究中亦发现了交代作用和矿物生成和演化系列的各种证据，使作者形成了关于碳酸盐岩红色风化壳形成的一般概念：即在开放体系的条件下，地下水是碳酸盐岩可溶矿物质（Ca、Mg等）溶出和硅酸盐粘土矿物成土元素（如硅、铝、铁等）携入的载体，同时地下水也带入微细粒胶体、粘粒和某些有用金属（如金）的淀积、充填于溶蚀的微小孔隙和孔洞之中。因此，碳酸盐岩风化成土作用存在等体积的转化。也就是说，红色风化壳不仅是溶蚀残余的产物，而且也是等体积交代成土作用的产物。