Natural Gas Geoscience >

2025 , Vol. 36 >Issue 5: 916 - 935

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2024.10.003

Geochemical characteristics of the bauxite series in Taiyuan Formation in the Longdong area， Ordos Basin： Implications for provenance analysis

  • Han LI , 1 ,
  • Yuxia WANG 2 ,
  • Zhanrong MA 3 ,
  • Lifa ZHOU 2 ,
  • Gang LIU 1 ,
  • Jingzhe GUO 2
Expand
  • 1. Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China
  • 2. Department of Geology，Northwest University，Xi'an 710069，China
  • 3. Exploration Division，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China

Received date: 2024-08-15

  Revised date: 2024-10-13

  Online published: 2024-11-25

Supported by

The Major Science and Technology Project of PetroChina Changqing Oilfield Company(2023DZZ02)

the Project of PetroChina Changqing Oilfield Company （Risk Exploration Project Group）(2022-20523)

Fold

Abstract

The successful natural gas exploration in Longdong Bauxite reservoirs has significantly expanded hydrocarbon exploration frontiers， highlighting the broad prospect of bauxite exploration. However， its provenance has not yet been determined. Based on the geochemical analysis of major， trace and rare earth elements， the provenance of bauxite series was analyzed in detail by considering the structural background and characteristics of parent rock. The results show that： （1） the element contents of bauxite series in the vertical direction is obviously different in different lithologic layers， and the enrichment characteristics of stable elements are inherited； （2） The vertical lithologic combination of bauxite series and quartz sandstone in Taiyuan Formation determines that the provenance area has the characteristics of low-relief topography and rich aluminum； （3） Geochemical analysis shows that the parent rock of bauxite series is derived from intermediate-acid igneous rocks with island arc properties， but not directly from weathering products of underlying carbonate rocks； （4） The Paleoproterozoic Qinling Group， the Mesoproterozoic Kuanping Group， and the Lower Paleozoic Erlangping Group， along with their associated intermediate-acid rocks of Jinning and Caledonian， constitute the primary parent rocks for the bauxite series in the study area. The deep metamorphic rocks of the NeoArchean Taihua Group and the clastic rocks of the Palaeoproterozoic Tiedonggou Formation in the southern margin of the North China Platform have auxiliary contributions. These results can provide reference for further study on mechanism and formation mechanisms for bauxite reservoirs within Taiyuan Formation in the Longdong area.

Key words： Bauxite series; Geochemistry; Provenance system; Taiyuan Formation; Longdong area; Ordos Basin

Cite this article

Han LI , Yuxia WANG , Zhanrong MA , Lifa ZHOU , Gang LIU , Jingzhe GUO . Geochemical characteristics of the bauxite series in Taiyuan Formation in the Longdong area， Ordos Basin： Implications for provenance analysis[J]. Natural Gas Geoscience, 2025 , 36(5) : 916 -935 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.10.003

0 引言

在2021年，长庆油田成功部署的铝土矿气井在鄂尔多斯盆地古生界勘探领域实现了历史性飞跃，该井以日产气67.38×104 m3，成为全球首例在铝土矿中取得如此卓越产能的天然气井。沉积于晚古生代海陆过渡相的含铝岩和暗色泥岩由于分布广、物性差，且具备良好的封盖性能，曾被认为是鄂尔多斯盆地下古生界风化壳气藏的直接盖层［1-4］。此次铝土矿天然气勘探的成功，极大地拓宽了天然气勘探的领域，显示了铝土矿大规模储量的潜力和广阔的勘探前景［5-6］。铝土岩作为一种新型天然气储层的产业化突破，从根本上改变了铝土岩系只能作盖层而不能形成有效储层的传统地质认识。
陇东地区太原组铝土岩系天然气勘探的显著进展，迅速将该区域乃至整个华北地块上古生界本溪组至太原组的铝土岩系研究推向了新的高潮。研究者们围绕测井识别评价［7-10］、沉积成岩环境［11-14］、储层特征［15-20］、储层预测［21-22］、成藏机理及模式［23-27］等方面展开了深入且富有成效的探索。然而，关于太原组铝土岩系的物源体系及其构成特征，学术界尚未形成统一认识。长期以来，关于华北板块石炭系—二叠系铝土岩系的物源，存在多种认识，包括源自基底碳酸盐岩的风化产物［28-29］、古陆铝硅酸盐的贡献［30-32］，以及两者混合来源的观点［33-34］。已有研究对鄂尔多斯盆地东部本溪组铝土岩系的物源进行了探讨，认为其主要物质来源为下古生界碳酸盐岩［35］。然而，该结论仅建立在铝土岩系与下伏碳酸盐岩处于同一条风化线的基础之上，而且与铝土岩系碎屑锆石来自盆地周缘造山带的结论截然相反。近期有研究提出盆地西部陇东地区太原组铝土岩系的母岩可能来源于奥陶系—寒武系碳酸盐岩［18，36］，但没有给出具体的数据支持。对于陇东地区铝土岩系的物源仍然没有定论。华北南部铝土岩系的锆石LA-ICP-MS测年结果指示其物源区为北秦岭造山带［37］，为陇东铝土岩系的物质来源提供了一定的借鉴。
为明确鄂尔多斯盆地陇东地区铝土岩系的原始物质来源，本文选取了研究区典型井的岩心样品，运用地球化学分析手段，并结合该区域古构造演化的背景，系统探讨了陇东地区太原组铝土岩系的物源体系。这一研究不仅深化了对铝土岩成矿机制的理解，也为铝土岩型天然气藏的成藏模式提供了重要见解，对未来铝土岩型天然气藏的勘探实践具有重要的指导意义。

1 基本构造背景

研究区位于鄂尔多斯盆地西南部，跨越天环坳陷和伊陕斜坡2个构造单元［图1（a）］。早古生代，陇东地区乃至整个华北地区经历了显著的沉降过程，形成了寒武系、奥陶系碳酸盐岩沉积建造；晚奥陶世开始，受加里东运动和早海西运动的影响，华北地区隆升遭受了广泛剥蚀，导致研究区上奥陶统至下石炭统缺失。直至晚石炭世，包括陇东地区在内的鄂尔多斯盆地主体部分再次沉降接受海侵［38-39］。在这一时期，由于华北板块南缘边缘隆起和中央古隆起的存在，在整个鄂尔多斯西缘和东部分别形成了受祁连海、华北海和南秦岭勉略洋控制和影响的相对独立的贺兰山石炭纪—二叠纪盆地和华北陆表海盆地［40］，这为研究区提供了独特的沉积背景。研究区太原组沉积于寒武系或奥陶系古侵蚀面之上，其沉积序列特征鲜明：上部地层主要由煤层、炭质泥岩及含灰岩泥岩组成，而下部则为富含铝的岩石系列（铝土岩系）［图1（b）］ 。因此，深入探究晚石炭世至二叠世鄂尔多斯地块南缘的构造演化与沉积格局，对于解析研究区铝土岩系的物源体系具有至关重要的意义。
图1 鄂尔多斯盆地陇东地区地质综合图（据文献［15］修改）

（a）鄂尔多斯盆地构造分区及研究区位置图；（b）研究区古生界地层综合柱状图

Fig.1 Comprehensive geological map of Longdong area in the Ordos Basin（modified from Ref.［15］）

晚石炭世本溪期，贯穿南北的中央古隆起作为重要的屏障分割了祁连海与华北海，并且与南缘边缘古隆起分隔了贺兰陆表海盆地和华北陆表海盆地［41］。中央古隆起向东南方向与华北地块南缘的渭北古隆起—伏牛山古隆起相连，共同组成了晚石炭世华北陆表海盆地的西南边界［图2（a）］。本溪期，研究区位于隆起区，未接收沉积。太原组沉积期，中央古隆起的范围明显缩小，且向南退缩，导致太原组向西和向南超覆沉积在更老地层之上，即太原组的沉积地层的分布范围较本溪组明显向西和向南超覆［图2（b）］ ；此时，贯穿南北的中央古隆起作为重要的屏障依然对祁连海与华北海具有分割作用［42］。区域地质研究表明，太原组沉积期，华北陆表海盆地是一个北侧、西侧和南侧受限且向东开口的碟状盆地，海水来自北东方向的枣庄—徐州一带，并向西侵入鄂尔多斯盆地中央古隆起以东地区。中央古隆起向南与华北地块南部边缘古隆起相连，共同组成了早二叠世华北陆表海盆地的西南边界。
图2 华北板块南缘晚石炭世本溪期、早二叠世太原期的构造—沉积格局

(a)本溪期；(b)太原期

Fig.2 Tectono-sedimentary pattern of Late Carboniferous Benxi period and Early Permian Taiyuan period in the southern margin of North China Plate

晚石炭世至中二叠世，商丹断裂以北的北秦岭与华北板块南缘整体处于低缓的隆起状态，它们作为本溪期至太原期华北盆地的物源区是存在的，极其低缓的地形决定了盆地南缘整体以黏土岩为主体的沉积特点。这些物源区的原始铝硅酸盐岩经过长时间强烈的化学风化作用，石英颗粒与长石类、云母类等硅酸盐岩颗粒极易发生分离，形成丰富的石英颗粒和富铝质黏土物质。分离出来的石英颗粒转变成为丰富的石英砂，为本溪组和太原组石英砂岩的形成提供了物源基础，而富铝硅酸盐岩中大量以长石类、云母类为主体的物质成分发生彻底的高岭土化，形成富铝质的黏土岩。这就从根本上解释了为什么鄂尔多斯盆地西南部的本溪组、太原组和山西组砂岩整体属于石英砂岩类，而本溪组、太原组和山西组，尤其是研究区的太原组广泛发育的泥质岩类主要是富铝质黏土岩。

2 源岩组成特征

鄂尔多斯盆地南缘太原组砂岩的碎屑含量统计表明，石英含量可达80%以上，长石约占10%。石英质碎屑中的单晶石英可见波状消光特征，且长石碎屑以具有聚片双晶的斜长石为主、黏土化的正长石和双晶微斜长石为辅的特点，反映了盆地南缘太原组砂岩来源主要为变质岩［43］，其次为岩浆岩、沉积岩。太原组岩屑以火成岩、变质岩为主，质量分数分别为61.4%、25%，两者累计可达86.4%（图3）。由此可以推断，包括研究区在内的鄂尔多斯南缘太原组的砂岩碎屑成分主要来自火成岩、花岗岩及花岗片麻岩分布区，沉积岩分布区不是其主要物源供给区。如此的砂岩类型以及碎屑组成反映母岩经历了强烈的风化作用后，在一个风化、侵蚀与沉积旋回中提供大量含少量甚至不含长石、岩屑的石英碎屑。同时，太原组石英砂岩的高成分成熟度和结构成熟度反映了物源区与沉积区之间的高差甚少。太原组富铝质黏土岩类与石英砂岩的共生关系表明，黏土岩类的物源与石英砂岩的物源来自于统一的铝硅酸盐岩分布区。上述物质组成特点与北秦岭构造带变质岩系、与其伴生的晋宁期和加里东期中酸性岩体以及华北板块南缘太华群及其相当岩系的片麻岩和花岗岩风化的最终产物相一致。
图3 鄂尔多斯盆地南缘本溪组、太原组砂岩碎屑组成

（a）碎屑组成及含量；（b）岩屑组成及含量

Fig. 3 Clastic composition of sandstone of Benxi and Taiyuan formations in the southern margin of Ordos Basin

北秦岭构造带是秦岭造山带中从组成到构造变形最为复杂的地带，主要包括古元古界秦岭群杂岩（Pt1）［44］和中元古界宽坪群杂岩（Pt2）［45-48］、中元古界—下古生界二郎坪群杂岩（Pt2—Pz1）［49-52］等。北秦岭广泛发育加里东期和晋宁期花岗岩，尤以加里东期花岗岩类为甚［53］，岩石学、岩石地球化学研究结果显示其主要为岛弧型及碰撞型花岗岩类及少量A型花岗岩和碱性岩类［54-55］。从北秦岭构造带的整体物质组成分析，它们属于以中酸性火成岩体为主体的铝硅酸盐岩。这些铝硅酸盐岩在经历长时期强烈地表化学风化作用后，可产生以各类长石和云母为终极产物的富铝质黏土以及以石英为主的石英砂颗粒。它们分别被搬运到沉积区形成垂向上的铝土质黏土岩和石英砂岩。这种垂向的岩石组合类型与研究区太原组的岩石组合类型十分相似。由此认为，北秦岭地区以中酸性火成岩体为主体的铝硅酸盐岩可作为陇东地区太原组铝土岩系的物质来源。
华北板块南缘发育了相对完整的华北板块边缘型的中新元古界、下古生界和克拉通盆地型的上古生界及部分中生界。其基底岩系为新太古代太华群的深变质杂岩群和古元古界铁铜沟组的变质碎屑岩系。除小秦岭外，下古生界主体发育碳酸盐岩，自下而上包括：下寒武统辛集组、朱砂洞组，中寒武统毛庄组、徐庄组和张夏组，上寒武统三山子组，下奥陶统冶里组、亮甲山组、马家沟组和克里摩里组（三道沟组或峰峰组），中奥陶统平凉组和上奥陶统背锅山组（唐陵组）。受加里东运动的影响，区域上本溪组或太原组依次向南超覆沉积在下古生界不同岩石地层单元之上。
由此说明晚古生代，华北板块南缘下古生界即使暴露地表，也是以碳酸盐岩为主体的源区组成，基本不存在大规模碎屑岩成为物源区的可能性。另外，华北板块南缘仅发育燕山期的花岗岩类，并不发育加里东期和晋宁期花岗岩类及其与此相伴生的元古界和下古生界的变质岩系。但是，并不能排除狭义的华北板块南缘中新元古界及其下伏基底太华群和铁铜沟组成为华北板块南缘本溪组和太原组的物源组成区。
初步分析认为，华北板块南缘的新太古界太华群和古元古界铁铜沟组和北秦岭构造带的秦岭群、宽坪群、二郎坪群及其相当岩系的变质片麻岩和花岗岩类可以为研究区太原组提供物质来源。太原组石英砂岩的石英颗粒和黏土岩中的黏土物质是这些变质片麻岩和花岗岩类强烈风化的最终产物，并使得这些黏土成分和石英砂分别成为太原组的富铝质黏土岩和石英砂岩的物质来源，它们在时空结构上得到有效匹配，否则很难解释本溪组和太原组石英砂岩和黏土岩的时空共生关系。本文对陇东地区钻遇铝土岩的典型井的元素地球化学特征进行系统研究，并与潜在源岩进行比对，以此明确研究区铝土岩系的物质来源，同时为深入开展陇东地区太原组铝土岩成储机理及成藏模式研究提供借鉴。

3 样品采集和分析方法

采集陇东地区太原组L58、HT7、HT14等3口钻遇铝土岩系的典型井样品共计41块，用于常量、微量、稀土元素分析测试。样品采集秉承合理性、科学性、经济性和有效性的原则。结合岩心观察，铝含量相对较高的层段，采样间隔15~20 cm；铝含量相对较低的层段，采样间隔20~40 cm。采样位置详见主量元素测试结果图。其中，主量元素测试采用西安阿伯塔资环分析测试实验室的日本理学Rigaku ZSX Primus III+ X射线荧光光谱仪，依据国家标准《硅酸盐岩石化学分析方法，第28部分：16个主次成分量测定》（GB/T 14506.28—2010）所述步骤制样并完成测定。微量、稀土元素分析测试在西北大学地质学系大陆动力学实验室完成。所用设备为美国Agilent公司的Agilent 7500a ICP-MS。样品用氢氟酸和硝酸在封闭溶样器中溶解，电热板上蒸发干净氢氟酸再用硝酸密封溶解稀释后用ICP-MS外标法直接测定，具体步骤详见国家标准《硅酸盐岩化学分析方法第30部分：44个元素呈测定》（GB/T14506.30—2010）。基于以上41个样品的地球化学测试结果，对源区性质、源岩组合特征以及亲缘关系等进行分析讨论。

4 铝土岩系地球化学特征

4.1　主量元素

3口井的主量元素测试结果表明，铝土岩系化学成分主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3以及烧失量LOI，其含量总和为85.23%~98.65%；其次为TiO2、K2O、MgO和CaO，其含量总和为1.2%~11.6%；Na2O、P2O5 和MnO可忽略不计。3口井的主量元素在垂向上依据岩性的不同均表现出明显的分层现象。
中部的铝土岩层段表现出高Al2O3（>60%）、高TiO2（>2.5%）、低SiO2（2.19%~17.37%）、低K2O（0.09%~1.6%）的特点。相比于中部地层的高含铝层段，底板黏土岩及铝土质黏土岩含更高的SiO2（13.81%~45.28%）和K2O（0.16%~9.29%），以及更低的Al2O3（11.72%~41.16%）和TiO2（0.46%~2.38%），而顶部黏土岩及铝土质黏土岩K含量和Fe含量更低（图4）。
图4 主量元素测试结果

（a）L58井；（b）HT14井；（c）HT7井

Fig.4 Test results of major elements

铝土岩系沿井段的化学组成及含量的变化特征，深刻揭示了其在沉积成岩过程中的风化淋滤程度。在富含铝的层段中，由于碱金属及碱土金属元素的高度活动性，它们在化学风化过程中往往经历去碱作用，并经历脱Si去Fe。与此同时，含矿岩系的下部区域Fe含量显著增加，遇有利的Eh-pH环境时，便形成铁矿物并进一步积累。而活性元素的向下淋滤造成K、Na在铝土岩系底部的富集。
根据主量元素含量之间的相关系数，进一步分析各元素之间的相关性。从表1可以观察到Al2O3与TiO2之间存在显著的正相关趋势，表明这2种元素在地质过程中具有相似的迁移和富集模式。相反，Al2O3与SiO2则展现出明显的负相关关系，这反映了它们在铝土矿形成过程中的相反的迁移和富集模式。同样，Al2O3与K2O、TFe2O3之间也显示出比较高的负相关关系，表明Al的富集伴随着K和Fe的迁移。具体而言，作为不活泼元素的Al和Ti，在地球化学过程中倾向于共同迁移并富集。去碱作用导致K等可溶性元素向下部地层富集。随后在持续的化学风化过程中，淋滤脱硅作用使得Si被逐渐带出，从而在铝土岩系的底部形成Si的相对富集现象。
表1 主量元素含量相关系数

Table 1 Correlation coefficient between the content of major elements

主量元素 SiO2 TiO2 Al2O3 TFe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI
SiO2 1
TiO2 -0.58 1
Al2O3 -0.68 0.87 1
TFe2O3 -0.18 -0.53 -0.58 1
MnO -0.11 -0.44 -0.50 0.79 1
MgO -0.03 -0.42 -0.49 0.74 0.69 1
CaO 0.06 -0.42 -0.44 0.50 0.48 0.46 1
Na2O 0.22 -0.01 -0.10 -0.12 -0.09 0.20 0.20 1
K2O 0.57 -0.43 -0.54 0.08 0.10 0.38 0.27 0.64 1
P2O5 -0.11 -0.08 -0.10 0.24 0.20 0.32 0.82 0.02 0.07 1
LOI -0.30 -0.23 -0.18 0.40 0.35 0.01 0.12 -0.42 -0.46 0.01 1

4.2　微量元素

微量元素测试结果（图5）显示，Li、Rb、Ba、Sr、V等元素的含量相对较高。尤其是Li，沿井段整体呈现出含量较高、变化较大的特征，所测试3口井中含量分布范围为（1.8~17 650）×10-6。Li含量的变化之大表明了其强烈的迁移性质。值得注意的是，L58井顶部的正常泥质沉积物中Li 的含量仅为42.65×10-6，而铝土岩系中其含量远高于正常泥质沉积物。分析认为铝土岩系的母岩中应该具有高含量的Li，而只有酸性的岩浆岩才具有这样的条件，这为铝土岩系的沉积物质来源提供了方向。
图5 微量元素测试结果

（a）L58井；（b）HT14井；（c）HT7井

Fig.5 Test results of trace elements

Rb和Cs 在铝土岩系的上部和下部的铝土质黏土岩中含量较高，向中部的铝土岩呈明显减小的趋势。中部铝土岩中Rb和Cs含量的明显减少，说明其经历了较强的风化作用，导致Rb和Cs等活动性较强的元素被流水介质大量带走。由于Rb和Cs的离子半径较大，它们的阳离子易被带负电的黏土胶体所吸附，导致在上部和下部铝土质黏土岩中含量较高。
Be的含量整体较低。其中L58井全部样品Be分布于（1.3~4.7）×10-6之间，平均为3.27×10-6；其中HT14井全部样品Be分布于（2~5）×10-6之间，平均为4.15×10-6；HT7井Be相对偏高。Be的含量对铝土岩系的形成具有成因指示意义，残积黏土往往具有比较高的Be含量，而本文研究中80%以上的样品的Be含量低于5×10-6，可初步判断研究区铝土岩系为沉积成因［56］。另外，Th/U值分布在1.42~4.84之间，进一步揭示研究区铝土岩系为沉积混杂所致，而并非强烈的红土化产物［57］。
Ba和Sr的化学性质相近，而且具有较高的迁移性，在表生带中极易分解进入表生循环中。表现在垂向井段中，风化淋滤程度较高的铝土岩层中的Ba和Sr含量往往较低，而在铝土岩下部的铝土质黏土岩中具有较高的Ba、Sr含量。由于Sr的离子半径较小，具有比Ba大的水合能，不容易被吸附，其迁移性更强，因此下部的铝土质黏土岩中的Sr的含量往往高于Ba。所测样品的Sr/Ba值范围为0.48~18.27，指示研究区铝土岩系沉积环境为海陆交互沉积环境［58-59］。
V在铝土岩系中相对富集，铝土岩系中V的高值对应着Al的高值，中部铝土岩层V含量较高，而在上部和下部的铝土质黏土岩层中含量较少。主要由于V在表生作用过程中迁移性较弱，所以趋向于在淋滤程度较高的铝土岩层中富集。铝土岩系中Co、Ni、Cu、Zn 含量自上而下有增加的趋势，并在最底层的铝土质黏土岩中富集，这可能是这些元素在地质历史过程中受淋滤迁移作用以及下层黏土矿物强大的吸附作用，最终被选择性地吸附在黏土矿物表面并逐渐富集。这一过程不仅受到元素本身性质的影响，还受到岩石层理化性质、水流条件以及成岩作用等多种因素的共同制约。V/（V+Ni）含量同样对沉积环境具有指示作用［60］。研究区所测样品中V/（V+Ni）含量在0.14~0.92之间，反映多期次的氧化、还原环境的叠加。这种变化可能由沉积物来源、沉积速率、海平面升降以及成岩作用等引起。

4.3　稀土元素

不同的岩石类型其稀土元素含量和组成也不同。研究区太原组铝土岩系整体表现出稀土元素（ΣREE）的明显富集（图6），ΣREE值分布于（73.88~1 258.37）×10-6。轻稀土（ΣLREE）含量分布于（66.84~1 183.61）×10-6；重稀土（ΣHREE）含量分布于（7.01~137.7）×10-6之间；ΣLREE/ΣHREE值为3.77~25.38，平均值为12.26，表现为轻稀土比重稀土富集。轻稀土和重稀土的这种分异主要与含有稀土元素的矿物的抗风化能力有关。
图6 稀土元素测试结果

（a）L58井；（b）HT14井；（c）HT7井

Fig.6 Test results of rare earth elements

δEu值在稀土元素地球化学研究中具有重要意义，本文研究采用文献［61］中所述方法对δEu、δCe进行计算。δEu值分布在0.26~0.67之间，平均为0.52，显示明显的Eu负异常，并指示铝土岩系母岩为花岗岩类的可能；δCe值分布在0.81~2.4之间，平均为1.35，表现出明显的Ce正异常。Ce3+在氧化条件下被氧化为Ce4+，从而形成难溶于水的Ce4+的氢氧化物而不易被淋滤、迁移，使得Ce呈现正异常［62］。由此判断研究区铝土岩系的形成环境整体为于富氧的沉积环境。
纵向上，3口井的稀土元素在铝土岩系各个岩性层中的分布没有明显的共性。L58井中，铝土岩中有较高的ΣREE，随黏土矿物含量的增加，ΣREE有所降低；HT14井中，ΣREE较高的样品分布在含铁铝土岩中，而不是铝含量最高的铝土岩层中，相反铝土岩层中有较低的ΣREE；HT7井中，仅有铝土质黏土岩和铝土岩中取到了样品，测试结果显示铝土质黏土岩中的ΣREE要高于铝土岩层。尽管已有研究中提出铝土岩中的水铝石矿物对稀土元素有较强的吸附性［63］，但是由于受矿物的纯度、结晶程度的差异性以及颗粒大小、岩石孔隙性的影响，铝土岩、黏土岩对稀土的吸附力没有绝对的强弱对比关系。就目前这3口井的资料来看，黏土岩由于颗粒小、比表面大、表面电荷丰富，其吸附稀土阳离子的能力强，使得黏土岩的吸附性整体较强。

5 元素地球化学特征对物源的指示作用

5.1　源区性质及其母岩类型

在铝硅酸盐岩强烈风化过程中，微量元素性质稳定且往往聚积在风化残积物中，可以被用来识别铝土岩系的母岩类型［64］。为确定研究区太原组铝土岩系的母岩类型，根据微量元素相互之间的内在关联性，主要应用Zr/TiO2—Nb/Y交会图［65］、Ni—Cr交会图［66］以及Zr—C—GA图版［67］绘制区块太原组铝土岩系母岩类型的地球化学识别图件（图7）。
图7 研究区太原组铝土岩系源区及其母岩类型识别

（a）Nb/Y—Zr/TiO2图版；（b）Nb/Y—Zr/TiO2图版；（c）Ni—Cr图版；（d）Zr—Cr—Ga图版

Fig.7 Identification chart of source area and parent rock type of Taiyuan Formation bauxite series

Zr/TiO2—Nb/Y交会图显示，陇东地区太原组铝土岩系测试样品数据点位于该图版的中酸性火成岩（粗安岩、安山岩、流纹岩和英安岩）区间［图7（a），图7（b）］。Ni—Cr含量交会图版中，铝土岩系的测试样品数据点落在岩溶或沉积型铝土岩的对应区间内［图7（c）］，并非碳酸盐岩风化残积物。图7（d）中，测试样品数据点位于Ⅲ号区域，这说明其母岩为中性火成岩。由此可以确定研究区太原组铝土岩系的母岩整体属于由中性和酸性火成岩组成的钙碱系列，说明其岩石组合主要发育在大陆岛弧的构造环境。这种岩石系列特点与北秦岭地区晋宁期和加里东期花岗岩类的岩石系列所表述的大地构造性质完全一致。由此认为，陇东地区太原组铝土岩系母岩，主要来自于以北秦岭构造带为主体的古元古代秦岭群、中元古代宽坪群和早古生代早期二郎坪群等变质岩系及其与这些岩群伴生的大量的晋宁期和加里东期中酸性岩体，它们共同组成了太原组铝土岩系的主要物源体系。

5.2　主量元素的亲缘关系分析

华北板块南缘小秦岭构造带太华群和北秦岭构造带秦岭群、宽坪群及其晋宁期花岗岩类和加里东期花岗岩类，其矿物组成主要有石英类、长石类、暗色矿物类（以云母类为主，包含少量角闪石和极少量辉石）和重矿物类。这些岩石风化后理论上可形成3种终极产物：石英颗粒、黏土物质和重矿物。石英颗粒来自于铝硅酸盐中难溶的石英矿物，它们通常以岩浆类、变质类和沉积类这3种石英形式出现；细粒黏土物质来自于各种长石类和各种以云母为主体的暗色硅酸盐矿物的完全风化。那么根据物质守恒，将源岩经过彻底化学风化后的主要氧化物中剔除石英含量并重新分配后，与太原组铝土岩系原始沉积母岩的氧化物含量进行对比，即可找出潜在物源与铝土岩系原始沉积母岩之间的亲缘关系。
表2、表3为北秦岭构造带晋宁期花岗岩类或变质杂岩体的主要氧化物的分析结果，以及标准矿物及含量［68］。结果显示其标准矿物主要包括石英、各类长石、刚玉等。其中：石英占31.15%，长石占57.17%，刚玉占3.2%，其他矿物占11.48%。根据物质守恒原理，总SiO2含量中扣除石英所占的SiO2含量后的剩余Si理论上主要赋存于长石类及其他硅酸盐矿物中。由此获得岩体发生彻底化学风化作用后的各类极细粒黏土物质的氧化物含量（表4）。采用上述方法，笔者对北秦岭构造带加里东期的花岗岩类以及华北板块南缘小秦岭构造带太华群变质杂岩体的主要岩石化学参数［68］进行了计算（表5，表6）。
表2 北秦岭构造带晋宁期花岗岩类主量元素百分含量[68]

Table 2 Content of major elements of Jinning period in the North Qinling tectonic belt[68]

样品来源及岩性 样品号 含量/%
SiO2 TiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P₂O₅ LOI 合计

新元古代两河口岩体眼球状

二长花岗岩

 D2538/1 69.8 0.33 14.24 0.75 2.68 0.08 1.24 2.76 3.14 4.4 0.07 0.72 100.21
D2538/2 70.5 0.33 14.31 0.45 2.88 0.06 1.01 1.91 2.99 4.8 0.09 0.53 99.86
T01 71.35 0.42 13.71 0.58 3.25 0.09 0.58 1.76 3.27 4.42 0.09 0.38 100.26

新元古代涝峪岩体

二长花岗片麻岩

 T18-1 70 0.8 14.24 1.02 4.64 0.1 1.45 1.06 1.66 3.55 0.06 98.4
T18 67.14 0.45 16.23 0.63 3.75 0.07 1.84 3.3 3.31 2.37 0.19 0.72 100.42
平均值 69.76 0.47 14.55 0.69 3.44 0.08 1.22 2.16 2.87 3.91 0.10 0.59 99.83
表3 北秦岭构造带晋宁期花岗岩类岩体标准矿物及其百分含量[68]

Table 3 Standard minerals and their percentage contents of Jinning granitoids in the North Qinling tectonic belt[68]

样品来源及岩性 样品号 含量/%
石英 钙长石 钠长石 正长石 碱性长石 斜长石 刚玉 紫苏辉石 钛铁矿 磁铁矿 磷灰石 萤石 合计

新元古代两河口岩体眼球状

二长花岗岩

 D2538/1 27.5 7.98 26.47 25.9 46.14 14.21 1.55 6.97 0.62 1.08 0.17 1.76 99.99
D2538/2 29.04 5.07 25.34 28.41 49.91 8.91 2.34 7.01 0.63 0.65 0.22 1.29 100
T01 29.98 5.43 27.7 26.15 49.09 10.19 1.56 6.41 0.8 0.84 0.22 0.92 100

新元古代涝峪岩体

二长花岗片麻岩

 T18-1 40.08 4.94 14.25 21.28 32.85 7.62 5.97 10.3 1.54 1.5 0.14 0 100
T18 29.14 9.98 28.01 14.01 30.37 21.63 4.56 10.34 0.85 0.91 0.46 1.74 100
平均值 31.148 6.68 24.354 23.15 41.672 12.512 3.196 8.206 0.888 0.996 0.242 1.14 100
表4 北秦岭构造带晋宁期花岗岩类去除石英后的主量元素百分含量[68]

Table 4 Main element percentage of Jinning granites after quartz removal in the North Qinling tectonic belt[68]

样品来源及岩性 样品号 含量/%
SiO2 TiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P₂O₅ 合计

新元古代两河口岩体

眼球状二长花岗岩

 D2538/1 58.76 0.46 19.78 1.04 3.72 0.11 1.72 3.83 4.36 6.11 0.10 100.00
D2538/2 58.98 0.47 20.36 0.64 4.10 0.09 1.44 2.72 4.25 6.83 0.13 100.00
T01 59.18 0.60 19.61 0.83 4.65 0.13 0.83 2.52 4.68 6.32 0.13 99.48

新元古代涝峪岩体

二长花岗片麻岩

 T18-1 51.30 1.37 24.42 1.75 7.96 0.17 2.49 1.82 2.85 6.09 0.10 100.31
T18 53.85 0.64 23.00 0.89 5.31 0.10 2.61 4.68 4.69 3.36 0.27 99.40
平均值 56.42 0.71 21.43 1.03 5.15 0.12 1.82 3.11 4.17 5.74 0.15 99.84
表5 北秦岭构造带加里东期花岗岩类去除石英后的主量元素百分含量[68]

Table 5 Main element percentage of Caledonian granites after removal of quartz in the North Qinling tectonic belt［68］

样品来源及岩性 样品号 含量/%
SiO2 TiO2 Al₂O₃ Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P₂O₅ 合计
奥陶纪唐藏岩体中粒石英闪长岩 G-5I-07 57.44 0.32 19.77 2.28 2.87 0.11 2.33 5.08 6.72 2.74 0.33 100.00
奥陶纪唐藏岩体细粒石英闪长岩 G-5I-16 48.37 1.15 20.97 4.40 5.38 0.73 3.94 7.48 5.34 2.05 0.20 100.00
奥陶纪红花铺岩体中粒英云闪长岩 G-5I-01 57.68 0.47 21.52 3.12 2.52 0.09 1.30 3.26 8.12 1.79 0.14 100.00
奥陶纪红花铺岩体细粒英云闪长岩 D532/1 58.55 0.67 22.01 2.27 2.53 0.10 1.30 2.87 8.01 1.57 0.13 100.00
H2034/1 56.97 0.55 21.61 1.90 3.20 0.08 2.45 3.83 8.20 1.08 0.13 100.00
G-5I-03 56.84 0.46 21.60 2.48 3.23 0.82 1.21 3.71 7.75 1.78 0.10 100.00
平均值 55.98 0.60 21.25 2.74 3.29 0.32 2.09 4.37 7.36 1.83 0.17 100.00
表6 华北板块南缘小秦岭构造带新太古界太华群去除石英后的主量元素百分含量[68]

Table 6 Major element percentage of NeoArchean Taihua Group in Xiaoqinling tectonic belt, southern margin of North China Plate after removal of quartz[68]

侵入体及岩石名称 样品号 含量/%
SiO2 TiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P₂O₅ 合计
总平均值 56.35 0.58 18.79 2.39 3.90 0.12 3.36 5.19 5.06 3.20 0.24 99.18
马驹峪角闪斜长片麻岩 MJ-1 54.04 0.67 16.83 2.27 5.96 0.12 4.73 8.30 4.18 2.19 0.29 99.58
马驹峪黑云斜长角闪片麻岩 MJ-2 54.04 0.59 15.33 2.48 4.98 0.14 3.80 6.73 4.70 2.65 0.27 95.70
长沟口黑云角闪花岗片麻岩 CZK-1 55.74 0.49 18.42 3.30 4.33 0.10 2.53 6.94 4.91 2.93 0.33 100.00
长沟口角闪花岗片麻岩 CZK-2 55.50 0.64 20.60 2.13 4.24 0.07 4.83 3.67 4.28 3.79 0.24 100.00
武家坪黑云斜长片麻岩 WJP-1 54.51 0.91 15.57 3.38 6.06 0.12 5.08 8.10 4.00 1.99 0.26 99.97
武家坪条带状黑云斜长片麻岩 WJP-2 59.46 0.38 19.70 1.45 1.86 0.13 2.68 4.31 6.21 2.82 0.10 99.11
候家村角闪斜长片麻岩 HJC-1 59.65 0.45 20.65 1.87 1.74 0.06 1.66 2.56 5.60 5.44 0.30 100.00
候家村黑云角闪斜长片麻岩 HJC-2 57.75 0.39 21.31 1.26 2.73 0.04 2.78 3.32 5.75 3.39 0.12 98.84
候家村角闪黑云斜长片麻岩 HJC-3 52.08 0.93 20.26 4.58 5.00 0.28 3.41 3.66 4.02 3.66 0.34 98.21
宁家源奥长花岗片麻岩 NJY 60.75 0.41 19.23 1.22 2.12 0.11 2.09 4.27 6.92 3.14 0.12 100.37
同样，通过对铝土岩系及其下伏下古生界碳酸盐岩的主量元素系统分析，可以判断二者之间的亲缘关系。表7、表8分别是华北板块南缘蓟县系碳酸盐岩与研究区马家沟组碳酸盐岩的化学成分分析数据。表中碳酸盐岩18个样品的Al2O3平均含量仅为0.34%，SAFTKN/Total的平均值也仅为0.05。如此低的Al2O3和SAFTKN/Total值，使得下伏碳酸盐岩成为太原组铝土岩系的物源面临着巨大的物质不匹配的挑战。碳酸盐岩彻底风化后，CaO + MgO含量必然趋于零，由此可得到风化产物的化学成分相对含量（图8）。
表7 华北板块南缘蓟县系碳酸盐岩主量元素百分含量[68]

Table 7 Content of major elements of carbonate rocks of Jixian system in south margin of North China Plate[68]

区位 地层 含量/%
SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 CO2 合计 SAFTKN/Total
陇县 杜关组 4.9 0.58 0.03 1.15 0.05 19.32 29.1 0.1 0.29 0.06 44.12 99.7 0.07
巡检司组 3.6 0.21 0.03 0.15 0.02 20.28 29.67 0.11 0.13 0.4 46.02 100.62 0.04
岐山 巡检司组 1.14 0.16 0.04 0.15 0.02 21.73 30.3 0.39 0.05 0.05 46.02 100.05 0.02
龙家园组 0.57 0.17 0.03 0.1 0.02 21.62 30.71 0.41 0.06 0.06 44.76 98.51 0.01
小秦岭 冯家湾组 2.33 0.51 0.04 0.33 0.02 20.51 29.68 0.4 0.46 0.02 45.5 99.8 0.04
杜关组 6.59 0.30 0.04 0.31 0.02 20.05 28.41 0.33 0.12 0.02 44.12 100.31 0.08
巡检司组 2.47 0.2 0.04 0.34 0.02 20.74 29.96 0.49 0.17 0.03 46.02 100.48 0.04
龙家园组 4.85 0.21 0.05 0.37 0.02 20.23 29.11 0.35 0.19 0.03 44.76 100.17 0.06
平均值 3.31 0.29 0.04 0.36 0.02 20.56 29.62 0.32 0.18 0.08 45.17 99.955 0.05

注：SAFTKN/Total=（SiO2+Al2O3+Fe2O3+TiO2+K2O+Na2O）/氧化物总量，下同

表8 陇东地区奥陶系马家沟组碳酸盐岩主量元素百分含量[68]

Table 8 Content of major elements in carbonate rocks of Ordovician Majiagou Formation in Longdong area[68]

区位 地层 含量/%
SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI 合计 SAFTKN/Total
陇东地区 马家沟组 1.64 0.25 0.00 0.18 0.02 1.48 55.00 0.00 0.03 0.01 42.30 100.91 0.02
2.21 0.41 0.10 0.24 0.02 1.06 50.90 0.02 0.22 0.02 44.19 99.39 0.03
1.24 0.26 0.02 0.18 0.02 1.62 50.40 0.01 0.24 <0.01 45.99 99.98 0.02
3.46 1.10 0.08 0.38 0.02 1.05 47.90 0.21 0.21 0.02 40.52 94.95 0.06
4.11 0.43 0.02 0.22 0.02 0.50 52.70 0.00 0.11 <0.01 41.71 99.82 0.05
3.31 0.48 0.02 0.19 0.01 0.62 52.70 0.00 0.14 <0.01 41.91 99.38 0.04
1.10 0.25 0.01 0.15 0.02 1.62 54.10 0.01 0.10 <0.01 43.32 100.68 0.02
1.22 0.29 0.01 0.21 0.02 3.18 51.10 0.01 0.14 <0.01 43.19 99.37 0.02
3.14 0.33 0.01 0.19 0.02 3.02 50.20 0.01 0.22 <0.01 42.06 99.20 0.04
8.07 0.16 0.00 0.11 0.01 0.37 50.10 0.00 0.09 <0.01 40.00 98.91 0.09
平均值 3.85 0.40 0.03 0.21 0.02 1.45 51.51 0.03 0.15 0.02 42.52 99.26 0.05
图8 研究区铝土岩与潜在源岩完全风化后的主量元素含量对比

Fig. 8 Comparison of major element contents between bauxite rock and potential source rock after complete weathering in the study area

对比终极风化产物的化学组成及含量，结果显示：①小秦岭太华群变质杂岩发生彻底的化学风化作用所形成的各类极细粒黏土物质的各种氧化物含量与北秦岭构造带晋宁期和加里东期的花岗岩类岩体发生彻底的化学风化作用所形成的各类极细粒黏土物质的各种氧化物含量基本一致；②太原组铝土质黏土岩的SiO2和Al2O3的含量略高于北秦岭构造带晋宁期和加里东期的花岗岩类岩体发生彻底的化学风化作用所形成的各类极细粒黏土物质的各种氧化物含量。SiO2含量略高说明太原组铝土质黏土岩除了北秦岭构造带的物质组成作为主物源组成部分外，还有少量来自于其他硅质物质的参与，如古元古界铁洞沟组碎屑岩中的石英。Al2O3含量略高和MgO、CaO、K2O和Na2O明显降低，则可能与太原组铝土质黏土岩成岩阶段的MgO、CaO、K2O和Na2O淋滤丢失而引发的富铝化过程有关。③马家沟组灰岩完全风化后SiO2占81.74%，Al2O3占8.41%，蓟县白云岩完全风化后SiO2占71.96%，Al2O3占6.31%，与太原组铝土岩系的主量元素含量相比，下伏碳酸盐岩彻底风化后的碎屑物质的主量元素具有较大差异，不足以为上覆铝土岩系提供物质基础。
综上所述，小秦岭太华群变质杂岩与北秦岭构造带晋宁期和加里东期的花岗岩类岩体发生彻底的化学风化作用所形成的各类极细粒黏土物质是太原组铝土质黏土岩的主要物质来源，它们之间具有很好的亲缘关系和对应性。

5.3　微量元素的亲缘关系分析

由于本文未能获得研究区太原组铝土岩系下伏下古生界三山子组、张夏组等碳酸盐岩样品，故这里仅对铝土岩系与马家沟组碳酸盐岩微量元素进行了对比。采用平均上地壳微量元素数据［69］对研究区太原组铝土岩系与下伏马家沟组碳酸盐岩的微量元素进行标准化，得到微量元素配分图解（图9）。由图9可以看出，研究区太原组铝土岩系明显富集Zr、Th、U、Cr而亏损Rb、Cs、Ba，3口井的测试结果表现出较强的一致性。然而，与下伏马家沟组碳酸盐岩相比，铝土岩系表现出截然不同的“峰”和“谷”形态，两者之间微量元素富集和亏损模式差异较大。因此推测，太原组铝土岩系的原岩并不是下伏马家沟组的碳酸盐岩。实际上，研究区太原组铝土岩系剖面中，尤其是剖面底部，铝土质铁矿石、黏土质铁矿石或者“山西式铁矿石”的缺失，以及整个剖面中钙结层、红土层的缺失，一致说明陇东地区太原组铝土岩系的母岩并非下伏下古生界碳酸盐岩。
图9 研究区太原组铝土岩系微量元素蜘蛛图解

（a）L58井；（b）HT7井；（c）HT14井；（d）研究区马家沟组

Fig.9 Spider diagram of trace elements in bauxite rock series of Taiyuan Formation in the study area

5.4　稀土元素的亲缘关系分析

稀土元素的核心特征在于其极低的溶解性，这一属性使得稀土元素在经历低级变质作用、风化过程及热液蚀变等地质活动时，能够维持较高的化学稳定性。正是基于这种在强烈化学风化环境中保持的相对稳定性，稀土元素被视作解析不同岩石成因机制及进行对比分析的关键性元素组合。为了深入探讨岩石间的潜在亲缘关系，绘制了潜在物源与太原组铝土岩系之间的稀土元素配分图解（图10）。通过对比分析不同岩石间的稀土元素分布模式，旨在科学验证并确定所研究岩石系列之间是否存在成因上的联系或相似性，为进一步的岩石成因学及地质演化研究提供有力支持。
图10 研究区铝土岩系与潜在物源区的稀土元素配分型式

（a）L58井铝土岩系;（b）HT14井铝土岩系;（c）HT7井铝土岩系;（d）北秦岭构造带火成岩;

（e）华北地台南缘变质岩;（f）鄂尔多斯盆地南缘碳酸盐岩

Fig. 10 Distribution patterns of rare earth elements between bauxite rock series and potential provenances in the study area

在铝土岩系、北秦岭构造带、华北板块南缘构造带以及铝土岩下伏碳酸盐岩的球粒陨石标准化曲线上（图10），陇东地区铝土岩系的各岩性层虽然稀土元素含量有差别，但是配分曲线的形态基本一致，说明其稀土元素的富集特征具有继承性，且与北秦岭构造带、华北板块南缘构造带岩石配分曲线趋势完全一致，ΣLREE略高于ΣHREE，均表现出富轻稀土元素、贫重稀土元素的特征。总体看来，陇东地区铝土岩系与北秦岭构造带、华北板块南缘构造带岩石的稀土元素球粒陨石标准化曲线从形态上可看出三者具有相近的趋势，表明其具有亲缘关系，推测后两者是前者成矿物质来源的可能，铝土矿稀土元素大多来自北秦岭构造带、华北板块南缘构造带。
图10（f）中三山子组3个白云岩样品来源于L58井太原组铝土岩系下伏地层，反映出陇东地区太原组铝土岩系稀土元素配分型式与奥陶系碳酸盐岩的稀土元素配分型式之间有很大差别。特别提及，铝土岩系与下伏碳酸盐岩的稀土配分型式的差异不仅表现在LREE与HREE的贫、富差异，而且主要表现在两者REE含量具有很大差别。铝土岩系的REE含量整体是马家沟组的数十倍。分析认为，铝土岩系的稀土元素主要来自于硅酸盐岩的强烈化学风化作用，而马家沟组碳酸盐岩稀土元素普遍接近于正常海水的稀土元素含量。表明这些碳酸盐岩样品受成岩作用及热液作用的影响较为有限，其碳酸盐岩中所含稀土元素应主要为海水自生成因，而非碳酸盐岩中外来碎屑成因。由此证实，在陇东地区，太原组铝土岩系与下伏碳酸盐岩之间没有亲缘关系。
文献［38］针对华北南部豫西地区的本溪组铝土岩样品进行了锆石U-Pb定年。碎屑锆石晶体形态完整，晶边锋利，呈圆柱形或细长圆柱形，普遍具有岩浆成因的振荡环带（图11）。样品年龄以早古生代为主，峰值年龄约为446 Ma，范围在393~510 Ma之间，指示北秦岭造山带加里东期中酸性花岗岩为华北南缘石炭系铝土岩系主要母岩来源，与本文研究确定的陇东地区铝土岩系的物质来源的地球化学证据一致。
图11 华北克拉通南部豫西地区本溪组铝土岩典型样品阴极发光图［37］

Fig.11 Cathodoluminescence diagram of typical bauxite samples from Benxi Formation in the western Henan Province， southern North China Craton［37］

6 结论

（1）晚石炭世至中二叠世，商丹断裂以北的北秦岭与华北板块南缘整体处于低缓的隆起状态，为本溪期至太原期华北盆地提供了原始铝硅酸盐岩物源。在化学风化作用下，石英颗粒与长石类、云母类等硅酸盐岩颗粒发生分离，为太原组石英砂岩的形成提供了物源基础，而以长石类、云母类为主体的物质成分发生彻底的高岭土化，形成富铝质黏土岩。这种岩石组合为太原组铝土岩系与石英砂岩的时空共生关系提供了理论依据。
（2）地球化学分析表明太原组铝土岩系的物源来自于具有岛弧性质的中酸性火成岩。据此推测以北秦岭构造带为主体的古元古代秦岭群、中元古代宽坪群和早古生代早期二郎坪群等变质岩系及其与这些岩群伴生的大量的晋宁期和加里东期中酸性岩体共同组成了陇东地区太原组铝土岩系的主要物源。华北板块南缘的新太古代太华群深变质岩系和古元古代铁洞沟组的碎屑岩类及其伴生的其他岩类，可能为太原组铝土岩系的辅助物源体系。
（3）风化产物的化学组成以及微量、稀土元素配分型式图解表明，铝土岩系与北秦岭构造带杂岩系、华北板块南缘太华群深变质岩系具有很好的亲缘关系；而下伏碳酸盐岩风化产物化学组成差异与铝土岩系相比差异较大，且极低的含铝量不足以为太原组铝土岩系提供物源；结合Cr-Ni分区图版，太原组铝土岩系为岩溶或沉积型铝土岩，并非碳酸盐岩风化残积物。
（4）垂向上元素含量在铝土岩、黏土质铝土岩、铝土质黏土岩以及黏土岩中表现出明显的差异性，且其稳定元素的富集特征具有继承性；结合活性元素Na、K以及Si在铝土岩系的底部富集特征，表明铝土岩系母岩经过原位红土化富铝过程后，被搬运至沉积区就位，之后再次经历了淋滤、脱硅以及富铝化作用。而在此期间，下伏碳酸盐岩的溶蚀为其提供了良好的淋滤空间，解释了铝土岩系总是发育于下古生界碳酸盐岩之上。关于铝土岩系的成矿机制有待进一步研究讨论。

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