近日，“大陆演化与季风系统演变”骨干北京大学胡永云教授团队与中国科学院地质与地球物理研究所包秀娟副研究员合作，建立了铝土矿和高岭土矿形成与温度和降水的定量关系，揭示了其空间分布变化与深时气候演变之间的关系，这些定量关系能够较好地预测不同地质时期铝土矿和高岭土矿空间分布，对这些矿床的勘探有重要意义。

铝土矿和高岭土矿是典型的表生矿床，是岩石在温暖潮湿气候环境下通过强化学风化作用的产物。其中，高岭土矿是风化过程中的 “中间站”，而铝土矿则是化学风化作用的 “终点站”。该两种矿床在显生宙各个地质时期均有形成，但主要形成在两个时期：石炭-二叠纪冰期（360-260 Ma）和白垩纪-新生代早期的暖期（140-40 Ma）。在古气候研究中，铝土矿和高岭土矿常被定性地看作暖湿气候环境的指标，但缺乏与温度、降水等气候要素之间的定量关系，这极大地制约了对其成矿机制的深入认识及在古气候重建中的应用。

胡永云研究团队结合他们的深时气候模拟结果与铝土矿和高岭土矿的地质记录，通过将矿床的古地理位置与模拟的温度、降水和净降水相结合，构建了这两种矿床形成的气候要素的定量关系。结果表明，二叠纪-三叠纪之交，不仅是生物大灭绝的节点，也是铝土矿和高岭土形成位置的分界点。在石炭纪和二叠纪冷期，铝土矿和高岭土矿形成在赤道附近。在三叠纪至新生代早期的暖期，它们大规模北迁，扩展至北半球中纬度地区。至近代冷期，铝土矿和高岭土矿的分布又退缩到热带地区。

随着空间分布位置的变化，两种矿床所对应的气候要素也发生了变化。如图1所示，铝土矿形成的年平均温度中位值从26.8 °C降低至24.3 °C，高岭土矿所对应的年平均温度中位值也从25.1 °C降至20.5 °C。如图2所示，铝土矿形成对应的年平均降水中位置从1743毫米/年降低至982毫米/年。高岭土矿所对应的年平均降水从1427毫米/年降至1121毫米/年。

图1 显生宙铝土矿和高岭土矿地质记录对应的年平均地表温度。(a) 5.4亿年至今铝土矿对应的温度，(b) 5.4-2.6亿年的铝土矿温度总分布，(c) 2.5-0.1亿年的铝土矿温度总分布，(d) 5.4亿年至今高岭土矿对应的温度，(e) 5.4-2.6亿年的高岭土矿温度总分布，(f) 2.5-0.1亿年的高岭土矿温度总分布。

图2 显生宙铝土矿和高岭土矿地质记录对应的年平均降水。(a) 5.4亿年至今铝土矿对应的降水，(b) 5.4-2.6亿年的铝土矿降水总分布，(c) 2.5-0.1亿年的铝土矿降水总分布，(d) 5.4亿年至今高岭土矿对应的降水，(e) 5.4-2.6亿年的高岭土矿降水总分布，(f) 2.5-0.1亿年的高岭土矿降水总分布。

研究还表明，降水的季节性变化在铝土矿和高岭土矿形成过程中发挥关键作用，短期的干燥期对其形成有重要作用，而不是全年都是雨季。降水的季节性通过调节地下水位和化学反应路径，这对驱动元素的迁移、分异与富集至关重要。

铝土矿和高岭土矿与温度和降水之间的定量关系可以用来“预测”不同地质时期的空间分布（图3），这对勘探矿产提供了依据。

图3 预测铝土矿和高岭土矿空间分布。(a, d) 现代铝土矿的空间分布, (b, e) 0.5亿年前铝土矿的空间分布，(c, f) 3.2亿年前铝土矿的空间分布。灰色阴影是根据铝土矿和高岭土矿与温度和降水的关系预测的两种矿物的分布范围，蓝色圆点：铝土矿记录的位置，红色圆点：高岭土矿记录的位置。

此项研究将铝土矿与高岭土的形成所需要的气候条件从定性描述推向定量分析的层次。未来，通过结合更高分辨率的古地理重建、多模型对比及人工智能数据分析方法，有望进一步揭示地球系统多圈层相互作用对外生矿床形成的控制机制，绘制更为精准的“成矿概率图”。

该研究得到了国家自然科学基金卓越群体项目“大陆演化与季风系统演变”（42488201）和中国科学院战略先导专项的资助（XDB0710000），相关成果已在Global and Planetary Change发表。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.105258