張蘇江,易錦俊,孔令湖,姜愛玲,劉桂云
(國土資源實物地質資料中心,河北三河065201)
綜述與專論
中國磷礦資源現狀及磷礦國家級實物地質資料篩選*
張蘇江,易錦俊,孔令湖,姜愛玲,劉桂云
(國土資源實物地質資料中心,河北三河065201)
磷礦是指在經濟上具有利用價值的磷酸鹽類礦物的總稱,是一種重要的工農業礦物原料,在國內外諸多領域中有著舉足輕重的經濟價值。磷礦是中國重要的戰略礦種之一,在全國范圍內均有分布。在分析研究中國磷礦資源特點和成因類型的基礎上,將全國磷礦床劃分為4個礦床類型,其中最為重要的磷礦床類型包括巖漿巖型磷灰石礦床、沉積型磷塊巖礦床及變質巖型磷灰巖礦床。國家實物地質資料館磷礦實物地質資料篩選應考慮磷礦床成礦規模、礦床類型、成礦省(帶)、成礦時代等因素,同時兼顧具有典型、潛力巨大的磷礦床作為篩選對象。
磷礦資源;實物地質資料;礦床類型;成礦省(帶)
磷礦是指在經濟上能被利用的、以含磷灰石礦物為主要組分的非金屬礦產,是一種重要的不可再生的工農業化工礦物原料。磷礦資源主要可用于制取磷肥、赤磷、黃磷、磷酸、磷化合物及其他磷酸鹽類,具有重要的經濟價值和社會價值,在現代國防、工農業生產和人類生活中都占有舉足輕重的地位[1]。
中國磷礦資源儲量豐富,全國已發現主要磷礦產地500余處,重要磷礦賦礦層位20余個[1]。根據《2015中國礦產資源報告》(國土資源部,2015)統計,截至2014年底,全國磷礦查明資源儲量達214.5億t,較2010年增長28.2億t,增幅達15.14%[2]。然而,隨著中國磷肥產業的迅速發展,針對磷礦石的需求量也不斷加大。據預測,中國的富磷礦將在10 a后開采耗盡,進而影響國內磷化工產業的發展與全國糧食生產安全,形勢十分嚴峻[3]。為保證磷礦資源供應、促進磷礦產業可持續開發與利用[4],近年來中國加大了磷礦找礦勘查及相關地質科研的力度。在這種形勢下,為配合與服務全國磷礦相關的地質工作,國家實物地質資料館應盡快開展磷礦床實物地質資料的系統篩選、采集、整理與開發,為進一步建立系統的磷塊巖礦床成礦理論及擴大磷礦地質找礦勘查前景提供公益性信息服務[5]。
1.1資源豐富且相對集中
中國磷礦資源蘊藏量相當豐富,是全國優勢礦產之一。但其資源分布極不平衡,保有儲量的78%集中分布在云、貴、川、湘、鄂5?。?省磷礦已查明資源儲量:礦石儲量為144.7億t,P2O5儲量為30.88億t,分別占全國磷礦總資源儲量的77%與92%),其余則散布于遼、蒙、冀、蘇、皖等省及自治區,從而形成中國“南磷北運”、“西磷東運”的局面[5]。較長距離的運輸與高額的運費,不僅限制了云、貴、川、湘、鄂等主要磷礦省份的資源開發,同時較大影響了磷肥企業的原料供給與磷化工產品的成本,制約了現有磷礦企業的生產能力[1]。
1.2富礦易選礦少,貧礦難選礦多
中國磷礦富礦少,貧礦多[5]。全國富磷礦(P2O5品位>30%)僅為 11.2億 t,占探明總資源儲量的22.5%,且高度集中于除西藏外的其他8個西南部地區(四川:金河-清平地區、馬邊地區;貴州:開陽地區、甕福地區;云南:滇池地區;湖北:宜昌地區、胡集地區、保康地區);而P2O5品位<18%的貧磷礦儲量約占全國探明總資源儲量的50%(全國磷礦石P2O5的平均品位僅為16.85%)。為滿足高濃度磷肥及磷酸的生產要求,需對絕大部分磷礦經選礦富集后才能利用[1,5]。另外,全國保有儲量中膠磷礦、高鎂磷礦多,且大部分為中低品位礦石。除少數富礦能直接作為生產高效磷肥的原料外,絕大多數礦石需經選礦才能為工業部門所利用。這類礦石中有害雜質的含量一般較高,礦石顆粒細,嵌布緊密,不易分離,且選別比較困難[1,5]。
1.3較難開采的傾斜至緩傾斜、薄至中厚層礦體多
全國磷礦床多數成礦時代久遠,巖化作用強,埋藏深,礦石礦物嵌布緊密,且大部分磷礦體為薄至中厚層分布,以傾斜至緩傾斜方式產出,開采難度較大。同時,受開采技術水平的影響,這種產出特征容易造成損失率高、貧化率高、資源回收率低及地下坑采難以實現大型機械化開采等問題[1,5]。
1.4伴生豐富的有用元素,可綜合開發利用磷塊巖
中國磷礦床以海相沉積型磷塊巖為主,幾乎全部為地臺型,且磷塊巖中伴生豐富的有用元素,可對其加以綜合開發利用。如黔中甕安磷礦伴生碘含量(質量分數,下同)達7.10×10-4(塊段平均品位),綜合開發獲得了較好的經濟效益;云晉寧昆陽六街磷礦鈾含量達3.00×10-4~5.80×10-4,川北至陜南漢中地區下寒武統含鈾磷塊巖形成多處鈾礦床伴生礦床,在當前核電礦產資源緊缺、大力開展新能源建設的形勢下,這是一個潛力巨大的伴生鈾礦資源;黔西畢節織金下寒武統白云巖型磷礦稀土總含量達5.336 5×10-4,湘西下寒武統黑色頁巖型磷塊巖稀土總含量達8.66×10-4~1.849×10-3,豫辛集磷塊巖中稀土總含量平均達4.990 7×10-4。另外,海相沉積型磷塊巖礦床的形成環境接近于陸緣潟湖環境,其中Ba、Sr含量極高。如川泥盆系磷礦易形成磷鋁鍶石,Sr含量為8.2705×10-4以上,可作為光學Sr元素礦產綜合開發利用。而黑色頁巖型磷塊巖礦床中普遍共伴生釩,如甘方山口釩磷礦石V2O5含量為0.6%以上,達到了工業品位;湘西寒武系黑炮臺頁巖型磷礦釩含量為1.798×10-3以上[5-6]。
1.5易選且具綜合利用價值的巖漿巖型磷礦少
中國易選、具綜合利用價值的巖漿巖型磷礦探明資源儲量少、礦床規模小、礦石品位低,主要集中分布于華北與西北地區[5]。此類型磷礦中常含有Fe、Ti、V及稀土等有益伴生組分,并且有的伴生元素及礦物超過了磷礦本身的價值,構成多元素、低品位、綜合性的大型及以上規模礦床;大部分礦體裸露地表,適于露采;礦石易磨易選,選址基建投資小、見效快;可就地采選、制肥、開發、利用,短距離運輸交通成本低。這些優勢將不同程度地補償北方以巖漿巖型為主的磷礦床礦石低貧的劣勢,未來綜合開發利用經濟潛在價值巨大[5]。
中國的工業磷礦床大部分與構造活動相對穩定的地臺區域及其邊緣地帶有關。20世紀80年代,葉連俊等即對中國磷礦的產出時代及含磷層位做了系統的歸納與總結。近些年,隨著磷礦地質工作的不斷深入與發展,學者們又針對磷礦床類型做了不同的劃分,但各分類方案與理論依據差異不大。筆者采用夏學惠等[7]以成礦地質作用為主要依據、成礦物質組合為次要標準的分類方案,將全國磷礦劃分為4種類型。
2.1巖漿巖型
巖漿巖型磷礦是中國重要的磷礦床類型之一,其資源儲量約占中國磷礦總資源儲量的18.2%(圖1)。這類磷礦多與幔源巖漿活動緊密聯系,含礦母巖一般為幔源巖漿巖巖體[7-8]。磷礦主要產自華北地塊北緣與太古宙陸核區,其次為塔里木地塊北緣及其與地槽的過渡帶,集中分布于冀、蒙、遼、魯、陜、新等省與自治區[7]。根據礦石類型、巖石礦物組合等地質特征[9],可分為超基性-碳酸巖型、碳酸巖型、超基性-堿性巖型、堿性巖型、超基性巖型、基性巖型及偉晶巖型磷礦床等7個亞類,其中以超基性-堿性巖型、超基性-碳酸巖型及堿性巖型磷礦床最為重要。

圖1 中國磷礦床成礦類型所占的資源比例[10]
超基性-堿性巖型磷礦(礬山式)為中國北方巖漿巖型磷礦的主要類型,是華北地塊目前發現規模最大的巖漿巖型磷礦床。礦床主要分布在受2組大斷裂構造控制的古老地臺區或地臺與沉降坳陷交界處[7,11]。磷灰石主要賦存于早期形成的輝石巖及黑云母輝石巖中。礦石品位較高,P2O5質量分數一般為3%~15%,最高達38.69%,總鐵(TFe)質量分數一般為11%左右。此外,該類礦床亦常與磁鐵礦、稀土金屬等礦物或銅、鈦、釩等元素伴生,大多具有綜合利用的經濟價值[7,11]。典型礦床有冀逐鹿礬山、寬城孤山子、陽原姚家莊等[7,11]。
超基性-碳酸巖型磷礦(且干布拉克式)多以巖漿結晶分異及晚期交代作用方式成礦。此類礦床規模較大,儲量從幾千萬噸到幾億噸,在世界磷礦資源中占有一定比例[7,11]。磷灰石多賦存于地臺內部或地臺邊緣地帶由超基性巖-堿性巖-碳酸巖共同組成的雜巖體中[7,11]。礦石P2O5質量分數一般為4%~10%,除此之外,常伴生稀土、鐵、鈮、釷等有用元素,具較高的經濟價值[5,11]。已發現塔里木準地臺新且干布拉克蛭石-磷灰石礦床(超基性-碳酸巖型)與中朝準地臺北緣蒙白云鄂博含鈮、稀土磷灰石礦床(碳酸巖型)[7,11],礦石類型為白云石稀土磷灰石型與白云石(方解石)磷灰石型[11]。
堿性巖型磷礦(希賓式)是全球主要的巖漿巖型磷礦床類型之一,其礦床規模較大,礦石品位較高,具有重要的工業意義[7]。如東非及亞洲朝鮮以此類磷礦為主要磷礦床類型,北歐科拉半島希賓磷礦儲量達27億t(礦石中P2O5質量分數達16%~28%),屬于世界級的超大型堿性巖型磷礦床[7]。目前,在中國尚未發現有較大工業價值的堿性巖型磷礦,僅在遼寧鳳城施家堡與凌源河壩子、天津薊縣馬伸橋、新疆克其克果勒、山西紫金山等地發現堿性巖體。當前堿性巖體研究程度較低,但隨著礦產工藝技術的不斷發展,后期可望在堿性巖體分布區開展堿性巖型找磷工作[7]。
2.2沉積巖型
海相沉積型磷塊巖作為世界范圍內重要的磷礦資源,在中國也是主要的磷礦床類型之一[7]。此類礦床磷資源儲量約占全國磷礦總資源儲量的75.5%(以早震旦世-早寒武世磷塊巖為主,其磷礦資源儲量約占全國海相沉積型磷塊巖總資源儲量的80%[7]),如圖1所示。主要產自揚子地塊東南緣(震旦系陡山沱組)與西北緣(下寒武統梅樹村階)、華北地塊西南緣、秦嶺褶皺系邊緣(下寒武統)及塔里木地塊北緣[5],集中分布于揚子地區的云、貴、川、湘、鄂、陜等省(即湘黔、川滇、鄂西、陜鄂及浙桂成礦帶等)[7]。按形成時代、大地構造、沉積環境等地質特征[12],可分為震旦紀、寒武紀及泥盆紀海相沉積型磷礦3個亞類。
震旦紀海相沉積型磷礦主要賦存于下震旦統陡山沱階[7](除鄂南漳鄧家崖、湘大庸天門山晚震旦世燈影組磷塊巖外[13]),探明儲量占中國磷礦石總儲量的40%以上,主要分布在揚子地塊東-東南緣黔中、鄂西、湘西等聚磷區,其余則集中于浙西、贛東北、川北、湘東等地[7]。代表性礦床有貴州的開陽(開陽式含碘磷礦,以量大質優為特征,其礦體厚度一般為3.52~7.14 m,P2O5平均質量分數為31.02%,最高達35.41%;碘平均品位為0.004%~0.004 6%)、甕福,湖北荊襄(荊襄式含磷巖系具有如下頂底層找礦標志:上部以“含竹葉狀磷塊巖礫屑、卵形白云質礫屑及硅質、磷質核形石和硅質條帶或團塊泥質白云巖”頂面為界,下部以“含錳白云巖、白云質底礫巖”底面為界,其厚度穩定,沉積相變化小。礦體厚度一般為2~10 m,磷塊巖P2O5品位為19.83%~25.20%)、宜昌,湖南東山鋒(湘西式磷礦,磷塊巖以泥晶結構和結核狀為主,含較高的硅質及有機質。礦體厚度為1.16~6.47 m,礦石平均品位為17.66%~19.63%)及貴州朝陽等磷礦床[7]。
寒武紀是中國另一個主要成磷期[7],其中以海相沉積型梅樹村階磷礦最為突出,探明儲量占全國磷礦總資源儲量的30%以上,集中分布于黔西北、陜南、湘西、湘北、滇東、川中及鄂西等地[7,11-14]。主要的典型礦床有滇東昆陽(昆陽式磷礦,磷塊巖厚度為10.06 m,分上下2層;P2O5平均質量分數為26.24%,地表氧化礦石含P2O5最高達30%)、川西馬邊(馬邊式磷礦)、雷波、陜漢中天臺山(天臺山式含鈾錳磷礦)、金家河、甘文縣、徐家溝、黔織金(新華式含稀土磷礦,以生物內碎屑磷塊巖為特征,其P2O5平均質量分數為22.56%)、蘇銅山磨石塘;皖風臺、豫魯山辛集(辛集式含膏磷礦)、晉芮城水浴、陜隴縣景福山、新哈密平臺山(平臺山式含礬磷礦,礦體厚度為1.5~7.5 m。P2O5質量分數為3.28%~24.52%,V2O5質量分數為0.21%以上、甘敦煌方山口、陜漢源萬里(漢源式含鉀磷礦)、市榮、水漢源桶溝、浙西桐廬分水(東溪式含鎳鉑釩磷礦)、瓊田獨(大茅式含錳磷礦)等磷礦床[7,14]。
泥盆紀海相沉積型磷礦以四川什邡馬槽灘-岳家山磷鍶礦床(什邡式含鍶磷礦)為典型,該礦床規模大,品位優,尤其是礦石物質成分、礦石類型都獨具一格,并首次發現含硫和鈣的磷鍶鋁石礦[6-7]:上部硫磷鋁鍶礦層不僅含有一定數量的P2O5(19.74%),而且鍶含量(6.61%)與鋁含量(27.19%)都較高,此外還伴生總S與稀土等有益組分,具有綜合利用價值;下部磷塊巖礦層具有硅鎂低、鐵鋁高、含碘較高(P2O5為28.01%、Al2O3為4.63%、SrO為1.85%、總S 為2.56%、F為2.54%,均為質量分數)的特點,已達到綜合利用的要求[7]。
2.3變質巖型
變質巖型磷礦(指早、中前寒武紀變質巖中的磷礦床)是中國,尤其是北方缺磷省份較為重要的磷礦床類型之一(其資源儲量約占中國磷礦總資源儲量的8.2%)[8,13],見圖1。它有三大成因類型,即綠巖帶型、變質混合巖型及沉積變質型[13]。主要產于華北地塊東南緣,集中分布于冀、遼、吉、黑、魯、蘇、皖、鄂等?。醇?遼東、蘇北、皖東北成礦帶等)[7]。
綠巖帶型磷礦主要分布在華北地塊北緣,集中分布于由華北陸核、遼吉南-朝鮮北陸核及魯陸核共同組成的太古宙克拉通陸核區[7],屬低品位易選磷灰石礦[13]。代表性礦床有冀豐寧招兵溝(招兵溝式磷礦,P2O5質量分數為3.83%~5.23%)、遼建平勿蘭烏蘇(勿蘭烏蘇式磷礦,P2O5質量分數為3.25%~6.68%)、魯掖縣等磷礦床[7]。
變質混合巖型磷礦(麻山式含石墨磷礦)多產在古元古界早期麻山群變質巖系中,主要分布于吉、黑褶皺系佳木斯地塊內[7]。以黑龍江雞西麻山、新開、林口余慶等磷礦床為代表,礦床規模一般為中小型[7,13]。
沉積變質型磷礦主要產于古元古界與滹沱群相當的地層層位中,較集中分布在鄂、皖、冀、遼、蘇等?。?]。由北向南其含磷巖系具有沉積厚度增大、礦化漸強的趨勢[7]。典型礦床如蘇海州[海州式含錳鎵磷礦,中國最主要的變質磷礦類型,礦石中P2O5平均質量分數為12.32%~16%、w(Ga)=0.033%~0.13%、w(Mn)=6.5%~18.61%]、皖宿松、鄂大悟、遼復縣羅屯(羅屯式磷礦)、礦洞山、許屯等磷礦床。
2.4次生型
次生型磷礦(指原有含磷層經物化風化淋濾作用后,所含磷質就地殘積、異地遷移或再沉積等富集形成的磷礦床[13])占磷礦床總數較少,礦床規模較小,在已探明儲量中占0.5%(圖1)。主要分布于川桂湘云黔吉陜蘇閩等省,可分為風化-淋濾殘積型、洞穴堆積型及鳥糞堆積型等3種類型[7,13],其中以風化-淋濾殘積型及鳥糞堆積型為主。
風化-淋濾殘積型磷礦以湘湘潭黃荊坪中型磷礦床(黃荊坪式磷礦)為典型,礦石化學成分主要為P2O5、SrO、SiO2及CaO,并伴生Th、U、稀土元素(REE)等較高組分。原含磷母巖(白云巖、含磷白云巖及硅質巖)中P2O5質量分數為0.2%~4.79%,經風化淋濾作用后,P2O5在殘積層以下含量升高,在土狀層中含量達最高,其含量為18.91%~28.27%[7]。相對于原生磷塊巖礦床而言,風化-淋濾殘積型磷礦具有富集、易采選、無污染等獨特優勢,可作為一種工業磷礦床類型單獨圈定[7]。
鳥糞堆積型磷礦是一種獨特類型的磷礦床[7]。分布于海南與南海諸島。其磷礦層位屬全新統,自上而下由腐泥狀鳥糞、粒狀鳥糞、塊狀鳥糞及碎屑狀鳥糞等4層鳥糞組成[7]。礦石礦物以膠磷礦與方解石為主,其次含少量硅質、長石及水云母等[7]。
國家實物地質資料館中實物地質資料的篩選遵循典型性、代表性、特殊性及系統性等原則,篩選出的磷礦床應能夠總體上反映中國磷礦床的成礦地質條件和成礦特征,對今后磷礦的地質勘查及科學研究有重要的利用價值。因此,依據當前中國磷礦床資源特點、礦床類型、礦床規模、成礦區(帶)及時空分布等因素,對磷礦實物地質資料的篩選做了考量[9]。
3.1礦床規模
中國磷礦資源十分豐富。已勘查的大型及以上規模磷礦床(河北礬山、新疆且干布拉克、內蒙古白云鄂博、河北招兵溝、貴州開陽、貴州甕福、湖北荊襄、湖北宜昌、湖北保康、云南昆陽、四川馬邊、四川雷波、貴州織金、四川什邡、江蘇海州、黑龍江雞西麻山等)都具有獨特的、復雜的成因及形成條件,加強大型及以上規模磷礦床的時空分布、成礦背景研究,對于總結磷塊巖礦床的控礦模式、指明找磷勘查目標、分析不同成磷區域伴生元素種類與成礦作用、發展磷礦成礦理論大有裨益[5]。因此,重點收藏大型及以上規模磷礦床實物地質資料,具有極高的經濟價值和地質意義。
3.2成因類型
中國磷礦主要分為巖漿巖磷灰石型、沉積磷塊巖型、變質磷灰巖型及次生型4種[5]。其中沉積型磷礦礦石品位高、礦床規模大,探明儲量占全國總量的75.5%,為當前主要開采對象。巖漿巖型(常伴生鐵、蛭石、石墨等礦產)和變質巖型磷占24%,這2類磷礦床一般規模較小,品位低,但礦石易選。在目前經濟條件下,絕大多數可綜合開采利用[5]。因此,在篩選磷礦床時,要重點收藏沉積磷塊巖型,同時兼顧巖漿巖磷灰石型及變質磷灰巖型。
3.3成礦省(帶)
揚子成礦省(即滇東-川南-黔西、湘黔、大巴山-鄂西、龍門山及浙西-贛東北成礦帶)是中國最為重要的磷礦成礦?。◣В彩钱斍暗刭|勘查與科學研究的重點成礦?。◣В?,因此對于該區域的磷礦床和成礦遠景區要重點關注[10];塔里木(庫魯克塔格、北山成礦帶)、華北陸塊(龍首山、賀蘭山-六盤山、張家口-承德成礦帶)及秦嶺-大別成礦?。锨貛X、桐柏-大別、蘇魯成礦帶)在中國磷礦成礦?。◣В┲幸舱加泻苤匾牡匚?,國家館藏機構也要將其作為主要目標加以關注[10]。其他成礦帶由于磷礦床規模較小、數量較少,可選擇性地將其作為次要目標進行少量收藏。
3.4成礦時代
在地質歷史中,磷酸鹽堆積規模最大的時期只有3個,即震旦-寒武紀、二疊紀及晚白堊-新第三紀,堆積強度具有依次加強的趨勢[6]。然而,中國工業磷塊巖規模最大的成礦期是震旦紀,其次是寒武紀與泥盆紀,而二疊紀和晚白堊-新第三紀2個最大堆積期在中國都沒有形成具有工業價值的磷礦床[6]。因此在收藏磷礦床時,應優先篩選采集震旦紀、寒武紀及泥盆紀磷礦床實物地質資料,同時兼顧其他幾個非主成礦期的磷礦床實物地質資料。
綜合考慮上述篩選因素,在中國范圍內確定8個磷礦床篩選名錄為國家實物地質資料館優先采集、重點保管對象,具體名錄與位置如表1。

表1 國家實物地質資料館磷礦床篩選名錄
通過綜合考慮中國磷礦床的礦床類型、礦床規模、成礦區(帶)及時空分布等因素,并結合磷礦資源特點與現狀,共篩選出滇東-川南-黔西、湘黔、龍門山、大巴山-鄂西、蘇魯等5個主要磷礦成礦帶內的8個磷礦床入庫國家實物地質資料館。后期,隨著國家找礦突破行動的開展及磷礦地質勘查工作的不斷深入,未來新發現的具重大意義的磷礦實物地質資料將陸續收錄于國家館藏機構,用以反映中國磷礦成礦地質特征及當前磷礦找礦勘查與地質科研總體水平,為國家和社會提供公益性服務。
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聯系方式:safei_271112891@qq.com
Current status of phosphorite-ore resources in China and screening for national-class physical geological data of phopshorite
Zhang Sujiang,Yi Jinjun,Kong Linghu,Jiang Ailing,Liu Guiyun
(Cores and Samples Center of Land and Resources,Sanhe 065201,China)
Phosphorite is a general term for all phosphate rocks which are economically valuable.It′s a very important mineral raw material in agricultural and industrial fields.It has a high economy value in many fields at home and abroad.Phosphorite is one of the strategic mineral resources in China and distributes extensively in the whole country.The phosphorous deposits in China have been divided into four types during analysing the formation cause and resource characteristics,the most important types of which are magma phosphate deposit,sedimentary phosphorite deposit,and metamorphic phosphate deposit. Screening of object phosphorous-ore geological data by Cores and Samples Center of Land and Resources should consider scales of gold-ore deposits,genetic types,mineralization provinces(belts),and metallogenic epochs,as well as the typical gold deposits with enormous potential.
phosphorite resources;object geological data;deposit type;mineralization province(belt)
TQ126.3
A
1006-4990(2016)02-0001-05
中國地質調查局科研項目《國家級巖心標本采集及數字化》(1212011120404)。
2015-08-14
張蘇江(1984—),男,碩士研究生,工程師,主要從事礦產勘查及實物地質資料匯交篩選采集研究。