貴州甕福磷礦穿巖洞礦段磷成礦作用研究

張朝舉 蘇威 郭江波 余敏華

摘要：本文通過對甕福磷礦穿巖洞礦段磷礦層的礦物成分、化學成分、結構構造、巖相古地理與磷成礦作用關系的綜合研究，認為生物化學成磷作用和機械簸選富集作用是研究區主要磷成礦作用，并經歷了初次富集、改造富集及次生富集三個階段，建立了甕福磷礦穿巖洞礦段磷成礦模式。認為容磷海水在上翻洋流的驅動下，由東向西漫上整個碳酸鹽臺地，經過藻類生物的濃縮，吸取，轉移聚沉積海底，達到磷質初次富集。其后，早淺水以波浪作用為主簸選下，導致了磷質顆粒化及物理機械富集，最后在有利的沉積場所淺灘，形成了工業磷塊巖礦床。

關鍵詞：地質特征；磷成礦作用；成礦模式；穿巖洞磷礦床

Abstract：Based on comprehensive research of mineral component， chemical component， texture and structure， the relationship between lithofacies paleography and phosphoric mineralization of phosphatic bed of Chuanyandong phosphorus deposit， this paper considers that phosphoric mineralization of study region is mainly consistuted by biochemical phosphorus mineralisation and Mechanical winnowing enrichment， and experienced three steps of Primary enrichment， transformation enrichment， secondary enrichment.And the metallogenic model has been established for phosphate deposits of this area.This study suggests that phosphoric mineralization is formed by the paleographic spaciel shallow environment of continental margin bay.Rich phosphorus seawater group which moved from deep sea into limited space sedimentary basin and could not easily spread， experienced evaporation， concentration for long time and phosphoric supersaturation， formed selfgenerating phosphate rock highly enriched in phosphorous by the participation of large primitive algae liking phosphorous and suitable chemical conditions.

Key words：Geological characteristic；phosphoric mineralization；Metallogenic model；Chuanyandong phosphorus deposit

穿巖洞礦段是甕安福泉地區典型磷礦床之一，開展該礦床的地質研究工作，對指導該區磷礦找礦工作具有重要的指示意義。該礦床成磷作用主要發生于早震旦世陡山沱期。由于 Rodinia 大陸的裂解作用的進行，自晚元古代早震旦世開始，形成大洋中脊伴隨火山噴發作用，深部物質的帶出，氣候轉暖，形成富氧條件，海洋循環活動頻繁，為該區域陡山沱期成磷作用提供了環境條件和物質條件，形成由磷質巖、含磷硅質巖、含磷白云巖、磷質巖、鐵磷巖組成的臺棚相（亞相為磷質臺棚淺灘相）建造。

本文通過對甕安福泉地區典型磷礦床甕福磷礦穿巖洞礦段的地質特征、巖相古地理進行綜合研究，討論該區磷成礦作用，并建立磷礦成礦模式，為該區磷礦找礦勘查提供可能的思路。

1 成礦地質背景

該區大地構造位置屬揚子陸塊南部被動邊緣褶沖帶，跨鳳岡南北向褶斷區、都勻南北向褶皺區及銅仁寬緩褶皺區等三個四級構造單元（圖1）。

雪峰運動是揚子準地臺的一次奠基性構造運動，它結束了地臺基底冒地槽沉積的歷史，轉入地臺蓋層穩定沉積階段。這次運動形成揚子準地臺陸塊，其周邊仍為活動的地槽包圍。正是這樣的構造格局，決定了早震旦世時在貴州由黔中往南東依次出現古陸～濱岸～淺海～深海的古地理環境，形成北西高而南東低的地勢面貌。

至大塘坡期，貴陽、黃平一線北西缺失同期沉積，山系強烈剝蝕夷平，黔中山地準平原化，南沱期海侵擴大，黔中山地己發展為群島錯列的濱岸海灣地帶。由于碎屑沉積物不斷加積，以及濱外拗陷接受大量的陸源碎屑，限制了碎屑大量涌入黔中地區，逐漸發展為清水沉積的淺水碳酸鹽臺地環境，促成了磷礦的聚集。

（引用《貴州省磷礦潛力評價報告》，2010年）

2 巖相古地理對成磷作用的影響

2.1 沉積相分布特征

研究區成磷期為早震旦世陡山沱期。成磷空間為臺棚相，其亞相為磷質臺棚淺灘相。甕福礦區的含磷巖系由一系列向上淺灘旋回構成，其中以B旋回最為典型。一個旋回層厚度一般5m左右，底部由白色硅化角礫塊，含條帶狀磷塊巖的白云巖角礫塊及黑色砂屑磷塊巖角礫塊等構成的灘間滯留堆積。其中前一灘旋回頂部，被淡水強烈改造的潮間上部至朝上帶沉積物，受伴隨海平面上升的潮汐流沖擊、破壞而成；巨大的砂屑磷塊巖角礫快主要分布于福泉高坪馬鞍山至甕安玉華前雍等近南北向一線，巖相古地理分布圖見圖2。

2.2 古地理格局

沉積相是古地理的真實寫照，上述各相帶的展布已基本勾畫出本區陡山沱期古地理格局，①息峰—甕昭、潮坪—瀉湖（灘間洼地）相帶；②石阡甕安—福泉初始淺海臺地相帶；③余慶—都勻臺地前緣斜坡—淺海陸棚相帶；④半深海盆地相帶。

3 成礦地質特征

3.1 區域地層

研究區出露最老地層為青白口系板溪群，白巖背斜兩翼依次為南華系上統南沱組，震旦系上統洋水組，震旦系上統燈影組，寒武系下統牛蹄塘組、明心寺組、金頂山組，第四系不整合覆于各時代地層之上。青白口系板溪群（Qhbx）巖性分布于背斜核部，主要由一套灰綠色薄至中厚層變余凝灰質粉砂巖與變余凝灰質粘土巖的韻律層組成，夾不穩定的鐵質綠泥石水云母粘土巖，該組與上覆震旦系呈假整合接觸，局部呈微角度不整合接觸。南華系上統南沱組（Nh2n）巖性主要灰綠色、紫紅色冰磧礫巖。震旦系下統洋水組（Z1y）為工業磷塊巖賦存層位，巖性主要為含磷粉晶白云巖、泥質磷塊巖、含礫粘土巖，頂部為黑色致密狀磷塊巖、泥質磷塊巖和屑狀白云質磷塊巖（b層礦），中部為深灰色薄板狀砂泥質磷塊巖（a層礦），當a層礦尖滅時，相變為灰色中厚層白云巖。燈影組（Z2dy）：主要為藻白云巖及條帶狀、團塊狀硅質白云巖。寒武系牛蹄塘組（∈1n）黑色炭質頁巖。底部含結核狀、透鏡狀、似層狀磷塊巖，其上為黑色鎳、鉬、釩多金屬層；明心寺組（∈1m）下部主要為碎屑巖；上部以碳酸鹽巖為主；金頂山組（∈1j）巖性以砂巖、粉砂巖及粘土巖為主，夾少量灰巖。第四系（Q）主要為殘坡積粘土、粉砂質粘土、碎石土及河谷谷地的沖洪積碎石土及砂、卵石組成。

3.2 礦區構造

研究區主體構造為白巖背斜，一個斜歪長形褶曲。斷裂構造不甚發育。背斜東翼轉折部位及近軸地帶以逆斷層為主，其中F28是本礦段內對礦體空間形態破壞最大的逆斷層，西翼則以正斷層居多。區內節理裂隙較發育，主要有北北東向、北西向及近東西向三組。

3.3 礦體特征

3.3.1 礦層地質特征

區內震旦系上統洋水組是一套磷塊巖、白云巖、硅質白云巖組成的含磷巖組，主要由兩層磷塊巖（即a層礦和b層礦）和含磷或含硅的白云巖、炭質泥巖、細砂巖組成。全組厚34.02～39.35m，總的變化趨勢自北向南隨洋水組厚度加大，相應磷塊巖沉積厚度也增大。b層礦賦存于洋水組上部，與下伏的a礦層以一穩定夾層（Z1y3）相隔，受斷層影響，礦層有增厚變薄等現象，變化趨勢呈現北厚南薄。a層礦賦存于洋水組中部，呈似層狀或透鏡狀產出，礦石為薄板狀砂泥質磷塊巖，頂、底均含有少量礫屑，僅頂、底部出現0.5～1m的條帶狀白云質磷塊巖。

3.3.2 礦石質量

1）礦物成分。礦石礦物主要為碳氟磷灰石，按其成因和產出形態可分為非晶質磷灰石、隱晶質磷灰石、層纖狀磷灰石、柱粒狀磷灰石四種不同的結晶形態類型。脈石礦物以白云石為主，次為水云母粘土礦物、石英、玉髓、黃鐵礦、海綠石等。

2）化學成分。P2O5主要賦存在膠磷礦中。b層礦礦石中P2O5含量19.12～33.59%，平均27.12%。a層礦礦石中P2O5含量16.51～30.64%，平均品位25.65%。

3）結構構造。礦石結構主要有三種。內碎屑結構：磷酸鹽呈砂─細砂級內碎屑被泥質、白云質、磷質及硅質所填間，其顆粒具塑性變形特征。粒徑0.05～0.15mm。常見于a、b兩層礦的砂屑磷塊巖中。凝膠結構：主要由光性非晶質磷灰石集合體組成。內含藻類及真菌化石，常呈條紋狀、條帶狀與白云石相互間夾，或呈不規則凝塊分布于白云質、硅質基質中。此類結構在b層礦中廣泛發育。假鮞狀（球狀）結構：非晶質磷灰石呈高度圓化的圓形、橢圓形及卵形顆粒分散于白云石及磷質基質中。

礦石構造主要有三種。條帶狀構造：由磷酸鹽集合體與碳酸鹽巖相間組成。磷質條帶寬窄不一，一般0.5～20mm。是礦區a層礦的主要礦石構造。團塊狀構造：磷酸鹽呈不規則凝膠集合體，分布于白云石、硅質基底上，或磷質假鮞粒集合體、碳酸鹽巖、硅酸鹽呈不規則團塊分布于磷酸鹽集合體中。塊狀構造：磷酸鹽呈砂級內碎屑緊密堆積而成，或磷質假鮞粒構成層狀塊體。

4 成礦作用分析

研究區磷成礦作用主要有生物化學成磷作用和機械簸選富集作用，次生富集作用對局部富礦有重要意義。前生物化學成磷作用對磷質轉移沉積和初次聚集起著關鍵性作用，機械簸選富集作用則是磷質進一步富集和形成量大、質優磷礦床的最主要成礦作用。

4.1 生物成磷作用

本礦床位于低一中北緯地區，適宜的氣候條件和有利沉積環境都利于藻類生物繁殖，因此在磷塊巖中普遍有大量疊層石和含藻跡的磷塊巖，反映當時古地理處于淺水充氧的環境，呈顯的是一派藻類生物繁盛的景象。生物成磷的觀點在本礦床可以找到許多旁證。現舉三例說明：其一， a礦層的最底部為凝膠磷塊巖向上依次出現疊層石磷塊巖，膠基砂屑磷塊巖——硅基砂屑磷塊巖——藻磷塊巖等序列，其特征為疊層石呈粗大的柱狀形態，并普遍伴有有機質及黃鐵礦；其二，b礦層底部侵蝕間斷面上，在滯留沉積物中，見有較多疊層石磷塊巖的礫塊；其三，富碘灘相帶中碘元素的富集，可反映出磷質的充分供給，是由于藻類生物積極參予的結果。

上述磷礦層中的凝膠磷塊巖、磷質疊層石或含藻跡磷塊巖出現于各個成磷期最早階段，在各個相帶均有廣泛分布，說明藻類生物不僅自生堆積形成磷塊巖，而且在造成適應磷質析出，聚沉的環境，濃縮聚集磷質等方面，起到了極其重要的作用。它是工業磷礦層形成的前提及基礎。

4.2 機械簸選富集作用

磷質的初次沉積富集后，尚需經過原生富集（包括化學富集，生物富集及物理富集）和次生富集作用，最后才能形成具有工業價值的磷礦床：海灘相顆粒磷塊巖中，磷晶膠結物和藻席、藻坪中的疊層石磷塊巖，是原生富集作用中化學富集和生物富集作用的直接結果。

磷質的機械簸選富集作用針對沉積工業磷礦床的影響，這從早、晚陡山沱期的巖相分布上可清晰看到。

早期沉積的工業磷礦層（a礦層），分布上較為局限，僅集中于礦區北部的鉛廠一帶。它是由南沱期時的潮下海灣，由于隨著地史演化，沉積物的不斷增厚，海水變淺最后發展成為聚磷的海灣淺灘環境。這從前述的巖相特征，由下至上的變化規律，可反映出這個演化的軌跡；礦石的結構，從凝膠一細砂屑與砂屑顆粒由細變粗；巖石的顏色由灰褐、黑色（多陸屑、富有機炭及黃鐵礦）變為淺灰、灰白色；礦層中P2O5含量隨之漸增，一般由下部的1 8—25%變為上部25—28%，局部地段可達30%，而且CaO，含量變化與P2O5含量變化同步。上述這些規律說明，水動力條件由弱漸強，反映了沉積環境由潮汐作用為主的海灣環境，轉變為以波浪作用為主的海灘環境，正是因為簸選富集作用的結果，而導致了早期厚大、質優的工業磷礦床的形成。只不過由于受到沉積場所（海灣）規模較小所限，從而制約了a礦層的廣泛分布。

晚期沉積的工業磷礦層（b礦層），全部集中分布于東部開闊的臺地邊緣海灘環境。其共同的特點是：它們的礦石結構絕大部分為顆粒結構。這是由于海灘環境平緩開闊、水動力強。在以波浪為主的作用下，沉積物中的非磷組分（粘土及碳酸鹽雜基），得到充分簸選，導致磷質的物理富集，形成以顆粒結構為主的磷塊巖。而海灘以外的環境，礦石的結構卻為泥晶、藻粘結或泥，砂礫兼混的結構，總的反映出一種分選作用極差的低能環境。因此磷質的機械簸選富集作用是形成本區工業磷礦床的最主要因素。

4.3 次生富集作用

在礦區均有不同程度表現。由于燕山構造期的強烈褶皺和斷裂變形，構成了現今的構造形變。出露于地表或近地表的各類礦石結構的磷礦層，遭受到不同程度的淡水淋濾作用，形成多孔狀（土狀）磷塊巖。

綜上所述，本區磷礦床成礦機理的全過程應理解為：容磷海水在上翻洋流的驅動下，由東向西漫上整個碳酸鹽臺地，經過藻類生物的濃縮，吸取，轉移聚沉積海底，達到磷質初次富集。其后，早淺水以波浪作用為主簸選下，導致了磷質顆粒化及物理機械富集，最后在有利的沉積場所淺灘，形成了工業磷塊巖礦床。可以認為：西部地區是藻類生物進行成磷、聚磷的“加工廠”；而東部地區有利的沉積環境（海灘），是成礦最佳：儲庫。這種西部為生物成磷的初次富集區與東部為聚磷成礦場所的分布格局，只能解釋為容磷海水不斷由東向西涌進，在藻類生物作用的參與下，磷質組分又源源不斷的從西向東反向補給，最終促成了本區及黔中一帶形成大型工業磷礦床結果。

5 成礦模式

經綜合研究，可認為研究區磷礦床成礦模式經歷了三階段（圖3）：

5.1 初次富集階段

東部的華夏洋板不斷向揚子板塊俯沖，海底火山噴發的多期性，使以火山源為主的容磷海水在上翻洋流的驅動下，由東向西漫上整個碳酸鹽臺地，經過灘后潮坪的藻類生物濃縮，吸取，轉移聚沉積海底，達到磷質初次富集。

5.2 改造富集階段

在淺水以波浪作用為主簸選下，磷質顆粒化并在物理機械作用下，返回東部最后在有利的沉積場所（海灣淺灘，臺地海灘）富集，形成了早晚兩期（a、b礦層）各具規模大小不一的工業磷塊巖礦床。

5.3 次生富集階段

地質作用使磷礦層出露于地表或近地表的，遭受淡水淋濾作用，磷質進一步富集。

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作者簡介：張朝舉（1965），男，貴州貴陽人，高級工程師，研究方向：固體礦產勘查。