新疆烏什-柯坪一帶下寒武統(tǒng)黑色巖系中的沉積型磷釩礦

趙杰

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

在新疆烏什～柯坪一帶廣泛分布下寒武統(tǒng)黑色巖系，其富含釩的炭質(zhì)頁(yè)巖層和其底部的磷礦層構(gòu)成了本地區(qū)下寒武統(tǒng)沉積型釩磷工業(yè)礦床。目前該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了蘇蓋提布拉克、闊西塔西、瑪札爾維那、卡拉峻等多處中小型磷釩礦床和礦點(diǎn)。2009-2020 年，我院在新疆烏什縣南闊西塔西釩磷礦區(qū)開(kāi)展了勘查評(píng)價(jià)工作，礦床規(guī)模已達(dá)中型。本文在已有地質(zhì)找礦成果基礎(chǔ)上，對(duì)該地區(qū)的典型磷釩礦床地質(zhì)特征、礦床成因機(jī)制及成礦規(guī)律等進(jìn)行了初步研究和探討，以期對(duì)尋找同類型沉積型磷釩礦有一定的參考作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域成礦地質(zhì)條件

本區(qū)大地構(gòu)造位置（據(jù)董連慧、李衛(wèi)東、張良臣，2008）處于塔里木陸塊（Ⅱ級(jí)）之塔里木北緣隆起（Ⅲ級(jí)）之柯坪陸緣盆地（Ⅳ級(jí)）的柯坪斷塊東段，阿克蘇鼻狀隆起西南緣。屬于塔里木陸塊北緣隆起（地塊）Cu-Ni-Au-Fe-Ti-V-Pb-Zn-RM-REE-蛭石-磷成礦帶之柯坪塔格（陸緣隆起）次級(jí)Pb-Zn-Cu-Fe-V-Ti-REE-磷礦帶中。

區(qū)域出露地層主要為上震旦統(tǒng)蘇蓋提布拉克組（Z2s）、奇格布拉克組（Z2q），下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組（∈1sr）、玉爾吐斯組（∈1y）、中上寒武統(tǒng)阿瓦塔格組（∈2-3aw），上寒武-下奧陶統(tǒng)丘里塔格組（∈3-O1q）以及奧陶系、志留系地層及第四系。寒武系地層在區(qū)域內(nèi)分布廣泛，主要為淺海相-濱海相碳酸鹽沉積。其中，下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組（∈1sr）在本地區(qū)較為發(fā)育，主體為一套碳酸鹽巖夾互砂質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖沉積黑色巖系，底部為2-5 米厚的釩磷礦層，為區(qū)內(nèi)的磷釩礦含礦層位（如闊西塔西、蘇蓋提布拉克磷釩礦等均賦存于該組地層），上部為中厚層狀細(xì)晶白云巖，該組地層厚度300-550 米，屬于大規(guī)模海侵下的沉積產(chǎn)物。

以往研究資料表明本地區(qū)寒武紀(jì)表現(xiàn)為大面積的海域和剝蝕區(qū)，島嶼相間的古地理環(huán)境特征。早寒武世早期，由于全球性海平面上升，塔里木發(fā)生海侵而廣泛接受沉積。沉積類型基本為穩(wěn)定型或過(guò)渡型的碳酸鹽巖、細(xì)碎屑巖、硅質(zhì)巖沉積。早寒武世中晚期至早奧陶世，海侵高水位體系進(jìn)一步發(fā)展形成了一套石膏碳酸鹽建造和含硅富鎂的碳酸鹽建造。

區(qū)域內(nèi)巖漿巖主要發(fā)育于上震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組，主要為基性火山巖，并發(fā)育少量基性巖脈。

區(qū)域構(gòu)造具有塊斷區(qū)的特征，區(qū)域褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，上震旦系和寒武系地層不僅形成了近東西向的褶皺或單斜構(gòu)造，而且伴生了一系列斷裂構(gòu)造，多為后期形成且具有多期活動(dòng)性質(zhì)。

1.2 區(qū)域地球化學(xué)特征

據(jù)烏什幅1：20 萬(wàn)水系沉積物測(cè)量，在該地區(qū)圈定出了Hs-33、Hs-34、Hs-35、Hs-38、Hs-40 號(hào)等多處P、Ag、Hg、F、Sb、V、Co、U 等元素綜合化探異常，在Hs-33異常區(qū)發(fā)現(xiàn)有闊西塔西釩磷礦、瑪札爾維那磷釩礦等，在Hs-35 號(hào)異常區(qū)發(fā)現(xiàn)了卡拉峻釩磷礦，在Hs-38號(hào)異常區(qū)發(fā)現(xiàn)了蘇蓋提布拉克磷釩礦等，以及多處磷釩礦點(diǎn)。以P、Ag、Hg、F、V、Co、U 等元素為主的區(qū)域化探綜合異常對(duì)本地區(qū)的磷釩礦找礦具有重要指示意義。

2 礦床地質(zhì)特征

以闊西塔西磷釩礦為典型礦床，對(duì)含磷釩巖系的巖石序列、礦體特征、礦石特征等進(jìn)行論述。

2.1 含磷釩巖系的巖石序列

釩磷礦主要賦存于下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組（∈1sr）下段的一套含硅、磷、釩的含炭泥沙質(zhì)黑色巖系，厚度一般為2-5 米，局部可達(dá)8 米以上。巖性序列自下而上為：灰黑色硅質(zhì)巖-磷塊巖，通稱為“含磷層”→黑色黃褐色薄層狀粉砂巖、炭質(zhì)泥頁(yè)巖夾黑色薄層狀硅質(zhì)巖→黑色薄層狀硅質(zhì)巖與（黃）褐色含釩泥質(zhì)粉砂巖、黑色泥頁(yè)巖薄層互層→黑色薄層狀硅質(zhì)巖夾黃褐色泥質(zhì)粉砂巖層→含黑色硅質(zhì)條帶白云巖。該套巖系與上覆的薩爾布拉克組上段厚層狀細(xì)晶白云巖為整合接觸關(guān)系，與下伏的震旦系奇格布拉克組的一套碳酸鹽巖地層為平行不整合接觸關(guān)系。巖性序列自下而上分述如下：

（1）底部含磷礦層：灰黑色硅質(zhì)巖、磷塊巖，通稱為“含磷層”。P2O5含量13%-28%，V2O5含量0.09%-0.47%。其中磷塊巖厚度0.05-1.4 米，一般出露厚度10-30厘米，多呈似層狀、透鏡狀，分布于釩礦黑色巖系的底部。礦石類型主要有層狀磷塊巖、微薄層硅質(zhì)磷塊巖、結(jié)核狀磷塊巖。

（2）黑色黃褐色薄層狀粉砂巖、炭質(zhì)泥頁(yè)巖夾黑色薄層狀硅質(zhì)巖:厚度一般為0.5-2.5 米，硅質(zhì)巖薄層較為穩(wěn)定，厚度一般0.5-1 厘米，與薄層狀粉砂巖、頁(yè)巖互層的韻律性較為清楚。釩土礦賦存于松散的薄層狀粉砂質(zhì)、炭泥質(zhì)頁(yè)巖中，含釩粉砂巖、頁(yè)巖的單層厚度為0.5-4 厘米不等。為主要的含釩礦層位，V2O5含量0.53%-1.74%。

（3）黑色薄層狀硅質(zhì)巖與（黃）褐色含釩泥質(zhì)粉砂巖、黑色泥頁(yè)巖薄層互層：發(fā)育韻律性層理，厚度為1-4 米，平均2 米左右。硅質(zhì)巖厚度多為1-2cm，含釩黑色-黃褐色泥質(zhì)粉砂巖厚度在1-3 厘米間，巖層局部呈波狀、褶曲狀，發(fā)生褶皺部位礦層相應(yīng)增厚。該層為釩礦的主要含礦層位，V2O5含量0.23%-1.16%。

（4）黑色薄層狀硅質(zhì)巖夾黃褐色泥質(zhì)粉砂巖層：厚度1-3 米，黑色硅質(zhì)巖層的厚度自下而上逐步增大，厚度2-5厘米，釩礦的含量逐漸減少，V2O5含量一般為0.09%-0.54%。

（5）含黑色硅質(zhì)巖條帶白云巖：黑色條帶狀硅質(zhì)巖變厚，厚1.5-15 厘米，長(zhǎng)50-100 厘米不等，呈條帶狀、竹葉狀，大致呈似層狀分布，該厚度3-5 米，為本地區(qū)釩礦層的頂板和標(biāo)志層位。

2.2 礦體特征

釩磷礦體主要產(chǎn)于下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組下部的一套含硅、釩、磷炭泥質(zhì)黑色巖系中（圖1）。區(qū)域含磷釩巖系延長(zhǎng)一般3-5 千米，最長(zhǎng)可達(dá)8 千米。釩礦體沿走向長(zhǎng)約500～4275 米、礦體平均厚度1.0-3.8 米、V2O5平均品位0.71%-0.79%。V2O5含量自上而下逐漸遞增。礦體多呈緩傾斜（傾角7°-12°）的層狀、似層狀，層面具輕微波狀起伏，礦層與圍巖順層產(chǎn)出。釩礦體頂板為含灰黑色硅質(zhì)巖條帶的白云巖，也是區(qū)內(nèi)釩磷礦的標(biāo)志層；底部為薄層狀、透鏡狀分布的磷礦層。磷礦體平均厚度0.1-0.5 米，P2O5平均品位13.94%-15.94%，最高品位38.6%。

圖1 闊西塔西釩磷礦區(qū)平面地質(zhì)圖

本地區(qū)各磷釩礦體產(chǎn)狀穩(wěn)定，形態(tài)簡(jiǎn)單容礦層位及部位一致，相鄰礦床在地層-巖石柱狀剖面上可對(duì)比，具有沉積巖的基本特征。后期斷裂構(gòu)造對(duì)礦床的連續(xù)性有一定錯(cuò)斷破壞作用。

2.3 礦石特征

釩礦石礦物主要為：釩云母類、膠磷礦、石英、玉髓、高嶺石、伊利石、絹云母、綠泥石、重晶石、方解石等。含釩礦物主要有含釩云母類（V2O5分布率80.03%）、粘土礦物（V2O5分布率15.85%）及其它釩礦物（V2O5分布率4.12%）。磷礦物分布不均勻，但與釩礦物密切共生。

礦石結(jié)構(gòu)：顯微鱗片狀結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)或微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造：塊狀構(gòu)造、結(jié)核狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、層紋狀構(gòu)造。

釩礦石類型：（1）硅質(zhì)板狀釩礦石，由板狀頁(yè)巖夾板狀硅質(zhì)巖和泥質(zhì)粉砂巖組成，含有藻類化石；（2）碳泥質(zhì)頁(yè)片狀釩礦石，由碳泥質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖組成，含藻化石和瀝青質(zhì)。此二類礦石均為重要的礦石類型，約占總量的95%以上；（3）含磷結(jié)核釩礦石，由大量球粒狀磷結(jié)核和薄片狀碳泥質(zhì)頁(yè)巖組成，也含藻化石和瀝青質(zhì)團(tuán)塊，主要分布于礦層底部。磷礦石類型：層狀磷塊巖、結(jié)核狀磷塊巖。

3 礦床成因機(jī)制

釩磷礦位于柯坪陸緣盆地的柯坪斷塊東段，由于早寒武世早期同生斷裂作用使盆地邊緣變陡，形成深水斜坡。沉積形成了一套富含有機(jī)質(zhì)的硅、磷、碳巖石序列。區(qū)域釩磷礦均賦存于下寒武統(tǒng)底部的黑色（含釩）巖系中，相鄰?fù)惖V床的地層剖面、成礦元素和共伴生元素基本一致，具有沉積礦床的特征。

研究認(rèn)為本地區(qū)下寒武紀(jì)的黑色巖系形成于缺氧環(huán)境，缺氧是由于藻類、浮游生物大量發(fā)育和有機(jī)質(zhì)降解所致。大量的藻類、浮游生物等有機(jī)體殘骸攜帶豐富的磷礦物質(zhì)沉入海底，沉積形成一套富含有機(jī)質(zhì)的硅、磷、碳巖石系。在缺氧環(huán)境下釩往往被有機(jī)物優(yōu)先結(jié)合，導(dǎo)致釩在黑色巖系中含量極高，釩、磷在這套下寒武統(tǒng)黑色巖系中的富集作用與生物化學(xué)富集作用密切相關(guān)。

大量的富含磷質(zhì)的浮游生物殘骸下沉也匯集于陸源盆地，不同來(lái)源的釩質(zhì)隨上升洋流也匯集陸源盆地中，致使海水中聚集和分散著大量的釩質(zhì)和磷質(zhì)，其中大部分的釩質(zhì)被黏土所吸附或者浮游生物、藻類生物所吸收，形成有機(jī)質(zhì)、黏土質(zhì)、硅質(zhì)相互滲透、緊密相連的膠狀腐泥沉入海底。隨著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，富含硅質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、磷質(zhì)的腐泥不斷沉積固化，在缺氧還原環(huán)境下形成初始的含磷釩沉積層（圖2）。

礦床成因：賦存于下寒武統(tǒng)黑色巖系的磷釩礦床屬于濱淺海相化學(xué)和生物地球化學(xué)沉積成因。

4 區(qū)域成礦規(guī)律

（1）沉積巖相對(duì)成礦的控制作用

下寒武統(tǒng)一套富有機(jī)質(zhì)的硅、磷、碳質(zhì)黑色巖系控制著本地區(qū)的沉積型磷釩礦的分布，已發(fā)現(xiàn)的闊西塔西、蘇蓋提布拉克、瑪札爾維那及卡拉峻磷釩礦床等均產(chǎn)于下寒武統(tǒng)的黑色巖系中。

（2）構(gòu)造對(duì)成礦的控制作用

該磷釩礦區(qū)位于柯坪陸緣盆地的柯坪斷塊區(qū)，同生斷裂作用使陸緣盆地邊緣變陡，控制著硅、磷、碳質(zhì)黑色巖系及相關(guān)沉積型磷釩礦的分布。后期褶皺或褶曲導(dǎo)致局部礦體的富集和增厚，斷層對(duì)磷釩礦層的連續(xù)性有一定的錯(cuò)斷破壞作用。

（3）巖漿巖控礦作用

區(qū)域內(nèi)巖漿巖發(fā)育于上震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組，主要為玄武巖、橄欖玄武巖等基性火山巖，均屬海底噴發(fā)，形成于晚震旦世晚期。推斷認(rèn)為早寒武世的黑色巖系中的部分釩物質(zhì)可能與晚震旦世晚期的海底基性火山噴發(fā)（溢）活動(dòng)有關(guān)。

（4）區(qū)域地球化學(xué)異常對(duì)成礦的控制作用

1:20 萬(wàn)烏什幅水系沉積物地球化學(xué)測(cè)量成果顯示在本區(qū)內(nèi)元素P、V 在震旦、寒武、二疊紀(jì)地層比較富集，說(shuō)明地球化學(xué)元素P、V 本身的特性及分布特征是下寒武統(tǒng)釩磷礦床的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

（5）磷釩礦床在時(shí)間上分布規(guī)律

磷釩礦的形成時(shí)代與下寒武統(tǒng)黑色巖系的成巖時(shí)代一致，為早寒武世，也與我國(guó)乃至全球發(fā)生在早寒武世的“缺氧事件”成礦期基本吻合。

（6）磷釩礦床在空間上分布規(guī)律

釩磷礦床分布于塔里木陸塊北緣隆起（地塊）之柯坪塔格（陸緣隆起）次級(jí)Pb-Zn-Cu-Fe-V-Ti-REE-磷礦帶中，均分布于下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組和玉爾吐斯組的黑色巖系中，呈層狀緩傾斜順層產(chǎn)出。

（7）成礦物質(zhì)的來(lái)源

釩主要來(lái)源于同沉積斷裂上升深部循環(huán)熱水，局部伴隨海底火山噴溢（流），部分來(lái)自古大陸風(fēng)化殼；磷主要來(lái)自豐富的海洋浮游生物體殘骸，部分來(lái)自古大陸風(fēng)化殼。