張朝舉

中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院，貴州 貴陽 550002

貴州開陽磷礦北西部磷礦床地質(zhì)特征及沉積序列研究

張朝舉*

中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院，貴州 貴陽 550002

開陽磷礦北西部磷礦是開陽磷礦資源接替基地之一。在區(qū)域成礦地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上，從構(gòu)造、含礦層巖性組合及厚度分析了礦床地質(zhì)特征。通過分析磷塊巖的巖礦學(xué)特征及其與沉積環(huán)境的關(guān)系，對典型剖面進行了層序劃分，將洋水組含磷巖系劃分為4個向上變淺的沉積旋回，沉積環(huán)境由潮下低能帶向潮間帶、潮上帶逐漸過渡。在海平面不斷升降的背景下，上升洋流攜帶大量富磷海水進入洋水礦區(qū)淺水環(huán)境中沉淀形成磷塊巖。

礦床地質(zhì)特征 沉積序列 開陽磷礦

研究區(qū)位于貴州省中部開陽縣與息烽縣交界處，北起溫泉，南至兩岔河，南北長約 5km，東西寬約2km，是開陽磷礦資源接替基地之一。

沉積磷塊巖是一種特殊的沉積相，它的形成受控于古地理、古構(gòu)造、沉積環(huán)境和巖相組合等特定因素【1】，適當(dāng)?shù)沫h(huán)境類型也必須普遍存在相當(dāng)長的一段時間，才能促進磷塊巖大規(guī)模地沉積和成礦。大冰期是磷酸鹽化成因模型中另一個可能的環(huán)節(jié)，冰期后海洋的傾覆會驅(qū)使海平面上升和富磷底層海水上涌【2】，許多前寒武紀(jì)的磷塊巖出現(xiàn)在海侵以及大冰期后海平面上升期間，海侵增加了從風(fēng)化或上涌帶來的磷質(zhì)物質(zhì)的輸入，這可能對磷塊巖礦床的沉積相當(dāng)有利。

一些學(xué)者在研究開陽磷礦沉積模式時，曾討論其沉積環(huán)境的演化過程：吳祥和等曾將開陽含磷巖系劃分為三個沉積旋回（E、F、G），代表三次海侵—海退的沉積，其中磷礦體沉積過程經(jīng)歷了F旋回和半個G旋回【3】；張亞冠等認(rèn)為開陽含磷巖系的沉積過程中經(jīng)歷了兩次較大的海侵—還退過程【4】。顯然，對開陽磷礦沉積環(huán)境的演化認(rèn)識存在著爭議。

本文在以往研究成果的基礎(chǔ)上【1-15】，總結(jié)研究區(qū)磷礦床地質(zhì)特征，并對區(qū)內(nèi)含磷巖系沉積層序進行劃分，在此探究磷礦的沉積環(huán)境和礦床成因。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 礦區(qū)地層

研究區(qū)及鄰區(qū)出露地層主要有清白口系清水江組（Qbq）、南華系南沱組（Nh2n）、下震旦統(tǒng)洋水組（Z1y）、燈影組（Z?dy）、下寒武紀(jì)牛蹄塘組（?1n）、明心寺組（?1m）、金頂山組（?1j）、清虛洞組（?1q）、中寒武統(tǒng)高臺組（?2g）、石冷水組（?2s）和上寒武統(tǒng)的婁山關(guān)組（?Ols），各地層巖性特征由老至新簡述如下（圖1）：

青白口系清水江組（Qbq）：主要由一套淺變質(zhì)的變余砂巖、沉凝灰質(zhì)砂巖、沉凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)絹云母板巖等組成。

南華系南沱組（Nh2n）：主要為紫紅色、灰綠色冰磧礫巖、頁巖夾砂巖。與下伏清水江組呈假整合接觸。

下震旦統(tǒng)洋水組（Z1y）：為區(qū)內(nèi)工業(yè)磷礦體含磷巖系，自下而上分為四個巖性段：第一段為灰色砂質(zhì)白云巖、灰綠色粉砂質(zhì)頁巖；第二段為磷礦層，主要為灰色、深灰色砂屑磷塊巖、疊層石磷塊巖、白云質(zhì)或泥質(zhì)條帶磷塊巖；第三段為深灰色、淺灰色硅質(zhì)巖、白云巖；第四段為含磷硅質(zhì)白云巖、硅泥質(zhì)磷塊巖、含磷硅質(zhì)巖（俗稱“假頂”）。各巖性段界面清楚，全區(qū)分布穩(wěn)定，具有明顯的對比性。與下伏南沱組呈假整合接觸。

上震旦統(tǒng)燈影組（Z?dy）：主要為白云巖、藻白云巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)白云巖和泥質(zhì)白云巖。與下伏洋水組呈整合接觸。

下寒武統(tǒng)牛蹄塘組（?1n）：主要為炭質(zhì)頁巖，底部夾磷塊巖。與下伏燈影組呈整合接觸。

下寒武統(tǒng)明心寺組（?1m）：主要為灰色、灰綠色頁巖夾細(xì)砂巖，頂部為石英砂巖和含礫石英砂巖。與下伏牛蹄塘組呈整合接觸。

下寒武統(tǒng)金頂山組（?1j）：主要由云母粉砂巖、細(xì)砂巖、砂質(zhì)頁巖組成，上部夾灰?guī)r。與下伏明心寺組呈整合接觸。

下寒武統(tǒng)清虛洞組（?1q）：主要為犳皮狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖。與下伏金頂山組呈整合接觸。

中寒武統(tǒng)高臺組（?2g）：主要為頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾砂質(zhì)白云巖。與下伏清虛洞組呈整合接觸。

中寒武統(tǒng)石冷水組（?2s）：主要為白云巖、泥質(zhì)白云巖。與下伏高臺組呈整合接觸。

上寒武統(tǒng)婁山關(guān)組（?Ols）：主要為淺白色白云巖底部數(shù)米為砂巖或泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)白云巖。與下伏石冷水組組呈整合接觸。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of study area

1.2 礦區(qū)構(gòu)造

研究區(qū)位于洋水背斜西翼，區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂較發(fā)育，構(gòu)造線呈北東向，系燕山—喜山期構(gòu)造變形的產(chǎn)物【16】。

區(qū)內(nèi)發(fā)育的褶皺主要為軸面傾向南東的斜歪背斜—高豐背斜，背斜東翼地層傾向南東，傾角10°～30°，背斜西翼地層傾向北西，傾角25°～50°。

發(fā)育的斷裂類型為逆沖斷層，主要有興隆斷層、高豐斷層和河壩斷層，安清斷層發(fā)育研究區(qū)深部，屬隱伏斷層。斷面傾向南東—南南東，傾角20°～70°不等，一般淺部切層發(fā)育，傾角較陡，深部變緩，局部順層發(fā)育，在剖面上呈疊瓦狀分布，并使磷礦層發(fā)生疊瓦狀重復(fù)、錯位或缺失（圖2）。安清斷層斷距最大，鉛垂斷距約3500m，其上盤主要為寒武系和前寒武系地層，下盤主要為三疊系地層；其余斷層斷距一般小于150m。

圖2 地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geological section of study area

2 礦床特征

2.1 礦體特征

近些年的勘探資料顯示，研究區(qū)磷礦層南北延展約3.5km，寬約1.5km，礦體賦存標(biāo)高+300～-360m，礦層厚0～9.35m，平均5.13m，厚度變化系數(shù)為41%，屬較穩(wěn)定型礦體，具西厚東薄的特征，局部無礦（圖3）。

圖3 研究區(qū)磷礦體厚度等值線圖Fig.3 Isopach mapof phosphate orebodies instudy area

2.2 礦石化學(xué)組成

礦石P2O5含量30.53%～35.85%，平均32.65%，變化系數(shù)為8%，表明P2O5含量分布均勻；CaO含量37.74%～53.46%，平均49.14%，二者共占礦石化學(xué)組分含量的75%以上；MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、F、I等組分占磷塊巖化學(xué)組分的25%以下（表1）。

表1 礦石化學(xué)組分Table 1 Chemical analytical results for ores

2.3 礦石礦物組成

礦石礦物成分較單一，主要礦石礦物為膠磷礦（非晶質(zhì)碳氟磷灰石），少量為磷灰石。脈石礦物主要有白云石、石英、黃鐵礦、菱錳礦、絹云母、海綠石、水云母（伊利石）等。

膠磷礦是組成磷質(zhì)內(nèi)碎屑及磷質(zhì)膠結(jié)物的重要來源，一般通過生物化學(xué)作用形成，在正交偏光下呈均質(zhì)體全消光，以超微粒集合體的形式存在，含量一般大于80%。在磷酸鹽礦物形成過程中，盡管氟元素含量甚微，也將進入磷酸鹽中以碳氟磷灰石的形式產(chǎn)出，而不以純氟或純碳磷灰石的形式產(chǎn)出【17】，這就導(dǎo)致了研究區(qū)的海相磷酸鹽礦物為組分連續(xù)變化的碳氟磷灰石。

部分經(jīng)膠磷礦重結(jié)晶作用形成細(xì)小粒狀磷灰石和層纖狀碳氟磷灰石，垂直或環(huán)繞膠磷礦生長，一般認(rèn)為，它是成巖階段富磷孔隙溶液化學(xué)沉淀的產(chǎn)物【11】。

2.4 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦石類型

研究區(qū)礦石具砂礫屑結(jié)構(gòu)，塊狀、條帶狀和碎屑狀構(gòu)造。礦石類型主要為顆粒磷塊巖，是微粒磷塊巖在后期改造作用下再沉積的產(chǎn)物【11】，包括砂屑磷塊巖、礫屑（碎屑）磷塊巖。其中，砂屑磷塊巖是研究區(qū)乃至整個開陽磷礦分布最廣、品位最高的磷礦石類型。此外，還普遍存在疊層石磷塊巖。

砂屑磷塊巖：砂屑顆粒多呈橢圓狀、次圓狀，主要由膠磷礦組成，大小一般為0.004～0.5mm，在礦石中含量約為70%～90%。它是塑性—半塑性的磷質(zhì)灰泥在水體較淺的濱岸帶經(jīng)波浪、岸流、潮汐等作用打碎后在盆內(nèi)再沉積的產(chǎn)物，一般發(fā)育于淺灘或潮坪等淺水高能環(huán)境中【3,4,8,9,14】。

礫屑（碎屑）磷塊巖：礫屑一般呈次圓狀—次棱角狀，竹葉狀礫石較常見，主要由砂屑磷塊巖礫屑構(gòu)成，少數(shù)夾雜海綠石砂巖礫屑和白云巖礫屑，一般為砂屑磷塊巖經(jīng)水流機械作用（如突發(fā)性水體的風(fēng)暴作用）破碎、搬運再沉積而成，一般形成于水動力較強的濱岸帶高能環(huán)境中【3,4,14】。

疊層石磷塊巖：研究區(qū)疊層石磷塊巖僅分布于礦層頂部的砂屑磷塊巖中，組成疊層石的礦物幾乎全部為膠磷礦。疊層石柱體呈錐狀，為藻類微生物群磷酸鹽—碳酸鹽化原地沉積的結(jié)果。底部多見分叉，頂部一般未見分叉，形成于海退序列的潮間帶環(huán)境中【3】。

3 磷塊巖沉積序列

受南沱冰期時古地理地形控制，研究區(qū)磷塊巖沉積于黔中古隆起邊緣，并與砂質(zhì)頁巖—白云巖―硅質(zhì)巖序列關(guān)系密切，為海相磷塊巖礦床理想的含磷巖系或巖性組合。研究區(qū)ZK803鉆孔剖面上顆粒磷塊巖粒度特征及沉積構(gòu)造，反映不同了的沉積環(huán)境，可以分為4個向上變淺的沉積序列。

3.1 第1序列

洋水礦區(qū)馬路坪組頂部發(fā)育有灰綠色底礫巖，礫石成分為海綠石頁巖，即為含磷巖系的底界面（SB1）。第1沉積序列由冰水沉積物基底上的碳酸鹽巖（砂質(zhì)白云巖）、粉砂質(zhì)頁巖和砂屑磷塊巖組成。下部為砂質(zhì)白云巖和粉砂質(zhì)頁巖，具水平層理，由下至上，白云質(zhì)和砂質(zhì)含量減少，泥質(zhì)增多，代表著最初的陡山沱早期海侵作用的沉積。其上依次為含磷頁巖、泥質(zhì)條帶粉砂屑磷塊巖和細(xì)砂屑磷塊巖，最上部白云巖化作用明顯，為白云質(zhì)粗砂屑磷塊巖，反映了從潮下低能帶—潮間帶沉積，構(gòu)成了首個向上變淺的潮坪旋回沉積體系。

3.2 第2序列

由砂屑磷塊巖、藻疊層石磷塊巖組成。下部為深灰色細(xì)—粉砂屑磷塊巖，由下至上砂屑粒度變細(xì)，代表海侵作用的沉積。向上夾灰黑色條帶狀炭泥質(zhì)粉砂屑磷塊巖，具水平層理，代表最大海泛面的沉積作用。上部為細(xì)–粗砂屑疊層石磷塊巖與條帶狀粉砂屑—細(xì)砂屑磷塊巖互層，具波狀層理，由下至上，藻疊層石柱體分叉減少，砂屑粒度由細(xì)砂屑→粉砂屑→細(xì)砂屑→粗砂屑逐漸過渡，形成了一個典型的A～D層序，代表高水位體系下的潮間帶沉積，反映了從潮下低能環(huán)境向潮間帶過渡的沉積演化。

3.3 第3序列

由深灰色白云質(zhì)硅質(zhì)條帶砂屑—炭泥質(zhì)磷塊巖、硅質(zhì)巖、白云巖組成。下部為深灰色白云質(zhì)、硅質(zhì)條帶狀砂屑—炭泥質(zhì)磷塊巖，由下至上，砂屑粒度逐漸變細(xì)，白云質(zhì)含量減少，炭硅泥質(zhì)含量增多，具水平層理，最上部的炭硅泥質(zhì)磷塊巖為凝縮層，反映了深潮下帶的低能沉積環(huán)境。上部為含磷硅質(zhì)巖—白云巖—硅質(zhì)巖—白云巖（間夾灰黑色炭質(zhì)磷塊巖團塊）的沉積序列，代表著高水位體系域下的潮下低能帶—潮間帶沉積旋回，頂部的礫屑白云巖及其間具干裂紋構(gòu)造的含礫白云巖，代表著高水位體系域末期潮上帶的風(fēng)暴潮沉積。

3.4 第4序列

由含磷硅質(zhì)團塊白云巖、含磷硅質(zhì)巖、硅泥質(zhì)磷塊巖組成。下部依次為磷質(zhì)條帶白云巖夾硅質(zhì)巖團塊和含磷硅質(zhì)巖其上部厚約0.05m的硅泥質(zhì)磷塊巖，為凝縮層，暗示其形成于深水潮下帶的沉積環(huán)境中，整體代表海侵體系域下的潮間帶—潮下低能帶的沉積環(huán)境。頂部厚0.1m礫狀硅質(zhì)巖，角礫呈次圓狀—圓狀、局部為次棱角狀—棱角狀，暗示潮下低能帶沉積后，曾經(jīng)被抬升露出水面遭受剝蝕，代表沉積間斷，為含磷巖系的頂界面（即SB2）。

綜上所述，研究區(qū)磷塊巖與硅質(zhì)巖—白云巖序列關(guān)系密切，是海相磷塊巖沉積的找磷標(biāo)志和巖性背景，磷塊巖的沉積主要發(fā)生于海侵向海退逐漸過渡的時期，沉積環(huán)境為潮間泥坪—混合坪—砂坪，主體位于混合坪。

4 結(jié)論

從礦床地質(zhì)特征、巖礦學(xué)特征及沉積環(huán)境等方面，對開陽磷礦洋水礦區(qū)西翼磷礦床剖面進行了觀察，得出以下認(rèn)識：

（1）研究區(qū)磷礦床產(chǎn)于早震旦世洋水組地層中，礦體厚度較穩(wěn)定，P2O5含量分布均勻，呈似層狀、層狀產(chǎn)出。北西部斷距較大的安清斷層，使礦體埋藏較深，不利于勘查，該斷層為現(xiàn)今的找礦構(gòu)造邊界；南東部礦體西厚東薄，未出現(xiàn)間斷現(xiàn)象，連續(xù)性好，具有較大的找礦潛力。

（2）磷塊巖的礦物成分主要為碳氟磷灰石，具非晶質(zhì)和晶質(zhì)兩種結(jié)晶形態(tài)，晶質(zhì)磷灰石和碳氟磷灰石是由非晶質(zhì)碳氟磷灰石重結(jié)晶形成。

（3）礦石結(jié)構(gòu)類型主要為砂屑磷塊巖、礫屑（碎屑）磷塊巖和疊層石磷塊巖，每種結(jié)構(gòu)特征對應(yīng)著不同的沉積環(huán)境。通過鉆孔剖面進行沉積環(huán)境分析，將洋水組地層劃分為4個向上變淺的沉積旋回。隨著海水升降變化，上升洋流攜帶大量富磷海水進入洋水礦區(qū)淺水環(huán)境中沉淀形成磷塊巖。

1 Papineau D. Global biogeochemical changes at both ends of the proterozoic: insights from phosphorites [J]. Astrobiology. 2010，10（2）P：165～181

2 Cook P J，Shergold J H. Phosphorus，phosphorites and skeletal evolution at the Precambrian-Cambrian boundary [J]. Nature，1984，308（5956）：231～236

3 吳祥和，韓至鈞，蔡繼鋒，等. 貴州磷塊巖[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1999，1～115

4 張亞冠，杜遠(yuǎn)生，陳國勇，等. 黔中開陽地區(qū)震旦紀(jì)陡山沱期富磷礦沉積特征與成礦模式[J]. 古地理學(xué)報，2016，18（4）：581～594

5 黎永才. 開陽磷礦地質(zhì)及其成礦地質(zhì)條件[J]. 化工礦產(chǎn)地質(zhì)，1980（2）：83～94

6 周茂基，盛章琪. 貴州晚震旦世陡山沱期磷塊巖的巖相古地理[J]. 地質(zhì)學(xué)報，1981（4）：56～84

7 周茂基，盛章琪. 貴州晚震旦世陡山沱期磷塊巖的礦石結(jié)構(gòu)及其地質(zhì)意義[J]. Acta Geologica Sinica，1982（1）：83～98

8 劉魁梧. 沉積磷塊巖結(jié)構(gòu)類型、成因及成礦階段[J]. 沉積學(xué)報，1985，3（1）：29～41

9 劉魁梧，陳其英. 磷塊巖的膠結(jié)作用[J]. 地質(zhì)科學(xué)，1994（1）：62～70

10 楊衛(wèi)東. 黔中陡山沱期磷塊巖成礦機制[J]. 成都理工大學(xué)學(xué)報（自科版），1988（3）：77～85

11 葉連俊，陳其英，趙東旭，等. 中國磷塊巖[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1989

12 楊衛(wèi)東，曾允孚. 黔中陡山沱期磷塊巖成因的系統(tǒng)研究[J]. 沉積學(xué)報，1990（3）：87～95

13 張杰，陳吉艷，陳代良. 貴州磷塊巖主要物質(zhì)成分特征探討[J]. 中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2004（5）：91～92

14 陳國勇，杜遠(yuǎn)生，張亞冠，等. 黔中地區(qū)震旦紀(jì)含磷巖系時空變化及沉積模式[J]. 地質(zhì)科技情報，2015（6）：17～25

15 李磊，張亞冠，王澤鵬，等. 貴州開陽地區(qū)磷塊巖類型劃分及沉積環(huán)境分析[J]. 西部探礦工程，2016（7）：170～174

16 貴州省地質(zhì)調(diào)查院. 1：25萬遵義幅（G48C001004）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果報告[R]. 2004

17 姜善春，陳友明，潘均. 氟對磷酸鹽礦物形成影響的試驗研究– Ca2+– HPO42+– HCO3-– F-– H2O 體系[J]. 地質(zhì)科學(xué)，1964，5（4）：341～352

Study on geological characteristics and sedimentary sequences in northwest Kaiyang phosphate deposit, Guizhou province

Zhang Chaoju
Guizhou Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau,Guiyang 550002, China

The Northwest Kaiyang phosphate deposit is one of bases for reserved resources of Kaiyang phosphate deposit. Based on the brief description of regional metallogenic geological setting, the author analyzes the geological characteristics of phosphate deposit through geological structure, lithological association of phosphatic sequence and its thickness. By discussing lithology and mineralcharacteristics of phosphorites and its connection with the sedimentary environments, thetypicaldrill profile was stratified, and the phosphatic sequence in Yangshui Formation is divided into four upward shallowing sedimentary sequence,whose sedimentary environment changed from subtidal zone to intertidal zone and to supralittora zone. With continuously rising and falling of sea level’s, the upwelling current had carried a large amount of phosphorus-rich water into the shallow water environment to form the phosphorite in Yangshui mining area.

geological characteristics of deposit, sedimentary sequence, Kaiyang phosphatedeposit

P619.213

A

1006–5296（2017）03–0145–06

張朝舉（1965～）男，主要從事固體礦產(chǎn)勘察與研究，高級工程師

2017-07-08；改回日期：2017-07-22