劉建中 王澤鵬 杜遠(yuǎn)生 張亞冠 吳文明 陳國勇 付芝康 萬大學(xué) 王大福 譚代衛(wèi)

1自然資源部基巖區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工程技術(shù)創(chuàng)新中心，貴州貴陽 550081 2貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，貴州貴陽 550004 3貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊(duì)，貴州貴陽 550018 4生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074 5中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北武漢 430074

1 概述

圖 1 開陽以東磷礦整裝勘查區(qū)地質(zhì)略圖(據(jù)劉建中等，2019;有修改)Fig.1 Simplified geological map of exploration area of phosphorite deposits in the east of Kaiyang region (modified from Liu et al.,2019)

磷礦是重要的非金屬礦資源，在全球范圍內(nèi)，磷礦資源分布集中且不均衡，主要分布在非洲、北美、南美、亞洲及中東的60多個(gè)國家和地區(qū)，其中超過80%集中分布在摩洛哥和西撒哈拉、南非共和國、美國、中國、約旦和俄羅斯(常蘇娟等，2010)。中國在全球磷礦石儲(chǔ)量排名中為第2位，但 “豐而不富”，為世界磷礦石平均品位最低的國家之一，富磷礦是中國戰(zhàn)略稀缺資源。揚(yáng)子地塊作為中國重要的產(chǎn)磷區(qū)，震旦系陡山沱組和下寒武統(tǒng)梅樹村組2個(gè)富磷沉積層位所產(chǎn)出的磷礦儲(chǔ)量約占全國磷礦資源總儲(chǔ)量85%(東野脈興，2001)。震旦系陡山沱組磷塊巖分布于揚(yáng)子地塊西南緣的黔中—湘西—鄂西一帶，構(gòu)成鄂湘黔成礦帶，已發(fā)現(xiàn)大中型磷礦床20多處，如貴州開陽磷礦、甕福磷礦和息峰磷礦等；下寒武統(tǒng)梅樹村組磷塊巖分布于揚(yáng)子地塊西緣的黔西—滇東—川中一帶，構(gòu)成川滇成礦帶，目前已發(fā)現(xiàn)磷礦床40處，如云南昆陽磷礦、貴州織金磷礦等(葉連俊等，1989；東野脈興等，2019)。貴州省磷礦資源極為豐富，為揚(yáng)子地塊磷礦床的重要組成部分，集中分布在黔中地區(qū)的開陽縣、息烽縣、甕安縣、福泉縣、織金縣等地，主要含磷層位為早震旦世陡山沱期(如開陽磷礦、甕福磷礦等)和早寒武世梅樹村期(如織金新華磷礦)。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)超大型磷礦床(開陽磷礦、甕福磷礦、新華磷礦)3個(gè)，大中小型礦床(點(diǎn))數(shù)十個(gè)，查明資源量超過100×108t，為中國最重要的磷礦資源產(chǎn)地，特別以貴州開陽地區(qū)磷礦最為典型，磷礦床以厚度大、品位高著稱，是全國唯一不經(jīng)選礦即可直接生產(chǎn)高濃度磷復(fù)肥的礦區(qū)，集中了全國富磷礦資源量的70%(劉建中等，2019)，本次磷礦整裝勘查區(qū)就位于本區(qū)域內(nèi)，主要包括翁昭、永溫、新寨、馮三和白泥壩5個(gè)勘查區(qū)和洋水、溫泉2個(gè)礦區(qū)(圖 1)。

早期研究認(rèn)為(1)貴州省地質(zhì)調(diào)查院. 2010. 貴州省磷(稀土)礦資源潛力評價(jià)報(bào)告.，開陽洋水礦區(qū)與甕安—福泉礦區(qū)之間僅僅為1條寬約 4000 m的狹窄的潮汐通道相連接，洋水礦區(qū)為一長約20 km、寬約 10 km的潮汐通道生物灘相聚磷環(huán)境，磷礦成礦環(huán)境為潮汐通道生物灘相或者潮汐通道生物礁灘相，其以東以南則均為潮坪環(huán)境，洋水礦區(qū)以東廣大區(qū)域富磷礦找礦前景堪憂，僅僅預(yù)測磷資源量0.9442×108t(劉建中等，2019)。為實(shí)現(xiàn)中國富磷礦找礦新的重大突破，打造中國“富磷礦工業(yè)基地”，保障國家能源資源安全，助推貴州經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展，針對開陽磷礦展開沉積學(xué)、巖石學(xué)、地層學(xué)和古地理學(xué)綜合研究，恢復(fù)磷礦沉積期成礦古地理環(huán)境，將“三位一體”找礦理論運(yùn)用于磷礦成礦地質(zhì)模式和找礦預(yù)測模型，進(jìn)而深度分析勘查區(qū)磷礦床成礦潛力，并進(jìn)行區(qū)域找礦潛力預(yù)測和找礦成果驗(yàn)證。

2 成礦地質(zhì)背景及礦床地質(zhì)特征

2.1 成礦地質(zhì)背景

新元古代末期成磷事件是地質(zhì)歷史時(shí)期第1次真正意義上的全球性大規(guī)模成磷事件(Pufahl and Groat，2017)。新元古代冰期—間冰期不斷演化以及超大陸的再造與聚合，導(dǎo)致大量磷酸鹽成分陸源風(fēng)化進(jìn)入海洋，且“雪球地球”造成的海水冰蓋使海水處于封閉還原狀態(tài)，大洋磷循環(huán)停滯，深部海洋中磷酸鹽不斷聚集并形成巨大磷庫(Papineau，2010；Planavskyetal.,2010)。冰期結(jié)束后，適宜的氣候條件和上升洋流源源不斷地帶來深部富磷海水進(jìn)入淺海，導(dǎo)致大洋生產(chǎn)力的繁盛和生物爆發(fā)生長，并在適宜的地球化學(xué)環(huán)境下通過生命活動(dòng)或鐵氫氧化物對磷的聚集和成磷作用造成磷塊巖沉積，最終形成全球性成磷事件(Pufahl and Groat，2017)。

華南震旦紀(jì)陡山沱期磷礦大規(guī)模沉積是新元古代末期全球性成磷事件的典型代表(張亞冠等，2016，2019)。新元古代晚期“雪球地球”后，華南地區(qū)由裂谷盆地逐漸演化為被動(dòng)大陸邊緣演化階段，整個(gè)華南地塊開始接受穩(wěn)定的海相沉積，未出現(xiàn)大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)(Lietal.,2003;王劍等，2012)。與此同時(shí)，伴隨氣候轉(zhuǎn)暖和冰川消融，揚(yáng)子地臺(tái)同期遭受了來自北東、南東向的大規(guī)模海侵，并形成了陡山沱組沉積地層(Jiangetal.,2011；劉靜江等，2015；楊愛華等，2015)。在受上升洋流活動(dòng)影響的淺水陸架海域，大量的富磷海水和營養(yǎng)物質(zhì)，刺激生命演化與爆發(fā)，而生命活動(dòng)的繁盛進(jìn)一步聚集磷質(zhì)成分，并以有機(jī)質(zhì)的形成沉降形成自生成磷作用，最終在陡山沱組地層內(nèi)沉積了富磷沉積物；在古陸邊緣和水下隆起的淺水沉積區(qū)，由于較強(qiáng)的水動(dòng)力作用對原生沉積的磷塊巖的再造富集作用，形成了礦層厚度大、礦石品位高的具有極高經(jīng)濟(jì)利益價(jià)值的磷礦床(葉連俊等，1989；東野脈興等，2019；張亞冠等，2019)。開陽地區(qū)同期處于黔中古陸北緣的淺水海岸，其“量大質(zhì)優(yōu)”的磷礦床即在此成礦地質(zhì)背景下的沉積產(chǎn)物。

2.2 礦床地質(zhì)特征

2.2.1 礦層分布與層序?qū)Ρ?/p>

圖 2 黔中地區(qū)震旦系陡山沱組含磷巖系柱狀對比圖Fig.2 Statigraphic comparison of phosphatic successions of the Sinian Doushantuo Formation in central Guizhou Province

開陽以東整裝勘查區(qū)內(nèi)陡山沱組地層呈小角度不整合或假整合于澄江組(馬路坪群)紫紅色黏土質(zhì)粉砂巖之上，缺失南沱組冰磧礫巖層，含磷巖系主要賦存于陡山沱組內(nèi)。區(qū)內(nèi)磷礦床以隱伏礦為主，通過鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，磷礦層自南西至北東礦層有逐漸變厚趨勢，且有明顯分異，由單層礦逐漸變?yōu)樯舷?礦層(圖 2)。南部白泥壩和翁昭勘查區(qū)陡山沱組厚度較薄(3～6 m)，磷礦層主要由含磷碎屑砂巖組成，碎屑沉積物粒度一般較粗，磨圓較好，含磷品位較低且分布極不穩(wěn)定(P2O5含量為2.73%～10.23%)；中西部洋水礦區(qū)、溫泉礦區(qū)和永溫勘查區(qū)一帶為開陽地區(qū)礦層最厚、品位最高的優(yōu)勢成礦帶，含磷巖系自下而上依次沉積含海綠石石英砂巖、砂質(zhì)白云巖(厚度為0～18 m，P2O5含量為0.03%～7.22%)—含錳白云巖(厚度為0～2.5 m，P2O5含量為0.08%～10.56%)—含白云質(zhì)條帶礫屑、砂屑磷塊巖(厚度為0～12.4 m，P2O5含量為15.05%～39.81%)，底板段砂巖層內(nèi)和磷礦礦層內(nèi)發(fā)育浪成交錯(cuò)層理、沖洗交錯(cuò)層理、平行層理等高能波浪水流造成的沉積構(gòu)造，部分碎屑或礫屑磷礦石內(nèi)存在大量溶蝕孔洞；東北部新寨勘查區(qū)陡山沱組含磷巖系與甕安-福泉(甕福)地區(qū)相似，含磷巖系可分A礦層和B礦層2個(gè)磷礦層，地層自下而上依次為海綠石石英砂巖、砂質(zhì)白云巖(厚度大于4 m，P2O5含量為0.08%～3.11%)—含錳白云巖(厚度為0.14～3.2 m，P2O5含量為0.12%～7.70%)—A礦層含白云質(zhì)條帶角礫、碎屑、砂屑磷塊巖(厚度為0～8.9 m，P2O5含量為12.75%～28.89%)—白色、灰白色含硅質(zhì)團(tuán)塊白云巖、硅質(zhì)巖(厚度為1.3～22.3 m，P2O5含量為0.23%～8.12%)—B礦層、含白云質(zhì)碎屑條帶砂屑磷塊巖(厚度為0～8.83 m，P2O5含量為10.23%～30.02%)，新寨勘查區(qū)雖然含磷巖系厚度較大，但平均品位較低，層內(nèi)常見水平紋層和小型浪成交錯(cuò)層理，夾層白云石出現(xiàn)大面積溶蝕和硅化，磷礦層分布不穩(wěn)定，部分地區(qū)存在礦層缺失現(xiàn)象。

2.2.2 礦石結(jié)構(gòu)特征

開陽地區(qū)磷塊巖成因結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜，根據(jù)磷塊巖沉積階段可劃分為原生類磷塊巖、異生類磷塊巖和次生類磷塊巖(張亞冠等，2019)。其中原生類磷塊巖包含泥晶磷塊巖和含生物結(jié)構(gòu)磷塊巖(開陽地區(qū)可見疊層石磷塊巖)等；異生類磷塊巖主要為含磷質(zhì)碎屑磷塊巖，是陡山沱組磷礦層中發(fā)育最為廣泛的一種磷塊巖類型，也是組成高品位礦床的主要磷礦石種類，其成因類型劃分可與碳酸鹽巖中常見的水流機(jī)械破碎形成的內(nèi)碎屑做參考與對比，按照碎屑顆粒大小可分為礫屑、砂屑和粉屑磷塊巖；次生類磷塊巖則以受后期淋濾風(fēng)化的渣土狀磷塊巖為主。

2.2.2.1 原生類磷塊巖

泥晶磷塊巖：手標(biāo)本一般呈深灰色至黑色，礦石致密、均勻、堅(jiān)硬，與富含有機(jī)質(zhì)的含碳泥頁巖、泥晶白云巖和層狀硅質(zhì)巖共生，層內(nèi)常見水平細(xì)紋層?？梢姷V石內(nèi)磷質(zhì)以通常以石英、長石或黏土礦物碎屑之間的磷質(zhì)基質(zhì)或磷質(zhì)細(xì)紋層的形式產(chǎn)出(圖 3-A)，磷質(zhì)成分常與有機(jī)質(zhì)共生，并含有一定量的自生黃鐵礦。

疊層石磷塊巖：組成磷塊巖礦石的磷質(zhì)疊層石中磷質(zhì)柱體分別由亮暗相間的磷質(zhì)紋層呈弓狀或樹枝狀向上疊置而成(圖 3-B)。磷質(zhì)柱體發(fā)育規(guī)模一般不大，高度在5～15 cm之間，磷質(zhì)柱體之間充填有與砂屑磷塊巖類似的磷質(zhì)碎屑顆粒，并由白云石、硅質(zhì)膠結(jié)，柱體和柱間充填物界線明顯(圖 3-C)。

2.2.2.2 異生類磷塊巖

礫屑磷塊巖：礫屑磷塊巖一般呈塊狀，含磷質(zhì)礫屑含磷大于15%，礫屑直徑往往大于2 mm，典型礫屑磷塊巖的磷質(zhì)礫屑大小多為1～5 cm，最大可達(dá)15 cm；礫屑形狀可見渾圓狀、扁平竹葉狀、菱角狀和半菱角狀等(圖 3-D)；渾圓狀、菱角狀和半菱角狀礫屑往往不規(guī)則分散排布于磷礦石內(nèi)，而竹葉狀礫屑可見疊瓦狀或菊花狀排布。部分礦石內(nèi)礫屑含量極高，可見相互擠嵌、塑性變形等現(xiàn)象。磷質(zhì)礫屑內(nèi)部由塊狀磷質(zhì)泥晶或磷質(zhì)顆粒組成，磷質(zhì)顆粒形態(tài)和砂屑磷塊巖相似，磷質(zhì)礫屑之間往往由白云石基底式膠結(jié)而成。

砂屑磷塊巖：砂屑磷塊巖是碎屑狀磷塊巖中發(fā)育最為廣泛的一種磷塊巖類型，也是貴州開陽地區(qū)最主要的磷礦石種類。砂屑磷塊巖手標(biāo)本一般為致密結(jié)構(gòu)，鏡下可見明顯的磷質(zhì)砂屑顆粒(圖 3-E)，砂屑粒徑一般為0.2～0.5 mm，主要集中在0.2～0.3 mm，砂屑在礦石中含量為50%～90%；砂屑顆粒分選、磨圓一般較好，顆粒呈渾圓狀至半菱角狀；磷質(zhì)砂屑顆粒呈顆粒長軸方向近水平排列或混亂堆積排列；砂屑顆粒內(nèi)部為泥晶質(zhì)磷灰石，也見各種顆粒磷塊巖和生物磷塊巖碎屑；磷質(zhì)顆粒周圍通常存在第一世代等厚纖維狀磷質(zhì)包殼膠結(jié)物和第二世代顆粒間磷泥晶或白云石膠結(jié)物(圖 3-E)。

粉屑磷塊巖：粉屑磷塊巖中包含的細(xì)—粉屑磷質(zhì)顆粒在結(jié)構(gòu)和形態(tài)上與砂屑磷塊巖中的砂屑顆粒相似，但粒徑較小，一般為0.01～0.1 mm，多由泥晶磷塊巖或隱球粒磷塊巖破碎產(chǎn)生(圖 3-F)。粉屑顆粒間等厚磷灰石包殼較少發(fā)育，粉屑間可見泥晶磷質(zhì)基底式膠結(jié)。粉屑磷塊巖中除磷質(zhì)粉屑外，常見原生磷質(zhì)泥晶紋層；此外粉屑磷塊巖中，與礫屑和砂屑磷塊巖相比砂泥質(zhì)沉積物和碎屑石英顆粒含量較多，甚至于泥晶質(zhì)磷塊巖和泥質(zhì)沉積物互層。

2.2.2.3 次生類磷塊巖

渣土狀磷塊巖：渣土狀磷塊巖礦石一般為灰白色疏松土狀、半土狀結(jié)構(gòu)(圖 3-G)，部分礦石表面由于重礦物氧化呈褐紅色，礦石膠結(jié)程度極差，巖石硬度低，易碎，薄片照片下礦石原生結(jié)構(gòu)幾乎不可見，均為受分化淋濾后殘留的分選差、形狀不規(guī)則的磷質(zhì)碎屑組成(圖 3-H)，有極高的含磷品位。

A—泥晶磷塊巖，可見內(nèi)部磷質(zhì)細(xì)紋層，開陽溫泉礦區(qū)露頭剖面，正交偏光；B—疊層石磷塊巖，磷質(zhì)疊層石呈樹枝狀，開陽新寨勘查區(qū)ZK701鉆孔；C—疊層石磷塊巖，磷質(zhì)疊層石柱體間可見磷質(zhì)砂屑顆粒，開陽新寨勘查區(qū)ZK701鉆孔，正交偏光；D—礫屑磷塊巖，開陽永溫勘查區(qū)ZK1207鉆孔，正交偏光；E—砂屑磷塊巖，磷質(zhì)顆?？梢姷群窭w維狀磷質(zhì)包殼，粒間由泥晶白云石膠結(jié)，開陽永溫勘查區(qū)ZK1207鉆孔，正交偏光；F—粉屑磷塊巖，可見內(nèi)部磷質(zhì)細(xì)紋層與粉屑磷質(zhì)顆粒，開陽新寨勘查區(qū)ZK709鉆孔，正交偏光；G、H—渣土狀磷塊巖，膠結(jié)程度極差，開陽永溫勘查區(qū)ZK313鉆孔，手標(biāo)本樣品與薄片單偏光。PG：磷質(zhì)砂屑；PGL：磷質(zhì)礫屑；PL：磷質(zhì)紋層；PC：磷質(zhì)膠 結(jié)物；PF：磷質(zhì)碎屑；Dol：白云石膠結(jié)物圖 3 開陽地區(qū)陡山沱組磷塊巖結(jié)構(gòu)類型特征Fig.3 Structural characteristics of phosphorites of the Doushantuo Formation in Kaiyang region

3 成礦古地理分析

3.1 礦石成因與沉積環(huán)境

新元古代末期全球性冰期—間冰期過程中氣候變暖導(dǎo)致陸源風(fēng)化強(qiáng)烈，來自陸源的磷質(zhì)輸入量大幅提升，且冰期內(nèi)封閉缺氧環(huán)境導(dǎo)致磷質(zhì)不能有效沉降，使海水中磷質(zhì)迅速聚集(Planavskyetal.,2010；Papineau，2010；Pufahl and Hiatt，2012)。在這一全球海洋富磷的地質(zhì)背景下，伴隨冰期的結(jié)束海水封閉體系重新被打開，原本停滯的大洋磷循環(huán)也再次啟動(dòng)，上升洋流將冰期事件海水中富集的磷質(zhì)帶入淺水透光帶，為黔中乃至整個(gè)華南地區(qū)廣泛的富磷沉積提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)和適宜的沉積環(huán)境(密文天等，2010；陳國勇等，2015；Gaoetal.,2018；東野脈興等，2019；Zhangetal.,2019)。

開陽地區(qū)原生類磷塊巖以泥晶磷塊巖和疊層石磷塊巖為主，但出露較少，僅在部分地區(qū)部分層位有零星分布，但其沉積特征顯著。其中與含碳泥頁巖共生并發(fā)育水平紋層的泥晶磷塊巖推測為水體較深水動(dòng)能環(huán)境較弱的陸棚相或近岸障壁海岸、海灣內(nèi)沉積；此外泥晶磷塊巖內(nèi)包含的大量有機(jī)質(zhì)被認(rèn)為磷灰石的沉降與有機(jī)質(zhì)降解有關(guān)，即在富磷海水中生物生長繁盛并不斷吸附海洋中的磷酸鹽，并以有機(jī)質(zhì)形成沉降在沉積物—水界面下，在一系列微生物降解作用(如硫酸鹽細(xì)菌還原作用)下迅速使磷酸鹽在孔隙水中達(dá)到飽和沉積(Garrison and Kastner,1990； Soudry,1992； Arningetal.,2009)。 磷質(zhì)疊層石是在淺水透光帶中適宜的生長條件下，底棲微生物席通過不斷吸收聚集海水中的磷酸鹽而不斷生長形成的(朱士興和王硯耕，1983；Krajewskietal.,2000；Snchez-Navas and Martín-Algarra，2001)。黔中地區(qū)磷質(zhì)疊層石柱體往往均是由明暗相間的磷質(zhì)紋層組成，表明疊層石凸面在生長過程中未受到碎屑物質(zhì)輸入的影響而產(chǎn)生生長間斷。疊層石柱體間的磷質(zhì)碎屑充填物，則可能為水動(dòng)力轉(zhuǎn)變導(dǎo)致原生磷質(zhì)疊層石或其他原生磷塊巖被打碎搬運(yùn)至柱體間(張偉等，2015)。

開陽地區(qū)磷礦層內(nèi)砂屑磷塊巖廣泛分布，其成因一般為水流機(jī)械破碎原生磷塊巖后再沉積的產(chǎn)物(Pufahl and Groat，2017)，為典型的再造類磷塊巖。砂屑磷塊巖一般需要較高能的水動(dòng)力作用，如淺水波浪、潮道水流或風(fēng)暴流等，因此此種礦石一般形成于淺水海岸、潮灘等高水流活動(dòng)區(qū)域。砂屑顆粒在成巖過程中一般均會(huì)受到亮晶顯微狀磷灰石包殼的再次膠結(jié)，最終形成高品位磷礦石。礦石內(nèi)大量分布的礫屑同樣為高能水流破碎同沉積原生或次生磷塊巖的產(chǎn)物，疊瓦狀礫石和竹葉狀礫石的排布表明，礫屑磷塊巖在沉積過程中經(jīng)受了風(fēng)暴流或潮道水流的持續(xù)沖蝕、搬運(yùn)作用；礫石內(nèi)磷質(zhì)顆粒成分和礫石形態(tài)表明，它們是在尚未完全固結(jié)石化之前就受到?jīng)_刷破碎堆積膠結(jié)而成的。因此，礫屑磷塊巖同樣為高能水流再造先前沉積的磷塊巖而成，通常發(fā)育在受風(fēng)暴水流作用的沉積環(huán)境或水流湍急的濱岸淺水帶。粉屑磷塊巖中可見部分保留的原生泥晶細(xì)紋層，與原生泥晶磷塊巖相似，其成因往往與有機(jī)質(zhì)對磷質(zhì)的降解密切相關(guān)，而礦石中的磷質(zhì)顆粒成因同砂屑磷塊巖相似，同樣受水流沖刷、破碎而成，但水動(dòng)力條件相對較弱，因此粉屑磷塊巖雖然遭受一定的水流再造作用，但仍保存較多的原生磷塊巖結(jié)構(gòu)，其沉積環(huán)境也保持在水動(dòng)能較低的磷質(zhì)聚集海域內(nèi)，如水體較深的遠(yuǎn)濱帶或近岸較封閉的中—低能沉積環(huán)境中。

次生渣土狀磷塊巖中原生結(jié)構(gòu)幾乎全部遭到破壞，是遭受風(fēng)化、淋濾作用的產(chǎn)物，通常海平面下降造成的原地礦層暴露，在大氣降水的影響下造成碳酸鹽礦物溶解遷移，礦石膠結(jié)程度變差，最終殘留破碎的土狀、渣土狀磷塊巖。

3.2 成礦古地理

3.2.1 定量巖相古地理重建

定量巖相古地理是一種采用在具有定量意義的單因素分析基礎(chǔ)上，再進(jìn)行多因素綜合分析方法編制巖相古地理圖，定量巖相古地理圖資料詳細(xì)、內(nèi)容豐富，科學(xué)性、邏輯性和系統(tǒng)性強(qiáng)，古地理單元?jiǎng)澐志?xì)、準(zhǔn)確、客觀(馮增昭，2004，2013)。本研究將定量巖相古地理學(xué)方法理論運(yùn)用于開陽以東磷礦整裝勘查區(qū)震旦紀(jì)陡山沱期巖相古地理重建和磷礦找礦預(yù)測，通過精細(xì)還原成礦期古地理環(huán)境和劃分古地理單元，確立古地理?xiàng)l件對磷礦沉積的控礦因素、圈定有利成礦區(qū)，為構(gòu)建找礦預(yù)測模型和磷礦找礦預(yù)測提供依據(jù)(王澤鵬等，2016)。陡山沱組沉積時(shí)期為構(gòu)造活動(dòng)相對穩(wěn)定的海相沉積環(huán)境(Jiangetal.,2011；楊愛華等，2015)，巖相組合和地層厚度往往可以反映該地區(qū)的沉積分布范圍和沉積容納空間，即古地貌格局，如相對隆起和相對坳陷區(qū)、沉積區(qū)與非沉積區(qū)(暴露區(qū))的分布格局(馮增昭，2013)。本研究收集開陽地區(qū)溫泉、永溫、洋水、白泥壩、馮三、翁昭和新寨7個(gè)礦區(qū)和勘查區(qū)共計(jì)73條陡山沱組剖面數(shù)據(jù)，依據(jù)巖相學(xué)、礦物學(xué)和沉積學(xué)證據(jù)分析各個(gè)區(qū)各個(gè)層段的巖性組合、沉積層序與沉積環(huán)境特征，并對各剖面地層進(jìn)行層序劃分與對比，確定各區(qū)域巖性分布，計(jì)算、總結(jié)各剖面陡山沱組地層總厚度、磷礦層厚度和品位等數(shù)據(jù)并以此作為單因素，繪制厚度等值線圖(圖 4-A，4-B，4-C)，然后將這些厚度等值線圖與各層巖性段組合、礦石類型、沉積學(xué)特征等其他定性資料綜合分析，從而精確還原沉積期古地理分布和古地貌格局(圖 4-D)。

A—陡山沱組地層總厚度等值線圖；B—陡山沱組地層磷礦層(B礦層)厚度等值線圖； C—陡山沱組地層磷礦層(B礦層)品位等值線圖；D—開陽地區(qū)陡山沱組沉積期巖相古地理圖圖 4 開陽以東整裝勘查區(qū)陡山沱組地層定量巖相等值線圖與沉積期古地理圖(據(jù)王澤鵬等，2016；有修改)Fig.4 Isoline maps of quantitative lithofacies and palaeogeographic map from the Doushantuo Formation in exploration area in eastern Kaiyang region(modified from Wang et al.,2016)

通過陡山沱組地層厚度等值線圖恢復(fù)可見(圖 4-A)，陡山沱組厚度整體較薄(0～50 m)，且自南向北厚度逐漸增大，其中白泥壩—翁昭地區(qū)一線陡山沱期沉積厚度為0，表明沉積期未沉積地層，并結(jié)合前人資料將無沉積區(qū)域定為古陸分界線，即精確厘定了黔中古陸范圍，并確定了開陽地區(qū)南高北低的古地理格局；翁昭地區(qū)至新寨地區(qū)同樣存在北東向長條狀零沉積區(qū)，為黔中古陸北部的孤島，陡山沱期未沉積地層；局部地區(qū)古地理地形復(fù)雜，存在多個(gè)水下隆起或凹陷，導(dǎo)致局部地區(qū)地層厚度變化較大，如新寨勘查區(qū)東部、永溫勘查區(qū)西部等均存在高低不平的地勢條件。早期沉積的A礦層遭受改造、再沉積作用，其厚度品位很難統(tǒng)計(jì)，因此選取作用后的B礦層厚度等值線圖探索成礦規(guī)律(圖 4-B，4-C)，礦層在整體南高北低的古地理格局下，礦層厚度和品位自南向北對應(yīng)呈現(xiàn)“薄—厚—薄”和“貧—富—貧”的變化趨勢，表明有利成礦區(qū)僅限于水體深度適中的某一段區(qū)域，過淺或過深的沉積水域均不利于成礦。結(jié)合巖相學(xué)與沉積學(xué)證據(jù)認(rèn)為，有利成礦區(qū)礦層主體礦石為碎屑狀磷塊巖，是水動(dòng)力較強(qiáng)的臨濱帶環(huán)境的沉積產(chǎn)物。通過綜合分析陡山沱組厚度等值線圖、礦石結(jié)構(gòu)(如碎屑狀磷塊巖等)以及礦層內(nèi)沉積構(gòu)造(如波浪水流造成的交錯(cuò)層理)可知，開陽地區(qū)古地理格局為南靠黔中隆起的開闊淺水海岸沉積環(huán)境(圖 4-D)，水體深度自南向北逐漸變深，整體為波浪水流影響下的較高能淺灘沉積相區(qū)，水動(dòng)能較高的臨濱帶為磷礦有利成礦區(qū)，但局部地區(qū)受地勢高低不平的影響可能造成局部水流閉塞。

3.2.2 古地理控礦作用

開陽以東磷礦整裝勘查區(qū)西部磷礦層在南高北低的古地理格局下，溫泉、洋水、永溫一帶礦層最厚，礦石質(zhì)量最優(yōu)，新寨地區(qū)地形起伏不定，礦層厚度分布極不穩(wěn)定；南部白泥壩、翁昭地區(qū)水體較淺，受沉積空間限制沉積厚度較薄，而永溫—馮三—新寨以北水體雖然較深，但磷礦層厚度較薄，沉積巖性以含磷白云巖、白云質(zhì)磷塊巖為主，能夠達(dá)到工業(yè)品位的磷礦層較薄。此外，水下隆起區(qū)不易成礦，但隆起周緣往往成為優(yōu)勢成礦帶。

結(jié)合磷礦層沉積環(huán)境分析，黔中古陸的古地理格局對沉積成礦作用影響顯著。黔中古陸北緣開陽地區(qū)整體為開闊的磷質(zhì)淺灘沉積環(huán)境，且同期海平面歷經(jīng)幾次大規(guī)模上升和下降，使開陽地區(qū)沉積環(huán)境伴隨海平面變化發(fā)生相變。其中白泥壩—翁昭一線緊靠黔中古陸，地勢最高，僅在海平面達(dá)到較高水平時(shí)被淹沒，處于前濱帶—后濱帶交替環(huán)境，在極淺的海水環(huán)境中難以聚集磷質(zhì)，不能形成自生磷灰石沉積，巖性以陸源碎屑巖為主，偶夾波浪搬運(yùn)帶來的碎屑磷質(zhì)，因此白泥壩礦區(qū)與翁昭礦區(qū)礦層分布極不穩(wěn)定，品位較低；洋水—永溫—馮三一線磷礦層主要為碎屑狀磷塊巖，其中砂屑磷塊巖發(fā)育最為廣泛，為水流磨蝕、沖刷、搬運(yùn)和再沉積原生磷塊巖的產(chǎn)物，且礦區(qū)一直處于水體較淺的前濱相到臨濱相沉積環(huán)境，波浪水流動(dòng)能較強(qiáng)，對磷礦層持續(xù)改造，形成碎屑狀磷塊巖的大規(guī)模聚集，且頻繁的海平面升降變化使礦石遭受多期次的水流再造和暴露淋濾作用，從而形成了開陽地區(qū)厚度最大、品位最高、質(zhì)量最好的優(yōu)質(zhì)磷礦床；新寨勘查區(qū)海水較深，處于地勢較低的下臨濱—遠(yuǎn)濱相沉積環(huán)境，礦石以受水流作用簸選、再造作用較小的粉屑磷塊巖為主，部分層位含砂屑磷塊或泥晶磷塊巖層，且歷經(jīng)大規(guī)模海退作用在暴露期在A礦層、B礦層之間和B礦層底部均發(fā)育了白云巖層，并有一定的喀斯特化，且新寨地區(qū)地勢地貌較為復(fù)雜，水下地勢起伏較大，致使礦層厚度分布不穩(wěn)定，由于水動(dòng)能較弱，與臨濱相對比礦石質(zhì)較差。

4 富礦機(jī)制與成礦模式

4.1 三階段成礦作用

冰期后上升洋流將深部富磷海水帶至揚(yáng)子地臺(tái)上的淺水海岸，黔中古陸控制的周緣濱淺海地區(qū)成為有利成磷區(qū)，特別是開闊淺灘環(huán)境中的前濱到臨濱帶水動(dòng)力較強(qiáng)且持續(xù)作用使磷質(zhì)碎屑顆粒大量聚集，形成了具有極高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的高品位磷礦床(陳國勇等，2015；東野脈興等，2019；張亞冠等，2019)。通過對礦層沉積特征和礦石結(jié)構(gòu)的分析對比認(rèn)為，開陽以東磷礦整裝勘查區(qū)內(nèi)磷塊巖歷經(jīng)了3階段成礦作用：第1階段生物—化學(xué)初始成磷作用，陡山沱組沉積時(shí)期，由于上升流作用將深部富磷海水帶入淺海地區(qū)，在生物—化學(xué)成磷作用下，磷質(zhì)初始沉積，主要形成原生泥晶結(jié)構(gòu)、生物結(jié)構(gòu)磷塊巖等，初始成磷作用形成的原生磷塊巖品位往往較低，且分散在地層中難以形成連續(xù)的礦體(Pufahl and Groat，2017)；第2階段為機(jī)械(波浪簸選)成礦作用，原生磷塊巖在高能水流作用下受到破碎、搬運(yùn)和再沉積作用，這一過程中細(xì)粒碎屑物質(zhì)被簸選搬離，密度較大的磷質(zhì)碎屑得以保留聚集并受磷質(zhì)和白云質(zhì)膠結(jié)成礦，這一過程中原生沉積的磷塊巖受水流改造富集形成了品位高、厚度大的礦體(Abedetal.,2005；Pufahl and Groat，2017)，是磷塊巖的第1次富磷成礦作用；第3階段為淋濾成礦作用，受海平面變化的影響，之前形成的磷塊巖被暴露于海平面之上，受到強(qiáng)烈的淋濾作用影響，將磷塊巖礦石內(nèi)碳酸鹽膠結(jié)物及活動(dòng)性的元素淋濾帶出，礦層中保存大量溶蝕空洞，而抗淋濾溶解能力較強(qiáng)的磷灰石礦物則得以保留，形成磷塊巖的第2次富磷成礦作用(Lucasetal.,1980；Banerjeeetal.,1982；黃毅和田升平，1995)。

4.2 動(dòng)態(tài)成礦模式

陡山沱組沉積初期，氣候變暖，冰川融化，風(fēng)化速率較強(qiáng)，整裝勘查區(qū)均處近岸帶沉積，海綠石砂巖層發(fā)育，砂粒分選、磨圓較好，粒度自下而上粒度逐漸變細(xì)；隨水體進(jìn)一步上升，逐漸出現(xiàn)砂質(zhì)白云巖沉積(圖 5-a)。隨后海平面有頻繁的升降，但總體仍為上升趨勢；并伴隨上升洋流攜帶深部富磷海水進(jìn)入海灣淺水海岸，濱海地區(qū)藻類生物開始繁盛，在海灣地貌、生物作用和適合的物理化學(xué)條件下，形成陡山沱期第1次磷礦沉積，并在淺灘環(huán)境下形成磷的簸選作用富集(圖 5-b)。陡山沱組沉積中期，海平面再次下降，初期沉積的磷塊巖在這一時(shí)期經(jīng)受了暴露、淋濾作用，鈣質(zhì)、鎂質(zhì)等有害組分流失，磷質(zhì)進(jìn)一步聚集、保留(圖 5-c)。陡山沱組沉積晚期海水再次入侵，底部富磷海水再次侵入，再次形成磷塊巖沉積，位于洋水、永溫等地的臨濱帶在已經(jīng)過簸選和淋濾作用富集的A礦層基礎(chǔ)上直接成礦，形成了分布連續(xù)、厚度大、品位高的優(yōu)質(zhì)磷礦床(圖 5-d)，而位于新寨地區(qū)的遠(yuǎn)濱帶—淺海上部沉積區(qū)，在夾層白云巖沉積基礎(chǔ)上形成了磷質(zhì)與白云質(zhì)交替沉積，且水動(dòng)能相對較低，磷塊巖品位普遍不高。

圖 5 整裝勘查區(qū)震旦紀(jì)陡山沱期磷礦成礦模式示意圖(據(jù)張亞冠等，2016；劉建中等，2019；有修改)Fig.5 Metallogenic model of phosphorite deposits in the Sinian Doushantuo Formation from exploration area in eastern Kaiyang region(modified from Zhang et al.,2016；Liu et al.,2019)

5 “三位一體”成礦理論創(chuàng)新應(yīng)用

5.1 “三位一體”找礦預(yù)測地質(zhì)模型

礦產(chǎn)資源是一種客觀存在的地質(zhì)體，地質(zhì)工作者只能基于認(rèn)識來發(fā)現(xiàn)，而不是發(fā)明?！叭灰惑w”找礦預(yù)測模型是勘查區(qū)找礦預(yù)測理論遵循的原則，其中“三位”是指成礦地質(zhì)體、成礦結(jié)構(gòu)面和成礦作用特征標(biāo)志，“一體”則是指礦體、礦床或礦田；“三位一體”找礦預(yù)測是通過成礦地質(zhì)體、成礦結(jié)構(gòu)面、成礦作用特征標(biāo)志決定礦體、礦床或礦田產(chǎn)出的空間位置，反映成礦要素與成礦產(chǎn)物之間的空間關(guān)系，或者空間結(jié)構(gòu)模型(何進(jìn)忠，2016)。

圖 6 整裝勘查區(qū)磷礦“三位一體”找礦預(yù)測地質(zhì)模型(據(jù)劉建中等，2019；有修改)Fig.6 Triunity model for ore prospecting and prediction in the exploration area(modified from Liu et al.,2019)

與內(nèi)生金屬礦床礦體分布模式不同，沉積型礦床往往具有沿地層展布的層狀礦體特征，其成礦結(jié)構(gòu)面往往為含礦地層的頂?shù)捉缑妫傻V作用特征標(biāo)志則通常為礦層特殊的沉積地質(zhì)特征。開陽地區(qū)陡山沱組地層巖相分布、磷礦石成因結(jié)構(gòu)特征和礦體展布受到沉積期古地理的嚴(yán)格控制，因此恢復(fù)陡山沱組沉積時(shí)期古地理是建立“三位一體”找礦預(yù)測模的關(guān)鍵。大量的地質(zhì)資料和野外勘查綜合研究認(rèn)為，黔中地區(qū)在震旦紀(jì)成磷期之前的南華紀(jì)區(qū)內(nèi)經(jīng)過了長期剝蝕和夷平，形成了以黔中古陸為核心的平緩海岸型的無障壁海灘環(huán)境，陡山沱期沉積環(huán)境繼承了這一古地理格局，為成磷作用提供有利的古地理環(huán)境，控制了開陽地區(qū)磷礦床的分布。通過定量巖相古地理恢復(fù)，結(jié)合礦石沉積構(gòu)造特征，精確還原磷礦層沉積期古地貌，劃分沉積微相，并結(jié)合開陽地區(qū)陡山沱組磷礦層“三階段”動(dòng)態(tài)成礦模式，陡山沱期動(dòng)蕩的水體環(huán)境為磷礦層的富礦作用提供了有利條件，原生沉積的磷礦層很難達(dá)到優(yōu)質(zhì)品位，磷塊巖經(jīng)受海平面頻繁變化影響受多期次沖刷、簸選、暴露、淋濾、膠結(jié)及再沉積作用才最終形成高品位磷礦床?；谝陨铣傻V理論，結(jié)合沉積礦產(chǎn)特殊的層面狀成礦類型，厘定了陡山沱組磷礦床沿灘相沉積分布的成礦地質(zhì)體，陡山沱組底板段砂巖和燈影組白云巖為成礦地質(zhì)體上下結(jié)構(gòu)面，

表 1 整裝勘查區(qū)磷礦“三位一體”找礦預(yù)測地質(zhì)模型Table1 Geological characteristics of triunity model for ore prospecting and prediction in the exploration area

黔中古陸周緣灘相沉積構(gòu)造特征是成礦作用特征標(biāo)志，以此建立了開陽磷礦“三位一體”找礦預(yù)測模型，并精確圈定了富磷礦體分布范圍(圖 6，表 1): 淺部海水是受上升洋流攜帶磷質(zhì)輸入淺水聚集影響最大的區(qū)域，且此區(qū)域生命活動(dòng)繁盛，利于表層海水的生物繁盛與底層海水磷酸鹽的快速供給，造成了淺部海洋磷酸鹽濃度的急劇提升，為成磷作用提供了豐富的物質(zhì)來源和成礦條件；在無障壁磷質(zhì)海灘沉積環(huán)境下，臨濱帶波浪水流動(dòng)能高、持續(xù)時(shí)間長，為磷質(zhì)聚集提供了源源不斷的簸選作用成礦動(dòng)力，為磷礦床富礦的最優(yōu)區(qū)域，是找礦預(yù)測的重點(diǎn)靶區(qū)；緊靠古陸極淺水的海岸帶，由于離陸源較近，海水極淺，且陸源碎屑輸入豐富，磷質(zhì)輸入不足，其沉積環(huán)境很難形成自生磷灰石，僅依靠水流沖刷附近地區(qū)已沉積的磷塊巖碎屑帶入，故礦層厚度、品位分布極不均勻，礦層較薄，很難達(dá)到高品位磷礦床；地勢較低的半深水緩坡，沉積環(huán)境生命活動(dòng)較相對微弱，缺少磷質(zhì)聚集源動(dòng)力，因此很難形成大規(guī)模的磷塊巖沉積，且深水環(huán)境磷質(zhì)沉積較為分散，無法通過水流機(jī)械分選等作用使磷質(zhì)富集，很難形成大規(guī)模磷礦床，磷塊巖往往呈夾層、透鏡體或結(jié)核狀分布，磷塊巖層在陡山沱組分布較分散，無固定的層位，礦石品位差異變化較大，在地區(qū)分布上也極不穩(wěn)定。

5.2 區(qū)域找礦潛力預(yù)測

根據(jù)已建立的“三階段”成礦模式和“三位一體”找礦預(yù)測地質(zhì)模型認(rèn)為，平緩開闊的古海岸與傳統(tǒng)認(rèn)為的古海灣或潮坪—潟湖相成磷環(huán)境相比，預(yù)示磷礦成礦空間的擴(kuò)大和磷礦找礦范圍擴(kuò)大。先前已發(fā)現(xiàn)的開陽洋水礦區(qū)與甕安—福泉礦區(qū)之間不應(yīng)是陡峭的海岸，而應(yīng)有較大面積的灘相環(huán)境，證實(shí)該區(qū)是磷礦成礦的有利空間，開闊的無障壁海灘成磷環(huán)境打破了傳統(tǒng)認(rèn)為的潮汐通道成礦模式，確定了沿開闊磷質(zhì)海灘層面展布的礦體分布范圍，極大拓展了找礦空間，成礦面積從250 km2拓展至1000 km2，預(yù)測資源量從0.9442×108t擴(kuò)大至13×108t(劉建中等，2019)。實(shí)際找礦預(yù)測中，在原先已圈定的5個(gè)有利的找礦靶區(qū)(永溫、馮三、新寨、白泥壩、甕昭預(yù)測區(qū))基礎(chǔ)上，認(rèn)為永溫北部、馮三北部、新寨北部在古地理位置上仍然處于黔中古陸北緣開闊淺灘環(huán)境中的臨濱相—遠(yuǎn)濱相沉積環(huán)境，永溫北部已實(shí)施的見礦鉆孔(ZK1809，見礦深度1830 m，礦層厚度1.2 m，品位34.55%)和新寨磷礦床周邊小規(guī)模的磷礦床開采(龍江磷礦、龍水磷礦等)均為新預(yù)測區(qū)找礦預(yù)測提供了有利的地質(zhì)依據(jù)，這些地區(qū)均具備富磷礦成礦條件(圖 7)。

5.3 找礦成果驗(yàn)證

通過磷礦成礦理論創(chuàng)新和“三位一體”找礦預(yù)測地質(zhì)模型，對部分區(qū)塊實(shí)施工程化驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)永溫、新寨2個(gè)大型磷礦床和馮三中型磷礦床，新增磷資源量近5.5×108t，特別是新增富磷礦資源量3.5×108t，相當(dāng)于“再造一個(gè)開陽磷礦”，取得了中國富磷礦找礦的重大突破，磷礦資源接續(xù)基地已初見雛形。

5.3.1 永溫隱伏大型磷礦床

5.3.2 新寨隱伏大型磷礦床

地處貴州省開陽縣龍水鄉(xiāng)境內(nèi)，龍水?dāng)嗔褬?gòu)造帶以南，面積約80.76 km2。新寨磷礦古地理位置上處于黔中古陸北緣開闊灘相沉積環(huán)境的臨濱帶下部到遠(yuǎn)濱帶，為重點(diǎn)找礦預(yù)測靶區(qū)，完成鉆探13i466 m，發(fā)現(xiàn)礦體3個(gè)，礦體埋深600～900 m，礦體產(chǎn)出標(biāo)高77～327 m，礦體厚1.04～7.14 m。走向上，由西向東礦體有逐漸變厚趨勢；傾向上新場向斜近軸部厚，沿向斜兩翼逐漸變薄。礦石品位14.82%～35.97%。估算磷礦資源量(推斷量+預(yù)測量)18533×104it，其中推斷的資源量3149×104it。按礦石品級分，Ⅰ級品6012×104t，Ⅱ級品12521×104it。

圖 7 黔中地區(qū)區(qū)域磷礦資源量預(yù)測成果圖(2)貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊(duì). 2018. 貴州省開陽以東磷礦整裝勘查區(qū)礦產(chǎn)調(diào)查與找礦預(yù)測報(bào)告.Fig.7 Prediction results map of phosphorite deposits of the central Guizhou Province

5.3.3 馮三隱伏中型磷礦床

地處貴州省開陽縣馮三鎮(zhèn)境內(nèi)，洋水背斜北段東翼與龍水—馮三向斜西翼接合部。古地理位置上位于黔中隆起北緣開闊淺灘環(huán)境臨濱帶到遠(yuǎn)濱帶上部，完成鉆探1830 m(1個(gè)孔)，深部探索已經(jīng)發(fā)現(xiàn)磷礦體1個(gè)，礦體埋深1480 m，礦體厚5.18 m，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，近東傾，傾角較小，礦石品位21.2%～32.55%，平均品位25.35%。雖然該區(qū)礦體埋深較大，但該區(qū)鉆孔的見礦，將洋水和龍水連接起來，形成一個(gè)完整的成礦系統(tǒng)，區(qū)內(nèi)找礦潛力得到充分展現(xiàn)，估算預(yù)測的資源量4699×104t。按礦石品級分，Ⅰ級品1796×104t，Ⅱ級品2903×104t。

6 結(jié)論及意義

1)通過對開陽以東磷礦整裝勘查區(qū)礦層分布特征和層序?qū)Ρ?，結(jié)合礦石結(jié)構(gòu)特征和沉積構(gòu)造特征，運(yùn)用定量巖相古地理方法精確還原了研究區(qū)古地貌，圈定了黔中古陸，認(rèn)為黔中古陸北緣平緩開闊的淺灘相沉積環(huán)境為磷塊巖沉積提供了良好的古地理?xiàng)l件，其中臨濱相為富磷礦成礦最有利成礦區(qū)。

2)建立了陡山沱組富磷礦“三階段”成礦富集模式：原始生物—化學(xué)成磷作用(初始成磷作用)、波浪簸選成礦作用(第1次富磷成礦作用)和暴露淋濾成礦作用(第2次富磷成礦作用)，其中開陽地區(qū)波浪簸選和暴露淋濾是形成厚度大、品位高富磷礦床的主導(dǎo)因素，并受高能開闊的淺灘相沉積環(huán)境控制。“三階段”成礦作用伴隨海平面變化多期次、多階段交替進(jìn)行，最終形成了品位高、厚度大的富磷沉積礦床。

3)通過“三位一體”成礦理論，確定成礦地質(zhì)體、成礦結(jié)構(gòu)面和成礦結(jié)構(gòu)標(biāo)志，建立找礦預(yù)測地質(zhì)模型，精確預(yù)測并發(fā)現(xiàn)了永溫、新寨2個(gè)大型磷礦床和馮三1個(gè)中型磷礦床，并為進(jìn)一步勘查預(yù)測提供了重要的指導(dǎo)意義。