錢趙偉，李金旺，李樹雷

(1. 中冶一局城市安全與地下空間研究院有限公司，北京 101100； 2. 咸陽(yáng)西北有色七一二總隊(duì)有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000)

0 前 言

陜西南部是我國(guó)主要的磷、錳礦成礦帶，該成礦帶西起甘肅文縣的溝嶺子，東到陜西漢中的天臺(tái)山，規(guī)模巨大，20世紀(jì)60年代以來(lái)，在該成礦帶先后發(fā)現(xiàn)了天臺(tái)山大型磷錳礦、略陽(yáng)金家河磷礦、勉縣茶店磷礦等[1]。該成礦帶地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變，主要位于秦嶺褶皺系南緣與揚(yáng)子地塊的過渡帶上，以陸源碎屑—碳酸鹽巖建造為主的海相淺變質(zhì)沉積型磷、錳礦床。學(xué)者普遍認(rèn)為天臺(tái)山磷、錳礦成礦地層時(shí)代為震旦紀(jì)陡山沱期[2-5]。在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，以天臺(tái)山磷、錳礦為研究對(duì)象，分析礦床地質(zhì)特征及成因條件，達(dá)到找礦預(yù)測(cè)目的。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

天臺(tái)山磷、錳礦地處揚(yáng)子地塊北側(cè)，秦嶺褶皺系南側(cè)，松潘—甘孜褶皺系東側(cè)，屬三者交會(huì)部位，勉略錳成礦帶東段南緣(圖1)，為我國(guó)傳統(tǒng)2大成磷區(qū)的華北成磷區(qū)(寒武紀(jì))南緣成磷帶、揚(yáng)子成磷區(qū)(震旦—寒武)陜鄂成磷帶的組成部分[2]。區(qū)內(nèi)地層由基底和蓋層組成，基底為太古界—元古界島弧火山—沉積巖系；蓋層主要為元古界—古生界碎屑—碳酸鹽巖沉積，少量中生界侏羅系和新生界碎屑沉積[1-2]。

1.華北地臺(tái)；2.秦嶺褶皺系；3.揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)；4.松潘—甘孜褶皺系；5.勉略錳成礦帶；6.摩天嶺錳成礦帶；7.巴山錳成礦帶；8.黎家營(yíng)

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)分布于亂石礁復(fù)背斜的南翼中段，構(gòu)造比較復(fù)雜，褶皺斷裂較發(fā)育，靈官埡背斜和天臺(tái)山復(fù)向斜為礦區(qū)的主體構(gòu)造，構(gòu)造線走向北東方向[1-2]。區(qū)內(nèi)巖漿巖不甚發(fā)育，僅有元古代中性侵入巖和少量華力西期基性侵入巖及印支期酸性侵入巖。礦區(qū)出露最老地層為前寒武系火山噴發(fā)—沉積巖系，上覆地層為寒武系下統(tǒng)及石炭系下統(tǒng)，由陸源碎屑巖及碳酸鹽巖組成[1]。

下寒武統(tǒng)塔南坡組是礦區(qū)內(nèi)磷、錳礦的含礦層位，根據(jù)巖性分為3個(gè)巖段，總厚0～174 m(圖2)。第一巖段，下部由炭質(zhì)千枚巖、炭質(zhì)絹云石英片巖及含錳白云巖組成，上部為磷塊巖礦層，總厚0～65 m；第二巖段，是錳礦體的賦存層位，巖性以含錳白云巖為主，下部夾錳礦層，厚度0～24 m；第三巖段，巖性主要為薄—中厚層狀白云巖，灰色—青灰色，微晶—隱晶結(jié)構(gòu)，塊狀及層紋狀構(gòu)造，以含錳低或不含錳及夾白色鈣質(zhì)石英巖條帶或硅質(zhì)條帶為特征。

圖2 塔南坡組含礦地層柱狀對(duì)比

2.2 礦體地質(zhì)特征

1)磷礦體地質(zhì)特征

磷礦體賦存于寒武系下統(tǒng)塔南坡組第一巖段上部的炭質(zhì)千枚巖(片巖)，是錳礦體的直接底盤，分布于靈官埡背斜的南北兩翼。PⅡ-2礦體為主要的磷礦體，占保有資源量的78.7%，礦體長(zhǎng)1 950 m，控制礦體最大垂深745 m，礦體平均厚度7.49 m，w(P2O5)為11.41%～27.09%，均值為18.12%，屬均勻型。

2)錳礦體地質(zhì)特征

錳礦體賦存于寒武系下統(tǒng)塔南坡組第二巖段含錳白云巖的底部，是磷礦層的頂板，分布于塔南坡礦段靈官埡背斜的北翼。分布范圍大致和磷礦體一致，產(chǎn)狀和磷礦體基本相同。礦體呈層狀或透鏡狀產(chǎn)出，層位穩(wěn)定。出露長(zhǎng)3 514 m，分為上、下2層，分別統(tǒng)稱MnⅠ(分為5個(gè)礦體)、MnⅡ(分為3個(gè)礦體)。MnⅠ直接位于磷礦層之上，或被0.17～10.48 m的含錳白云巖、夾磷條炭質(zhì)千枚巖(片巖)隔開，連續(xù)性較好；MnⅡ礦體位于MnⅠ礦體之上的含錳白云巖中，相距0.37～7.22 m，連續(xù)性較差。w(Mn)為12.28%～37.68%，均值為18.75%，均為高磷錳礦體，w(P)/w(Mn)均大于0.06，經(jīng)過焙燒后可直接作為錳鐵的原料使用。

3 地球化學(xué)特征

3.1 含磷礦石元素特征

磷塊巖中MgO、Al2O3、Fe2O3、酸不溶物(H·O)含量較高，P2O5含量較低，礦層中部P2O5含量比底部和頂部稍高，P2O5和酸不溶物呈負(fù)相關(guān)，P2O5含量高時(shí)酸不容物含量低，P2O5低則酸不溶物高。礦石中普遍含錳，特別是礦層中頂部條帶狀泥硅質(zhì)磷塊巖中Mn含量高，w(Mn)為0.06%～6.74%。w(CaO)、w(MgO)、w(CO2)、w(CaO)均值為26.31%，大部分存在于膠磷礦、磷灰石中，少量存在于白云石和方解石中，其含量和P2O5成反比；w(MgO)平均值為2.62%，MgO主要存在于白云石中，w(CO2)為4.98%。這些成分都是磷礦石中的有害組分，會(huì)影響磷礦石的直接利用。磷塊巖礦石化學(xué)組分含量見表1。

表1 磷塊巖礦石化學(xué)組分含量 %

3.2 碳酸錳礦石化學(xué)元素特征

礦石中有益組分Mn、TFe含量均低，二者比值為11.35%，屬單金屬錳礦石。有害組分P2O5含量較高，w(P)/w(Mn)為0.053%，w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)為1.71，w(CaO)/w(SiO2)為1.43，屬堿性礦石。碳酸錳礦石化學(xué)元素特征見表2。

表2 碳酸錳礦石化學(xué)元素特征 %

1)Mn：是礦石中主要有益組分，w(Mn)為12.85%～23.95%，錳主要存在于錳白云石中，少部分存在于硫錳礦及錳鋁榴石中，上層礦品位(19.53%)略高于下層礦品位(18.06%)；礦體中部較富，向邊部逐漸變貧；錳含量較穩(wěn)定，變化系數(shù)MnⅠ-1礦體為12.59%，MnⅡ-1礦體為15.45%。

2)TFe：錳礦石中鐵主要賦存于黃鐵礦中，w(TFe)為0.43%～3.33%，碳酸錳中w(TFe)較低，變化較小，變化系數(shù)為14.86%。沿剖面方向變化特點(diǎn)是：MnⅠ-1礦體中部含量低，上下部含量高，與w(Mn)呈負(fù)相關(guān)；MnⅡ-1礦體中部含量較高，上下部含量較低，與w(Mn)呈正相關(guān)。

3)P2O5：是礦石中主要的有害組分，以塵點(diǎn)狀膠磷礦及磷灰石的形式產(chǎn)出。含量變化大，w(P2O5)為0.16%～8.05%，主礦體P2O5變化系數(shù)為39.04%。沿走向上的特點(diǎn)：MnⅠ-1礦體w(P2O5)較高，中部高于邊部，西段高于東段，與w(Mn)呈正相關(guān)；MnⅡ-1礦體P2O5含量較低，且十分穩(wěn)定。沿剖面線方向的變化是：MnⅠ-1礦體含量較高，下部高于中上部；MnⅡ-1礦體含量低，變化穩(wěn)定。

4)S：以金屬硫化物形式存在于黃鐵礦和硫錳礦中，含量變化較大，在MnⅠ中w(S)為2.93%，分布不均勻變化大，變化系數(shù)為60.54%，在MnⅡ中含量2%,分布較均勻，變化系數(shù)為17.96%。

5)碳酸錳礦石造渣組分主要有SiO2、Al2O3、CaO、MgO。以SiO2和CaO為主，其堿度w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)為1.23～1.88，爐渣堿度w(CaO)/w(SiO2)為1.19～2.17，屬堿性礦石。礦石中w(CaO)、w(MgO)、w(Al2O3)、w(SiO2)比較穩(wěn)定，和w(Mn)呈負(fù)相關(guān)，4個(gè)造渣組分間呈正相關(guān)。

4 成礦地質(zhì)條件分析

4.1 磷錳礦成礦環(huán)境分析

根據(jù)楊紹許等[4]研究認(rèn)為，天臺(tái)山磷、錳礦離析沉積成礦環(huán)境主要受pH和Eh的控制，磷酸鹽沉淀的 pH為7.6～8.5，Eh為0.1～0.3 V，為弱堿性弱還原環(huán)境，而Mn2+的溶解、富集和沉淀需要在一個(gè)還原缺氧的物理化學(xué)沉積介質(zhì)環(huán)境中才能實(shí)現(xiàn)。w(V)/w(Cr)的比值?？梢宰R(shí)別沉積環(huán)境氧化還原條件，w(V)/w(Cr)<2.0指示富氧沉積環(huán)境，2.0≤w(V)/w(Cr)≤4.25指示次氧化沉積環(huán)境，w(V)/w(Cr)>4.25 指示缺氧沉積環(huán)境[6-7]。天臺(tái)山磷錳礦石的w(V)/w(Cr)為1.53～4.68(表3)，因此天臺(tái)山磷、錳離析沉積成礦總的物理化學(xué)環(huán)境是由弱酸性到弱堿性再到堿性，由氧化到還原，成礦pH的范圍為7.5～8.47和8.48～9.1。成礦期熱水的參與不僅帶入大量的錳質(zhì)，也帶入一定的揮發(fā)物H2S、CO2。磷錳礦石微量元素統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 磷錳礦石微量元素統(tǒng)計(jì) ×10-6

磷錳礦石中w(SiO2)遠(yuǎn)高于現(xiàn)代洋底3.1%的含量[6]，SiO2的沉積需要有低溫﹑低壓﹑中酸性和富含陽(yáng)離子Si飽和溶液等條件[7]。由此推斷，天臺(tái)山磷錳礦石中SiO2可能與富含陽(yáng)離子Si飽和溶液的低溫上升洋流有關(guān)。磷錳礦石中Sr、Ba含量較高，由于正常海水中Ba的含量一般在20 × 10-6以內(nèi)[8]，磷錳礦的富集可能和生物成礦作用有關(guān)。沉積成因的巖石w(Sr)/w(Ba)通常大于1[9]，天臺(tái)山磷錳礦石的w(Sr)/w(Ba)范圍為0.75～2.68，顯示較大的變化范圍，表明礦石的形成可能有熱液活動(dòng)的參與。

4.2 礦床成因

礦區(qū)大地構(gòu)造位置，處于康縣—略陽(yáng)華力西褶皺帶東段南緣，南與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)漢南古陸相接[10-11]。根據(jù)地層的年代可知成礦時(shí)代為早寒武世。磷、錳礦體均呈層狀產(chǎn)出，其分布受層位和巖性控制。磷礦石的結(jié)構(gòu)有粒屑結(jié)構(gòu)，構(gòu)造具有條帶狀、薄層狀構(gòu)造，反映了沉積巖的特征；錳礦石的結(jié)構(gòu)有隱晶結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)和球粒結(jié)構(gòu)，構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、層狀構(gòu)造、疊層狀構(gòu)造及膠狀構(gòu)造，同時(shí)也反映出沉積巖的特征。

磷錳的礦含礦建造為黑色炭質(zhì)千枚巖(片巖)—磷塊巖—含錳白云巖—錳質(zhì)巖—白云巖建造。磷礦呈穩(wěn)定的層狀位于旋回的下部；錳礦產(chǎn)于該建造的中部的含錳白云巖中。磷礦和錳礦均呈層狀平行產(chǎn)出，分布受層位和巖性控制。磷礦石具有的變余粒屑結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)，反映了變質(zhì)作用的的特點(diǎn)；錳礦石具有的晶粒結(jié)構(gòu)、球粒結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)及固溶體分解結(jié)構(gòu)，反映了變質(zhì)作用的重結(jié)晶特點(diǎn)。磷礦體賦存的巖性由炭質(zhì)千枚巖及炭質(zhì)片巖等組成，泥質(zhì)變?yōu)榻佋颇福植康拟c長(zhǎng)石化和磷礦石的脫炭、褪色均是后期變質(zhì)作用的結(jié)果。所以磷礦成因?yàn)闇\海相沉積變質(zhì)層狀磷塊巖礦床；錳礦成因?yàn)闇\海相沉積變質(zhì)型碳酸錳礦床。

5 結(jié) 論

1)礦體主要富集于下寒武統(tǒng)塔南坡組，磷、錳礦石的主要賦礦巖石不同，磷礦的含礦巖性為黑色炭質(zhì)千枚巖(片巖)，錳礦的含礦巖性為含錳白云巖。w(V)/w(Cr)變化范圍為1.53～4.68，反映了二者是在不同的氧化—還原沉積環(huán)境中發(fā)生分離而單獨(dú)沉積的。

2)天臺(tái)山磷錳礦富SiO2、CaO、P2O5，其中w(SiO2)為12.29%～29.0%，w(CaO)為17.64%～26.31%，w(P2O5)為0.16%～26.75%，SiO2來(lái)源可能與富含陽(yáng)離子Si飽和溶液的低溫上升洋流有關(guān)。w(Sr)/w(Ba)變化范圍為0.75～2.68，顯示較大的變化范圍，表明礦石的形成可能有熱液活動(dòng)的參與，為熱水沉積環(huán)境。

3)磷礦成因?yàn)闇\海相沉積變質(zhì)層狀磷塊巖礦床；錳礦成因?yàn)闇\海相沉積變質(zhì)型碳酸錳礦床。