宁夏沉积型磷矿成矿特征及资源潜力预测

2013-09-04任战利李文厚

地下水 2013年4期

艾宁，任战利，李文厚，尚婷

(1.西北大学地质学系，陕西西安710069;2.宁夏地质调查院，宁夏银川 750021;3.延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710069)

宁夏矿产资源总体特征为种类少，规模小，省内优势矿种主要为煤炭及部分非金属矿种。宁夏磷矿资源相对较为丰富，全自治区共发现的磷矿(化)点有4处。其中，中型矿床1处，小型矿床1处，磷矿点2处。这些矿床、矿点集中分布在贺兰山和香山一带。全区已发现磷矿各类级别(含334)矿石资源量累计1 391.45万 t。矿床成因类型主要为沉积型，具体可分为下寒武统海相沉积型磷矿和上奥陶统海相沉积型磷矿。上奥陶统海相沉积型磷矿分布在香山南麓的油井山、五爪子山等地，含矿层位系上奥陶统香山群狼嘴子组黄河井段，矿床规模小。下寒武统海相沉积型磷矿主要分布在贺兰山中段的苏峪口，紫花沟、金塔泉等地，地理上处于宁蒙边界一带，含矿层位系下寒武统辛集组，其中宁夏苏峪口中型磷块岩矿床就属于该类预测类型，是宁夏磷矿资源勘查开发利用的主要对象，故本文重点研究此种类型。

1 下寒武统沉积型磷矿成矿特征

1.1 成矿地质背景

下寒武统沉积型磷矿，主要分布在贺兰山中段的苏峪口，紫花沟、金塔泉等地，含矿层位系下寒武统辛集组，典型矿床为苏峪口中型磷块岩矿床。

贺兰山中段地区的沉积基底为活动类型的陆缘碎屑岩夹(基性—中酸性)火山岩建造(赵池沟岩组)和黄旗口花岗岩基。青白口系是华北克拉通西南缘贺兰山地区最早的盖层沉积，属滨、浅海相碎屑岩－碳酸盐岩建造，其角度不整合覆于滹沱系赵池沟岩组及长城纪斜长花岗岩之上。震旦系正目观组角度不整合于青白口系及更老的地层之上，下部为复成份砾岩建造，上部为粉砂岩—泥岩建造。

寒武纪—奥陶纪时期，贺兰山中段地区频临华北陆表海西缘，与华北腹地一样，初期(辛集期)为辛集组属滨海浅滩相，从初期的冲刷海岸沉积开始，进而出现滨海浅滩高能环境下的砾－砂质鳞块岩、磷质砂岩、白云质砂岩等沉积，反映了一个海侵沉积序列。随着华北区海侵范围逐步扩大，整个贺兰山中－北段及相邻地区均为海水淹没，发育一套由陆源碎屑海岸—浅海陆棚—台地边缘浅滩—台地潮坪相—陆棚内缘斜坡相组成的陆表海沉积。

晚石炭世海侵从卫宁北山(早石炭世晚期)漫入贺兰山中南段—苏峪口地区，沉积了土坡组潮坪相－泻湖相－滨浅海沉积，并在晚石炭世，华北与整个贺兰山均是汪洋一片。此后进而沉积了晚石炭－早二叠世太原组潮坪－泻湖－三角洲相含煤岩系和上二叠统山西组陆相含煤岩系。这种海退作用，以及陆表海盆消亡到陆相盆地基本完成的海陆转换过程。随后沉积的早二叠世晚期—晚二叠世早期石盒子组的一套河流相的粉砂岩—砂岩建造。

图1 宁夏贺兰山沉积岩建造综合柱状图

三叠纪区内为陆相盆地，连续沉积了石千峰群、二马营组、大风组、上田组等湖泊－三角洲相沉积，为砾岩—砂岩—泥(页)岩建造。

中侏罗统延安组河流相含煤碎屑岩建造。

下白垩统庙山湖组主要分布于贺兰山东、西两侧的盆地内部或盆地边缘地区，其角度不整合于上侏罗统安定组或更老的地层之上，为复成份砾岩建造，具有山前断陷盆地或前陆盆地沉积特征。早白垩世末盆地抬升或遭受挤压、逆冲作用而消亡［1－3］。

1.2 矿床特征

1.2.1 区域地质

贺兰县苏峪口磷矿床大地构造位置处于华北陆块区(Ⅰ)鄂尔多斯地块(Ⅱ)鄂尔多斯盆地西缘坳陷带(Ⅲ)贺兰山裂陷(Ⅳ)贺兰山中北段新元古代—三叠纪裂陷(Ⅴ)。

区域内出露的地层有古元古代贺兰山群，晚元古代黄旗口组和王全口组，震旦系正目观组、寒武系辛集组、朱砂洞组、陶思沟组和胡鲁斯台组，以及奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系等地层。其中，寒武系辛集组是磷矿成矿的重要赋存地层，同时，早寒武世也是苏峪口磷矿的重要成矿时代。

1.2.2 成矿构造阶段、构造环境和古地理环境

如前述，下寒武统辛集组下部是贺兰山中段磷矿的矿源层和赋矿层位。矿层严格受层位控制。该时期的构造成矿阶段是早古生代被动陆缘稳定型裂陷和拗陷阶段，磷矿的形成期为寒武纪早期，早寒武世，海水沿华北陆块南缘进入测区，直抵贺兰山中段苏峪口一带，沉积了一套滨海碎屑岩。从初期的冲刷海岸沉积开，进而出现滨海浅滩高能环境下的砾－砂质鳞块岩、磷质砂岩、白云质砂岩等沉积，反映了一个海侵沉积序列［4］。

以苏峪口为代表的辛集组含磷层位形成了利于磷富集的海湾。成矿环境为气候湿热的高能环境下的滨岸浅滩。代表温暖环境下的浅海环境，随后沉积环境由浅海相沉积转变为泻湖相沉积，且气候转为炎热干燥，不利于磷的富集。

含磷层位厚以苏峪口为最厚，向南变薄之势明显。

1.2.3 矿体主要形态、产状

苏峪口磷矿床，矿体呈似层状分布，共有三个矿层，从底部到顶部分别为:磷砾岩矿层、砂质磷块岩矿层、钙质磷块岩矿层。

1.2.4 矿石类型

苏峪口磷矿的主要矿石类型有三种类型，分别是钙质磷块岩、砂质磷块岩和磷砾岩。

钙质磷块岩，深灰色，鲕状结构，块状构造。鲕粒为石英，滚圆状，鲕粒外皮为泥质，硅质及胶磷矿。胶结物为含铁质的碳酸盐，黄铁矿呈星散状，并见方解石细脉呈网状，该类矿石多位于矿层顶部，厚0.1～0.83 m。西南部除自生石英外，尚有白云石20% ～25%，最高至60%，磷达不到边界品位，而成夹石。

砂质磷块岩:中粗粒碎屑结构，灰—深灰色，风化面为浅灰色。碎屑有石英半滚圆状，浑圆状，时见溶蚀状。长石以纳长石为主，晶形稍有弯曲，表面已风化为绢云母、高岭石。粒径0.3 mm，下部变粗，胶结物为含铁的碳酸盐矿物15%，硅质及胶磷矿30%，此类矿石位于矿层中部，厚度 0.2～1.07 m。

磷砾岩，灰褐色，中厚层状，位于矿层底部。矿石由砾石和胶结物组成，砾石成分为石英。硅质岩、硅质灰岩、粉砂岩、页岩，粒径0.2～5 cm，多呈扁圆状。胶结物主要为胶磷矿，其次铁质，泥质，具基底式胶结。1977年与西南部扩建区的砂岩状，砾状矿石中，除上述成分外，还有微量独居石，金红石，石榴石等。

矿石磷含量分布很不均匀，矿区内由东北向西南矿层厚度增大，而品位降低。矿石类型的不同品位有明显的变化。

1.2.5 成矿模式

矿床成矿模式图是理想化模式示意图，主要表达成矿过程、成矿地质作用、成矿构造、成矿特征等内容，以及时空变化及其相互关系。

早寒武世为苏峪口磷矿床最重要的成矿期，震旦纪大冰期结束后，气候由寒冷向温暖转变，生物开始繁盛，海侵作用使深海洋流将磷或磷酸盐物质带到浅海区，形成普遍含磷的沉积岩系。对于沉积型磷矿来说，有利的大地构造位置是古陆块的边缘地带，然而被动大陆的边缘和古陆块的缓坡更为有利，因为这些地带更容易形成广阔的陆表海以及局限盆地。而宁夏的成磷区是环绕着阿拉善地块东部边缘，在银川市—贺兰县一带的下寒武统辛集组形成磷矿，主要包含在砂岩、砾岩碎屑沉积层内。

磷矿层底部砾状磷块岩的存在说明，当时处于半固结状态的磷质沉积物经过海水的冲刷作用和一定的搬运过程重新胶结成岩，矿床是经过一定的物理机械作用富集形成的［5］。

图2 宁夏贺兰山磷矿预测工作区成矿模式图

2 沉积型磷矿资源潜力预测

2.1 矿产预测类型与预测方法

矿产预测类型是开展矿产预测工作的基本单元，凡是在同一地质作用下形成的矿床，成矿要素和预测要求基本一致，可以在同一张预测底图上把预测的矿床、矿点和矿化线索归为同一矿产预测类型［6］。宁夏海相沉积型磷矿于寒武纪初形成，矿床赋存于早寒武世辛集组的磷块岩中，成矿物质来源于阿拉善地块和鄂尔多斯地块的陆源碎屑及含磷质的海洋生物，按照全国潜力评价矿产资源预测类型划分原则，本区辛集式下寒武统海相沉积型磷块岩矿床，预测方法类型选择沉积型矿产预测方法，预测底图采用1∶5万沉积建造构造图，1:5万岩相古地理图，定量预测方法选择用地质体积法计算。

2.2 预测要素与预测模型

综合信息矿产预测方法为通过对典型矿床的研究，结合地球物理、地球化学、遥感、自然重砂等信息进行合理评价，确定预测要素，并根据相关性，将预测要素分为:必要、重要、次要等级别。对贺兰山磷矿预测工作区初步拟选结果见表1。其中岩相古地理及寒武系辛集组(ε1x)是必要的预测要素［7－8］。

2.3 预测单元划分及预测地质变量选择

预测单元划分方法主要有综合信息网格单元法和地质单元法。

综合信息网格单元法是把研究区按着一定的间隔划分成面积相等、形状相同的若干个单元，针对每个单元进行预测要素信息的综合叠加分析。地质单元法是指应用于对预测矿种具有明显控制作用的地质条件和找矿意义明确的标志圈定地质统计单元的方法，包括综合信息地质单元法和单项信息法两类。根据对辛集式沉积型磷矿的研究，认为其预测要素及其要素组合特征主要是赋矿地层、沉积建造、岩相等要素，而且沉积建造为磷矿预测的必要要素，是对磷矿成矿具有明显控制作用的地质条件。据此，在对本自治区内辛集式磷矿进行预测单元划分时，选用综合信息地质单元法作为预测单元的划分方法［9－10］。