新疆平台山-大水地区海相沉积型磷钒矿典型矿床特征及成矿规律研究

2014-06-05陈疆曲凤英贾红旭徐永波殷长江赖涛李卫东刘洋旭谭克彬郭勇明

新疆有色金属 2014年2期

关键词：岩系裂谷大水

陈疆曲凤英贾红旭徐永波殷长江赖涛李卫东刘洋旭谭克彬郭勇明

（①新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队哈密839000②新疆维吾尔自治区地质调查院哈密 839000）

新疆平台山-大水地区海相沉积型磷钒矿典型矿床特征及成矿规律研究

陈疆①曲凤英①贾红旭①徐永波②殷长江①赖涛①李卫东①刘洋旭①谭克彬①郭勇明①

（①新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队哈密839000②新疆维吾尔自治区地质调查院哈密 839000）

新疆哈密市平台山-大水地区海相沉积型磷钒矿分布于塔里木板块北山裂谷系北山中间地块，寒武系黑色碎屑沉积岩建造控制着该区与北山早古生代裂谷寒武纪黑色碎屑沉积岩系有关的沉积型磷钒矿的分布与品位，典型矿床有平台山磷钒矿、大水西钒矿，对成矿控制因素，矿床时空分布规律进行了研究。

平台山-大水地区海相沉积型磷钒矿典型矿床特征成矿规律研究

新疆平台山－大水地区是新疆重要成矿带之一，分布于塔里木板块北山裂谷系北山中间地块的东段，近年来随着国家、市场资金项目的投入，陆续发现了与寒武系黑色碎屑沉积岩建造有关的平台山磷钒矿、大水西钒矿等众多数量的钒矿床（点）、矿化点,规模不断扩大。

与寒武系黑色碎屑沉积岩建造有关的磷钒矿床研究成果也不断出新：叶杰等研究了黑色岩系型矿床的形成作用及其在我国的产出特征；高振敏等研究了黑色岩系中贵金属富集层的成因;杨富全等研究了新疆天山黑色岩系型矿床的地质特征及找矿方向；赵省民等进行了敦煌方山口大型钒磷铀矿床的稀土元素地球化学研究；常想德等进行了平台山钒矿成因探讨等。

本文在前人基础上，通过对成矿地质背景、寒武系黑色碎屑沉积岩特征、磷钒矿典型矿床及区域成矿规律的研究，旨在为进一步推动磷钒矿的找矿突破积累资料。

1 区域地质背景

新疆哈密市平台山－大水地区海相沉积型磷钒矿分布于塔里木板块北山裂谷系北山中间地块。加里东构造期，本区发生大规模的近东西向伸展－拉张作用，造成下部地壳高度拉薄；上部地壳拉张，形成地垒－地堑相间的古生代北山复合裂谷海槽，在本区形成寒武系沉积硅质岩、碎屑岩，奥陶系锡林柯博组沉积碎屑岩。本区的磷钒矿即形成于寒武纪沉积时期。

（1）构造特征

区内早古生代裂陷槽控制着该区与北山早古生代裂谷寒武纪黑色沉积岩系有关的沉积型磷矿的分布。该区的含磷岩系在区域上呈狭长带状东西向分布古生代北山复合裂谷海槽，严格受此东西向的构造带控制，并且在南北方向受到海槽范围的控制，使得沉积范围被限制在北山裂谷区域内。后期的构造，如褶皱和断裂，主要是在空间上改变磷矿的分布，平台山磷矿向背斜两翼富集，并且被断裂错断、抬升，遭受剥蚀。

（2）沉积岩建造

寒武系黑色碎屑沉积岩建造控制着该区与北山早古生代裂谷寒武纪黑色碎屑沉积岩系有关的沉积型磷矿的分布与品位，东西方向上的沉积深度控制着磷矿的品位，即由东向西变贫。平台山磷矿、大水磷矿均产出与寒武纪双鹰山群。

含磷岩系总体为灰色、灰黑色碎屑岩，相伴生的自生矿物为硅质、方解石、泥质、粉砂质及少量黄铁矿，这表明早寒武世时，该区气候温暖而潮湿。但早寒武世初期所堆积的杂色粘板岩颜色较杂，有机炭含量低，并有红层出现，反映在早寒武世初期出现过一段短暂的干燥环境，而主要磷矿层正是在这种气候由寒冷干燥变得温暖潮湿的情况下沉积下来的。气候由寒冷干燥变得温暖潮湿，一方面浮游生物会大量繁殖，继而大量死亡分解、形成磷质沉积；另一方面，由于海水中CO2的浓度对磷酸盐的溶解有很大作用，海水温度升高，上下层海水对流加强，不但将富含磷质的海水带到浅海区，还造成海水中CO2逸出，并形成CaCO3沉积，此时水中CO2分压降低，磷酸钙在水中的溶解度亦随之降低，进而达到饱和、析出、沉积。据该地层出现的小舌贝化石，该区应当为60～300 m的浅海相沉积。

（3）侵入岩建造

该区磷矿以沉积型为主，寒武纪该区侵入岩不发育。寒武纪以后的侵入岩破坏了寒武系的沉积地层，使得该区的寒武系含磷地层支离破碎。在尖山子一带，华力西期的侵入岩使元古界碳酸盐建造中的磷富集，形成品位很低的热液型磷矿化点。

（4）变质岩建造

平台山地区的寒武系含磷岩系均有一定程度的变质，但对磷矿的形成影响较小，在局部地区，如尖山子地区，有品位很低的变质型磷矿化点，系中元古界碳酸岩磷酸盐。

2 典型矿床特征

（1）平台山磷钒矿

平台山磷矿赋矿地层为下寒武统双鹰山群一套由含炭粉砂质板岩－炭质板岩－杂色粘板岩夹薄层大理岩组成的碎屑－化学沉积浅变质岩地层，与下伏的蓟县系爱尔基干群岩层呈平行不整合接触，与上覆寒武系西双鹰山群地层平行整和接触。依据岩性特征和岩石组合，寒武系下统双鹰山群分为：双鹰山组上岩组（∈1sc）－含碳粉砂质板岩，零星分布少量黄铁矿，底部见有褐铁矿、石墨；双鹰山组中岩组（∈1sb）－碳质板岩，是主要的钒矿层，含少量磷灰石；双鹰山组下岩组（∈1sa）－杂色粘板岩夹薄层大理岩，该岩性组中的粉砂粘土质磷块岩，是主要的磷矿层。

矿区位于平台山复式背斜的次级背斜——平台山背斜，地层褶皱断裂十分发育。背斜构造核部较为尖利，倾向北方，轴迹近东西向，矿体已被剥蚀；两翼产状陡立，两侧向斜较为开阔，矿体产在背斜两翼和两侧向斜下寒武系统双鹰山组地层中，矿体随地层变化而呈褶曲状。

矿区发育有3组断层构造：第一组发育时间最早，为一组近东西走向的逆断层，断层倾向北方，倾角＞60°，规模较大，部分矿体被断层错断抬升至地表；第二组为一组走向北北东的平移断层，该组的断层稍晚于第一组，规模较小，部分地层和矿体在平面上被南北向错开；第三组为一组走向北北西向的平移断层，该组断层大致和第二组为同一时期，规模较小，部分地层和矿体在平面上被南北向错开。

矿区内的侵入岩主要为华力西期酸性侵入岩，形态以岩脉为主，走向与本区的构造线一致，以近东西向为主，岩性主要为黑云母花岗岩及钾长花岗岩。侵入岩与围岩为侵入接触关系，并使围岩发生角岩化、硅化等蚀变。由于岩体的上侵，在局部地区截断了地层和矿体。

平台山磷矿区中部由于处在背斜核部，地层被剥蚀，矿区被分为南北2个部分，分别南侧向斜和背斜的北翼。受沉积环境和构造影响，南部矿区磷矿P2O5含量在0.4%～1.2%，达不到工业价值，北部矿区磷矿相对较富，是本区的研究重点。

背斜北翼矿区共划分出7个矿体，各矿体特征描述见表1。

表1 平台山磷矿区1-7号磷矿体特征对照表

总体上，磷矿石由西向东、由边部向中间质量逐渐变好，厚度逐渐增加，这与当时的沉积环境以及后来的构造、变质作用有关。

在该区，钒矿作为磷矿的同生矿，平均品位达到0.553%，主要产在下寒武统双鹰山组中岩性组炭质板岩中。钒矿体呈层状，近东西向分布，以含钒绢云母形式产出，其沉积时间稍晚于本区磷矿的沉积。

矿区主要见到4种磷矿石自然类型：粉砂粘土质磷块岩、炭质磷块岩、碳酸质磷块岩、硅质磷块岩等。不同的矿石类型、结构、构造、有着不同的矿物成分，这与当时的沉积环境、古气候有关。

矿层中的伴生有益组分包括V、Ti、K、Ag、U、S、石墨、F、稀土等。其中V、石墨已达到工业要求，可进行工业开采，其他元素含量参照粉砂粘土质磷块岩光谱分析结果表和粉砂粘土质。

赋矿地层以含炭质板岩及含炭质石英岩为主，在地表常风化为黑色粉末，其他蚀变还有硅化、绿泥石化、碳酸盐化、绢云母化、黄铁矿化及电气石化等。

平台山磷矿主要是由滨浅海生物化学沉积作用形成的磷块岩矿床，其形成受到大地构造、古地理、古气候条件和化学介质的控制。

（2）大水西钒矿

矿区出露地层主要为蓟县系、寒武系、奥陶系、志留系和第四系，大水西钒矿产于寒武系双鹰山组（∈1s）地层中。区内断裂构造大致分为2个系统：一组为主干大断裂，近东西向延伸，为区内主要构造单元的分界线（如卡瓦布拉克-红柳河大断裂为2个（Ⅲ）级构造单元的分界线）；另一组为次级断裂，南北向或北东向延伸，多是近东西向大断裂的派生断裂。褶皱构造也较发育，为近东西向排列的复背斜和复向斜。矿区地质特征见图1。

图1 大水西钒矿平面地质图

矿体形态呈层状、似层状或透镜状，其产状与地层产状一致，倾向北西，倾角一般60°～68°，少量倾角49°～55°，局部倾角72°左右。矿体长度130～770 m，真厚度1.38～15.07 m，矿石以低品位矿为主、品位一般0.41%～0.58%，工业矿次之，品位一般0.68%～0.90%，最高达1.74%。含矿岩石为黑色石墨硅质板岩、碳质板岩、含碳硅质岩。目前控制矿体最大埋深677.46 m（标高672 m）。

脉石矿物：以石英、炭质、石墨为主，次要矿物为红柱石、石膏、碳酸盐，微量矿物有绿泥石、方解石等。

矿石矿物：矿石中85%以上的钒分布于云母类矿物相中,即为钒云母、钒绢云母，10%左右分布于氧化铁、高岭土相，余下不到5%的钒分布于电气石、石榴石类矿物中。

金属矿物：金属矿物有黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂、赤铁矿、钛铁矿、铜蓝、黄铜矿、黝铜矿。

矿石结构、构造：矿石由黑色石墨硅质板岩、（含）硅质炭质板岩或二者互层组成，具有石墨硅质板岩型与（含）硅质炭质板岩型矿石的双重矿物成分和结构、构造。矿石结构以显微鳞片状变晶结构、显微鳞片状粒状变晶结构为主，少量见有粒状变晶、花岗变晶、斑状变晶结构；矿石构造多呈条带状、网络脉状、斑杂状、角砾状构造及褶皱构造。

矿床模式:从蓟县系至早寒武系,该区处于塔里木板块塔北陆缘拉张条件下相对稳定的边缘浅海沉积环境,有利于沉积分异作用的进行,沉积时间长,沉积物厚度大,形成了一套厚度稳定的浅海相石墨硅质岩、碳酸盐岩及沉积碎屑岩建造。由于漫长的地史中地壳垂向运动,造成了海平面的缓慢升降,寒武系为海侵阶段形成了巨厚的沉积物,奥陶系为海退阶段遭受剥蚀,形成沉积间断,表现为寒武系和志留系之间呈不整合接触关系。寒武系是一次大的海侵,形成了稳定的沉积序列。海侵阶段有利于在不整合面上或沉积层序的下部形成钒矿物。大水西钒矿带位于红柳河断裂与方山口断裂之间，两断裂在西部收敛，使该带平面形态呈西合东张的扇状。有利于钒的沉淀而形成含钒炭质硅质岩建造。大水西钒矿区内钒矿体主要分布在断层及褶皱比较发育的地段，在构造交汇的膨大部位形成较大的矿体。近南北向次生断裂对成矿作用影响不大。

综上所述，矿区内钒矿体赋存于下寒武系地层中，海进时期特别是在下寒武系与蓟县系之间的沉积间断面上，形成了一套厚度稳定的浅海相硅质岩、碳酸盐岩及沉积碎屑岩建造。在有利的构造部位，含钒岩系经过较长时间的沉积，形成了该区的浅海－滨海相矿床。综合分析认为大水钒矿属于黑色页岩型钒矿床。矿床模式见图2。