新疆乌什县阔西塔西钒磷矿沉积环境分析及成因探讨

李长虎（新疆有色地质勘查局地质研究所乌鲁木齐830000）

新疆乌什县阔西塔西钒磷矿沉积环境分析及成因探讨

李长虎
（新疆有色地质勘查局地质研究所乌鲁木齐830000）

1 引言

阿克苏地区广泛出露有寒武系下统的玉尔吐斯组地层，由一套灰黑色碳质泥页岩夹薄层硅质岩、灰岩和灰绿色薄层细砂岩夹薄层硅质岩、灰白色白云质灰岩、白云岩组成。该地层中矿产资源丰富，分布有磷、钒、铀、石膏、白云岩等矿床。近年来随着矿业市场的活跃，矿产勘查的投入、选冶工艺的提高和勘查手段的多样化，不少单位和企业在该地区进行了钒、磷矿勘查，且取得了较为显著的成果。本文基于对乌什县阔西塔西钒磷矿勘查成果的研究，对其沉积环境进行分析并试图对其成因作初步探讨。

2 区域沉积环境

阔西塔西钒磷矿位于塔里木地台北缘柯枰断块之内，阿克苏鼻状隆起西北缘。区内广泛分布震旦系和古生代地层，其中震旦系-志留系主要属浅海相、滨海相碳酸盐沉积。

2.1 震旦系沉积环境

根据构造格局和沉积特征，新疆震旦系沉积划分为阿尔泰区、准噶尔区、塔里木区和昆仑区。塔里木沉积区在晚震旦世海侵面积明显扩大，在此期间塔里木地块大部分地区都接受了沉积。

区域内震旦系地层主要分布在苏盖提布拉克、喀拉克孜尔美那克、巧恩布拉克一带。依其岩性组合特征及接触关系，可细分为巧恩布拉克组、苏盖提布拉克组。

巧恩布拉克组（Z2q）为浅海相碎屑岩，以灰绿色砂岩、粉砂岩为主，夹少量凝灰岩、灰岩及砾岩，出露厚度1 882～410 m。苏盖提布拉克组（Z2s）分布和巧恩布拉克组相同，范围较前者广泛。本组下部为浅海-滨海相陆源碎屑建造，为一套紫红色碎屑岩，其中产丰富的藻类化石。该组的底部常见一层不稳定的底砾岩以角度不整合超覆于下伏地层的不同层位上，本组上部为一套浅海相含镁质及泥砂质的碳酸盐建造，以厚层块状白云岩、白云质灰岩、薄层灰岩为主，夹石英砂岩及薄层钙质砂岩、粉砂岩等，白云岩中常见有硅质及燧石条带。本组厚度一般为300～500 m。

阿克苏-乌什一带在晚震旦世处于塔西潮坪相带。震旦纪末期的柯坪运动使该相带抬升遭受剥蚀。由于塔西南和塔中剥蚀区扩大，塔西潮坪相带范围缩小，海水有所加深，使该区形成塔西局限地台-潮坪相带，沉积物以厚层白云岩为主。

区域内震旦系火山岩主要为晚震旦世早期的火山岩，分布于阿克苏-乌什苏盖提布拉克组，喷发次数较少，厚度变化较大，一般为80～328 m，岩性主要为基性岩、玄武岩、橄榄玄武岩、粗玄岩等。

晚震旦世气候转暖，除了基本无冰碛物之外，尚有大量灰岩和白云岩，阿克苏-乌什奇格布拉克组白云岩厚度达100～300 m。此时微古植物种类也比较繁多，并出现一些新型的单细胞藻类。

2.2 寒武系沉积环境

寒武系基本继承了震旦系晚期的构造古地理格局，表现为大面积的海域与剥蚀区，岛屿相间的古地理面貌。震旦纪末期的地壳上升运动，使本区震旦纪地层顶部普遍分化剥蚀，形成区域性侵蚀面。早寒武世地层平行不整合在震旦系侵蚀面上。早寒武世早期，由于全球性的海平面上升，塔里木广泛接受沉积。沉积类型基本为稳定型或过渡型的碳酸盐岩、细粒碎屑岩、硅质岩沉积。

区域内寒武系地层主要为下寒武统萨尔布拉克组和中上寒武统阿瓦塔克群。

下寒武统萨尔布拉克组（∈1sr）在区域上分布较广，其中萨尔布拉克组中段（∈1sr2）为灰色中厚层状含磷生物碎屑白云岩、瘤状生物碎屑白云岩、炭质页岩、含不规则硅质岩条带白云岩，其底部为2～4 m厚的含磷、钒矿层，其上下均为中-厚层状细晶白云岩。本组地层厚度300～550 m，与上下地层均为整合接触。中上寒武统阿瓦塔克群在区域广泛分布，主要为灰色、黄褐色、红色含石膏的泥岩、泥质粉砂岩、泥灰岩、灰岩、白云岩等一套浅海-泻湖相沉积物，局部石膏层厚可达10 m以上。该群厚100～200 m，与上下地层均为整合接触。

区域内早寒武世位于塔西局限台地相带。早寒武世早期与全球海平面上升相对应，区内迅速发生海侵，形成海侵体系域-高水位体系域沉积。早寒武世中晚期，高水位体系域进一步发展，形成肖尔布拉克组局限台地相白云岩以及吾松格尔组潮间带叠层藻白云岩沉积。总体看早寒武世该相带经历了由盆地-局限海-潮间的演化，完成了寒武纪第一次海进海退旋回。

区域内寒武纪火山活动很不发育，只是在早寒武世有少量火山岩分布于北准噶尔区及库鲁克塔格一带。

与晚震旦世相比，寒武纪气候明显转暖，生物界产生大爆发。带壳海生无脊椎生物空前繁盛，三叶虫、腕足、小壳、古杯海绵、古介形类，腹足和藻类等各类化石大量发育，其中三叶虫数量较多。区域内主要分布有底栖类三叶虫。

区域内矿产较丰富，分布有具有工业价值的矿产。主要为沉积型钒矿、磷矿，其次为白云岩矿、石灰岩矿和石膏矿；在塔里木盆地，寒武系还是重要的生油层。

由于成矿时代主要为晚震旦-早寒武，故对区域内志留系及晚古生代地层沉积环境不再做详细叙述。

3 矿区地质（沉积）特征

阔西塔西钒磷矿矿区内出露地层较为单一，主要为寒武系下统萨尔布拉克组，局部出露中上寒武统阿瓦塔格群及震旦系上统苏盖提布拉克组。此外，在山前及沟谷低洼处出露有第四系冲洪积物与坡积物。

3.1 寒武系下统萨尔布拉克组(∈1sr)

寒武系下统萨尔布拉克组为一套滨浅海相碎屑岩、碳酸盐岩建造，在该区广泛分布。该组中段底部夹有含钒、磷矿层。与上覆的寒武系中-上统地层阿瓦塔格群为整合接触，与下伏震旦系苏盖提布拉克组为平行不整合接触。可分为下、中、上三个岩性段，分述如下：

⑴萨尔布拉克组下段（∈1sr1）：为紫红-深灰色厚层白云岩、中-厚层细晶-中晶白云岩、灰白色薄层状细晶-中晶白云岩。岩石由白云石组成，半自形，成分单一，结构均匀，白云石呈中-细晶状，粒径为0.25～0.06 mm之间，有机质微量，局部分布于白云石晶间。

⑵萨尔布拉克组中段（∈1sr2）：为灰色中厚层状含磷生物碎屑白云岩、瘤状生物碎屑白云岩、炭质泥岩、页岩、含不规则硅质岩条带白云岩，其底部为1～4 m厚的含磷、钒矿层，矿层主要出露于地形切割较深的沟谷及陡壁。根据岩性特征划分为三个岩性层，现将该段主要岩石特征描述如下：

①第一岩性层为灰黑色磷块岩：胶状结构，微层状构造，岩石由胶磷矿、方解石、莹石等组成。胶磷矿含量60%，黄褐-灰黑色，呈胶状、竹叶状、团状、条带状，显均质性，团粒大小0.25～0.2 mm;方解石含量32%，呈亮晶分布于胶磷矿之间，粒径为0.8～0.5 mm之间;萤石含量3%，呈紫色，它形粒状、团块状，微层均匀分布，粒径为0.6～0.1 mm之间;陆源碎屑含量5%，以单晶石英为主，呈六棱角状，似层状均匀分布，粒径为0.2～0.03 mm之间。该层为磷矿(P2O5)的主要含矿层位。厚度0～1.40 m，一般出露厚度10～50 cm，但也有局部层位未出现磷块岩层。

②第二岩性层为黑色条带状硅质岩与黄褐色钒土层互层：发育韵律性层理，硅质条带厚2～20 cm，多为3～5 cm，局部呈波状、褶曲状，硅质岩多含灰黑色胶磷矿，并有方解石脉、萤石等，偶见条带状、细脉状肉红色钾长石，黑色条带状硅质岩在此层顶部较厚，夹有的钒土矿层也较薄，而在此层的中下部较薄，夹的钒土层较厚；钒土矿赋存于松散的薄层状粉砂质、砂质泥岩中，易剥落，取样后呈泥、沙土状，钒土层单层厚度为0.5～8 cm不等，多为1～3 cm。硅质岩与钒土矿互层中常见层间小褶皱，根据褶皱面弯曲形态不同可分为尖棱褶皱、箱状褶皱、圆弧褶皱、扇状褶皱及挠曲，发生褶皱部位矿层相应增厚。该层为钒矿(V2O5)的主要含矿层位，出露厚度为1～4 m，一般为2～3 m。

③第三岩性层为含黑色硅质岩条带白云岩：白云岩呈灰白色，质地较纯。黑色条带状硅质岩中上部较厚，为5～15 cm，底部较薄，为0.5～1.5 cm，硅质岩条带长50～100 cm不等，常呈条带状、矩形状、弯曲状和透镜状及竹叶状，大致呈似层状、不定向分布，多数延续性较差，并且性脆。

⑶萨尔布拉克组上段（∈1sr3）：可分为上下两个岩性层：

①第一岩性层：该层主要为薄层状白云岩与灰黑色薄层状硅质岩互层并夹1～3层泥质白云岩。泥质白云岩20～40 cm厚，易风化，使崖壁呈现凹槽。

②第二岩性层：灰、灰白色、深灰色厚-巨厚层状细-中晶白云岩，白云岩质地较纯，偶见含有角砾，裂隙中偶见灰黑色条带硅质岩。风化色为浅灰褐色、灰黄色。岩石风化后呈皮壳状、刀砍状、网格状，楔形张节理较发育，岩层中常见与层理平行的缝合线构造。

3.2 寒武系中-上统阿瓦塔格群（∈2-3aw）

绛红色、杏黄色泥砂质页岩与灰、灰白色白云岩互层。岩层由上往下泥化程度逐渐减弱，局部泥化成土，薄层向中层过渡，岩层含硅质，呈黄色、土黄色。白云岩表面风化严重，局部风化成灰黑色，有网状、棋盘状、楔形节理发育，偶见褐铁矿化，偶见1～3 mm宽硅质条带。

矿区内岩浆岩活动微弱，本区未见岩浆岩出露，仅在局部裂隙中发育有少量热液方解石和石英细脉，目前尚未发现有隐伏岩体。该区构造主要以褶皱和断裂为主。矿区内以区域变质作用为主，变质程度较浅，属低绿片岩相。

4 矿体地质特征

4.1 矿体空间形态分布特征

矿区内钒矿层位于萨尔布拉克组中段底部（∈1sr2-1），矿体呈层状、似层状，延伸比较稳定，局部随沉积基底的起伏而呈波状起伏，在空间分布上自下而上可分为四层：

(1)层：底板为萨尔布拉克组中段底部的灰-灰黑色磷块岩、结核状磷块岩，厚度0.1～1.2 m，一般为0.2～0.5 m，个别地段缺失。

(2)层：黑色硅质岩与泥页岩、泥质岩、粉砂岩互层，矾土矿即赋存于泥页岩、泥质岩、粉砂岩层中，厚度为1～4 m不等，一般2～3 m。

(3)层：细晶-中晶中厚层白云岩夹不规则条带硅质岩，厚度2～3 m，局部厚度可达3～5 m，该层同时也是本区矾土矿找矿的标志层。

(4)层：顶板为灰白色细晶白云岩夹泥质白云岩、灰质白云岩。

4.2 钒矿矿石质量

阿克苏地区的钒矿床目前尚未发现有单独的钒矿物（绿硫钒矿）。由湖南长沙矿山研究院所做的多元素X荧光光谱分析和钒物相分析结果来看，矿区矿石中钒矿物主要赋存在铁铝氧化物、云母类及黏土矿物和难溶硅酸盐中（表1、表2）。

表1 多元素X荧光光谱分析表%

表2 钒物相分析结果表%

矿区矿石结构主要有：泥质结构、显微鳞片-泥质结构、隐晶-泥质结构、微-细粒结构、生物碎屑泥质结构。

矿石的构造类型主要有：薄层状构造，皱纹状、显微皱纹状构造；定向构造，孔洞状构造，脉状、团块状构造，浸染状构造。

4.3 磷矿矿石质量

磷矿一般灰至灰黑色，因含铁质、泥质矿石呈褐红色，层状及不等厚层状至条带状、结核状矿石，主要由胶磷矿、玉髓（硅质岩）、重晶石等组成。主要矿物镜下鉴定如下：

⑴胶磷矿：黄色及棕灰色，非晶及隐晶质、胶状，绝大部分呈梨胶状、环带状、同心球状或组成磷结核，其中常混有矿物碎屑，一般磷含量35%～90%，局部只有10%～15%。

⑵玉髓：为硅质磷块岩主要成分，也是黑色硅质岩主要成分。隐晶质、致密状，呈黑灰色，有时与胶磷矿成环带结合。硅质磷块岩玉髓含量20%～30%。

⑶重晶石：不规则粒状及细脉状、铁饼状分布于岩石中，常使胶磷矿重晶石化，含量5%～10%。

磷块岩的主要结构类型有：砾状结构、角砾泥状结构、饼砾状或竹叶状结构、砂状结构、粉砂岩结构、泥状结构、团块状结构、鲕状结构、皮壳状结构、生物碎屑结构。

磷块岩的主要构造类型有：块状构造、结核状构造、条带状构造、条纹状构造。

5 成矿环境分析

5.1 古地理环境

塔里木沉积区在晚震旦世海侵面积明显扩大，在此期间塔里木地块大部分地区都接受了沉积。震旦纪末期的柯坪运动使阿克苏地区普遍隆起抬升，成为剥蚀区、形成区域性侵蚀面，致使早寒武世地层平行不整合与侵蚀面上。

早寒武世早期，与全球性海平面上升相对应，相对海平面快速上升，形成海侵。由于快速海进，萨尔布拉克组中段（∈1sr2）接受了一套灰黑色含磷硅质岩，沉积水平纹层发育，含骨针和小壳等生物化石。随后，海平面开始下降，发生海退，沉积环境逐渐向开阔台地过渡。海平面的持续下降使本区的沉积环境转变为局限台地。中-晚寒武世继承了早寒武世的古地理格局，海陆分布与早寒武世基本一致，区域内主要为局限台地-浅滩沉积。

5.2 成矿物质来源

钒系变价元素（矿区矿钒价态分析结果为V2+、V3+、V4+、V5+），不呈单独矿物出现，主要富集于基性和超基性岩中，在岩浆阶段以类质同象加入到磁铁矿晶格中（V3+→Fe3+）。在岩浆后期热液阶段钒溶解度极低，而在表生条件下呈V5+,易溶于碱性溶液中被带走，或被粘土、铝土矿等吸附。

区内火山岩主要为晚震旦世早期的火山岩，分布于阿克苏-乌什苏盖提布拉克组，岩性主要为基性岩：玄武岩、橄榄玄武岩、粗玄岩等。震旦纪末期的柯坪运动使苏盖提布拉克组所处的阿克苏地区普遍隆起抬升，成为剥蚀区；早寒武世早期形成的海侵，使海水中溶入剥蚀区基性火山岩中的钒，为后期的成矿提供了物质来源。

6 成因探讨

阔西塔西钒磷矿矿石中，钒矿物主要赋存在铁铝氧化物、云母类及黏土矿物和难溶硅酸盐中。由于阿克苏地区早寒武世早期海平面升降频繁，导致本区出现氧化或还原环境。含氧水体中钒一般以5价的钒酸氢根（HVO42-和H2VO4-）的形式稳定存在。钒酸氢根离子易被Fe、Mn的氢氧化物吸附。海相环境中V可通过表面吸附及与有机金属络合物结合的形式从海水中析出进入沉积物。在还原环境中+5价的V被还原为+4价的V并以VO2+或氢氧化物形式沉淀。在缺氧或弱还原环境中，V优先富集在沉积物中。

7 结论

早寒武世早期该区为滨浅海相陆棚边缘且处于局部拉张环境，这是本区钒、磷矿床发生沉积成矿作用的古地理环境和古构造条件。下寒武统萨尔布拉克组灰黑色硅质岩系控制着区内钒矿床的分布，表明萨尔布拉克组地层是钒矿床形成的基本条件。

因成矿时海水升降频繁，导致本区出现氧化或还原环境。海水中溶解的钒和生物中吸附的钒加入到氧化还原作用过程中进行沉积，形成了本区的钒矿床。区内钒矿的成矿期，正是早寒武世“成磷期”。当时气候温暖，水体营养度高，有大量低等生物出现。生物活动对本区磷矿的富集起着至关重要的作用，同时磷酸盐对钒起着吸附(富集)作用。

综上所述，阔西塔西钒、磷矿的形成，受地层、岩性、有机质、古地理和古构造条件的控制。矿床具有滨浅海相沉积和微生物成矿的双重特征，属生物化学沉积矿床。

［1］新疆维吾尔自治区古地理及生态地质图集.中国地图出版社，2004.

［2］屈讯.新疆寒武纪古地理.新疆地质.2000.18（4）∶531-534.

［3］刘伟江，杨镜明.新疆乌什苏盖提布拉克钒矿地质特征和找矿前景.新疆有色金属.2009.2∶22-25.

［4］罗涛.新疆阿克苏地区钒矿基本特征及成因初探.四川地质学报.2009.127-131.

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收稿：2015-01-08

DOI∶10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.01.006