莲花山磷矿矿物成分特征

徐少康

（中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072754）

莲花山磷矿矿物成分特征

徐少康

（中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072754）

莲花山磷矿属生物化学沉积型大型矿床，矿体赋存于Ph1、Ph3及Ph2三个层位。Ph1矿石共生的矿物主要为胶磷矿和氟磷灰石，次为白云石，少量的石英、粘土矿物和有机类等。Ph3矿石共生的矿物主要为胶磷矿和氟磷灰石，次为白云石、石英和有机质。Ph2矿石共生的矿物主要为胶磷矿和氟磷灰石，次为白云石，少量石英和有机质。矿石均含微量的陆源碎屑矿物，有机质含量不高但普遍存在，其中的胶磷矿是粒度极细的氟磷灰石。成矿介质是源于秦岭海槽深部富磷硅的热卤水在运移过程中受到海水钙镁氟的混染。温差和洋流驱动矿化热卤水就位于扬子地台边缘的水下凹地，温度变化和生物作用使成矿介质中的活性碳分流，导致磷钙饱和，使磷灰石析出成矿。找矿前景良好。

矿物特征；微观结构；矿床成因；找矿前景；湖北钟祥

1 矿床概况

莲花山磷矿是近年经地质勘探查明的大型生物化学沉积型矿床。本文在以往同类型磷矿床研究的基础上[1-4]，对莲花山磷矿矿物成分特征进行了深入研究，对深化扬子地台边缘同类型磷矿成因及找矿潜力研究等有一定意义。矿床位于湖北省钟祥市北西方向约36km处，矿区面积11.89km2。

本区为生物化学沉积型磷矿聚集区，简称荆襄磷矿，主要发育有胡集和朱堡埠两个磷矿床。朱堡埠磷矿规模为小型。超大型的胡集磷矿，延伸约27km，分为7个矿段，莲花山矿段是其中之一(图1)。

图1 莲花山矿段交通及大地构造位置简图

本区大地构造位置处于扬子地台北缘，北与秦岭海槽毗邻(图1)。矿区出露主要地层为：下震旦统陡山沱组(Z1d)，上震旦统灯影组白云岩(Z2dn)，寒武系、奥陶系白云岩，第四系砂砾石粘土沉积。

陡山沱组(Z1d)分为两个岩性段。下段，下部为底砾岩、含砾白云岩、含锰白云岩及泥岩；中部为磷块岩(Ph1)和含磷白云岩；上部为白云岩。上段，下部为硅质岩、白云岩、含磷硅质白云岩夹磷块岩(Ph2)；中部为含磷硅质白云岩夹磷块岩(Ph3)；上部为含磷硅质白云岩、硅质白云岩。主要含磷层位有3个，简称为Ph1、Ph2及Ph3。

矿区有6个工业矿体(Ph1和Ph3层位各3个)、6个低品位矿体(Ph1层位1个，Ph3层位5个)，3个小规模矿体(均赋存于Ph2)。矿体均为隐伏矿体。主要工业矿体，沿走向延伸1 409～1 964m，沿倾向延伸1 468～2 099m，平均厚度3.82～6.42m。工业矿体平均总厚度25.67m。查明工业矿体磷矿石资源量8 700×105t，平均品位20.65%；伴生氟资源量157×105t，平均品位1.83%。主要矿石类型有3种：条带状磷块岩、薄层状磷块岩及块状磷块岩。Ph1矿体主要为条带状磷块岩，Ph3矿体主要为薄层状磷块岩，Ph2矿体主要为块状磷块岩。

2 矿物成分及产状

2.1 Ph1矿石矿物成分及产状

Ph1矿石，呈灰色，紫灰色，条带状构造为主，局部见块状和薄层状构造，粉隐晶结构；矿石矿物主要为胶磷矿(52%)，次为磷灰石(28%)；脉石矿物主要为白云石(8%)，少量粘土矿物、石英、方解石、长石、金红石和白云母(均不超过5%)；有机质常见(不超过5%)，少量碳质(1%)，藻类偶见。胶磷矿呈隐晶质，其他晶质矿物以粉晶为主，少量为泥晶和细晶。

磷灰石，半自形粒状—自形短柱状，粒度一般0.001 7～0.3mm，呈单晶或大小0.005～0.4mm不规则集合体产出，多数与胶磷矿共生，少数被白云石和斜长石包裹，有的粗晶内包有细晶磷灰石，有的晶体边部石英等交代呈港湾状、不规则波状，局部可见被磨蚀呈次圆状的晶屑。

胶磷矿，肉眼观察呈灰色、紫灰色、浅灰色，具半透明感；单偏光下，呈无色、浅灰色、(浅)黄褐色、灰褐色，透明—半透明，常与有机质共生。宏观与镜下对比观察表明，胶磷矿本身是无色透明的，单偏光下和宏观显示的颜色由共生的有机质引起，透明度的高低决定于有机质的多少。正交偏光下，呈深灰干涉色，电镜图像放大1 500～2 000倍仍看不到晶形(照片1和2)；X光衍射图谱显示为磷灰石(图2，表3中6号样)，所以，胶磷矿实质是粒度极细的磷灰石。平均含量52%。

图2 莲花山矿段Ph1磷矿石中胶磷矿X光衍射图谱

有机质，呈紫红色、暗紫色、深灰色，单偏光下呈褐色、灰褐色、黄褐色及深灰色，半透明，云雾状，为大小0.03～0.25mm的斑点状、团块状、纹层状、条带状产出，与胶磷矿和磷灰石密切共生，大致均匀分布。镜下与宏观对比表明，磷质条带本身是无色的，其显示的颜色实质由有机质引起。

2.2 Ph3矿石矿物成分及产状

Ph3矿石，呈黑灰色、深灰色，薄层状构造为主，局部见块状构造，粉隐晶结构。矿石矿物主要为磷灰石(37%)，次为胶磷矿(11%)；脉石矿物主要为石英(17%)和白云石(13%)，少量(均少于1%)粘土矿物、方解石、蛋白石、长石、泥质；有机质(10%)和碳质(7%)常见。局部偶见陆源碎屑矿物和细脉状矿物。胶磷矿呈隐晶状，其他晶质矿物以粉晶为主，少量中细晶和泥晶。高含量的有机质是矿石颜色的主要原因。

胶磷矿，宏观呈深灰色，薄层状产出，具半透明感；单偏光下，呈浅黄褐色、黄褐色，半透明，隐晶状，呈砂屑或不规则团块状产出。砂屑，呈近等轴状、椭球状，大小一般0.1～0.5mm、0.38mm×0.20mm～0.25mm×0.11mm，紧密堆积；团块大小一般0.06～0.9mm。正交偏光下具微弱的光性，电镜图像放大1 500倍仍看不到晶形(照片3)，因此，胶磷矿实质是粒度极细的磷灰石。平均含量11%。

粗晶磷灰石，无色透明，半自形粒状、短柱状，近等轴状，次圆状，有的具明显磨蚀特征，单晶产出，粒度一般0.05～0.26mm，晶体中常包有细晶磷灰石，晶体边缘常被细晶磷灰石交代成不规则波状，与胶磷矿共生，星散状分布于胶磷矿团块中，平均含量3%。

细晶磷灰石，无色，暗褐色，透明度不好，等轴粒状或柱状，单晶或多晶集合体产出，单晶粒度一般0.0005～0.01mm、0.005mm×0.001mm，集合体大小0.005～0.11mm，主要呈星散状均匀分布于磷质层中，有的被方解石、石英、白云石包裹，有的分布于白云石晶间。平均含量34%。

局部可见细晶磷灰石呈砂屑和鲕粒状集合体产出。砂屑，呈近等轴状、次棱角状、次圆状，大小一般0.12～0.19mm，紧密堆积。鲕粒，有的完整，有的破损，大小一般±0.19mm，核部为大小0.07～0.12mm的粗晶磷灰石，外圈一般仅一圈，圈厚0.015～0.02mm，由微晶磷灰石组成。

胶磷矿、粗晶磷灰石及细晶磷灰石密切共生，形成磷质薄层。白云石，半自形—他形粒状，呈粒度0.001～0.2mm单晶或大小0.1～0.15mm的多晶集合体产出，晶体内常包有较多细粒磷灰石，主要分布于白云质薄层中，少量分布于磷质层中，平均含量13%。

除上述共生矿物外，局部偶见细粒状陆源碎屑石英和细脉状矿物。细脉厚0.01～0.2mm，类型包括方解石细脉、白云石细脉及含锆石的磷灰石石英细脉。

2.3 Ph2矿石矿物成分及产状

Ph2矿石，呈黑灰色、深灰色，块状构造，粉隐晶结构。矿石矿物主要为磷灰石(48%)，次为胶磷矿(26%)；脉石矿物主要为白云石(11%)， 少量石英(3%)；有机质(10%)和碳质(3%)常见。胶磷矿呈隐晶状，其他晶质矿物以粉晶为主，少量中细晶和泥晶。除上述共生的矿物外，局部偶见陆源碎屑矿物和细脉状石英。高含量的有机质是矿石颜色的主要原因。

胶磷矿，黄褐色、淡黄褐色，透明，与白云石共生，正交偏光下具微弱的光性，实质上是粒度极细的磷灰石，平均含量26%。

细晶磷灰石，半自形粒状、针状，粒度一般0.001～0.01mm，呈近等轴状、透镜状砂屑产出，砂屑大小0.06～0.2mm、0.20mm×0.40mm～0.06mm×0.1mm，星散状稀疏分布；针状晶体，粒度0.009mm×0.001mm，长轴无序。平均含量45%。

粗晶磷灰石，半自形粒状，有的具磨圆特征，呈次圆状，粒度0.004～0.05mm，星散状分布，与胶磷矿、石英及白云石共生，有的被白云石包裹，平均含量3%。

3 矿物成分对比

Ph1和Ph2矿石是以白云石为主要脉石矿物的高磷矿石，Ph3矿石是以石英和白云石为主要脉石矿物的低磷矿石，三个层位矿石均普遍含有机类，说明生物作用与成矿关系密切，但三个层位矿石中的有机类特征不完全相同(表1)。

表1 莲花山矿段磷矿层共生的主体矿物成分对比(%)

Ph1矿石中的有机质呈紫红色、暗紫色、深灰色，Ph3和Ph2矿石中的有机质呈灰色。碳质在Ph3矿石中含量相对较高且常见，Ph1和Ph2矿石中含量相对较低，说明成矿过程中生物作用的特征有差异。

磷矿层的颜色主要取决于有机质的颜色和含量。Ph1矿石中的有机质呈紫红色、暗紫色、深灰色，所以矿石中的磷质层和磷质条带也呈紫红色、暗紫色、深灰色；Ph3和Ph2矿石中的有机质呈灰色，且含量较高，所以矿石中的磷质层呈黑灰色。

三个层位矿石中陆源碎屑矿物含量甚微，零星分布，说明成矿物质主要源于海洋，搬运陆源碎屑矿物的运力并非地表径流，应为微弱的阵风。

从Ph1、Ph2到Ph3，陆源碎屑矿物种类呈明显减少趋势，显示风力明显减弱的趋势。细脉状矿物，在Ph1和Ph3少量出现，Ph2中未见，说明三个层位矿层沉积时本区地壳总体上较稳定(表2)。

表2 莲花山矿段磷矿层陆源碎屑矿物及细脉状矿物对比(%)

4 扫描电镜微观结构研究

为了进一步查清矿物的微观产状特征，我们选取Ph1、Ph3代表性矿石样品各一件，用扫描电镜进行了研究。

Ph1磷块岩放大1 500～2 000倍扫描电镜图像显示(照片1和2)，胶磷矿、磷灰石、白云石、钾长石及有机质密切共生，是同期从成矿介质中析出的。其中，白云石，磷灰石及钾长石粒度相对较粗，形成时间均略晚于胶磷矿；有机质与胶磷矿密切共生，二者基本同时形成。

Ph3磷块岩放大1 500倍扫描电镜图像显示(照片3)，胶磷矿、磷灰石、白云石、石英、粘土矿物密切共生，是同期从成矿介质中析出的。其中，磷灰石、白云石、石英及粘土矿物粒度相对较粗，形成时间均略晚于胶磷矿；有机质与胶磷矿密切共生，二者基本同时形成。

照片1和2：胶磷矿(Coll)，灰色，隐晶状，量最多；磷灰石(AP)，深灰色，他形粒状；白云石(Dol)，浅灰色，他形粒状；钾长石(Or)，白色，半自形，短柱状，柱状；有机质(Org)，黑色，不规则团块状；粘土矿物(Cla)，深灰色，半自形针状。白云石，磷灰石、钾长石及粘土矿物，均未搬运特征，不是陆源的，是从成矿介质中析出的；四者密切共生，呈不规则团块状产出，形成时间均略晚于胶磷矿。有机质与胶磷矿密切共生，二者基本同时形成。白色矩形块为分析点位。电镜能谱图像，样号ZK12012－TB03，采样工程ZK12012孔，样品岩性紫色磷块岩(Ph1)。

照片1 Ph1矿石扫描电镜照片(放大倍数2000倍)

照片2 Ph1矿石扫描电镜照片(放大倍数1500倍)

照片3 Ph3矿石扫描电镜照片(照片横边长11.45cm时，放大倍数1500倍)

照片3：胶磷矿(Coll)，灰色，隐晶状，量最多；磷灰石(AP)，深灰色，自形短柱状，他形粒状；白云石(Dol)，浅灰色，他形粒状；石英(Qz)，白色，半自形—他形，短柱状、粒状；有机质(Org)，黑色，不规则团块状；粘土矿物，灰色，针状。磷灰石，石英，白云石及粘土矿物，均未搬运特征，不是陆源的，是从成矿介质中析出的；四者密切共生，粒度相对较粗，呈不规则团块状产出，形成时间略晚于胶磷矿。有机质与胶磷矿密切共生，二者基本同时形成。可见石英围绕有机质团块边部分布，并交代有机质团块呈港湾状、筛状，显示有机质形成略早于石英。白色矩形块为分析点位。电镜能谱图像，样号ZK12008a－TB02，采样工程ZK12008a孔，样品岩性黑灰色含石英磷块岩(Ph3)

5 矿物化学成分特征

磷灰石和胶磷矿化学成分没有明显差别(表3)，均与氟磷灰石理论成分接近[5]，说明胶磷矿实质是粒度极细的氟磷灰石。

白云石化学成分，1号测点含FeO 1.21%，P2O55.67%，2号测点含SiO20.76%，说明Ph1磷块岩成矿介质中磷和铁含量相对较高，Ph3磷块岩成矿介质中硅含量相对较高(表4)。

有机质化学成分均以CO2为主，说明镜下鉴定确定的有机质是正确的。有机质的普遍存在，说明生物作用在成矿过程中占有重要地位。Ph1磷块岩有机质较纯，Ph3磷块岩有机质杂质元素种类较多、含量较高，说明二者生物作用的具体过程和成矿介质化学成分存在差异(表5)。

硅酸盐矿物化学成分(表6)，总体上与理论化学成分无明显差别[5]，进一步验证了岩矿鉴定和X光衍射测试结果。硅酸盐矿物的存在，显示成矿介质中SiO2、Al2O3、K2O含量相对较高，说明成矿介质并非正常海水，应为热卤水。

铁质矿物化学成分，Ph1磷块岩中的铁质矿物为氧化铁， Ph3磷块岩中的铁质矿物为黄铁矿，说明二者成矿介质化学成分存在差异，沉积环境分别为氧化环境、还原环境(表7)。

表3 莲花山矿段磷块岩胶磷矿和磷灰石化学成分(%)

表4 莲花山矿段磷块岩白云石化学成分(%)

表5 莲花山矿段磷块岩有机质化学成分(%)

表6 莲花山矿段磷块岩硅酸盐矿物化学成分(%)

表7 莲花山矿段磷块岩铁质矿物化学成分(%)

6 矿床成因及找矿潜力分析

综合分析矿石的矿物成分、结构构造、化学成分、含矿地层、大地构造环境、正常海水的化学成分及古气候变化等特征[1，4，6，7]，认为本矿床为生物化学热水沉积成因，成矿过程大致为：成矿介质为源于秦岭海槽深部的矿化热卤水，温差驱动使其从海底上升到海面，又被冰后期的海侵洋流推向大陆边缘，就位于水下盆地中。成矿介质运移过程中，海水中的钙、镁、碳质及氟进入其中。温度变化和微生物作用，导致成矿介质中的活性碳离子大幅度减少，失去碳酸盐矿物形成的物质条件，导致磷灰石和胶磷矿饱和结晶析出成矿。

荆襄磷矿其他矿段的磷矿、宜昌地区乃至扬子地台边缘的生物化学沉积型磷矿，与莲花山矿段磷矿属同一类型[1]。因此，初步分析，在震旦纪及前后一段时期，扬子地台边缘曾发生过大规模的富磷矿化热卤水活动，为磷矿的形成提供了丰富的物资来源。所以，在扬子地台边缘本类型矿床仍有良好的找矿前景。

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1007-9386(2017)03-0016-05

2017-04-21