贵州瓮福磷矿穿岩洞矿段磷成矿作用研究

张朝举 苏威 郭江波 余敏华

摘要：本文通过对瓮福磷矿穿岩洞矿段磷矿层的矿物成分、化学成分、结构构造、岩相古地理与磷成矿作用关系的综合研究，认为生物化学成磷作用和机械簸选富集作用是研究区主要磷成矿作用，并经历了初次富集、改造富集及次生富集三个阶段，建立了瓮福磷矿穿岩洞矿段磷成矿模式。认为容磷海水在上翻洋流的驱动下，由东向西漫上整个碳酸盐台地，经过藻类生物的浓缩，吸取，转移聚沉积海底，达到磷质初次富集。其后，早浅水以波浪作用为主簸选下，导致了磷质颗粒化及物理机械富集，最后在有利的沉积场所浅滩，形成了工业磷块岩矿床。

关键词：地质特征；磷成矿作用；成矿模式；穿岩洞磷矿床

Abstract：Based on comprehensive research of mineral component， chemical component， texture and structure， the relationship between lithofacies paleography and phosphoric mineralization of phosphatic bed of Chuanyandong phosphorus deposit， this paper considers that phosphoric mineralization of study region is mainly consistuted by biochemical phosphorus mineralisation and Mechanical winnowing enrichment， and experienced three steps of Primary enrichment， transformation enrichment， secondary enrichment.And the metallogenic model has been established for phosphate deposits of this area.This study suggests that phosphoric mineralization is formed by the paleographic spaciel shallow environment of continental margin bay.Rich phosphorus seawater group which moved from deep sea into limited space sedimentary basin and could not easily spread， experienced evaporation， concentration for long time and phosphoric supersaturation， formed selfgenerating phosphate rock highly enriched in phosphorous by the participation of large primitive algae liking phosphorous and suitable chemical conditions.

Key words：Geological characteristic；phosphoric mineralization；Metallogenic model；Chuanyandong phosphorus deposit

穿巖洞矿段是瓮安福泉地区典型磷矿床之一，开展该矿床的地质研究工作，对指导该区磷矿找矿工作具有重要的指示意义。该矿床成磷作用主要发生于早震旦世陡山沱期。由于 Rodinia 大陆的裂解作用的进行，自晚元古代早震旦世开始，形成大洋中脊伴随火山喷发作用，深部物质的带出，气候转暖，形成富氧条件，海洋循环活动频繁，为该区域陡山沱期成磷作用提供了环境条件和物质条件，形成由磷质岩、含磷硅质岩、含磷白云岩、磷质岩、铁磷岩组成的台棚相（亚相为磷质台棚浅滩相）建造。

本文通过对瓮安福泉地区典型磷矿床瓮福磷矿穿岩洞矿段的地质特征、岩相古地理进行综合研究，讨论该区磷成矿作用，并建立磷矿成矿模式，为该区磷矿找矿勘查提供可能的思路。

1 成矿地质背景

该区大地构造位置属扬子陆块南部被动边缘褶冲带，跨凤冈南北向褶断区、都匀南北向褶皱区及铜仁宽缓褶皱区等三个四级构造单元（图1）。

雪峰运动是扬子准地台的一次奠基性构造运动，它结束了地台基底冒地槽沉积的历史，转入地台盖层稳定沉积阶段。这次运动形成扬子准地台陆块，其周边仍为活动的地槽包围。正是这样的构造格局，决定了早震旦世时在贵州由黔中往南东依次出现古陆～滨岸～浅海～深海的古地理环境，形成北西高而南东低的地势面貌。

至大塘坡期，贵阳、黄平一线北西缺失同期沉积，山系强烈剥蚀夷平，黔中山地准平原化，南沱期海侵扩大，黔中山地己发展为群岛错列的滨岸海湾地带。由于碎屑沉积物不断加积，以及滨外拗陷接受大量的陆源碎屑，限制了碎屑大量涌入黔中地区，逐渐发展为清水沉积的浅水碳酸盐台地环境，促成了磷矿的聚集。

（引用《贵州省磷矿潜力评价报告》，2010年）

2 岩相古地理對成磷作用的影响

2.1 沉积相分布特征

研究区成磷期为早震旦世陡山沱期。成磷空间为台棚相，其亚相为磷质台棚浅滩相。瓮福矿区的含磷岩系由一系列向上浅滩旋回构成，其中以B旋回最为典型。一个旋回层厚度一般5m左右，底部由白色硅化角砾块，含条带状磷块岩的白云岩角砾块及黑色砂屑磷块岩角砾块等构成的滩间滞留堆积。其中前一滩旋回顶部，被淡水强烈改造的潮间上部至朝上带沉积物，受伴随海平面上升的潮汐流冲击、破坏而成；巨大的砂屑磷块岩角砾快主要分布于福泉高坪马鞍山至瓮安玉华前雍等近南北向一线，岩相古地理分布图见图2。

2.2 古地理格局

沉积相是古地理的真实写照，上述各相带的展布已基本勾画出本区陡山沱期古地理格局，①息峰—瓮昭、潮坪—泻湖（滩间洼地）相带；②石阡瓮安—福泉初始浅海台地相带；③余庆—都匀台地前缘斜坡—浅海陆棚相带；④半深海盆地相带。

3 成矿地质特征

3.1 区域地层

研究区出露最老地层为青白口系板溪群，白岩背斜两翼依次为南华系上统南沱组，震旦系上统洋水组，震旦系上统灯影组，寒武系下统牛蹄塘组、明心寺组、金顶山组，第四系不整合覆于各时代地层之上。青白口系板溪群（Qhbx）岩性分布于背斜核部，主要由一套灰綠色薄至中厚层变余凝灰质粉砂岩与变余凝灰质粘土岩的韵律层组成，夹不稳定的铁质绿泥石水云母粘土岩，该组与上覆震旦系呈假整合接触，局部呈微角度不整合接触。南华系上统南沱组（Nh2n）岩性主要灰绿色、紫红色冰碛砾岩。震旦系下统洋水组（Z1y）为工业磷块岩赋存层位，岩性主要为含磷粉晶白云岩、泥质磷块岩、含砾粘土岩，顶部为黑色致密状磷块岩、泥质磷块岩和屑状白云质磷块岩（b层矿），中部为深灰色薄板状砂泥质磷块岩（a层矿），当a层矿尖灭时，相变为灰色中厚层白云岩。灯影组（Z2dy）：主要为藻白云岩及条带状、团块状硅质白云岩。寒武系牛蹄塘组（∈1n）黑色炭质页岩。底部含结核状、透镜状、似层状磷块岩，其上为黑色镍、钼、钒多金属层；明心寺组（∈1m）下部主要为碎屑岩；上部以碳酸盐岩为主；金顶山组（∈1j）岩性以砂岩、粉砂岩及粘土岩为主，夹少量灰岩。第四系（Q）主要为残坡积粘土、粉砂质粘土、碎石土及河谷谷地的冲洪积碎石土及砂、卵石组成。

3.2 矿区构造

研究区主体构造为白岩背斜，一个斜歪长形褶曲。断裂构造不甚发育。背斜东翼转折部位及近轴地带以逆断层为主，其中F28是本矿段内对矿体空间形态破坏最大的逆断层，西翼则以正断层居多。区内节理裂隙较发育，主要有北北东向、北西向及近东西向三组。

3.3 矿体特征

3.3.1 矿层地质特征

区内震旦系上统洋水组是一套磷块岩、白云岩、硅质白云岩组成的含磷岩组，主要由两层磷块岩（即a层矿和b层矿）和含磷或含硅的白云岩、炭质泥岩、细砂岩组成。全组厚34.02～39.35m，总的变化趋势自北向南随洋水组厚度加大，相应磷块岩沉积厚度也增大。b层矿赋存于洋水组上部，与下伏的a矿层以一稳定夹层（Z1y3）相隔，受断层影响，矿层有增厚变薄等现象，变化趋势呈现北厚南薄。a层矿赋存于洋水组中部，呈似层状或透镜状产出，矿石为薄板状砂泥质磷块岩，顶、底均含有少量砾屑，仅顶、底部出现0.5～1m的条带状白云质磷块岩。

3.3.2 矿石质量

1）矿物成分。矿石矿物主要为碳氟磷灰石，按其成因和产出形态可分为非晶质磷灰石、隐晶质磷灰石、层纤状磷灰石、柱粒状磷灰石四种不同的结晶形态类型。脉石矿物以白云石为主，次为水云母粘土矿物、石英、玉髓、黄铁矿、海绿石等。

2）化学成分。P2O5主要赋存在胶磷矿中。b层矿矿石中P2O5含量19.12～33.59%，平均27.12%。a层矿矿石中P2O5含量16.51～30.64%，平均品位25.65%。

3）结构构造。矿石结构主要有三种。内碎屑结构：磷酸盐呈砂─细砂级内碎屑被泥质、白云质、磷质及硅质所填间，其颗粒具塑性变形特征。粒径0.05～0.15mm。常见于a、b两层矿的砂屑磷块岩中。凝胶结构：主要由光性非晶质磷灰石集合体组成。内含藻类及真菌化石，常呈条纹状、条带状与白云石相互间夹，或呈不规则凝块分布于白云质、硅质基质中。此类结构在b层矿中广泛发育。假鲕状（球状）结构：非晶质磷灰石呈高度圆化的圆形、椭圆形及卵形颗粒分散于白云石及磷质基质中。

矿石构造主要有三种。条带状构造：由磷酸盐集合体与碳酸盐岩相间组成。磷质条带宽窄不一，一般0.5～20mm。是矿区a层矿的主要矿石构造。团块状构造：磷酸盐呈不规则凝胶集合体，分布于白云石、硅质基底上，或磷质假鲕粒集合体、碳酸盐岩、硅酸盐呈不规则团块分布于磷酸盐集合体中。块状构造：磷酸盐呈砂级内碎屑紧密堆积而成，或磷质假鲕粒构成层状块体。

4 成矿作用分析

研究区磷成矿作用主要有生物化学成磷作用和机械簸选富集作用，次生富集作用对局部富矿有重要意义。前生物化学成磷作用对磷质转移沉积和初次聚集起着关键性作用，机械簸选富集作用则是磷质进一步富集和形成量大、质优磷矿床的最主要成矿作用。

4.1 生物成磷作用

本矿床位于低一中北纬地区，适宜的气候条件和有利沉积环境都利于藻类生物繁殖，因此在磷块岩中普遍有大量叠层石和含藻迹的磷块岩，反映当时古地理处于浅水充氧的环境，呈显的是一派藻类生物繁盛的景象。生物成磷的观点在本矿床可以找到许多旁证。现举三例说明：其一， a矿层的最底部为凝胶磷块岩向上依次出现叠层石磷块岩，胶基砂屑磷块岩——硅基砂屑磷块岩——藻磷块岩等序列，其特征为叠层石呈粗大的柱状形态，并普遍伴有有机质及黄铁矿；其二，b矿层底部侵蚀间断面上，在滞留沉积物中，见有较多叠层石磷块岩的砾块；其三，富碘滩相带中碘元素的富集，可反映出磷质的充分供给，是由于藻类生物积极参予的结果。

上述磷礦层中的凝胶磷块岩、磷质叠层石或含藻迹磷块岩出现于各个成磷期最早阶段，在各个相带均有广泛分布，说明藻类生物不仅自生堆积形成磷块岩，而且在造成适应磷质析出，聚沉的环境，浓缩聚集磷质等方面，起到了极其重要的作用。它是工业磷矿层形成的前提及基础。

4.2 机械簸选富集作用

磷质的初次沉积富集后，尚需经过原生富集（包括化学富集，生物富集及物理富集）和次生富集作用，最后才能形成具有工业价值的磷矿床：海滩相颗粒磷块岩中，磷晶胶结物和藻席、藻坪中的叠层石磷块岩，是原生富集作用中化学富集和生物富集作用的直接结果。

磷质的机械簸选富集作用针对沉积工业磷矿床的影响，这从早、晚陡山沱期的岩相分布上可清晰看到。

早期沉积的工业磷矿层（a矿层），分布上较为局限，仅集中于矿区北部的铅厂一带。它是由南沱期时的潮下海湾，由于随着地史演化，沉积物的不断增厚，海水变浅最后发展成为聚磷的海湾浅滩环境。这从前述的岩相特征，由下至上的变化规律，可反映出这个演化的轨迹；矿石的结构，从凝胶一细砂屑与砂屑颗粒由细变粗；岩石的颜色由灰褐、黑色（多陆屑、富有机炭及黄铁矿）变为浅灰、灰白色；矿层中P2O5含量随之渐增，一般由下部的1 8—25%变为上部25—28%，局部地段可达30%，而且CaO，含量变化与P2O5含量变化同步。上述这些规律说明，水动力条件由弱渐强，反映了沉积环境由潮汐作用为主的海湾环境，转变为以波浪作用为主的海滩环境，正是因为簸选富集作用的结果，而导致了早期厚大、质优的工业磷矿床的形成。只不过由于受到沉积场所（海湾）规模较小所限，从而制约了a矿层的广泛分布。

晚期沉积的工业磷矿层（b矿层），全部集中分布于东部开阔的台地边缘海滩环境。其共同的特点是：它们的矿石结构绝大部分为颗粒结构。这是由于海滩环境平缓开阔、水动力强。在以波浪为主的作用下，沉积物中的非磷组分（粘土及碳酸盐杂基），得到充分簸选，导致磷质的物理富集，形成以颗粒结构为主的磷块岩。而海滩以外的环境，矿石的结构却为泥晶、藻粘结或泥，砂砾兼混的结构，总的反映出一种分选作用极差的低能环境。因此磷质的机械簸选富集作用是形成本区工业磷矿床的最主要因素。

4.3 次生富集作用

在矿区均有不同程度表现。由于燕山构造期的强烈褶皱和断裂变形，构成了现今的构造形变。出露于地表或近地表的各类矿石结构的磷矿层，遭受到不同程度的淡水淋滤作用，形成多孔状（土状）磷块岩。

综上所述，本区磷矿床成矿机理的全过程应理解为：容磷海水在上翻洋流的驱动下，由东向西漫上整个碳酸盐台地，经过藻类生物的浓缩，吸取，转移聚沉积海底，达到磷质初次富集。其后，早浅水以波浪作用为主簸选下，导致了磷质颗粒化及物理机械富集，最后在有利的沉积场所浅滩，形成了工业磷块岩矿床。可以认为：西部地区是藻类生物进行成磷、聚磷的“加工厂”；而东部地区有利的沉积环境（海滩），是成矿最佳：储库。这种西部为生物成磷的初次富集区与东部为聚磷成矿场所的分布格局，只能解释为容磷海水不断由东向西涌进，在藻类生物作用的参与下，磷质组分又源源不断的从西向东反向补给，最终促成了本区及黔中一带形成大型工业磷矿床结果。

5 成矿模式

经综合研究，可认为研究区磷矿床成矿模式经历了三阶段（图3）：

5.1 初次富集阶段

东部的华夏洋板不断向扬子板块俯冲，海底火山喷发的多期性，使以火山源为主的容磷海水在上翻洋流的驱动下，由东向西漫上整个碳酸盐台地，经过滩后潮坪的藻类生物浓缩，吸取，转移聚沉积海底，达到磷质初次富集。

5.2 改造富集阶段

在浅水以波浪作用为主簸选下，磷质颗粒化并在物理机械作用下，返回东部最后在有利的沉积场所（海湾浅滩，台地海滩）富集，形成了早晚两期（a、b矿层）各具规模大小不一的工业磷块岩矿床。

5.3 次生富集阶段

地质作用使磷矿层出露于地表或近地表的，遭受淡水淋滤作用，磷质进一步富集。

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作者简介：张朝举（1965），男，贵州贵阳人，高级工程师，研究方向：固体矿产勘查。