云南省晋宁县红山头磷矿地质特征及成因浅析

马文昆

（中国建筑材料工业地质勘查中心云南总队，云南 昆明 650118）

红山头磷矿属华宁—澄江沉积中心西缘。古陆包围的海湾状沉积盆地，形成相对闭塞的环境，为磷矿的形成创造了有利的自然条件，大量的生物遗骸，海水携带的磷质及古陆风化物提供的磷质物在这一特定环境下不断堆积形成矿层。

1 区域地质背景

矿区大地构造位置属扬子陆块区(Ⅵ)，上扬子古陆块(Ⅵ-2)中部康滇基底断隆带(Pt2)，地处普渡河—滇池断裂以西、罗茨—易门断裂以东的夹持地带。两大断裂控制了本区构造的发生、发展及其分布规律。该区构造主要以南北向构造为主，次为东西向构造，构造形迹以断裂、褶皱为特征。

昆阳群浅变质岩系构成了古陆基底。晋宁期南北向及东西向两组构造直接控制着古陆东缘海陆分布，形成水下隆起、拗陷相间排列。古地理西高东低，致使本区古生代地层的岩相变化大，原生沉积构造发育，沉积厚度一般西薄东厚。脉动式的地壳运动，使本区地层缺失较多，反复出现假整合或局部不整合。

图1 红山头磷矿区地质简图

2 矿区地质

2.1 地层

红山头磷矿地层出露较单一，由老至新主要有元古界前震旦系昆阳群黄草岭组(Pt2h)，上震旦统观音崖组(Z2g)、灯影组一段(Z∈d1)，以及新生界第四系残坡积层(Qedl)，详见图1。

2.1.1 前震旦系昆阳群

出露黄草岭组(Pt2h)，分布于矿区东部及东南部，其上多被第四系粘土所覆盖。岩性为灰—深灰色板岩夹粉砂质板岩及少量粉砂岩，风化破碎。厚度＞320m。与下伏地层整合接触。

2.1.2 震旦系

观音崖组(Z2g)：分布于矿区中西部。岩性为灰白色中—厚层状石英砂岩，上部常强风化形成细砂。厚度约120m。与下伏地层不整合接触。

灯影组一段(Z∈d1)：分布于矿区中部，岩性为灰黄色砂质白云岩、浅灰—灰色白云岩，具微晶结构，薄—中层状构造。节理裂隙发育，岩石较破碎。地表岩溶发育，常形成溶沟、石峰。厚度约280m。与下伏地层整合接触。

2.1.3 第四系

为残坡积层(Qedl)，分布于矿区低洼处及地形平缓地带。

上部岩性为褐红、黄褐、灰褐色粘土、砂质粘土、含砾粘土。粘土颜色稳定，手搓无砂感，塑性好。砂质粘土手搓有微弱砂感，塑性一般。砾石成分为砂质白云岩、白云岩、磷块岩等。

下部岩性以灰褐色磷块岩为主，局部呈灰白、灰黄色，为磷块岩、含磷白云岩、粘土岩经风化作用形成的风化层，为目的矿层。

第四系残坡积层厚度为0～48.36m。与下伏地层不整合接触。

2.2 构造

红山头磷矿位于大湾坡头向斜以东，响水—田坝断层以西。岩层总体走向北东—南西向，呈一倾向南东、倾角9～15°的单斜构造。受断层影响，附近地层产状有一定变化。

矿区东部发育一条断层(F1)，具一定规模，为区域响水—田坝断层之一部分，走向近南北向，倾向东，倾角60～70°，为一逆断层。区内出露长度＞2km，断层上盘为前震旦系昆阳群黄草岭组(Pt2h)板岩，下盘为上震旦统灯影组一段(Z∈d1)砂质白云岩、白云岩。断层附近有10m左右的破碎带，可见断层角砾，成分为白云岩、板岩。其地貌表现为板岩与白云岩之间形成陡坎。断层仅对附近白云岩造成挤压、破碎，对矿体无破坏，对开采亦无影响。

2.3 岩浆活动及变质作用

本区域内岩浆活动不发育，变质作用较普遍。

区内变质地层主要为前震旦系昆阳群，为一套碎屑岩沉积。分布广泛，属昆阳群浅变质岩带，板岩类为主要变质岩石类型。

3 矿床地质特征

3.1 矿体形态、产状及空间分布

红山头磷矿属新生代风化淋滤残积型磷矿床，赋存于第四系残坡积层(Qedl)下部、上震旦统灯影组一段(Z∈d1)之风化壳中。受基底地形起伏及风化剥蚀程度影响，矿体大致呈南北向沿山脊展布。其延伸长度约1 500m，宽度100～600m，呈似层状分布，连续性较好，形态较稳定。由于风化剥蚀及地形切割等原因，由北向南形成K1、K2及K3三个独立的矿体。

矿体中各品级矿石分布无规律，垂向上各品级矿石均有分布。厚度变化较大，Ⅰ～Ⅲ品级矿石厚度0.20～30.32m，平均厚度5.27m，P2O5平均含量为26.85%。据块段加权结果，以Ⅱ品级矿石占量最多，达77.45%，而Ⅰ、Ⅲ品级矿石分别占12.15%、10.40%。矿体中部分地段含有夹层，成分为粘土、含磷粘土，厚度1.03～5.67m。

矿体中不同矿石自然类型分布无规律，位置不一，但矿石类型与品级之间有一定对应关系。网格状及蜂窝状矿石品位较高，多为Ⅰ、Ⅱ品级矿石；而土状矿石则因其中粘土及铁泥质含量的占比不同而导致其品位变化较大，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ品级均可见。

K1、K2及K3矿体相对独立，之间因风化剥蚀而分隔开，部分地段基底白云岩已大面积出露。K1矿体位于矿区北部，长约350m，宽约100～400m；K2矿体位于矿区中部，长约800m，宽约175～600m；K3矿体位于矿区南部，长约320m，宽约300m。

3.2 矿体厚度及其变化规律

K1矿体分布面积较小，矿石以Ⅰ、Ⅱ品级为主。矿体厚度0.65～14.89m，平均5.61m，变化系数85.21%。

K2矿体分布面积较大，矿石以Ⅱ品级为主，Ⅰ、Ⅲ品级较少。矿体厚度0.65～30.32m，平均5.32m，变化系数94.64%。

K3矿体分布面积较小，矿石以Ⅲ品级为主，Ⅰ、Ⅱ品级较少。矿体厚度0.20～20.61m，平均4.64m，变化系数127.68%。

三个矿体的厚度变化不论沿长轴或短轴方向均无规律可循，属不稳定型。

4 矿石质量

4.1 矿石成分、结构、构造

4.1.1 矿石矿物成分

矿石矿物成分较为单一，以胶磷矿为主(少量含有磷灰石)，其次为铁质、泥质及石英。胶磷矿含量一般85%～95%，少数因磷灰石及脉石矿物含量较多，导致胶磷矿含量仅为65%～70%。

4.1.2 矿石结构、构造

矿石结构主要以胶状结构为主，次为砂屑状结构，少量为结核状结构；矿石构造主要为土状、网脉状、蜂窝状、角砾状构造。

4.2 矿石类型

4.2.1 矿石自然类型

红山头磷矿赋存于上震旦统灯影组一段(Z∈d1)之上的古侵蚀面上，其岩石组合主要为含磷粘土及磷块岩。矿体呈似层状产出，其形态受基底侵蚀面及现代地形地貌控制，主要矿石矿物为隐晶质的胶磷矿和显微晶质的磷灰石。根据矿石结构、构造可将区内矿石自然类型划分为：土状磷矿、网脉状磷矿、蜂窝状磷矿、角砾状磷矿(见图2)。残坡积风化层矿石中，以上几种结构、构造经常混杂出现。

图2 红山头磷矿主要矿石类型

4.2.2 矿石工业类型及划分依据

矿石的工业类型主要根据组合分析结果，按《磷矿地质勘查规范》中《磷矿石工业类型划分参考表》划分：矿体Ⅰ、Ⅱ品级矿石工业类型为混合型，Ⅲ品级矿石工业类型主要为硅质及硅酸盐型。

矿石的工业类型与自然类型无明显关系，各种自然类型均可形成上述工业类型。

4.3 矿石化学成分

4.3.1 矿石主要有益组分

4.3.2 矿石有害组分

矿石主要有害组分为MgO、Al2O3、Fe2O3、CO2等。全矿区矿石P2O5平均含量26.85%，MgO平均含量0.58%(MgO/P2O5比值0.022)，R2O3平均含量14.03%(R2O3/P2O5比值0.523)，CO2平均含量2.80%(CO2/P2O5比值0.104)。

4.3.3 矿石质量评述

红山头磷矿区矿石中P2O5平均含量较高，达26.85%，酸不溶物平均含量15.64%，MgO平均含量0.58%，CO2平均含量2.80%，R2O3平均含量14.03%，SiO2平均含量9.86%，CaO平均含量38.20%；MgO/P2O5比值0.022，R2O3/P2O5比值0.523，SiO2/CaO比值0.258。矿石满足酸法加工用磷矿石及黄磷用磷矿石合格品要求。

4.4 影响矿体的因素

4.4.1 影响矿体厚度稳定的因素

矿区范围内地形相对平缓，高差一般为20～40m，地表多被第四系褐红色残坡积(Qedl)粘土覆盖，其下部上震旦统灯影组一段(Z∈d1)砂质白云岩、白云岩为基底。工程揭露结果，基底北高南低、西高东低，中部相对低凹。

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矿体厚度主要受古侵蚀面形态影响，古侵蚀面岩溶发育，属低凹地段者，矿体厚度较大，可达20～30m；而古侵蚀面较平缓、起伏较小者，矿体厚度较小甚至无矿。

现代地形地貌对矿体形态及厚度亦有一定程度影响。譬如矿体东部受外动力地质作用影响较严重，地形切割较深，基底出露地表，其上部矿体剥蚀殆尽。

4.4.2 影响矿石质量的因素

矿石质量与风化程度及物质来源相关。含磷母岩中磷块岩的含量较高，风化后富集成为富矿，而含量较低者，则其成矿品位相对较低。风化后由于磷酸盐矿物增加，碳酸盐矿物降低，导致结构、构造相应变化，部分碳酸盐矿物淋滤后在矿石的节理、裂隙面重新结晶，部分硅质矿物重结晶；碳酸盐矿物风化后，留下大小不一的不规则溶蚀孔，形成蜂窝状或网格状构造。

矿石质量与矿体厚度无相关关系，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ品级矿石常混杂，分布无规律。

4.5 矿体顶底板及夹层

K1、K2矿体中有少量粘土、含磷粘土夹层。矿体顶板为第四系上部残坡积层(Qedl)，岩性为粘土、含砾粘土；底板为上震旦统灯影组一段(Z∈d1)，岩性为砂质白云岩、白云岩。

5 矿床成因及找矿标志

5.1 矿床成因

该区磷矿由震旦系灯影组含磷岩段风化淋滤富集形成，原始沉积形成的白云岩夹透镜状磷块岩(胶磷矿)、粘土岩层经风化后富集形成矿层。矿体中的磷块岩系原沉积母岩中磷块岩透镜体或胶磷矿透镜体(条带)之风化残积物，而土状、网脉状、蜂窝状、角砾状磷矿系磷块岩强风化后白云质、硅质淋失，磷质残留成矿。该类型磷矿形成与风化深度最为密切，未风化原岩含磷低，风化后含磷成分富集，且不均匀分布，形成品级不一的矿石。

综上所述，此类风化淋滤残积型磷块岩矿的控矿因素有三点：①物质来源。有了一定品位的含磷母岩才有可能成矿，其物质来源为震旦系灯影组含磷岩段；②古地形地貌。古侵蚀面低凹处为理想地段提供了容矿的场所；③风化条件。强烈的风化使非矿成分淋失，造成含矿物质的富集。三者缺一不可。

5.2 找矿标志

此类矿床的找矿标志为：震旦系灯影组地层出露地段，其上部之风化残坡积层，且地形较平缓者。矿区西南方向有大面积的震旦系灯影组地层出露，具有较好的找矿前景。

6 结语

晚震旦世是全球重要的磷酸盐聚集期，由此含磷层位风化后形成的新生代淋滤残积型磷矿床亦是我国主要的磷块岩矿床产出层位之一。云南省上震旦统地层分布广泛，但风化后形成规模并具开采价值的磷矿床仅见于禄劝—晋宁一带，其他地区(例如：马龙迤泽、会泽马路等)亦有零星发现。此类型磷矿床一般由白云质磷块岩、风化残积物(土状、网脉状、蜂窝状、角砾状磷矿)及粘土岩组成，系原始沉积形成的生物白云岩夹透镜状磷块岩(胶磷矿)、粘土岩层经风化后富集成矿层。

此类型磷矿赋存于上震旦统灯影组风化壳中。矿体的形成受风化条件、古侵蚀面控制及物质来源的影响，矿石空间分布及矿层结构无规律性，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ品级矿石在空间上呈交叉状出现。

矿体厚度受风化层厚度控制，变化较大，总体呈似层状。矿体顶板为厚度不等的第四系残坡积粘土，部分地段直接裸露于地表；底板岩性较单一，为灯影组白云岩，风化差异造成矿层与底板界线凹凸不平。

我国磷矿资源储量居世界第二位，云南省有着丰富的磷矿资源，目前发现的矿床主要为赋存于下寒武统的生物化学沉积型磷块岩矿，而风化淋滤残积型磷矿床的数量及规模均较小。红山头磷矿的勘查成果对云南省同类磷矿的找矿、勘查及评价均有指导意义。

【参考文献】

[1]云南省地质矿产勘查开发局.1∶5万德滋村幅区域地质调查报告[R].1999.

[2]中国建筑材料工业地质勘查中心云南总队.云南省晋宁县红山头磷矿详查报告[R].2012.

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[5]矿产资源工业要求手册编委会.矿产资源工业要求手册[S].北京：地质出版社，2002.