云南镇雄县羊场磷矿地质特征及沉积环境浅析

2021-04-09吕俊，让昊，郭阳，龙海

云南地质 2021年1期

吕俊，让昊，郭阳，龙海

(1.云南地矿国际矿业股份有限公司，云南昆明 650051； 2.中国地质调查局成都地质调查中心，四川成都 610081)

近年来的公益性矿产地质调查，在云南镇雄县碗厂镇羊场境内发现了隐伏超大型磷矿，控制磷矿层分布范围12km2，圈定3条磷矿体，其中主矿体平均厚度28.27m，P2O5平均品位25.14ω%，矿石质量较好，为中-富磷矿，估算资源量12.26×108t，其中一级品3.21×108t，P2O5平均品位30.12ω%。

1 成矿地质背景

羊场磷矿位于滇东北镇雄县碗厂镇境内，矿区大地构造位置处于扬子陆块南部碳酸盐台地中之威宁-昭通褶-冲带(四级构造单元)中，区内多发育北北东向和北东向褶皱。羊场磷矿位于近东西向的羊场背斜中，该背斜为区内主体构造，控制着磷矿层的展布。

通过对滇东北地区早寒武世梅树村期岩相古地理及成磷条件研究，认为镇雄羊场地区与康滇古陆东缘华宁、东川、雷波、织金聚磷盆地具有相似的成矿背景，为台地边缘织金聚磷盆地的北西段次级坳陷地，同属浅水陆棚-潮坪环境，具备磷矿成矿条件[2]。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区位于近东西向的羊场背斜内(图1)，据1∶20万镇雄幅区域地质调查成果，矿区出露地层从老至新依次为寒武系下统牛蹄塘组(∈1n)、明心寺组(∈1m)、金顶山组(∈1j)、清虚洞组(∈2qx)，寒武系中统高台组(∈2g)和寒武系中-上统娄山关组(∈2-3ls)。经钻孔揭露，矿区深部地层有震旦系上统灯影组(Z2d)和寒武系下统梅树村组(∈1ms)。

图1 矿区地质简图Fig 1.Geological Sketch map of Orefield

下寒武统梅树村组(∈1ms)为磷矿赋矿层位。岩性主要为碳酸盐岩，厚度约55m～128m。按该组岩性的变化特征可细分为三段(图2)。

图2 梅树村组岩性及沉积相划分图Fig 2.Lithologic Charaters and Sedimentary Facies Division of Meishucun Formation

(1)梅树村组一段(∈1ms1)：厚度约48.66m，为下磷矿层底板。岩性主要为砂屑灰岩、微-粉晶白云质灰岩、白云岩、硅质岩、炭质页岩等，局部夹黑色硅质条带及断续磷质条带，星点状、条带状黄铁矿发育，且由下往上磷质含量逐渐增多。

(2)梅树村组二段(∈1ms2)：厚度约56.18m，为矿区内磷矿主要富集层位。岩性主要为簿-厚层状磷块岩，磷块岩中含有炭质、硅质等少量的填隙物。磷矿层岩性为深灰色钙质磷(质)块岩、角砾状磷块岩，胶磷矿颗粒主要呈砂屑发育，颗粒见部分或少量的炭质、硅质填隙物偶见浸染状黄铁。

(3)梅树村组三段(∈1ms3)：厚度约2.09m。该段岩性主要为薄-中层状粉砂质白云岩、泥晶白云岩、含磷质砂屑灰岩等，零星发育磷块(质)岩。

2.2 构造

工作区内主要构造为东西向羊场背斜和北东向的小规模断裂构造。

2.2.1 褶皱

羊场背斜轴线呈近东西向展布，轴迹横穿整个工作区。核部主要出露寒武系下统明心寺组，地形切割较深处出露小面积牛蹄塘组、金顶山组；两翼依次出露寒武系下统清虚洞组、中统高台组、中-上娄山关组，地层倾角均较缓，多为5°～18°。褶皱轴面近于直立，翼间角大于120°，其长宽比大于8∶1，为直立宽缓线状背斜。

2.2.2 断层

矿区内仅在矿区西侧发育两条近南北向断层F1、F2(图1)。

F1断层南起丰产坡-大溪坡一带，经老房子、蓼叶村等地，长约2.4km。断层呈近南北向展布，北段略发生逆时针偏转，转而呈北北西向延伸，断层面呈近东向陡倾，倾角约70°，断层破碎带带内可见构造角砾岩，整体为一逆断层；

F2断层南起上木歪一带，经袁家坪子、黄埂山等地，长约3.2km。断层呈近南北向展布，北段断层逆时针偏转至北北西向。断层面呈北东-近东向陡倾，倾角约74°，断层带内可见构造角砾岩、构造透镜体等，整体表现为逆断层。

3 矿体特征

矿区磷矿为隐伏矿，据钻孔工程揭露，磷矿层由上往下对比划分为 KT1、KT2、KT3三层矿(图2)。KT1、KT3为低品位矿体(Ⅲ级品)，KT2为工业矿体，以Ⅱ级品为主，夹3层Ⅰ级品矿石。三层矿体呈层状或似层状产出。现有5个钻孔工程控制矿体东西向长5.21km，倾向由轴部向两翼控制最大斜深1.8km，沿走向、倾向尚未圈闭，均属厚度变化较稳定、组分分布较均匀矿体。

(1)KT1矿体：为低品位磷矿层，赋存于梅树村组三段(∈1ms3)中，总体走向近东西向，矿层倾角 5°～8°，属缓倾斜矿体；矿体厚3.03m～13.50m，平均厚7.50m；P2O5矿化连续，平均品位13.31ω%。

(2)KT2矿体：为矿区主要工业磷矿体，赋存于梅树村组二段(∈1ms2)，总体走向近东西向，矿层倾角6°～9°，属缓倾斜矿体。P2O5矿化连续，工业矿中P2O5含量24.25ω%～35.27ω%，平均品位25.14ω%；矿体厚度最厚20.6m～36.5m，平均厚28.27m，矿体总体沿北西-南东方向展布，有北西往南东变薄之趋势；矿体从下而上具有含磷逐渐增富，粒度由细变粗的3个沉积旋回组成，在每个旋回的顶部为角砾状、块状磷块岩或厚条带状磷矿，形成Ⅰ级品矿石，矿石工业类型简单，以碳酸盐型为主，次为硅质及硅酸盐型。Ⅰ级品矿石和Ⅱ级品矿石集中、连续分布。

(3)KT3矿体：为低品位磷矿层，赋存于梅树村组二段(∈1ms2)底部，总体走向近东西向，矿层倾角 4°～7°，属缓倾斜矿体；P2O5矿化连续，P2O5含量11.53ω%～15.12ω%，平均品位13.51ω%；矿体厚度最厚3.69m～12.5m平均厚度7.89m，由西往东有变薄之趋势。矿石工业类型简单，以硅质及硅酸盐型为主，次为碳酸盐型。

4 矿石特征

(1)矿石中的矿石矿物为氟磷灰石(胶磷矿)、结晶磷灰石、碳磷灰石。

氟磷灰石(胶磷矿)：呈凝胶状产出。主要为砂屑，微量鲕粒，偶见团块。

结晶磷灰石：在矿石中分布较均匀，含量一般约5%左右，为泥晶磷灰石在成岩后期重结晶作用下生成，常赋存于泥晶磷灰石内或由它组成的粒屑中。

碳磷灰石：少量分布于粒屑间或孔洞中，呈纤维状、针状微晶，亦见环绕颗粒或洞壁紧密集结为环(皮)壳。

(2)脉石矿物以钙质、白云石为主，次为方解石、石英、玉髓，炭质、黄铁矿、生物碎屑。

方解石：多呈半自形晶产出，部分可见结晶完好的菱面体晶体。

白云石：矿石中分布不均匀呈它形-自形充填于磷质碎屑之间，局部交代氟磷灰石(胶磷矿)。

石英、玉髓：玉髓多为细小粒状集合体，石英则由玉髓脱水结晶而成。石英和玉髓或者呈胶结物填充于白云石颗粒间，具一定层状分布。

黄铁矿：黄铁矿呈它形粒状零星分布于基质中，粒度0.1mm左右。

(3)矿石结构主要有自形-半自形结构、凝胶砂屑结构以及各类交代结构。

自形-半自形结构：矿石的主要结构，通常矿石中的白云石和方解石具有这种结构。

凝胶砂屑结构：原生富磷矿的主要结构。砂屑含量约40%，由砂屑磷灰石、白云石、石英及陆源碎屑物等构成，呈次圆状、椭圆状，填隙物由磷灰石凝胶等为主，少量硅质及微量铁质、有机质作基底式胶结。

交代结构：原生矿石中的常见结构。常表现为填于白云石颗粒间的氟磷灰石(胶磷矿)，局部交代白云石；局部见少量成岩期方解石交代氟磷灰石。

(4)矿石构造主要有块状构造、条带-条纹状构造。

块状构造：致密块状磷块岩一般在每层磷矿体的顶部出现，常与其它类型磷块岩构成一定序列类型。单层厚度8cm～3m 不等，P2O5大于30ω%，由粒屑磷块岩与角砾磷块岩两种亚类构成，其特点是一种或几种矿物彼此均匀地紧密地连生，无相对富集分布现象，为富矿石所特有的构造。

条带-条纹状构造：磷矿石中不同成分、不同含量的矿物集合体相对集中呈条带和条纹状交替、重复分布的一种构造。由白云石和硅质矿物组成的浅色条纹条带分布于深色的磷质基底中；也可由深色的磷质矿物组成条纹条带，分布于浅色白云石、硅质矿物基底中。单个条带厚一般1cm～3cm。

5 矿床元素地球化学特征

从羊场磷矿样品主量元素分析结果[1]显示，黑色页岩、白云岩和磷块岩等样品含有大量有机质，导致样品烧失量较高，最高达35.07%。磷矿层具有高CaO、P2O5，低Al2O3的特征，含量分别为 22.65%～47.51%，8.63%～28.91%和 0.14%～1.16%。含磷质砂屑白云岩中因含有少量磷质砂屑，化学成分与磷块岩类似，但其CaO、P2O5的含量比磷块岩低，Al2O3含量比磷块岩高，分别为 14.13%～16.31%，3.44%～6.13% 和 0.44%～2.07%。硅质岩、炭质页岩化学成分相对稳定，SiO2含量在 59.34%～65.39%间变化，炭质页岩Al2O3含量为10.77% ，硅质岩Al2O3含量为1.24%～2.07%。MgO含量为0.66% ～5.73% 之间。氧化还原条件指示元素MnO变化范围为0.018%～1.57%，并在矿层之上的白云岩中达到最高(1.57%)，TFe2O3含量变化于 0.51% ～3.48%间，平均为1.44%。通过样品分析结果及相关对比，显示如下特点。

(1)P2O5与CaO、Y具有较好的正相关关系(图3)，指示CaO、Y两种元素主要来自来源于矿石中的氟磷灰石(胶磷矿)。

图3 P2O5与CaO、Y、MgO相互关系图Fig 3.Relationship between P2O5 and CaO，Y，MgO

(2)代表白云石的组分的MgO与P2O5为显著的负相关关系，指示白云石与氟磷灰石(胶磷矿)之间此消彼长的关系。

(3)SiO2主要来源于玉髓、石英等矿物。其含量与矿石品位间无明显相关性。

6 成矿沉积环境分析

6.1 区域含磷碳酸盐岩建造特征

区内早寒武世含磷地层与震旦世晚期地层连续沉积，主要由一套碳酸盐岩、磷块岩及硅质岩组成。

在康滇古陆与牛头山古陆夹持范围内，含磷建造由西向东(厚16m～120m)相变明显，西部为磷酸盐、镁质碳酸盐、碳酸盐沉积组合，主要岩类为泥晶、粉晶白云岩、灰岩，中下部夹内砂屑、粉屑磷块岩，仅永善硝滩一带有工业矿体赋存；中偏东部出现台内滩相，系磷酸盐、镁质碳酸盐沉积组合，镁质碳酸盐占57.5%；岩类为含磷白云岩、粉砂质白云岩、内砂屑白云岩为主，夹内砾砂屑鲕状磷块岩、内砂屑磷块岩及少量磷块岩，富含小壳动物化石。层理类型复杂，有波状、透镜状层理及冲刷槽，亦见脉状、鱼骨状层理及板状交错层理，为波浪、潮汐作用均较强烈的高能滩坝环境。据梅树村组磷矿层结构特征，把该区划分为双层型矿分布区，由上磷矿层、中部夹层及下磷矿层组成，为下寒武统海相沉积型层状磷块岩矿床的主要矿层结构类型，三者的厚度、矿石特征及顶、底板岩性在区域内有所变化。

6.2 区域成矿构造环境

该区早寒武世梅树村期构造活动较为稳定，主要以断块差异性升降运动为主，在全球性海浸背景下形成的一套海相含磷沉积。

梅树村期在康滇古构造隆起带和川黔碳酸盐浅水台地(或水下高地)之间，存在着南北向古断裂控制的相对坳陷带，构成了有利磷矿沉积的大型成磷盆地，从而形成了呈南北向带状展布的川滇成磷带。在南北向大型成磷盆地中，又因有若干东西向分布的水下构造隆起带存在，而把整个成磷盆地分割成许多相间排列的次一级隆起与坳陷，其中次一级的坳陷为磷块岩沉积提供了极为有利的古地理环境和聚磷场所。这种成磷盆地顺着成矿带按构造等距离性的规律成串珠状断续分布，如早寒武世川滇成矿带中的含磷沉积集中分布于华宁、东川、雷波三个洼地中。从古陆向东南部的浅海至半深海也存在着东西分带的特征(雷波、镇雄、织金)，含磷沉积一般形成在古陆或同生水下隆起的边缘、水下浅滩，或同生隆起带中的相对洼陷地带。羊场-织金聚磷盆地视为在康滇古陆东缘形成的雷波聚磷盆地向东部延伸部分(图4)。

6.3 沉积环境与沉积相

古构造不仅控制着古地理环境的形成和演化，也控制着沉积建造的发育和更替，对于该类磷矿床来讲，可认为它是磷质沉积及富矿形成的最重要的控制因素。羊场磷矿床所处的早寒武世梅树村期，是在晚震旦世灯影期海退后又一次海侵背景下接受沉积的碳酸盐岩、磷块岩、硅质岩组成的缓坡相，其西、南周边的古陆有牛首山岛、康滇古陆(图4)。

图4 川西南-滇东北地区梅树村期古构造略图(据云南省地质科学研究所)Fig 4.Meishucun period Paleotectonic Sketch Map of SW Sichua-NE Yunnan

川西南-滇东北地区因受川滇坳陷中四条深大断裂控制，其沉积相呈南北向延伸、东西向成行。由西南的古陆向东为近岸潮坪→具障壁滩(包括风暴和潮下浅滩)的浅水缓坡(含磷酸盐碳酸盐缓坡)→深水缓坡(含磷结核硅质岩缓坡)，直入陆坡深水盆地[3]。梅树村组由白云岩、磷块岩、硅质岩及泥岩组成，发育具磷质骨骼的小壳化石，属上扬子浅海环境。由于该区处于低纬度热带信风半干旱气候区[4]，大洋深处温度甚低的富磷及稀土元素的海水，不断的冲刷陆表海边缘的滨外滩，致使其上很少有沉积物沉积。洋流越过滨外滩进入宽阔的陆表海海域后，流速迅速降低导致了在滨外滩的近陆表海域一侧将洋流携带及洋流冲刷外滩所形成的碎屑物质大量沉积下来，形成粉砂、泥质物的主要沉积区，至此洋流开始变得较为清澈，逐渐进入酸性、还原环境的深水盆地中。在这个盆地中除继续有少量细粉砂屑-泥质物沉积外，主要是硅质物的大量沉积。至此，上升洋流开始逐渐进入台地边缘区，由于前几个阶段中碎屑、泥质及硅质物的大量沉积，上升洋流中的磷、钙质组分随之相对增加，介质环境也逐渐由酸性向碱性、由强还原向氧化环境过渡，海水深度也逐渐变浅，温度升高，CO2分压降低，生物活动开始增加，磷质因胶体化学、生物化学作用沉积，形成凝胶状磷块岩与碳酸盐、硅质等共同沉积的磷质层[5]。

由此看出，古构造所造成的的滇黔碳酸盐浅水台地沉积环境下，控制了包括羊场磷矿等不同凹陷范围内的磷矿床。在羊场背斜及芒部背斜一带，沉积地层总体近东西展布，赋矿地层梅树村组沉积厚度从羊场沉积中心的128m至东部芒部一带渐变为10m左右，沉积相总体为浅海陆棚-潮下灰坪、潮下云坪、台内浅滩。西侧羊场一带为灰质、硅质碳酸盐、磷酸盐沉积组合，磷酸盐占76%，以含磷内砂屑白云岩、内砂屑磷块岩为主，地层厚128m；磷矿层较富，颗粒含量高达81%，常见的矿石构造类型为块状、条带状及条纹状。亦反映能量高、筛选作用强、磷质颗粒净化较充分的沉积环境。往东系硅质、磷酸盐、粉砂沉积组合，以含磷硅质岩、硅质磷块岩和含炭泥质粉砂岩为主，地层厚16m；岩石多黑色薄层状，见星点状黄铁矿，具水平层理，颗粒含量约5%，显示系潮下低能环境及弱还原条件，其特征己近于台盆相，现阶段发现的羊场磷矿为区内主要厚大工业磷矿床。