四川省汉源县椅子山磷矿矿床地质特征及成矿模式

白进春，龙安举，李雪梅

四川省汉源县椅子山磷矿矿床地质特征及成矿模式

白进春1，2，龙安举1，李雪梅1

（1.四川省冶金地质勘查局六0六大队，成都 611730；2.成都理工大学地球科学学院，成都 610059）

四川省汉源式磷矿形成于早寒武世梅树村晚期，属于浅海沉积矿床。本文详细描述汉源县椅子山磷矿区域地质背景、矿床地质特征和岩相特征，结合磷矿区内样品主量元素分析，总结矿区内磷块岩成矿物质来源特征。在此基础上，探讨矿床成因，建立以岩相古地理和来源为主导因素的成矿模式。该研究对汉源磷矿的矿床特征进行详细的总结，对今后进一步的理论研究和找矿实践有重要的指导作用。

汉源磷矿；椅子山；筇竹寺组；矿床特征；成矿模式

早寒武世（~541-529Ma）发生了全球最广泛以及最重要的成磷事件，形成与上升洋流有关的沉积磷矿床（Papineau, 2010; Pufahl and Groat, 2017）。在华南地区形成了广泛的磷矿床，其中，四川的磷矿床主要形成于早寒武世梅树村晚期。其沉积型磷矿床包括：①川西南地区，灯影组顶段麦地坪段昆阳式磷矿；②川西南地区，筇竹寺组下段汉源式磷矿；③龙门山中段地区，长江沟组下段清平式磷矿；④米仓山地区，灯影组顶段宽川铺段宁强式磷矿。

夏学惠等（2011）根据成矿时代、含磷岩系、岩性组合与成矿作用等，将沉积磷矿床划分为11种。早寒武世形成了昆阳式、天台山式（含铀锰磷矿）、新华式（含稀土磷矿）、辛集式（含膏磷矿）、平台山式（含钒磷矿）、汉源式（含钾磷矿）、大茅式（含锰磷矿）等磷矿。四川磷矿远景区主要是在与昆阳式、汉源式、什邡式、清平式等矿床类型地质条件相似的扬子陆块区。以往的研究对成矿时代的研究，将汉源式磷矿定为筇竹寺期沉积，后来，学者基于生物化石地层分类，将汉源式磷矿沉积成矿时代划定为梅树村晚期（Є11-2）（徐无恙等，1985），昆阳式磷矿成矿时代确定为梅树村早期或早中期（Є11-1）（辜学达和刘啸，1997）。汉源式磷矿形成于局限浅水陆棚环境，因陆源碎屑掺入，以含钾（K2O）较高为特征，又称为含钾磷块岩，目前已经对汉源椅子山矿床进行了勘查（彭召强等，2016）。但矿体特征没有进行详细地描述和总结，矿床成因尚缺研究。因此，本文对汉源椅子山磷矿床矿床地质特征进行详细描述，结合磷矿品位在矿体内的变化情况和岩相古地理特征，分析磷矿成因，并在此基础上尝试建立汉源式磷矿成矿模式。

图1 川西南大地构造单元分区略图（a）及寒武系地层出露构造地质略图（b）

F1. 九襄断裂；F2. 罗锅平断裂；F3. 红花断裂；F4. 凰仪断裂；F5. 七百部断裂；A1. 磨房沟背斜；A2. 马列背斜；A3. 七百步背斜；S1. 汉源向斜；S2. 安乐向斜；S3. 大洪山向斜；S4. 轿顶山向斜

1 区域地质特征

汉源磷矿位大渡河中游、四川省雅安市西南部。在大地构造位置上位于扬子准地台西部（Ⅰ1）、康滇地轴的北东侧、四川地台的西缘（图1a）。椅子山磷矿研究区，属于汉源--甘洛磷矿区的北延部分，汉源县城56.74°方向（图1b），直距14.29km，隶属汉源县万里乡管辖。

1.1 地层

汉源磷矿区内主要出露元古界和古生界，缺失泥盆系、石炭系，中生界仅有三叠系上统及侏罗系的沉积。地层区域出露厚度及岩性特征见表1。磷矿层位于筇竹寺组下段（Є11），底部为黑色—深灰色页岩或粉砂、细砂岩，富含钒、铀、有机质和自生黄铁矿，有时含海绿石和磷结核；下部为页岩、粉砂岩和含磷粉砂岩，夹砂质白云岩；上部为砂质（主要为钾长石和石英）磷块岩和含磷粉砂岩；顶部为中厚层状长石石英细砂岩。

表1 区域地层表

1.2 构造

矿区内未出露基底构造层，仅发育盖层褶皱、断裂。区内主要的褶皱和断裂呈南北向展布，构成本区以南北向构造为主体的构造体系。因受多期构造运动影响，往往见南北向构造的北端向北西方向偏转，形成近似弧形构造，致使区内总体构造轮廓大致呈北西至南东方向。主要发育近于平行排列的5条断裂、3条背斜和4条向斜（图1b），磷矿层受大洪山向斜控制以及锣锅坪断裂破坏，寒武系下统筇竹寺组磷矿层重复出现。

1.3 矿产

本区域矿产资源主要以磷矿为主，其次为铅锌矿。该地区磷矿是一类以陆源碎屑为主的海相沉积含钾磷矿床，磷矿床集中在汉源—甘洛聚磷区，主要分布在汉源万里、市荣、水桶沟、椅子山、大红山一带。铅锌矿有两个类型，包括麦地坪组和产于上震旦统灯影组白云岩的铅锌矿。有多个矿化点，几个小型矿床和富泉中型矿床。铅锌矿分布于汉源县富泉、银厂沟、黄草岗、万里大牛厂和千家山等地。矿体呈脉状、似层状产出，变化大。

2 矿床特征

2.1 矿区地质

汉源椅子山磷矿为海相陆源碎屑沉积磷块岩矿床，属典型的汉源式磷矿。磷块岩赋存于寒武系筇竹寺组，含矿地层及其顶底板在椅子山研究区自上而下整体特征表现如下：

中上统：

洗象池群（Є2-3）：浅灰色白云岩、砂质白云岩夹砂岩、粉砂岩，局部夹少量粉砂岩条带，厚度60～177m

————————————整 合 接 触———————————

中统：

陡坡寺组（Є2）：矿区内仅东部地区局部出露，为一套紫红色粉砂岩，粘土岩夹灰绿色粉砂岩、粘土岩及泥砂质白云岩，厚度12～29m。这套地层即所谓的“上红层”，是区域对比的重要标志层。

————————————整 合 接 触———————————

下统：

沧浪浦组+龙王庙组（Є1）：岩性组合比较复杂，为一套碎屑岩—碳酸盐岩，厚度93～130m。岩性组合特征：上部为灰色白云岩，泥质、砂质白云岩；中部为灰色泥质、砂质白云岩与砂岩、粉砂岩间夹，以浅灰色泥砂质白云岩为主夹少量细砂岩；下部为灰色砂岩、粉砂岩夹砂砾岩、粘土岩及砂质白云岩，紫红色砂岩发育。

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筇竹寺组（Є1）：本区的主要赋矿层位，根据岩性组合特征，总体上可分为3个岩性段：

筇竹寺组三段（Є13）：总体上为灰、青灰色、黄灰色泥质石英长石粉砂岩、细砂岩，底部局部夹白云岩，粉砂质结构，碎屑结构，微观上呈细密条纹状，宏观上呈中—厚层状构造，碎屑粒度较二段略粗。

筇竹寺组二段（Є12）：为灰—深灰色泥质粉砂岩，粉砂质结构，碎屑结构，微观上呈细密条纹状，宏观上呈中—厚层状构造，其主要成分为石英、长石、泥质及少量白云石等。

筇竹寺组一段（Є11）：底部为薄层状深灰—灰黑色含磷泥质粉砂岩，局部为页岩；中部以薄层状、中厚层状泥质粉砂岩为主；上部为主要赋矿层位，总体上磷块岩呈似层状、层状产出，厚度一般一般4.5～9m，平均7m；砂状结构、碎屑结构，条纹状、条带状、致密块状构造，主要矿物成分为胶磷矿、白云石、石英、泥质、云母等。

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麦地坪组（Є1）：呈条带状，与筇竹寺组相伴产出。岩性组合差异较大，总体而言，上部为浅灰—灰色中厚层状砂质白云岩，局部夹角砾状白云岩；中下部为灰色燧石条带白云岩，局部为薄层状硅质白云岩，厚度由上至下逐渐变薄，燧石条带逐渐增加，燧石多呈条带状，局部呈团块状、结合状、脉状。

矿体出露主要受罗锅平断裂、椅子山断裂和豆腐石断裂影响，破坏了寒武系地层的完整性；受椅子山向斜、大洪山向斜控制，使寒武系地层呈条带状出露（图1b）。

2.2 岩矿特征

矿区含矿原岩为灰—深灰色含磷白云质岩屑砂岩（图2a），构造类型主要包括块状构造（图2b）、条带状构造（图2c）。①块状构造：脉石矿物长石、石英等砂屑均匀散布于胶磷矿砂屑中，分选性良好，不显层理而成块状，多由细粒级砂屑组成，局部为中粒砂屑组成，多见于矿层上部，是研究区主要的矿石构造类型；②条带状构造：由于水动力的分选作用使胶磷矿砂屑、粉砂状长石砂屑与水云母、白云石组成的条带顺层相同分布，条带密集分布，其宽度小于2mm者称条纹状，是区内主要构造类型；③角砾状构造：系由不规则的磷块岩、粉砂岩、白云岩等大小等之角砾及生物碎屑等混杂再被砂屑充填胶结而成，矿区内少见，仅见于矿层顶部或地表。

矿物成分主要是胶磷矿，填隙物为碳酸盐矿物（主要是白云石）、石英、长石、绿泥石团块等，还见少量黄铁矿、褐铁矿等金属矿物（图2d）。选矿目标矿物为胶磷矿，矿石结构比较简单，以砂屑结构为主，次为含生物砂屑结构，局部见砂屑结构。

（1）砂屑结构：砂屑基本上均由磷质矿物组成，其内含较多铁质、炭质等杂质，混入较多长石及少量石英、云母粉砂、细砂、陆屑等（图2e）。根据砂屑粒度可分为粉砂屑结构和细砂屑结构两种，中粒砂屑结构少见。矿层下部以粉砂屑结构为主，矿层上部以细砂屑结构为主，局部为中粒砂屑结构。

（2）生物屑结构：矿石中除含胶磷矿砂屑外，尚见少量以软舌螺为主的生物碎片及其它小壳生物化石碎片（图2e），在矿层中少见，仅见于矿层顶部。

（3）砾屑结构：砂屑由胶磷矿、长石、石英、白云石等组成，砾屑多为胶磷矿、白云岩屑、粉砂岩屑等不均匀混杂（图2f）。

胶结物由它形的白云石、石英、黄铁矿、少量黑云母等非金属矿物组成。胶结方式以孔隙式（图2e ）为主，次为接触式、基底式胶结（图2d）。胶磷矿颗粒自下而上粒度变粗，从胶结形式来看，下部多为基底式胶结型，上部多为接触式—孔隙式胶结型。

图2 汉源椅子山磷矿研究区岩石学和矿物学特征

a.磷矿床野外照片；b. 块状磷块岩岩石标本；c. 条带状磷块岩岩石标本；d-f. 显微镜下矿物学特征

缩写：Col：胶磷矿，Dol：白云石，Qz：石英，An：钾长石

2.3 矿体特征

区域内已发现多处具有工业价值的磷矿体，与康滇断隆成矿带东部的磷矿床构成了川滇成磷带北段的主体，为四川磷矿的主要产区。区域内磷矿层厚度变化不大，一般是南北向较为稳定，东西向变化较大，截止目前，已在研究区发现了5个磷矿体（图3），其矿体特征简述如下：

Ⅰ号矿体：位于椅子山断裂以北，下兰家坪-板板桥断裂以西，矿体呈层状、似层状产出。矿体斜深93～259m，出露标高2057～2141m。地表矿体较连续，矿体产状95°∠16°～21°，受椅子山断裂、下兰家坪-板桥断裂影响，地表产状较凌乱。矿体厚度1.46～8.05m，平均5.33m，厚度变化系数41.74%，属稳定类型。矿石品位P2O514.78%～23.14%，平均20.70%，品位变化系数17.48%，K2O一般1.08%～7.62%，平均为3.95%。

Ⅱ号矿体：位于下兰家坪-板板桥断裂以东、分水沟-盘探沟断裂以西，矿体呈层状、似层状产出，矿体斜深182～266m，出露标高2204～2319m。矿体平均产状101°∠16°，矿体厚度1.11～9.77m，平均厚8.06m，厚度变化系数30.08%，地表出露连续，属稳定类型。矿石品位P2O518.41%～25.83%，平均 21.52%，品位变化系数11.59%，K2O一般2.12%～4.07%，平均为3.21﹪

Ⅲ号矿体：位于分水沟-盘探沟断裂以东，矿体呈层状、似层状产出，斜深124～319m，出露标高2132～2319m。矿体平均产状133°∠19°，矿体厚度1.49～11.76m，平均厚7.16，厚度变化系数41.9%，地表出露连续，属稳定类型。矿石品位P2O514.35%～25.66%，平均品位19.22%，品位变化系数10.63%。

Ⅳ号矿体：位于研究区中部牛门口—野猪坪以北，锣锅坪-炉房沟断裂以西，矿体呈层状、似层状产出，斜深124～319m，矿体出露标高2349～2603m。矿体平均产状140°∠19°，矿体厚度1.42～8.18m，平均厚5.73m，厚度变化系数51.22%，地表出露连续，属稳定类型。矿石品位P2O514.07%～22.76%，平均品位18.75%，品位变化系数15.96%。

Ⅴ号矿体：位于研究区北部锣锅坪-炉房沟断裂与钱家沟—分水沟断裂所挟持部位，矿体呈层状、似层状产出。在地表出露连续，出露长约1200m左右，由槽探工程控制，无深部工程控制。矿体厚度2.23～9.04m，平均厚7.44，矿石品位P2O514.86%～25.05%，平均21.72%。

2.4 主量元素地球化学特征

在研究区内采集样品进行主量元素分析，数据见表2。磷块岩样品P2O5含量变化较大，为0.39%～26.91%，偏差（δ）为12.98，同样，CaO在磷块岩样品中变化也较大，δ值可达19.91，表明磷块岩品位变化大。另外，K2O（1.49%～9.58%）和MgO（0.27%～7.40%）含量相对较低。磷块岩中由于长石砂屑量大，因此，矿石中钾含量较高，该特征为汉源磷矿的一大特点，还可以依据岩石中钾含量（K2O3）或者钾长石含量特征，以指导找矿。

图3 汉源椅子山磷矿研究区构造纲要及矿体分布图

相关性分析表明，P2O5和CaO呈现出显著的正相关，相关系数（R2）可达0.964（图4a）；相反，P2O5与K2O和酸不溶物呈现出显著的负相关（图4b，c），相关系数分别为0.9001和0.788；P2O5和MgO不具有相关性（图4d）。根据矿物学特征可知，酸不溶物主要是长石、石英、黄铁矿等矿物，而胶磷矿和白云石（碳酸盐）为酸可溶物。因此我们可以得出以下结论，椅子山磷矿形成于局限浅水陆棚环境，形成时有大量陆源碎屑的输入，导致其钾含量升高。但是胶磷矿含量和长石含量为此消彼长的关系，表明大量的陆源输入并不导致富磷输入。相反，富磷的上升洋流自东上升至本区，为生物衍生、磷质富集提供了物质来源，这与古地理特征是一致的。

表2 汉源椅子山研究区主量元素极值、中值（%）及偏差

图4 汉源椅子山磷块岩P2O5与CaO（a）、酸不溶液（b）、K2O（c）和MgO（d）相关图

3 成磷作用与岩相古地理的关系

汉源式磷矿床为典型的陆源碎屑海相沉积磷矿床，在全国成磷带的划分上具有独特性。该区域在下寒武世时期为滨海—浅海陆棚相，古地形、古构造为西高东低，西陆东海的地貌形态。受这种古地形、古地貌控制，古地理环境表现为：海水深度由西向东变深，磷块岩类型中的浅水岩相标志在中西部极为发育，总体上由西向东呈现海退的粒序变化，磷块岩的结构构造、组分及类型，在空间上发生有规律变化（张姚等，2014；彭召强等，2015）。汉源椅子山磷矿处于潮间沙坪相区，为磷块岩的聚集、堆积创造了良好的沉积环境，沉积过程由多个潮下—潮间—潮上的次级小旋回组成，有利于磷矿层的富集（彭召强等，2015；彭召强等，2016）。

4 矿床成因及成矿模式

块状磷块岩表明磷块岩形成时海水具有较强水动力环境下，海水动力将泥质分选开，反映了高能的滩相沉积环境；条纹状、条带状磷块岩表明其形成于低水动力下较弱的低能潮坪沉积环境，与砂质、泥质形成互层。从磷块岩矿物胶结类型来看，下部多为基底式胶结型，上部多为接触式-孔隙式胶结型，表明由下而上水动力条件由弱变强。另外，上部可见大量软舌螺等小壳生物及大型斜层理，大型波痕等构造，表明其生成环境为浅水环境。因此我们认为，下部磷块岩形成海水深度较上部深，海水动力较上部海水动力弱。

胶磷矿两种砂屑，内含原生黄铁矿胶磷矿砂屑和与绿泥石混合的泥晶磷灰石（胶磷矿），均为贫氧条件下的产物。砂屑磨圆度良好，表明其搬运距离较远，而脉石陆屑矿物主要为长石，次为石英，其磨圆度差，表明其搬运距离不长，说明磷块岩堆积位置距离古陆不远。矿物学和岩相古地理特征表明了成矿的古地理位置和海水动力，另外，磷块岩普遍呈现出磷品位下低上高的的特征，表明了次生富集作用的存在。结合前人关于“上升洋流”提供物质来源（东野脉兴，1996）以及物理富集过程（叶连俊等，1989）的成矿理论，我们建立了以岩相古地理为主导因素的成矿模式图（图5）。

由上升洋流将深海富磷质的海水逐渐向大陆边运移，在运移过程中吸收了大量火山物质SiO2、F，在适宜的条件下与陆棚较深处的软泥一起沉积，形成硅磷质软泥，经固结成岩。由于海流的作用将已成岩的磷块岩重新搅动冲刷起来，被运送至滨海地带，滨海地带受构造控制的海湾、海盆是磷质碎屑堆积的有利场所（叶连俊等，1989）。当时康滇古陆气候干旱，大量陆源碎屑搬运至大海，与磷质砂屑混合，在波浪、潮汐作用下，含磷沉积不断受到水动力改造，按粒级分选富集，由于当时沉积介质水动力大小不一，基质被簸选的程度不同，从而形成不同粒级、不同胶结类型、不同品级的磷块岩。

图5 汉源磷矿区成矿模式图

Papineau, D. 2010. Global Biogeochemical Changes at Both Ends of the Proterozoic: Insights from Phosphorites [J]. Astrobiology, 10 (2): 165-181.

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Geological Characteristics and Metallogenic Model of Yizishan Phosphate Ore Deposit in Hanyuan County, Sichuan Province

BAI Jin-chun1,2LONG An-ju1LI Xue-mei1

(1-No.606 team of Sichuan Bureau of Metallurgical Geology and Exploration, Chengdu 611730; 2-College of Earth Science, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

The phosphorite in Hanyuan Sichuan Province formed in Late Meishuncun Formation, early Cambrian, belong to shallow sea sedimentary deposit. In this paper, geological background, geological characteristics, and lithofacies characteristics of Yizishan phosphate depost, were reported. Combined with the analysis of major elements of samples in the phosphate deposit, the source characteristics of ore-forming materials of phosphorus rocks in the mine are summarized. The genesis of the deposit is discussed and the metallogenic model dominated by lithofacies palaeogeography and source is established. This study summarizes the deposit characteristics of Hanyuan phosphate deposit and has important guiding role for further theoretical research and prospecting practice

Hanyuan phosphorite deposit; Yizishan; Qiongzhusi Formation; deposit geology; metallogenic model

P611.2+2

A

1006-0995（2022）04-0574-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.006

2021-12-21

白进春（1986— ），男，四川三台人，高级工程师，研究方向：地质调查与评价