四川省金河磷矿矿石地球化学特征

邓渊

四川省金河磷矿，四川 德阳 618400

中国沉积型磷矿床集中分布在扬子、华北和天山三大成磷区，磷矿床几乎都在稳定的地台边缘形成，多沉积在地台边缘古岛、水下高地边缘、浅海域海口和海峡处。成矿带和聚磷区受成磷区古构造、古地理环境制约，含磷地层主要形成于陆缘、碳酸盐台地和外陆架盆地环境。磷矿床及含磷地层严格受地层层位控制，呈层状、似层状和透镜状赋存在震旦系、寒武系和泥盆系等，产于碎屑岩与碳酸盐间过渡区，常与白云岩共生。矿石矿物以胶磷矿、炭氟磷灰石为主，次为细晶磷灰石、磷铁矿；脉石矿物主要为白云石、方解石、石英和粘土矿物[1]。

硫磷铝锶矿与磷块岩紧密共生是什邡式磷矿独有的特征，矿石属国内外海相磷块岩中罕见的铝磷酸盐矿石类型。“什邡式”磷矿矿石具有独特的地球化学特征，通过对金河磷矿这一典型的“什邡式”磷矿矿石特性研究，深化中国沉积型磷矿床的理论认识，同时也为选矿、冶矿等生产行业的工作提供指导。

1 地质概况

1.1 区域地质

金河磷矿矿床处于龙门山边缘拗陷带中段大水闸复式背斜东南翼之绵竹-什邡复式褶皱带中，区内构造线主要呈北东-南西向[2]。主要褶曲和断裂的走向大多受其控制，线状复式褶皱为区内的基本构造形态，褶曲长宽比多大于10∶1，一般向斜较开阔，背斜较紧密。褶曲轴向多为北东，绝大部分为倒转褶曲，轴面倾向北西，但两翼地层倾角多不一致，一般背斜的北西翼缓，南东翼陡，向斜则相反[3]。

1.2 矿床地质

金河磷矿主要为一向南东倒转的背斜，背斜轴总体走向为70°，轴面倾向北西，轴向局部常有扭折，背斜枢纽起伏不平，属线形褶曲向两端倾伏。矿区东西两端及深部有次级褶皱构造。

区内断层发育，详勘时地表查明有81 条断层，对矿层有影响的断层有23 条，其力学属性以压性、压扭性为主，正翼多出现逆掩断层，反翼则正断层较多。岩层产状总体倾向北北东、北北西。正翼倾角较缓，一般10°～25°，反翼稍陡，一般20°～35°，局部地段因受断层影响倾角变陡，为40°～70°。

1.3 矿体地质

磷矿层位于上泥盆统沙窝子组下段的下部（图1），其直接底板为震旦系灯影组藻白云岩，二者为岩溶不整合接触；上覆地层为上泥盆统砂窝子组上段砂屑粗晶白云岩[4]。含磷岩段分四层，由上至下依次为炭质水云母粘土岩、含磷高岭石粘土岩、硫磷铝锶矿石、砾屑磷块岩。

图1 含磷岩段综合柱状简图Fig 1 Comprehensive column diagram of phosphorous formation section

磷矿呈似层状、透镜状，层位稳定、分布广，底面凸凹不平，顶面侧较平整。磷矿石P2O5含量28.00%～35.00%，厚0～75.3m。磷矿石呈浅灰-深灰、黑色，块状、角砾状构造，内砾屑（内碎屑）结构，质硬性脆。矿物成分以微碳氟磷灰石为主（70%～80%），次为粘土矿物水云母、高岭石、黄铁矿及少量陆源矿物电气石、辉石、锆石等，后生矿物有石膏、黄钾铁矾、一水硬铝石、绿泥石等。

硫磷铝锶矿在含磷层中富集，成因特殊，是罕见的矿体类型，呈似层状、扁豆状、透镜状产出，层位稳定，为磷块岩直接顶板，厚0～14.80m。P2O5含量酸溶9.11%～15.1%，碱溶15.66%～23.51%。矿石呈浅灰-灰、紫灰色等，块状构造，以豆状、团絮状结构为主，次为隐晶质、显微晶质球粒状、眼球状等结构，质硬性脆。主要矿物为硫磷铝锶矿，含量80%～90%，次为高岭石、水云母、黄铁矿、磷灰石及微量陆源碎屑矿物电气石、辉石、锆石、榍石、锐钛矿、石英、独居石等，后生矿物有水铝石、绿泥石等。

2 地球化学特征

本文分析数据源于《四川省金河磷矿矿石质量特征报告》[5]，磷块岩样品分别选自金河磷矿八中段、九中段、十中段，在四川省地质矿产勘查开发局化探队检测中心完成分析测试，共计48 件。

2.1 磷块岩地球化学特征

据全分析和多项分析资料统计，磷块岩化学组分比较复杂，除P2O5、CaO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、F、MgO、CO2等常见组分（占总量的94.07%）外，还有约5.93%的K2O、Na2O、SrO、TiO2、TREE 等物质。其中，P2O5含量最小16.53%，最大38.00%，平均31.4%；CaO 含量最小39.54%，最大51.91%，平均45.18%；Al2O3含量最小0.70%，最大8.67%，平均4.06%；Fe2O3含量最小0.57%，最大7.04%，平均2.64；SiO2最小1.00%，最大7.93%，平均3.34%；F 含量最小2.37%，最大4.22%，平均2.97%；MgO 含量小0，最大2.24%，平均0.74%；CO2含量最小0.47%，最大2.33%，平均0.98%。

碘作为伴生有益组分在磷块岩中相对富集，其含量超过克拉克值（I=3×10-5）数十倍至数百倍之多；碘含量10×10-6～275×10-6，一般80×10-6～160×10-6，平均114×10-6左右，变化系数6%，含量较稳定。

根据磷块岩化学组分含量变化情况，可将其分为三类：①稳定类型，变化系数小于10%，有P2O5、CaO、I；②较稳定类型，变化系数为27%～74%，有F、CO2、Fe2O3、Al2O3、SiO2、及S 等；③不稳定类型：变化系数大于74%，如TREE、MgO、SrO 等，它们在原矿石中的含量变化系数分别为277%、207%和96%。

2.2 磷灰石地球化学特征

磷灰石的化学组分含量及分子式：矿物分子式计算采用钙原子（前5 个样）和氧原子法（后2 个样）计算，计算时Fe2O3、Al2O3、SiO2、MnO、TiO2、SO2、K2O、Na2O 等均作混入物处理。

磷灰石的主要化学组分特点：①P2O5含量高，为 36.53%～40.37%，CaO 和 F 含量分别为50.86%～54.29%和3.14%～3.81%；②CO2含量偏低，一般0.65%～1.1%，普遍小于1.0%；③结晶水(H2O)+含量低，小于1.0%；④Fe2O3、Al2O3、MgO、SiO2等杂质总量不足3%[6]；⑤矿物表现为含或微含氟磷灰石特点。

3 讨论

3.1 成因

什邡硫磷铝锶矿宏观粒呈豆状、鲡状、类球粒状等集合体，有的具裂纹构造，微观粒细小，多呈隐晶胶状结构，属胶体沉积；同时，它与胶磷矿、高岭石等共生，呈层产于粘土岩与磷块岩之间，证明属沉积自生型，物质源于古风化壳和海源。什邡硫磷铝锶矿系沉积自生矿物，在磷矿床中已形成独立的矿体和少见的铝磷酸盐矿石类型，具有相当的潜在价值，它的产出是什邡磷矿的特色和典型标志。

与国内外其他硫磷铝锶矿相比成因存在不同，据有关资料记述[1]，苏联乌拉尔的“硫磷铝锶矿”产于铝土矿裂隙中，无疑属表生淋积成因；巴西的产于金刚石砂砾岩中，可能也属次生产物；苏联阿尔泰及法国的硫磷铝锶矿与蓝晶石、红柱石、叶腊石、赤铁矿、金红石、钾长石共生，属岩浆及变质热液类型；瑞典的产于含大量氢氧铝石的石英岩中，可能亦属次生作用的产物。

3.2 磷块岩化学组分间的相互关系

磷块岩化学组分相关系数变化规律是P2O5-CaO-F、TREE-AL2O3-SiO2组分间互为正相关，P2O5、CaO、F 与TREE、Al2O3、SiO2组分之间呈负相关，表现为不相容关系。即磷矿石化学组分P2O5-CaO-F 富集，粘土化学组分Al2O3-SiO2-TREE 减少，反之亦然。

Fe2O3、S、CaO、I 等与其它组分表现为不相关或弱相关，其原因是：①CO2是以不稳定的络合形式进入磷灰石分子结构中的，加之矿石中有方解石的存在，进一步影响了CO2与P2O5、CaO、F 的相关关系[7]；②根据矿物学研究，矿石中铁质与硫质主要来源于硫铁矿和少量的白铁矿，Fe2O3-S 应为密切相关，本文中Fe2O3-S 不相关，其一是在制样过程中，硫铁矿氧化，硫质逸失造成的假象[8]，其二是地表样品中黄铁矿强烈风化作用所致[9]；③I 为成矿过程中海水渗滤吸附在矿石中的，与矿石其他化学组分不相关。

3.3 沉积环境

金河磷矿磷块岩的 ΣREE 为 158×10-6～256×10-6，平均为207×10-6；轻稀土(LREE)含量大于重稀土(HREE)，重稀土(HREE)轻微亏损，LREE/HREE 值为1.32～1.85，δCe为0.26～0.59，矿层Ce 负异常明显（图2）。数据表明本段磷块岩在成岩过程中氧化还原状态有变化，LaN/SmN为0.57～0.61，与Ce 异常无明显相关性；本段磷块岩的Ce 异常，反映海水的沉积环境特征，且基本未受到La 富集的影响。

图2 磷块岩稀土元素PAAS 标准化分配模式图Fig 2 Distributed Pattern Diagram of REE of phosphorite samples standarded by PAAS

4 结论

金河磷矿磷灰石矿物种属简单，主要化学组分特点为P2O5、CaO 和F 含量高，CO2偏低，普遍小于1%，结晶水(H2O)也偏低。矿物分子式反映其含或微含碳的氟磷灰石，这种磷灰石含有碳，具有一般海相沉积磷灰石的共同点。

金河磷矿矿石在地球化学上具有不同于其他沉积型磷矿床的特征，化学组分以铁、铝质含量高，低镁及含微量稀土为主要特征。金河磷矿开采的磷块岩矿床，由于产出时代、矿物组合、地层组合及成因类型的特殊性，决定了矿石产品质量的独特内涵，它的开采加工利用应区别于其它磷块岩矿床。