云南永善县金沙厂磷矿地质特征及成因浅析

2024-01-18尹飞李江应杨波

云南地质 2023年4期

尹飞，李江应，杨波

(永善金沙矿业有限责任公司，云南昭通 657309)

云南永善金沙厂磷矿是金沙厂铅锌矿的共生矿床，位于金沙江东侧斜坡带，主山脊呈北北西走向，最高山峰位于南西角核桃窝后山，海拔1958.83m，最低处位于北西部菜园子村庄附近的牛角湾河出口处，650m，相对高差1308.83m。区内地貌类型属深切中山，沟壑两侧地形陡峻，多呈“V”字型，地形坡度平均在30°以上。矿区大地构造单元属扬子准地台，滇黔川鄂台拗，威宁水城陷断褶束，昭通凹断褶束。区域构造处在北东向巧家-莲峰大断裂和北西向金沙逆断层锐角交汇处，主要由古生界组成的短轴背斜。出露最老为上震旦统灯影组，最新为下三叠统，缺失泥盆系和石炭系。岩浆活动仅分布有海西旋迴的基性玄武岩火山建造[1、2、3、8]。

本文主要以已往勘查为基础，通过地质测量、钻探、槽探及样品化学测试等工作手段，研究金沙厂磷矿地质特征，分析其矿床成因，对拓宽磷矿找矿范围、寻找新的磷矿石资源储备及开发后备基地具有重要的现实意义。

1 矿区地质特征

1.1 矿区地层

矿区主要出露上震旦统灯影组旧城段(Z2dn4)，白岩哨段下亚段(Z2dn5-1)及上亚段(Z2dn5-2)；下寒武统梅树村组小歪头山段(∈1m1)、中谊村段(∈1m2)及大海段(∈1m3)和筇竹寺组(∈1q)、沧浪铺组(∈1c)和龙王庙组(∈1l)以及部份侵蚀阶地和河沟中分布第四系(Q)[4、5、6]。(图1)。

图1 金沙厂磷矿区地质简图Fig 1. Geological Sketch Map of Jinshachang Phosphate Mining Area1-第四系洪积层；2-第四系残坡积层；3-上寒武系上统二道水组；4-寒武系中统西王庙组；5-寒武系中统陡坡寺组；6-寒武系下统龙王庙组；7-寒武系下统沧浪铺组；8-寒武系下统筇竹寺组；9-寒武系下统筇竹寺组；10-寒武系下统梅树村组中谊村段；11-寒武系下统梅树村组小歪头山段；12-震旦系上统灯影组白岩哨段上亚段；13-震旦系上统灯影组白岩哨段下亚段；14-震旦系上统灯影组旧城段；15-不整合地层界线；16-逆断层及编号；17-正断层及编号；18-见矿钻孔及编号19-矿区界线；20-矿段边界线；21-磷矿探槽及编号.22-磷矿坑道及编号。

(1)上震旦统灯影组(Z2d4)：旧城段(Z2dn4)下部深灰、黑色薄层粉砂质白云岩夹黑色炭质页岩，见似竹节虫痕迹化石；上部深灰色中厚层状泥质白云岩夹紫色粉砂质页岩，未见底，出露厚度70m～80m；白岩哨段下亚段(Z2dn5-1)下部鸟眼状粉晶白岩，上部层孔状粉晶白云岩和层纹状白云岩。数十个沉积小旋回组成，上部厚约20m为铅锌矿体主要产出层位。厚163.19m；白岩哨段上亚段(Z2dn5-2)灰白色厚层状粉晶白云岩，夹硅质岩薄层或团块。白云岩具层纹状构造，厚70.52m。

(2)下寒武统梅树村组(∈1m)：小歪头山段(∈1m1)主要由浅灰色中厚层硅质白云岩夹深灰色硅质岩薄层或透镜体。底部常出现一层极薄的深灰色至黑色的硅质磷块岩。含小壳动物化石。厚10m；中谊村段(∈1m2)主要由磷基砂屑磷块岩、云基砂屑磷块岩、含磷白云岩、含磷硅质岩组成。岩性二分性明显，下部浅灰色中厚层含磷内碎屑白云岩夹灰色极薄层云基砂屑磷块岩和硅质磷块岩，厚10m。P2O5含量8ω%～15ω%居多，个别含量>15ω%。纵横向不连续。以往称下磷矿层，现行《磷矿地质勘查规范》P2O5含量小于15ω%均不计算资源量。但涉及到已上平衡表333资源量，本文称“原下磷矿层”，含丰富的小壳动物化石。厚19.23m；大海段(∈1m3)灰色中厚层泥质白云岩夹深灰色粉砂质泥岩。底部多为内碎屑白云岩，中部常见层纹状白云岩，顶部与筇竹寺组分界处往往出现一层厚约0.2m生物碎屑磷块岩。含丰富的小壳化石。厚8m～10m。是区内第二个铅锌矿体主要产出层位。

(3)下寒武统筇竹寺组(∈1q)：由下至上岩性：①深灰色薄层石英粉砂岩，上部夹薄层泥灰岩，下部8m炭质粉砂岩，厚61.51m；②黑色薄层绢云母粉砂岩，具微斜层理，下部15m黑色碳质页岩，厚42.60m；③灰黑色薄层石英粉砂岩夹钙质粉砂岩，下部夹薄层泥灰岩。含化石，厚63.50m；④灰绿色粉砂质页岩夹薄层钙质细砂岩，上部钙质细砂岩相变为泥灰岩，灰绿色页岩中含丰富的三叶虫化石，厚43.50m。筇竹寺组厚210.86m。

(4)下寒武统沧浪铺组(∈1c)：见于矿区周围，从下至上岩性：①灰绿色中厚层钙质粉砂岩与灰绿色薄层泥质白云岩或灰岩互层。底部8m灰色厚层状细砂岩，厚43.90m；②紫红色薄层白云质粉砂岩夹灰绿色薄层状粉砂质页岩，具龟裂构造，厚26.00m；③灰绿色粉砂质页岩及灰绿色薄层粉砂岩互层，具虫迹，厚35.80m；④灰色厚层状钙质细砂岩及灰色云母质细砂岩，上部夹灰绿色绢云页岩及薄层灰岩。下部夹二层深灰色厚层状含磷砾岩，厚38m；⑤灰绿色薄层状生物灰岩夹绢云母页岩，厚20.90m；⑥灰绿色绢云母页岩夹薄层灰岩，厚42.30m。沧浪铺组共厚206.90m。

(5)下寒武统龙王庙组(∈1l)：仅分布矿区南西边缘，岩性从下至上：①灰黑色薄层白云岩夹条带或团块状硅质岩，厚13.60m；②灰黑色厚层状白云岩夹薄层状粉砂质白云岩及粉砂岩，厚37.70m；③灰黑色厚层状砂砾状内碎屑白云岩夹薄层状泥质白云岩三层，厚58.80m；④灰黑色厚层状白云质灰岩，厚11.80m；⑤灰色中厚层状泥质白云岩，厚29.90m。龙王庙组共厚151.80m。

(5)第四系(Q)：不整合在各时代地层之上，主要为残坡积层和冲洪积层，砂岩、页岩、白云岩角砾和砂土、粘土组成。角砾形态呈次棱角、浑圆状，含量20%～30%，砂泥质物胶结，胶结松散。堆积厚度一般20m～40m。最大厚度100m。

1.2 矿区构造

矿区总体构造具二层结构，下层为金沙厂背斜，上层为金沙厂逆断层形成的推覆体置于背斜轴部之上。推覆体南界和底部以F1断层为界，北界F3断层，东界F5断层，西界F7断层，东西长3km，南北宽1.5km，面积4.5km2。推覆体出露厚度350m～450m。由上震旦统灯影组旧城段、白岩哨上亚段、白岩哨下亚段和下寒武统梅树村组小歪头段、中谊村段及大海段、筇竹寺组组成，倾角8°～15°。推覆体内外磷矿层均稳定分布。

(1)褶皱构造：金沙厂背斜具箱状，轴部呈长方形状，东西长约5km，南北宽约2km，东西南北四边分别倾向东、西、南、北方向，倾角20°～30°，局部地段推覆体下南翼倾角达60°～70°。背斜轴走向290°，走向延伸约5km。

(2)断裂构造：矿区内共有编号断层16条，除F6外所有断层均切割磷矿层，其断距较大(>30m)有7条(推覆体周围F1、F3、F5和F7及推覆体内F2、F4和F8)。其余F9、F10、F11、F12、F13、F14和F15断层为横断层，断层延伸走向约100m～300m，断距多小于20m，对磷矿层影响很小；F6和F16断距较大，但对磷矿层影响很小。断层特征及控制程度见表1。磷矿层分官房、炎山、灯杆树和金沙四个矿段。官房矿段矿层倾角约7°～10°；炎山、灯杆树及金沙三个矿段矿层倾角20°～40°。区内东西、南北及北东向三组断层属浅层次级边部断层，属简单偏中等型。

表1 金沙厂磷矿区断层一览表Tab 1. List of Faults in Jinshachang Phosphorus Mining Area

2 矿床特征

2.1 赋矿层位特征

磷矿层由深灰色磷基含砾粗至细砂屑磷块岩、钢灰色云基砂屑磷块岩呈韵律性互层组成(图2)。属典型的碳磷酸台地沉积环境，处在潮间和潮下坪环境，并遭受多次风暴作用。沉积序列具典型的近积风暴岩(旋回Ⅰ-Ⅳ)和远积风暴岩(旋回Ⅴ)特征。

图2 金沙厂磷矿区中谊村段沉积环境变化综合图Fig 2. Comprehensive Map of Sedimentary Environment Changes ofZhongyicun Section in Jinshachang Phosphate Mining Area

中谊村段上部为工业磷矿层，顶界下为深灰色薄层云基磷块岩，上为大海段浅灰色中厚层泥质白云岩，两层间夹一层厚约0.1m鳞片状含磷粘土岩，含炭较高，深灰至黑色。全区稳定；底界上为含砾云基砂屑磷块岩，厚0.5m，P2O5品位15ω%～17ω%，下为浅灰色中厚层状内砂屑白云岩夹深灰色薄层硅质岩。白云岩中含硅质条带或团块。全区稳定，为中谊村段与小歪头段的分界线。

下部10m灰色中厚层状内砂屑和粉晶白云岩组成，白云岩中见宽1cm含砂屑磷块岩条带，呈断续缓波状。该层下段偶夹极薄层云基砂屑磷块岩，P2O5含量8ω%～15ω%，个别15ω%～17ω%，平均厚度及品位见图2、表3。

表3 金沙磷矿区主磷矿层Ⅱ、Ⅲ品级矿分层平均厚度、品位表Tab 3. The Average Thickness and Grade of LevelII and III Ore Layers in The Main Phosphorus Ore Layer of Jinsha Phosphate Deposit

上部9.23m由磷基粗砂屑磷块岩及云基细砂屑磷块岩呈互层状。据P2O5含量(图3)为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ品级磷矿石，主要由Ⅱ、Ⅲ品级磷矿石组成，个别工程中个别样品达Ⅰ品级矿石，纵横无法对比，并入Ⅱ品级矿层圈定。在垂向上，一般Ⅱ品级矿分布在矿层下部；Ⅲ品级矿分布在矿层上部。全矿层计算P2O5平均含量工程90个，其中仅6个平均含量P2O5在24ω%～25ω%之间，其它均为Ⅲ品级矿石(P2O5在15ω%～24ω%)。同时Ⅱ品级矿石在矿层倾斜方向延深约200m则变为Ⅲ品级矿石。

2.2 矿层分布及厚度变化特征

矿区内磷矿层总体呈南高北低单斜构造，除南部官房矿段平均倾角约8°，其余三个矿段内均在25°～45°之间。据控制情况，从炎山矿段南端到灯杆树矿段西端，矿层露头线长4300m，地表200m间距均有工程控制，矿层连续性好，矿层最大厚度12.03m，最小厚度5.88m，平均厚8.98m。下为Ⅱ品级矿层(厚4.0m左右)，上为Ⅲ品级矿层(厚4.48m)，两矿层之间在TC6以东地段出现厚约0.5m～2.0m夹石层，向南延伸至官房矿段东侧。矿层东侧金沙矿段矿层平均厚2.37m。P2O5含量8ω%～15ω%，为工业矿层尖灭区。矿层倾斜方向上，炎山矿段CK6-1矿层底板标高1390m，向北倾斜至PD1矿层底板标高723.56m，高差666.44m，斜距2600m，CK6-1和PD1矿层厚度分别9.80m和7.87m，厚度差1.92m。矿层在倾斜方向厚度变化也是较小的。

区内炎山和灯杆树两矿段是磷矿层最大稳定的大型磷矿体。共有见矿工程点28个，沿走向控制长4300m，倾斜控制斜深400m。控制矿体平均厚度8.98m，厚度变化系数20.05%。

2.3 矿层P2O5品位及其化学组份变化特征

全区共有90个见矿工程，单工程P2O5含量最高27.52%，最低15%，全区P2O5平均品位19.87ω%。品位变化系数15.1%，属稳定型。地表或浅部工程中因矿石具不同风化程度，品位高于原生带品位。地表工程31个，其平均P2O5含量22.52ω%；中浅部(地表至斜深200m)12个工程，P2O5平均含量21.37ω%；深部工程41个，P2O5平均含量17.73ω%。

2.4 矿体夹石

磷矿体夹石为含磷白云岩(磷含量低于最低工业品位15ω%或边界品位12ω%)。据现有工程控制，上下磷矿层间隔大致3m～15m。夹石最大厚度1.81m，总体厚度大于1m。

2.5 矿石矿物成份及结构构造

(1)矿石矿物成分：有磷酸盐、碳酸盐、氧化物、硅酸盐、硫化物等五类，磷酸盐矿物主要为胶磷矿和细晶氟磷灰石，含量50%～80%，多数以颗粒形态(团粒、鲕粒、生物骨粒、碎屑)，少量以胶结物形式存在；碳酸盐矿物主要为白云石，多以粉晶或亮晶呈孔隙式填隙在胶磷矿颗粒间，极少量内砂屑镶嵌在胶磷矿颗粒间，含量25%～40%；方解石含量一般5%，半自形-它形粒状，包裹于白云石碎屑中；其它矿物常见石英呈它形粒状，个别柱状，部份包裹于胶磷矿碎屑中，部份呈集合体碎屑状，粒度0.02mm～0.3mm，含量1%～3%。星点状褐铁矿偶见于白云石颗粒间，含量低于1%；硅酸盐矿物云母呈显微鲜片状，包于胶磷矿碎屑中，粒度0.02mm～0.05mm。少量高岭石、绿泥石呈隐晶质包于胶磷矿中，粒度<0.0004mm；极少量黄铁矿多它形粒状，少数呈自形粒状，星点浸染状分布于白云石颗粒之间，粒度0.005mm～0.7mm。微量矿物偶见银星石、磷锆石。

(2)矿石结构：①砂屑结构：砂屑颗粒由50%～85%胶磷矿组成，粒径0.1mm～2mm，圆形、椭圆形，颗粒含量与矿石品位成正比，混入物有白云石内砂屑、石英、炭泥质等。胶磷矿颗粒部分为微晶或细晶磷灰石。砂屑结构为主，粗砂屑结构较少；②粉屑结构：颗粒由45%～60%胶磷矿组成，粒径0.01mm～0.1mm，多椭园形，常混入陆源碎屑、石英、白云母、泥质、褐铁矿、有机质等，区内较少见；③鲕粒结构：鲕粒由25%～56%胶磷矿组成，粒径0.1mm～1mm，鲕粒核心为同心环状硅质(玉髓或石英)白云石，明暗相间呈层圈状。鲕粒有空心鲕、薄皮鲕、高能鲕、变形鲕，多呈圆形、椭圆形。伴生矿物有石英碎屑，白云石内碎屑，褐铁矿等。区内较为多见；④凝胶结构：凝胶状胶磷矿常有陈化龟裂纹，凝胶状胶磷矿破碎呈不规则团块、砾屑。主要混入物白云石内砂屑，其次胶磷矿砂屑、硅质、炭泥质。多呈条带状夹于其它磷块岩中，走向延伸不远；⑤生物骨粒结构：由小壳动物磷质壳体为主堆积的磷块岩，小壳动物壳体保存完整，杂乱随机堆积或壳体破碎磨损保存不完整，垂向呈明显的下粗上细粒序性，水平方向骨粒长轴沿层面分布。

(3)构造特征：①条纹状构造：胶磷矿颗粒集中或凝胶状胶磷矿的条带，宽度小于3mm，呈水平或缓波状；②条带状构造：胶磷矿颗粒或非磷质矿物集中形成的宽条带，宽度3mm～10mm，其底界面显冲刷现象；③粒序性块状构造：由粗细不同的胶磷矿颗粒有序排列呈块状磷块岩。

2.6 矿石风氧化特征

矿区西北角炎山矿段北端、灯杆树矿段西端大约0.035km2矿层位于矿区最低侵蚀基准面标高650m以下，其余均高于最低侵蚀基准面。其中官房矿段F1断层上盘矿层最低出露标高1180m，距磷矿层下约120m～150m有开采铅锌矿老硐；炎方矿段南端、金沙矿段磷矿层下部亦分布数个开采铅锌矿无水老硐。官房磷矿层上伏第四系堆积物厚70m～100m，距磷矿层顶板保留完整的岩层厚度20m～30m。磷矿层风氧作用仅地表水渗透作用。其风氧化作用较弱。其它三个矿段风氧化最大影响深度从地表至斜深100m。矿石颜色浅灰、钢灰色，矿石孔隙率增加，容重减小等。

风氧化带中新生磷酸盐次生矿物银星石、磷铝石、磷铁华；黄铁矿风化为褐铁矿、白云石风化淋失仅残留泥质物。次生矿物从原生带到风化带均有增加趋势。化学组份含量变化(见表4)。P2O5、F、CaO等组分明显的增加，MgO、灼减、CO2、SiO2明显的减小，Fe2O3、Al2O3变化不大。

表4 风氧化带与原生带矿石化学组份变化情况表(单位：ω%)Tab 4. Changes in Chemical Composition of Ore in The Efflorescent Oxygenized Zone and Primary Zone

2.7 矿石自然类型及工业类型

据胶结物成分为云基(白云石)、磷基(凝胶状磷矿)、灰基(方解石)、硅基(玉髓)、泥基(泥质)，按内碎屑颗粒粒级分砾屑、砂屑、粉屑、鲕粒、生物骨粒和凝胶状等。磷矿石主要脉石矿物为磷酸盐矿物，少量石英、云母、高岭石、绿泥石等，根据矿石组合分析结果划分矿石工业类型指标。该区Ⅱ、Ⅲ品级磷矿石工业类型均为碳酸盐型磷矿石。

3 矿床控矿因素及成因分析

(1)古构造及古地理因素：云南东北部处于晚震旦世以来上扬子浅水碳酸盐台地之西部，北面有康滇古陆，南东部有牛首山古陆，南西部有滇中古陆，分别与华南海、滇西海及青藏-秦岭海阻隔，组成了既与广海相同，又有较大阻挡的较为封闭的海湾环境[2]。磷矿区位于滇东被动陆缘巧家陆内裂谷内半封闭雷波-永善海湾，属滇东早寒武世中谊村期三个聚磷盆地之一的硝滩羊场聚磷盆地西部。中谊村期硝滩-羊场聚磷盆地因彝良一带南北向水下隆起细分东西绥江-永善-昭通及镇雄-威信2个成磷区。矿区处于绥江-永善-昭通成磷区内，为磷矿层形成创造了有力的条件[9、10]。

(2)赋矿层位：含磷岩系为下寒武统梅树村组中谊村段浅海碳酸盐岩和磷酸盐岩沉积，下部白云岩、泥质白云岩夹硅质岩；中下部含粉砂质白云岩或白云质粉砂质磷块岩、磷块岩；上部白云岩、白云质灰岩。显示海退到海进序列产物。

(3)沉积相特征：矿石结构以磷质假鲕状内砂屑为主，次为磷质泥质结构、磷质内粉屑泥质结构。内砂屑颗粒大小均一，分选性好，总体反映沉积环境水动力条件较强，为盆地早期沉积的磷酸盐沉积物经水动力冲刷搬运、改造的磷质颗粒在台地相潮间高能环境中形成鲕砾状内砂屑结构的富磷质颗粒磷块岩；潮下水动力条件较弱，形成含泥质、硅质、隐晶质结构的贫磷颗粒磷块岩。潮汐导致物质分异和海水pH值变化，涨潮期水介质呈弱碱性，有利于磷质沉积；平潮期利于白云质、硅质沉积。周期性潮汐作用形成白云质、硅质与磷质条带相间构造。台地浅水高能-中低能变化环境中形成矿床。

(4)磷矿床成因：寒武纪是全球性磷酸盐沉积期，矿区磷块岩矿床形成于早寒武世中谊村期。寒武世早期，太平洋、大西洋广海的海水从各个不同方向侵入，上升洋流所携带含磷碎屑岩及富含磷质生物不断涌入并聚积，太阳能和地球自转引起地壳上部海水搅动，CO减少、P2O5呈饱和状态，磷酸盐随上升洋流不断运移至雷波-永善海湾，逐渐沉积在距大陆0km～30km、水体深度0km～150km大陆斜坡上。同时，炎热潮湿古气候、古纬度条件、台地浅水高能-中低能环境、海水PH值变化等，为磷块岩富集成矿提供了有力条件。金沙厂磷矿床属于浅海相沉积磷矿床[1、7、11]。