貴州省織金縣新華含稀土磷礦礦床地質(zhì)特征及成因探討?

楊 捷 何天元

貴州省地礦局一0二地質(zhì)大隊，貴州遵義，563000

貴州省織金地區(qū)具有豐富的磷塊巖資源，礦石質(zhì)量優(yōu)良，埋藏淺，開采條件較好，是貴州省的一大資源優(yōu)勢?？椊鹦氯A含稀土磷礦床是我國西部地區(qū)稀土，資源蘊藏量最大的磷礦床，稀土儲量達(dá)百萬噸以上。該礦床在20世紀(jì)70年代就開展過地質(zhì)工作。礦層賦存于下寒武統(tǒng)牛蹄塘組底部，含礦層位穩(wěn)定。前人對寒武系含稀土磷礦進(jìn)行了諸多研究【1～9】。筆者通過近年在區(qū)內(nèi)開展進(jìn)一步地質(zhì)勘查工作及“貴州省磷（稀土）礦資源潛力評價”的基礎(chǔ)上對區(qū)內(nèi)礦床成因進(jìn)行了初步探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

貴州織金新華含稀土磷礦床，產(chǎn)出于早寒武世梅樹村階及筇竹寺階底部含磷巖系。（上磷礦層）地質(zhì)構(gòu)造位置處于“黔中隆起”西南端，屬揚子地層區(qū)。主要出露于織金果化-戈仲伍背斜，張維背斜北西翼部。斷裂較簡單，多以走向正斷層為主，多為北東向展布。局部小構(gòu)造發(fā)育，在圖1中，F(xiàn)1、F4、F5、F8、F9分布整個礦區(qū)控制本區(qū)底層及磷塊巖產(chǎn)出形態(tài)。

以上斷裂均為正斷層，斷距為100～2000m。在這些斷裂之間見一系列派生斷裂與主要斷裂一起破壞果化-戈仲伍背斜的完整性，并破壞了部分礦層的完整性。特別是新華戈仲伍組。該組是早寒武世重要含磷層位， 底部為燈影組白云巖， 頂部為牛蹄塘組黑色碳質(zhì)頁巖， 其間為富含稀土元素的白云質(zhì)磷塊巖，具以小殼類及藻類化石為主的生物碎屑結(jié)構(gòu)【2】。含稀土白云質(zhì)磷塊巖呈灰黑色、深灰—淺灰、灰藍(lán)及灰黃色，薄—中厚層，深色磷質(zhì)及淺色白云質(zhì)為主構(gòu)成條帶狀構(gòu)造。磷塊巖按礦物成分可分為硅質(zhì)磷塊巖與白云質(zhì)含生物碎屑磷塊巖。磷酸鹽礦物主要為碳氟磷灰石【2】，多以非晶質(zhì)、隱晶質(zhì)及膠磷礦等替代構(gòu)成生物碎屑和內(nèi)碎屑。礦石以生物碎屑結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)及藻屑結(jié)構(gòu)為主。伴生礦物常見白云石、方解石、石英、粘土礦物、閃鋅礦及黃鐵礦團塊【5】。

圖1 織金新華含稀土磷礦地質(zhì)構(gòu)造略圖（圖面中地層代號見正文2.1）Fig. 1 Zhijin Xinhua REE-bearing phosphorite geological sketch

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露有震旦系燈影組（Z ?dy），寒武系牛蹄塘組（?1n）、明心寺組（?1m），石炭系大塘組（C2d）、擺佐組（C2b），二疊系梁山組（P2l）、棲霞組（P2q）、茅口組（P2m）及第四系，本礦床的磷礦產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組地層中，現(xiàn)對含磷巖組特征介紹如下：

頂板?1n2

黑色碳質(zhì)泥巖，厚＞5m。

黑色碳質(zhì)粉砂巖，見星散狀黃鐵礦、含鈾、鉬、鎳、釩等多金屬礦，俗稱“多金屬層”，厚0.2～1.00m。

黑色碳質(zhì)泥夾結(jié)核狀磷塊巖，厚0.6m。

黑色含碳質(zhì)硅質(zhì)磷塊巖，夾少量碳質(zhì)泥巖。厚0.89m。

深灰色含磷白云巖，紋層理發(fā)育。厚2.08m。

淺灰、灰色生物屑砂屑磷塊巖與含磷生物屑細(xì)晶白云巖互層，小殼化石豐富。厚18.21m。

深灰色砂屑磷塊巖，含較多小殼化石。厚0.33m。

礫屑白云巖，夾硅質(zhì)巖及磷塊巖角礫。厚0.65m。

― ― ― ― ― ― ― 假整合 ― ― ― ― ― ―

Z ?dy

灰白色中厚細(xì)晶白云巖，厚＞5m。

2.2 礦區(qū)巖相變化的層序特征

礦區(qū)磷礦主要產(chǎn)于含磷巖系為寒武系牛蹄唐組下部一套沉積巖內(nèi)，其底部為生物灘潮渠角礫巖，頂界為半深水碳質(zhì)細(xì)碎屑巖，顯示一套退積型沉積?？蓜澐稚?、下兩個巖石組合：下段（1～11層）為碳酸鹽重稀土磷塊巖組合，厚21.17m；上段（12～15層）為富含鈾、釩、鉬元素的黑色細(xì)碎屑巖磷塊巖組合，厚 8.69m。它們在層序結(jié)構(gòu)中具有以下特征：

(1)巖石顆粒度由下向上變細(xì)：底界1層為角礫，2～7層為砂礫屑、8～13層砂屑粉屑、14～15層為泥及粉屑；

(2)巖石層理由下部波狀、透鏡狀及雙向交錯至上部變?yōu)槲⒉睢剑从沉顺练e介質(zhì)由動蕩（潮汐作用）轉(zhuǎn)為寧靜的演變；

(3)小殼類動物化石富集在下部碳酸鹽磷塊巖組合段，普遍形成生物碎屑結(jié)構(gòu)，向上數(shù)量逐漸減少，至上段組合趨于消失；

(4)下組合段 5～11層為薄至中厚層（一般5～20cm）含磷生物屑白云巖與薄層（一般 2～5cm）白云質(zhì)生物屑磷塊巖的交替沉積，潮汐作用強烈，形成的磷塊巖礦石品位雖較貧（一般P2O5為8%～15%），但其厚度和礦石量卻很大，是本類巖系中主要含磷礦的目的層；

(5)自下而上顆粒變細(xì)、層理類型轉(zhuǎn)為水平、生物屑減少至消失等層序變化趨勢，顯示海水逐漸加深，至14層自生磷酸鹽結(jié)核的出現(xiàn)，標(biāo)志一次最大海侵時低迷沉積介面。

2.3 礦體特征

區(qū)內(nèi)磷礦賦存于早寒武世梅樹村期的地層中，為含稀土磷塊巖沉積礦床。礦體呈層狀產(chǎn)出，傾向 280～340°，傾角 10～30°，一般為 15～20°。主要礦段礦層厚度一般達(dá) 9～24m，礦石自然類型以條帶狀白云質(zhì)磷塊巖為主，全區(qū)P2O5含量一般 11.69%～32.83%，平均品位 22.12%。測試研究表明，磷礦伴生的稀土，其15種稀土元素都有存在，以釔含量最高，釔族稀土一般占總量的45%～50%，而鈰族稀土含量略大于釔族稀土。

2.4 礦石特征

（1）礦石礦物成分 據(jù)已有工作成果，織金含重稀土磷塊巖的主要礦物為膠磷礦，次要礦物為磷灰石、獨居石、白云石、方解石、石英、玉髓、云母等。但不同礦石類型所含礦物主次不同。

在灰黑、黑色磷塊巖的條帶中，各種形態(tài)的膠磷礦呈集合體，呈定向排列，含量70%～90%；在灰、灰白色白云質(zhì)磷塊巖條帶中，膠磷礦的集合體，稀疏的、不規(guī)則的、有時略呈定向排列，散布于白云石中，亦有膠磷礦的顆粒為白云石、方解石、石英等所交替，含量10%～30%；在層狀、結(jié)核狀硅質(zhì)磷塊巖中，膠磷礦的集合體，略呈定向排列于石英、玉髓間交替分布，嵌布粒度很細(xì)，含量40%～70%。在偏光鏡下，黑色條帶狀磷塊巖中膠磷呈蠕蟲狀、棒狀、豆?fàn)?、鮞狀集合體（光片 1～4）；白云質(zhì)磷塊巖中膠磷狀呈棒狀、蠕蟲狀、鮞狀集合體；結(jié)核狀硅質(zhì)磷塊巖中的膠磷礦呈蠕蟲狀、鮞狀和粒狀集合體。

光片1 蠕蟲狀、豆?fàn)?、鮞狀

光片2 條帶狀生物碎屑帶呈定向排列

光片3 蠕蟲狀、鮞狀、棒狀和粒狀

光片4 蠕蟲狀、鮞狀、粒狀和碎屑狀

（2）礦石化學(xué)成分 經(jīng)本人實地取樣分析數(shù)據(jù)，磷礦石化學(xué)組分：P2O511.69%～32.83%，平均 22.12%，CaO 28.42%～48.18%，平均31.15%；MgO 0.10%～10.82%，平均 5.03%；SiO22.79%～23.66%，平均10.33%；F 1.63%～3.88%，平均 2.38%，REO 含量 333.45×10-6～974.15×10-6，平均 640×10-6(表 1) 。

P2O5主要賦存在膠磷礦中。平面上P2O5在礦體中心含量高，邊部相對較低；從厚度空間上，中部含量高，上下部相對較低。礦石P2O5含量主要集中在16%～26%間。

表1 織金新華含稀土磷礦床稀土元素分析及有關(guān)結(jié)果表Table 1 Zhijin Xinhua rare-earth containing phosphorus analysis of REE deposits and related results

稀土主要賦存在膠磷礦中，其次賦存于獨居石中。礦區(qū)內(nèi)REO含量REO含量333.45×10-6～974.15×10-6，稀土含量與P2O5呈正相關(guān)關(guān)系。

（3）礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦物組成 礦石多具條帶狀、條紋狀構(gòu)造，其條帶和條紋常由富含有機質(zhì)和磷的黑灰色、黑棕色磷塊巖與灰色、灰黃色含磷白云巖相間構(gòu)成。膠磷礦集合體呈密集或?qū)挻笙∈钘l帶狀、條紋狀分布于含磷質(zhì)白云巖中。同時具有水平定向排列，波狀或交錯層理，組成不規(guī)則的條帶狀、條紋狀構(gòu)造。一般情況下暗色條帶含磷搞，以膠磷礦為主。淺色條帶多為白云巖且磷含量低。部分厚度寬的深灰色條紋單層厚度小于12mm。

礦石結(jié)構(gòu)主要是生物碎屑結(jié)構(gòu)、內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)、粉砂結(jié)構(gòu)、球粒狀結(jié)構(gòu)及藻屑結(jié)構(gòu)等。碎屑顆粒多為不同粒級、不同形態(tài)并具有一定滾圓度的膠磷礦、磷灰石組成。少量為硅質(zhì)巖屑和石英，基質(zhì)和膠結(jié)物大多為半自形、他形細(xì)粒白云石組成。有少量的有機質(zhì)、鐵質(zhì)和膠磷礦。

3 礦床成因分析

3.1 巖相古地理

貴州梅樹村早中期由于先期環(huán)境的繼承性，原碳酸鹽臺地雖被掩埋，但多數(shù)仍為淺水。生物碎屑灘區(qū)以潮汐沉積作用為主，灘后泄湖聚水相對稍深，其變化呈逐漸過渡，即由弱動蕩漸次轉(zhuǎn)向平靜的淺水泄湖環(huán)境；在灘緣地帶則以稍弱的動蕩沉積作用為主；灘前以塌積作用為主，在臺地淹沒區(qū)覆水較灘區(qū)為深，以比較平靜但其間歇震蕩的沉積作用為主，原斜坡陸棚區(qū)現(xiàn)劃為臺地邊緣緩坡——陸坡以及陸棚邊緣欠補償盆地，皆為半深水環(huán)境，以緩坡沉積及懸浮降落沉積和滯留為主（圖2）。

3.2 生物成礦基本特征

生物成礦作用主要指生物在新陳代謝過程中對特定元素的吸收、富集和生物殘骸骨架堆積成礦及金屬儲集?？椊鸷⊥亮讐K巖中大量生物屑主要為小殼動物如織金殼、軟舌螺及海綿骨針等碎屑。還見藻類生物屑。鏡下見生物屑堆積與膠磷礦、白云石組成復(fù)互層狀、層紋狀、條帶狀構(gòu)造。生物屑多見膠磷礦化。生物成礦基本特征為在磷塊巖形成伴隨沉積物沉積時，生物活體和死亡殘骸可能會吸收及攝取富集稀土元素，構(gòu)成典型的條帶狀、層紋狀、及紋理狀構(gòu)造，與磷礦層產(chǎn)狀相同。后期的改造作用使生物屑膠磷礦化，造成稀土元素Y、La、Nd 等進(jìn)一步富集。這已被浮選后膠磷礦平均品位提高而稀土元素平均含量增高所證實【10】。

圖2 貴州早寒武世梅樹村期巖相古地理格局圖Fig. 2 Guizhou Early Cambrian Meishucun period Shimei palaeogeography map

3.3 稀土元素來源

織金新華含稀土磷礦區(qū)土壤稀土元素含量總量較高，與磷塊巖風(fēng)化而成的粘土礦物對稀土元素有吸附作用有關(guān)。絕大多數(shù)土樣中稀土元素含量比巖石低，其原因有兩種可能∶ 一是巖石風(fēng)化過程中形成易溶物而流失；二是氧化環(huán)境下， 粘土礦物對稀土元素的吸附量小于REE易溶配合物的流失量。稀土元素原子結(jié)構(gòu)的相似性，在地球化學(xué)上它們緊密結(jié)合并共生于相同礦物中，在礦物中有三種狀態(tài)存在，即以獨立礦物形式存在礦物中、以類質(zhì)同象置換的形式分散在造巖礦物中、呈吸附狀態(tài)存在于礦物中。結(jié)果表明，稀土元素在磷塊巖風(fēng)化過程中的遷移是一個復(fù)雜的過程，輕稀土被粘土礦物吸附富集在風(fēng)化殘積物中；重稀土、C e隨淋溶液遷移出風(fēng)化殼【12,13】。

3.4 成礦作用

織金新華磷（稀土）礦成礦時期為早寒武世梅樹村期，貴州梅樹早期由于先期環(huán)境的繼承性，原碳酸鹽臺地雖被淹沒，但多數(shù)為淺水，而位于生物碎屑灘區(qū)的新華磷礦以潮汐沉積作用為主，新華磷（稀土）礦的形成，除有相應(yīng)的磷質(zhì)來源外，還應(yīng)有當(dāng)時適的氣候、水介質(zhì)條件等因素的綜合作用，經(jīng)凝結(jié)作用—?；饔谩蟮碜饔?，形成該區(qū)厚度較大的磷（稀土）礦層。

3.4.1 凝結(jié)作用 梅樹村期，新華附近海域中磷酸鹽濃度高，達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)，該期海水較為平靜，水動力條件較弱，海盆中由于不同水體相遇混合，由于氣候炎熱，該區(qū)處于半封閉的淺水盆地環(huán)境，海水中由于浮游生物繁盛，在此基礎(chǔ)上，由于磷酸鹽離子價數(shù)高于碳酸鹽離子的價數(shù)，磷酸鹽先于碳酸鹽沉積，由于海水動蕩，往往磷酸鹽顆粒與碳酸顆粒同時沉積，通過凝結(jié)作用形成磷酸鹽、碳酸鹽、硅質(zhì)和粘土礦物的共生體，凝結(jié)作用形成的磷酸鹽膠體固結(jié)成巖，形成微粒磷塊巖。

3.4.2 ?；饔?按?；饔玫男再|(zhì)，分為物理?；饔煤突瘜W(xué)粒化作用。

（1）物理?；饔茫??；饔檬侵改Y(jié)作用形成的凝膠（未固結(jié)）或微粒磷塊巖（已固結(jié)）在海流、波浪或潮汐作用下，破碎、搬運、再沉積的過程，此種作用是機械物理過程，稱之為物理?；饔?，它是磷塊巖形成的第二個階段，物理?；饔玫漠a(chǎn)物為內(nèi)碎屑磷塊巖，按粒度可分為礫屑磷塊巖、砂屑磷塊巖和粉屑磷塊巖，其中砂屑磷塊巖占主導(dǎo)地位，礫屑和粉屑較少。

（2）化學(xué)?；饔??；饔檬侵赋闪左w系中，磷酸鹽膠體粒子凝聚成較大團粒或磷酸鹽圍繞一些中心加積凝聚，并主要在重力作用下失去同海水動力平衡而沉積的過程。這種過程是一種化學(xué)作用的過程，稱之為化學(xué)?；饔?，所形成的產(chǎn)物為團粒磷塊巖和鮞粒磷塊巖。

3.4.3 敷淀作用 是指海盆內(nèi)成磷體系中磷酸鹽溶液敷著?；饔盟纬傻念w粒或其它固體物質(zhì)沉淀成微晶磷灰石外殼的過程，它是磷塊巖形成的又一重要階段，第三階段。其所形成的磷塊巖為殼粒磷塊巖。

3.5 成礦模式

貴州梅樹村早期由于先期環(huán)境的繼承性，原碳酸鹽臺地雖被淹沒，但多數(shù)為淺水，而位于生物碎屑灘區(qū)的新華磷礦以潮汐沉積作用為主。綜前所述，該區(qū)磷礦礦床成因機制為海相生物—化學(xué)沉積型磷塊巖礦床（見成礦模式圖3）。

圖3 織金地區(qū)磷（稀土）礦床成礦模式Fig. 3 Zhijin area p ( rare earth ) metallogenic model

4 結(jié)論

(1)織金新華磷礦主要產(chǎn)出于寒武系牛蹄塘組地層中，礦體產(chǎn)于結(jié)核狀硅質(zhì)磷塊巖，層狀硅質(zhì)磷塊巖，條帶狀白云質(zhì)磷塊巖，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出。

(2)沉積環(huán)境和巖相特征顯示，磷礦主要分布于揚子區(qū)內(nèi)生物碎屑灘區(qū)，而位于生物碎屑灘區(qū)的新華磷礦以潮汐沉積作用為主。對物成礦基本特征、成礦作用初步研究，海相熱水加入正常海水沉積環(huán)境，也是會造成生物生存環(huán)境的改變、生物大量死亡的重要因素，也是本區(qū)含稀土生物碎屑磷塊巖形成的重要控制因素。

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10 張杰， 張覃， 陳代良． 貴州織金新華含稀土磷礦床地球化學(xué)及生物成礦基本特征[J]． 礦床地質(zhì)，2002，21：930～933

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