貴州開陽地區(qū)磷塊巖類型劃分及沉積環(huán)境分析

李　磊，張亞冠，王澤鵬，葉　連，譚代衛(wèi)，王大福，郭　磊

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊，貴州貴陽550018；2.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北武漢430074）

貴州開陽地區(qū)磷塊巖類型劃分及沉積環(huán)境分析

李磊*1，張亞冠2，王澤鵬1，葉連1，譚代衛(wèi)1，王大福1，郭磊1

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊，貴州貴陽550018；2.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北武漢430074）

開陽地區(qū)陡山沱期磷礦結(jié)構(gòu)類型以內(nèi)碎屑磷塊巖最為常見，鮞—豆粒磷塊巖、疊層石磷塊巖次之，泥晶磷塊巖等其它類型較為少見，不同磷塊巖類型對應(yīng)一種特殊的地質(zhì)環(huán)境。磷礦在較高能的環(huán)境下沉積，初期海侵攜帶深部富磷海水進入淺海，使該區(qū)成為磷酸鹽含磷較高的磷質(zhì)海灘。多期次的沖刷、暴露、再沉積作用可能是導(dǎo)致磷礦進一步富集的主要因素。

陡山沱組；磷塊巖類型；沉積環(huán)境；開陽

開陽地區(qū)磷礦床以產(chǎn)量大、品位高聞名全國，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)并開發(fā)利用的開陽磷礦，以其品位較高（P2O5平均含量33.7%）著稱，使其長期居我國“三陽開泰”之首，是全國特大型的富磷礦床。關(guān)于該區(qū)磷塊巖類型的劃分及成礦環(huán)境，已有一些研究成果。陳其英（1985）首先將開陽地區(qū)之前習(xí)稱的“假鮞狀”、“砂狀”磷塊巖統(tǒng)一劃分為內(nèi)碎屑磷塊巖，并認為磷塊巖內(nèi)碎屑是一種在成礦盆地內(nèi)形成的磷酸鹽碎屑，并進一步探討磷礦床的成礦環(huán)境位于海侵前緣帶、陸表海和深水盆地的過度部位或水下高地的周圍地帶；趙東旭（1986）同樣認為碎屑磷塊巖主要發(fā)育在陸緣海內(nèi)側(cè)的淺水地段，這些淺水地段多是由于靠近隆起或古陸所致；葉連?。?989）認為開陽磷礦是由疊層石藻類捕獲、堆積水流中的磷質(zhì)顆粒而成，是物理富集和生物富集共同作用形成的沉積礦層。本文通過對開陽地區(qū)震旦紀陡山沱期磷礦石類型進行劃分、總結(jié)，探究磷礦的沉積環(huán)境。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

開陽地區(qū)位處特提斯—喜馬拉雅與瀕太平洋2大全球構(gòu)造域接合部東側(cè)的揚子陸塊邊緣，位于揚子陸塊東南緣黔北臺隆邊緣，屬川滇黔相鄰成礦帶渝東南—黔中南錳、鋁、鉛鋅、磷成礦遠景區(qū)（圖1）。

圖1　貴州開陽地區(qū)大地構(gòu)造位置圖（據(jù)東野脈興，2001）

1.1區(qū)域地層及含磷巖系

區(qū)域出露最老地層為青白口系清水江組，最新為第四系，其間缺失奧陶系、志留系、泥盆系及石炭系大部。區(qū)內(nèi)見少量的二疊系峨眉山玄武巖分布，變質(zhì)巖主要為元古界清水江組淺變質(zhì)凝灰質(zhì)板巖、變余粉砂質(zhì)粘土巖、變余砂巖（圖2）。

區(qū)域主要的含磷巖系分布于震旦系下統(tǒng)陡山沱組（Z1d）和寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組（∈1n），其中以震旦系下統(tǒng)陡山沱組（Z1d）含磷巖系最為重要，具有厚度大、品位高的特點，其與區(qū)域上揚子地臺陡山沱組含磷巖系對應(yīng)（圖3）。

1.2區(qū)域構(gòu)造

該區(qū)位處揚子地臺東南緣貴州東部南北向構(gòu)造帶和東西向構(gòu)造的黔中隆起橫跨及重疊區(qū)內(nèi)。區(qū)域主要經(jīng)歷了晉寧（雪峰）運動、澄江運動、都勻運動、廣西運動、紫云運動、黔桂運動、東吳運動、安源運動、燕山運動、喜馬拉雅運動及新構(gòu)造運動，其中影響較大的為晉寧運動、廣西運動、安源運動、燕山運動、喜馬拉雅運動。主要構(gòu)造變形為燕山、喜馬拉雅期。晉寧運動結(jié)束了上揚子活動陸緣，奠定了上揚子陸塊的雛形，即由活動陸緣變?yōu)榉€(wěn)定臺地。而且使青白口系上部遭受剝蝕。

圖3　揚子地區(qū)早震旦世含磷地層分布圖（據(jù)田升平等，2004）

區(qū)內(nèi)褶皺及斷裂都很發(fā)育，構(gòu)造線方向主要呈北東向和近南北向（圖2）。規(guī)模較大的褶皺有洋水背斜、馮三向斜、翁昭背斜、龍水背斜。褶皺的特點是：①多呈長條狀；②舒緩開闊者與緊密狹窄者相間分布，后者兩翼多不對稱；③褶曲樞紐多呈舒緩波狀起伏，背斜揚起端和向斜傾沒端傾角10°左右，個別向斜樞紐低俯地段形成構(gòu)造盆地；④褶褶與斷層關(guān)系緊密，背斜多被走向逆沖斷層破壞。

2　磷塊巖結(jié)構(gòu)類型劃分

磷塊巖結(jié)構(gòu)類型的劃分對磷礦的成因認識和沉積相劃分具有十分重要的意義。葉連俊等在《中國磷塊巖》一書中根據(jù)磷塊巖的成因把其基本結(jié)構(gòu)分為6大類（表1）。開陽地區(qū)與相鄰的甕安地區(qū)、遵義地區(qū)磷塊巖類型有所不同，甕安地區(qū)磷塊巖類型以生物結(jié)構(gòu)磷塊巖為主，包括生物球粒磷塊巖、多細胞藻類磷塊巖等（陳國勇，2015），遵義地區(qū)磷塊巖以泥晶磷塊巖為主，而開陽地區(qū)最為常見的磷塊巖結(jié)構(gòu)類型為內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)磷塊巖，鮞、豆粒磷塊巖、疊層石磷塊巖次之，泥晶磷塊巖等其它類型較為少見。

3　砂屑磷塊巖及沉積環(huán)境

表1　磷塊巖的基本結(jié)構(gòu)—成因分類（葉連俊等，1989）

砂屑磷塊巖為開陽地區(qū)分布最為廣泛的磷塊巖礦石類型，磷質(zhì)砂屑的大小為0.1～2mm，主要為0.1～0.2mm，在礦石中含量50%～90%；砂屑為菱角狀、半菱角狀至渾圓狀，主要由泥晶磷塊巖破碎顆粒組成，也見各種顆粒磷塊巖和生物磷塊巖砂屑。砂屑顆粒周圍往往存在亮晶磷灰石包殼，呈等厚纖維狀，存在幾個到十幾個圈層。磷質(zhì)砂屑顆粒之前存在多種類型的膠結(jié)物，常見有磷質(zhì)、碳酸鹽質(zhì)和硅質(zhì)膠結(jié)物3種，且一般當膠結(jié)物為磷質(zhì)時，砂屑的分選、磨圓較差，而當膠結(jié)物為碳酸鹽或硅質(zhì)時，砂屑的分選性和磨圓性明顯變好。砂屑磷塊巖一般認為是已沉積的泥晶磷塊巖受水流破碎、堆積而成，一般形成于潮坪、淺灘等高能環(huán)境（葉連俊，1989）。

砂屑磷塊巖顆粒周圍均有纖維狀亮晶磷灰石包殼。由于受海平面變化影響，磷質(zhì)等厚環(huán)邊膠結(jié)的砂屑磷塊巖膠結(jié)物成分會隨之發(fā)生改變，且海水地球化學(xué)條件受氣候、海平面升降等影響，水體含磷量會出現(xiàn)波動，導(dǎo)致磷塊巖中砂屑顆粒、膠結(jié)物成分均有所變化，主要為磷質(zhì)等厚環(huán)邊膠結(jié)加磷質(zhì)泥晶膠結(jié)、白云石亮晶膠結(jié)，甚至出現(xiàn)白云質(zhì)條帶與磷質(zhì)條帶間歇性沉積。此外，砂屑磷塊巖礦層內(nèi)普遍可見溶蝕孔洞、侵蝕間斷面等暴露構(gòu)造，且存在結(jié)構(gòu)疏松的土狀磷塊巖，表明陡山沱期海平面變化頻繁，淺水濱岸帶水動力較強，甚至在短暫時期內(nèi)露與水平面之上，形成的各類磷礦床在未完全固結(jié)、硬化之前遭受不同程度的暴露作用，導(dǎo)致白云石等副礦物淋濾、流失，使磷質(zhì)聚集。暴露過后的礦層會重新被富磷海水淹沒，受風(fēng)化、淋濾作用影響的磷礦石又一次遭受海流、波浪的沖刷破壞，使磷礦石再次篩選富集，當富磷海水繼續(xù)進行磷質(zhì)沉積時，原本已形成較高品位的磷礦石繼續(xù)接受磷質(zhì)膠結(jié)，礦層的品位、厚度都隨之加大，形成開陽地區(qū)獨特的優(yōu)質(zhì)砂屑磷塊巖類型。

4　白云質(zhì)條帶狀磷塊巖及沉積環(huán)境

條帶狀磷塊巖是指由磷質(zhì)條帶和白云質(zhì)條帶互層組成的磷塊巖類型，為開陽地區(qū)主要礦石類型之一。磷質(zhì)條帶分為磷質(zhì)砂屑顆粒條帶或泥晶磷質(zhì)條帶2種，磷質(zhì)砂屑顆粒條帶內(nèi)的磷質(zhì)顆粒大小、形態(tài)、膠結(jié)物類型均與砂屑磷塊巖類似；泥晶磷質(zhì)條帶則主要由泥晶磷灰石組成，條帶內(nèi)夾雜石英、云母等碎屑顆粒，且碎屑顆粒往往粒徑小于0.2mm，顆粒成熟度較低。白云質(zhì)條帶主要由白云石顆粒組成，條帶內(nèi)偶夾磷質(zhì)顆粒，顆粒大小不一，且顆粒周圍無亮晶磷灰石包殼。不同地區(qū)或不同層位的磷質(zhì)或白云質(zhì)條帶厚度不一，條帶厚度一般介于0.5～5mm之間，部分地區(qū)條帶厚度較細，受水流作用影響呈錯動條紋狀。

條帶狀磷塊巖一般認為是海平面不斷變化導(dǎo)致海水化學(xué)條件不斷變化引起磷質(zhì)和白云質(zhì)的交互沉積（柴華等，2015）。當海水磷酸鹽含磷充足時，沉積磷質(zhì)條帶，磷質(zhì)沉積物受水流破碎影響形成磷質(zhì)顆粒堆積。當海水磷質(zhì)輸入不足時，會形成白云質(zhì)沉積，磷質(zhì)顆粒會受白云質(zhì)膠結(jié)，且在磷質(zhì)條帶沉積間歇發(fā)育白云質(zhì)條帶沉積。

5　礫屑磷塊巖及沉積環(huán)境

由含量大于50%的磷質(zhì)礫屑組成，礫屑直徑大于2mm，典型礫屑磷塊巖的磷質(zhì)礫屑大小多在1～5cm；礫屑平面為扁平的餅粒，縱切面為竹葉狀；礫屑有不同的磨圓度，從菱角狀到半滾圓狀，部分礫屑可見相互擠嵌、塑性變形等現(xiàn)象，說明它們是在尚未完全固結(jié)石化之前就受到?jīng)_刷破碎堆積膠結(jié)而成的；礫屑受水流搬運的影響，有時呈疊瓦狀排列。磷質(zhì)礫屑內(nèi)主要成分為帶有亮晶磷灰石包殼的磷質(zhì)砂屑顆粒緊密堆積而成，推測為砂屑磷塊巖破碎形成。

礫屑磷塊巖一般出現(xiàn)在濱岸帶或水下高地附近，是淺灘、潮道等高能環(huán)境下的沉積標志。開陽地區(qū)陡山沱組含磷巖系底部廣泛發(fā)育礫屑磷塊巖，沉積厚度較小，一般小于1m，礫屑成分主要為砂屑磷礦巖破碎而成，表明已沉積的磷塊巖受到了高能水體的破碎、搬運或受風(fēng)暴作用沖刷、激蕩。

6　鮞、豆粒磷塊巖及沉積環(huán)境

鮞豆粒磷塊巖在開陽地區(qū)有一定分布，組成礦石的磷質(zhì)鮞粒呈卵圓形或圓形，大小與團粒相仿，均具有典型的同心圈層構(gòu)造。鮞粒的核心既可以是泥晶磷質(zhì)破碎的，也可以是非磷質(zhì)的陸源碎屑顆粒；鮞粒的同心圈層常常是隱晶質(zhì)或非晶質(zhì)的磷質(zhì)殼層相互包疊，有時則可以使磷質(zhì)與碳酸鹽質(zhì)或硅質(zhì)泥質(zhì)的圈層相間疊覆。磷質(zhì)豆粒一般直徑大于2mm，同鮞粒相似也有磷酸鹽的同心圈層；豆粒的核心可以是砂質(zhì)磷塊巖的碎屑或者是破碎了的鮞粒，也可以是隱晶質(zhì)的磷灰石集合體。鮞、豆粒磷塊巖多形成與潮下高能淺灘攪動的水體環(huán)境下。

鮞粒磷塊巖需要較高能的水環(huán)境，是在水體較淺的富磷海水中，磷質(zhì)破碎顆?；蜿懺此樾碱w粒不斷懸浮、擾動，在顆粒周緣不斷生長磷質(zhì)圈層，組成鮞、豆粒的膠結(jié)物主要為白云石顆粒，表明鮞、豆粒形成后沉積環(huán)境由磷質(zhì)沉積轉(zhuǎn)變?yōu)榘自瀑|(zhì)沉積。

7　泥晶磷塊巖及沉積環(huán)境

主要為泥晶磷塊巖，礦石呈灰至深灰色，致密、均勻、堅硬，外表像泥巖、泥灰?guī)r或燧石巖（圖4），由隱晶質(zhì)或微晶質(zhì)的碳氟磷灰石組成，但常常有泥質(zhì)、碳酸鹽質(zhì)和有機（碳）質(zhì)，由于磷灰石晶粒很細，普通偏光顯微鏡下很難觀察到礦物的光性顯示，質(zhì)地較純的礦石表面常見細的干縮裂紋。由于開陽地區(qū)陡山沱期處淺水高能近岸灘相環(huán)境，此種磷礦石類型在開陽地區(qū)比較少見，一般在局部潮下低能帶或局限盆地深水相，很難出現(xiàn)單獨大型礦床。

圖4　開陽地區(qū)泥晶磷塊巖（正交偏光）（A）和鮞粒磷塊巖（單偏光）（B）

8　疊層石磷塊巖及沉積環(huán)境

疊層石磷塊巖柱體有泥晶磷質(zhì)受藻類微生物粘結(jié)疊覆生長，疊層石柱體呈層狀、彎狀和錐狀等，由亮暗相間的磷質(zhì)紋層疊置的層狀體、弓狀紋層疊置的柱狀體和呈錐狀紋層顯置的柱狀體所組成，柱體之間往往為磷質(zhì)充填，磷質(zhì)充填物為砂屑顆粒狀，顆粒形態(tài)與開陽地區(qū)普遍發(fā)育的砂屑磷塊巖形態(tài)相類似。疊層石形成環(huán)境主要是潮間帶下部，并可延伸到潮下帶上部，但疊層石磷塊巖在開陽地區(qū)發(fā)育并不廣泛，在部分地區(qū)部分層位有零星產(chǎn)出。

9　磷礦沉積環(huán)境分析

通過對開陽地區(qū)磷礦床的勘查可見，開陽磷礦是以內(nèi)碎屑磷塊巖為主要礦石類型的沉積型磷礦床，表明開陽地區(qū)陡山沱期磷礦層沉積過程中處較高能的磷質(zhì)環(huán)境，陡山沱初期海侵攜帶深部富磷海水進入淺海，使開陽地區(qū)成為磷酸鹽含磷較高的磷質(zhì)海灘。開陽地區(qū)陡山沱期磷塊巖內(nèi)生物作用痕跡較少，礦石主要類型以內(nèi)碎屑磷塊巖為主。由于陡山沱期海平面不斷波動，沉積后礦石并非直接埋藏，而是歷經(jīng)了多期次的沖刷、暴露、再沉積作用。經(jīng)過水流沖刷、風(fēng)選后，磷質(zhì)呈內(nèi)碎屑顆粒狀聚集，細粒陸源碎屑物質(zhì)被水流帶走，礦層經(jīng)歷物理機械富集。隨后的暴露、風(fēng)化作用使磷礦層主要副礦物白云石化學(xué)淋濾流失，礦層內(nèi)磷質(zhì)再一次聚集。隨后海侵時富磷海水繼續(xù)進行磷質(zhì)沉積時，原本已形成較高品位的磷礦石繼續(xù)接受磷質(zhì)膠結(jié)，礦層的品位、厚度都隨之加大，但也可能沉積白云質(zhì)形成條帶狀磷塊巖降低磷質(zhì)品位。最終，磷礦床經(jīng)過多階段沖刷破碎、暴露淋濾作用形成較高品位磷礦床。

10　結(jié)論

（1）開陽地區(qū)磷礦以其富而著稱，區(qū)內(nèi)最為常見的磷塊巖結(jié)構(gòu)類型為內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)磷塊巖，鮞、豆粒磷塊巖、疊層石磷塊巖有一定的發(fā)育，泥晶磷塊巖等其它磷塊巖類型較為少見。

（2）不同磷塊巖類型對應(yīng)一種特殊的地質(zhì)環(huán)境，如砂屑磷塊巖一般形成于潮坪、淺灘等高能環(huán)境；條帶狀磷塊巖一般認為是海平面不斷變化導(dǎo)致海水化學(xué)條件不斷變化引起磷質(zhì)和白云質(zhì)的交互沉積；礫屑磷塊巖一般出現(xiàn)在濱岸帶或水下高地附近，是淺灘、潮道等高能環(huán)境下的沉積標志；疊層石形成環(huán)境主要是潮間帶下部，并可延伸到潮下帶上部。

（3）開陽地區(qū)陡山沱期磷礦層沉積過程中處較高能的磷質(zhì)環(huán)境，陡山沱初期海侵攜帶深部富磷海水進入淺海，使開陽地區(qū)成為磷酸鹽含磷較高的磷質(zhì)海灘。多期次的沖刷、暴露、再沉積作用可能是導(dǎo)致磷礦進一步富集的主要因素。

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P53

A

1004-5716（2016）07-0170-05

2016-03-10

2016-03-12

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目（編號：12120114016501）和貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局項目（黔地礦辦發(fā)［2013］56號）聯(lián)合資助。

李磊（1987-），男（仡佬族），貴州遵義人，助理工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)找礦工作。