蓮花山磷礦礦物成分特征

徐少康

（中化地質礦山總局地質研究院，河北 涿州 072754）

蓮花山磷礦礦物成分特征

徐少康

（中化地質礦山總局地質研究院，河北 涿州 072754）

蓮花山磷礦屬生物化學沉積型大型礦床，礦體賦存于Ph1、Ph3及Ph2三個層位。Ph1礦石共生的礦物主要為膠磷礦和氟磷灰石，次為白云石，少量的石英、粘土礦物和有機類等。Ph3礦石共生的礦物主要為膠磷礦和氟磷灰石，次為白云石、石英和有機質。Ph2礦石共生的礦物主要為膠磷礦和氟磷灰石，次為白云石，少量石英和有機質。礦石均含微量的陸源碎屑礦物，有機質含量不高但普遍存在，其中的膠磷礦是粒度極細的氟磷灰石。成礦介質是源于秦嶺海槽深部富磷硅的熱鹵水在運移過程中受到海水鈣鎂氟的混染。溫差和洋流驅動礦化熱鹵水就位于揚子地臺邊緣的水下凹地，溫度變化和生物作用使成礦介質中的活性碳分流，導致磷鈣飽和，使磷灰石析出成礦。找礦前景良好。

礦物特征；微觀結構；礦床成因；找礦前景；湖北鐘祥

1 礦床概況

蓮花山磷礦是近年經地質勘探查明的大型生物化學沉積型礦床。本文在以往同類型磷礦床研究的基礎上[1-4]，對蓮花山磷礦礦物成分特征進行了深入研究，對深化揚子地臺邊緣同類型磷礦成因及找礦潛力研究等有一定意義。礦床位于湖北省鐘祥市北西方向約36km處，礦區(qū)面積11.89km2。

本區(qū)為生物化學沉積型磷礦聚集區(qū)，簡稱荊襄磷礦，主要發(fā)育有胡集和朱堡埠兩個磷礦床。朱堡埠磷礦規(guī)模為小型。超大型的胡集磷礦，延伸約27km，分為7個礦段，蓮花山礦段是其中之一(圖1)。

圖1 蓮花山礦段交通及大地構造位置簡圖

本區(qū)大地構造位置處于揚子地臺北緣，北與秦嶺海槽毗鄰(圖1)。礦區(qū)出露主要地層為：下震旦統(tǒng)陡山沱組(Z1d)，上震旦統(tǒng)燈影組白云巖(Z2dn)，寒武系、奧陶系白云巖，第四系砂礫石粘土沉積。

陡山沱組(Z1d)分為兩個巖性段。下段，下部為底礫巖、含礫白云巖、含錳白云巖及泥巖；中部為磷塊巖(Ph1)和含磷白云巖；上部為白云巖。上段，下部為硅質巖、白云巖、含磷硅質白云巖夾磷塊巖(Ph2)；中部為含磷硅質白云巖夾磷塊巖(Ph3)；上部為含磷硅質白云巖、硅質白云巖。主要含磷層位有3個，簡稱為Ph1、Ph2及Ph3。

礦區(qū)有6個工業(yè)礦體(Ph1和Ph3層位各3個)、6個低品位礦體(Ph1層位1個，Ph3層位5個)，3個小規(guī)模礦體(均賦存于Ph2)。礦體均為隱伏礦體。主要工業(yè)礦體，沿走向延伸1 409～1 964m，沿傾向延伸1 468～2 099m，平均厚度3.82～6.42m。工業(yè)礦體平均總厚度25.67m。查明工業(yè)礦體磷礦石資源量8 700×105t，平均品位20.65%；伴生氟資源量157×105t，平均品位1.83%。主要礦石類型有3種：條帶狀磷塊巖、薄層狀磷塊巖及塊狀磷塊巖。Ph1礦體主要為條帶狀磷塊巖，Ph3礦體主要為薄層狀磷塊巖，Ph2礦體主要為塊狀磷塊巖。

2 礦物成分及產狀

2.1 Ph1礦石礦物成分及產狀

Ph1礦石，呈灰色，紫灰色，條帶狀構造為主，局部見塊狀和薄層狀構造，粉隱晶結構；礦石礦物主要為膠磷礦(52%)，次為磷灰石(28%)；脈石礦物主要為白云石(8%)，少量粘土礦物、石英、方解石、長石、金紅石和白云母(均不超過5%)；有機質常見(不超過5%)，少量碳質(1%)，藻類偶見。膠磷礦呈隱晶質，其他晶質礦物以粉晶為主，少量為泥晶和細晶。

磷灰石，半自形粒狀—自形短柱狀，粒度一般0.001 7～0.3mm，呈單晶或大小0.005～0.4mm不規(guī)則集合體產出，多數(shù)與膠磷礦共生，少數(shù)被白云石和斜長石包裹，有的粗晶內包有細晶磷灰石，有的晶體邊部石英等交代呈港灣狀、不規(guī)則波狀，局部可見被磨蝕呈次圓狀的晶屑。

膠磷礦，肉眼觀察呈灰色、紫灰色、淺灰色，具半透明感；單偏光下，呈無色、淺灰色、(淺)黃褐色、灰褐色，透明—半透明，常與有機質共生。宏觀與鏡下對比觀察表明，膠磷礦本身是無色透明的，單偏光下和宏觀顯示的顏色由共生的有機質引起，透明度的高低決定于有機質的多少。正交偏光下，呈深灰干涉色，電鏡圖像放大1 500～2 000倍仍看不到晶形(照片1和2)；X光衍射圖譜顯示為磷灰石(圖2，表3中6號樣)，所以，膠磷礦實質是粒度極細的磷灰石。平均含量52%。

圖2 蓮花山礦段Ph1磷礦石中膠磷礦X光衍射圖譜

有機質，呈紫紅色、暗紫色、深灰色，單偏光下呈褐色、灰褐色、黃褐色及深灰色，半透明，云霧狀，為大小0.03～0.25mm的斑點狀、團塊狀、紋層狀、條帶狀產出，與膠磷礦和磷灰石密切共生，大致均勻分布。鏡下與宏觀對比表明，磷質條帶本身是無色的，其顯示的顏色實質由有機質引起。

2.2 Ph3礦石礦物成分及產狀

Ph3礦石，呈黑灰色、深灰色，薄層狀構造為主，局部見塊狀構造，粉隱晶結構。礦石礦物主要為磷灰石(37%)，次為膠磷礦(11%)；脈石礦物主要為石英(17%)和白云石(13%)，少量(均少于1%)粘土礦物、方解石、蛋白石、長石、泥質；有機質(10%)和碳質(7%)常見。局部偶見陸源碎屑礦物和細脈狀礦物。膠磷礦呈隱晶狀，其他晶質礦物以粉晶為主，少量中細晶和泥晶。高含量的有機質是礦石顏色的主要原因。

膠磷礦，宏觀呈深灰色，薄層狀產出，具半透明感；單偏光下，呈淺黃褐色、黃褐色，半透明，隱晶狀，呈砂屑或不規(guī)則團塊狀產出。砂屑，呈近等軸狀、橢球狀，大小一般0.1～0.5mm、0.38mm×0.20mm～0.25mm×0.11mm，緊密堆積；團塊大小一般0.06～0.9mm。正交偏光下具微弱的光性，電鏡圖像放大1 500倍仍看不到晶形(照片3)，因此，膠磷礦實質是粒度極細的磷灰石。平均含量11%。

粗晶磷灰石，無色透明，半自形粒狀、短柱狀，近等軸狀，次圓狀，有的具明顯磨蝕特征，單晶產出，粒度一般0.05～0.26mm，晶體中常包有細晶磷灰石，晶體邊緣常被細晶磷灰石交代成不規(guī)則波狀，與膠磷礦共生，星散狀分布于膠磷礦團塊中，平均含量3%。

細晶磷灰石，無色，暗褐色，透明度不好，等軸粒狀或柱狀，單晶或多晶集合體產出，單晶粒度一般0.0005～0.01mm、0.005mm×0.001mm，集合體大小0.005～0.11mm，主要呈星散狀均勻分布于磷質層中，有的被方解石、石英、白云石包裹，有的分布于白云石晶間。平均含量34%。

局部可見細晶磷灰石呈砂屑和鮞粒狀集合體產出。砂屑，呈近等軸狀、次棱角狀、次圓狀，大小一般0.12～0.19mm，緊密堆積。鮞粒，有的完整，有的破損，大小一般±0.19mm，核部為大小0.07～0.12mm的粗晶磷灰石，外圈一般僅一圈，圈厚0.015～0.02mm，由微晶磷灰石組成。

膠磷礦、粗晶磷灰石及細晶磷灰石密切共生，形成磷質薄層。白云石，半自形—他形粒狀，呈粒度0.001～0.2mm單晶或大小0.1～0.15mm的多晶集合體產出，晶體內常包有較多細粒磷灰石，主要分布于白云質薄層中，少量分布于磷質層中，平均含量13%。

除上述共生礦物外，局部偶見細粒狀陸源碎屑石英和細脈狀礦物。細脈厚0.01～0.2mm，類型包括方解石細脈、白云石細脈及含鋯石的磷灰石石英細脈。

2.3 Ph2礦石礦物成分及產狀

Ph2礦石，呈黑灰色、深灰色，塊狀構造，粉隱晶結構。礦石礦物主要為磷灰石(48%)，次為膠磷礦(26%)；脈石礦物主要為白云石(11%)， 少量石英(3%)；有機質(10%)和碳質(3%)常見。膠磷礦呈隱晶狀，其他晶質礦物以粉晶為主，少量中細晶和泥晶。除上述共生的礦物外，局部偶見陸源碎屑礦物和細脈狀石英。高含量的有機質是礦石顏色的主要原因。

膠磷礦，黃褐色、淡黃褐色，透明，與白云石共生，正交偏光下具微弱的光性，實質上是粒度極細的磷灰石，平均含量26%。

細晶磷灰石，半自形粒狀、針狀，粒度一般0.001～0.01mm，呈近等軸狀、透鏡狀砂屑產出，砂屑大小0.06～0.2mm、0.20mm×0.40mm～0.06mm×0.1mm，星散狀稀疏分布；針狀晶體，粒度0.009mm×0.001mm，長軸無序。平均含量45%。

粗晶磷灰石，半自形粒狀，有的具磨圓特征，呈次圓狀，粒度0.004～0.05mm，星散狀分布，與膠磷礦、石英及白云石共生，有的被白云石包裹，平均含量3%。

3 礦物成分對比

Ph1和Ph2礦石是以白云石為主要脈石礦物的高磷礦石，Ph3礦石是以石英和白云石為主要脈石礦物的低磷礦石，三個層位礦石均普遍含有機類，說明生物作用與成礦關系密切，但三個層位礦石中的有機類特征不完全相同(表1)。

表1 蓮花山礦段磷礦層共生的主體礦物成分對比(%)

Ph1礦石中的有機質呈紫紅色、暗紫色、深灰色，Ph3和Ph2礦石中的有機質呈灰色。碳質在Ph3礦石中含量相對較高且常見，Ph1和Ph2礦石中含量相對較低，說明成礦過程中生物作用的特征有差異。

磷礦層的顏色主要取決于有機質的顏色和含量。Ph1礦石中的有機質呈紫紅色、暗紫色、深灰色，所以礦石中的磷質層和磷質條帶也呈紫紅色、暗紫色、深灰色；Ph3和Ph2礦石中的有機質呈灰色，且含量較高，所以礦石中的磷質層呈黑灰色。

三個層位礦石中陸源碎屑礦物含量甚微，零星分布，說明成礦物質主要源于海洋，搬運陸源碎屑礦物的運力并非地表徑流，應為微弱的陣風。

從Ph1、Ph2到Ph3，陸源碎屑礦物種類呈明顯減少趨勢，顯示風力明顯減弱的趨勢。細脈狀礦物，在Ph1和Ph3少量出現(xiàn)，Ph2中未見，說明三個層位礦層沉積時本區(qū)地殼總體上較穩(wěn)定(表2)。

表2 蓮花山礦段磷礦層陸源碎屑礦物及細脈狀礦物對比(%)

4 掃描電鏡微觀結構研究

為了進一步查清礦物的微觀產狀特征，我們選取Ph1、Ph3代表性礦石樣品各一件，用掃描電鏡進行了研究。

Ph1磷塊巖放大1 500～2 000倍掃描電鏡圖像顯示(照片1和2)，膠磷礦、磷灰石、白云石、鉀長石及有機質密切共生，是同期從成礦介質中析出的。其中，白云石，磷灰石及鉀長石粒度相對較粗，形成時間均略晚于膠磷礦；有機質與膠磷礦密切共生，二者基本同時形成。

Ph3磷塊巖放大1 500倍掃描電鏡圖像顯示(照片3)，膠磷礦、磷灰石、白云石、石英、粘土礦物密切共生，是同期從成礦介質中析出的。其中，磷灰石、白云石、石英及粘土礦物粒度相對較粗，形成時間均略晚于膠磷礦；有機質與膠磷礦密切共生，二者基本同時形成。

照片1和2：膠磷礦(Coll)，灰色，隱晶狀，量最多；磷灰石(AP)，深灰色，他形粒狀；白云石(Dol)，淺灰色，他形粒狀；鉀長石(Or)，白色，半自形，短柱狀，柱狀；有機質(Org)，黑色，不規(guī)則團塊狀；粘土礦物(Cla)，深灰色，半自形針狀。白云石，磷灰石、鉀長石及粘土礦物，均未搬運特征，不是陸源的，是從成礦介質中析出的；四者密切共生，呈不規(guī)則團塊狀產出，形成時間均略晚于膠磷礦。有機質與膠磷礦密切共生，二者基本同時形成。白色矩形塊為分析點位。電鏡能譜圖像，樣號ZK12012－TB03，采樣工程ZK12012孔，樣品巖性紫色磷塊巖(Ph1)。

照片1 Ph1礦石掃描電鏡照片(放大倍數(shù)2000倍)

照片2 Ph1礦石掃描電鏡照片(放大倍數(shù)1500倍)

照片3 Ph3礦石掃描電鏡照片(照片橫邊長11.45cm時，放大倍數(shù)1500倍)

照片3：膠磷礦(Coll)，灰色，隱晶狀，量最多；磷灰石(AP)，深灰色，自形短柱狀，他形粒狀；白云石(Dol)，淺灰色，他形粒狀；石英(Qz)，白色，半自形—他形，短柱狀、粒狀；有機質(Org)，黑色，不規(guī)則團塊狀；粘土礦物，灰色，針狀。磷灰石，石英，白云石及粘土礦物，均未搬運特征，不是陸源的，是從成礦介質中析出的；四者密切共生，粒度相對較粗，呈不規(guī)則團塊狀產出，形成時間略晚于膠磷礦。有機質與膠磷礦密切共生，二者基本同時形成。可見石英圍繞有機質團塊邊部分布，并交代有機質團塊呈港灣狀、篩狀，顯示有機質形成略早于石英。白色矩形塊為分析點位。電鏡能譜圖像，樣號ZK12008a－TB02，采樣工程ZK12008a孔，樣品巖性黑灰色含石英磷塊巖(Ph3)

5 礦物化學成分特征

磷灰石和膠磷礦化學成分沒有明顯差別(表3)，均與氟磷灰石理論成分接近[5]，說明膠磷礦實質是粒度極細的氟磷灰石。

白云石化學成分，1號測點含F(xiàn)eO 1.21%，P2O55.67%，2號測點含SiO20.76%，說明Ph1磷塊巖成礦介質中磷和鐵含量相對較高，Ph3磷塊巖成礦介質中硅含量相對較高(表4)。

有機質化學成分均以CO2為主，說明鏡下鑒定確定的有機質是正確的。有機質的普遍存在，說明生物作用在成礦過程中占有重要地位。Ph1磷塊巖有機質較純，Ph3磷塊巖有機質雜質元素種類較多、含量較高，說明二者生物作用的具體過程和成礦介質化學成分存在差異(表5)。

硅酸鹽礦物化學成分(表6)，總體上與理論化學成分無明顯差別[5]，進一步驗證了巖礦鑒定和X光衍射測試結果。硅酸鹽礦物的存在，顯示成礦介質中SiO2、Al2O3、K2O含量相對較高，說明成礦介質并非正常海水，應為熱鹵水。

鐵質礦物化學成分，Ph1磷塊巖中的鐵質礦物為氧化鐵， Ph3磷塊巖中的鐵質礦物為黃鐵礦，說明二者成礦介質化學成分存在差異，沉積環(huán)境分別為氧化環(huán)境、還原環(huán)境(表7)。

表3 蓮花山礦段磷塊巖膠磷礦和磷灰石化學成分(%)

表4 蓮花山礦段磷塊巖白云石化學成分(%)

表5 蓮花山礦段磷塊巖有機質化學成分(%)

表6 蓮花山礦段磷塊巖硅酸鹽礦物化學成分(%)

表7 蓮花山礦段磷塊巖鐵質礦物化學成分(%)

6 礦床成因及找礦潛力分析

綜合分析礦石的礦物成分、結構構造、化學成分、含礦地層、大地構造環(huán)境、正常海水的化學成分及古氣候變化等特征[1，4，6，7]，認為本礦床為生物化學熱水沉積成因，成礦過程大致為：成礦介質為源于秦嶺海槽深部的礦化熱鹵水，溫差驅動使其從海底上升到海面，又被冰后期的海侵洋流推向大陸邊緣，就位于水下盆地中。成礦介質運移過程中，海水中的鈣、鎂、碳質及氟進入其中。溫度變化和微生物作用，導致成礦介質中的活性碳離子大幅度減少，失去碳酸鹽礦物形成的物質條件，導致磷灰石和膠磷礦飽和結晶析出成礦。

荊襄磷礦其他礦段的磷礦、宜昌地區(qū)乃至揚子地臺邊緣的生物化學沉積型磷礦，與蓮花山礦段磷礦屬同一類型[1]。因此，初步分析，在震旦紀及前后一段時期，揚子地臺邊緣曾發(fā)生過大規(guī)模的富磷礦化熱鹵水活動，為磷礦的形成提供了豐富的物資來源。所以，在揚子地臺邊緣本類型礦床仍有良好的找礦前景。

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P619.213

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1007-9386(2017)03-0016-05

2017-04-21