張家埡磷礦礦石類型

徐少康，王 宇，賈 晗，王 磊

（中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北 涿州 072754）

張家埡礦區(qū)位于湖北省遠安縣西北部，與縣城直距35km左右。近年來有關(guān)學(xué)者對我國同類型磷礦床進行了綜合性及專項研究[1-4]，徐少康等[5]在地質(zhì)普查工作基礎(chǔ)上，對張家埡磷礦地質(zhì)特征進行了初步綜合性論述。本文在以往研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)最新的地質(zhì)詳查成果對本礦床礦石類型進行了專項深入研究，對本類型礦床成因及找礦研究等有一定意義。

1 礦床概況

本區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚子地臺北緣，北與秦嶺海槽毗鄰(見圖1)。

礦區(qū)沉積基底為古元古界黃涼河組片麻巖(Pt1h)，其上地層及主要巖性依次為：南華系南沱組白云巖(N h2n)，下震旦統(tǒng)陡山沱組硅質(zhì)白云巖(Z1d)，上震旦統(tǒng)燈影組白云巖(Z2dn)，寒武系白云巖夾泥巖，第四系砂礫石粘土沉積。含磷層位有兩個：陡山沱組一段和二段，分別簡稱為Ph1和Ph2(見表1)。礦區(qū)構(gòu)造形式主要為單斜構(gòu)造：地層總體傾向東，傾角10～15°。

圖1 張家埡礦區(qū)交通及大地構(gòu)造位置

礦區(qū)存在一個工業(yè)磷礦體，賦存于陡山沱組一段，未出露地表，深埋于地下數(shù)百米處。礦體呈層狀產(chǎn)出，與頂?shù)装鍘r層呈整合接觸，產(chǎn)狀與地層一致，沿走向延伸3 870m，沿傾向延伸1 020～1 270m，均厚2.19m。礦石資源量1 800×105t，礦床規(guī)模中型。

2 礦石中的基本層

礦石中的基本層有四種類型：砂屑磷質(zhì)層、隱晶磷質(zhì)層、白云質(zhì)層及泥質(zhì)層。

表1 張家埡礦區(qū)地層簡表

砂屑磷質(zhì)層，呈深灰、灰、黑灰色，單層厚一般2～11mm，具砂屑結(jié)構(gòu)。砂屑呈次圓狀、橢球狀，分選好，粒徑0.06～0.75mm；少量橢球狀礫屑，粒徑3～20mm。砂礫屑成分，主要為膠磷礦，次為粉微晶磷灰石，少量微粒碳質(zhì)、微晶石英、斜長石、白云石及粘土礦物；少量粉屑狀陸源碎屑，包括石英、斜長石、泥巖碎屑、白云巖碎屑、硅質(zhì)巖屑。膠結(jié)物主要為粉細晶白云石、石英及膠磷礦，局部為纖維狀細晶磷灰石及泥質(zhì)。孔隙式或基底式膠結(jié)。

隱晶磷質(zhì)層，呈深灰、灰、黑灰色，單層厚一般2～11mm，隱晶結(jié)構(gòu)。礦物成分主要為隱晶狀膠磷礦，次為微晶磷灰石、白云石和石英(玉髓)，少量碳質(zhì)、有機質(zhì)、泥質(zhì)、粘土礦物、黑云母及陸源碎屑石英。

白云質(zhì)層，呈白、灰白色，單層厚一般1～8mm，微晶結(jié)構(gòu)，礦物成分主要為白云石，少量星散狀分布的膠磷礦砂屑及石英。

泥質(zhì)層，呈黑色，單層厚一般1～4mm，泥狀結(jié)構(gòu)，礦物成分主要為粘土礦物，次為微粒石英，少量膠磷礦和微晶黃鐵礦。

3 礦石類型

根據(jù)基本層的組合特征，礦石分為三種類型：塊狀磷塊巖、白云質(zhì)條帶磷塊巖、泥質(zhì)條帶磷塊巖。

3.1 塊狀磷塊巖

塊狀磷塊巖，由砂屑磷質(zhì)層與隱晶磷質(zhì)層互層組成，二者含量基本相當。礦石顏色呈灰—黑灰色，砂屑結(jié)構(gòu)，隱晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石礦物主要為膠磷礦，少量磷灰石；脈石礦物主要為白云石和石英，其他礦物少量。膠磷礦為隱晶狀，磷灰石呈微晶粒狀，其他脈石礦物為微晶狀，各礦物總體上分布均勻。圖2為塊狀磷塊巖宏觀結(jié)構(gòu)，薄層狀特征明顯，單層厚1～5mm，白色薄膜狀物質(zhì)為方解石細脈。圖3為塊狀磷塊巖微觀結(jié)構(gòu)，上部為砂屑磷質(zhì)層，砂屑內(nèi)部組成礦物主要為膠磷礦，少量碳質(zhì)，砂屑邊部的白色邊由微晶磷灰石組成；膠結(jié)物為泥質(zhì)、磷灰石及石英。下部為隱晶磷質(zhì)層，組成礦物主要為膠磷礦，少量碳質(zhì)、石英及磷灰石。膠磷礦(Coll)，褐灰色，隱晶狀；碳質(zhì)(Org)，黑色，不規(guī)則團塊狀；石英(Qz)，灰白色，半自形粒狀，短柱狀；磷灰石(AP)，灰色，微粒狀；泥質(zhì)(Cla)，深灰色，不規(guī)則團塊狀。兩層界限清楚，呈不規(guī)則波狀。

圖2 塊狀磷塊巖宏觀結(jié)構(gòu)

圖3 塊狀磷塊巖微觀結(jié)構(gòu)(單偏光，樣號XK03)

3.2 白云質(zhì)條帶磷塊巖

白云質(zhì)條帶磷塊巖，由砂屑磷質(zhì)層、隱晶磷質(zhì)層與白云質(zhì)層互層組成，以磷質(zhì)層為主。白云質(zhì)層的多少決定了礦石品位的低高。礦石顏色以灰—黑灰色為主，夾雜白、灰白色，砂屑結(jié)構(gòu)和隱晶結(jié)構(gòu)為主，次為微晶結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造。礦石礦物主要為膠磷礦，少量磷灰石；脈石礦物主要為白云石，次為石英，其他礦物少量。膠磷礦呈隱晶狀，磷灰石主要呈微晶粒狀，少數(shù)呈細晶纖維狀；其他脈石礦物主要呈微晶狀。礦物分布不均，呈白云質(zhì)層和磷質(zhì)層產(chǎn)出，各層內(nèi)礦物總體上分布均勻。圖4為白云質(zhì)條帶磷塊巖宏觀結(jié)構(gòu)，淺灰、灰白色層為白云質(zhì)層，單層厚約3～5mm。深灰色層為磷質(zhì)層，單層厚約2～4mm，砂屑結(jié)構(gòu)明顯。圖5為白云質(zhì)條帶磷塊巖微觀結(jié)構(gòu)，上部和下部的深色層為砂屑磷質(zhì)層，中部的淺色層為白云質(zhì)層，層間界線清楚，呈不規(guī)則波狀。磷質(zhì)層砂屑結(jié)構(gòu)明顯，砂屑組成礦物主要為膠磷礦；膠結(jié)物組成礦物主要為磷灰石，少量石英。白云質(zhì)層，組成礦物主要為白云石，少量磷質(zhì)砂屑和團塊。膠磷礦(Coll)，接近消光，有微弱的光性，說明實質(zhì)是粒度極細的磷灰石；磷灰石(AP)，深灰色，微粒狀，個別粒度相對較粗；石英(Qz)，灰白色，半自形粒狀，短柱狀；白云石(Dol)，白色，有的具粉色色調(diào)，半自形粒狀。

圖4 白云質(zhì)條帶磷塊巖宏觀結(jié)構(gòu)(SK04孔巖心標本)

圖5 白云質(zhì)條帶磷塊巖微觀結(jié)構(gòu)(正交偏光，樣號XK01)

3.3 泥質(zhì)條帶磷塊巖

泥質(zhì)條帶磷塊巖，由砂屑磷質(zhì)層、隱晶磷質(zhì)層與泥質(zhì)層互層組成，以磷質(zhì)層為主。泥質(zhì)層的多少決定了礦石品位的低高。礦石顏色以灰—黑灰色為主，夾雜黑色，砂屑結(jié)構(gòu)和隱晶結(jié)構(gòu)為主，次為泥狀結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造。礦石礦物主要為膠磷礦，少量磷灰石；脈石礦物主要為粘土礦物，次為白云石，其他礦物少量。膠磷礦呈隱晶狀，磷灰石主要呈微晶粒狀，少數(shù)呈粉晶粒狀；其他脈石礦物主要呈微泥晶狀。礦物分布不均，呈泥質(zhì)層和磷質(zhì)層產(chǎn)出，各層內(nèi)礦物總體上分布均勻。圖6為泥質(zhì)條帶磷塊巖宏觀結(jié)構(gòu)，黑色層為泥質(zhì)層，少量；灰色、深灰色層為磷質(zhì)層，量多；有的磷質(zhì)層砂屑結(jié)構(gòu)明顯。圖7為泥質(zhì)條帶磷塊巖微觀結(jié)構(gòu)，上部為泥質(zhì)層，下部為砂屑磷質(zhì)層，二者界線清楚，呈不規(guī)則波狀。泥質(zhì)層組成礦物主要為粘土礦物，次為石英，少量碳質(zhì)。砂屑磷質(zhì)層，砂屑結(jié)構(gòu)明顯，砂屑組成礦物主要為膠磷礦，少量石英；膠結(jié)物組成礦物，主要為碳質(zhì)和磷灰石，少量石英。膠磷礦(Coll)，褐色，隱晶狀；磷灰石(AP)，深灰色，微晶粒狀；碳質(zhì)(Org)，黑色，不規(guī)則團塊狀；粘土礦物(Cla)，灰色，粒度極細；石英(Qz)，白色，粒狀，短柱狀，磷質(zhì)層中的石英未磨蝕特征，泥質(zhì)層中的石英磨蝕特征明顯。磷質(zhì)層中的礦物為共生關(guān)系，屬生物化學(xué)沉積成因，砂屑結(jié)構(gòu)說明沉積環(huán)境較動蕩，磷質(zhì)層形成后又遭到破壞。泥質(zhì)層為陸源機械沉積。

圖6 泥質(zhì)條帶磷塊巖宏觀結(jié)構(gòu)(SK04孔巖心)

圖7 泥質(zhì)條帶磷塊巖微觀結(jié)構(gòu)(單偏光，樣號XK02)

一般情況，泥質(zhì)條帶磷塊巖位于礦體下部，塊狀磷塊巖位于礦體中部，白云質(zhì)條帶磷塊巖位于礦體上部。局部缺少某一類。

4 礦物成分分析

4.1 礦物成分對比

三種類型的礦石礦物均以膠磷礦為主，磷灰石少量。由泥質(zhì)條帶磷塊巖→白云質(zhì)條帶磷塊巖→塊狀磷塊巖，磷質(zhì)礦物總量呈明顯增加趨勢。三種礦石的主要脈石礦物組合及含量明顯不同：塊狀磷塊巖和白云質(zhì)條帶磷塊巖，主要脈石礦物均為白云石和石英，但白云質(zhì)條帶磷塊巖白云石明顯較高；泥質(zhì)條帶磷塊巖，主要脈石礦物為粘土礦物和白云石，粘土礦物明顯較高(見表2)。

表2 張家埡礦區(qū)磷礦石礦物成分對比(%)

三種礦石礦物組合特征是含礦巖系形成過程中不同地質(zhì)作用綜合作用的產(chǎn)物：沉積巖系在正常沉積過程中(碎屑沉積→碳酸鹽沉積)，加入了成礦介質(zhì)，使沉積過程演變?yōu)樗樾汲练e→磷礦物沉積→碳酸鹽沉積，從而出現(xiàn)了泥質(zhì)條帶磷塊巖→塊狀磷塊巖→白云質(zhì)條帶磷塊巖的沉積序列。

4.2 X光粉晶衍射測試

X光粉晶衍射測試結(jié)果見表3、圖8，圖8的底部為氟磷灰石標準圖譜(上)和石英標準圖譜(下)；樣號為M11。與顯微鏡鑒定成果(表2)對比，礦物組合基本吻合，不同點在于：

表3 X光粉晶衍射測試張家埡礦區(qū)磷礦石礦物成分與化學(xué)分析數(shù)據(jù)對比(%)

圖8 張家埡礦區(qū)塊狀磷塊巖X光粉晶衍射圖譜

(1) 鏡下鑒定的磷質(zhì)礦物主要為膠磷礦，少量磷灰石，X光粉晶衍射測試磷質(zhì)礦物為磷灰石，說明膠磷礦實質(zhì)是粒度極細的磷灰石。

(2) 鏡下鑒定的有機質(zhì)和玉髓屬非晶質(zhì)礦物，X光粉晶衍射測試測不出。

(3) 鏡下鑒定的泥質(zhì)和泥巖屑，主要礦物成分為粘土礦物和粒度極細的石英。

(4) X光粉晶衍射測試，三種礦石中均含黃鐵礦，而巖礦鑒定塊狀磷塊巖和白云質(zhì)條帶磷塊巖中不含黃鐵礦，主要原因為含量少、粒度極細、分布不均，導(dǎo)致鏡下難以發(fā)現(xiàn)所致。

(5) 鏡下鑒定塊狀磷塊巖含少量長石，X光粉晶衍射測試為鈉長石，主要原因為含量少、粒度極細鏡下難以進一步確定種屬。

(6) X光粉晶衍射測試白云質(zhì)條帶磷塊巖含少量鈉長石，泥質(zhì)條帶磷塊巖含少量鉀長石和鈉長石，鏡下鑒定未發(fā)現(xiàn)，主要原因為含量少、粒度細、分布不均所致。

X光粉晶衍射測試結(jié)果與化學(xué)分析結(jié)果對比：

(1) 氟磷灰石晶體化學(xué)式為Ca5[PO4]3F[6]，不考慮F，計算其P2O5理論含量為43.16%。據(jù)此計算出的測試樣品中P2O5含量(表3中右數(shù)第1列；計算公式：P2O5含量=磷灰石含量×43.16%)，與化學(xué)分析P2O5含量數(shù)據(jù)(表3中左數(shù)第3列)基本接近，說明X光粉晶衍射測試數(shù)據(jù)準確，同時，進一步說明礦石中的膠磷礦實質(zhì)為粒度極細的磷灰石。

(2) X光粉晶衍射測試酸不溶礦物總量(表3中右數(shù)第2列)與化學(xué)分析酸不溶物含量(表3中左數(shù)第4列)基本接近，再次說明X光粉晶衍射測試數(shù)據(jù)準確。

(3) X光粉晶衍射測試與鏡下鑒定和化學(xué)分析成果，互為印證，互為補充，查明了礦石礦物成分和產(chǎn)出狀態(tài)。

4.3 品位及酸不溶物對比

礦石平均、最高及最低品位(P2O5)：最高的均為塊狀磷塊巖，最低的均為泥質(zhì)條帶磷塊巖，白云質(zhì)條帶磷塊巖居中；酸不溶物變化規(guī)律則與品位相反(見表4)。說明膠磷礦和磷灰石主要在成礦作用的中期富集(早期形成泥質(zhì)條帶磷塊巖，中期形成塊狀磷塊巖，后期形成白云質(zhì)條帶磷塊巖)，同時也說明酸不溶物與品位呈負相關(guān)，酸不溶物量多不利于成礦。

表4 張家埡礦區(qū)磷礦石品位(P2O5)及酸不溶物含量對比(%)

5 礦床成因探討

正常海水中磷含量為88μg/L[7]，在正常海水中磷不可能有高濃度的富集。礦層下伏地層南沱組(Nh2n)平均厚度僅6.5m、P2O5平均含量0.45%，所以，在較短時間內(nèi)，正常海水通過濃縮不可能形成磷礦層。

礦層底板的泥巖，成分主要為粘土礦物和石英，屬陸源碎屑物質(zhì)，P2O5平均含量3.99%。礦石中含有陸源碎屑物質(zhì)，但含量極低。正常河流和湖泊水磷和氟含量極低[7]，常溫下(25℃)磷酸鈣在水中的溶解度為3.2×10-4mol/L[8]，所以，成礦物質(zhì)不可能是陸源的。

根據(jù)礦床所處大地構(gòu)造位置分析，成礦介質(zhì)應(yīng)是源于秦嶺海槽深部的富磷硅的礦化熱鹵水。秦嶺海槽是構(gòu)造活動帶，存在與深部連通的通道[9]。

綜合分析礦石的礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、化學(xué)成分、含礦地層、大地構(gòu)造環(huán)境、正常海水的化學(xué)成分及古氣候變化等特征[1，4-5，7-9]，認為本礦床為生物化學(xué)熱水沉積成因，成礦過程大致為：源于秦嶺海槽深部的礦化熱鹵水，溫差驅(qū)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(zhì)運移過程中，海水中的鈣、鎂、碳質(zhì)及氟進入其中。溫度變化和微生物作用，導(dǎo)致成礦介質(zhì)中的活性碳離子大幅度減少，失去碳酸鹽礦物形成的物質(zhì)條件，導(dǎo)致磷灰石和膠磷礦飽和結(jié)晶析出成礦。礦石中存在的砂屑結(jié)構(gòu)，說明沉積盆地中水較動蕩。

鄂西地區(qū)乃至揚子地臺邊緣的生物化學(xué)沉積型磷礦，與張家埡磷礦屬同一類型[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。

[1]韓豫川，夏學(xué)惠，肖榮閣，等.中國磷礦床[M].北京：地質(zhì)出版社，2012.

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