云南鎮(zhèn)雄縣銀廠灣磷礦地質(zhì)特征及成因分析

沈燕飛 賀班艷 謝 江

(昆明富麟礦業(yè)有限公司 云南 昆明 650233)

云南省鎮(zhèn)雄縣銀廠灣磷礦大地構(gòu)造位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(I)南西緣，滇東臺(tái)褶帶滇東北臺(tái)褶束中部。該臺(tái)褶束南鄰會(huì)澤褶束，西鄰嵩明臺(tái)褶。地臺(tái)基底為前震旦系，形成于約900Ma的晉寧運(yùn)動(dòng)。

1 地質(zhì)背景

1.1 礦區(qū)地層

根據(jù)1：20萬(wàn)鎮(zhèn)雄幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，礦區(qū)出露地層由老至新依次為

(1)震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)：灰黑色白云石化含硅質(zhì)生物碎屑泥晶灰?guī)r、灰黑色致密塊狀含磷鈣質(zhì)硅質(zhì)條帶白云巖；

震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)、寒武系下統(tǒng)梅樹(shù)村組(1ms)、牛蹄塘組(1n)、明心寺組(1m)在礦區(qū)地表未出露，均為鉆探工程揭露(圖1)。

1.2 礦區(qū)構(gòu)造

1.2.1 褶皺

羊場(chǎng)背斜：背斜軸總體呈近東西向，核部地層為震旦系，翼部地層最新為白堊系。礦區(qū)位于羊場(chǎng)背斜西段轉(zhuǎn)折端附近，在算盤溝一帶背斜呈北東-南西向展布，地表核部地層僅出露寒武系下統(tǒng)金頂山組，由施工的14個(gè)鉆探工程揭露，該背斜核部隱伏地層為震旦系燈影組，兩翼地層依次為寒武系下統(tǒng)梅樹(shù)村組、牛蹄塘組、明心寺組、金頂山組和清溪洞組，寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組以及寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群。該背斜呈緩背斜，軸部產(chǎn)狀稍緩，為4°～6°，南北兩翼傾角略陡，為 8°～13°。

圖1 銀廠灣磷礦區(qū)地質(zhì)圖

1.2.2 斷層

F1斷層：位于冒砂井至長(zhǎng)槽一線，為平移正斷層，斷層走向30°，傾向北西，傾角80°，斷裂角礫巖帶寬1m～4m，斷層帶局部見(jiàn)少量透鏡體鉛鋅礦化，但規(guī)模小，品位低。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

目前主要控制了KT1、KT2和KT3三個(gè)磷礦體(圖2)，其中KT2和KT3為工業(yè)磷礦，KT1為低品位磷礦。

(1)KT1磷礦化體：為隱伏低品位磷礦層，賦存于羊場(chǎng)背斜深部的寒武系下統(tǒng)梅樹(shù)村組白云石化磷質(zhì)巖中，總體走向北東，呈緩背斜產(chǎn)出，軸部產(chǎn)狀稍緩，為4°～6°，南北兩翼傾角略陡，為 8°～9°，屬緩傾斜礦體。礦體走向長(zhǎng)2.01km，礦體頂板埋深539.88m～788.97m，底板埋深543.93m～790.67m，傾向由軸部向兩翼控制最大斜深1.80km，礦化體沿走向及傾向均有進(jìn)一步延長(zhǎng)、延深的趨勢(shì)。單工程礦體真厚1.59m～8.17m，平均厚3.98m，厚度變化系數(shù)51.02%，屬厚度變化較穩(wěn)定礦體。礦體北西翼薄，南東翼有變厚之趨勢(shì)。礦體品位P2O5單樣最高16.84%，單工程平均品位P2O512.08～14.13%，平均13.30%，品位變化系數(shù)4.54ω%，屬組分分布均勻礦體。礦石為低品位礦。

(2)KT2磷礦體：位于KT1礦體下部，KT3礦體上部，為礦區(qū)主要磷礦層，礦體呈層狀產(chǎn)出，為工業(yè)礦體。礦體走向北東，礦層呈緩背斜產(chǎn)出，軸部產(chǎn)狀稍緩，為4°～6°，礦層南北兩翼傾角略陡，為8°～9°，屬緩傾斜礦體。礦體走向長(zhǎng)2.01km，礦體頂板埋深544.43m～845.36m，底板埋深577.43m～876.57m，傾向由軸部向兩翼控制最大斜深1.80km。礦體單工程真厚27.81m～44.87m，平均厚34.53m，厚度變化系數(shù)13.32%，屬厚度變化穩(wěn)定型礦體。礦體磷礦化連續(xù)，P2O5單樣最高達(dá)35.27ω%，單工程平均品位22.82ω%～25.20ω%，礦體平均品位24.12ω%，品位變化系數(shù)2.70%，屬組分分布均勻礦體。礦石品級(jí)軸部較高，兩翼逐漸變低，主要為Ⅱ級(jí)品礦石。Ⅰ級(jí)品礦石和Ⅱ級(jí)品礦石集中、Ⅲ級(jí)品礦石分布在西翼和11線上。礦體總體沿北西—南東方向展布，有北西往南東變薄之趨勢(shì)。

(3)KT3磷礦體：產(chǎn)于KT2礦體下部，礦體總體走向北東，礦層呈緩背斜產(chǎn)出，軸部產(chǎn)狀稍緩，為4°～6°，礦層南北兩翼傾角略陡，為 8°～9°，屬緩傾斜礦體。礦體走向長(zhǎng)2.01km，礦體頂板埋深582.43m～884.57m ，底板埋深591.31m～890.57m，傾向由軸部向兩翼控制最大斜深1.80km。工業(yè)礦體礦體真厚1.58m～11.17m，厚度變化系數(shù)51.49%；磷礦化連續(xù)，單工程P2O5平均品位15.10ω%～17.08ω%，礦體平均品位15.61ω%，品位變化系數(shù)3.99%。低品位礦體真厚1.96m～13.83m，厚度變化系數(shù)60.06%；低品位礦P2O5單工程平均品位12.86ω%～14.16ω%，礦體平均品位13.50ω%，品位變化系數(shù)2.90%。礦體厚度變化較穩(wěn)定，組分分布較均勻。礦石品位軸部較高，兩翼逐漸變低，主要為Ⅲ級(jí)品磷礦和低品位磷礦。

圖2 銀廠灣磷礦11號(hào)勘探線剖面圖

2.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.2.1 礦石結(jié)構(gòu)

(1)砂屑結(jié)構(gòu)(凝膠砂屑結(jié)構(gòu))：結(jié)構(gòu)成分以粒屑為主，主要由磷灰石的砂屑組成，次為礫屑、粉屑，偶見(jiàn)鮞粒，顆粒大小多在0.1mm～0.5mm，磨圓度中等偏差，含量在50%以上，最高可達(dá)85%，填隙物為凝膠狀磷灰石和淀晶磷灰石及粉至細(xì)晶白云石，作孔隙式膠結(jié)。

(2)砂屑凝膠結(jié)構(gòu)(凝膠結(jié)構(gòu))：以磷灰石凝膠為主，磷灰石粒屑次之，凝膠基質(zhì)50%～80%，粒屑含量10%～35%，局部還含有10%～35%的白云石和硅質(zhì)等雜質(zhì)礦物，凝膠基質(zhì)作基底式膠結(jié)。

(3)砂屑粉-細(xì)晶結(jié)構(gòu)：可分為砂屑粉晶結(jié)構(gòu)和砂屑細(xì)晶結(jié)構(gòu)。具有此種結(jié)構(gòu)的礦石礦物成分除磷灰石外以白云石為主，含少量泥質(zhì)和硅質(zhì)。白云石多呈半自形晶，大小為0.1mm～0.25 mm，含量常>50%，礫屑多系磷灰石，含量<50%，白云石基質(zhì)作基底式膠結(jié)。

(4)鮞粒結(jié)構(gòu)：呈圓形，橢圓形，具同心圈2～10 圈，既有薄皮鮞，亦見(jiàn)高能鮞，鮞粒直徑大小不等，一般0.15mm～0.35mm，同心層常由磷灰石及有機(jī)質(zhì)組成。

2.2.1 礦石構(gòu)造

(1)致密塊狀構(gòu)造：結(jié)構(gòu)致密，常呈塊狀。礦石多由凝膠砂屑磷塊巖及粒屑凝膠磷塊巖組成。粒屑以磷灰石砂屑為主，有部分淀晶磷灰石及粉細(xì)晶白云石、玉髓等。磷灰石含量在85%以上，雜質(zhì)礦物少。

(2)條紋條帶狀構(gòu)造：由深色的砂屑磷塊巖及凝膠狀磷塊巖與淺色脈石礦物白云石、水云母及硅質(zhì)礦物各自富集相間成條紋條帶，條紋寬1mm～3mm，條帶最寬18cm，一般0.5cm～5cm。泥質(zhì)及硅質(zhì)條帶與磷塊巖突變接觸，而白云質(zhì)條紋條帶與磷塊巖界線雖清楚，但均見(jiàn)對(duì)方礦物混入，二者呈漸變接觸。

2.3 礦物組成

磷塊巖礦石內(nèi)除膠磷礦、微晶碳磷灰石和氟磷灰石外，尚有白云石、石英、玉髓、粘土礦物，少量長(zhǎng)石、方解石、云母、黃鐵礦、鐵泥質(zhì)等。

2.4 礦石類型

由于沉積環(huán)境及沉積物的差異，形成了不同結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和成分的礦石類型，根據(jù)礦石的物質(zhì)組份及構(gòu)造的差異，區(qū)內(nèi)礦石的自然類型可劃分為致密塊狀磷塊巖礦石和含磷白云巖磷礦石兩種。

3 礦床成因分析

3.1 磷塊巖古地理沉積環(huán)境及沉積相

早震旦世，海侵的范圍僅涉及湘黔和川東等地，西昌-滇中地區(qū)仍為陸相沉積，沉積了澄江砂巖、陸相火山巖和碎屑巖。到了中震旦世晚期，海侵向西昌—滇中方向擴(kuò)展，在川滇古島鏈以東、川中淺水臺(tái)地以西的滇東北-川西南地區(qū)形成呈近南北向的濱岸-近岸淺海區(qū)；在長(zhǎng)650km，寬150km的淺海區(qū)中，出現(xiàn)了多個(gè)三面局限，僅東南方與廣海相連的、較為封閉的海灣，構(gòu)成上揚(yáng)子海中最主要的聚磷盆地。

晚震旦世中晚期至早寒武世早期，銀廠灣地區(qū)位于揚(yáng)子古地臺(tái)西南緣，川滇拗陷南端的陸表淺海區(qū)，西有滇中古陸，南有越北古陸，東有牛首山古島。海底地形高低起伏，既有淺灘臺(tái)地，也有凹槽海溝，還有水下高地和陸緣障壁島。由于基地緩慢下降，燈影海侵?jǐn)U大，其中相繼發(fā)生了燈影早期、中期、晚期、梅樹(shù)村期等次一級(jí)和更小一級(jí)的海水進(jìn)退旋回。區(qū)域氣候?yàn)槌嗟辣敝械途暥葏^(qū)溫?zé)岷Ｑ蠹撅L(fēng)氣候。貿(mào)易風(fēng)洋流自東向西進(jìn)入本區(qū)海域，自燈影海侵開(kāi)始，有富磷上升洋流在本區(qū)海盆內(nèi)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，菌澡生物繁盛，早期底棲動(dòng)物發(fā)育，小殼動(dòng)物由出現(xiàn)而達(dá)繁盛高峰。此期間內(nèi)，本區(qū)海盆是一個(gè)既有脈動(dòng)震蕩而又相對(duì)穩(wěn)定的半開(kāi)放式陸緣碳酸鹽聚磷盆地。

3.2 礦床成因分析

寒武紀(jì)初，川滇古島鏈東側(cè)至川中淺水臺(tái)之間，形成了多個(gè)淺海海灣，海灣三面為水下隆起環(huán)繞，僅南東方向面臨廣海，海水入侵時(shí)會(huì)正面接受洋流，物質(zhì)來(lái)源非常豐富；另外，在上升洋流的驅(qū)動(dòng)下，西部川西青藏海槽的富磷質(zhì)海水會(huì)越過(guò)川滇古島鏈之間的缺口部位進(jìn)入川西南-滇東北的淺海海灣區(qū)，多處來(lái)源的富磷海水在海洋邊緣的海灣水下淺灘部位不斷聚集。越聚越多，在海水壓力下降時(shí)，大量的二氧化碳溢出海面，或者沉淀成為碳酸鹽巖，當(dāng)磷酸鹽到了飽和或者過(guò)飽和狀態(tài)，梅樹(shù)村期陸緣近岸區(qū)域開(kāi)始沉積。

海洋化學(xué)的資料表明，海水中磷的濃度很低，一般不超過(guò)70×10-9，處于不飽合狀態(tài)，以無(wú)機(jī)方式在海水中聚集磷質(zhì)是難以實(shí)現(xiàn)的。研究證實(shí)，磷的原始物源是含磷的陸源碎屑和富磷的海洋生物。菌藻可以大量吸收海水中的磷質(zhì)，富磷的生物尸體碎屑和含磷陸源碎屑構(gòu)成海底淤泥，在沉積-成巖過(guò)程中通過(guò)生物氧化還原反應(yīng)，大量的磷質(zhì)從有機(jī)殘?bào)w和陸源碎屑中溶解出來(lái)進(jìn)入到孔隙水中，經(jīng)過(guò)與海水的不斷交換，形成富二氧化碳、富磷酸鹽的海水在海灣內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，隨著水壓的減小，水溫的升高，造成二氧化碳的大量逸出，水體震蕩分選作用、固結(jié)作用、磷酸鹽交代、次生富集作用的聯(lián)合作用之下，發(fā)生磷礦的沉積。原生的膠磷礦多呈球粒狀、內(nèi)砂屑狀，凝膠狀膠磷礦多呈鮞粒的同心殼圈或作膠結(jié)物；磷塊巖為灰—深灰色，磷質(zhì)顆粒均一、細(xì)小，為粉砂狀，粒徑約為0.05mm；膠磷礦和隧石平行排布，形成細(xì)紋層狀，顯示潮下帶的低能靜水環(huán)境標(biāo)志。

礦區(qū)磷礦石以磷酸鹽礦物為主，次為硅質(zhì)礦物和白云巖，礦物成份簡(jiǎn)單，缺乏陸源物質(zhì)，避免了摻和作用，有利于磷質(zhì)的分異。同時(shí)在海灣水下的高能淺灘環(huán)境下，海水的動(dòng)力作用使已沉積的磷塊巖產(chǎn)生機(jī)械破碎，原地或經(jīng)短距離搬運(yùn)，篩選掉碳酸鹽及粘土質(zhì)雜基，進(jìn)而富集成礦。由于潮汐作用，導(dǎo)致物質(zhì)成分和海水PH值的變化；漲潮期水介質(zhì)呈弱堿性，利于磷質(zhì)沉積；而在平潮期，水介質(zhì)呈堿性，利于白云質(zhì)沉積。這種周期性潮汐作用控制了磷質(zhì)和白云質(zhì)的相間沉積，形成了層狀、似層狀、條帶狀磷塊巖。磷塊巖中含黃鐵礦及有機(jī)炭，說(shuō)明磷塊巖為淺?！獮I海相膠體生物(化學(xué))沉積顯示潮下帶的低能還原環(huán)境。在磷塊巖之上，沉積了灰綠、深灰色薄層-中層狀細(xì)晶白云巖，夾有渾圓狀砂巖結(jié)核、灰綠、深灰色薄層狀含磷砂狀白云巖，顯示出區(qū)內(nèi)仍處于潮下帶低能還原環(huán)境。

4 結(jié)論

銀廠灣磷礦為一大型隱伏礦床，礦區(qū)圈定的KT2、KT3兩個(gè)工業(yè)磷礦和KT1一個(gè)低品位磷礦，同賦存于寒武系下統(tǒng)梅樹(shù)村組，均為層狀展布于近東西向的羊腸背斜兩翼，與頂?shù)装宓貙赢a(chǎn)狀一致。礦石礦物為膠磷礦、微晶碳磷灰石和氟磷灰石；脈石礦物可分為以玉髓、石英等為代表的硅質(zhì)礦物和以白云石、方解石為代表的碳酸鹽礦物。礦石結(jié)構(gòu)主要有砂屑結(jié)構(gòu)、砂屑凝膠結(jié)構(gòu)、砂屑粉—細(xì)晶結(jié)構(gòu)及鮞粒結(jié)構(gòu)等；礦石主要構(gòu)造有致密塊狀構(gòu)造和條紋條帶狀構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)磷塊巖受古構(gòu)造和古地理環(huán)境的制約，局限海灣有利于上升洋流所攜磷質(zhì)的聚積，是形成巨大型磷礦床的先決條件；高能的海灣潮下淺灘環(huán)境，則是富集優(yōu)質(zhì)磷塊巖礦床的關(guān)鍵。因此，銀廠灣磷礦的礦床成因?qū)贉\海潮下淺灘相沉積的碳酸鹽-硅質(zhì)層狀磷塊巖礦床。