中朝準(zhǔn)地臺北緣巖漿巖型磷礦成礦帶東端朔州堿性雜巖及磷礦地質(zhì)特征

東野脈興

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北 涿州 072754

筆者于 2014～2016年參與中化地質(zhì)礦山總局《中國化工礦產(chǎn)地質(zhì)總結(jié)研究》（屬于中國地質(zhì)科學(xué)院“中國礦產(chǎn)地質(zhì)與區(qū)域成礦規(guī)律”項目）工作，于2016年5月提交了《中國磷礦地質(zhì)與區(qū)域成礦規(guī)律研究報告》[1]。為闡述塔里木-中朝準(zhǔn)地臺北緣堿性雜巖型磷礦地質(zhì)與區(qū)域成礦規(guī)律，對成礦帶內(nèi)包括朝鮮朔州磷礦在內(nèi)的四個典型堿性雜巖型磷礦做了專題性總結(jié)研究。其中朝鮮朔州磷礦專題總結(jié)是根據(jù)《朝鮮磷礦地質(zhì)考察報告》（1974）[2]和筆者在朝鮮考察期間搜集的區(qū)域地質(zhì)、礦床地質(zhì)資料以及朔州磷礦現(xiàn)場調(diào)研野外記錄等資料綜合研究而成。朔州磷礦為一堿性雜巖型磷礦，雜巖體為一超基性-堿性-碳酸巖三位一體的雜巖體，磷灰石礦含于堿性巖和碳酸巖中，為一大型礦床。朔州磷礦位于朝鮮北部平安北道，西到鴨綠江不足10km，大地構(gòu)造位于中朝準(zhǔn)地臺北緣東段營口-寬甸-狼林隆起東端，對我國尋找同類雜巖體及磷礦有很好的借鑒作用。

根據(jù)中朝科學(xué)技術(shù)合作協(xié)議，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，國家計委地質(zhì)局（原地質(zhì)部）組織東北三省地質(zhì)局和東北地質(zhì)科學(xué)研究所共7人組成的磷礦地質(zhì)考察組，于1973年9月至11月歷時2個月，考察了朝鮮北部三種類型9個磷礦，聽取朝鮮同志有關(guān)礦床地質(zhì)介紹并搜集了區(qū)域地質(zhì)資料。筆者參與了礦區(qū)考察、樣品采集、資料搜集、考察報告編寫等各項工作，考察后組織東北地質(zhì)所磷礦組對遼吉南部與朝鮮北部區(qū)域地質(zhì)、磷礦地質(zhì)等進行綜合對比研究，總結(jié)了遼吉南部磷礦成礦規(guī)律、找礦方向并進行成礦預(yù)測[3]，編制1:20萬成礦預(yù)測圖，并在1974年東北三省磷銅會議（長春）上報告交流，其后遼寧營口地質(zhì)隊在一預(yù)測區(qū)發(fā)現(xiàn)甜水沉積變質(zhì)磷礦，經(jīng)勘察為一中型礦床。這是應(yīng)用考察成果的一重要收獲。

1 朔州堿性雜巖及磷礦地質(zhì)

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

朔州磷礦位于朝鮮北部平安北道朔州大臺里，東距朔州1.2km，西到鴨綠江約10km（圖1）。所處大地構(gòu)造位置是中朝準(zhǔn)地臺北緣東段之營口-寬甸-狼林隆起（圖 2）。Ⅲ級構(gòu)造單元為狼林背 斜朔州-龜城褶皺帶。

區(qū)域內(nèi)地層有太古界狼林群，由片麻狀石英巖、白粒巖、黑云片麻巖、片巖及大理巖、角閃片巖、混合巖等組成。巖層走向北西，傾向主要為南西。其上覆地層為元古界祥原系直峴統(tǒng)的灰紫色粘板巖和石灰?guī)r，含藻類化石。在該礦區(qū)的東北部見有下古生界黃州系直接覆蓋在祥原系之上。主要由礫巖、砂巖、粘板巖與石灰?guī)r互層組成，含三葉蟲化石。

礦區(qū)出露的主要是太古代黑云母花崗巖、片麻巖和侵入其中的朔州超基性-堿性-碳酸巖雜巖，朔州雜巖約占礦區(qū)面積的2/3。

圖1 朔州磷礦床交通位置圖Fig.1 Phosphate deposit location of Shuozhou

1.2 雜巖體形成時代

朔州雜巖體，朝鮮有關(guān)資料將其作為安道爾雜巖的一部分，認(rèn)為屬于太古代，中國赴朝磷礦考察組取同位素樣測得年齡為210Ma，為印支期產(chǎn)物。

2 巖體地質(zhì)及巖石特征

朔州雜巖體分布于朝鮮平安北道朔州、豐年、小德一帶，呈近東西向環(huán)帶狀展布，東西長約9km，南北寬約3.5km，面積約19km2。主要由偏堿性超基性巖、堿性巖和碳酸巖組成，其中以堿性巖和偏堿性超基性巖占主導(dǎo)地位，橫貫全區(qū)，碳酸巖僅見于礦區(qū)中部，呈透鏡狀，長約1500m，寬約230m，周圍被第四系覆蓋（圖3）。

2.1 侵入期次劃分及主要巖石類型

朔州雜巖體劃分為三期侵入巖和一期脈巖。各侵入期主要巖石類型及礦物成分如表1。

表1 朔州雜巖侵入期劃分、主要巖石類型及礦物組分Table 1 Division of intrusion period, main rock type and mineral composition of Shuozhou complex

2.2 各侵入期巖石類型主要特征

2.2.1 第一期侵入巖巖石類型及主要特征

第一期侵入巖主要巖石類型有正長輝石巖、黑云正長輝石巖和角閃正長輝石巖三種類型，后兩種類型只是黑云母、角閃石含量不同，同屬于正長輝石巖類。該類巖體最先侵位于太古代變質(zhì)巖及混合花崗巖中，由于第二期堿性巖的侵位，使得正長輝石巖多呈零星斷續(xù)分布的殘留體狀,或呈長條帶狀殘留于堿性正長巖類中。主要礦物有輝石、鉀長石、角閃石、黑云母，副礦物有榍石、磷灰石、鋯石、鈦磁鐵礦等。根據(jù)其造巖礦物含量不同，正長輝石巖又可分為角閃正長輝石巖及黑云母正長輝石巖。

2.2.2 第二期侵入巖巖石類型及主要特征

第二期侵入巖主要是堿性巖類，包括堿性正長巖、角閃輝石正長巖、霞石正長巖、霞石巖等。其中堿性正長巖類分布最廣。主要造巖礦物為鉀長石、輝石、角閃石、黑云母等。依其含量不同又可分為輝石鉀長正長巖、黑云母鉀長正長巖等。它們之間無明顯界限，為漸變過渡關(guān)系。而霞石正長巖和霞石巖分布零星，霞石正長巖常見于堿性正長巖中或出現(xiàn)在堿性正長巖與碳酸鹽巖接觸部位。其表面特征具有霞石晶形的獨特的形態(tài)，風(fēng)化后呈凹面，其與碳酸巖接觸時，在接觸帶磷灰石礦物富集，構(gòu)成交代型富礦。霞石正長巖的主要造巖礦物有鉀長石、霞石、鈉輝石、鈉富閃石、黑云母，副礦物為磷灰石、榍石、鋯石、鈦鐵礦等。

霞石巖類與霞石正長巖在空間分布有著密切聯(lián)系。礦物特征與霞石正長巖的造巖礦物相似，和磷灰石富集地段關(guān)系密切。

當(dāng)霞石正長巖和霞石巖侵位第一期超基性巖時，造成超基性巖蝕變形成蛭石礦(圖3)。

2.2.3 第三期侵入巖巖石類型及主要特征

第三期侵入巖主要巖石類型有方解石碳酸巖和白云石碳酸巖兩種，以前者占主導(dǎo)地位，后者偶見于碳酸巖與堿性巖接觸帶。

碳酸巖可能由于易于風(fēng)化，地表僅在雜巖體中部有零星出露，未見與其他巖類直接接觸，從勘探線剖面圖看，碳酸巖沿堿性正長巖與輝石正長巖接觸帶侵入，巖體產(chǎn)狀與接觸帶產(chǎn)狀一致（圖4）。

碳酸巖主要礦物為方解石、透輝石、黑云母、磷灰石，另有少量的白云石、透閃石和磁鐵礦，當(dāng)黑云母或磷灰石含量較多時，構(gòu)成黑云母碳酸巖、磷灰石碳酸巖。磷灰石含量一般10%～20%，呈半自行柱狀、粒狀，粒徑0.1～3mm，構(gòu)成碳酸巖型磷灰石礦體。

圖4 Ⅱ-Ⅱ′勘探線剖面圖Fig.4 Section of Ⅱ-Ⅱ ′exploration line

2.2.4 脈巖(石英正長巖、正長偉晶巖)

繼三期侵入巖之后，有一期規(guī)模較大的石英正長巖脈貫入，石英正長巖沿堿性正長巖與蓮花山花崗巖的接觸帶或在正長巖中呈帶狀或扁豆體出露。其主要造巖礦物有石英、鉀長石、黑云母，副礦物有鋯石、磷鈰鑭礦、榍石、磷灰石等。石英為不規(guī)則他形，鉀長石為不規(guī)則板狀晶形，大部分為格狀構(gòu)造的微斜長石。黑云母為小鱗片狀集合體，大部分已蝕變?yōu)榫G泥石。

正長偉晶巖分布較局限，常見于霞石正長巖中，灰白色具偉晶狀（2～4cm）的塊狀巖石。往往呈脈狀或網(wǎng)脈狀產(chǎn)出。主要造巖礦物為鉀長石、霞石、黑云母等，在不同部位見有大量輝石，在正長偉晶巖和霞石正長巖接觸部位黑云母集中。風(fēng)化后呈松散狀。正長偉晶巖有偉晶構(gòu)造，從它與圍巖交代情況看，可能是由含大量揮發(fā)分的殘余巖漿熔融體形成的。

3 碳酸巖的成因與巖體時代

朔州堿性雜巖的時代和磷礦成因存在不同看法：①朝鮮有關(guān)資料，朔州堿性巖屬于太古代安道爾雜巖的一部分，為太古代堿性巖；②中國赴朝磷礦地質(zhì)考察組，取朔州堿性巖同位素年齡樣品測試為 2.1Ga，屬印支期；③朝鮮資料和考察組考察報告認(rèn)為碳酸巖型磷灰石礦為沉積變質(zhì)大理巖型磷礦。

筆者對朔州巖體地質(zhì)、礦床地質(zhì)、區(qū)域地質(zhì)資料和“朝鮮磷礦地質(zhì)考察報告”以及本人現(xiàn)場考察筆記等再次進行綜合研究，認(rèn)為：①朔州堿性雜巖體的圍巖是狼林群片巖、片麻巖、混合巖等一套區(qū)域變質(zhì)巖，變質(zhì)相屬于角閃巖相，根據(jù)與遼吉南部對比，狼林群相當(dāng)于下元古界集安群和寬甸群，而朔州巖體同位素年齡 2.1Ga，為印支期侵入巖；②關(guān)于朔州磷礦中碳酸巖型磷礦的成因，筆者曾在“塔里木-中朝準(zhǔn)地臺北部內(nèi)生磷礦成礦帶研究”[4]（2003）一文做過論證，認(rèn)為不是沉積變質(zhì)大理巖型磷礦，而是含磷巖漿碳酸巖，不僅礦石礦物組成、化學(xué)成分與碳酸巖型礦石近似，而且含有Ba、B、Pb、Ga、La、Sr、Be、Si等元素，這不是沉積碳酸鹽巖的特點，而是火成碳酸巖普遍含有的元素；③含磷碳酸巖形態(tài)、產(chǎn)狀及其與圍巖關(guān)系（圖 4）等特點，表明碳酸鹽侵位于堿性巖，不是狼林群變質(zhì)巖中的沉積變質(zhì)大理巖，而是巖漿碳酸巖。

4 磷礦體特征

4.1 磷礦體特征

與磷灰石礦體有成因聯(lián)系的霞石巖分布在堿性巖體中心部位。到目前為止，已勘探的三個礦體，均被第四系沖積層所覆蓋。霞石巖體的規(guī)模：大臺里霞石巖體長2300m，寬700m；小德霞石巖體長1600m，寬450m；朔州邑霞石巖體長1600m左右（圖3）。

在大臺里霞石巖體中賦存三個規(guī)模較大的工業(yè)礦體。從巖體的東部開始向北西方向依次分布著豐年礦體、豐年3號礦體、豐年4號礦體，磷灰石礦體分為碳酸巖型、堿性巖型和接觸交代型三種。豐年磷灰石礦體，以碳酸巖型為主伴生交代型，礦體形態(tài)呈透鏡狀，長300m，寬80m，延深400m，礦石品位P2O5含量為9.5%。豐年3號磷灰石礦體，以碳酸巖型為主，礦體形態(tài)呈透鏡狀，長300m，寬60m，延深430m，其中P2O5含量為9%。豐年 4號磷灰石礦體，以碳酸巖型為主，礦體形態(tài)呈脈狀及透鏡狀，長1300m，寬60m，延深450m，礦石品位P2O5含量為6.9%。

碳酸巖型磷灰石礦體的走向一般北西，傾向南西，豐年礦體及豐年3號礦體傾角為55°～60°，向東南以25°～30°度角度傾伏，礦體沿傾斜延深450～500m。豐年 4號礦體的傾角為70°～75°，向西北以10°～20°角度傾伏。即礦體的走向和傾斜與霞石巖產(chǎn)狀一致。堿性巖型磷灰石礦體的產(chǎn)狀基本上與霞石巖體一致，一般走向北西300°～305°，傾向南西，傾角 60°～80°。該種類型磷灰石礦體在一定的部位呈較小規(guī)模的多個礦體密集產(chǎn)出。接觸交代型磷灰石礦體產(chǎn)在堿性巖與碳酸巖的接觸帶上，其產(chǎn)狀與前兩種礦體相同。

4.2 礦石的礦物與化學(xué)成分

4.2.1 碳酸巖型磷礦石

為含有磷灰石及暗色礦物的粗粒方解石碳酸巖，白色、灰白色或褐色，塊狀構(gòu)造，部分具條帶狀構(gòu)造。組成礦物為方解石（70%）、磷灰石（20%），暗色礦物為輝石、角閃石及黑云母。暗色礦物與磷灰石均為粗粒狀，粒度一般大于0.2mm。磷灰石分布均勻，其含量與暗色礦物含量呈相關(guān)關(guān)系。主要有益化學(xué)組分為P2O5，含量為7.12%；其它化學(xué)組分主要為CaO含量39.54%、SiO2含量9.32%、MgO含量8.38%、FeO含量5.71%等。

4.2.2 交代型磷礦石

呈環(huán)形條帶，沿含磷灰石碳酸巖與堿性巖接觸帶部位產(chǎn)出。為該礦區(qū)中三種類型磷灰石礦體中含磷灰石最富、品位最高的一種（P2O520%）。礦石為綠色、灰白色、灰褐色、暗灰色，塊狀構(gòu)造，有時見條帶狀構(gòu)造。礦物含量變化較大，多呈粗粒狀。主要礦物有磷灰石（20%～50%），其余礦物為角閃石、輝石、金云母、黑云母、長石、方解石、白云石、鋯石和磁鈦鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦等。主要有益化學(xué)組分為P2O5，含量7.44%；其它化學(xué)組分主要為SiO2含量22.94%、Fe2O3含量18.53%、CaO含量17.66%、FeO含量14.83%、Al2O3含量6.01%等。

表3 礦石化學(xué)全分析結(jié)果表[2]Table 3 Ore chemical analysis results

4.2.3 堿性巖型磷礦石

產(chǎn)于霞石正長巖或霞石巖中。礦體與圍巖界限不明顯，呈不大的透鏡體或脈狀體。礦石為致密塊狀構(gòu)造。礦石礦物有磷灰石（35%）、角閃石及輝石（30%）、霞石、鉀長石、方解石、黑云母、磁鐵礦、鈦鐵礦等。磷灰石為綠色的六方柱狀或粒狀產(chǎn)出，粒度 2～4mm。主要有益化學(xué)組分為P2O5；其他化學(xué)組分主要為SiO2含量45%、Al2O3含量25%、Na2O含量10%～13%等。

4.3 資源遠(yuǎn)景

朔州磷礦發(fā)現(xiàn)于1967年，已探明工業(yè)資源儲量1億t，遠(yuǎn)景儲量數(shù)億t，為大型磷灰石礦床；1968年礦山建成并投產(chǎn)，礦區(qū)建有選礦廠，年產(chǎn)精礦（P2O5含量30%～36%）12萬t，1973年擴建，生產(chǎn)能力增加一倍。蛭石礦體沿環(huán)帶狀雜巖體核部斷續(xù)分布（圖3）。受堿性巖侵位于超基性巖熱液蝕變、斷裂構(gòu)造和風(fēng)化條件等的限制，延深不大，遠(yuǎn)景有限。

5 結(jié)論

朔州含磷堿性雜巖與我國河北礬山含磷雜巖[5-6]、天津薊縣馬伸橋含磷堿性雜巖[7-8]同處于中朝準(zhǔn)地臺北緣同一構(gòu)造巖漿巖帶，朔州雜巖與馬伸橋雜巖是塔里木-中朝準(zhǔn)地臺目前發(fā)現(xiàn)的典型超基性-堿性-碳酸巖三位一體的雜巖[4]，是磷灰石礦（含稀有金屬、稀土）最具遠(yuǎn)景的雜巖。根據(jù)“古老地臺邊緣及內(nèi)部活動帶受深大斷裂控制漫源超基性-堿性-碳酸巖雜巖型磷礦成礦模式”[9-11]塔里木-中朝準(zhǔn)地臺堿性雜巖型磷礦成礦遠(yuǎn)景十分可觀，該結(jié)論對我國北方找磷具有重要參考價值。