貴州甕安白巖陡山沱組磷塊巖特征及礦床成因

全貴龍,林 麗,密文天

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一五地質(zhì)大隊(duì)，貴陽 551400；2.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059；3.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，呼和浩特，010051)

沉積型磷礦床作為一種稀缺的資源越來越受到關(guān)注。震旦紀(jì)、寒武紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)、古近紀(jì)等在世界范圍內(nèi)均出現(xiàn)大規(guī)模成磷現(xiàn)象?，F(xiàn)今，中國(guó)是世界上重要的磷礦資源消費(fèi)大國(guó)，但資源分布不均，優(yōu)質(zhì)磷礦資源少，磷礦消耗速度快，亟需加強(qiáng)磷礦勘查并加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，緩解資源緊張的嚴(yán)峻形勢(shì)。揚(yáng)子板塊震旦系陡山沱組(Z1d)是著名的含磷地層，出露有甕福磷礦、宜昌磷礦等著名磷礦。

甕福磷礦甕安礦區(qū)由于發(fā)現(xiàn)有以最早的動(dòng)物胚胎化石為代表的“甕安生物群”而舉世矚目，但對(duì)甕安磷礦的白巖背斜磷礦成因研究較為薄弱。白巖背斜的賦礦層位、巖性組合、含磷豐度、礦體特征、礦石特征等需要進(jìn)一步明確，白巖背斜磷礦成因需要深入研究。本文在《白巖背斜磷礦整裝勘查報(bào)告》的基礎(chǔ)上[1-2]，從生物成礦角度，對(duì)以上兩個(gè)問題進(jìn)行了研究。

1 地質(zhì)背景及含礦層位

研究區(qū)位于揚(yáng)子板塊黔北臺(tái)隆貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)中偏東部的白巖-高坪背斜內(nèi)(圖1)，該背斜處于甕安向斜西側(cè)，軸向?yàn)镹NE向，構(gòu)造應(yīng)力致使褶皺的頭、尾兩側(cè)偏轉(zhuǎn)呈“S”形，小壩斷層處于中段，將背斜分為南北兩段，分別稱為高坪背斜和白巖背斜。其中白巖背斜為一斜歪褶皺，軸向20°～30°，軸面傾向NW，傾角55°～65°，兩翼地層傾角在近軸部地段寬緩，略具波狀起伏；西翼巖層傾角小，為17°～33°，東翼巖層傾角較陡，傾角達(dá)60°～75°，局部直立或倒轉(zhuǎn)至NW向。

研究區(qū)出露最老地層為青白口系鵝家坳組，背斜兩翼依次為南華系南沱組，震旦系陡山沱組、燈影組，下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、明心寺組、金頂山組、清虛洞組，中寒武統(tǒng)高臺(tái)組、石冷水組，上寒武統(tǒng)婁山關(guān)組。受海侵范圍擴(kuò)大的影響，陡山沱組作為主要的含磷巖系假整合于南沱組或超覆于青白口系之上(圖2)。陡山沱組發(fā)育白云巖、硅質(zhì)巖、磷塊巖及細(xì)砂巖，厚度17.36～120.95 m，平均厚度53.55 m，自上而下可分為多個(gè)層序：

b礦層：下部為黑色含炭泥質(zhì)砂屑磷塊巖，上部為灰黑色致密狀白云質(zhì)磷塊巖(可見白云巖夾層)；厚度最大可達(dá)34.38 m，平均厚度為9.59 m，可見大量星點(diǎn)狀、結(jié)核狀黃鐵礦分布。

夾層：作為上下礦層的頂?shù)装?平均厚度為5.22 m，最大可達(dá)15.72 m；主體為灰、深灰色厚層含磷質(zhì)細(xì)晶白云巖，上部可見黑色含磷炭質(zhì)泥巖或砂屑炭泥質(zhì)磷塊巖。

a礦層：位于夾層之下，平均厚度為15.53 m，最大厚度可達(dá)38 m，主體為深灰色薄層狀砂屑磷塊巖，夾砂屑磷塊巖與白云巖條帶。磷塊巖條帶含大量砂屑及少量云母碎片、海綠石，頂、底均含有少量礫屑，與頂、底白云巖間有明顯的沖刷間斷，含星點(diǎn)狀黃鐵礦。

a礦層底板厚度為10.17～30.70 m，平均厚度達(dá)22.31 m。頂部常為0.1～3.5m厚的灰、淺灰色含磷細(xì)晶白云巖；中、下部為灰、淺灰綠色薄層條帶狀細(xì)至中粒含磷砂巖，條帶由黑灰色泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)構(gòu)成，呈脈狀、不規(guī)則狀，條帶厚度2～5 mm。磷質(zhì)向上逐漸增多，白云巖內(nèi)偶見磷酸鹽化，局部形成不規(guī)則狀磷屑花斑。

2 巖礦特征

2.1 礦石特征

區(qū)內(nèi)存在4類磷塊巖，自上而下分別為致密狀白云質(zhì)磷塊巖、炭泥質(zhì)磷塊巖、鮞粒磷塊巖和條帶狀砂屑磷塊巖。致密狀白云質(zhì)磷塊巖賦存于b礦層中部、上部，以膠磷礦為主，次為白云石，含少量黃鐵礦。膠磷礦多為非晶質(zhì)膠狀，可見重結(jié)晶作用形成的顯微纖維狀磷灰石；白云石呈他形-半自形粒狀、細(xì)分散狀微晶、不規(guī)則團(tuán)塊狀細(xì)晶或條帶狀混雜于膠磷礦中；黃鐵礦星散分布，粒徑<0.02 mm，多呈他形粒狀。

炭泥質(zhì)磷塊巖賦存于b礦層底部，主要由泥質(zhì)黏土和非晶質(zhì)無定形炭質(zhì)碎屑組成，二者均勻混雜分布于巖石中；其次可見石英、砂屑膠磷礦、白云石不均勻分布。石英多為自生石英，呈他形-半自形粒、柱狀，粒度為0.05～0.2 mm，條帶狀分布，與富炭質(zhì)黏土條帶互層產(chǎn)出；此外可見少量呈次棱角狀粒度為0.01～0.05 mm的陸源碎屑石英。砂屑膠磷礦多呈隱晶質(zhì)球粒狀，粒度為0.05～0.5 mm。白云石多呈不均勻分布的他形-半自形粒狀，粒度約0.01 mm。黃鐵礦多呈不均勻分布的他形粒狀，星散分布。

鮞粒磷塊巖賦存于b礦層中上部，主要由鮞粒、膠結(jié)物組成，鮞粒大小為0.4～1 mm(圖3-C)，主要為膠磷礦、白云石、玉髓，呈渾圓狀、橢圓狀，鮞粒邊部多為粒狀磷灰石晶體；膠結(jié)物為自形-半自形粒狀亮晶白云石，粒徑為0.1～0.2 mm；此外可見玉髓、粒柱狀石英、白云石膠結(jié)物交代部分膠磷礦砂屑；可見粒度為0.01～0.04 mm的半自形-他形粒狀黃鐵礦。

條帶狀砂屑磷塊巖廣泛分布于a礦層，主要由砂屑磷質(zhì)巖(主要組分)和磷質(zhì)白云巖組成，呈互層狀。砂屑磷質(zhì)巖由磷質(zhì)內(nèi)碎屑和膠磷礦、白云石、綠泥石膠結(jié)物組成。磷質(zhì)白云巖由磷質(zhì)內(nèi)碎屑和細(xì)晶白云石、膠磷礦膠結(jié)物組成。其中膠磷礦多為圓形、不規(guī)則狀，粒度為0.05～0.5 mm；白云石粒度約0.05 mm，呈他形-半自形粒狀；綠泥石呈顯微鱗片狀；水云母呈顯微纖維狀或條片狀星散分布于膠磷礦粒屑、磷質(zhì)白云巖條帶中；陸源碎屑石英呈次棱角狀，不均勻星散分布于膠磷礦粒屑間；可見黃鐵礦不均勻星散分布于膠磷礦粒屑中，偶見后生成巖期黃鐵礦化，呈半自形粒狀星散分布，粒度為0.01～0.05 mm。

磷塊巖具有3種主要結(jié)構(gòu)，即微晶-膠狀結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)和細(xì)晶-砂屑結(jié)構(gòu)。微晶-膠狀結(jié)構(gòu)形成于低能環(huán)境，受生物化學(xué)成磷作用影響析出的磷酸鹽經(jīng)膠體聚沉和藻類粘結(jié)，發(fā)育于白云質(zhì)磷塊巖中；泥質(zhì)結(jié)構(gòu)由泥質(zhì)黏土、非晶質(zhì)無定形炭質(zhì)、粉砂石英、砂屑膠磷礦及白云石均勻混雜形成的結(jié)構(gòu)，發(fā)育于炭泥質(zhì)磷塊巖中；細(xì)晶-砂屑結(jié)構(gòu)由砂屑磷塊巖和磷質(zhì)白云巖互層形成，以砂屑磷塊巖為主，磷質(zhì)白云巖為礦石中的夾石條帶，發(fā)育于條帶狀砂屑磷塊巖中。后兩種結(jié)構(gòu)的礦石形成于水動(dòng)力較強(qiáng)的淺灘和海灣環(huán)境，發(fā)育交錯(cuò)層理、脈狀層理，機(jī)械破碎搬運(yùn)痕跡明顯。

礦石有塊狀構(gòu)造、層狀構(gòu)造和條帶狀構(gòu)造3種。塊狀構(gòu)造中，磷酸鹽呈隱晶質(zhì)凝膠狀形成致密塊體，含少量不規(guī)則砂屑條帶，此類構(gòu)造發(fā)育于b礦層中部及上部致密狀白云質(zhì)磷塊巖中；層狀構(gòu)造的礦石呈粉砂級(jí)內(nèi)碎屑分布于炭泥質(zhì)基底上，因粉砂級(jí)內(nèi)碎屑分布呈層性而形成層狀構(gòu)造，多發(fā)育于b礦層下部炭泥質(zhì)磷塊巖中；條帶狀構(gòu)造中，由磷酸鹽與碳酸鹽(白云石)礦物互層(條帶)組成，磷質(zhì)條帶由砂屑狀磷酸鹽顆粒緊密堆集而成，每10 cm厚度內(nèi)含0.5～2 cm厚磷酸鹽條帶3～5條，多發(fā)育于a礦層條帶狀砂屑磷塊巖中。

b礦層主要礦石礦物為膠磷礦，體積分?jǐn)?shù)為60%～80%，多為無定形狀，偶見粒屑顆粒，粒徑為0.1～0.5 mm，受重結(jié)晶作用影響，多變?yōu)槔w維狀磷灰石，見磷質(zhì)真菌及藻類生物遺跡。a礦層主要礦石礦物亦為膠磷礦，體積分?jǐn)?shù)為60%～75%，呈圓、橢圓狀，受重結(jié)晶作用影響，部分變?yōu)槔w維狀磷灰石，砂屑粒徑為0.1～0.4 mm。

脈石礦物方面，b礦層脈石礦物以白云石為主，次為炭質(zhì)、石英，偶見黃鐵礦。白云石體積分?jǐn)?shù)為10%～40%，呈他形-半自形粒狀，多數(shù)粒徑<0.05 mm，星散分布；炭質(zhì)體積分?jǐn)?shù)為2%～15%，細(xì)分散狀、團(tuán)塊狀產(chǎn)出，多為不規(guī)則形狀的非晶質(zhì)；石英呈他形粒狀，粒度多數(shù)<0.02 mm，團(tuán)塊狀、條帶狀分布；黃鐵礦呈他形粒狀，粒度多數(shù)<0.01 mm，星散分布，體積分?jǐn)?shù)為1%～2%。

a礦層脈石礦物中，白云石呈他形粒狀，體積分?jǐn)?shù)為35%～40%，不規(guī)則團(tuán)塊狀、條帶狀、脈狀分布，粒度為0.05～0.5 mm；石英呈半自形狀、單晶粒狀或聚集成團(tuán)塊分布；同生沉積黃鐵礦粒度<0.005 mm，星散分布于膠磷礦粒屑中；后生沉積黃鐵礦粒度為0.01～0.05 mm，呈半自形粒狀，星散分布于膠磷礦粒屑間孔隙中；綠泥石呈細(xì)小鱗片狀集合體，0.1 mm左右大?。凰颇赋曙@微纖維狀或條片狀星散分布于膠磷礦粒屑中。

礦石中的礦物共生組合，在b礦層中有碳氟磷灰石-白云石組合；碳氟磷灰石-單磷酸鹽組合；碳氟磷灰石-自生石英、玉髓-炭泥質(zhì)組合。a礦層中，有碳氟磷灰石-碎屑石英-水云母組合；碳氟磷灰石-碎屑石英-白云石-水云母組合；碳氟磷灰石-白云石組合。

2.2 化學(xué)特征

根據(jù)磷塊巖的分布位置，在研究區(qū)北部選擇ZK009、ZK408、ZK703鉆孔，對(duì)礦石有益組分等進(jìn)行測(cè)試；研究區(qū)南部選擇ZK1505、ZK1106、ZK905鉆孔對(duì)礦石進(jìn)行化學(xué)全分析(表1)。

礦石中的主要有益組分為P2O5，其次為F。化學(xué)全分析顯示，礦石主要有益組分P2O5平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)為24.56%。其中，致密狀白云質(zhì)磷塊巖P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.02%～29.61%，平均為22.53%；炭泥質(zhì)磷塊巖P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.65%～29.69%，平均為25.38%；條帶狀砂屑磷塊巖P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.22%～29.00%，平均為25.82%。b礦層P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.00%～39.07%，平均為26.60%；a礦層P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.00%～38.68%，平均為26.40%。a和b礦層均屬均勻型礦床。

F總體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.76%～2.97%，平均為2.21%。其中，致密狀白云質(zhì)磷塊巖F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.83%～2.73%，平均為2.15%；炭泥質(zhì)磷塊巖F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.76%～2.66%，平均為1.96%；條帶狀砂屑磷塊巖F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.81%～2.97%，平均為2.29%。

不同類型礦石的雜質(zhì)組分含量不同，主要有MgO、SiO2、Al2O3、TFe2O3等。MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.60%～9.56%，平均為4.28%。其中，致密狀白云質(zhì)磷塊巖MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.00%～9.56%，平均為6.96%；碳泥質(zhì)磷塊巖MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.97%～5.43%，平均為3.37%；條帶狀砂屑磷塊巖MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.60%～3.53%，平均為2.69%。

SiO2總體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.30%～23.31%，平均為10.67%。其中，致密狀白云質(zhì)磷塊巖SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.30%～9.63%，平均為3.03%；炭泥質(zhì)磷塊巖SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.99%～23.31%，平均為13.20%；條帶狀砂屑磷塊巖SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.63%～19.09%，平均為15.26%。

Al2O3總體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.16%～4.66%，平均為2.28%(表1)。其中，致密狀白云質(zhì)磷塊巖Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.16%～1.42%，平均為0.49%；炭泥質(zhì)磷塊巖Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.63%～3.22%，平均為1.72%；條帶狀砂屑磷塊巖Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.17%～4.66%，平均為3.57%。

表1 甕安磷塊巖的礦石化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of phosphate ore in Weng’an

TFe2O3總體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%～2.05%，平均為1.12%。其中，致密狀白云質(zhì)磷塊巖TFe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%～0.67%，平均為0.34%；炭泥質(zhì)磷塊巖TFe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.64%～2.05%，平均為1.08%；條帶狀砂屑磷塊巖TFe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.40%～1.72%，

平均為1.64%。

綜上，致密狀白云質(zhì)磷塊巖MgO含量高，SiO2、Al2O3、TFe2O3含量低；而炭泥質(zhì)磷塊巖和條帶狀砂屑磷塊巖與之相反，MgO含量低，SiO2、Al2O3、TFe2O3含量高。

根據(jù)巖礦鑒定和礦石化學(xué)分析研究，各主要化學(xué)組分的賦存形式與礦物成分的關(guān)系如下：P2O5主要出現(xiàn)于各種磷酸鹽礦物的組分；CaO主要構(gòu)成磷酸鹽，次為碳酸鹽(白云石)礦物的組成成分；MgO是白云石的主要組分；Al2O3為水云母等黏土礦物及海綠石的組分；SiO2一是賦存于礦石中的自生石英、碎屑石英及玉髓等硅質(zhì)礦物，二是賦存于黏土礦物中的硅酸鹽。F與P2O5密切相關(guān)，屬于磷酸鹽礦物的組分。

磷塊巖礦石中的伴生痕量元素分別為：I的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(10.00～29.36)×10-6，平均為22.30×10-6；As的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(20.00～195.30)×10-6，平均為53.94×10-6。其中，As為礦石伴生的有害痕量元素，I為礦石伴生的有益痕量元素。

3 礦床成因

3.1 地質(zhì)條件

不同的巖系類型，反映了不同環(huán)境的沉積特征。部分地區(qū)可見b礦層，未見a礦層，該類礦床底板多為透鏡狀、團(tuán)塊狀硅質(zhì)巖，偶見團(tuán)塊狀磷塊巖；其余地區(qū)a、b礦層均可見，該類礦床礦層底板為含磷白云巖夾細(xì)砂巖。針對(duì)磷礦床的研究表明底板巖相組合指示磷礦形成前的地質(zhì)特征。硅質(zhì)礦物的富集指示高水位域淺化，顯示尚未成磷。成磷前期，高水位域的碳酸鹽沉積物由于海水變淺易與空氣接觸，降水和菌藻類生物作用使得硅質(zhì)交代易于發(fā)生，透鏡狀、團(tuán)塊狀硅質(zhì)巖形成。硅質(zhì)巖的發(fā)育指示當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境不利于磷礦的形成，缺乏磷質(zhì)供給導(dǎo)致所屬層位多不含礦或僅存在規(guī)模極小的礦化點(diǎn)。

研究區(qū)地處揚(yáng)子板塊北東部，復(fù)雜的構(gòu)造旋回為磷礦的形成提供了重要的構(gòu)造條件，雪峰運(yùn)動(dòng)使貴州地區(qū)西北、西南、東北部分上升，形成了黔中臨海，其余為陸的西北高、東南低的古地理格局。黔中至外海依次為古陸-濱岸-淺海-深海的格局。陡山沱期早期，黔中地區(qū)為碳酸鹽淺海臺(tái)地環(huán)境，以磷質(zhì)碳酸鹽沉積為主。陡山沱期晚期是區(qū)內(nèi)重要的成礦期，發(fā)育大量含磷巖系。大規(guī)模海侵使得富磷海水進(jìn)入黔中地區(qū)，沉積了大量磷酸鹽地層，形成了貴州中部重要的磷礦。

古地理方面，陡山沱期早期，研究區(qū)的潮下海灣、臺(tái)地淺灘成為磷質(zhì)的有利富集區(qū)。陡山沱期晚期，大規(guī)模的富磷海水被上升洋流帶入臺(tái)地[3]，穩(wěn)定的磷礦床得以形成。黔中地區(qū)當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境受海侵作用影響由潮間帶逐漸過渡到潮下帶半封閉海灣-海灣環(huán)境。其中半封閉海灣環(huán)境形成了b礦層中的炭泥質(zhì)磷塊巖，對(duì)應(yīng)低能水動(dòng)力環(huán)境。海退時(shí)磷塊巖以碎屑的形式形成了b礦層中的砂屑磷塊巖、含生物化石磷塊巖。

3.2 成礦物質(zhì)來源

青白口系鵝家坳組火山碎屑巖磷含量較高，是地殼中磷元素的豐度值的5倍，指示火山碎屑巖形成過程可能為成礦提供了磷質(zhì)。受多期次海底火山噴發(fā)的影響，大量磷質(zhì)伴隨巖漿上涌富集、儲(chǔ)備于海水中。同時(shí)，“雪球地球”結(jié)束后[4]，物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化對(duì)陸地的剝蝕加劇，導(dǎo)致了陸源磷質(zhì)被搬運(yùn)到海洋中，成為主要的海洋磷質(zhì)供給物源。

3.3 含磷巖系稀土元素特征

選取甕安礦區(qū)含磷巖系的多個(gè)典型樣品，進(jìn)行稀土元素等地球化學(xué)指標(biāo)分析。按磷的工業(yè)品位將巖石中P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>18%的稱為磷塊巖；<8%的稱含磷巖；8%～18%者稱為磷質(zhì)巖。結(jié)果顯示[5]，甕安含磷巖系ΣREE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(18.59～285.91)×10-6，變化較大。其中，a礦層含磷巖系ΣREE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(63.43～268.15)×10-6，b礦層含磷巖ΣREE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(18.59～167.87)×10-6；獲得的硅質(zhì)巖稀土元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(26.15×10-6)。甕安含磷巖系樣品的ΣREE低于中生代以來的生物骨骼成因的磷灰石ΣREE[6]，這可能是骨骼生物與菌藻類對(duì)稀土的不同的改造作用效果所致[7]。前寒武系的生物成因磷礦，如凝膠質(zhì)磷礦、疊層石磷礦，均以低ΣREE為特征[7]，結(jié)合現(xiàn)代海洋生物低ΣREE值[6]，說明菌藻類生物參與了甕安磷礦的形成。

由圖4可見，整個(gè)甕安含磷巖系的LREE/HREE值顯示，輕稀土含量明顯高于重稀土含量。由于LREE更容易被結(jié)合到微生物中[8]，故這種高LREE含量配分模式暗示了生物參與成磷過程。此外，含磷巖系Ce負(fù)異常，這與海水、生物成因碳酸鹽巖、介殼及魚骨磷灰石等的Ce負(fù)異常相一致[9]，進(jìn)一步說明富磷層位中的稀土源于生物對(duì)海水中稀土的富集，保留了開放性海水稀土配分的特點(diǎn)。而甕安磷塊巖的REE含量高于與其共生的大部分巖石，這與生物對(duì)海水中的REE吸附作用有關(guān)，生物成因磷灰石又是REE的“沉降劑”[10]。甕安各層位含磷巖系配分模式大致呈帽狀形態(tài)(圖4)，而帽狀稀土配分型式一般暗示有生物或有機(jī)質(zhì)活動(dòng)參與其中[11]，如牙形石、魚類成因的磷灰石也有REE配分式形態(tài)[12-13]，均與生物作用有關(guān)。

3.4 含磷巖系與有機(jī)質(zhì)

含磷巖系有機(jī)碳含量可以成為衡量生物有機(jī)質(zhì)參與成磷作用程度的重要指標(biāo)。對(duì)樣品進(jìn)行有機(jī)碳含量測(cè)試，18個(gè)樣品有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%～6.63%， 平均為2.238%(圖5)。其中，含磷巖、磷質(zhì)巖及磷塊巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.27%。海洋沉積物中的有機(jī)碳含量取決于海洋生物的生產(chǎn)率、陸源有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)、再循環(huán)有機(jī)碳量及保存條件[4]。震旦紀(jì)并無陸地植物，所以甕安磷礦中有機(jī)碳全為海洋生物提供。對(duì)甕安南沱組冰期沉積物分析，其有機(jī)碳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.09%，表明冰期時(shí)生物生產(chǎn)率極低，陡山沱組磷塊巖中的有機(jī)碳含量比冰期沉積物高出25.2倍。生物通過光合作用、新陳代謝作用和吸附作用對(duì)水介質(zhì)中散態(tài)磷的濃集及礦化作用屬于直接成磷作用[14]，甕安磷礦中有機(jī)碳較高的平均值證明生物有機(jī)質(zhì)參與了磷質(zhì)的富集。

3.5 沉積環(huán)境與磷質(zhì)的富集

甕安磷礦的黑色炭質(zhì)磷塊巖段和白云質(zhì)砂屑磷塊巖段分別對(duì)應(yīng)深水低能的局限環(huán)境和淺水高能的開放環(huán)境[15]，反映了相對(duì)還原與相對(duì)氧化的沉積環(huán)境。碳質(zhì)層內(nèi)有機(jī)質(zhì)豐富，有瀝青質(zhì)充填現(xiàn)象，顏色較深；白云質(zhì)砂屑層內(nèi)有機(jī)質(zhì)的含量相對(duì)較低。沉積環(huán)境對(duì)磷塊巖的富集與有機(jī)質(zhì)的保存有一定的影響。磷以藻類等生物為載體沉積后，當(dāng)受細(xì)菌分解時(shí)即能釋放出可溶性的磷酸鹽。在成巖作用進(jìn)行時(shí)，有機(jī)質(zhì)經(jīng)微生物降解又產(chǎn)生CO2、H2S和各種有機(jī)酸，導(dǎo)致介質(zhì)的pH與Eh的變化，改變了磷酸鹽的溶解度和活動(dòng)能力[14-16]，使磷酸鹽沉積。氧化環(huán)境下富磷有機(jī)質(zhì)的生化作用和降解消耗作用進(jìn)行得比較充分[14]，有機(jī)質(zhì)被消耗，殘留的有機(jī)碳較少，而磷元素富集程度高。對(duì)甕安磷塊巖樣品分析，P2O5/C高于100的均為白云質(zhì)磷塊巖(表2)，平均為237.2；其有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%～0.36%，平均為0.16%；P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.63%～37.84%，平均為29.98%。而還原環(huán)境下有機(jī)質(zhì)易于保存，但磷礦品質(zhì)不高。甕安含碳質(zhì)的含磷巖、磷質(zhì)巖及磷塊巖的P2O5/C大多小于10，平均為3.68；有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.39%～6.63%(表2)，平均為3.68%；P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.37%～29.42%，平均為12.88%?？梢姡谳^為氧化的沉積環(huán)境下，生物吸收富集了大量磷質(zhì)，雖然隨后有機(jī)質(zhì)被徹底地分解，但磷元素富集效率比還原環(huán)境下要高。

表2 貴州甕安樣品的有機(jī)碳含量Table 2 Data of organic carbon of the Weng’an samples

3.6 生物成礦作用

生物成因說最早由凱茲爾林格于1945年提出，指的是海洋生物身體內(nèi)吸收聚集的大量磷質(zhì)在死亡后遺體分解聚集形成的磷塊巖。磷塊巖可通過生物的直接作用形成，即含有磷質(zhì)的生物死亡后直接堆積成礦；也可通過間接作用形成，即生物通過新陳代謝作用促進(jìn)礦物的聚集，或者海底的含磷有機(jī)物可以被微生物分解后釋放出磷質(zhì)[17]。貴州發(fā)現(xiàn)的震旦系陡山沱組磷礦即為典型的生物成礦作用形成的磷礦床[18-22]，其儲(chǔ)量占到中國(guó)總量的30%以上。

菌藻類生物繁殖速度快，可以把磷質(zhì)直接吸收、貯存后形成磷藻，后隨巖屑等一同被搬運(yùn)、堆積成礦，形成菌藻生物顆粒磷塊巖；或菌藻類生物自身的新陳代謝改變了沉積環(huán)境的pH值，促進(jìn)了含磷礦物的聚集，形成具菌藻生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的磷塊巖。揚(yáng)子板塊新元古代陡山沱期的磷礦，其形成與“雪球地球”后環(huán)境的改變有關(guān)。冰期后，生物有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)率提升，再通過微生物的作用將有機(jī)質(zhì)中的磷質(zhì)釋放出來，一部分形成磷酸鹽礦物，為后期的磷塊巖的形成提供物質(zhì)來源；另一部分作為海洋生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)了生物通量的提高，而生物在死亡后又可以繼續(xù)釋放磷質(zhì)，如此循環(huán)堆積。

4 結(jié) 論

貴州甕安地區(qū)白巖背斜磷塊巖礦床成因與“雪球地球”事件后的古海洋環(huán)境的變化密切相關(guān)。冰期后陸地的風(fēng)化剝蝕為海洋提供了大量磷質(zhì)，有利于海水中磷含量的提高，海底火山也可能提供了部分磷質(zhì)。此外，良好的古地理環(huán)境、高水位的海侵、上升洋流及生物有機(jī)質(zhì)的作用等多種因素的結(jié)合等是本區(qū)磷質(zhì)富集成礦的重要條件。南沱冰期后，冰川融化，發(fā)生海侵；火山噴發(fā)產(chǎn)生的磷質(zhì)在上升洋流的作用下被攜帶至淺水，經(jīng)藻類等聚磷生物的作用，發(fā)育磷酸鹽化地層，最終在有利部位形成大型磷礦床?？傊F州甕安震旦系陡山沱組磷質(zhì)巖成因與菌藻類生物的生物成礦作用關(guān)系密切。