云南鎮(zhèn)雄縣羊場(chǎng)磷礦地質(zhì)特征及沉積環(huán)境淺析

呂 俊，讓 昊，郭 陽(yáng)，龍 海

(1.云南地礦國(guó)際礦業(yè)股份有限公司，云南 昆明 650051； 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081)

近年來(lái)的公益性礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查，在云南鎮(zhèn)雄縣碗廠鎮(zhèn)羊場(chǎng)境內(nèi)發(fā)現(xiàn)了隱伏超大型磷礦，控制磷礦層分布范圍12km2，圈定3條磷礦體，其中主礦體平均厚度28.27m，P2O5平均品位25.14ω%，礦石質(zhì)量較好，為中-富磷礦，估算資源量12.26×108t，其中一級(jí)品3.21×108t，P2O5平均品位30.12ω%。

1 成礦地質(zhì)背景

羊場(chǎng)磷礦位于滇東北鎮(zhèn)雄縣碗廠鎮(zhèn)境內(nèi)，礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子陸塊南部碳酸鹽臺(tái)地中之威寧-昭通褶-沖帶(四級(jí)構(gòu)造單元)中，區(qū)內(nèi)多發(fā)育北北東向和北東向褶皺。羊場(chǎng)磷礦位于近東西向的羊場(chǎng)背斜中，該背斜為區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造，控制著磷礦層的展布。

通過(guò)對(duì)滇東北地區(qū)早寒武世梅樹(shù)村期巖相古地理及成磷條件研究，認(rèn)為鎮(zhèn)雄羊場(chǎng)地區(qū)與康滇古陸東緣華寧、東川、雷波、織金聚磷盆地具有相似的成礦背景，為臺(tái)地邊緣織金聚磷盆地的北西段次級(jí)坳陷地，同屬淺水陸棚-潮坪環(huán)境，具備磷礦成礦條件[2]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)位于近東西向的羊場(chǎng)背斜內(nèi)(圖1)，據(jù)1∶20萬(wàn)鎮(zhèn)雄幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果，礦區(qū)出露地層從老至新依次為寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)、明心寺組(∈1m)、金頂山組(∈1j)、清虛洞組(∈2qx)，寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組(∈2g)和寒武系中-上統(tǒng)婁山關(guān)組(∈2-3ls)。經(jīng)鉆孔揭露，礦區(qū)深部地層有震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2d)和寒武系下統(tǒng)梅樹(shù)村組(∈1ms)。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig 1.Geological Sketch map of Orefield

下寒武統(tǒng)梅樹(shù)村組(∈1ms)為磷礦賦礦層位。巖性主要為碳酸鹽巖，厚度約55m～128m。按該組巖性的變化特征可細(xì)分為三段(圖2)。

圖2 梅樹(shù)村組巖性及沉積相劃分圖Fig 2.Lithologic Charaters and Sedimentary Facies Division of Meishucun Formation

(1)梅樹(shù)村組一段(∈1ms1)：厚度約48.66m，為下磷礦層底板。巖性主要為砂屑灰?guī)r、微-粉晶白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、硅質(zhì)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖等，局部夾黑色硅質(zhì)條帶及斷續(xù)磷質(zhì)條帶，星點(diǎn)狀、條帶狀黃鐵礦發(fā)育，且由下往上磷質(zhì)含量逐漸增多。

(2)梅樹(shù)村組二段(∈1ms2)：厚度約56.18m，為礦區(qū)內(nèi)磷礦主要富集層位。巖性主要為簿-厚層狀磷塊巖，磷塊巖中含有炭質(zhì)、硅質(zhì)等少量的填隙物。磷礦層巖性為深灰色鈣質(zhì)磷(質(zhì))塊巖、角礫狀磷塊巖，膠磷礦顆粒主要呈砂屑發(fā)育，顆粒見(jiàn)部分或少量的炭質(zhì)、硅質(zhì)填隙物偶見(jiàn)浸染狀黃鐵。

(3)梅樹(shù)村組三段(∈1ms3)：厚度約2.09m。該段巖性主要為薄-中層狀粉砂質(zhì)白云巖、泥晶白云巖、含磷質(zhì)砂屑灰?guī)r等，零星發(fā)育磷塊(質(zhì))巖。

2.2 構(gòu)造

工作區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造為東西向羊場(chǎng)背斜和北東向的小規(guī)模斷裂構(gòu)造。

2.2.1 褶皺

羊場(chǎng)背斜軸線呈近東西向展布，軸跡橫穿整個(gè)工作區(qū)。核部主要出露寒武系下統(tǒng)明心寺組，地形切割較深處出露小面積牛蹄塘組、金頂山組；兩翼依次出露寒武系下統(tǒng)清虛洞組、中統(tǒng)高臺(tái)組、中-上婁山關(guān)組，地層傾角均較緩，多為5°～18°。褶皺軸面近于直立，翼間角大于120°，其長(zhǎng)寬比大于8∶1，為直立寬緩線狀背斜。

2.2.2 斷層

礦區(qū)內(nèi)僅在礦區(qū)西側(cè)發(fā)育兩條近南北向斷層F1、F2(圖1)。

F1斷層南起豐產(chǎn)坡-大溪坡一帶，經(jīng)老房子、蓼葉村等地，長(zhǎng)約2.4km。斷層呈近南北向展布，北段略發(fā)生逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)而呈北北西向延伸，斷層面呈近東向陡傾，傾角約70°，斷層破碎帶帶內(nèi)可見(jiàn)構(gòu)造角礫巖，整體為一逆斷層；

F2斷層南起上木歪一帶，經(jīng)袁家坪子、黃埂山等地，長(zhǎng)約3.2km。斷層呈近南北向展布，北段斷層逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)至北北西向。斷層面呈北東-近東向陡傾，傾角約74°，斷層帶內(nèi)可見(jiàn)構(gòu)造角礫巖、構(gòu)造透鏡體等，整體表現(xiàn)為逆斷層。

3 礦體特征

礦區(qū)磷礦為隱伏礦，據(jù)鉆孔工程揭露，磷礦層由上往下對(duì)比劃分為 KT1、KT2、KT3三層礦(圖2)。KT1、KT3為低品位礦體(Ⅲ級(jí)品)，KT2為工業(yè)礦體，以Ⅱ級(jí)品為主，夾3層Ⅰ級(jí)品礦石。三層礦體呈層狀或似層狀產(chǎn)出。現(xiàn)有5個(gè)鉆孔工程控制礦體東西向長(zhǎng)5.21km，傾向由軸部向兩翼控制最大斜深1.8km，沿走向、傾向尚未圈閉，均屬厚度變化較穩(wěn)定、組分分布較均勻礦體。

(1)KT1礦體：為低品位磷礦層，賦存于梅樹(shù)村組三段(∈1ms3)中，總體走向近東西向，礦層傾角 5°～8°，屬緩傾斜礦體；礦體厚3.03m～13.50m，平均厚7.50m；P2O5礦化連續(xù)，平均品位13.31ω%。

(2)KT2礦體：為礦區(qū)主要工業(yè)磷礦體，賦存于梅樹(shù)村組二段(∈1ms2)，總體走向近東西向，礦層傾角6°～9°，屬緩傾斜礦體。P2O5礦化連續(xù)，工業(yè)礦中P2O5含量24.25ω%～35.27ω%，平均品位25.14ω%；礦體厚度最厚20.6m～36.5m，平均厚28.27m，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)；礦體從下而上具有含磷逐漸增富，粒度由細(xì)變粗的3個(gè)沉積旋回組成，在每個(gè)旋回的頂部為角礫狀、塊狀磷塊巖或厚條帶狀磷礦，形成Ⅰ級(jí)品礦石，礦石工業(yè)類(lèi)型簡(jiǎn)單，以碳酸鹽型為主，次為硅質(zhì)及硅酸鹽型。Ⅰ級(jí)品礦石和Ⅱ級(jí)品礦石集中、連續(xù)分布。

(3)KT3礦體：為低品位磷礦層，賦存于梅樹(shù)村組二段(∈1ms2)底部，總體走向近東西向，礦層傾角 4°～7°，屬緩傾斜礦體；P2O5礦化連續(xù)，P2O5含量11.53ω%～15.12ω%，平均品位13.51ω%；礦體厚度最厚3.69m～12.5m平均厚度7.89m，由西往東有變薄之趨勢(shì)。礦石工業(yè)類(lèi)型簡(jiǎn)單，以硅質(zhì)及硅酸鹽型為主，次為碳酸鹽型。

4 礦石特征

(1)礦石中的礦石礦物為氟磷灰石(膠磷礦)、結(jié)晶磷灰石、碳磷灰石。

氟磷灰石(膠磷礦)：呈凝膠狀產(chǎn)出。主要為砂屑，微量鮞粒，偶見(jiàn)團(tuán)塊。

結(jié)晶磷灰石：在礦石中分布較均勻，含量一般約5%左右，為泥晶磷灰石在成巖后期重結(jié)晶作用下生成，常賦存于泥晶磷灰石內(nèi)或由它組成的粒屑中。

碳磷灰石：少量分布于粒屑間或孔洞中，呈纖維狀、針狀微晶，亦見(jiàn)環(huán)繞顆粒或洞壁緊密集結(jié)為環(huán)(皮)殼。

(2)脈石礦物以鈣質(zhì)、白云石為主，次為方解石、石英、玉髓，炭質(zhì)、黃鐵礦、生物碎屑。

方解石：多呈半自形晶產(chǎn)出，部分可見(jiàn)結(jié)晶完好的菱面體晶體。

白云石：礦石中分布不均勻呈它形-自形充填于磷質(zhì)碎屑之間，局部交代氟磷灰石(膠磷礦)。

石英、玉髓：玉髓多為細(xì)小粒狀集合體，石英則由玉髓脫水結(jié)晶而成。石英和玉髓或者呈膠結(jié)物填充于白云石顆粒間，具一定層狀分布。

黃鐵礦：黃鐵礦呈它形粒狀零星分布于基質(zhì)中，粒度0.1mm左右。

(3)礦石結(jié)構(gòu)主要有自形-半自形結(jié)構(gòu)、凝膠砂屑結(jié)構(gòu)以及各類(lèi)交代結(jié)構(gòu)。

自形-半自形結(jié)構(gòu)：礦石的主要結(jié)構(gòu)，通常礦石中的白云石和方解石具有這種結(jié)構(gòu)。

凝膠砂屑結(jié)構(gòu)：原生富磷礦的主要結(jié)構(gòu)。砂屑含量約40%，由砂屑磷灰石、白云石、石英及陸源碎屑物等構(gòu)成，呈次圓狀、橢圓狀，填隙物由磷灰石凝膠等為主，少量硅質(zhì)及微量鐵質(zhì)、有機(jī)質(zhì)作基底式膠結(jié)。

交代結(jié)構(gòu)：原生礦石中的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。常表現(xiàn)為填于白云石顆粒間的氟磷灰石(膠磷礦)，局部交代白云石；局部見(jiàn)少量成巖期方解石交代氟磷灰石。

(4)礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、條帶-條紋狀構(gòu)造。

塊狀構(gòu)造：致密塊狀磷塊巖一般在每層磷礦體的頂部出現(xiàn)，常與其它類(lèi)型磷塊巖構(gòu)成一定序列類(lèi)型。單層厚度8cm～3m 不等，P2O5大于30ω%，由粒屑磷塊巖與角礫磷塊巖兩種亞類(lèi)構(gòu)成，其特點(diǎn)是一種或幾種礦物彼此均勻地緊密地連生，無(wú)相對(duì)富集分布現(xiàn)象，為富礦石所特有的構(gòu)造。

條帶-條紋狀構(gòu)造：磷礦石中不同成分、不同含量的礦物集合體相對(duì)集中呈條帶和條紋狀交替、重復(fù)分布的一種構(gòu)造。由白云石和硅質(zhì)礦物組成的淺色條紋條帶分布于深色的磷質(zhì)基底中；也可由深色的磷質(zhì)礦物組成條紋條帶，分布于淺色白云石、硅質(zhì)礦物基底中。單個(gè)條帶厚一般1cm～3cm。

5 礦床元素地球化學(xué)特征

從羊場(chǎng)磷礦樣品主量元素分析結(jié)果[1]顯示，黑色頁(yè)巖、白云巖和磷塊巖等樣品含有大量有機(jī)質(zhì)，導(dǎo)致樣品燒失量較高，最高達(dá)35.07%。磷礦層具有高CaO、P2O5，低Al2O3的特征，含量分別為 22.65%～47.51%，8.63%～28.91%和 0.14%～1.16%。含磷質(zhì)砂屑白云巖中因含有少量磷質(zhì)砂屑，化學(xué)成分與磷塊巖類(lèi)似，但其CaO、P2O5的含量比磷塊巖低，Al2O3含量比磷塊巖高，分別為 14.13%～16.31%，3.44%～6.13% 和 0.44%～2.07%。硅質(zhì)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖化學(xué)成分相對(duì)穩(wěn)定，SiO2含量在 59.34%～65.39%間變化，炭質(zhì)頁(yè)巖Al2O3含量為10.77% ，硅質(zhì)巖Al2O3含量為1.24%～2.07%。MgO含量為0.66% ～5.73% 之間。氧化還原條件指示元素MnO變化范圍為0.018%～1.57%，并在礦層之上的白云巖中達(dá)到最高(1.57%)，TFe2O3含量變化于 0.51% ～3.48%間，平均為1.44%。通過(guò)樣品分析結(jié)果及相關(guān)對(duì)比，顯示如下特點(diǎn)。

(1)P2O5與CaO、Y具有較好的正相關(guān)關(guān)系(圖3)，指示CaO、Y兩種元素主要來(lái)自來(lái)源于礦石中的氟磷灰石(膠磷礦)。

圖3 P2O5與CaO、Y、MgO相互關(guān)系圖Fig 3.Relationship between P2O5 and CaO，Y，MgO

(2)代表白云石的組分的MgO與P2O5為顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，指示白云石與氟磷灰石(膠磷礦)之間此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。

(3)SiO2主要來(lái)源于玉髓、石英等礦物。其含量與礦石品位間無(wú)明顯相關(guān)性。

6 成礦沉積環(huán)境分析

6.1 區(qū)域含磷碳酸鹽巖建造特征

區(qū)內(nèi)早寒武世含磷地層與震旦世晚期地層連續(xù)沉積，主要由一套碳酸鹽巖、磷塊巖及硅質(zhì)巖組成。

在康滇古陸與牛頭山古陸夾持范圍內(nèi)，含磷建造由西向東(厚16m～120m)相變明顯，西部為磷酸鹽、鎂質(zhì)碳酸鹽、碳酸鹽沉積組合，主要巖類(lèi)為泥晶、粉晶白云巖、灰?guī)r，中下部夾內(nèi)砂屑、粉屑磷塊巖，僅永善硝灘一帶有工業(yè)礦體賦存；中偏東部出現(xiàn)臺(tái)內(nèi)灘相，系磷酸鹽、鎂質(zhì)碳酸鹽沉積組合，鎂質(zhì)碳酸鹽占57.5%；巖類(lèi)為含磷白云巖、粉砂質(zhì)白云巖、內(nèi)砂屑白云巖為主，夾內(nèi)礫砂屑鮞狀磷塊巖、內(nèi)砂屑磷塊巖及少量磷塊巖，富含小殼動(dòng)物化石。層理類(lèi)型復(fù)雜，有波狀、透鏡狀層理及沖刷槽，亦見(jiàn)脈狀、魚(yú)骨狀層理及板狀交錯(cuò)層理，為波浪、潮汐作用均較強(qiáng)烈的高能灘壩環(huán)境。據(jù)梅樹(shù)村組磷礦層結(jié)構(gòu)特征，把該區(qū)劃分為雙層型礦分布區(qū)，由上磷礦層、中部夾層及下磷礦層組成，為下寒武統(tǒng)海相沉積型層狀磷塊巖礦床的主要礦層結(jié)構(gòu)類(lèi)型，三者的厚度、礦石特征及頂、底板巖性在區(qū)域內(nèi)有所變化。

6.2 區(qū)域成礦構(gòu)造環(huán)境

該區(qū)早寒武世梅樹(shù)村期構(gòu)造活動(dòng)較為穩(wěn)定，主要以斷塊差異性升降運(yùn)動(dòng)為主，在全球性海浸背景下形成的一套海相含磷沉積。

梅樹(shù)村期在康滇古構(gòu)造隆起帶和川黔碳酸鹽淺水臺(tái)地(或水下高地)之間，存在著南北向古斷裂控制的相對(duì)坳陷帶，構(gòu)成了有利磷礦沉積的大型成磷盆地，從而形成了呈南北向帶狀展布的川滇成磷帶。在南北向大型成磷盆地中，又因有若干東西向分布的水下構(gòu)造隆起帶存在，而把整個(gè)成磷盆地分割成許多相間排列的次一級(jí)隆起與坳陷，其中次一級(jí)的坳陷為磷塊巖沉積提供了極為有利的古地理環(huán)境和聚磷場(chǎng)所。這種成磷盆地順著成礦帶按構(gòu)造等距離性的規(guī)律成串珠狀斷續(xù)分布，如早寒武世川滇成礦帶中的含磷沉積集中分布于華寧、東川、雷波三個(gè)洼地中。從古陸向東南部的淺海至半深海也存在著東西分帶的特征(雷波、鎮(zhèn)雄、織金)，含磷沉積一般形成在古陸或同生水下隆起的邊緣、水下淺灘，或同生隆起帶中的相對(duì)洼陷地帶。羊場(chǎng)-織金聚磷盆地視為在康滇古陸東緣形成的雷波聚磷盆地向東部延伸部分(圖4)。

6.3 沉積環(huán)境與沉積相

古構(gòu)造不僅控制著古地理環(huán)境的形成和演化，也控制著沉積建造的發(fā)育和更替，對(duì)于該類(lèi)磷礦床來(lái)講，可認(rèn)為它是磷質(zhì)沉積及富礦形成的最重要的控制因素。羊場(chǎng)磷礦床所處的早寒武世梅樹(shù)村期，是在晚震旦世燈影期海退后又一次海侵背景下接受沉積的碳酸鹽巖、磷塊巖、硅質(zhì)巖組成的緩坡相，其西、南周邊的古陸有牛首山島、康滇古陸(圖4)。

圖4 川西南-滇東北地區(qū)梅樹(shù)村期古構(gòu)造略圖(據(jù)云南省地質(zhì)科學(xué)研究所)Fig 4.Meishucun period Paleotectonic Sketch Map of SW Sichua-NE Yunnan

川西南-滇東北地區(qū)因受川滇坳陷中四條深大斷裂控制，其沉積相呈南北向延伸、東西向成行。由西南的古陸向東為近岸潮坪→具障壁灘(包括風(fēng)暴和潮下淺灘)的淺水緩坡(含磷酸鹽碳酸鹽緩坡)→深水緩坡(含磷結(jié)核硅質(zhì)巖緩坡)，直入陸坡深水盆地[3]。梅樹(shù)村組由白云巖、磷塊巖、硅質(zhì)巖及泥巖組成，發(fā)育具磷質(zhì)骨骼的小殼化石，屬上揚(yáng)子淺海環(huán)境。由于該區(qū)處于低緯度熱帶信風(fēng)半干旱氣候區(qū)[4]，大洋深處溫度甚低的富磷及稀土元素的海水，不斷的沖刷陸表海邊緣的濱外灘，致使其上很少有沉積物沉積。洋流越過(guò)濱外灘進(jìn)入寬闊的陸表海海域后，流速迅速降低導(dǎo)致了在濱外灘的近陸表海域一側(cè)將洋流攜帶及洋流沖刷外灘所形成的碎屑物質(zhì)大量沉積下來(lái)，形成粉砂、泥質(zhì)物的主要沉積區(qū)，至此洋流開(kāi)始變得較為清澈，逐漸進(jìn)入酸性、還原環(huán)境的深水盆地中。在這個(gè)盆地中除繼續(xù)有少量細(xì)粉砂屑-泥質(zhì)物沉積外，主要是硅質(zhì)物的大量沉積。至此，上升洋流開(kāi)始逐漸進(jìn)入臺(tái)地邊緣區(qū)，由于前幾個(gè)階段中碎屑、泥質(zhì)及硅質(zhì)物的大量沉積，上升洋流中的磷、鈣質(zhì)組分隨之相對(duì)增加，介質(zhì)環(huán)境也逐漸由酸性向堿性、由強(qiáng)還原向氧化環(huán)境過(guò)渡，海水深度也逐漸變淺，溫度升高，CO2分壓降低，生物活動(dòng)開(kāi)始增加，磷質(zhì)因膠體化學(xué)、生物化學(xué)作用沉積，形成凝膠狀磷塊巖與碳酸鹽、硅質(zhì)等共同沉積的磷質(zhì)層[5]。

由此看出，古構(gòu)造所造成的的滇黔碳酸鹽淺水臺(tái)地沉積環(huán)境下，控制了包括羊場(chǎng)磷礦等不同凹陷范圍內(nèi)的磷礦床。在羊場(chǎng)背斜及芒部背斜一帶，沉積地層總體近東西展布，賦礦地層梅樹(shù)村組沉積厚度從羊場(chǎng)沉積中心的128m至東部芒部一帶漸變?yōu)?0m左右，沉積相總體為淺海陸棚-潮下灰坪、潮下云坪、臺(tái)內(nèi)淺灘。西側(cè)羊場(chǎng)一帶為灰質(zhì)、硅質(zhì)碳酸鹽、磷酸鹽沉積組合，磷酸鹽占76%，以含磷內(nèi)砂屑白云巖、內(nèi)砂屑磷塊巖為主，地層厚128m；磷礦層較富，顆粒含量高達(dá)81%，常見(jiàn)的礦石構(gòu)造類(lèi)型為塊狀、條帶狀及條紋狀。亦反映能量高、篩選作用強(qiáng)、磷質(zhì)顆粒凈化較充分的沉積環(huán)境。往東系硅質(zhì)、磷酸鹽、粉砂沉積組合，以含磷硅質(zhì)巖、硅質(zhì)磷塊巖和含炭泥質(zhì)粉砂巖為主，地層厚16m；巖石多黑色薄層狀，見(jiàn)星點(diǎn)狀黃鐵礦，具水平層理，顆粒含量約5%，顯示系潮下低能環(huán)境及弱還原條件，其特征己近于臺(tái)盆相，現(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)的羊場(chǎng)磷礦為區(qū)內(nèi)主要厚大工業(yè)磷礦床。

7 結(jié)論

(1)羊場(chǎng)磷礦呈層狀賦存于寒武系下統(tǒng)梅樹(shù)村組，工業(yè)礦體賦存于梅樹(shù)村組二段(∈1ms2)，屬品位較高的厚大隱伏礦床。

(2)礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，主體構(gòu)造線為近東西向，礦體展布與羊場(chǎng)背斜特征一致。

(3)礦區(qū)古構(gòu)造控制了古地理環(huán)境的形成和演變，局限海灣有利于上升洋流所攜磷質(zhì)的聚集，是形成巨大礦床必不可少的先決條件，后期在高能的海灣水下淺灘，持續(xù)的上升洋流從深部帶來(lái)大量的磷質(zhì)組分，經(jīng)過(guò)物理-化學(xué)改造富集作用，進(jìn)一步形成條帶狀、塊狀磷塊巖。其礦床成因?qū)俸Ｏ喑练e型磷塊巖礦床。