黃家坪地區(qū)麥地坪組磷礦沉積環(huán)境演變分析*

蘇毅 , 盧君勇 唐茂林 李佐強(qiáng)陽(yáng)開(kāi)龍 張芹貴 祝建華 江永富

(1.四川發(fā)展天瑞礦業(yè)有限公司， 四川 樂(lè)山市 614000；2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局二零七地質(zhì)隊(duì)， 四川 樂(lè)山市 614000)

0 引言

揚(yáng)子地塊是我國(guó)重要的產(chǎn)磷區(qū)，陡山沱與梅樹(shù)村兩大成磷期磷塊巖儲(chǔ)量占全國(guó)磷礦儲(chǔ)量的85%，馬邊-雷波聚磷盆地是西南地區(qū)重要的磷礦資源基地，納入四川省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃，區(qū)內(nèi)進(jìn)行資源勘查、開(kāi)發(fā)利用超過(guò)30 a，在巖石礦物、構(gòu)造、沉積相、沉積模式等方面取得了豐碩的成果，如區(qū)域上早寒武世梅樹(shù)村階成礦規(guī)律研究[1-2]、馬邊老河壩地區(qū)沉積構(gòu)造研究[3-5]、雷波-金陽(yáng)地區(qū)沉積相及成礦模式研究[6-10]。但對(duì)早寒武世含磷地層麥地坪組的地球化學(xué)特征、古環(huán)境、古氣候等卻鮮有研究，僅張玙等[11]對(duì)老河壩磷礦銅廠埂地區(qū)地表磷礦地球化學(xué)特征開(kāi)展了部分研究工作，認(rèn)為磷在沉積成礦過(guò)程中伴隨著稀土元素（REE）的富集，其富集以膠磷礦的吸附作用占主導(dǎo)地位，且REE配分模式表明在沉積成礦過(guò)程中的 REE來(lái)自海水。本次研究通過(guò)在黃家坪地區(qū)深部鉆探，系統(tǒng)收集了含磷地層麥地坪組的碳酸鹽巖樣品，進(jìn)行了巖石礦物及地球化學(xué)分析，以明確該地區(qū)早寒武世梅樹(shù)村階含磷地層的古環(huán)境變化特征，以及黃家坪地區(qū)位于馬邊-雷波聚磷盆地沉積相變過(guò)渡帶。本次研究結(jié)果有望在區(qū)域上填補(bǔ)相關(guān)的地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，完善馬邊-雷波聚磷盆地及川滇磷礦帶梅樹(shù)村階磷礦成礦模式及成礦規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黃家坪地區(qū)（見(jiàn)圖1）位于川滇磷礦帶北部馬邊聚磷盆地，大地構(gòu)造位置分區(qū)屬上揚(yáng)子陸塊西緣四川前陸盆地?cái)⒂?筠連疊加褶皺帶區(qū)域，主要出露地層為晚震旦世燈影組-白堊紀(jì)地層。受主體構(gòu)造線南北向構(gòu)造影響，褶皺發(fā)育有老河壩背斜、暴風(fēng)坪向斜等。斷層主要發(fā)育南北向疊瓦狀構(gòu)造峨邊-金陽(yáng)斷層、老河壩斷層、高卓營(yíng)斷層等，其中峨邊-金陽(yáng)大斷裂形成于燕山期后，具有多期活動(dòng)特征，經(jīng)歷了以由西向東逆沖運(yùn)動(dòng)為主斷裂的3期構(gòu)造活動(dòng)，并具有一定的活動(dòng)性[4]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)背景

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 巖石地層特征

黃家坪位于老河壩磷礦區(qū)以南，主要出露地層為上震旦統(tǒng)燈影組、下寒武統(tǒng)麥地坪組、筇竹寺組、中寒武統(tǒng)滄浪鋪組、上寒武統(tǒng)西王廟組等。磷礦賦存于下寒武統(tǒng)麥地坪組，按照巖石組合特征可將麥地坪組分為以下兩段。

麥地坪組二段（?1m2）：厚約23.65～50.95 m。下部為淺灰色厚層狀粉晶白云巖，含磷質(zhì)、硅質(zhì)及少許白云質(zhì)礫屑，具波狀層理及遞變韻律層理，為礦層頂板，其層位、巖性穩(wěn)定。上部為灰色中層狀瘤狀灰?guī)r（見(jiàn)圖2（a）），瘤體內(nèi)含較多生物碎屑及磷質(zhì)礫屑，瘤體邊緣有明顯的溶蝕痕跡，基質(zhì)為泥質(zhì)成分，局部夾薄層狀砂屑白云巖，具瘤狀構(gòu)造，白云巖具砂屑結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，與上覆筇竹寺組炭質(zhì)泥巖呈平行不整合接觸（見(jiàn)圖2（a））。

麥地坪組一段（?1m1）：厚約15.09～28.10 m。為區(qū)域主要的含磷層位。礦層結(jié)構(gòu)按空間位置關(guān)系可分為以下幾層。

上分層：位于礦層上部，厚度為4.69～7.14 m，平均為6.01 m；品位為15.50%～18.85%，平均為16.97%?；液谏旅軌K狀磷塊巖，夾條紋條帶狀砂礫屑磷塊巖（見(jiàn)圖2（c）、圖2（d）、圖3（a）、圖3（c）），條紋條帶狀磷塊巖具波狀層理發(fā)育有多期沖刷面、正粒序?qū)永斫M成的沉積序列。砂屑多呈圓形、橢圓形及不規(guī)則狀，填隙物多為泥晶不規(guī)則狀膠磷礦及亮晶白云石。并見(jiàn)含磷硅質(zhì)白云巖，發(fā)育微波狀層理，夾硅質(zhì)透鏡體（見(jiàn)圖2（e）、圖2（f））。

圖2 下寒武統(tǒng)麥地坪組鉆井巖芯沉積特征

圖3 下寒武統(tǒng)麥地坪組顯微照片特征

夾矸：位于礦層中部，上下分層之間，厚度為0.46～1.12 m，平均為 0.84 m；品位為 4.16%～10.72%，平均為7.87%。土黃色薄層狀黏土巖、含磷水云母黏土巖（見(jiàn)圖2（g）、圖3（e）），具泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，黏土多呈隱晶-細(xì)小鱗片狀集合體薄層狀構(gòu)造，具水平層理。

下分層：位于礦層下部，厚度為8.37～16.01 m，平均為12.69 m；品位為17.28%～29.76%，平均為23.26%。黑色致密狀凝膠砂屑磷塊巖（見(jiàn)圖3（b）），其特征為致密塊狀及豆莢狀構(gòu)造，發(fā)育磷質(zhì)面粒結(jié)構(gòu)，磷質(zhì)顆粒周緣發(fā)育磷質(zhì)環(huán)邊包殼、磷質(zhì)或白云質(zhì)膠結(jié)，長(zhǎng)軸方向具有一定定向性。夾稀疏白云質(zhì)條紋、含磷屑礫屑白云巖（見(jiàn)圖2（b）、圖2（i）、圖3（d）），礫屑無(wú)分選、無(wú)磨圓，可見(jiàn)棒狀礫屑起直立分布。含少量白云石顆粒，箭頭礫屑具有定向性，為區(qū)內(nèi)原生富磷礦層。

底板：主要巖性為細(xì)-粉晶白云巖和含磷屑細(xì)-粉晶白云巖，部分膠磷礦礫屑包裹細(xì)小白云石、石英等顆粒。前者發(fā)育順層排列的鳥(niǎo)眼構(gòu)造，后者發(fā)育齒狀石膏溶孔，見(jiàn)含磷質(zhì)礫屑粉-細(xì)晶白云巖，礫屑雜亂分布（見(jiàn)圖2（j）、圖2（k）、圖2（l）、圖3（f））。

2.2 沉積演化

麥地坪組早期沉積具條帶狀（含磷）泥質(zhì)白云巖、粉晶-細(xì)晶白云巖，沉積環(huán)境為潮下帶—瀉湖沉積，水體能量較低。中期沉積環(huán)境以潮下云坪為主，發(fā)育高品位的砂屑磷塊巖、磷塊巖，為間歇高能環(huán)境，可見(jiàn)礫屑磷塊巖、礫屑白云巖，以潮汐水道為主，磷塊巖之間夾矸主體為黏土巖、硅質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖沉積，沉積環(huán)境為泥質(zhì)瀉湖沉積。晚期海平面相對(duì)下降，初期以潮間帶沉積為主，沉積（含磷）砂屑白云巖、（含磷）粉晶白云巖，后轉(zhuǎn)變?yōu)槌毕聨С练e，主要發(fā)育潮下灰坪，巖性由（含磷）瘤狀灰?guī)r和（含磷）微晶灰?guī)r組成[3]。

3 分析測(cè)試方法及測(cè)試結(jié)果

本次研究樣品采自馬邊黃家坪磷礦區(qū)鉆孔巖心（位置見(jiàn)圖1），根據(jù)巖石組合特征、組構(gòu)、沉積相變化特點(diǎn)等，采集了麥地坪組一段含磷白云巖、致密塊狀磷塊巖、條紋條帶狀磷塊巖等新鮮樣品共計(jì)5件進(jìn)行主微量元素測(cè)試。采集樣品ω（Mn）/ω（Sr）小于2，則指示樣品代表性很好[12]。采集樣品磨挑選無(wú)蝕變的樣品進(jìn)行主量、微量、稀土元素；碳氧同位素分析測(cè)試，分析測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 四川馬邊黃家坪磷礦巖礦石地球化學(xué)數(shù)據(jù)

4 討論

4.1 主微量元素

SiO2含量為8.41%～21.45%，平均值為13.17%；Al2O3含量為0.67%～8.78%，平均值為2.58%；Fe2O3含量為0.01%～1.17%，平均值為0.53%；陸源元素∑（SiO2+Al2O3+Fe2O3）含量為9.21%～31.33%，平均值為16.29%。從底板至夾矸逐漸增加，夾矸達(dá)到最大值后逐漸減小。

寒武系 Na元素碳酸鹽巖礦物背景值介于100～5000 μg/g[13]，Na2O含量為0.08%～0.5%，平均值為0.22%；Na元素含量為593.5～3710 μg/g，平均值為1602.58 μg/g；K2O含量為0.29%～3.31%，平均值為0.99%。變化范圍較小，屬于穩(wěn)定變化。

Sr含量為 116～442 μg/g，平均值為 288.4 μg/g；Rb 含量為 5.87～52 μg/g，平均值為 17.22 μg/g；Ba含量為 120～629 μg/g，平均值為 275.6 μg/g。研究區(qū)白云石Sr元素含量與現(xiàn)代海洋中原生白云石Sr元素含量相當(dāng)[14]，并略偏低。

4.2 稀土元素

稀土元素?cái)?shù)據(jù)采用后太古代頁(yè)巖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[15]，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 研究區(qū)巖/礦石REE的PAAS標(biāo)準(zhǔn)化配分

樣品∑REE+Y大多小于100 μg/g。夾矸受陸源碎屑影響，碳酸鹽的∑REE+Y含量增加，大于100 μg/g[16]，垂向上呈現(xiàn)出升-降的趨勢(shì)。輕稀土元素（LREE）/重稀土元素（HREE）值比較穩(wěn)定，介于0.89～1.84之間，平均值為1.50，顯示出輕重稀土相對(duì)富集、虧損曲線，分餾作用不明顯。而δEu值為0.49～0.96，平均值為 0.78，顯示負(fù)異常，指示大地構(gòu)造背景和成巖成礦環(huán)境均為氧化環(huán)境；δCe值為0.40～0.84，平均值為0.58，顯示一定程度的負(fù)異常；兩值說(shuō)明研究區(qū)樣品總體受到一定的熱液影響，和區(qū)域梅樹(shù)村階麥地坪組含鉛鋅相匹配[17-18]。

研究區(qū)梅樹(shù)村階稀土元素配分模式曲線均呈現(xiàn)出左傾-平坦的趨勢(shì)（見(jiàn)圖4），表明此階段碳酸鹽巖具有相似的輕重稀土分餾特征，沒(méi)有顯示明顯的元素異常，Ce元素顯示微弱負(fù)異常，δCe比值與鄰區(qū)銅廠埂磷礦[11]、云南昆陽(yáng)磷礦[19-20]、貴州織金磷礦[21]、甕安磷礦床[22]相似，指示區(qū)域沉積成礦過(guò)程中氧化-次氧化的底層水域孔隙水條件。

4.3 碳氧同位素組成的變化

利用四川煙峰-上田壩礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目在馬邊縣二壩剖面所采集樣品對(duì)研究區(qū)區(qū)域碳氧同位素進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖5所示。圖5結(jié)果表明，碳氧同位素顯示燈影組與麥地坪組的界線附近存在顯著的δ13C值負(fù)漂移現(xiàn)象，漂移值可達(dá)-5.1，其后麥地坪組δ13C值具有一個(gè)短暫的快速回升過(guò)程[23-25]。表明該時(shí)期海洋環(huán)境在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了巨大的變化，生物生產(chǎn)率出現(xiàn)了快速的下降，生物大量死亡。其后麥地坪組δ13C值具有一個(gè)快速回升的過(guò)程，表明經(jīng)歷了突發(fā)性的生物滅絕事件之后，寒武紀(jì)早期生物具有一個(gè)快速反彈繁殖的過(guò)程。

圖5 ?1m-Z2dn地層δ13C，δ18O變化曲線

4.4 古氣候與古水深

研究碳酸鹽巖元素地球化學(xué)特征有助于恢復(fù)古氣候演化，其中Mg/CaO值顯示海水中碳酸鈣溶解度隨溫度變化情況，研究區(qū)梅樹(shù)村階Mg/CaO值為0.25～0.56，平均值為0.39，表明該地區(qū)環(huán)境變化波動(dòng)不大，與垂向上采集的樣品主要集中在膠磷礦成礦前后有一定關(guān)系，客觀上反映了在梅樹(shù)村階磷礦成礦前后經(jīng)歷的環(huán)境為相對(duì)潮濕環(huán)境[26]。另一指標(biāo)Rb/Sr值為0.013～0.138，平均值為0.061，較低的Rb/Sr值同時(shí)證明成礦期間為相對(duì)潮濕的古氣候環(huán)境[27]。

判斷古水體深度有兩個(gè)地化指標(biāo)：Sr/Ba值和1000×Sr/Ca值。梅樹(shù)村階區(qū)域 Sr/Ba值為 0.60～1.75，平均值為1.25，區(qū)內(nèi)底板和夾矸Sr/Ba＜1，為海相沉積物和淡水沉積物混合，與其潮間帶的沉積環(huán)境相吻合，而成礦期間Sr/Ba＞1，為海相沉積，與潮下高能帶沉積相匹配[28]。研究區(qū) 1000×Sr/Ca值為 0.28～0.95，平均值為 0.64，表明碳酸鹽巖1000×Sr/Ca值具有從淺灘向陸棚方向隨水體加深而逐漸增加的特征，顯示研究區(qū)沉積水體經(jīng)歷淺-深-淺的變化過(guò)程[29]。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)域δEu、δCe值指示的大地構(gòu)造背景和成巖成礦環(huán)境均為氧化環(huán)境，說(shuō)明研究區(qū)樣品總體受到一定的熱液影響，和區(qū)域梅樹(shù)村階麥地坪組含鉛鋅相匹配；

（2）研究區(qū)域梅樹(shù)村階稀土元素配分模式曲線均呈現(xiàn)出左傾-平坦的趨勢(shì)，表明此階段碳酸鹽巖具有相似的輕重稀土分餾特征，沒(méi)有顯示明顯的元素異常，Ce元素顯示微弱負(fù)異常，指示區(qū)域沉積成礦過(guò)程中氧化-次氧化的底層水域孔隙水條件；

（3）研究區(qū)域環(huán)境變化波動(dòng)不大，與垂向上采集的樣品主要集中在膠磷礦成礦前后有一定關(guān)系，客觀上反映了在梅樹(shù)村階磷礦成礦前后經(jīng)歷的環(huán)境為相對(duì)潮濕環(huán)境，具有從淺灘向陸棚方向隨水體加深而逐漸增加的特征，顯示研究區(qū)沉積水體經(jīng)歷淺-深-淺的變化過(guò)程。