貴州福泉市榜上磷礦地質(zhì)特征及沉積環(huán)境探討

趙祥聰，鞏 鑫，溫金奎，張小強(qiáng)

(1.有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局七總隊(duì)，貴州 貴陽 550005；2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，貴州 貴陽 550005)

福泉市榜上磷礦區(qū)位于福泉市北西部330°方位，直距約 37 km，礦區(qū)范圍南自新橋，北至榜上，呈南北向長條狀，面積 1.07 km2。區(qū)內(nèi)磷礦產(chǎn)于洋水組二段(Pt33y2)下部和上部，自下而上分別為a、b礦層，均為層狀產(chǎn)出，空間展布基本一致，走向20～45°，平均26°，走向控制長約 2060 m；傾向290～315°，平均296°，傾向控制寬約 900 m。傾角15～30°，平均21°。a礦層平均厚 12.03 m，P2O5平均含量27.52%；b礦層平均厚 17.02 m，P2O5平均含量27.71%[1-2]。

1 地質(zhì)背景

大地構(gòu)造位置，不同學(xué)者有不同的劃分方案。據(jù)貴州省區(qū)域地質(zhì)志大地構(gòu)造劃分方案，榜上磷礦區(qū)區(qū)域大地構(gòu)造位置位于揚(yáng)子陸塊南部被動邊緣褶沖帶，屬于上揚(yáng)子陸塊黔北隆起區(qū)鳳岡南北向隔槽式褶皺變形區(qū)，與江南復(fù)合造山帶黔南坳陷區(qū)都勻南北向隔槽式褶皺變形區(qū)和銅仁復(fù)式褶皺變形區(qū)等二個四級構(gòu)造單元緊鄰，位于白巖-高坪背斜的白巖段(圖1)[3]。背斜總體呈北北東向展布，受某些邊界條件的制約，在背斜的首尾端往往發(fā)生偏轉(zhuǎn)而呈“S”形。構(gòu)造線特征以北北東向、近南北向?yàn)橹?，同時也控制了含磷巖組的展布方向和磷礦賦存的空間位置。

1.上揚(yáng)子陸塊；2.江南復(fù)合造山帶；3.威寧穹盆構(gòu)造變形區(qū)；4.六盤水北西向斷褶帶；5.織金穹盆構(gòu)造變形區(qū)；6.畢節(jié)弧形褶皺帶；7.鳳崗南北向隔槽式褶皺變形區(qū)；8.赤水平緩褶皺變形區(qū)；9.興義穹盆構(gòu)造變形區(qū)；10.冊亨東西向緊閉褶皺變形區(qū)；11.望謨北西向褶皺帶；12.都勻南北向隔槽式褶皺變形區(qū)；13.銅仁復(fù)式褶皺變形區(qū)；14.榕江開闊復(fù)式褶皺變形區(qū)；15.黎平緊閉復(fù)式褶皺變形區(qū)；16.五級構(gòu)造單元邊界；17.三、四級構(gòu)造單元邊界；18.背斜軸跡；19.短軸背斜；20.梳狀背斜；21.勘查區(qū)位置。圖1 礦區(qū)大地構(gòu)造位置圖(引自貴州省區(qū)域地質(zhì)志2013)

區(qū)域地層，區(qū)內(nèi)最老地層為青白口系，出露于白巖—高坪背斜之核部，背斜兩翼由老至新依次分布著南華系、震旦系、寒武系、二疊系及三疊系地層。區(qū)內(nèi)缺失奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系地層。礦區(qū)磷礦層賦存于震旦系下統(tǒng)洋水組(Pt33y)中。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)位于白巖背斜南端西翼，自背斜翼部向核部依次由新至老出露地層為第四系(Q)、寒武系第二統(tǒng)明心寺組(∈2m)、紐芬蘭統(tǒng)牛蹄塘組(∈1-2n)、震旦系上統(tǒng)燈影組(Pt33b∈1dy)。此外，下伏地層依次為震旦系下統(tǒng)洋水組(Pt33y)、南華系上統(tǒng)南沱組(Pt32cn)、青白口系清水江組(Pt31dq)呈隱伏狀產(chǎn)出。其中震旦系下統(tǒng)洋水組為榜上磷礦賦礦地層。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于白巖背斜南傾伏端西翼，總體呈一單斜構(gòu)造，地層傾向290～315°，平均296°，傾角15～30°，平均21°。由于礦區(qū)范圍東西向(橫向)較窄、背斜呈西緩東陡的斜歪背斜以及隱伏斷層F28的逆沖推覆作用影響，淺部地層產(chǎn)狀與深部有所不同。深部地層，在28號勘探線以南，處于背斜東西兩翼及核部位置，背斜構(gòu)造形態(tài)完整，背斜軸由南部抱木林向黃家坡一帶延伸出礦界，軸向在黃家坡一帶為北東49°，往南新橋至抱木林一帶轉(zhuǎn)向南西202°，平面上呈現(xiàn)一舒緩的“S”形。巖層傾角在西翼一般15～30°，東翼傾角在20～35°，背斜在礦區(qū)南側(cè)受近東西向斷層F370破壞[2]。

礦區(qū)總體斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅南端斷裂構(gòu)造略復(fù)雜。礦區(qū)內(nèi)有3條斷層，分別為F1、F501、F28，其中F28為隱伏斷層(表1)；礦區(qū)周邊發(fā)育3條斷層，分別為F370、F411、F207。除斷層F1對礦區(qū)礦層有破壞作用外，其他斷層均未對礦區(qū)內(nèi)礦層產(chǎn)生直接破壞作用。

表1 礦區(qū)主要斷層特征一覽表

3 礦體特征

3.1 賦礦層位

礦區(qū)磷礦層賦存于洋水組第二段，是由磷塊巖、白云巖、含磷白云巖及硅質(zhì)白云巖等組成的含磷巖組。由a、b兩礦層與三層含磷白云巖(頂板、夾層、底板白云巖)組成，穩(wěn)定易對比。全組厚度該組厚32.66～62.10 m，平均 43.45 m。總的變化趨勢是北厚南薄。洋水組巖(礦)石組合特征如圖2。

圖2 礦區(qū)含磷巖組柱狀圖

3.2 礦體規(guī)模

榜上磷礦是白巖背斜礦層穩(wěn)定、礦體規(guī)模大、礦石質(zhì)量較好的礦床。礦區(qū)內(nèi)礦體走向控制長約 2060 m，傾向控制寬約 900 m(沿走向和傾向均延伸出礦區(qū))。礦區(qū)a、b礦層均穩(wěn)定存在。a礦層厚1.47～25.18 m，平均厚 12.03 m，b礦層厚11.53～23.91 m，平均厚 17.02 m。a+b礦層厚19.83～44.15 m，平均厚 29.05 m。

3.3 礦層特征

a礦層，賦存于洋水組第二段(Pt33y2)下部，礦體呈層狀穩(wěn)定產(chǎn)出。礦體走向20～45°，平均26°，走向控制長約 2060 m；傾向290～315°，平均296°，傾向控制寬約 900 m；傾角15～30°，平均21°。傾角由淺向深部緩慢變陡。礦層厚1.47～25.18 m，平均厚 12.03 m，厚度變化系數(shù)59.9%，P2O5含量21.83～30.78%，平均27.52%，品位變化系數(shù)6.6%。

a礦層厚度具有明顯的變化規(guī)律(表2、圖3)，即沿走向上是由南向北由薄變厚，橫向上厚度比較穩(wěn)定。礦層品位厚度方向上，由上向下隨泥質(zhì)含量的增加，P2O5含量有規(guī)律的由高到低。礦層底部多漸變過渡為含磷白云巖；礦層內(nèi)無夾石。

表2 a礦層沿走向厚度及平均品位統(tǒng)計(jì)表

圖3 24號勘探線礦層柱狀對比圖

b礦層賦存于洋水組第二段(Pt33y2)上部，礦體呈層狀穩(wěn)定產(chǎn)出。礦體走向20～45°，平均26°，走向控制長約 2060 m；傾向290～315°，平均296°，傾向控制寬約 900 m。傾角15～30°，平均21°，傾角由淺向深部緩慢變陡。礦層厚11.53～23.91 m，平均厚 17.02 m，厚度變化系數(shù)17.7%，P2O5含量18.62～32.58%，平均27.29%，品位變化系數(shù)9.6%。

b礦層厚度和品位在總體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，具有明顯的規(guī)律性變化：沿走向上是中部薄，向北和南變厚(表3、圖3)，隨礦層變厚，P2O5含量變低；沿礦層厚度方向上，上部較下部P2O5含量高。礦層頂隨磷質(zhì)含量減少，與頂板呈漸變過渡；底界面平直、清楚易辯。

表3 b礦層沿走向厚度及平均品位統(tǒng)計(jì)表

4 礦石特征

4.1 礦物組成與結(jié)構(gòu)構(gòu)造

本文系統(tǒng)收集了榜上磷礦勘探工作采集的25件礦石薄片樣進(jìn)行鑒定，詳細(xì)研究了礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，測定了礦石礦物種類、含量，礦石特征詳述如下。

4.1.1 礦物組成

礦石礦物成分單一，均屬碳氟磷灰石類質(zhì)同象系列，主要為非晶質(zhì)膠磷礦。磷塊巖中脈石礦物分為自生礦物和外屑礦物兩類。b礦層，自生脈石礦物主要以白云石為主，次為水云母粘土礦物、石英、黃鐵礦、炭質(zhì)等。a礦層，自生脈石礦物主要以白云石、水云母粘土為主，次為石英、黃鐵礦等。礦石中的礦物共生組合可分六類：b礦層磷塊巖礦物共生組合，碳氟磷灰石-白云石組合(上部)；碳氟磷灰石-單磷酸鹽組合(中下部)；碳氟磷灰石-自生石英、玉髓-炭泥質(zhì)組合(底部)。a礦層磷塊巖礦物共生組合，碳氟磷灰石-碎屑石英-白云石-水云母組合(上部)；碳氟磷灰石-碎屑石英-水云母組合(下部)；碳氟磷灰石-白云石組合(底部)。

4.1.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)礦石結(jié)構(gòu)主要有膠狀結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖4)。 b礦層，主要有膠狀結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。a礦層，主要有砂屑結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。

(a)砂屑結(jié)構(gòu) (b)膠狀結(jié)構(gòu) (c)砂屑結(jié)構(gòu) (d)泥質(zhì)結(jié)構(gòu)(ZK2401-b2，b礦層) (ZK2601-b2，b礦層) (ZK2406-b5，a礦層) (ZK2406-b4，b礦層)注：Clh為膠磷礦，Ap為磷灰石，Dol為白云石，Py為黃鐵礦，Clay為粘土；透射光(+)10×5圖4 礦石結(jié)構(gòu)特征

b礦層，主要有條帶狀構(gòu)造、致密塊狀構(gòu)造、薄層狀構(gòu)造，局部偶見團(tuán)塊狀構(gòu)造。a礦層，主要有薄層狀構(gòu)造、致密塊狀構(gòu)造。

4.2 化學(xué)成分

4.2.1 礦石化學(xué)組分

a礦層和b礦層P2O5含量相對穩(wěn)定，屬均勻—極均勻礦床，多屬II級品礦石，少量I級礦石。在組分上有一定差異，其中Al2O3、Fe2O3、酸不溶物及SiO2含量a礦層高于b礦層；CaO、MgO、CO2含量b礦層高于a礦層。礦石中主要組分含量如(表4)所示。

表4 礦石主要化學(xué)組分統(tǒng)計(jì)表

4.2.2 P2O5含量及其變化規(guī)律

沿礦層走向方向，b礦層P2O5含量由北向南隨礦層厚度增加而略有降低；a礦層P2O5含量無明顯規(guī)律變化。沿礦層垂向方面，P2O5含量變化視不同礦石自然類型而異。a礦層由底至頂，隨粘土、粉砂含量變少，P2O5含量隨之增高。b礦層中P2O5含量均較高，以中部致密塊狀磷塊巖含量最高，上部條帶狀磷塊巖次之。

枸溶性P2O5含量變化：因礦石類型而異，與礦石品級成正比。以a礦層較高，極值3.68～5.47%，均值5.50%。b礦層極值2.75～5.72%，均值4.79%；b礦層枸溶性P2O5平均為該層全部P2O5含量的17%；a礦層枸溶性P2O5平均為該層全部P2O5含量的20%。

4.2.3 礦石中主要雜質(zhì)組分含量及變化特征

礦石組合分析結(jié)果顯示，磷塊巖中與磷酸鹽礦物有關(guān)的P2O5、CaO、CO2、F四項(xiàng)含量總平均達(dá)80%左右，主要雜質(zhì)組分MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四項(xiàng)平均18%左右。不同自然類型的礦石，因礦物的共生組合不同而異(表5)，變化特征如下：

表5 各礦石類型主要組分計(jì)算結(jié)果表

b礦層中以CaO、CO2、MgO高，其含量較穩(wěn)定；以SiO2、CO2低為特點(diǎn)。P2O5與Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、CO2、SiO2密切相關(guān)(圖5-2)。P2O5與MgO呈負(fù)相關(guān)，這是由于b礦層的脈石礦物多為白云石(MgO與白云石含量有關(guān))，隨白云質(zhì)條帶增多由富變貧；與CaO呈正相關(guān)關(guān)系，說明其主要是磷酸鹽礦物的組分，其次是白云石的組分。與酸不溶物相關(guān)性不明顯，與CO2、SiO2之組分無明顯相關(guān)性，主要是因粘土、石英、玉髓礦物含量分布不均所致。

a礦層中以CaO、SiO2、CO2高，其含量較穩(wěn)定。P2O5與MgO相關(guān)性不大，這是由于a礦層的脈石礦物以粘土礦物、白云石和石英等為主，白云石含量較少且分布不均；與CaO呈正相關(guān)關(guān)系，說明其主要是磷酸鹽礦物的組分。與酸不溶物、SiO2呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，主要是a礦層P2O5含量受粘土、石英、玉髓礦物含量變化所致，即隨酸不溶物和SiO2含量增加而降低。

綜上所述，b礦層的礦石是高鎂、低硅氧化物的特點(diǎn)；a礦層是以硅氧化物高、低鎂為特點(diǎn)。

4.3 礦石類型和品級

4.3.1 礦石自然類型

根據(jù)礦層產(chǎn)出層位、礦石的顏色，物質(zhì)成分、礦物組合，結(jié)構(gòu)構(gòu)造等，將區(qū)內(nèi)磷塊巖分為四個自然類型，主要為條帶狀白云質(zhì)磷塊巖、致密塊狀白云質(zhì)磷塊巖、薄層狀含炭泥質(zhì)磷塊巖、薄層狀含砂泥質(zhì)磷塊巖。

b礦層礦石自然類型有致密塊狀白云質(zhì)磷塊巖、條帶狀白云質(zhì)磷塊巖、薄層狀含炭泥質(zhì)磷塊巖。a礦層礦石自然類型有薄層狀含砂泥質(zhì)磷塊巖、致密塊狀白云質(zhì)磷塊巖。

4.3.2 礦石工業(yè)類型

根據(jù)樣品分析結(jié)果，結(jié)合磷礦石工業(yè)類型劃分及參考標(biāo)準(zhǔn)，其類型劃分見表6。b礦層礦石工業(yè)類型的劃分，其底部薄層狀含炭泥質(zhì)磷塊巖為混合型磷礦石，按礦層綜合評價(jià)，屬碳酸鹽型磷礦石。a礦層礦石類型屬混合型磷礦石。

表6 礦石工業(yè)類型劃分一覽表

5 沉積環(huán)境探討

貴州省磷礦主要為海相沉積磷塊巖，成礦時代為早震旦世陡山沱期或早寒武世梅樹村期，磷礦的形成受古環(huán)境、古氣候、古構(gòu)造及古地理等因素制約。其中甕安-福泉地區(qū)磷礦主要賦存于震旦系陡山沱地層中，底板為南華系上統(tǒng)南沱組、頂板為寒武系燈影組。已有研究顯示，黔中地區(qū)古地理格局和陡山沱沉積期間頻繁的海平面變化是控制淋濾風(fēng)化型磷礦分布的主要原因[4]。

磷塊巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造是反應(yīng)礦床沉積環(huán)境的重要標(biāo)志，可指示礦床成因[5]。福泉市榜上磷礦區(qū)磷塊巖礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造以膠狀結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)、粒屑結(jié)構(gòu)等為主，構(gòu)造以團(tuán)塊狀、條帶狀、層狀等為主，間接反應(yīng)沉積時水動力較強(qiáng)。

陡山沱早期，區(qū)內(nèi)處于平緩、高能的海灘沉積環(huán)境，礦石內(nèi)高磨圓度、極好分選性的砂礫屑，即為海水、洋流長期沖刷的結(jié)果，亦表明區(qū)內(nèi)處于淺海、水動力較強(qiáng)的沉積環(huán)境中。陡山沱晚期，海水入侵范圍進(jìn)一步加大，水體環(huán)境相對較深，水動力相對較弱。礦石中的膠狀結(jié)構(gòu)、水平層理即為相對深海、相對低能的產(chǎn)物。從磨圓度相對較差、分選性一般的膠磷礦的亦反映出當(dāng)時低能的沉積環(huán)境?？傊裆狭椎V形成于陡山沱期沉積環(huán)境由淺至深、水動力條件由強(qiáng)至弱的沉積環(huán)境。

6 結(jié)論

福泉市榜上磷礦由a、b層礦組成，其礦體主要賦存于洋水組(Pt33y)，礦體呈層狀穩(wěn)定產(chǎn)出。其分別均厚 12.03 m、17.02 m，P2O5平均含量分別為27.52%、27.29%，礦層相對較穩(wěn)定。 礦石礦物以膠磷礦、團(tuán)塊狀磷塊巖、砂屑狀磷塊巖等組成，脈石礦物以白云石、石英、玉髓等組成。 礦石結(jié)構(gòu)有凝膠(膠狀)結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)、礫屑(粒屑)結(jié)構(gòu)三種；礦石構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、層紋狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造及團(tuán)塊狀構(gòu)造，主要以團(tuán)塊狀構(gòu)造最發(fā)育。 礦石中P2O5和MgO、CaO、A·I、SiO2具有一定的線性相關(guān)關(guān)系。 榜上磷礦主要形成于陡山沱期沉積環(huán)境由淺至深、水動力條件由強(qiáng)至弱的沉積環(huán)境。