織金縣新華磷礦區(qū)大戛礦段地質(zhì)特征及成因淺析

姚澤鈺,陳志友,劉福坤

(西南能礦建設(shè)工程有限公司,貴州 貴陽 550004)

0 引言

貴州省織金縣新華磷礦區(qū)(含重稀土磷塊巖)是貴州省三大磷礦區(qū)之一,大戛礦段(以下簡稱“礦區(qū)”)處于新華磷礦區(qū)北東段。

針對新華磷礦區(qū),各地勘企事業(yè)單位已開展了不同程度的勘查工作,不少學(xué)者已對其磷礦成礦地質(zhì)條件及成因做了一定的研究。如楊捷等[1]對織金縣新華含稀土磷礦礦床地質(zhì)特征及成因進(jìn)行了探討。游家貴等[2]對新華磷礦果化礦段控礦及富集因素進(jìn)行了探討。張朝舉[3]對貴州織金地區(qū)磷礦成礦規(guī)律與成礦進(jìn)行了預(yù)測。陳川等[4]對大戛礦段礦床特征及成礦進(jìn)行了分析。為進(jìn)一步查明大戛礦段礦體地質(zhì)特征、礦石質(zhì)量及資源儲(chǔ)量,西南能礦建設(shè)工程有限公司對礦區(qū)開展了詳查地質(zhì)工作,對該礦床地質(zhì)特征及礦床成因進(jìn)行分析討論。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造位置

礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于“黔中隆起”西南端,屬揚(yáng)子地層區(qū)。褶皺和斷層在區(qū)域上整體較為發(fā)育,由北西至南東發(fā)育嶺崗向斜、馬坎背斜、興榮向斜、果化-戈仲伍背斜、新華向斜、鄔元壩背斜、小貓廠向斜、鐵廠壩背斜、馬頭向斜等[5]雁行式褶皺。斷裂構(gòu)造以北東向斷層最為發(fā)育且規(guī)模最大,局部地段在北東向斷層上派生出次級的北西向斷層。區(qū)域地層由新至老依次出露有第四系、三疊系、二疊系、石炭系、寒武系及震旦系。

1.2 成礦地質(zhì)條件

貴州早中梅樹村期,雖原碳酸鹽臺地被淹沒,但由于先期環(huán)境的繼承性,多數(shù)仍為淺水。生物碎屑灘區(qū)以潮汐沉積作用為主,灘后瀉湖海水相對較深,其變化呈逐漸過渡,即由弱動(dòng)蕩漸次轉(zhuǎn)變?yōu)槠届o的淺水瀉湖環(huán)境[6]。梅樹村晚期,貴州全境雖因海平面進(jìn)一步上升,使海水快速加深,但仍為半深海,為懸浮降落沉積和滯留沉積提供了較為理想的環(huán)境,果化-戈仲伍背斜一帶,瀕臨淹沒臺地邊緣,又有淺灘存在,其南東側(cè)的緩坡-陸坡地帶覆水又相對較深,這就構(gòu)成了大量磷質(zhì)被帶到淺灘區(qū)沉積的有利條件。在生物化學(xué)和機(jī)械篩選富集的雙重作用下,形成該期較為典型的磷質(zhì)生物碎屑淺灘沉積環(huán)境。

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)位于織金縣城東部,直線距離約5.5 km,交通整體較為便利。通過系統(tǒng)的勘查手段,礦區(qū)已查明磷礦石資源量16627.24萬噸,礦體P2O5平均品位20.38%。

2.1 地層

通過對礦區(qū)已施工的65個(gè)鉆孔統(tǒng)計(jì),區(qū)內(nèi)揭露地層有南華系上統(tǒng)南沱組,震旦系下統(tǒng)陡山沱組,震旦系上統(tǒng)至寒武系紐芬蘭統(tǒng)燈影組,寒武系紐芬蘭統(tǒng)戈仲伍組,寒武系第二統(tǒng)牛蹄塘組、明心寺組,石炭系下統(tǒng)九架爐組、擺佐組,二疊系陽新統(tǒng)梁山組、棲霞組、茅口組,二疊系樂平統(tǒng)龍?zhí)督M。其中,戈仲伍組為含磷巖系主要賦存層位。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于果化-戈仲伍背斜北西翼的北東端,地層整體傾向北西,平均約328°,平均傾角約9°,為一單斜構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育,規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造主要為北東向與近東西向兩組,均為走向正斷層,對磷礦體有較大的破壞作用。其他斷裂構(gòu)造多為派生斷層,規(guī)模及斷距較小,對磷礦體的破壞作用亦較小。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 含磷巖系

礦區(qū)含磷巖系為寒武系紐芬蘭統(tǒng)戈仲伍組。區(qū)內(nèi)僅在北東部大沖口一帶沖溝兩側(cè)出露地表,出露長約600 m。含磷巖系厚7.01～28.96 m,平均16.89 m,按巖性可分為三段(表1)。

表1 礦區(qū)含磷巖系特征表

3.2 礦體特征

礦區(qū)戈仲伍組含磷巖系共產(chǎn)出磷礦體2層,分別位于含磷巖系上部和下部,在空間上為上下關(guān)系(圖1)。上、下礦體延展規(guī)?；疽恢?在走向延伸長約6.28 km,傾向延伸約2.14 km。厚度穩(wěn)定,主要有用組分(P2O5)較均勻(表2)。上下礦體整體呈單斜構(gòu)造,沿走向、傾向均有起伏較小的次級小褶曲,產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致,走向30°～70°,傾向北西,傾角6°～16°。

圖1 含磷巖系沿走向柱狀對比圖

表2 礦體特征統(tǒng)計(jì)表

3.3 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

3.3.1 礦石結(jié)構(gòu)

礦區(qū)內(nèi)磷礦石結(jié)構(gòu)多以砂屑細(xì)晶結(jié)構(gòu)(圖2(a))為主,其次為含砂屑不等晶結(jié)構(gòu)(圖2(b))。見少量生物碎屑結(jié)構(gòu)及角礫狀結(jié)構(gòu)。據(jù)圖2巖礦鑒定結(jié)果可知,礦石兩種主要結(jié)構(gòu)基本上都是由晶粒白云石基底、內(nèi)碎屑和陸源碎屑三部分構(gòu)成。兩則結(jié)構(gòu)不同主要體現(xiàn)在內(nèi)碎屑含量及粒度大小的區(qū)分。內(nèi)碎屑及陸源碎屑在鏡下觀察,均表現(xiàn)為磨圓度及分選性較好,呈次圓狀、圓狀。

圖2 礦石構(gòu)造(引自貴州省織金縣新華磷礦大戛礦段磷礦及稀土礦詳查報(bào)告)

3.3.2 礦石構(gòu)造

根據(jù)鉆孔巖心樣觀察(圖3),礦區(qū)礦石構(gòu)造以層紋(條紋)狀構(gòu)造(圖3(a))為主,其次為條帶狀構(gòu)造(圖3(b))和致密塊狀構(gòu)造(圖3(c))。

圖3 礦石構(gòu)造(引自貴州省織金縣新華磷礦大戛礦段磷礦及稀土礦詳查報(bào)告)

3.4 礦物成分

根據(jù)巖礦鑒定成果,礦區(qū)礦石礦物成分為單一的碳氟磷灰石。根據(jù)其結(jié)晶形態(tài)的不同,可分為光性非晶質(zhì)膠磷礦和晶質(zhì)磷灰石兩種,其中光性非晶質(zhì)膠磷礦為主要礦石礦物。脈石礦物主要為白云石、方解石、石英、玉髓及粘土礦物等,各脈石礦物含量會(huì)隨礦石類型的不同而發(fā)生一定程度的變化。其他礦物則見黃鐵礦、褐鐵礦及有機(jī)質(zhì)。

3.5 化學(xué)組分

磷塊巖礦石化學(xué)成分主要為P2O5、CaO、CO2、MgO、酸不溶物(A·I)、SiO2,枸溶性P2O5、Al2O3、Fe2O3等組分含量稍低。有益組分主要是P2O5,其次為枸溶性P2O5、伴生的F、I元素及稀土(RE2O3、Y2O3);有害組分主要有MgO、SiO2、倍半氧化物(Al2O3、Fe2O3)、CaO和CO2(表3)。

表3 大坪磷礦磷礦體化學(xué)組分表

根據(jù)基本分析結(jié)果,對酸不溶物(A·I)、稀土總量(RE2O3)與P2O5含量進(jìn)行對比研究,基本查明其相關(guān)性(圖4)。酸不溶物與P2O5含量基本為負(fù)相關(guān)性,一般情況下,P2O5含量升高則酸不溶物含量降低。稀土總量RE2O3與P2O5含量總體為正相關(guān)性,一般情況下,P2O5含量升高則稀土總量RE2O3的含量也增加,在P2O5含量為5%～10%,而稀土總量RE2O3含量為0.05%～0.15%這個(gè)范圍內(nèi)較為明顯。

圖4 A·I、RE2O3與P2O5含量關(guān)系圖

利用全分析、組合分析結(jié)果進(jìn)行對比研究,基本查明主要組分與P2O5含量的相關(guān)性(圖5)。CaO與P2O5含量基本為正相關(guān)性,一般情況下,P2O5含量升高則CaO含量也增加,MgO與P2O5含量基本為負(fù)相關(guān)性,一般情況下,P2O5含量升高則MgO含量降低。

圖5 CaO、MgO與P2O5含量關(guān)系圖

枸溶性P2O5、F與P2O5含量基本為正相關(guān)性,一般情況下,P2O5含量升高則枸溶性P2O5、F含量也增加,I與P2O5含量基本為負(fù)相關(guān)性,一般情況下,P2O5含量升高則I含量降低(圖6)。

圖6 枸溶性P2O5、F、I與P2O5含量關(guān)系示意圖

4 礦床成因探討

4.1 磷質(zhì)來源

研究表明,施春華等[6]通過對織金磷礦床樣品的Nd二階段模式年齡值進(jìn)行計(jì)算,該值明顯低于中國海水周圍陸殼的平均年齡值,此反映在織金戈仲伍梅樹村期磷塊巖沉積物源區(qū)加入了大量新的幔源物質(zhì),梅樹村期大規(guī)模磷質(zhì)成礦的初始物質(zhì)主要來源于地幔。胡秋等[7]進(jìn)一步研究分析,認(rèn)為攜帶磷質(zhì)的陸源碎屑主要以河水形式或含磷陸源碎屑風(fēng)化形式輸入海洋,增加海水中的磷質(zhì)含量,并在深部不斷聚集。隨著海侵推進(jìn),上升洋流攜帶深部富磷海水進(jìn)入淺海透光層,氣候轉(zhuǎn)暖及海洋氧含量增加使得大洋淺部殼類、藻類生物繁盛,生命活動(dòng)進(jìn)一步利用并聚集磷質(zhì),使磷酸鹽含量急劇提升,最終沉積磷酸鹽礦物,形成磷塊巖。

4.2 成因分析

礦區(qū)礦石結(jié)構(gòu)以磷質(zhì)內(nèi)砂屑結(jié)構(gòu)為主,顆粒大小均一,分選性良好,說明沉積盆地中水動(dòng)力較強(qiáng)。礦體下部,條帶構(gòu)造十分發(fā)育,富磷與貧磷條帶相間,說明在臺地淺水高能-中低能變化的環(huán)境中形成。生物碎屑以小殼動(dòng)物碎片為主,也表明沉積環(huán)境為淺水,水動(dòng)力條件較強(qiáng);在磷塊巖形成伴隨沉積物沉積時(shí),生物活體和死亡殘骸可能會(huì)吸收及攝取富磷物質(zhì),同時(shí)為富磷物質(zhì)沉積提供有利環(huán)境,生命活動(dòng)對磷塊巖富集有一定作用。磷塊巖在機(jī)械破碎搬運(yùn)和生物化學(xué)成磷作用下富集。

4.3 成礦控制因素

巖相古地理?xiàng)l件:礦區(qū)磷塊巖產(chǎn)于寒武系紐芬蘭統(tǒng)梅樹村期,位于臺緣相淺灘邊緣。根據(jù)含磷巖系巖性組合特征,含磷巖系早期為多期次沉積旋回,中期總體為下降期,后期為抬升期,并伴有多期次沉積旋回。磷礦體厚度受古地貌的控制,當(dāng)古地貌隆起時(shí),沉積的含磷層厚度小,磷塊巖P2O5含量相對較低,當(dāng)古地貌凹陷時(shí),沉積的含磷層厚度大,磷塊巖P2O5含量相對較富[8]。

地層巖性條件:磷礦形成與含磷巖系的沉積演化密切相關(guān),戈仲伍組是新華磷礦區(qū)含磷巖系的成磷富集階段,為一套磷質(zhì)白云巖組合特征。含磷地層的旋回性明顯,構(gòu)成下部為細(xì)粒砂屑白云質(zhì)磷塊巖-含磷細(xì)晶白云巖-含磷白云巖與白云質(zhì)磷塊巖互層的旋回。

古構(gòu)造條件:古地理的形成和演化嚴(yán)格受古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制,也影響了織金地區(qū)碳酸鹽淺水臺地構(gòu)造環(huán)境,控制了織金地區(qū)磷礦床的分布。織金地區(qū)在梅樹村期地層處于隆起抬升期,形成了碳酸鹽淺海臺地構(gòu)造環(huán)境,沉積了一套以磷質(zhì)白云巖為主的巖石組合[9]。礦區(qū)在構(gòu)造上處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺織金穹盆構(gòu)造變形區(qū),隨揚(yáng)子準(zhǔn)地臺經(jīng)歷多旋回的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),從而為新華磷礦區(qū)造就了良好的成礦環(huán)境。

4.4 成因特征

根據(jù)磷塊巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,礦區(qū)沉積磷塊巖是多因素、多階段形成的復(fù)雜過程的產(chǎn)物。磷塊巖的成礦過程大致經(jīng)歷三大階段,即磷質(zhì)吸取階段、富集階段和物理富集階段[10]。

磷質(zhì)吸取階段:一是陸源吸取和生物富集,由河水和含磷陸源碎屑物帶入海洋,使海洋中的磷含量大幅度增加;二是海洋中的大量藻、小殼動(dòng)物等生物磷酸鹽化,礦化的生物即能大量保存也使磷質(zhì)富集;三是富含有機(jī)組分及P2O5的海底洋流上升進(jìn)入淺水區(qū)。

富集階段:磷酸鹽沉淀或其交代作用,形成貧的磷礦體或礦源層。

物理富集階段:磷塊巖主要由不同形態(tài)、不同結(jié)晶程度的碳氟磷灰石內(nèi)碎屑組成[11],表明磷塊巖是通過沉積、沖刷、機(jī)械搬運(yùn)、再沉積等物理富集的產(chǎn)物。

4.5 找礦遠(yuǎn)景

通過系統(tǒng)總結(jié)大戛礦床地質(zhì)特征,上、下礦體整體較為穩(wěn)定。礦區(qū)范圍內(nèi)北西面及南東面空白區(qū)雖工程控制程度較低,但工程見礦率較高,有較大找礦潛力,在后續(xù)的資源開發(fā)利用中,可進(jìn)一步工程控制,提高礦區(qū)資源量。二是礦體整體傾向北西,礦體穩(wěn)定程度較高,且北西面深部稀疏鉆孔見礦率較高,推測礦體北西面深部外圍亦有一定延伸,具有找到與本區(qū)類似的磷礦床的潛力。

5 結(jié)論

通過系統(tǒng)開展勘查工作,織金縣新華磷礦區(qū)大戛礦段共探獲資源量16627.24萬噸,為大型磷礦床。查明礦區(qū)礦體具有延展規(guī)模大、礦體連續(xù)且穩(wěn)定等地質(zhì)特征,初步認(rèn)為礦區(qū)南東面空白區(qū)、北西面空白區(qū)及北西面外圍深部亦有較大的找礦潛力。綜合分析了大戛礦段礦床成因,認(rèn)為其礦床屬于早寒武系梅樹村期形成的海相沉積型磷塊巖礦床。