遼西勿蘭烏蘇磷礦床地質(zhì)特征及控礦因素

武 悅，郭 躍，韓 東，羅銀花，蔣永臻，陳志斌，常 影，張 一

1. 遼寧省地質(zhì)勘探礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110032；2. 遼寧省物測(cè)勘查院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110031；3. 遼寧有色勘察研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110013；4. 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110032；5. 中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110004；6. 沈陽(yáng)佳源土地規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110031；7. 遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110033

0 引言

磷礦是我國(guó)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，在地域分布上呈現(xiàn)“南多北少”的特點(diǎn)［1-5］. 遼寧省磷礦主要分布在朝陽(yáng)、阜新、遼陽(yáng)地區(qū)［6-7］. 勿蘭烏蘇磷礦位于遼寧省建平縣深井鎮(zhèn)勿蘭烏蘇村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)119°42′40″，北緯41°36′50″，是遼寧省西部重要磷礦床之一，累計(jì)查明磷礦資源儲(chǔ)量達(dá)到大型規(guī)模，同時(shí)伴生有益組分（磁鐵礦），具有礦產(chǎn)資源綜合回收利用價(jià)值高的特點(diǎn)［8-10］.該礦床屬于變質(zhì)型磷灰石礦床［11-14］. 本文重點(diǎn)對(duì)遼西勿蘭烏蘇磷礦的地質(zhì)特征和控制因素進(jìn)行闡釋?zhuān)云趯?duì)周邊磷礦地質(zhì)勘查工作提供借鑒參考.

1 地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)

勿蘭烏蘇磷礦大地構(gòu)造處于華北陸塊東段，發(fā)育新太古界小塔子溝巖組變質(zhì)巖系［15］，是磷礦主要賦礦巖系.

1.2 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.2.1 地層

礦區(qū)出露地層較簡(jiǎn)單（見(jiàn)圖1），從老到新特征如下.

（1）新太古界小塔子溝巖組（Ar3x）：巖石類(lèi)型為黑云斜長(zhǎng)變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、磁鐵石英巖等. 區(qū)內(nèi)可進(jìn)一步劃分為上部（Ar3x1）片麻巖類(lèi)，巖性主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖，片麻狀構(gòu)造明顯，普遍含有輝石及紫蘇輝石等副礦物. 下部（Ar3x2）以含磷灰石斑雜狀變質(zhì)巖夾磁鐵石英巖為主，含磷磁鐵建造普遍發(fā)育，為磷礦的賦礦層位. 下部巖性在勿蘭烏蘇出露的規(guī)模較大，平面上呈梨狀，面積約35 km2. 下部巖性與上部巖性接觸界線明顯.

（2）白堊系下統(tǒng)張家口組（K1z）：小面積出露于礦區(qū)北部，巖石地層單位以陸相火山巖為主，夾少量河湖相沉積巖. 巖性組合為厚層狀礫巖夾流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r，偶見(jiàn)薄層泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖. 張家口組火山巖是燕山褶皺-逆沖推覆帶晚中生代火山活動(dòng)的重要組成部分. 張家口組與下覆新太古界小塔子溝巖組呈角度不整合接觸.

（3）第四系（Q）：主要為更新統(tǒng)馬蘭組和全新統(tǒng)大凌河組，巖性主要為灰黃色黃土、黏土、沖積砂礫石.

1.2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造不發(fā)育. 以F1 斷層為界，分為北部和南部. 北部構(gòu)造線呈北北東向，南部構(gòu)造線呈近東西向. F1 斷層對(duì)礦體連續(xù)性呈破壞關(guān)系.

F1 斷層為礦區(qū)最大一條斷層，呈近東西走向，橫穿礦區(qū)中部，傾向北，傾角40～65°，破碎帶寬3～15 m，為一條正斷層. 斷層南北的礦體走向、巖脈走向、構(gòu)造線方向均有明顯不同. 礦區(qū)北部構(gòu)造帶：褶皺、斷裂均不發(fā)育，巖層多為北北東向延展. 斷裂構(gòu)造較小，規(guī)模亦小，呈北北東向，傾向北西或南東. 礦區(qū)南部構(gòu)造帶：礦體和主要構(gòu)造線呈近東西向，局部地層受構(gòu)造影響發(fā)生扭轉(zhuǎn). 斷裂構(gòu)造體系呈北西向. 局部巖層扭轉(zhuǎn)較大，多呈北東向. 長(zhǎng)英質(zhì)脈、石英脈、斜長(zhǎng)角閃巖等受構(gòu)造控制呈東西向或北西向.

1.2.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿巖主要為早三疊世二長(zhǎng)花崗巖（γT1），小面積出露于礦區(qū)東南部，呈不規(guī)則條帶狀產(chǎn)出. 巖石呈淺肉紅色，半自形粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英，其次見(jiàn)有少量的黑云母.礦區(qū)局部見(jiàn)花崗斑巖、正長(zhǎng)斑巖、偉晶巖等巖脈.

1.2.4 變質(zhì)巖

礦區(qū)變質(zhì)巖發(fā)育，大面積出露新太古界小塔子溝巖組（Ar3x），由高級(jí)變質(zhì)表殼殘留體和變質(zhì)深成巖組成. 變質(zhì)深成巖為礦區(qū)的高級(jí)變質(zhì)巖，構(gòu)成區(qū)內(nèi)最古老的結(jié)晶基底. 變質(zhì)程度為中-高級(jí)區(qū)域變質(zhì)，變質(zhì)程度為角閃巖相至麻粒巖相. 小塔子溝巖組的原巖為一套夾硅鐵質(zhì)的基性火山巖-火山沉積巖建造，在2.5 Ga左右遭受變形變質(zhì)作用改造，原巖形成的環(huán)境為火山島弧環(huán)境［15］.

2 礦體地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

礦區(qū)磷礦體均賦存于新太古界小塔子溝巖組下部含磷灰石斑雜狀變質(zhì)巖，共圈定磷礦體8 條（圖1），磷礦體集中分布在斑雜狀變質(zhì)巖中部. 野外主要通過(guò)鉬酸銨法判斷磷礦體出露位置. 即：在野外先將巖石表面用酸浸后，滴上鉬酸銨溶液，含磷巖石呈現(xiàn)黃色磷鉬酸沉淀［12，16］. 此外，野外結(jié)合暗色組分含量可以判斷磷礦體大致位置.

斷裂構(gòu)造（F1）以南產(chǎn)出3 條磷礦體（Ⅰ—Ⅲ號(hào)），礦體走向近東西，傾向南東. 斷裂以北產(chǎn)出5 條磷礦體（Ⅳ號(hào)—Ⅷ號(hào)），除Ⅵ號(hào)礦體呈北西走向，傾向南西以外，其余礦體均為北東向或北北東向，傾向南東.

磷礦體總體呈似層狀、透鏡狀和不規(guī)則狀（圖2）.礦體地表出露長(zhǎng)度166 ～912 m，真厚度26.14 ～107.89 m，埋深一般從地表至地下130 m，深部延續(xù)性好，品位均勻，有用組分P2O5含量為2.87%～3.83%，最高達(dá)8%左右. 有益組分TFe 含量為11.11%～14.40%，為超貧鐵礦，詳見(jiàn)表1.

表1 勿蘭烏蘇磷礦床礦體特征表Table 1 Orebody characteristics of Wulanwusu phosphate deposit

2.2 礦石特征

2.2.1 礦石自然類(lèi)型

依據(jù)礦石的礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，磷礦石可分為5 種自然類(lèi)型.

（1）鈦磁鐵磷灰石礦：風(fēng)化面黑褐色，新鮮面深灰黑色、黑綠色，致密塊狀構(gòu)造，偶見(jiàn)斜長(zhǎng)流斑構(gòu)造，中細(xì)粒結(jié)構(gòu). 主要礦物含量，角閃石40%，鈦磁鐵礦20%～50%，磷灰石10%～20%，黑云母10%～15%，斜長(zhǎng)石0～20%. 有用組分P2O5含量4%～8%.

（2）斜長(zhǎng)變斑鈦磁鐵磷灰石礦：灰黑色、深灰色，斑雜狀構(gòu)造，中粗粒結(jié)構(gòu). 主要礦物含量，角閃巖25%～30%，鈦磁鐵礦15%～20%，斜長(zhǎng)石含量較鈦磁鐵磷灰石礦增多，占20%～40%，磷灰石6%～10%，黑云母10%～15%. 有用組分P2O5含量3%～4%.

（3）含磁鐵磷灰石黑云斜長(zhǎng)斑雜狀變質(zhì)巖：灰色，斑雜狀構(gòu)造發(fā)育，粗粒結(jié)構(gòu). 主要礦物含量，斜長(zhǎng)石40～60%，其次為角閃石10%～15%，鈦磁鐵礦8%～15%，黑云母10%～20%. 有用組分P2O5含量2%～3%.

（4）變粒巖型鈦磁鐵磷灰石礦：灰黑色、灰綠色，塊狀構(gòu)造，局部呈片麻狀構(gòu)造，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，暗色組分含量大于50%. 黑云母30%～40%，斜長(zhǎng)石30%，角閃石0～10%，磷灰石6%～10%，鈦磁鐵礦1.0%～1.5%. 有用組分P2O5含量約3%.

（5）含磁鐵磷灰石黑云角閃斜長(zhǎng)變粒巖：巖性基本與變粒巖型鈦磁鐵磷灰石礦相同，暗色組分減少，斜長(zhǎng)石增多，鈦磁鐵礦、磷灰石減少. 磷灰石含量5%～6%，與變粒巖型鈦磁鐵磷灰石礦呈過(guò)渡類(lèi)型，暗色組分逐漸減少，逐漸過(guò)渡為黑云角閃斜長(zhǎng)變粒巖.

以上（1）—（3）類(lèi)為本區(qū)磷礦石的主要類(lèi)型，可歸為一類(lèi)，互為漸變過(guò)渡關(guān)系，暗色組分呈遞減趨勢(shì)，長(zhǎng)英質(zhì)組分逐漸增多，片麻狀構(gòu)造漸趨發(fā)育，巖性類(lèi)型整體向黑云斜長(zhǎng)片麻巖（圍巖）過(guò)渡.

2.2.2 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要為花崗變晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)及鑲嵌變晶結(jié)構(gòu)，其次為鱗片變晶結(jié)構(gòu)、隕鐵結(jié)構(gòu)、變余結(jié)構(gòu).礦石構(gòu)造主要為中粗粒塊狀構(gòu)造，中粗粒流斑狀-斑雜狀構(gòu)造，其次為細(xì)粒塊狀、片麻狀構(gòu)造.

2.2.3 礦石礦物組成

礦石礦物組合主要為：磷灰石+磁鐵礦+鈦磁鐵礦+角閃石+黑云母+斜長(zhǎng)石.

磷灰石：白色，玻璃光澤，性脆，呈豆?fàn)?、短柱狀均勻分布在礦石中，與暗色組分角閃石、磁鐵礦等密切共生. 斑雜狀構(gòu)造礦石中磷灰石自形程度較好，呈六方柱狀. 變粒巖中磷灰石呈粒狀他型晶. 磷灰石為最先結(jié)晶礦物，至晚期常被其他結(jié)晶礦物包裹、穿插、破壞，偶見(jiàn)包裹于角閃石或黑云母中磷灰石蝕變?yōu)榉谆沂?

磁鐵礦：黑色，金屬光澤，粒狀，具強(qiáng)磁性，呈不規(guī)則粒狀鑲嵌于暗色組分及磷灰石顆粒之間，形成海綿隕鐵結(jié)構(gòu). 部分呈八面體自形晶和浸染狀產(chǎn)出. 另有少量磁鐵礦，呈星點(diǎn)狀分布于角閃石節(jié)理結(jié)構(gòu).

鈦磁鐵礦：褐色，金屬至半金屬光澤，呈葉片晶型產(chǎn)于海綿隕鐵結(jié)構(gòu)，為磁鐵礦變種，片晶寬度0.04～0.5 mm，常見(jiàn)白鐵礦化.

角閃石：呈中粒自形晶，長(zhǎng)柱狀，屬多鎂少鐵普通角閃石，后期黑云母化、綠泥石化.

黑云母：屬鐵黑云母，呈片狀簇生，與磷灰石相伴生長(zhǎng). 與角閃石呈負(fù)相關(guān)，部分黑云母呈斑晶狀，半徑可達(dá)1 mm，其中含有磷灰石包粒.

斜長(zhǎng)石：為主要脈石礦物，灰白色，呈斑狀，分布均勻. 斑晶個(gè)體可達(dá)0.5～1 cm. 鏡下斜長(zhǎng)石多為碎裂化的顆粒狀集合體，其內(nèi)混雜較多的黑云母鱗片，顯示動(dòng)力變質(zhì)、重結(jié)晶特征. 部分在高品位礦石及斑雜狀礦石中出現(xiàn).

石英：礦石中石英含量少，鏡下見(jiàn)于暗色組分聚集處. 角閃石中含有石英細(xì)粒，為角閃石蝕變成為黑云母過(guò)程中的副產(chǎn)品.

其他少量礦物有黃銅礦、黃鐵礦. 次生蝕變礦物有白鈦礦、綠簾石、綠泥石等.

夾石主要為閃長(zhǎng)巖脈、長(zhǎng)英質(zhì)脈、斜長(zhǎng)角閃巖及含磷灰石基性巖. 夾石多呈條帶狀、扁豆?fàn)罴膀蝌綘?，與礦體傾向一致，寬3～12 m.

2.3 礦石化學(xué)組分

化學(xué)組分是磷礦研究的重要內(nèi)容，本次研究化學(xué)組分樣品共計(jì)6 件，其中礦石3 件，圍巖3 件. 各項(xiàng)化學(xué)組分測(cè)試結(jié)果質(zhì)量滿足《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試質(zhì)量管理規(guī)范》（DZ/T 0130—2006）要求.

通過(guò)表2 和圖3 分析可知：1）磷灰石含量與鐵錳鈦等暗色組分含量呈正相關(guān)，顯示磷的親鐵性，說(shuō)明其成因上的繼承性. 2）磷灰石與長(zhǎng)英質(zhì)礦物呈負(fù)相關(guān)關(guān)系. 長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量高的巖石，其原巖向中-酸性火山巖過(guò)渡. 根據(jù)磷灰石含量，礦石礦物組合可劃分為4種類(lèi)型：

表2 勿蘭烏蘇磷礦礦石及圍巖主要化學(xué)成分表Table 2 Main chemical compositions of ores and wall rocks in Wulanwusu phosphate deposit

圖3 P2O5 含量與鐵錳鈦組分和長(zhǎng)英質(zhì)組分含量關(guān)系圖Fig. 3 The diagram of P2O5 content vs. Fe-Mn-Ti and felsic components

（1）磷灰石+輝石+鈦磁鐵礦+角閃石（P2O5＞5%）.

（2）磷灰石+鈦磁鐵礦+角閃石+黑云母（P2O53%～5%）.

（3）磷灰石+鈦磁鐵礦+角閃石+黑云母+斜長(zhǎng)石（P2O52%～3%）.

（4）磷灰石+角閃石+黑云母+斜長(zhǎng)石+石英（P2O51%～2%）.

3 控礦因素

遼西勿蘭烏蘇磷礦床賦存于新太古界小塔子溝組含磷黑云斜長(zhǎng)斑雜狀變質(zhì)巖中. 礦體層控性明顯，受綠巖型含磷鐵建造巖石組合控制［17-18］. 由此認(rèn)為勿蘭烏蘇磷礦床是大陸邊緣構(gòu)造-巖漿作用、沉積-變質(zhì)作用的產(chǎn)物，后經(jīng)中—高級(jí)區(qū)域變質(zhì)作用使得磷灰石富集成礦. 控礦因素見(jiàn)表3.

表3 勿蘭烏蘇磷礦床控礦因素分析表Table 3 Ore-controlling factors of Wulanwusu phosphate deposit

礦床成礦模式見(jiàn)圖4. 成礦作業(yè)主要包括兩個(gè)階段：第一階段為新太古代火山噴發(fā)沉積階段，即太古宙大陸邊緣活動(dòng)帶或弧后盆地裂谷環(huán)境，火山噴發(fā)和沉積形成火山-沉積物質(zhì)（綠巖建造），成礦物質(zhì)P、Fe 等與綠巖建造一同沉積形成最初的礦源層［19-20］. 第二階段為區(qū)域變質(zhì)階段，即強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿熱液事件引起區(qū)域變質(zhì)作用，形成混合巖化黑云斜長(zhǎng)片麻巖等巖性組合，成礦物質(zhì)P、Fe 進(jìn)一步富集最終成礦.

圖4 勿蘭烏蘇磷礦床成礦模式圖Fig. 4 Metallogenic model of Wulanwusu phosphate deposit

找礦方向?yàn)樾绿糯畛勺冑|(zhì)巖中殘留綠巖型地質(zhì)體. 通過(guò)對(duì)遼寧區(qū)域地質(zhì)資料的研究整理，初步認(rèn)為，遼寧撫順-清原地區(qū)、建平-寶國(guó)老地區(qū)位于古老地核邊緣，區(qū)域發(fā)育相似斷裂和褶皺構(gòu)造，廣泛發(fā)育綠巖型含磷磁鐵建造及中—高級(jí)區(qū)域變質(zhì)作用，形成的黑云斜長(zhǎng)變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、磁鐵石英巖的含磷磁鐵巖相組合，具有良好的磷礦找礦前景［7］.

建議對(duì)磷礦遠(yuǎn)景區(qū)加強(qiáng)大比例尺地質(zhì)調(diào)查，利用Fe、P、Ti、Mn 等元素異常和磁異常，精確圈定綠巖型含磷磁鐵建造空間分布，以期精確圈定磷礦找礦靶區(qū).

4 結(jié)論

（1）遼西勿蘭烏蘇磷礦成因類(lèi)型為變質(zhì)型磷礦床.規(guī)模大、品位低，伴生有益組分（磁鐵礦），具有礦產(chǎn)資源綜合回收利用價(jià)值高的特點(diǎn).

（2）礦石礦物組合主要為：磷灰石+磁鐵礦+鈦磁鐵礦+角閃石+黑云母+斜長(zhǎng)石. 磷灰石含量與鐵鈦錳等暗色組分含量呈正相關(guān)，顯示磷的親鐵性.

（3）磷礦的主要控礦因素為綠巖型含磷磁鐵建造的新太古界小塔子溝組. 遼西地區(qū)新太古界黑云斜長(zhǎng)變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、磁鐵石英巖等含磷磁鐵建造地質(zhì)體出露區(qū)，具有良好的磷礦找礦前景.