黄 凯

(中化地质矿山总局贵州地质勘查院,贵州 贵阳 550003)

1 引言

生产磷肥及磷复肥的原料——磷矿石，是一种不可再生矿产资源，合理开发和利用磷矿资源以及推进磷矿资源可持续发展，将会对中国乃至世界农业生产、丰产及经济产生重要影响，具有战略意义。世界磷矿资源十分丰富，已知全世界35个国家和地区有磷矿资源分布，但具有工业开采和商业开发价值、经济意义较高的优质磷矿床80%以上集中在中国、摩洛哥(西撒哈拉)、南非、美国4个国家，分布极其不均。我国是磷资源大国，除西藏外均有磷矿发现，我国磷矿相对集中在云南、贵州、四川、湖北和湖南五省，且P2O5大于30%的富矿几乎全部集中于这五个省。具体地说，我国磷矿主要分布在以下八个区域：云南滇池地区、贵州开阳地区、瓮福地区、四川金河—清平地区、马边地区和湖北宜昌地区、胡集地区、保康地区。磷矿产品尤其是富磷矿山需求随着我国经济持续发展，一直保持着较为稳定的需求，旺盛的磷化工领域需求保证了磷矿产品销售市场的稳步发展。

贵州省是全国重要的磷矿石产地，矿石的开采必将对环境产生一定影响，因此，在矿床开采过程中按科学的方法规划开采，将尽最大可能减少对环境的污染破坏。开阳县冯三镇永兴磷矿矿山扩能后生产规模为10万t/年，区内磷矿保有资源储量183.29万t，矿山开拓方式为脉外斜坡道开拓，开采方法为房柱法。

2 矿区基本概况

开阳县冯三镇永兴磷矿矿区位于开阳县城北东450°方位14 km(直距)，中心点坐标107°04′03″，北纬27°09′09″，行政区划属开阳县所辖,面积1.3893 km2。本次主要工作量为钻探800.94 m/3孔，1∶2000地质填图2.2 km2。开阳县冯三镇永兴磷矿矿区范围位于翁昭背斜西翼北段，地貌为中山、低中山地貌，地质构造较发育，磷矿呈层状产于陡山沱组中上部，原始沉积极值厚度1.05～2.06 m，平均厚度1.54 m，矿石极值品位16.42%～35.06%，平均品位26.30%。工作区位于贵州省开阳县城北东13 km(直距)，贵阳市北70 km(直距)，隶属开阳县冯三镇所辖。

工作区有简易公路与开马(开阳至马场)县级公路相接，距川黔铁路久长站运距75 km。交通十分方便。工作区地理坐标极值坐标(1980西安坐标系)：东经107°03′40″～107°04′35″，北纬27°08′39″～27°09′38″，中心点坐标：东经107°04′03″，北纬27°09′09″。工作区内无河流，洛旺河从矿区外北东部流过，工作区地表水总体流向由西向东流过，通过地表溪沟，最终流入乌江，属乌江水系。工作区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱贵阳复杂构造变形区翁昭背斜西翼，按地质力学概念属新华夏体系第Ⅲ隆起带南西部第二级构造单元。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)地震基本烈度小于Ⅵ度，地震动峰值加速度0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s。区内采矿业发达，在工作区周边有数家磷矿开采，如双峰磷矿、双山坪磷矿等。永兴磷矿矿山采用斜坡道-平硐联合开拓方式，分段房柱法进行采矿，无轨拖拉机运输。

3 勘探工作

本次开展了地质填图、勘探线剖面测量、钻探施工、工程测量、采空区调查、生产巷道调查、采样分析等工作。据区域地质资料，区域出露地层有青白口系、南华系、震旦系、寒武系、二叠系、三叠系及第四系。缺失奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、侏罗系、白垩系、第三系等地层。其中磷矿层赋存于震旦系中。工作区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱贵阳复杂构造变形区翁昭背斜西翼北段，按地质力学概念属新华夏体系第Ⅲ隆起带南西部第二级构造单元。区域构造主要为近南北向褶皱及伴生的断裂。褶皱构造主要发育有翁昭复背斜，以及翁昭背斜以东发育的白岩背斜(产有瓮福磷矿)，翁昭背斜以西发育的洋水背斜(产有开阳磷矿)。断裂主要有象家坝断层、久长断层、顶兆断层、龙坑帚状构造、两路口断层、高云断层等。

4 矿区地质

4.1 地层

工作区位于翁昭背斜西翼北段，总体呈北西倾斜的单斜构造，地层倾向280～320°，倾角一般25～40°。区内及附近出露地层有第四系(Q)、寒武系下统清虚洞组(∈1q)、明心寺组(∈1m)、牛蹄塘组(∈1n)，震旦系上统灯影组(Z2dn)、下统陡山沱组(Z1d)，南华系上统南沱组(Nh2n)。其中磷矿层赋存于震旦系下统陡山沱组中上部。现从新至老简述如下：

第四系(Q)：主要为黄色、褐色、褐黄色等砂土、亚砂土及粘土、亚粘土等残坡积物组成，与下伏地层为角度不整合接触。厚0～15 m。

寒武系下统清虚洞组(∈1q)：灰色厚至中厚层细晶灰岩，底部为豹皮状泥灰岩。在工作区西部呈条带状分布，其厚度大于100 m。

寒武系下统金顶山组(∈1j)：呈条带状出露于普查区西部地区，其主要岩性为深灰色、灰色含云母细砂岩夹深灰色、黄灰色粉砂质页岩，厚度128～170 m。

寒武系下统明心寺组(∈1m)：灰绿～深灰色含粉砂质页岩，上部夹少量薄层细砂岩或粉砂岩条带。据以往资料，厚度210.00～247.20 m。

寒武系下统牛蹄塘组(∈1n)：灰黑、黑色薄层状炭质粘土岩、粘土岩，局部地段底部有0.20～0.5 m的高炭质泥岩、灰黑色硅质岩及黑色磷块岩，走向上不稳定。与下伏地层呈假整合接触。厚约10.50～15.30 m。

震旦系上统灯影组(Z2dn)：浅灰-灰白色厚层夹中厚层白云岩，砾状白云岩，局部含少量燧石结核，富含藻类化石，局部成叠层藻白云岩，下部有一厚0.20～3.70 m鲕状白云岩，白云岩中局部藻纹层发育。厚183.20～249.00 m。

震旦系下统陡山沱组(Z1d)：为区内含磷地层。上部岩性为灰-灰黑色碎屑块状、条带状磷块岩，厚1.05～2.06 m；中部为淡黄色中厚层含磷砂质白云岩(夹灰绿色页岩、砂岩的碎条以及碎块)，厚0～1.15 m，局部尖灭。底部为灰绿色砂岩以及灰绿色页岩厚10.20～20.71 m。

南华系上统南沱组(Nh2n): 绿灰及紫红色页岩夹中厚层泥质粉砂岩，少量灰黑色中厚层硅质岩；下部以粉砂岩为主夹页岩。厚度大于50 m。

4.2 构造

工作区位于翁昭背斜西翼北段，区内构造较简单，岩层倾向285°～330°，一般300°，倾角23°～45°，一般32°，为单斜构造，发育有纵向断层F10及小构造F15。

4.3 矿床特征

矿区范围内原生沉积磷块岩有两层，分别为赋存于震旦系下统陡山沱组磷块岩(俗称“下磷矿”)和寒武系下统牛蹄塘组磷块岩(俗称“上磷矿”)，其中“下磷矿”为本次核实工作对象。其范围：南、北以采矿许可范围为边界，西部以最低准采标高为界，东部以矿层露头为界，南北长约1.6 km，东西宽约0.7 km，面积约1.1 km2，矿山属小型磷块岩矿床，具有一定的经济价值。矿区范围内磷块岩呈稳定层状赋存于震旦系下统陡山沱组中上部含磷岩系中，其产状与地层一致。矿层厚度及品位较稳定，原始沉积极值厚度1.05～2.06 m，平均厚度1.54 m；品位一般16.42～35.06%，平均品位26.30%。矿区范围内磷矿层厚度变化的总趋势由浅部向深部(即由东向西)逐渐变薄，北厚南薄。

4.4 矿石质量

矿石呈深灰色、蓝灰色及灰褐色。矿物成分主要有非晶质磷灰石，隐晶质磷灰石、层纤磷灰石、其他矿物有白云石、方解石、石英、玉髓、粘土矿物水云母及褐铁矿等。非晶质磷灰石(胶磷矿)在单偏光下呈不同的碎屑状(砂砾屑状)，具有龟裂纹，正交偏光下为均质(全黑)，矿石中含量约为15%～40%。隐晶质磷灰石，正交偏光下可见粒状外形，一般粒径小于0.006 mm，个别自形、半自形柱状、粒状呈零星分布，矿石中含量10%～50%。层纤磷灰石，产于砂屑边缘，呈纤维片、平行纤维状，呈带状、环带状分布于磷砂屑边缘，干涉色为一级灰色，矿石中含量1%～5%。矿石结构有砾屑结构，碎屑结构及过渡类型的砾砂屑结构、砂砾屑结构等。矿石构造有条纹状构造、条带状构造、块状构造、团块状构造。

磷块岩中主要矿石矿物低碳氟磷灰石是一种磷酸钙盐，所以P2O5、CaO一般均占磷块岩化学组分含量的65%以上。其余MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、F、I等占磷块岩化学组分的35%以下。矿石化学分析结果如表1。

从表1可知，磷块岩中含有F-，F-主要以低碳氟磷灰石矿物存在于磷块岩中，矿石中氟含量最低1.53%，最高3.66%，平均含量2.63%，其含量是随矿石P2O5含量增高而增高，成正相关关系。As平均值0.0038%，Cd平均值0.0003%，As、Cd将是磷矿石开采与利用过程对环境产生污染危害的重要因素。

表1 矿石化学分析结果一览

4.5 矿床共(伴)生矿产

4.5.1 伴生元素碘(I)

磷矿石中伴生有用元素碘含量0.0029%～0.0110%，平均含量0.0063%。根据目前磷酸生产环节中回收碘资源技术，采用吹出法和喷淋洗吸法工艺，分别从磷化工生产中含碘废水及稀酸和磷酸萃取含碘废气中提取碘，有效回收磷矿石中伴生碘资源。因该工艺是在磷酸生产过程中回收碘资源，不是单独对碘进行提取，对磷矿石碘含量无特定要求，因此矿区范围内磷矿石伴生有用元素碘均能进行综合回收利用。

4.5.2 伴生元素氟(F)

磷矿石中伴生有用元素氟含量1.53%～3.66%，平均含量2.63%。现可利用磷肥生产含氟废气吸收液为原料，回收氟硅综合利用技术工艺，故此矿区范围内磷矿石伴生有用元素氟也能进行综合回收利用。

4.5.3 共生镍钼多金属层

产于寒武系底部牛蹄塘组中，据取样分析测试，结果见表2。

表2 镍钼多金属层分析化验结果

5 矿区环境地质条件及开采后的变化

区域所属构造单元为扬子准地台鄂湘黔凹陷带黔中隆起北部，新华夏系第Ⅲ隆起带南西端第二级构造单元。

5.1 水环境

5.1.1 地表水

据调查，矿区附近主要的地表水体为上洛旺河。目前矿坑水和生活污水直接排入洛旺河，这会使洛旺河水质受到污染影响，由于目前矿山水量较小，排水量相对河水流量规模很小。

5.1.2 地下水

矿山现在的开采标高为750 m，矿区内地下水位总体在680 m左右，因此，矿山开采未对地下水造成影响。

5.2 废石

在矿山开采和坑道掘进过程中排出的废石主要是硅质岩、白云岩以及少量砂岩，一般就近排放于坑口附近的沟谷处，因而占用了部分土地，使耕地面积相对减少，虽然修筑有挡石坝或挡砂坝，限制了废石的流淌，但在降大雨或暴雨时将会导致泥石流地质灾害发生，矿山在采矿过程中应引起重视。

井巷围岩(废石)排出堆积于地表，在自然条件下，因物理化学生物风化作用，其中的部分元素及化合物将转移进入土壤、岩石和地下水中，将对周围环境造成一定的污染。

5.3 粉尘

井下作业产生的粉尘，主要是岩、矿石中的游离SiO2含量，是井下工人矽肺病的根源，井下生产坚持湿式凿岩、局扇通风及安装喷雾洒水防尘装置，从井下粉尘测量数据看，井巷开拓、采矿期间粉尘浓度平均值均未超过空气含尘量2 mg/m3的卫生标准，使井下粉尘浓度合格率达90%左右。

5.4 地质灾害

矿区内，大部分范围地势陡峭，陡坡和峭壁较发育，在开展采矿活动过程中，易造成地面崩塌、滑坡等地质灾害的发生。矿山需对地面进行定期或不定期监测，了解开采对地面的影响程度，如发现有变形异常，应立即采取措施。因矿山地面较陡，风化剥落及道路建设，斜坡上散落孤石较多，矿山地面移动变形，引发孤石滚落的可能性大，在矿山开采前应对斜坡上的散落孤石进行全面检查，采用清除或围护的方法对斜坡上的散落孤石进行必要的处理。

6 环境污染及灾害防治措施建议

矿山在排水过程中，各项污染成分含量将有所增大，造成一定程度的污染，特别是感官性状指标和细菌指标，以及露天堆放的废石，大气降水对其浸溶后，污染物释放，最终都将排入地表河流，对地表水体造成污染。在向深部开采过程中，灯影组含水层受采矿影响地下水位将下降，地表泉点消失，水质受到一定污染。故建议矿山今后对矿坑及生活用水经适当净化处理，使各项水质指标达到排放标准后再排入河流，废石堆应有适当的防渗措施，渗滤液收集处理措施。

矿区范围内大部分地表地势陡峭，加之矿体埋藏浅，未来开采对其边坡失稳影响较大。因采矿活动可能引发不同程度的崩塌、滑坡及撒落，对矿山环境影响较大，易形成山体局部开裂，造成大气降水及冲沟水沿裂隙的集中补给，使矿坑涌水量增大，对矿床开采将产生较大影响。

为此，建议矿山改进现有“房柱式低分段锚杆护顶空场法”的采矿方法，应用井下充填法等先进的采矿工艺，将磷石膏作为主要充填骨料，南沱组紫红色泥岩、灯影组白云岩作为充填骨料等废渣充填到采空区，以减少井下采空区塌陷，大大提高矿石回采率，减少塌陷、崩塌等地质灾害。