张朝举

中化地质矿山总局贵州地质勘查院，贵州 贵阳 550002

贵州开阳磷矿北西部磷矿床地质特征及沉积序列研究

张朝举*

中化地质矿山总局贵州地质勘查院，贵州 贵阳 550002

开阳磷矿北西部磷矿是开阳磷矿资源接替基地之一。在区域成矿地质背景的基础上，从构造、含矿层岩性组合及厚度分析了矿床地质特征。通过分析磷块岩的岩矿学特征及其与沉积环境的关系，对典型剖面进行了层序划分，将洋水组含磷岩系划分为4个向上变浅的沉积旋回，沉积环境由潮下低能带向潮间带、潮上带逐渐过渡。在海平面不断升降的背景下，上升洋流携带大量富磷海水进入洋水矿区浅水环境中沉淀形成磷块岩。

矿床地质特征 沉积序列 开阳磷矿

研究区位于贵州省中部开阳县与息烽县交界处，北起温泉，南至两岔河，南北长约 5km，东西宽约2km，是开阳磷矿资源接替基地之一。

沉积磷块岩是一种特殊的沉积相，它的形成受控于古地理、古构造、沉积环境和岩相组合等特定因素【1】，适当的环境类型也必须普遍存在相当长的一段时间，才能促进磷块岩大规模地沉积和成矿。大冰期是磷酸盐化成因模型中另一个可能的环节，冰期后海洋的倾覆会驱使海平面上升和富磷底层海水上涌【2】，许多前寒武纪的磷块岩出现在海侵以及大冰期后海平面上升期间，海侵增加了从风化或上涌带来的磷质物质的输入，这可能对磷块岩矿床的沉积相当有利。

一些学者在研究开阳磷矿沉积模式时，曾讨论其沉积环境的演化过程：吴祥和等曾将开阳含磷岩系划分为三个沉积旋回（E、F、G），代表三次海侵—海退的沉积，其中磷矿体沉积过程经历了F旋回和半个G旋回【3】；张亚冠等认为开阳含磷岩系的沉积过程中经历了两次较大的海侵—还退过程【4】。显然，对开阳磷矿沉积环境的演化认识存在着争议。

本文在以往研究成果的基础上【1-15】，总结研究区磷矿床地质特征，并对区内含磷岩系沉积层序进行划分，在此探究磷矿的沉积环境和矿床成因。

1 矿区地质概况

1.1 矿区地层

研究区及邻区出露地层主要有清白口系清水江组（Qbq）、南华系南沱组（Nh2n）、下震旦统洋水组（Z1y）、灯影组（ZЄdy）、下寒武纪牛蹄塘组（Є1n）、明心寺组（Є1m）、金顶山组（Є1j）、清虚洞组（Є1q）、中寒武统高台组（Є2g）、石冷水组（Є2s）和上寒武统的娄山关组（ЄOls），各地层岩性特征由老至新简述如下（图1）：

青白口系清水江组（Qbq）：主要由一套浅变质的变余砂岩、沉凝灰质砂岩、沉凝灰岩及凝灰质板岩、粉砂质绢云母板岩等组成。

南华系南沱组（Nh2n）：主要为紫红色、灰绿色冰碛砾岩、页岩夹砂岩。与下伏清水江组呈假整合接触。

下震旦统洋水组（Z1y）：为区内工业磷矿体含磷岩系，自下而上分为四个岩性段：第一段为灰色砂质白云岩、灰绿色粉砂质页岩；第二段为磷矿层，主要为灰色、深灰色砂屑磷块岩、叠层石磷块岩、白云质或泥质条带磷块岩；第三段为深灰色、浅灰色硅质岩、白云岩；第四段为含磷硅质白云岩、硅泥质磷块岩、含磷硅质岩（俗称“假顶”）。各岩性段界面清楚，全区分布稳定，具有明显的对比性。与下伏南沱组呈假整合接触。

上震旦统灯影组（ZЄdy）：主要为白云岩、藻白云岩、硅质岩、硅质白云岩和泥质白云岩。与下伏洋水组呈整合接触。

下寒武统牛蹄塘组（Є1n）：主要为炭质页岩，底部夹磷块岩。与下伏灯影组呈整合接触。

下寒武统明心寺组（Є1m）：主要为灰色、灰绿色页岩夹细砂岩，顶部为石英砂岩和含砾石英砂岩。与下伏牛蹄塘组呈整合接触。

下寒武统金顶山组（Є1j）：主要由云母粉砂岩、细砂岩、砂质页岩组成，上部夹灰岩。与下伏明心寺组呈整合接触。

下寒武统清虚洞组（Є1q）：主要为犳皮状泥质灰岩、灰岩、白云质灰岩和白云岩。与下伏金顶山组呈整合接触。

中寒武统高台组（Є2g）：主要为页岩、粉砂质页岩夹砂质白云岩。与下伏清虚洞组呈整合接触。

中寒武统石冷水组（Є2s）：主要为白云岩、泥质白云岩。与下伏高台组呈整合接触。

上寒武统娄山关组（ЄOls）：主要为浅白色白云岩底部数米为砂岩或泥质粉砂岩、砂质白云岩。与下伏石冷水组组呈整合接触。

图1 研究区地质略图Fig.1 Geological sketch map of study area

1.2 矿区构造

研究区位于洋水背斜西翼，区内褶皱和断裂较发育，构造线呈北东向，系燕山—喜山期构造变形的产物【16】。

区内发育的褶皱主要为轴面倾向南东的斜歪背斜—高丰背斜，背斜东翼地层倾向南东，倾角10°～30°，背斜西翼地层倾向北西，倾角25°～50°。

发育的断裂类型为逆冲断层，主要有兴隆断层、高丰断层和河坝断层，安清断层发育研究区深部，属隐伏断层。断面倾向南东—南南东，倾角20°～70°不等，一般浅部切层发育，倾角较陡，深部变缓，局部顺层发育，在剖面上呈叠瓦状分布，并使磷矿层发生叠瓦状重复、错位或缺失（图2）。安清断层断距最大，铅垂断距约3500m，其上盘主要为寒武系和前寒武系地层，下盘主要为三叠系地层；其余断层断距一般小于150m。

图2 地质剖面图Fig.2 Geological section of study area

2 矿床特征

2.1 矿体特征

近些年的勘探资料显示，研究区磷矿层南北延展约3.5km，宽约1.5km，矿体赋存标高+300～-360m，矿层厚0～9.35m，平均5.13m，厚度变化系数为41%，属较稳定型矿体，具西厚东薄的特征，局部无矿（图3）。

图3 研究区磷矿体厚度等值线图Fig.3 Isopach mapof phosphate orebodies instudy area

2.2 矿石化学组成

矿石P2O5含量30.53%～35.85%，平均32.65%，变化系数为8%，表明P2O5含量分布均匀；CaO含量37.74%～53.46%，平均49.14%，二者共占矿石化学组分含量的75%以上；MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、F、I等组分占磷块岩化学组分的25%以下（表1）。

表1 矿石化学组分Table 1 Chemical analytical results for ores

2.3 矿石矿物组成

矿石矿物成分较单一，主要矿石矿物为胶磷矿（非晶质碳氟磷灰石），少量为磷灰石。脉石矿物主要有白云石、石英、黄铁矿、菱锰矿、绢云母、海绿石、水云母（伊利石）等。

胶磷矿是组成磷质内碎屑及磷质胶结物的重要来源，一般通过生物化学作用形成，在正交偏光下呈均质体全消光，以超微粒集合体的形式存在，含量一般大于80%。在磷酸盐矿物形成过程中，尽管氟元素含量甚微，也将进入磷酸盐中以碳氟磷灰石的形式产出，而不以纯氟或纯碳磷灰石的形式产出【17】，这就导致了研究区的海相磷酸盐矿物为组分连续变化的碳氟磷灰石。

部分经胶磷矿重结晶作用形成细小粒状磷灰石和层纤状碳氟磷灰石，垂直或环绕胶磷矿生长，一般认为，它是成岩阶段富磷孔隙溶液化学沉淀的产物【11】。

2.4 矿石结构构造及矿石类型

研究区矿石具砂砾屑结构，块状、条带状和碎屑状构造。矿石类型主要为颗粒磷块岩，是微粒磷块岩在后期改造作用下再沉积的产物【11】，包括砂屑磷块岩、砾屑（碎屑）磷块岩。其中，砂屑磷块岩是研究区乃至整个开阳磷矿分布最广、品位最高的磷矿石类型。此外，还普遍存在叠层石磷块岩。

砂屑磷块岩：砂屑颗粒多呈椭圆状、次圆状，主要由胶磷矿组成，大小一般为0.004～0.5mm，在矿石中含量约为70%～90%。它是塑性—半塑性的磷质灰泥在水体较浅的滨岸带经波浪、岸流、潮汐等作用打碎后在盆内再沉积的产物，一般发育于浅滩或潮坪等浅水高能环境中【3,4,8,9,14】。

砾屑（碎屑）磷块岩：砾屑一般呈次圆状—次棱角状，竹叶状砾石较常见，主要由砂屑磷块岩砾屑构成，少数夹杂海绿石砂岩砾屑和白云岩砾屑，一般为砂屑磷块岩经水流机械作用（如突发性水体的风暴作用）破碎、搬运再沉积而成，一般形成于水动力较强的滨岸带高能环境中【3,4,14】。

叠层石磷块岩：研究区叠层石磷块岩仅分布于矿层顶部的砂屑磷块岩中，组成叠层石的矿物几乎全部为胶磷矿。叠层石柱体呈锥状，为藻类微生物群磷酸盐—碳酸盐化原地沉积的结果。底部多见分叉，顶部一般未见分叉，形成于海退序列的潮间带环境中【3】。

3 磷块岩沉积序列

受南沱冰期时古地理地形控制，研究区磷块岩沉积于黔中古隆起边缘，并与砂质页岩—白云岩―硅质岩序列关系密切，为海相磷块岩矿床理想的含磷岩系或岩性组合。研究区ZK803钻孔剖面上颗粒磷块岩粒度特征及沉积构造，反映不同了的沉积环境，可以分为4个向上变浅的沉积序列。

3.1 第1序列

洋水矿区马路坪组顶部发育有灰绿色底砾岩，砾石成分为海绿石页岩，即为含磷岩系的底界面（SB1）。第1沉积序列由冰水沉积物基底上的碳酸盐岩（砂质白云岩）、粉砂质页岩和砂屑磷块岩组成。下部为砂质白云岩和粉砂质页岩，具水平层理，由下至上，白云质和砂质含量减少，泥质增多，代表着最初的陡山沱早期海侵作用的沉积。其上依次为含磷页岩、泥质条带粉砂屑磷块岩和细砂屑磷块岩，最上部白云岩化作用明显，为白云质粗砂屑磷块岩，反映了从潮下低能带—潮间带沉积，构成了首个向上变浅的潮坪旋回沉积体系。

3.2 第2序列

由砂屑磷块岩、藻叠层石磷块岩组成。下部为深灰色细—粉砂屑磷块岩，由下至上砂屑粒度变细，代表海侵作用的沉积。向上夹灰黑色条带状炭泥质粉砂屑磷块岩，具水平层理，代表最大海泛面的沉积作用。上部为细–粗砂屑叠层石磷块岩与条带状粉砂屑—细砂屑磷块岩互层，具波状层理，由下至上，藻叠层石柱体分叉减少，砂屑粒度由细砂屑→粉砂屑→细砂屑→粗砂屑逐渐过渡，形成了一个典型的A～D层序，代表高水位体系下的潮间带沉积，反映了从潮下低能环境向潮间带过渡的沉积演化。

3.3 第3序列

由深灰色白云质硅质条带砂屑—炭泥质磷块岩、硅质岩、白云岩组成。下部为深灰色白云质、硅质条带状砂屑—炭泥质磷块岩，由下至上，砂屑粒度逐渐变细，白云质含量减少，炭硅泥质含量增多，具水平层理，最上部的炭硅泥质磷块岩为凝缩层，反映了深潮下带的低能沉积环境。上部为含磷硅质岩—白云岩—硅质岩—白云岩（间夹灰黑色炭质磷块岩团块）的沉积序列，代表着高水位体系域下的潮下低能带—潮间带沉积旋回，顶部的砾屑白云岩及其间具干裂纹构造的含砾白云岩，代表着高水位体系域末期潮上带的风暴潮沉积。

3.4 第4序列

由含磷硅质团块白云岩、含磷硅质岩、硅泥质磷块岩组成。下部依次为磷质条带白云岩夹硅质岩团块和含磷硅质岩其上部厚约0.05m的硅泥质磷块岩，为凝缩层，暗示其形成于深水潮下带的沉积环境中，整体代表海侵体系域下的潮间带—潮下低能带的沉积环境。顶部厚0.1m砾状硅质岩，角砾呈次圆状—圆状、局部为次棱角状—棱角状，暗示潮下低能带沉积后，曾经被抬升露出水面遭受剥蚀，代表沉积间断，为含磷岩系的顶界面（即SB2）。

综上所述，研究区磷块岩与硅质岩—白云岩序列关系密切，是海相磷块岩沉积的找磷标志和岩性背景，磷块岩的沉积主要发生于海侵向海退逐渐过渡的时期，沉积环境为潮间泥坪—混合坪—砂坪，主体位于混合坪。

4 结论

从矿床地质特征、岩矿学特征及沉积环境等方面，对开阳磷矿洋水矿区西翼磷矿床剖面进行了观察，得出以下认识：

（1）研究区磷矿床产于早震旦世洋水组地层中，矿体厚度较稳定，P2O5含量分布均匀，呈似层状、层状产出。北西部断距较大的安清断层，使矿体埋藏较深，不利于勘查，该断层为现今的找矿构造边界；南东部矿体西厚东薄，未出现间断现象，连续性好，具有较大的找矿潜力。

（2）磷块岩的矿物成分主要为碳氟磷灰石，具非晶质和晶质两种结晶形态，晶质磷灰石和碳氟磷灰石是由非晶质碳氟磷灰石重结晶形成。

（3）矿石结构类型主要为砂屑磷块岩、砾屑（碎屑）磷块岩和叠层石磷块岩，每种结构特征对应着不同的沉积环境。通过钻孔剖面进行沉积环境分析，将洋水组地层划分为4个向上变浅的沉积旋回。随着海水升降变化，上升洋流携带大量富磷海水进入洋水矿区浅水环境中沉淀形成磷块岩。

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Study on geological characteristics and sedimentary sequences in northwest Kaiyang phosphate deposit, Guizhou province

Zhang Chaoju
Guizhou Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau,Guiyang 550002, China

The Northwest Kaiyang phosphate deposit is one of bases for reserved resources of Kaiyang phosphate deposit. Based on the brief description of regional metallogenic geological setting, the author analyzes the geological characteristics of phosphate deposit through geological structure, lithological association of phosphatic sequence and its thickness. By discussing lithology and mineralcharacteristics of phosphorites and its connection with the sedimentary environments, thetypicaldrill profile was stratified, and the phosphatic sequence in Yangshui Formation is divided into four upward shallowing sedimentary sequence,whose sedimentary environment changed from subtidal zone to intertidal zone and to supralittora zone. With continuously rising and falling of sea level’s, the upwelling current had carried a large amount of phosphorus-rich water into the shallow water environment to form the phosphorite in Yangshui mining area.

geological characteristics of deposit, sedimentary sequence, Kaiyang phosphatedeposit

P619.213

A

1006–5296（2017）03–0145–06

张朝举（1965～）男，主要从事固体矿产勘察与研究，高级工程师

2017-07-08；改回日期：2017-07-22