贵州福泉市榜上磷矿地质特征及沉积环境探讨

赵祥聪，巩 鑫，温金奎，张小强

(1.有色金属和核工业地质勘查局七总队，贵州 贵阳 550005；2.贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质矿产勘查院，贵州 贵阳 550005)

福泉市榜上磷矿区位于福泉市北西部330°方位，直距约 37 km，矿区范围南自新桥，北至榜上，呈南北向长条状，面积 1.07 km2。区内磷矿产于洋水组二段(Pt33y2)下部和上部，自下而上分别为a、b矿层，均为层状产出，空间展布基本一致，走向20～45°，平均26°，走向控制长约 2060 m；倾向290～315°，平均296°，倾向控制宽约 900 m。倾角15～30°，平均21°。a矿层平均厚 12.03 m，P2O5平均含量27.52%；b矿层平均厚 17.02 m，P2O5平均含量27.71%[1-2]。

1 地质背景

大地构造位置，不同学者有不同的划分方案。据贵州省区域地质志大地构造划分方案，榜上磷矿区区域大地构造位置位于扬子陆块南部被动边缘褶冲带，属于上扬子陆块黔北隆起区凤冈南北向隔槽式褶皱变形区，与江南复合造山带黔南坳陷区都匀南北向隔槽式褶皱变形区和铜仁复式褶皱变形区等二个四级构造单元紧邻，位于白岩-高坪背斜的白岩段(图1)[3]。背斜总体呈北北东向展布，受某些边界条件的制约，在背斜的首尾端往往发生偏转而呈“S”形。构造线特征以北北东向、近南北向为主，同时也控制了含磷岩组的展布方向和磷矿赋存的空间位置。

1.上扬子陆块；2.江南复合造山带；3.威宁穹盆构造变形区；4.六盘水北西向断褶带；5.织金穹盆构造变形区；6.毕节弧形褶皱带；7.凤岗南北向隔槽式褶皱变形区；8.赤水平缓褶皱变形区；9.兴义穹盆构造变形区；10.册亨东西向紧闭褶皱变形区；11.望谟北西向褶皱带；12.都匀南北向隔槽式褶皱变形区；13.铜仁复式褶皱变形区；14.榕江开阔复式褶皱变形区；15.黎平紧闭复式褶皱变形区；16.五级构造单元边界；17.三、四级构造单元边界；18.背斜轴迹；19.短轴背斜；20.梳状背斜；21.勘查区位置。图1 矿区大地构造位置图(引自贵州省区域地质志2013)

区域地层，区内最老地层为青白口系，出露于白岩—高坪背斜之核部，背斜两翼由老至新依次分布着南华系、震旦系、寒武系、二叠系及三叠系地层。区内缺失奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系地层。矿区磷矿层赋存于震旦系下统洋水组(Pt33y)中。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区位于白岩背斜南端西翼，自背斜翼部向核部依次由新至老出露地层为第四系(Q)、寒武系第二统明心寺组(∈2m)、纽芬兰统牛蹄塘组(∈1-2n)、震旦系上统灯影组(Pt33b∈1dy)。此外，下伏地层依次为震旦系下统洋水组(Pt33y)、南华系上统南沱组(Pt32cn)、青白口系清水江组(Pt31dq)呈隐伏状产出。其中震旦系下统洋水组为榜上磷矿赋矿地层。

2.2 构造

矿区位于白岩背斜南倾伏端西翼，总体呈一单斜构造，地层倾向290～315°，平均296°，倾角15～30°，平均21°。由于矿区范围东西向(横向)较窄、背斜呈西缓东陡的斜歪背斜以及隐伏断层F28的逆冲推覆作用影响，浅部地层产状与深部有所不同。深部地层，在28号勘探线以南，处于背斜东西两翼及核部位置，背斜构造形态完整，背斜轴由南部抱木林向黄家坡一带延伸出矿界，轴向在黄家坡一带为北东49°，往南新桥至抱木林一带转向南西202°，平面上呈现一舒缓的“S”形。岩层倾角在西翼一般15～30°，东翼倾角在20～35°，背斜在矿区南侧受近东西向断层F370破坏[2]。

矿区总体断裂构造不发育，仅南端断裂构造略复杂。矿区内有3条断层，分别为F1、F501、F28，其中F28为隐伏断层(表1)；矿区周边发育3条断层，分别为F370、F411、F207。除断层F1对矿区矿层有破坏作用外，其他断层均未对矿区内矿层产生直接破坏作用。

表1 矿区主要断层特征一览表

3 矿体特征

3.1 赋矿层位

矿区磷矿层赋存于洋水组第二段，是由磷块岩、白云岩、含磷白云岩及硅质白云岩等组成的含磷岩组。由a、b两矿层与三层含磷白云岩(顶板、夹层、底板白云岩)组成，稳定易对比。全组厚度该组厚32.66～62.10 m，平均 43.45 m。总的变化趋势是北厚南薄。洋水组岩(矿)石组合特征如图2。

图2 矿区含磷岩组柱状图

3.2 矿体规模

榜上磷矿是白岩背斜矿层稳定、矿体规模大、矿石质量较好的矿床。矿区内矿体走向控制长约 2060 m，倾向控制宽约 900 m(沿走向和倾向均延伸出矿区)。矿区a、b矿层均稳定存在。a矿层厚1.47～25.18 m，平均厚 12.03 m，b矿层厚11.53～23.91 m，平均厚 17.02 m。a+b矿层厚19.83～44.15 m，平均厚 29.05 m。

3.3 矿层特征

a矿层，赋存于洋水组第二段(Pt33y2)下部，矿体呈层状稳定产出。矿体走向20～45°，平均26°，走向控制长约 2060 m；倾向290～315°，平均296°，倾向控制宽约 900 m；倾角15～30°，平均21°。倾角由浅向深部缓慢变陡。矿层厚1.47～25.18 m，平均厚 12.03 m，厚度变化系数59.9%，P2O5含量21.83～30.78%，平均27.52%，品位变化系数6.6%。

a矿层厚度具有明显的变化规律(表2、图3)，即沿走向上是由南向北由薄变厚，横向上厚度比较稳定。矿层品位厚度方向上，由上向下随泥质含量的增加，P2O5含量有规律的由高到低。矿层底部多渐变过渡为含磷白云岩；矿层内无夹石。

表2 a矿层沿走向厚度及平均品位统计表

图3 24号勘探线矿层柱状对比图

b矿层赋存于洋水组第二段(Pt33y2)上部，矿体呈层状稳定产出。矿体走向20～45°，平均26°，走向控制长约 2060 m；倾向290～315°，平均296°，倾向控制宽约 900 m。倾角15～30°，平均21°，倾角由浅向深部缓慢变陡。矿层厚11.53～23.91 m，平均厚 17.02 m，厚度变化系数17.7%，P2O5含量18.62～32.58%，平均27.29%，品位变化系数9.6%。

b矿层厚度和品位在总体稳定的基础上，具有明显的规律性变化：沿走向上是中部薄，向北和南变厚(表3、图3)，随矿层变厚，P2O5含量变低；沿矿层厚度方向上，上部较下部P2O5含量高。矿层顶随磷质含量减少，与顶板呈渐变过渡；底界面平直、清楚易辩。

表3 b矿层沿走向厚度及平均品位统计表

4 矿石特征

4.1 矿物组成与结构构造

本文系统收集了榜上磷矿勘探工作采集的25件矿石薄片样进行鉴定，详细研究了矿石结构构造特征，测定了矿石矿物种类、含量，矿石特征详述如下。

4.1.1 矿物组成

矿石矿物成分单一，均属碳氟磷灰石类质同象系列，主要为非晶质胶磷矿。磷块岩中脉石矿物分为自生矿物和外屑矿物两类。b矿层，自生脉石矿物主要以白云石为主，次为水云母粘土矿物、石英、黄铁矿、炭质等。a矿层，自生脉石矿物主要以白云石、水云母粘土为主，次为石英、黄铁矿等。矿石中的矿物共生组合可分六类：b矿层磷块岩矿物共生组合，碳氟磷灰石-白云石组合(上部)；碳氟磷灰石-单磷酸盐组合(中下部)；碳氟磷灰石-自生石英、玉髓-炭泥质组合(底部)。a矿层磷块岩矿物共生组合，碳氟磷灰石-碎屑石英-白云石-水云母组合(上部)；碳氟磷灰石-碎屑石英-水云母组合(下部)；碳氟磷灰石-白云石组合(底部)。

4.1.2 结构构造

矿区内矿石结构主要有胶状结构、砂屑结构、泥质结构(图4)。 b矿层，主要有胶状结构、砂屑结构、泥质结构。a矿层，主要有砂屑结构、泥质结构。

(a)砂屑结构 (b)胶状结构 (c)砂屑结构 (d)泥质结构(ZK2401-b2，b矿层) (ZK2601-b2，b矿层) (ZK2406-b5，a矿层) (ZK2406-b4，b矿层)注：Clh为胶磷矿，Ap为磷灰石，Dol为白云石，Py为黄铁矿，Clay为粘土；透射光(+)10×5图4 矿石结构特征

b矿层，主要有条带状构造、致密块状构造、薄层状构造，局部偶见团块状构造。a矿层，主要有薄层状构造、致密块状构造。

4.2 化学成分

4.2.1 矿石化学组分

a矿层和b矿层P2O5含量相对稳定，属均匀—极均匀矿床，多属II级品矿石，少量I级矿石。在组分上有一定差异，其中Al2O3、Fe2O3、酸不溶物及SiO2含量a矿层高于b矿层；CaO、MgO、CO2含量b矿层高于a矿层。矿石中主要组分含量如(表4)所示。

表4 矿石主要化学组分统计表

4.2.2 P2O5含量及其变化规律

沿矿层走向方向，b矿层P2O5含量由北向南随矿层厚度增加而略有降低；a矿层P2O5含量无明显规律变化。沿矿层垂向方面，P2O5含量变化视不同矿石自然类型而异。a矿层由底至顶，随粘土、粉砂含量变少，P2O5含量随之增高。b矿层中P2O5含量均较高，以中部致密块状磷块岩含量最高，上部条带状磷块岩次之。

枸溶性P2O5含量变化：因矿石类型而异，与矿石品级成正比。以a矿层较高，极值3.68～5.47%，均值5.50%。b矿层极值2.75～5.72%，均值4.79%；b矿层枸溶性P2O5平均为该层全部P2O5含量的17%；a矿层枸溶性P2O5平均为该层全部P2O5含量的20%。

4.2.3 矿石中主要杂质组分含量及变化特征

矿石组合分析结果显示，磷块岩中与磷酸盐矿物有关的P2O5、CaO、CO2、F四项含量总平均达80%左右，主要杂质组分MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四项平均18%左右。不同自然类型的矿石，因矿物的共生组合不同而异(表5)，变化特征如下：

表5 各矿石类型主要组分计算结果表

b矿层中以CaO、CO2、MgO高，其含量较稳定；以SiO2、CO2低为特点。P2O5与Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、CO2、SiO2密切相关(图5-2)。P2O5与MgO呈负相关，这是由于b矿层的脉石矿物多为白云石(MgO与白云石含量有关)，随白云质条带增多由富变贫；与CaO呈正相关关系，说明其主要是磷酸盐矿物的组分，其次是白云石的组分。与酸不溶物相关性不明显，与CO2、SiO2之组分无明显相关性，主要是因粘土、石英、玉髓矿物含量分布不均所致。

a矿层中以CaO、SiO2、CO2高，其含量较稳定。P2O5与MgO相关性不大，这是由于a矿层的脉石矿物以粘土矿物、白云石和石英等为主，白云石含量较少且分布不均；与CaO呈正相关关系，说明其主要是磷酸盐矿物的组分。与酸不溶物、SiO2呈明显负相关关系，主要是a矿层P2O5含量受粘土、石英、玉髓矿物含量变化所致，即随酸不溶物和SiO2含量增加而降低。

综上所述，b矿层的矿石是高镁、低硅氧化物的特点；a矿层是以硅氧化物高、低镁为特点。

4.3 矿石类型和品级

4.3.1 矿石自然类型

根据矿层产出层位、矿石的颜色，物质成分、矿物组合，结构构造等，将区内磷块岩分为四个自然类型，主要为条带状白云质磷块岩、致密块状白云质磷块岩、薄层状含炭泥质磷块岩、薄层状含砂泥质磷块岩。

b矿层矿石自然类型有致密块状白云质磷块岩、条带状白云质磷块岩、薄层状含炭泥质磷块岩。a矿层矿石自然类型有薄层状含砂泥质磷块岩、致密块状白云质磷块岩。

4.3.2 矿石工业类型

根据样品分析结果，结合磷矿石工业类型划分及参考标准，其类型划分见表6。b矿层矿石工业类型的划分，其底部薄层状含炭泥质磷块岩为混合型磷矿石，按矿层综合评价，属碳酸盐型磷矿石。a矿层矿石类型属混合型磷矿石。

表6 矿石工业类型划分一览表

5 沉积环境探讨

贵州省磷矿主要为海相沉积磷块岩，成矿时代为早震旦世陡山沱期或早寒武世梅树村期，磷矿的形成受古环境、古气候、古构造及古地理等因素制约。其中瓮安-福泉地区磷矿主要赋存于震旦系陡山沱地层中，底板为南华系上统南沱组、顶板为寒武系灯影组。已有研究显示，黔中地区古地理格局和陡山沱沉积期间频繁的海平面变化是控制淋滤风化型磷矿分布的主要原因[4]。

磷块岩的结构构造是反应矿床沉积环境的重要标志，可指示矿床成因[5]。福泉市榜上磷矿区磷块岩矿石结构构造以胶状结构、砂屑结构、粒屑结构等为主，构造以团块状、条带状、层状等为主，间接反应沉积时水动力较强。

陡山沱早期，区内处于平缓、高能的海滩沉积环境，矿石内高磨圆度、极好分选性的砂砾屑，即为海水、洋流长期冲刷的结果，亦表明区内处于浅海、水动力较强的沉积环境中。陡山沱晚期，海水入侵范围进一步加大，水体环境相对较深，水动力相对较弱。矿石中的胶状结构、水平层理即为相对深海、相对低能的产物。从磨圆度相对较差、分选性一般的胶磷矿的亦反映出当时低能的沉积环境。总之，榜上磷矿形成于陡山沱期沉积环境由浅至深、水动力条件由强至弱的沉积环境。

6 结论

福泉市榜上磷矿由a、b层矿组成，其矿体主要赋存于洋水组(Pt33y)，矿体呈层状稳定产出。其分别均厚 12.03 m、17.02 m，P2O5平均含量分别为27.52%、27.29%，矿层相对较稳定。 矿石矿物以胶磷矿、团块状磷块岩、砂屑状磷块岩等组成，脉石矿物以白云石、石英、玉髓等组成。 矿石结构有凝胶(胶状)结构、砂屑结构、砾屑(粒屑)结构三种；矿石构造有块状构造、层纹状构造、条带状构造及团块状构造，主要以团块状构造最发育。 矿石中P2O5和MgO、CaO、A·I、SiO2具有一定的线性相关关系。 榜上磷矿主要形成于陡山沱期沉积环境由浅至深、水动力条件由强至弱的沉积环境。