-
磷矿资源是一种重要的战略性资源,具有不可替代性和不可再生性特点。随着云南省镇雄羊场磷矿区勘查的展开,镇雄羊场矿床的形态特征、分布范围,矿体规模,矿区蕴藏的矿石资源量逐渐被揭露。在羊场背斜中,磷矿分布面积超过150 km2,远景资源量可能超百亿t,属中国乃至亚洲最大规模的单体富磷矿床。经过初步的勘查,截至2023年底,羊场矿区已探获资源量27亿t (不包括银厂弯矿权内未经评审的资源量),且范围不断扩大,可见,羊场矿区有望成为世界级磷矿资源基地(米云川,2021)。该区域的磷矿床是隐伏磷矿床,作为国家磷矿储备,目前,除了控制羊场矿床的钻孔对矿层的揭露和本文后面叙述的零碎数据外,工作程度都很低,很难找到关于该区隐伏磷矿的资料。物化探手段虽然很多,但对于非金属磷矿床来说,很难找到一种更为合适的方法,而研究区的沉积相和微相环境的变化等问题可为找矿工作提供参考。在镇雄-威信地区,目前仅发现镇雄羊场矿床,其规模为大型隐伏磷矿床,也是该地区最具代表性的磷矿床。本文通过对镇雄羊场矿床成矿特征、成矿环境的研究,与周边类似于羊场矿床的地质构造单元在宏观上作了详细的对比和分析,为该区新一轮找矿行动寻找沉积型磷矿提供依据。
1区域地质1.1区域构造演化背景滇东北镇雄-威信地区大地构造位置属于上扬子陆块西南缘,夹持于巧家-莲峰断裂、康定-彝良-水城断裂、弥勒-师宗-水城断裂及紫云-大方-毕节断裂圈闭呈菱形夹块中,属镇雄-巧家-会泽(断褶带)Pb-Zn-Ag-Fe-REE-Al-P-煤-煤层气成矿带。该区带地壳具有双层结构,分别由中元古宙褶皱基底和后晋宁期盖层组成(图1a)。前震旦纪演化形成昆阳群被动边缘型基底地层。
震旦纪伊始,该区带开启了盖层的演化过程,沉积环境为古陆表浅海相的碳酸盐岩沉积和部分陆缘海陆交互相碳酸盐岩或陆相碎屑岩沉积;震旦系—志留系,以系为单元各自组成一个次级海侵-海退旋回。晚震旦世—早寒武世为含磷建造,多形成大型磷块岩矿床(昆明、会泽、永善、马边、镇雄、织金等地)及膏盐岩矿床;中二叠世末—晚二叠世以小江断裂为喷发通道,发生了大规模拉斑玄武岩喷发;晚二叠世中晚期为海陆交替相含煤碎屑岩,中生代为陆内盆地发展阶段,发育有海陆过渡相红色(或杂色)碎屑岩(下三叠统)-浅海碳酸盐岩(下-中三叠统),古近纪和新近纪含煤湖沼相沉积是重要的煤系地层(图1b)。
1.2地层镇雄-威信地区地层发育较全,从寒武系第二统—白垩系均有出露。与磷矿有关的构造单元为EW向及NNE向展布的背斜,在背斜的核部及其两翼主要出露古生代地层。地层由老到新有:寒武系第二统牛蹄塘组(Є2n)页岩、粉砂岩,明心寺组(Є2mx)瘤状灰岩、钙质粉砂岩,金顶山组(Є2j)泥岩、石英砂岩、粉砂岩,清虚洞组(Є2q)灰岩、白云质灰岩(具虎斑纹或豹斑纹)。寒武系苗岭统高台组(Є3g)块状白云岩、含泥质白云岩、钙质页岩,娄山关组一段(Є3l1)泥质白云岩、砂质白云岩,寒武系芙蓉统娄山关组二段(Є4l2)含泥质白云岩、角砾状白云岩、燧石条带白云岩以及奥陶系(O)、志留系(S)、泥盆系(D)和二叠系(P)等。在羊场背斜核部及两翼,钻孔还揭露到寒武系纽芬兰统梅树村组(Є1m)(隐伏)及上震旦统灯影组(Z2dn)(隐伏),其中梅树村组(Є1ms2-3)是磷矿体(层)的赋矿层位(图1b)。
矿体沿背斜东西走向的核部及南北两翼分布,核部埋藏深度大于450 m,南北两翼埋藏深度为450~1500 m,大致呈轴对称,向两翼缓倾斜。矿体厚度20~45 m,平均厚约35 m;含矿地层厚度稳定,矿石P2O5品位相对较高。目前,勘查范围仅为羊场背斜面积的五分之一,是近年来发现的大型隐伏磷矿床。
1.3构造和岩浆岩镇雄-威信地区地处小江断裂以东,上扬子陆块东南部被动大陆边缘褶冲带,滇东北昭通-曲靖台褶带,由一系列的近EW向或NE-SW向褶皱及与褶皱轴相平行分布在褶皱边缘的压扭性断裂组成,隶属于褶皱的向斜、背斜,其规模大小不等,相间排列,并有规律成带分布。在向斜之中发育晚古生代—中生代地层,形成了川、滇、黔地区最具规模的煤田。背斜之中出露古生代地层,与压扭性断裂和张性断裂共同作用,使古生代地层被抬升,许多深部的膏盐矿层和大型磷块岩矿层被抬升到浅部,形成膏盐岩矿床和大型磷块岩矿床。此外,由于构造热液作用,沿断层破碎带形成铅、锌、银矿床。
该区有2个重要的背斜带,其一为轴向EW向及近EW向,并受盐源-威信断裂控制的羊场背斜带,包括羊场背斜、瓦石背斜、威信复背斜;其二为轴向北东-南西向并由以古-威信断裂、镇雄断裂以及大方-毕节断裂所控制的芒部背斜带,包括芒部背斜、以勒背斜。这些背斜经后期剥蚀,核部出露寒武系。盐源-威信断裂贯穿瓦石背斜轴部,并可能延伸到羊场背斜内部。以古-威信断裂贯穿芒部背斜西翼,并向北西陡倾斜,2条断裂在威信西部汇合,并呈近EW向展布贯穿威信背斜南翼,形成“背斜夹一刀”的构造格局。背斜构造与磷矿成因的关系不大,但它是磷矿预测和磷矿找矿规划的重要单元。这2个断层可能控制着古深水区域和浅水区域的分布,也控制着含磷矿地层和非含磷矿地层的区域所在,是磷矿地层控矿的边界。这种隔槽式的地理地貌特征和地质抅造格局可能继承和发展了寒武纪初期的雏形(图1b)。
镇雄-威信地区位于上扬子陆块东南缘稳定区域,岩浆活动微弱,出露地表的岩浆岩仅见二叠系峨嵋山陆相溢流玄武岩,岩浆岩较为单一。
2矿区地质2.1矿区地层羊场矿床位于羊场背斜核部及两翼,地表出露寒武系(Є2-4),由下到上地层为:寒武系第二统牛蹄塘组(Є2n)、明心寺组(Є2mx)、金顶山组(Є2j)、清虚洞组(Є2q)、寒武系苗岭统高台组(Є3g)、娄山关组一段(Є3l1)、寒武系芙蓉统娄山关组二段(Є4l2)(图2)。
钻孔揭露到寒武系纽芬兰统梅树村组(Є1ms)及上震旦统灯影组( Z2dn)上部。寒武系纽芬兰统梅树村组分上、中、下三段,其中、磷矿体赋存于寒武系纽芬兰统梅树村组中段(Є1ms2)和上段(Є1ms3)中。梅树村组上段(Є1ms3)又称为大海段,岩性为内生砂、砾屑灰质磷质岩,在矿区东大海段底部形成磷矿体,最下端有一层厚20~30 cm内生角砾岩标志层;中段(Є1ms2),即中谊村段,为富磷段,岩性主要为磷块岩,局部夹含磷白云岩等;下段(Є1ms1),即小歪头山段,岩性为灰黑色含碳质、白云质硅质岩。
2.2矿区构造羊场背斜分布于镇雄县碗厂镇、盐源镇、牛场镇境内,是滇东北南部规模最大的背斜。背斜以寒武系芙蓉统娄山关组二段(Є3l2)顶界作圈闭,西端从黄连沟以西一带起,往东经祝家厂-算盘沟-冯家沟-盐源乡南部的蓼叶坝东一带。平面上呈椭圆状,长轴长大于25 km,短轴宽大于10 km,分布面积大于250 km2。背斜轴呈东西向延伸,核部开阔,地表寒武系大面积分布,出露最宽处可达7 km,核部附近地层产状近于水平,向两侧渐变为5°~10°;SN两翼及背斜西部,主要出露寒武系苗岭统-芙蓉统娄山关组(Є3-4l)、奥陶系(O)、志留系(S)、泥盆系(D)及二叠系(P)等,地层产状较陡,北翼地层倾角4°~33°之间,一般近20°,南翼地层倾角2°~25°之间,一般约20°,两翼基本对称,具有顶平翼陡的箱状褶皱特征。
从地形上看,由于背斜两翼边部因构造作用被剥蚀,形成四周低洼,核部隆起,平面上长宽比小于3∶1,褶皱类型为穹隆构造。褶皱保存完整,局部见几条与轴向大致垂直规模较小的NE向或NW向张性断层,其断距较小,在地表延伸有限。羊场矿床隐伏于该背斜核部及两翼的地下深部(图2)。
3矿床地质羊场矿床产于镇雄-威信聚磷盆地内,位于上扬子浅海西南缘,滇东陆表海北东。矿体赋存于寒武系纽芬兰统梅树村组中、上段(Є1ms2-3)磷酸盐岩和碳酸盐岩中,根据矿体沉积特征,划分出上下相互平行的3个矿体,即KT1、KT2、KT3矿体。根据DZ/T0209—2020标准,按磷矿一般工业指标要求和P2O5品位含量将矿石划分出3个品级:即w(P2O5)≥30%为Ⅰ品级;24%≤w(P2O5)<30%为Ⅱ品级;15%≤w(P2O5)<24%为Ⅲ品级矿石。
3.1 KT1矿体KT1矿体赋存于寒武系纽芬兰统梅树村组大海段(Є1ms3)下部的灰色白云质、灰质砂屑磷质岩中,局部见鲕粒、豆粒磷质岩,为矿区小矿体。矿体呈层状沿羊场背斜北翼地层顺层产出,产状与羊场背斜地层产状基本一致,总体走向呈EW向,以背斜轴为中心轴,向SN两翼缓倾斜,倾角6°~14°,轴部近于水平,属缓倾斜矿体(图3a、b、表1)。KT1矿体为Ⅲ品级矿石,是矿区最顶部工业矿层,其上部常有一层平均厚3.0 m的低品位矿,往SW渐尖灭,NE延伸方向未圈闭。
3.2 KT2矿体KT2矿体赋存于寒武系纽芬兰统梅树村组中谊村段(Є1ms2)深灰色白云质、灰质砂屑磷块岩及灰色、深灰黑色厚层状、条带状磷块岩中,一般含3层Ⅰ品级矿层,其间为Ⅱ品级或Ⅲ品级的矿层相隔,矿体走向控制长13 km,倾向控制宽6 km,沿走向、倾向尚未圈闭。矿体呈层状沿羊场背斜EW向展布,产状与KT1矿体一致。产于KT1矿体下部标志层内生角砾岩之下,其产状与地层产状基本一致,矿体上部以深灰色含白云质内砂砾屑磷块岩为主,次为白云质、灰质硅质磷块岩。磷块岩多呈宽条带状产出,条带宽度为10~50 cm不等,局部岩段宽达80~100 cm。深浅色条带均含胶磷矿砂屑、砾屑,砂、砾屑大小为0.5~5.0 mm不等,表面光滑,由下至上,粒度由粗变细,显正粒序层理。浅色条带中由含砂、砾屑胶磷矿和之间的白云质、灰质及磷质胶结物等组成。矿体下部以窄条带状和细纹层状、深灰色白云石化内砂、砾屑含灰质磷块岩、细纹层状硅质磷块岩、含磷质砂屑灰质白云岩为主,次为白云质硅质磷质岩。上段为窄条带状白云石化内砂、砾屑含灰质磷块岩,下段为细纹层状硅质磷块岩,局部夹含浅灰色白云质、灰质含磷硅质岩。由上至下,灰质含量降低,白云石、硅质含量增高。底板为灰色含磷质砂屑白云岩,灰质、白云质含磷硅质岩及含磷质白云岩等,厚2~3 m。KT2矿体为矿区主要工业磷矿体,含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ品级矿石。矿体品位厚度见图4、图5、表1。
该矿体上部为Ⅱ品级矿石,下部为Ⅲ品级矿石,矿体总体沿东西方向展布,在背斜西段含Ⅰ、Ⅱ品级矿石,至东段蓼叶坝一带,矿层中w(P2O5)变低,全为Ⅲ品级,且矿层厚度渐变薄。根据P2O5含量变化情况,结合矿石特征,KT2矿体按品级细分为7个矿层(图4、图5):即2层Ⅰ品级矿层,3层Ⅱ品级矿层和两层Ⅲ品级矿层;在三层Ⅰ品级矿层之间被Ⅱ品级、Ⅲ品级矿层分隔,自上而下,第1层Ⅰ品级厚度最大,分布稳定,26个工程中有20个工程见Ⅰ品级矿石;第2层和第3层Ⅰ品级矿层厚度较薄,延伸不稳定,断续分布。各矿层厚度再生-膨胀-尖灭-再生变化急剧(图5)。
3.3 KT3矿体KT3矿体赋存于寒武系纽芬兰统梅树村组中谊村段(Є1ms2)下部地层中,岩性为深灰色条纹状含白云质砂屑硅质磷块岩、含砂屑硅质磷质岩,为矿区最下层的工业磷矿体。除西部含Ⅱ品级矿石层,其他区域全为Ⅲ品级矿石层或低品位矿层。矿体呈层状,沿羊场背斜核部及两翼顺层产出,位于KT2矿体之下,产状与KT1、KT2矿体一致。中间夹层厚2~3 m为纹层状白云质硅质岩。目前KT3矿体走向控制长13 km,倾向控制宽5 km,沿走向、倾向尚未圈闭。工业矿体厚度2~13 m,KT3矿体无分支复合,无夹石分布(图4、图5)。
综上所述,羊场磷矿从上到下产出3个平行的矿体。其中KT1、KT3多产出三品级矿石或低品位矿石。KT2矿体厚大,3个品级的矿石层相互穿插共生,从沉积相特征来看,它们都是潮坪相潮间、潮下带的沉积,根据各层产出的位置和不同的矿物组合,又将矿层分出了多个亚相(图4),分别为潮间坪相、潮下灰坪相、潮下灰磷坪相、潮下云磷坪相、潮下云坪相、潮下云磷坪相、潮下云坪相。对应的岩性分别为含磷质砂屑灰岩、含灰质磷质岩、含磷质砂屑灰质磷块岩、含磷质砂屑白云质磷块岩、含磷质砂屑白云岩、含磷质砂屑硅质磷块岩,含磷质白云质硅质岩。各个亚相层互相穿插,膨胀-尖灭-再生现象急剧,沉积特征非常明显。
3.4矿石特征作为沉积型矿床,矿石的结构、构造及矿石矿物的组合集中体现了该沉积矿床在成岩成矿时的沉积特征。羊场矿床矿石的结构、构造及矿物的组成特征如下(表2,图6a~i,图7a~d):
(1)矿物组成
该沉积矿床中,矿石矿物以碳、氟磷灰石组成的深灰黑色胶磷矿为主,镜下可观察到少量的碳磷灰石和氟磷灰石。脉石矿物有方解石、白云石、玉髓、少量黏土矿物、碳质和黄铁矿等。由于沉积环境、气候条件,物质供应的反复变化,使组成羊场矿床矿石的胶磷矿、方解石、白云石、玉髓、黏土矿物和碳质成分(图7a~d)呈交替产出,形成深色、浅色相互交替厚度不等的水平薄层叠置层理。
(2)结构构造
磷矿石呈深灰色及黑灰色,矿石单一结构很少见,大多为混合类型。其主要结构类型特征为:砂屑、砾屑结构(凝胶砂屑结构)、砂屑凝胶结构(凝胶结构)、砂屑粉-细晶结构、鲕粒结构等(图6a、b、图7a、b)。羊场矿床磷矿石主要构造有:致密块状构造、条带状构造、纹层状构造及缝合线构造等。(图6c、f、图7d)。
(3)矿石质量及类型
羊场矿床为隐伏矿床,矿石均为原生矿石,根据DZ/T0209—2020标准,工业类型划分参考指标,通过组合样分析研究后初步认为:KT1矿体主要为Ⅲ品级的碳酸盐岩型矿石。KT2矿体为矿区的主矿体,产出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个品级的矿石,在矿体中相互穿插,形成不同品级的多个矿层。KT2矿体上部矿石基本靠近碳酸盐岩型矿石。下部酸不溶物增多,有少量黑色薄层玉髓产出,为混合型矿石。KT3矿体为矿区最下层的矿体,为混合型矿石(表3)。
4矿床成因前人对沉积型磷矿床有较多的研究,认为扬子陆块在元古代晚期—古生代早期,长期处于赤道附近炎热干旱的古气候环境,在陆表海及浅水海陆交互相环境下,沉积了多套富含有机质生烃层系(潘桂棠等,1993;2016),磷块岩矿床形成于扬子地块西南缘早寒武世梅树村期川-滇“陆缘坻”上,并发育有“陆缘坻”岩套(东野脉兴,2015),产于上扬子南部被动陆缘海盆深大断裂旁侧的次级构造中,其矿体受构造控制(张志斌等,2006;张长青等,2012;王亮等,2019),磷矿经历初始沉积和再次富积成矿作用,沉积磷块岩亚系列(杨志鲜等,2016;2020),羊场磷矿矿石构造类型为块状条带状及条纹状,亦反映能量由高到低,波浪反复簸选富集的成矿作用(邓小林等,2007;薛珂等, 2019;王莹等, 2022),磷矿石主要产于潮坪相和台地相的碳酸盐岩-磷块岩-硅质岩建造中(岳维好等,2012),早寒武纪磷块岩矿床属海相陆源碎屑岩、近岸硅质岩、碳酸盐岩组合的成选作用强,磷质颗粒净化较充分的沉积环境(吕俊等,2021),羊场磷矿形成于深海到浅海的海相变化环境(秦欢等,2022)。本次工作,根据钻孔中的地质现象和工作成果,结合前人的经验,对羊场磷矿床及其周边的古沉积环境作了宏观上的初步研究。
4.1镇雄-威信地区寒武纪磷成矿古地理环境东野脉兴(2015)经过对磷矿成矿构造和古地理环境的研究,提出了“陆缘坻”的概念,其认为形成大规模的磷块岩矿床必须具备洋流上升和“陆缘坻”两个基本条件(东野脉兴,2015)。其中,“陆缘坻”是海相磷块岩沉积最主要的构造-古地理条件。处于不同区域的“陆缘坻”都有一个共同的特点,就是都不直接濒临深海,中间总有一些基底隆起带相隔,当成磷期海侵后,边缘隆起带全部或部分被海水淹没而成为岛链,又由于“陆缘坻”本身存在一些次级褶皱而形成若干大致成等间距的背、向斜,同时又是地貌上的凸、凹区,磷块岩主要沉积于凹陷区,因此,“陆缘坻”上都有大致等间距的聚磷区(张杰,2004;东野脉兴,2015)。而镇雄-威信地区正好处于扬子地块西南缘早寒武世纽芬兰世梅树村期川-滇“陆缘坻”上,是扬子古陆中川、滇、黔地区的滇东陆表海带及扬子古陆外周缘的礁滩浅海带,是最具“陆缘坻”古地理构造环境的区域,是洋流上升所携带矿物质的最早卸载地和缓冲区。洋流上升至“陆缘坻”域中,水下浅滩(生物礁)迎洋面的缓斜坡,为磷矿成矿的有利区域。
寒武系纽芬兰统梅树村组是继晚震旦世灯影期海退后又一次海侵背景下沉积形成。上扬子陆块南缘的沉积相由西南的古陆向东为近岸潮坪-具障壁滩(包括风暴浅滩和水下浅水浅滩)的浅水缓坡(含磷酸盐碳酸盐缓坡) -深水缓坡(含磷结核硅质岩缓坡),直入陆坡深水盆地(蒲心纯等,1993)。前两者主要由碳酸盐岩、磷块岩、硅质岩组成的梅树村期扬子缓坡相沉积。
从寒武纪梅树村期岩相古地理图(图8)可知,在牛首山古岛东北部六盘水、毕节以东,织金及织金以北的浅水缓坡上形成了一条窄长的水下风暴浅滩及水下浅水缓坡浅滩,与牛首山古岛形成窄长障壁,使滇东陆表海与外海相隔,仅在牛首山古岛与六盘水之间形成一个较大的缺口,使滇东陆表海与外海相通,为洋流上涌时进入滇东陆表海东部的水下潮道,使滇东陆表海成为一个巨大的潟湖。洋流上升或遇涨大潮、飓风、海啸等情况时,一部分海水携带内源物质越过风暴浅滩进入潟湖,在潟湖内沉积(图8、图9);而大部分海水形成回流,由于温度变化和减压作用,大量富含深海内源物质的上涌洋流海水,在水下障壁外的前缘斜坡结晶沉淀并沉积。另一部分海水携带大量内源物质随涨潮流经水下潮道涌入滇东陆表海,在滇东陆表海内侧形成涨潮三角洲(朱筱敏,2008),并在涨潮三角洲或滇东陆表海东北部,大量的上涌洋流载物海水卸载沉积。同时在退潮的时候,滇东陆表海内海水卸载后的部分沉淀物质,经潮道也向广海运移,部分在滇东陆表海水下潮道口外缘沉积,形成退潮三角洲。因此,洋流上升时滇东陆表海在镇雄-威信水下浅水海湾一带,接受来自上升洋流双面的给养,并在该区域沉积,多形成深灰色或灰黑色磷块岩或磷质岩。洋流退却时,在干热的古环境下回流海水携带的磷质碎屑,多形成浅色含磷质碎屑的白云质磷质岩。这就是钻孔中的矿石深灰黑色与浅灰白色相互交替出现的原因。
早寒武世滇东陆表海域为风暴多发地,是风暴活动的中心区(刘宝珺,1987;罗惠麟等,1994)。海底地形为向东倾斜的缓坡,其南、东与广海相通。当风暴发生时,风浪对沉积物的改造提供古地理条件。位于滇东陆表海的川、滇、黔地区,距古陆较远,但当时在缓坡上具有缓坡建隆(浅滩和生物丘,或台地边缘的浅滩等正向地形),风浪遇到这种正向地貌单元的水下浅滩时,具有较高能量的海浪将浅滩内的已经沉积成岩的表层岩石击碎,经搬运后又再次胶结沉积,形成内生风暴流沉积(图8、图9)。图9中A、B、C、D点即为图8中的A、B、C、D点,图中可以看出云南镇雄-威信成磷区和贵州织金富稀土磷矿成磷区,均分布于以窄长的风暴浅滩为对称轴并靠近水下潮道的两侧,为潮道中洋流进出的回旋位置,是促进和形成2个大型或超大型磷矿床最重要的地理因素。
4.2镇雄-威信地区寒武纪磷质来源及磷沉积机制早寒武世是中国重要磷矿成矿时期。磷酸盐部分以有机质的形式,或是氧化降解形成可溶解的无机磷酸盐进入深海,并在深海中聚集。表层海水含磷甚少,随着深度增加,海水中含磷量迅速提高,在深度约1000 m的海水中,磷含量达最高值,深部海水由于低温、高压和其他物理化学条件,使其磷酸盐浓度大大高于表层水,形成深海“磷库”。深部海水中磷质储备主要来自陆地岩石风化、海底火山喷发和生物生命循环等。
前人研究结果表明:海洋中大规模成磷作用在地质历史时期是事件性的,巨量磷灰石的沉积一般与大洋磷循环的突变有关(Filipelli, 1994),全球性成磷事件往往与气候突变、大氧化事件及生命演化等存在密切的耦合关系(Pufahl et al., 2017)。深部富含磷的海水上升、循环的动因来自2个方面:①通过洋流的对流,即太阳辐射热和地球自转所引起的大气循环,以两极寒流和赤道暖流,相向运移的循环体系,使深部富含磷的海水上升;②风暴作用周期性使海平面海水向远岸方向移动,造成近海海水面下降。当风暴的强度减弱时,海面恢复原状需要海水补偿,因此深部富含磷海水可以沿斜坡上涌,源源不断带入磷质。
在扬子陆块东南边缘,由于扬子克拉通内部断块差异运动,西部抬升,在川、滇岛链东侧,数条深大断裂控制着沉积相的展布。形成南北向靠近川、滇岛链边缘的川、滇盆地和远离川、滇岛链的川、滇、黔碳酸盐台内盆地,整个沉积盆地组成阶梯状向东南倾斜的缓坡,是最重要的聚磷中心。早震旦世至早寒武世早期的地壳拉张作用,导致泛大陆解体并造成海平面上升和洋流上翻,扬子碳酸盐岩缓坡成为含磷海水上涌的障壁。因此,在川、滇、黔盆地沉积了—套以碳酸盐岩、磷块岩、硅质岩为主的岩石组合及磷质风暴岩的风暴沉积(图6h~i)。
梅树村组中大海段(Є1ms3)和中谊村段(Є1ms2)是磷矿产出的重要层位,由白云岩、磷块岩、硅质岩等组成,厚50~110 m,发育具磷质骨骼的小壳化石,属上扬子浅海环境。由于在当时该地区处于赤道附近低纬度(南北纬18°之间)热带信风区(蒲心纯等,1993),海侵及上升洋流作用促成梅树村期大量的磷块岩沉积。在上扬子陆块东南缘构成最大的磷矿成矿带,形成几个重要的聚磷盆地,并产出了四川马边、雷波磷矿床,云南永善消滩磷矿床、镇雄羊场大型磷矿床、贵州织金大型富稀土磷矿床以及滇中地区大型成磷区块(图8)。磷块岩与白云岩密切共生,表明它们都是低纬度炎热干旱或半干旱气候的产物(叶连俊等,1989)。
综上所述,滇东北东南部的羊场矿床,其位置远离当时的几大古陆,陆缘碎屑难以到达,所以在梅树村组的岩石组合中,主要是内源物质形成的岩石,而陆缘碎屑物质组成的岩石基本看不到。岩石的层理类型复杂,上部见波状层理、小型交错层理、双向交错层理、丘状交错层理、透镜状层理,亦见脉状层理及板状交错层理。矿石的结构多为砾、砂、粉屑及胶状结构,砾屑、砂屑,具有相对较好的磨圆度(表2、图6a~i,图7a~d),是经海水的反复淘洗作用形成,为处于潮下带的潮汐作用较强的高能浅滩环境。下部水平层理发育,主要为条带状、纹层状白云质硅质磷块岩,条带状、纹层状白云质硅质磷质岩,以及纹层状、含碳质、硅质岩等,代表了水体活动相对平静的低能环境。两者胶结物多为亮晶白云石,在岩矿芯表面,个别钻孔有苦、咸味的盐晶析出,说明当时是一个水质清澈干旱炎热古气候下的沉积环境。又由于磷块岩中普遍含碳质和黄铁矿,局部黄铁矿还特别富积,并形成单独的黄铁矿矿体,组合样分析中烧失量普遍较高,说明磷块岩在沉积成矿的海底富含有机质,并处于封闭或半封闭的还原环境。而胶磷矿多数为砾屑、砂屑、粉屑结构,砾屑、砂屑有较好磨圆度,说明胶磷矿是经过反复淘洗和搬运,并非是含磷海水卸载沉积的第一场所。胶磷矿形成主要原因为热带海底的富磷贫氧海水随洋流上涌至陆表海或陆缘斜坡,与浅层贫磷富氧海水混合,由于温度、压力、pH值、Eh值的变化,使富磷海水中的磷酸盐结晶析出。因此胶磷矿结晶析出的环境应为氧化或半氧化环境,也代表了热带海底的富磷贫氧海水与浅层贫磷富氧海水混合的环境。
国内外学者对海洋中磷循环的不断研究认为海洋中磷的来源主要是陆源岩石风化后,经地表和地下径流以及风力传输汇聚到海洋中,为海洋中磷质来源的主要途径。海洋中的磷成矿作用是地史上的突发事件,巨量磷灰石沉积是磷循环突变的结果,全球性的成磷事件与地史时期气候突变,大氧化事件及生命演化存有密切关系(Fillipelli, 1994)。
对于磷块岩成因机制的认识,目前“洋流上升学说"已成为主流,其认为当深部的富磷海水通过上升洋流的作用重新进入到陆缘海或陆表海的富含氧的浅水层,被当地的生态系统再次利用,通过生物化学形式、物理机械破碎和异地搬运形式以及炎热干旱的自然环境,与白云质析出物相互胶结形成富磷沉积。而磷灰石从海水中析出多发生在氧化还原界面附近,并在还原环境中沉积,因此,磷块岩中的胶磷矿常与黄铁矿、磷灰石、碳质、白云石等共生,也充分说明,磷矿床的形成经历了生物化学沉积,成岩以及物理富集3个阶段(Baturin, 1971;Pufahlet al., 2017)。
5镇雄-威信地区找矿潜力5.1羊场背斜带羊场背斜带,包括羊场背斜以及羊场背斜以北偏东的瓦石背斜和威信复背斜(梁兴,2011,图1b),瓦石背斜和威信复背斜与羊场背斜一样具有相同的古地理特征和相同的沉积环境,只是后期构造要比羊场背斜复杂一些。
羊场背斜是镇雄-威信地区最大的背斜构造,其褶皱轴走向明显指向东西,在褶皱形态上,具有顶部平,翼部陡的箱状褶皱特征。羊场背斜北东分支褶皱在陈家垭口附近倾伏,倾伏端指向恰好与瓦石背斜西南倾伏端对应。西段从黄连沟向西至车棚、栓角寨一段,褶皱总体走向呈北东60°方向,仍然具有顶部平缓两翼较陡的特点,并在背斜轴部地形切割较深地方出现一系列的天窗构造。
对于整个羊场背斜而言,目前勘查工作仅限于羊场箱状背斜核部及两翼,地表出露中寒武统范围内。在已完成普查区块的东边、西边出露寒武系第二统、苗岭统、芙蓉统的背斜轴部及两翼仍有广阔的找矿空间。位于碗厂-盐源之间是最好的磷矿勘查区块,地层出露较老,矿体埋深较浅,多数在500~1000 m的深度。而出露寒武系苗岭统、芙蓉统区域,沿背斜两翼及背斜轴的东部、西部,随着地层的叠加,背斜核部及两翼矿体埋藏深度会增加,磷矿体埋藏深度多数在1000~1500 m范围内。对此,我们对矿区作了一个初步的预测:
以埋藏1000 m深度预测,其分布范围约100 km2,涵盖寒武系第二统在地表分布区域,通过已揭露的矿体推断该区块之下磷矿资源量达80亿t。若按1500 m的埋深来预测,基本涵盖了寒武系第二统、苗岭统、芙蓉统在地表的连续分布范围,面积达154 km2,预测磷矿资源量可能超百亿t。目前,矿区经两年的普查工作,加上位于矿区北西探矿权内已施工的钻孔,普查面积已达31km2,仅完成羊场背斜磷矿体1500 m埋深区域寒武系地表出露面积的20.6%,还有79.4%的面积已在规划和普查中(图10、图11)。
值得一提的是,处于同一构造背景下具有相同古地理沉积环境的羊场箱状背斜西南部,是该构造单元向西延伸部分,至海子乡一带,与羊场背斜轴相垂直分布的4个背斜、向斜平行组合出现的最东边(图1b),这一位置是羊场背斜最西边的倾伏端,其背斜西部地表出露古生代奥陶系(O)、志留系(S)、泥盆系(D)等,根据羊场磷矿区纵剖面图(图3b),矿体平直的走向来看,在羊场背斜核部,其厚大的矿体有往西延伸的趋势。在羊场背斜西部奥陶系(O)之下,磷矿体埋深可能在2000~2500 m范围,在背斜核部,矿体的埋深标高应与东段目前勘查区矿体标高基本一致,只是在上边多叠加了几个地层(图1、图3)。从目前磷矿山的现状来看,当浅部磷矿资源耗尽时,深部磷矿床的开采是未来获取磷资源的主要形式。
5.2芒部背斜带芒部背斜带,包括芒部背斜及其以东的以勒背斜(梁兴,2011)(图1b)。以勒背斜由于工作程度低,缺乏相应数据,其古地理特征和的沉积环境应与羊场背斜相同,这里着重介绍芒部背斜(图12)。
芒部背斜位于羊场背斜东部,轴向为NE-SW展布。平面上呈北窄南宽的长条形,长20 km,宽6 km,分布面积约120 km2,为一短轴背斜。背斜轴走向为NNE向(21°),核部出露地层为寒武系苗岭统娄山关组一段(Є3l1),两翼出露寒武系芙蓉统娄山关组二段(Є4l2)以及奥陶系(O)、志留系(S)、二叠系(P),西翼狭窄,地层产状20°~30°,东翼较开阔,地层产状10°~20°,枢纽呈波状向两端倾伏。以古-威信大断层贯穿芒部背斜轴的西部,为一破背斜。其断裂为压扭性大断裂,断裂面向南西倾斜,倾角60°~70°,在背斜内长达29 km,地面断距200 m左右(曹俊,2015)。断层破坏了原背斜对称性的空间展布,形成“背斜夹一刀”的构造格局,局部在娄山关组一段(Є3l1),地层的破碎带中有铅锌矿体产出。
芒部背斜距羊场背斜平距不足10 km,其下部隐伏寒武系与羊场背斜具一样的沉积特征和相同的古地理环境。石油勘探钻孔“芒1井”和“昭101井”揭露到寒武系第二统牛蹄塘组以及灯影组,并在牛蹄塘组下部已揭露出含磷层,指示“芒1井”牛蹄塘组下部含磷较普遍(图13)(曹俊,2015),在黑色泥质粉砂岩及粉砂岩中含磷较重,尤其底部含磷最重。而昭101井位于芒部背斜,地表断裂发育,目的层位筇竹寺组(牛蹄塘组)因断裂出现地层重复,岩石裂隙发育,大量方解石充填。据这些钻探工程零碎资料,在“芒1井”和“昭101井”寒武系第二统牛蹄塘组与震旦系上统之间缺失寒武系纽芬兰统梅树村组,结合羊场背斜众多钻孔资料,笔者认为芒部背斜下部寒武系纽芬兰统、第二统、苗岭统与羊场背斜的地层结构是一样的,并推测在芒1井中1400~1500 m之间的含磷岩性段应为梅树村组。
从芒1井的相关岩性描述来看,芒部背斜核部应埋藏着厚大的隐伏磷矿体。在芒部背斜中,寒武系芙蓉统娄山关组地表出露面积近60 km2。从“芒1井”和“昭101井”泥页岩对比图(图14)中可推断:娄山关组下段出露区域,磷矿体埋深应在1400~1460 m之间;娄山关组上段出露区域,磷矿体埋深应在1600~1750 m之间,受断层影响,目的层位梅树村组有可能在深度上被抬升或下降,抬升区域是寻找隐伏磷矿体的有利地段。芒部背斜是继羊场背斜之外,最有前景的磷矿找矿区块。
6讨论从区域上来看,瓦石背斜、威信背斜、芒部背斜、以勒背斜均属于羊场磷矿区的东延部分,被后期的构造运动将其挤压拆分为几大构造单元,其古地理特征和古沉积环境与羊场背斜是一致的。因磷矿在该区域内都属于隐伏矿床,埋藏较深,地表无法找到露头。在该区域上,仅有羊场背斜“羊1井”,“羊2井”钾盐勘探钻井,芒部背斜中有“芒1井”,“昭101井”石油勘探钻井,在“羊1井”和“芒1井”的记录中都有关于磷矿的描述。在新的矿产地质志中将该区块划归为镇雄—威信成磷区(岳维好, 2020),主要靠“羊1井”和银厂弯矿权内的几个钻孔作推测,后2018年中国地质调查局成都地质调查中心在附近施工了2个钻孔,同年云南省地质调查院在盐源镇(羊场)蓼叶坝附近施工了1个钻孔,预测磷矿石资源量为80亿t(郭阳, 2018)。除此之外,在该区域便很难找到关于磷矿勘查和调查的相应文献资料。如今,在“羊1井”的牵头引导下,羊场矿床已有重大找矿突破。而在芒部背斜中“芒1井”和“昭101井”,其零碎的文献对磷矿勘查尤为重要,从岩性组合来看,芒部背斜和羊场背斜中的牛蹄塘组及其下部含磷层位,具有相同的古地理特征和古沉积环境,也明示芒部背斜中磷矿赋存的空间位置及地层层位,因此对芒部地区磷矿勘查具有指导性的意义。
在梳理以上资料时,笔者注意到了一个值得深究的问题,在羊场背斜东部,羊场背斜轴往东经过盐源附近后出现向东倾斜的突变,梅树村组变薄,磷矿化减弱。在ZK001钻孔资料中,梅树村组仅见二段下部Ⅲ品级纹层状硅质磷质岩或低品位的纹层状含磷质硅质岩的突变现象。而在羊2井的钻孔资料中,仅见梅树村组一段的地层,即纹层状含碳质白云质硅质岩。岩芯中细纹层或纹层组较为发育。并由多个纹层组成相应的层,主要发育水平层理,或微波状水平层理。应归属于梅树村组底部的地层。说明在羊场背斜的东部,当时的沉积环境应为位于风瀑浪基面之下的深水环境。接合“芒1井”和“昭101井”相关资料,在“芒1井”中有磷矿的相关记录,而在“昭101井”中没有这项记录,且“昭101井”是在芒1井之后施工,含磷矿的地层应该被重视。这说明“昭101井”中梅树村组在当时的沉积过程,也是处于深水的沉积环境,并缺失了中谊村段含磷地层段。且灯影组的顶界在2个钻孔中相差近300 m。若排除后期构造的影响,至少我们认为这2个钻孔的沉积环境不一样,因此推测这个深水环境的区域范围是受盐源-威信断裂和以古-威信断裂的控制。而处于这2个断裂之间是一个海水较深的区域,长期处于一个相对稳定的低能沉积环境,基本位于风暴浪基面之下,虽然表层海水,同样能结晶析出磷矿物,由于低层海水压力的增加及pH值,Eh值和氧逸度的突变,析出的磷矿物结晶在到达底层时又溶解回海水中,故这个界面之下基本不具备形成磷块岩矿体的条件。因此其深水区域可能以盐源-威信断裂、以古-威信断裂为界,这2个断裂之间的区域可能不具备形成磷矿的条件。羊场背斜的含矿区域应在背斜南部和西部,而芒部背斜中含矿区域则应位于以古断裂的东盘。这个发现对新一轮找矿的勘查具有重要的意义。
依上所述,镇雄-威信地区羊场背斜之外的几大弧形背斜深部,应埋藏有厚大磷矿体,背斜核部都出露寒武系芙蓉统,与羊场背斜同属一个古地理环境,其下部地层具有相同的地质结构和沉积特征,磷矿埋藏深度可能在1500~1800 m左右。埋藏标高与羊场磷矿相比,由于后期构造作用,升降力度有所变化之外,只是在原地层的基础上多叠加了几套地层。充分考虑与背斜配套共生的断层对深部矿体的破坏和对地层抬升、陡降或平移的基础上设计钻探工程,进行钻孔验证,是较为经济的找矿方法。“深部找矿,向地下进军3000 m”(于德福, 2021),是未来的找矿趋势。因此,在新一轮找矿行动中,应在这些区域投入一定的勘查资金,继续在羊场背斜勘查的同时,同步在芒部背斜中做初步的工作,规避风险,稳步推进,取得成果后再把工作开展到其他几个大背斜中。
7结论(1)羊场矿床磷矿资源集中,规模巨大,矿石品位较高,延伸稳定。从上至下分为KT1、KT2、KT3三个矿体,其中KT2矿体厚度分布较稳定,为矿区的主矿体。矿石上部为碳酸盐型,下部为混合型。
(2)羊场矿床的形成受上升洋流和“陆缘坻”古地理-构造环境的制约,胶磷矿形成于上层海水氧化或半氧化的环境,而沉积于陆表海海底封闭或半封闭的还原环境。上升洋流携带热带深海的富磷贫氧海水与浅层贫磷富氧海水混合,海水历经环境变化,使磷酸盐从海水中结晶析出,并在局部海域还原环境下沉积。磷矿床的形成经历了生物化学沉积,成岩以及物理富集3个阶段。
(3)根据羊场矿床最新勘查成果和以往的零碎资料,结合古地理特征,并通过区域构造演化分析,文章总结出区域磷矿的成矿规律和找矿方向。在该区其他背斜构造与羊场矿床具有相同的地质背景,充分考虑当地隔槽式构造格局的影响,羊场背斜、瓦石背斜、威信背斜、芒部背斜、以勒背斜等,为未来最好的隐伏磷矿找矿区块。评价羊场矿床的同时,应着手对芒部背斜进行工程论证,然后将磷矿找矿区域拓展到其他面上。
致谢审稿专家对论文做了详细的审阅,并提出的宝贵意见和建议,提升了本文水平,在此表示衷心的感谢!
表1羊场磷矿矿体特征表(据云南省地质调查院,2023修编)
Table 1 Characteristic data of Yangchang phosphate orebodies(modified from Yunnan Geological Survey Institute, 2023)矿体
号
厚度/m
w(P2O5)/%
矿石
品级
矿体
产状
矿物
组合
沉积
亚相
矿石
类型
成矿
环境
成矿
时代
最厚
最薄
平均值
变化
特征
最大
最小
平均值
变化
特征
KT1
8.16
1.96
5.17
较稳定
22.69
15.04
17.97
较均匀
Ⅲ
隐伏于羊场背斜,由背斜轴向两翼缓倾斜
胶磷矿、石英、方解石、白云石
潮间带
碳酸盐型
浅海碳酸盐台地干热潮坪环境
早寒
武世
梅树
村中
晚期
KT2
41.37
16.77
31.01
稳定
34.3 4
21.11
24.52
均匀
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
潮间带潮下带
碳酸盐型、混合型
KT3
13.0
2.00
7.00
较稳定
22.0 0
15.10
16.00
较均匀
Ⅱ、Ⅲ
潮下带
混合型
图1滇东北镇雄-威信地区构造位置图(a)及地质图(b)(据云南省地质调查院,2023修编)
1—白垩系;2—侏罗系3—三叠系;4—二叠系;5—石炭系;6—泥盆系;7—志留系;8—奥陶系;9—寒武系—奥陶系;10—寒武系苗岭统-芙蓉统;11—寒武系第二统;12—地层界线;13—断裂;14—磷矿勘查远景区;15—省界 ①—安宁河-绿汁江断裂;②—小江断裂;③—红河断裂;④—巧家-连峰断裂;⑤—康定-彝良-水城断裂;⑥—弥勒-师宗-水城断裂;⑦—毕节-大方断裂
Fig. 1 Tectonic location (a) and geological schematic map (b) of Zhenxiong-Weixin region in Northeast Yunnan (modified from Yunnan Geological Survey Institute, 2023)
1—Cretaceous; 2—Jurassic; 3—Triassic; 4—Permian; 5—Carboniferous System; 6—Devonian; 7—Silurian; 8—Ordovician; 9—Ordovician—Cambrian; 10—Cambrian Miaoling uniffed Furong Series; 11—Number two Cambrian; 12—Stratigraphic boundary; 13—Fault; 14—Phosphate exploration prospective area; 15—Provincial boundaries①—Anninghe-Lüzhijiang fault;②—Xiaojiang fault;③—Honghe fault;④—Qiaojia-Lianfeng fault;⑤—Kangding-Yiliang-Shuicheng fault; ⑥—Mile-Shizong-Shuicheng fault;⑦—Bijie-Dafang fault
图2羊场磷矿区地质图(据云南省地质调查院, 2023修编)
1—第四系;2—三叠系;3—二叠系;4—泥盆系;5—奥陶系;6—寒武系娄山关组上段;7—寒武系娄山关组下段;8—寒武系高台组;9—寒武系清虚洞组;10—寒武系金顶山组;11—寒武系明心寺组;12—寒武系牛蹄塘组;13—实测正断层/逆断层/性质不明断层;14—平行不整合界线/整合界线;15—岩层产状;16—见矿钻孔位置及编号;17—剖面线
Fig. 2 Regional geological map of Yangchang phosphate mine area(modified from Yunnan Provincial Geological Survey Institute, 2023)
1—Quaternary; 2—Triassic; 3—Permian; 4—Devonian; 5—Ordovician; 6—Cambrian second member of Loushanguan Formation; 7—Cambrian First member of Loushanguan Formation; 8—Cambrian Gaotai Formation; 9—Cambrian Qingxudong Formation; 10—Cambrian Jindingshan Formation; 11—Cambrian Mingxinsi Formation; 12—Cambrian Niutitang Formation; 13—Observed normal faults/Reverse faults/Unknown fault;
14—Integration boundary/Parallel unconformity boundary angular unconformity; 15—Stratum occurrence; 16—Discovery drill hole and number; 17—Section line
图3羊场磷矿区0号勘探线(a)及纵Ⅰ线地质剖面图(b)(据云南省地质调查院, 2023修编)
1—高台组;2—清虚洞组;3—金顶山组;4—明心寺组;5—牛蹄塘组;6—梅树村组三段;7—梅树村组二段;8—梅树村组一段;9—灯影组;10—泥岩;11—泥质粉砂岩;12—钙质粉砂岩;13—石英砂岩;14—灰岩;15—白云岩;16—磷质岩;17—瘤状灰岩;18—地层界线,19—钻孔编号/孔口标高/m;20—工业矿;21—低品位矿;22—产状;23—矿体及编号
Fig. 3 Geological profiles of exploration line No. 0 (a) and vertical line No. I (b) from Yangchang phosphate deposit(modified from Yunnan Geological Survey Institute, 2023)
1—Gaotai Formation; 2—Qingxudong Formation; 3—Jindingshan Formation; 4—Mingxinsi Formation; 5—Niutitang Formation; 6—3rdof Meishucun Formation; 7—2ndof Meishucun Formation;
8—1stof Meishucun Formation; 9—Dengying Formation; 10—Mudstone; 11—Argillaceous siltstone; 12—Calcareous siltstone; 13—Quartz sandstone; 14—Limestone; 15—Dolomite; 16—Phosphorite;
17—Nodular limestone; 18—Stratigraphic boundary; 19—Drill hole number/Orifice elevation/m; 20—Industrial ore; 21—Low-grade ore; 22—Attitude; 23—Ore body and number
图4 ZK00-8钻孔梅树村组中谊村段柱状图(据云南省地质调查院,2023修编)1—梅树村组三段;2—梅树村组二段三层;3—梅树村组二段二层;4—梅树村组二段一层;5—梅树村组一段;6—磷灰岩;7—砾屑灰岩;8—白云质磷质岩;9—硅质白云岩;10—样品及编号;11—Ⅰ品级磷矿层;12—Ⅱ品级磷矿层;13—Ⅲ品级磷矿层;14—低品位磷矿层
Fig. 4 Column diagram of ZK00-8 borehole showing the Zhongyicun segment of the Meishucun Formation (modified fromYunnan Geological Survey Institute, 2023)1—3rdof Meishucun Formation; 2—The third layer of 2ndof Meishucun Formation; 3—The second of 2ndof Meishucun Formation; 4—The first layer of 2ndof of Meishucun Formation; 5—1stof Meishucun Formation; 6—Phosphorous limestone; 7—Calcareous limestone; 8—Dolomitic phosphorous rock; 9—Siliceous dolomite; 10—Sample and number; 11—GradeⅠphosphate ore layer; 12—GradeⅡphosphate ore layer; 13—GradeⅢphosphate ore layer; 14—Low grade phosphate ore layer
图5羊场磷矿0号勘探线矿层结构对比图(据云南省地质调查院, 2023修编)1—牛蹄塘组;2—梅树村组三段;3—梅树村组二段三层;4—梅树村组二段二层;5—梅树村组二段一层;6—梅树村组一段;7—含碳质泥质粉砂岩;8—含磷灰岩;9—硅质白云岩;10—硅质岩;11—样品及编号;12—Ⅰ品级磷矿层;13—Ⅱ品级磷矿层;14—Ⅲ品级磷矿层;15—低品位磷矿层;16—钻孔及编号;17—矿体编号;18—分层矿体编号Fig. 5 Comparison of the orebodies structure from exploration line No.0 in Yangchang phosphate deposit (modified from Yunnan Geological Survey Institute, 2023)1—Niutitang Formation; 2—3rdof Meishucun Formation; 3—The third layer of 2ndof Meishucun Formation; 4—The Second layer 2ndof Meishucun Formation; 5—The first layer of 2ndof Meishucun Formation; 6—1stof Meishucun Formation; 7—Carbonaceous argillaceuus siltstone; 8—Phosphorous limesone; 9—Phosphorous dolomite; 10—Siliceous rock; 11—Sample and number; 12—GradeⅠphosphate rock; 13—GradeⅡphosphate rock; 14—GradeⅢphosphate rock; 15—Low grade phosphate rock; 16—Drilling and number; 17—Ore body and number; 18—Stratified ore body number
表2羊场磷矿床主要矿石结构构造特征表
Table 2 Characteristic data of the main ore texture and structure from Yangchang phosphate deposit
矿体号
矿物组成
酸不溶物
矿石类型
矿石结构
矿石构造
矿石矿物
脉石矿物
KT1
主要为胶磷矿及少量的细晶磷灰石,胶磷矿成分为碳磷灰石、氟磷灰石等
方解石为主,含少量白云石、黄铁矿等
由上到下含量逐渐增加
碳酸盐岩型磷块岩
砾屑结构、砂屑结构、砂屑凝胶结构
致密块状构造、宽条带状构造、角砾状构造
KT2
上部方解石、白云石,下部细纹层状白云石、石英、玉髓为主,少量碳质、黄铁矿等
上部为碳酸盐岩型磷块岩,下部混合型磷块岩
砾屑、砂屑结构、砂屑凝胶结构、砂粉屑-细晶结构、鲕粒结构、包粒结构
上部致密块状构造、条带状构造、角砾状构造,下部以白云质、硅质、碳质纹层为主的纹层状构造、缝合线构造等
KT3
细纹层状白云石、玉髓为主,少量方解石、白云石,碳质、黄铁矿等
混合型磷块岩
砂屑凝胶结构、砂粉屑-细晶结构
以白云质、硅质、碳质纹层为主的细纹层状构造,鏠合线构造等
图6羊场矿区磷块岩矿石构造特征 a.砂屑磷块岩;b.亮晶砂屑含钙质磷块岩;c.纹层状含砂屑胶状磷块岩;d.纹层状砂屑磷质岩;e.纹层状砂屑磷质岩;f.纹层状砂屑磷质岩;g.磷块岩矿体;h.风暴内生角砾岩;i.风暴内生角砾岩
Fig. 6 Ore structure characteristics of phosphorite from the Yangchang deposit a. Sandy lithophorite; b. Sparry sand chips contain calcareous phosphorite; c. Laminar sand clastic colloidal phosphorite; d. Lamellar sand cutting phosphorite; e.Lamellar sand cutting phosphorite; f. Lamellar sand cutting phosphorite; g. Ore body phosphorite; h. Storm endogenous breccia; i. Storm endogenous breccia
图7羊场矿区磷块岩矿石结构特征(据云南省地质调查院,2023修编)
a.砂屑磷块岩;b.亮晶砂屑磷块岩;c.亮晶砂屑钙质磷块岩;d.纹层状含砂屑胶状磷块岩
Qtz—石英;Clh—胶磷矿;Ap—磷灰石;Cal—方解石;Dol—白云石
Fig. 7 Ore texture of phosphorite from the Yangchang deposit(modified from Yunnan Geological Survey Institute, 2023)a. Sandy lithophorite; b. Sparry sandy lithophorite; c.Sparry sand chips contain calcareous phosphorite; d. Laminar sand clastic colloidal phosphoriteQtz—Quartz; Clh—Collophanite; Ap—Apatite; Cal—Calcite; Dol—Dolomite
表3羊场矿床磷矿石工业类型划分指标表
Table 3 Industrial type division indicator table of Yangchang deposit phosphorous ore
矿体号
w(P2O5)/%
混合型
碳酸盐型
备注
CaO/P2O5
酸不溶物/%
CaO/P2O5(比值)
酸不溶物/%
KT1
17.00
2.30
13.00
选矿级
KT2上部
24.68
1.65
16.37
加工级
KT2下部
23.62
1.76
16.79
加工级
KT3
22.86
1.63
22.29
加工级
图8寒武纪梅树村期川滇黔地区岩相古地理略图(据蒲心纯等,1993,修改)
1—古陆;2—前滨;3—浅水缓坡浅滩;4—风暴浅滩;5—潮坪;6—浅水缓坡;7—深水缓坡;8—等厚线;9—海侵/海退方向;10—剖面;11—断层;12—成磷区及编号;Ⅰ—华宁-昆明成磷区;Ⅱ—巧家-会泽成磷区;Ⅲ—永善-雷波-马边成磷区;Ⅳ—威信-镇雄成磷区;Ⅴ—织金成磷区
Fig. 8 The sketch of the lithofacies and paleogeography in the Cambrian Meishucun Formation period of Sichuan-Yunnan-Guizhou area(modified after Pu et al.,1993)
1—Ancient land; 2—Foreshore; 3—Shallow gentle slope; 4—Storm beach; 5—Tidal flat; 6—Shallow gentle slope; 7—Deepwater gentle slope;
8—Isopach; 9—Transgressive/Regressive; 10—Profile; 11—Fault; 12—Phosphorus forming area and number;Ⅰ—Huaning-Kunming phosphorus forming area;Ⅱ—Qiaojia-Huize phosphorus forming area;Ⅲ—Yongshan-Leibo-Mabian phosphorus forming area;Ⅳ—Weixin-Zhenxiong phosphorus forming area;Ⅴ—Zhijin phosphorus forming area
图9川滇黔地区磷块岩风暴流沉积机制示意图
Fig. 9 Sketch map showing sedimentary mechanism of storm-flow for phosphorites from Sichuan-Yunnan-Guizhou area
图10羊场背斜普查现状及矿体埋深图
Fig. 10 Current status of geological survey for Yangchang anticline with the burial depths of orebodies
图12芒部背斜地质略图(据云南省地质调查院,2023修编)
Fig. 12 Geological sketch of Mangbu anticline (modified from Yunnan Geological Survey Institute, 2023)
图13芒部1井下寒武统单井沉积相柱状图((据曹俊,2015修改)Fig. 13 Column diagram of Lower Cambrian single well sedimentary facies of Mangbu No.1(modified from Cao, 2015)
图14芒部牛蹄塘组页岩气联井对比图(据曹俊,2015,修改)
Fig. 14 Comparison map of shale gas coupling Wells in Niutitang Formation, Mangbu(modified from Cao, 2015)
-
参考文献
摘要
云南镇雄县羊场磷矿经地勘工作测算确认为大型隐伏磷矿床,已探获资源量27亿t,远景资源量超百亿t。磷矿体赋存于寒武系梅树村组碳酸盐岩−泥质碎屑岩沉积建造中部的一套含磷岩系中,岩性以磷质岩和磷块岩为主,少量含磷灰质白云岩和含磷硅质白云岩。矿体产状与地层产状一致,呈层状、似层状展布于近东西向延伸的宽阔羊场箱状背斜两翼。钻探数据表明:矿体平均厚度达34 m,磷(w(P2O5))平均品位达24.3%,埋深450~1500 m;矿石主要矿物氟磷灰石(胶磷矿)形成于陆表海海底封闭或半封闭的还原环境,在海水氧化还原界面附近析出;成矿过程包括生物化学沉积,成岩以及物理富集3个阶段。已有研究表明,该磷矿形成于上扬子西南缘的滇东被动陆缘昭通陆棚半封闭的浅水台地相中,磷矿层的形成受古构造、沉积环境及岩相古地理条件控制,地层与构造控矿明显。在“成磷盆地-聚磷沉积相-磷矿层”的磷矿找矿思想指引下,综合成矿地质背景、矿床成因、控矿因素和区域成矿地质条件,笔者认为羊场磷矿所在的镇雄-威信地区,因与羊场相似的沉积相和地层层序,找矿前景巨大。文章为该区早寒武世海相沉积型磷矿的找矿提供理论依据与对比线索。
Abstract
The Yangchang phosphate deposit in Zhenxiong County has been confirmed as a super-large hidden phosphate deposit, and the explored resource is exceeding 2.7 billion tons and potential resource exceeding 10 billion tons. The phosphate orebodies occur in a set of phosphorous-bearing in the middle part of a carbate-argillaceous clastic sedimentary Formation of the Cambrian Newfoundland System Meishucun Formation. The lithology is dominated by phosphorous rock and phosphate rock, with a small amount of phosphorous-bearing dolomite and siliceous dolomite. The occurrence of the orebodies are consistent with that of the stratum, and it is distributed in layered and/or quasi layered that occurred in two sides of the Yangchang broad anticline with nearly East-West extension. The drilling data indicate that the average thickness of the orebodies is 34 m, the average grade of phosphorusw(P2O5) is 24.3%, and the buried depths are 450~1500 m. The dominant mineral phase, fluorapatite (collophanite), is formed in a closed or semi-closed sea and precipitates near the REDOX interface of seawater. The metallogenic process includes three stages: biochemical deposition, diagenesis and physical enrichment. Previous studies have shown that the phosphate deposit formed in a semi-enclosed shallow platform facies of the Zhaotong shelf in a passive continental margin of eastern Yunnan, which is controlled by paleostructure, sedimentary paleoenvironment, and lithofacies or paleogeographic conditions. Stratigraphic and structural ore control effects are obvious. Comprehensive study of metallogenic geological background, ore genesis, ore control factors and regional metallogenic geological conditions, the authors views that the Zhenxiong-Weixin region where Yangchang phosphate deposit is located has great prospects and resource potential based on the similar sedimentary facies and stratigraphic sequence. This study provides theoretical basis and comparative clues for prospecting for phosphate deposits in the Early Cambrian marine sedimentary facies in this region.