新疆平臺山-大水地區海相沉積型磷釩礦典型礦床特征及成礦規律研究

陳疆 曲鳳英 賈紅旭 徐永波 殷長江 賴濤 李衛東 劉洋旭 譚克彬 郭勇明

（①新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第六地質大隊 哈密839000②新疆維吾爾自治區地質調查院 哈密 839000）

新疆平臺山-大水地區海相沉積型磷釩礦典型礦床特征及成礦規律研究

陳疆①曲鳳英①賈紅旭①徐永波②殷長江①賴濤①李衛東①劉洋旭①譚克彬①郭勇明①

（①新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第六地質大隊 哈密839000②新疆維吾爾自治區地質調查院 哈密 839000）

新疆哈密市平臺山-大水地區海相沉積型磷釩礦分布于塔里木板塊北山裂谷系北山中間地塊，寒武系黑色碎屑沉積巖建造控制著該區與北山早古生代裂谷寒武紀黑色碎屑沉積巖系有關的沉積型磷釩礦的分布與品位，典型礦床有平臺山磷釩礦、大水西釩礦，對成礦控制因素，礦床時空分布規律進行了研究。

平臺山-大水地區 海相沉積型磷釩礦 典型礦床特征 成礦規律研究

新疆平臺山－大水地區是新疆重要成礦帶之一，分布于塔里木板塊北山裂谷系北山中間地塊的東段，近年來隨著國家、市場資金項目的投入，陸續發現了與寒武系黑色碎屑沉積巖建造有關的平臺山磷釩礦、大水西釩礦等眾多數量的釩礦床（點）、礦化點,規模不斷擴大。

與寒武系黑色碎屑沉積巖建造有關的磷釩礦床研究成果也不斷出新：葉杰等研究了黑色巖系型礦床的形成作用及其在我國的產出特征；高振敏等研究了黑色巖系中貴金屬富集層的成因;楊富全等研究了新疆天山黑色巖系型礦床的地質特征及找礦方向；趙省民等進行了敦煌方山口大型釩磷鈾礦床的稀土元素地球化學研究；常想德等進行了平臺山釩礦成因探討等。

本文在前人基礎上，通過對成礦地質背景、寒武系黑色碎屑沉積巖特征、磷釩礦典型礦床及區域成礦規律的研究，旨在為進一步推動磷釩礦的找礦突破積累資料。

1 區域地質背景

新疆哈密市平臺山－大水地區海相沉積型磷釩礦分布于塔里木板塊北山裂谷系北山中間地塊。加里東構造期，本區發生大規模的近東西向伸展－拉張作用，造成下部地殼高度拉薄；上部地殼拉張，形成地壘－地塹相間的古生代北山復合裂谷海槽，在本區形成寒武系沉積硅質巖、碎屑巖，奧陶系錫林柯博組沉積碎屑巖。本區的磷釩礦即形成于寒武紀沉積時期。

（1）構造特征

區內早古生代裂陷槽控制著該區與北山早古生代裂谷寒武紀黑色沉積巖系有關的沉積型磷礦的分布。該區的含磷巖系在區域上呈狹長帶狀東西向分布古生代北山復合裂谷海槽，嚴格受此東西向的構造帶控制，并且在南北方向受到海槽范圍的控制，使得沉積范圍被限制在北山裂谷區域內。后期的構造，如褶皺和斷裂，主要是在空間上改變磷礦的分布，平臺山磷礦向背斜兩翼富集，并且被斷裂錯斷、抬升，遭受剝蝕。

（2）沉積巖建造

寒武系黑色碎屑沉積巖建造控制著該區與北山早古生代裂谷寒武紀黑色碎屑沉積巖系有關的沉積型磷礦的分布與品位，東西方向上的沉積深度控制著磷礦的品位，即由東向西變貧。平臺山磷礦、大水磷礦均產出與寒武紀雙鷹山群。

含磷巖系總體為灰色、灰黑色碎屑巖，相伴生的自生礦物為硅質、方解石、泥質、粉砂質及少量黃鐵礦，這表明早寒武世時，該區氣候溫暖而潮濕。但早寒武世初期所堆積的雜色粘板巖顏色較雜，有機炭含量低，并有紅層出現，反映在早寒武世初期出現過一段短暫的干燥環境，而主要磷礦層正是在這種氣候由寒冷干燥變得溫暖潮濕的情況下沉積下來的。氣候由寒冷干燥變得溫暖潮濕，一方面浮游生物會大量繁殖，繼而大量死亡分解、形成磷質沉積；另一方面，由于海水中CO2的濃度對磷酸鹽的溶解有很大作用，海水溫度升高，上下層海水對流加強，不但將富含磷質的海水帶到淺海區，還造成海水中CO2逸出，并形成CaCO3沉積，此時水中CO2分壓降低，磷酸鈣在水中的溶解度亦隨之降低，進而達到飽和、析出、沉積。據該地層出現的小舌貝化石，該區應當為60～300 m的淺海相沉積。

（3）侵入巖建造

該區磷礦以沉積型為主，寒武紀該區侵入巖不發育。寒武紀以后的侵入巖破壞了寒武系的沉積地層，使得該區的寒武系含磷地層支離破碎。在尖山子一帶，華力西期的侵入巖使元古界碳酸鹽建造中的磷富集，形成品位很低的熱液型磷礦化點。

（4）變質巖建造

平臺山地區的寒武系含磷巖系均有一定程度的變質，但對磷礦的形成影響較小，在局部地區，如尖山子地區，有品位很低的變質型磷礦化點，系中元古界碳酸巖磷酸鹽。

2 典型礦床特征

（1）平臺山磷釩礦

平臺山磷礦賦礦地層為下寒武統雙鷹山群一套由含炭粉砂質板巖－炭質板巖－雜色粘板巖夾薄層大理巖組成的碎屑－化學沉積淺變質巖地層，與下伏的薊縣系愛爾基干群巖層呈平行不整合接觸，與上覆寒武系西雙鷹山群地層平行整和接觸。依據巖性特征和巖石組合，寒武系下統雙鷹山群分為：雙鷹山組上巖組（∈1sc）－含碳粉砂質板巖，零星分布少量黃鐵礦，底部見有褐鐵礦、石墨；雙鷹山組中巖組（∈1sb）－碳質板巖，是主要的釩礦層，含少量磷灰石；雙鷹山組下巖組（∈1sa）－雜色粘板巖夾薄層大理巖，該巖性組中的粉砂粘土質磷塊巖，是主要的磷礦層。

礦區位于平臺山復式背斜的次級背斜——平臺山背斜，地層褶皺斷裂十分發育。背斜構造核部較為尖利，傾向北方，軸跡近東西向，礦體已被剝蝕；兩翼產狀陡立，兩側向斜較為開闊，礦體產在背斜兩翼和兩側向斜下寒武系統雙鷹山組地層中，礦體隨地層變化而呈褶曲狀。

礦區發育有3組斷層構造：第一組發育時間最早，為一組近東西走向的逆斷層，斷層傾向北方，傾角＞60°，規模較大，部分礦體被斷層錯斷抬升至地表；第二組為一組走向北北東的平移斷層，該組的斷層稍晚于第一組，規模較小，部分地層和礦體在平面上被南北向錯開；第三組為一組走向北北西向的平移斷層，該組斷層大致和第二組為同一時期，規模較小，部分地層和礦體在平面上被南北向錯開。

礦區內的侵入巖主要為華力西期酸性侵入巖，形態以巖脈為主，走向與本區的構造線一致，以近東西向為主，巖性主要為黑云母花崗巖及鉀長花崗巖。侵入巖與圍巖為侵入接觸關系，并使圍巖發生角巖化、硅化等蝕變。由于巖體的上侵，在局部地區截斷了地層和礦體。

平臺山磷礦區中部由于處在背斜核部，地層被剝蝕，礦區被分為南北2個部分，分別南側向斜和背斜的北翼。受沉積環境和構造影響，南部礦區磷礦P2O5含量在0.4%～1.2%，達不到工業價值，北部礦區磷礦相對較富，是本區的研究重點。

背斜北翼礦區共劃分出7個礦體，各礦體特征描述見表1。

表1 平臺山磷礦區1-7號磷礦體特征對照表

總體上，磷礦石由西向東、由邊部向中間質量逐漸變好，厚度逐漸增加，這與當時的沉積環境以及后來的構造、變質作用有關。

在該區，釩礦作為磷礦的同生礦，平均品位達到0.553%，主要產在下寒武統雙鷹山組中巖性組炭質板巖中。釩礦體呈層狀，近東西向分布，以含釩絹云母形式產出，其沉積時間稍晚于本區磷礦的沉積。

礦區主要見到4種磷礦石自然類型：粉砂粘土質磷塊巖、炭質磷塊巖、碳酸質磷塊巖、硅質磷塊巖等。不同的礦石類型、結構、構造、有著不同的礦物成分，這與當時的沉積環境、古氣候有關。

礦層中的伴生有益組分包括V、Ti、K、Ag、U、S、石墨、F、稀土等。其中V、石墨已達到工業要求，可進行工業開采，其他元素含量參照粉砂粘土質磷塊巖光譜分析結果表和粉砂粘土質。

賦礦地層以含炭質板巖及含炭質石英巖為主，在地表常風化為黑色粉末，其他蝕變還有硅化、綠泥石化、碳酸鹽化、絹云母化、黃鐵礦化及電氣石化等。

平臺山磷礦主要是由濱淺海生物化學沉積作用形成的磷塊巖礦床，其形成受到大地構造、古地理、古氣候條件和化學介質的控制。

（2）大水西釩礦

礦區出露地層主要為薊縣系、寒武系、奧陶系、志留系和第四系，大水西釩礦產于寒武系雙鷹山組（∈1s）地層中。區內斷裂構造大致分為2個系統：一組為主干大斷裂，近東西向延伸，為區內主要構造單元的分界線（如卡瓦布拉克-紅柳河大斷裂為2個（Ⅲ）級構造單元的分界線）；另一組為次級斷裂，南北向或北東向延伸，多是近東西向大斷裂的派生斷裂。褶皺構造也較發育，為近東西向排列的復背斜和復向斜。礦區地質特征見圖1。

圖1 大水西釩礦平面地質圖

礦體形態呈層狀、似層狀或透鏡狀，其產狀與地層產狀一致，傾向北西，傾角一般60°～68°，少量傾角49°～55°，局部傾角72°左右。礦體長度130～770 m，真厚度1.38～15.07 m，礦石以低品位礦為主、品位一般0.41%～0.58%，工業礦次之，品位一般0.68%～0.90%，最高達1.74%。含礦巖石為黑色石墨硅質板巖、碳質板巖、含碳硅質巖。目前控制礦體最大埋深677.46 m（標高672 m）。

脈石礦物：以石英、炭質、石墨為主，次要礦物為紅柱石、石膏、碳酸鹽，微量礦物有綠泥石、方解石等。

礦石礦物：礦石中85%以上的釩分布于云母類礦物相中,即為釩云母、釩絹云母，10%左右分布于氧化鐵、高嶺土相，余下不到5%的釩分布于電氣石、石榴石類礦物中。

金屬礦物：金屬礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦、毒砂、赤鐵礦、鈦鐵礦、銅藍、黃銅礦、黝銅礦。

礦石結構、構造：礦石由黑色石墨硅質板巖、（含）硅質炭質板巖或二者互層組成，具有石墨硅質板巖型與（含）硅質炭質板巖型礦石的雙重礦物成分和結構、構造。礦石結構以顯微鱗片狀變晶結構、顯微鱗片狀粒狀變晶結構為主，少量見有粒狀變晶、花崗變晶、斑狀變晶結構；礦石構造多呈條帶狀、網絡脈狀、斑雜狀、角礫狀構造及褶皺構造。

礦床模式:從薊縣系至早寒武系,該區處于塔里木板塊塔北陸緣拉張條件下相對穩定的邊緣淺海沉積環境,有利于沉積分異作用的進行,沉積時間長,沉積物厚度大,形成了一套厚度穩定的淺海相石墨硅質巖、碳酸鹽巖及沉積碎屑巖建造。由于漫長的地史中地殼垂向運動,造成了海平面的緩慢升降,寒武系為海侵階段形成了巨厚的沉積物,奧陶系為海退階段遭受剝蝕,形成沉積間斷,表現為寒武系和志留系之間呈不整合接觸關系。寒武系是一次大的海侵,形成了穩定的沉積序列。海侵階段有利于在不整合面上或沉積層序的下部形成釩礦物。大水西釩礦帶位于紅柳河斷裂與方山口斷裂之間，兩斷裂在西部收斂，使該帶平面形態呈西合東張的扇狀。有利于釩的沉淀而形成含釩炭質硅質巖建造。大水西釩礦區內釩礦體主要分布在斷層及褶皺比較發育的地段，在構造交匯的膨大部位形成較大的礦體。近南北向次生斷裂對成礦作用影響不大。

綜上所述，礦區內釩礦體賦存于下寒武系地層中，海進時期特別是在下寒武系與薊縣系之間的沉積間斷面上，形成了一套厚度穩定的淺海相硅質巖、碳酸鹽巖及沉積碎屑巖建造。在有利的構造部位，含釩巖系經過較長時間的沉積，形成了該區的淺海－濱海相礦床。綜合分析認為大水釩礦屬于黑色頁巖型釩礦床。礦床模式見圖2。

圖2 大水西沉積型釩礦成礦模式圖

3 區域成礦規律研究

（1）構造對成礦的控制作用

區內早古生代裂陷槽控制著該區與北山早古生代裂谷寒武紀黑色沉積巖系有關的沉積型磷礦的分布。該區的含磷巖系在區域上呈狹長帶狀東西向分布古生代北山復合裂谷海槽，嚴格受此東西向的構造帶控制，并且在南北方向受到海槽范圍的控制，使得沉積范圍被限制在北山裂谷區域內。后期的構造，如褶皺和斷裂，主要是在空間上改變磷礦的分布，平臺山磷礦向背斜兩翼富集，并且被斷裂錯斷、抬升，遭受剝蝕。

（2）沉積巖相與建造對成礦的控制作用

寒武系黑色碎屑沉積巖建造控制著該區與北山早古生代裂谷寒武紀黑色碎屑沉積巖系有關的沉積型磷礦的分布與品位，東西方向上的沉積深度控制著磷礦的品位，即由東向西變貧。平臺山磷礦、大水磷礦均產出與寒武紀雙鷹山群。

（3）侵入巖對成礦的控制作用

該區磷礦以沉積型為主，寒武紀該區侵入巖不發育。寒武紀以后的侵入巖破壞了寒武系的沉積地層，使得該區的寒武系含磷地層支離破碎。在尖山子一帶，華力西期的侵入巖使元古界碳酸鹽建造中的磷富集，形成品位很低的熱液型磷礦化點。

（4）變質作用對成礦的控制作用

平臺山地區的寒武系含磷巖系均有一定程度的變質，但對磷礦的形成影響較小，在局部地區，如尖山子地區，有品位很低的變質型磷礦化點，系中元古界碳酸巖磷酸鹽化。

（5）沉積型磷礦床在時間上的產出與演化規律

該磷礦成礦帶的磷礦主要為與北山早古生代裂谷寒武紀黑色沉積巖系有關的沉積型磷礦。北山裂谷的形成與演化決定了該礦帶內磷礦時代產出結構與成礦類型。

（6）沉積型磷礦床的空間分布特征

該礦帶的沉積型磷礦產出于磁海－大水Fe-Mn-Au-磷（V-U-Pt）－鹽類礦帶(IV-4-①)，主要包括平臺山磷礦和大水磷礦。該類磷礦與北山早古生代裂谷寒武紀黑色沉積巖系有關，均分布于早寒武雙鷹山群和西大山組地層中，呈帶狀東西向展布。

4 結論

（1）區域地質背景：磷釩礦分布于塔里木板塊北山裂谷系北山中間地塊。加里東構造期，本區發生大規模的近東西向伸展－拉張作用，造成下部地殼高度拉薄；上部地殼拉張，形成地壘－地塹相間的古生代北山復合裂谷海槽，在本區形成寒武系沉積硅質巖、碎屑巖，奧陶系錫林柯博組沉積碎屑巖。

（2）平臺山磷釩礦：賦礦地層為下寒武統雙鷹山群一套由含碳粉砂質板巖－碳質板巖－雜色粘板巖夾薄層大理巖組成的碎屑－化學沉積淺變質巖地層，礦體形態呈薄層狀，釩礦作為磷礦的同生礦，平均品位達到0.553%。

（3）大水西釩礦：產于寒武系雙鷹山組（∈1s）地層中，礦體形態呈層狀、似層狀或透鏡狀，礦石以低品位礦為主、品位一般0.41%～0.58%。礦石中85%以上的釩分布于云母類礦物相中,即為釩云母、釩絹云母。

（4）區域成礦規律：區內早古生代裂陷槽控制著該區與北山早古生代裂谷寒武紀黑色沉積巖系有關的沉積型磷礦的分布。寒武紀以后的侵入巖破壞了寒武系的沉積地層，使得該區的寒武系含磷地層支離破碎。寒武系含磷巖系均有一定程度的變質，但對磷礦的形成影響較小。

致謝：本文許多文字和圖片資料來之于來自于新疆礦產資源潛力評價項目組，特別感謝！

[1]鮑正襄，萬榕江，包覺敏.上揚子臺區下寒武統黑色巖系中的釩礦床[J].云南地質，2002(02).

[2]范德廉，張燾，葉杰.缺氧環境與超大礦床的形成.1998.

[3]高振敏，羅泰義，李勝榮.黑色巖系中貴金屬富集層的成因:來自固定按的佐證.1997(01).

[4]劉光昭，尹華鋒，付益平.湖南古丈縣雙溪釩礦床地質特征及成礦機制初探[J].地質與資源，2007(03).

[5]楊富全，王義天，李蒙文.新疆天山黑色巖系型礦床的地質特征及找礦方向[J].地質通報，2005(05).

[6]殷勇，殷先明.甘肅北山重要金屬礦床類型及找礦預測[J].甘肅地質，2008(02).

[7]葉杰，范德廉.黑色巖系型礦床的形成作用及其在我國的產出特征[J].礦物巖石地球化學通報，2000(02).

[8]吳朝東，陳其英，楊承運.湘西黑色巖系沉積演化與含礦序列[J].沉積學報，1999(02).

[9]趙省民，聶鳳軍，江思宏.敦煌方山口大型釩磷鈾礦床的稀土元素地球化學研究[J].巖石礦物學雜志，2003(01).

[10]常想德，孫寶生，周可法，譚克彬，宋林山，黃瑋.平臺山釩礦成因探討[J].采礦技術，2009,9(3).

收稿：2013-05-24