貴州開陽地區磷塊巖類型劃分及沉積環境分析

李　磊，張亞冠，王澤鵬，葉　連，譚代衛，王大福，郭　磊

（1.貴州省地質礦產勘查開發局105地質大隊，貴州貴陽550018；2.中國地質大學〈武漢〉，湖北武漢430074）

貴州開陽地區磷塊巖類型劃分及沉積環境分析

李磊*1，張亞冠2，王澤鵬1，葉連1，譚代衛1，王大福1，郭磊1

（1.貴州省地質礦產勘查開發局105地質大隊，貴州貴陽550018；2.中國地質大學〈武漢〉，湖北武漢430074）

開陽地區陡山沱期磷礦結構類型以內碎屑磷塊巖最為常見，鮞—豆粒磷塊巖、疊層石磷塊巖次之，泥晶磷塊巖等其它類型較為少見，不同磷塊巖類型對應一種特殊的地質環境。磷礦在較高能的環境下沉積，初期海侵攜帶深部富磷海水進入淺海，使該區成為磷酸鹽含磷較高的磷質海灘。多期次的沖刷、暴露、再沉積作用可能是導致磷礦進一步富集的主要因素。

陡山沱組；磷塊巖類型；沉積環境；開陽

開陽地區磷礦床以產量大、品位高聞名全國，區內已發現并開發利用的開陽磷礦，以其品位較高（P2O5平均含量33.7%）著稱，使其長期居我國“三陽開泰”之首，是全國特大型的富磷礦床。關于該區磷塊巖類型的劃分及成礦環境，已有一些研究成果。陳其英（1985）首先將開陽地區之前習稱的“假鮞狀”、“砂狀”磷塊巖統一劃分為內碎屑磷塊巖，并認為磷塊巖內碎屑是一種在成礦盆地內形成的磷酸鹽碎屑，并進一步探討磷礦床的成礦環境位于海侵前緣帶、陸表海和深水盆地的過度部位或水下高地的周圍地帶；趙東旭（1986）同樣認為碎屑磷塊巖主要發育在陸緣海內側的淺水地段，這些淺水地段多是由于靠近隆起或古陸所致；葉連俊（1989）認為開陽磷礦是由疊層石藻類捕獲、堆積水流中的磷質顆粒而成，是物理富集和生物富集共同作用形成的沉積礦層。本文通過對開陽地區震旦紀陡山沱期磷礦石類型進行劃分、總結，探究磷礦的沉積環境。

1　區域地質背景

開陽地區位處特提斯—喜馬拉雅與瀕太平洋2大全球構造域接合部東側的揚子陸塊邊緣，位于揚子陸塊東南緣黔北臺隆邊緣，屬川滇黔相鄰成礦帶渝東南—黔中南錳、鋁、鉛鋅、磷成礦遠景區（圖1）。

圖1　貴州開陽地區大地構造位置圖（據東野脈興，2001）

1.1區域地層及含磷巖系

區域出露最老地層為青白口系清水江組，最新為第四系，其間缺失奧陶系、志留系、泥盆系及石炭系大部。區內見少量的二疊系峨眉山玄武巖分布，變質巖主要為元古界清水江組淺變質凝灰質板巖、變余粉砂質粘土巖、變余砂巖（圖2）。

區域主要的含磷巖系分布于震旦系下統陡山沱組（Z1d）和寒武系下統牛蹄塘組（∈1n），其中以震旦系下統陡山沱組（Z1d）含磷巖系最為重要，具有厚度大、品位高的特點，其與區域上揚子地臺陡山沱組含磷巖系對應（圖3）。

1.2區域構造

該區位處揚子地臺東南緣貴州東部南北向構造帶和東西向構造的黔中隆起橫跨及重疊區內。區域主要經歷了晉寧（雪峰）運動、澄江運動、都勻運動、廣西運動、紫云運動、黔桂運動、東吳運動、安源運動、燕山運動、喜馬拉雅運動及新構造運動，其中影響較大的為晉寧運動、廣西運動、安源運動、燕山運動、喜馬拉雅運動。主要構造變形為燕山、喜馬拉雅期。晉寧運動結束了上揚子活動陸緣，奠定了上揚子陸塊的雛形，即由活動陸緣變為穩定臺地。而且使青白口系上部遭受剝蝕。

圖3　揚子地區早震旦世含磷地層分布圖（據田升平等，2004）

區內褶皺及斷裂都很發育，構造線方向主要呈北東向和近南北向（圖2）。規模較大的褶皺有洋水背斜、馮三向斜、翁昭背斜、龍水背斜。褶皺的特點是：①多呈長條狀；②舒緩開闊者與緊密狹窄者相間分布，后者兩翼多不對稱；③褶曲樞紐多呈舒緩波狀起伏，背斜揚起端和向斜傾沒端傾角10°左右，個別向斜樞紐低俯地段形成構造盆地；④褶褶與斷層關系緊密，背斜多被走向逆沖斷層破壞。

2　磷塊巖結構類型劃分

磷塊巖結構類型的劃分對磷礦的成因認識和沉積相劃分具有十分重要的意義。葉連俊等在《中國磷塊巖》一書中根據磷塊巖的成因把其基本結構分為6大類（表1）。開陽地區與相鄰的甕安地區、遵義地區磷塊巖類型有所不同，甕安地區磷塊巖類型以生物結構磷塊巖為主，包括生物球粒磷塊巖、多細胞藻類磷塊巖等（陳國勇，2015），遵義地區磷塊巖以泥晶磷塊巖為主，而開陽地區最為常見的磷塊巖結構類型為內碎屑結構磷塊巖，鮞、豆粒磷塊巖、疊層石磷塊巖次之，泥晶磷塊巖等其它類型較為少見。

3　砂屑磷塊巖及沉積環境

表1　磷塊巖的基本結構—成因分類（葉連俊等，1989）

砂屑磷塊巖為開陽地區分布最為廣泛的磷塊巖礦石類型，磷質砂屑的大小為0.1～2mm，主要為0.1～0.2mm，在礦石中含量50%～90%；砂屑為菱角狀、半菱角狀至渾圓狀，主要由泥晶磷塊巖破碎顆粒組成，也見各種顆粒磷塊巖和生物磷塊巖砂屑。砂屑顆粒周圍往往存在亮晶磷灰石包殼，呈等厚纖維狀，存在幾個到十幾個圈層。磷質砂屑顆粒之前存在多種類型的膠結物，常見有磷質、碳酸鹽質和硅質膠結物3種，且一般當膠結物為磷質時，砂屑的分選、磨圓較差，而當膠結物為碳酸鹽或硅質時，砂屑的分選性和磨圓性明顯變好。砂屑磷塊巖一般認為是已沉積的泥晶磷塊巖受水流破碎、堆積而成，一般形成于潮坪、淺灘等高能環境（葉連俊，1989）。

砂屑磷塊巖顆粒周圍均有纖維狀亮晶磷灰石包殼。由于受海平面變化影響，磷質等厚環邊膠結的砂屑磷塊巖膠結物成分會隨之發生改變，且海水地球化學條件受氣候、海平面升降等影響，水體含磷量會出現波動，導致磷塊巖中砂屑顆粒、膠結物成分均有所變化，主要為磷質等厚環邊膠結加磷質泥晶膠結、白云石亮晶膠結，甚至出現白云質條帶與磷質條帶間歇性沉積。此外，砂屑磷塊巖礦層內普遍可見溶蝕孔洞、侵蝕間斷面等暴露構造，且存在結構疏松的土狀磷塊巖，表明陡山沱期海平面變化頻繁，淺水濱岸帶水動力較強，甚至在短暫時期內露與水平面之上，形成的各類磷礦床在未完全固結、硬化之前遭受不同程度的暴露作用，導致白云石等副礦物淋濾、流失，使磷質聚集。暴露過后的礦層會重新被富磷海水淹沒，受風化、淋濾作用影響的磷礦石又一次遭受海流、波浪的沖刷破壞，使磷礦石再次篩選富集，當富磷海水繼續進行磷質沉積時，原本已形成較高品位的磷礦石繼續接受磷質膠結，礦層的品位、厚度都隨之加大，形成開陽地區獨特的優質砂屑磷塊巖類型。

4　白云質條帶狀磷塊巖及沉積環境

條帶狀磷塊巖是指由磷質條帶和白云質條帶互層組成的磷塊巖類型，為開陽地區主要礦石類型之一。磷質條帶分為磷質砂屑顆粒條帶或泥晶磷質條帶2種，磷質砂屑顆粒條帶內的磷質顆粒大小、形態、膠結物類型均與砂屑磷塊巖類似；泥晶磷質條帶則主要由泥晶磷灰石組成，條帶內夾雜石英、云母等碎屑顆粒，且碎屑顆粒往往粒徑小于0.2mm，顆粒成熟度較低。白云質條帶主要由白云石顆粒組成，條帶內偶夾磷質顆粒，顆粒大小不一，且顆粒周圍無亮晶磷灰石包殼。不同地區或不同層位的磷質或白云質條帶厚度不一，條帶厚度一般介于0.5～5mm之間，部分地區條帶厚度較細，受水流作用影響呈錯動條紋狀。

條帶狀磷塊巖一般認為是海平面不斷變化導致海水化學條件不斷變化引起磷質和白云質的交互沉積（柴華等，2015）。當海水磷酸鹽含磷充足時，沉積磷質條帶，磷質沉積物受水流破碎影響形成磷質顆粒堆積。當海水磷質輸入不足時，會形成白云質沉積，磷質顆粒會受白云質膠結，且在磷質條帶沉積間歇發育白云質條帶沉積。

5　礫屑磷塊巖及沉積環境

由含量大于50%的磷質礫屑組成，礫屑直徑大于2mm，典型礫屑磷塊巖的磷質礫屑大小多在1～5cm；礫屑平面為扁平的餅粒，縱切面為竹葉狀；礫屑有不同的磨圓度，從菱角狀到半滾圓狀，部分礫屑可見相互擠嵌、塑性變形等現象，說明它們是在尚未完全固結石化之前就受到沖刷破碎堆積膠結而成的；礫屑受水流搬運的影響，有時呈疊瓦狀排列。磷質礫屑內主要成分為帶有亮晶磷灰石包殼的磷質砂屑顆粒緊密堆積而成，推測為砂屑磷塊巖破碎形成。

礫屑磷塊巖一般出現在濱岸帶或水下高地附近，是淺灘、潮道等高能環境下的沉積標志。開陽地區陡山沱組含磷巖系底部廣泛發育礫屑磷塊巖，沉積厚度較小，一般小于1m，礫屑成分主要為砂屑磷礦巖破碎而成，表明已沉積的磷塊巖受到了高能水體的破碎、搬運或受風暴作用沖刷、激蕩。

6　鮞、豆粒磷塊巖及沉積環境

鮞豆粒磷塊巖在開陽地區有一定分布，組成礦石的磷質鮞粒呈卵圓形或圓形，大小與團粒相仿，均具有典型的同心圈層構造。鮞粒的核心既可以是泥晶磷質破碎的，也可以是非磷質的陸源碎屑顆粒；鮞粒的同心圈層常常是隱晶質或非晶質的磷質殼層相互包疊，有時則可以使磷質與碳酸鹽質或硅質泥質的圈層相間疊覆。磷質豆粒一般直徑大于2mm，同鮞粒相似也有磷酸鹽的同心圈層；豆粒的核心可以是砂質磷塊巖的碎屑或者是破碎了的鮞粒，也可以是隱晶質的磷灰石集合體。鮞、豆粒磷塊巖多形成與潮下高能淺灘攪動的水體環境下。

鮞粒磷塊巖需要較高能的水環境，是在水體較淺的富磷海水中，磷質破碎顆粒或陸源碎屑顆粒不斷懸浮、擾動，在顆粒周緣不斷生長磷質圈層，組成鮞、豆粒的膠結物主要為白云石顆粒，表明鮞、豆粒形成后沉積環境由磷質沉積轉變為白云質沉積。

7　泥晶磷塊巖及沉積環境

主要為泥晶磷塊巖，礦石呈灰至深灰色，致密、均勻、堅硬，外表像泥巖、泥灰巖或燧石巖（圖4），由隱晶質或微晶質的碳氟磷灰石組成，但常常有泥質、碳酸鹽質和有機（碳）質，由于磷灰石晶粒很細，普通偏光顯微鏡下很難觀察到礦物的光性顯示，質地較純的礦石表面常見細的干縮裂紋。由于開陽地區陡山沱期處淺水高能近岸灘相環境，此種磷礦石類型在開陽地區比較少見，一般在局部潮下低能帶或局限盆地深水相，很難出現單獨大型礦床。

圖4　開陽地區泥晶磷塊巖（正交偏光）（A）和鮞粒磷塊巖（單偏光）（B）

8　疊層石磷塊巖及沉積環境

疊層石磷塊巖柱體有泥晶磷質受藻類微生物粘結疊覆生長，疊層石柱體呈層狀、彎狀和錐狀等，由亮暗相間的磷質紋層疊置的層狀體、弓狀紋層疊置的柱狀體和呈錐狀紋層顯置的柱狀體所組成，柱體之間往往為磷質充填，磷質充填物為砂屑顆粒狀，顆粒形態與開陽地區普遍發育的砂屑磷塊巖形態相類似。疊層石形成環境主要是潮間帶下部，并可延伸到潮下帶上部，但疊層石磷塊巖在開陽地區發育并不廣泛，在部分地區部分層位有零星產出。

9　磷礦沉積環境分析

通過對開陽地區磷礦床的勘查可見，開陽磷礦是以內碎屑磷塊巖為主要礦石類型的沉積型磷礦床，表明開陽地區陡山沱期磷礦層沉積過程中處較高能的磷質環境，陡山沱初期海侵攜帶深部富磷海水進入淺海，使開陽地區成為磷酸鹽含磷較高的磷質海灘。開陽地區陡山沱期磷塊巖內生物作用痕跡較少，礦石主要類型以內碎屑磷塊巖為主。由于陡山沱期海平面不斷波動，沉積后礦石并非直接埋藏，而是歷經了多期次的沖刷、暴露、再沉積作用。經過水流沖刷、風選后，磷質呈內碎屑顆粒狀聚集，細粒陸源碎屑物質被水流帶走，礦層經歷物理機械富集。隨后的暴露、風化作用使磷礦層主要副礦物白云石化學淋濾流失，礦層內磷質再一次聚集。隨后海侵時富磷海水繼續進行磷質沉積時，原本已形成較高品位的磷礦石繼續接受磷質膠結，礦層的品位、厚度都隨之加大，但也可能沉積白云質形成條帶狀磷塊巖降低磷質品位。最終，磷礦床經過多階段沖刷破碎、暴露淋濾作用形成較高品位磷礦床。

10　結論

（1）開陽地區磷礦以其富而著稱，區內最為常見的磷塊巖結構類型為內碎屑結構磷塊巖，鮞、豆粒磷塊巖、疊層石磷塊巖有一定的發育，泥晶磷塊巖等其它磷塊巖類型較為少見。

（2）不同磷塊巖類型對應一種特殊的地質環境，如砂屑磷塊巖一般形成于潮坪、淺灘等高能環境；條帶狀磷塊巖一般認為是海平面不斷變化導致海水化學條件不斷變化引起磷質和白云質的交互沉積；礫屑磷塊巖一般出現在濱岸帶或水下高地附近，是淺灘、潮道等高能環境下的沉積標志；疊層石形成環境主要是潮間帶下部，并可延伸到潮下帶上部。

（3）開陽地區陡山沱期磷礦層沉積過程中處較高能的磷質環境，陡山沱初期海侵攜帶深部富磷海水進入淺海，使開陽地區成為磷酸鹽含磷較高的磷質海灘。多期次的沖刷、暴露、再沉積作用可能是導致磷礦進一步富集的主要因素。

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A

1004-5716（2016）07-0170-05

2016-03-10

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中國地質調查局地質調查項目（編號：12120114016501）和貴州省地質礦產勘查開發局項目（黔地礦辦發［2013］56號）聯合資助。

李磊（1987-），男（仡佬族），貴州遵義人，助理工程師，現從事地質找礦工作。