新疆烏什-柯坪一帶下寒武統(tǒng)黑色巖系中的沉積型磷釩礦

趙杰

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質勘查局地質礦產(chǎn)勘查研究院，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

在新疆烏什～柯坪一帶廣泛分布下寒武統(tǒng)黑色巖系，其富含釩的炭質頁巖層和其底部的磷礦層構成了本地區(qū)下寒武統(tǒng)沉積型釩磷工業(yè)礦床。目前該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了蘇蓋提布拉克、闊西塔西、瑪札爾維那、卡拉峻等多處中小型磷釩礦床和礦點。2009-2020 年，我院在新疆烏什縣南闊西塔西釩磷礦區(qū)開展了勘查評價工作，礦床規(guī)模已達中型。本文在已有地質找礦成果基礎上，對該地區(qū)的典型磷釩礦床地質特征、礦床成因機制及成礦規(guī)律等進行了初步研究和探討，以期對尋找同類型沉積型磷釩礦有一定的參考作用。

1 區(qū)域地質背景

1.1 區(qū)域成礦地質條件

本區(qū)大地構造位置（據(jù)董連慧、李衛(wèi)東、張良臣，2008）處于塔里木陸塊（Ⅱ級）之塔里木北緣隆起（Ⅲ級）之柯坪陸緣盆地（Ⅳ級）的柯坪斷塊東段，阿克蘇鼻狀隆起西南緣。屬于塔里木陸塊北緣隆起（地塊）Cu-Ni-Au-Fe-Ti-V-Pb-Zn-RM-REE-蛭石-磷成礦帶之柯坪塔格（陸緣隆起）次級Pb-Zn-Cu-Fe-V-Ti-REE-磷礦帶中。

區(qū)域出露地層主要為上震旦統(tǒng)蘇蓋提布拉克組（Z2s）、奇格布拉克組（Z2q），下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組（∈1sr）、玉爾吐斯組（∈1y）、中上寒武統(tǒng)阿瓦塔格組（∈2-3aw），上寒武-下奧陶統(tǒng)丘里塔格組（∈3-O1q）以及奧陶系、志留系地層及第四系。寒武系地層在區(qū)域內(nèi)分布廣泛，主要為淺海相-濱海相碳酸鹽沉積。其中，下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組（∈1sr）在本地區(qū)較為發(fā)育，主體為一套碳酸鹽巖夾互砂質頁巖、碳質頁巖沉積黑色巖系，底部為2-5 米厚的釩磷礦層，為區(qū)內(nèi)的磷釩礦含礦層位（如闊西塔西、蘇蓋提布拉克磷釩礦等均賦存于該組地層），上部為中厚層狀細晶白云巖，該組地層厚度300-550 米，屬于大規(guī)模海侵下的沉積產(chǎn)物。

以往研究資料表明本地區(qū)寒武紀表現(xiàn)為大面積的海域和剝蝕區(qū)，島嶼相間的古地理環(huán)境特征。早寒武世早期，由于全球性海平面上升，塔里木發(fā)生海侵而廣泛接受沉積。沉積類型基本為穩(wěn)定型或過渡型的碳酸鹽巖、細碎屑巖、硅質巖沉積。早寒武世中晚期至早奧陶世，海侵高水位體系進一步發(fā)展形成了一套石膏碳酸鹽建造和含硅富鎂的碳酸鹽建造。

區(qū)域內(nèi)巖漿巖主要發(fā)育于上震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組，主要為基性火山巖，并發(fā)育少量基性巖脈。

區(qū)域構造具有塊斷區(qū)的特征，區(qū)域褶皺、斷裂構造發(fā)育，上震旦系和寒武系地層不僅形成了近東西向的褶皺或單斜構造，而且伴生了一系列斷裂構造，多為后期形成且具有多期活動性質。

1.2 區(qū)域地球化學特征

據(jù)烏什幅1：20 萬水系沉積物測量，在該地區(qū)圈定出了Hs-33、Hs-34、Hs-35、Hs-38、Hs-40 號等多處P、Ag、Hg、F、Sb、V、Co、U 等元素綜合化探異常，在Hs-33異常區(qū)發(fā)現(xiàn)有闊西塔西釩磷礦、瑪札爾維那磷釩礦等，在Hs-35 號異常區(qū)發(fā)現(xiàn)了卡拉峻釩磷礦，在Hs-38號異常區(qū)發(fā)現(xiàn)了蘇蓋提布拉克磷釩礦等，以及多處磷釩礦點。以P、Ag、Hg、F、V、Co、U 等元素為主的區(qū)域化探綜合異常對本地區(qū)的磷釩礦找礦具有重要指示意義。

2 礦床地質特征

以闊西塔西磷釩礦為典型礦床，對含磷釩巖系的巖石序列、礦體特征、礦石特征等進行論述。

2.1 含磷釩巖系的巖石序列

釩磷礦主要賦存于下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組（∈1sr）下段的一套含硅、磷、釩的含炭泥沙質黑色巖系，厚度一般為2-5 米，局部可達8 米以上。巖性序列自下而上為：灰黑色硅質巖-磷塊巖，通稱為“含磷層”→黑色黃褐色薄層狀粉砂巖、炭質泥頁巖夾黑色薄層狀硅質巖→黑色薄層狀硅質巖與（黃）褐色含釩泥質粉砂巖、黑色泥頁巖薄層互層→黑色薄層狀硅質巖夾黃褐色泥質粉砂巖層→含黑色硅質條帶白云巖。該套巖系與上覆的薩爾布拉克組上段厚層狀細晶白云巖為整合接觸關系，與下伏的震旦系奇格布拉克組的一套碳酸鹽巖地層為平行不整合接觸關系。巖性序列自下而上分述如下：

（1）底部含磷礦層：灰黑色硅質巖、磷塊巖，通稱為“含磷層”。P2O5含量13%-28%，V2O5含量0.09%-0.47%。其中磷塊巖厚度0.05-1.4 米，一般出露厚度10-30厘米，多呈似層狀、透鏡狀，分布于釩礦黑色巖系的底部。礦石類型主要有層狀磷塊巖、微薄層硅質磷塊巖、結核狀磷塊巖。

（2）黑色黃褐色薄層狀粉砂巖、炭質泥頁巖夾黑色薄層狀硅質巖:厚度一般為0.5-2.5 米，硅質巖薄層較為穩(wěn)定，厚度一般0.5-1 厘米，與薄層狀粉砂巖、頁巖互層的韻律性較為清楚。釩土礦賦存于松散的薄層狀粉砂質、炭泥質頁巖中，含釩粉砂巖、頁巖的單層厚度為0.5-4 厘米不等。為主要的含釩礦層位，V2O5含量0.53%-1.74%。

（3）黑色薄層狀硅質巖與（黃）褐色含釩泥質粉砂巖、黑色泥頁巖薄層互層：發(fā)育韻律性層理，厚度為1-4 米，平均2 米左右。硅質巖厚度多為1-2cm，含釩黑色-黃褐色泥質粉砂巖厚度在1-3 厘米間，巖層局部呈波狀、褶曲狀，發(fā)生褶皺部位礦層相應增厚。該層為釩礦的主要含礦層位，V2O5含量0.23%-1.16%。

（4）黑色薄層狀硅質巖夾黃褐色泥質粉砂巖層：厚度1-3 米，黑色硅質巖層的厚度自下而上逐步增大，厚度2-5厘米，釩礦的含量逐漸減少，V2O5含量一般為0.09%-0.54%。

（5）含黑色硅質巖條帶白云巖：黑色條帶狀硅質巖變厚，厚1.5-15 厘米，長50-100 厘米不等，呈條帶狀、竹葉狀，大致呈似層狀分布，該厚度3-5 米，為本地區(qū)釩礦層的頂板和標志層位。

2.2 礦體特征

釩磷礦體主要產(chǎn)于下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組下部的一套含硅、釩、磷炭泥質黑色巖系中（圖1）。區(qū)域含磷釩巖系延長一般3-5 千米，最長可達8 千米。釩礦體沿走向長約500～4275 米、礦體平均厚度1.0-3.8 米、V2O5平均品位0.71%-0.79%。V2O5含量自上而下逐漸遞增。礦體多呈緩傾斜（傾角7°-12°）的層狀、似層狀，層面具輕微波狀起伏，礦層與圍巖順層產(chǎn)出。釩礦體頂板為含灰黑色硅質巖條帶的白云巖，也是區(qū)內(nèi)釩磷礦的標志層；底部為薄層狀、透鏡狀分布的磷礦層。磷礦體平均厚度0.1-0.5 米，P2O5平均品位13.94%-15.94%，最高品位38.6%。

圖1 闊西塔西釩磷礦區(qū)平面地質圖

本地區(qū)各磷釩礦體產(chǎn)狀穩(wěn)定，形態(tài)簡單容礦層位及部位一致，相鄰礦床在地層-巖石柱狀剖面上可對比，具有沉積巖的基本特征。后期斷裂構造對礦床的連續(xù)性有一定錯斷破壞作用。

2.3 礦石特征

釩礦石礦物主要為：釩云母類、膠磷礦、石英、玉髓、高嶺石、伊利石、絹云母、綠泥石、重晶石、方解石等。含釩礦物主要有含釩云母類（V2O5分布率80.03%）、粘土礦物（V2O5分布率15.85%）及其它釩礦物（V2O5分布率4.12%）。磷礦物分布不均勻，但與釩礦物密切共生。

礦石結構：顯微鱗片狀結構、隱晶質或微晶質結構。礦石構造：塊狀構造、結核狀構造、條帶狀構造、層紋狀構造。

釩礦石類型：（1）硅質板狀釩礦石，由板狀頁巖夾板狀硅質巖和泥質粉砂巖組成，含有藻類化石；（2）碳泥質頁片狀釩礦石，由碳泥質頁巖、粉砂巖組成，含藻化石和瀝青質。此二類礦石均為重要的礦石類型，約占總量的95%以上；（3）含磷結核釩礦石，由大量球粒狀磷結核和薄片狀碳泥質頁巖組成，也含藻化石和瀝青質團塊，主要分布于礦層底部。磷礦石類型：層狀磷塊巖、結核狀磷塊巖。

3 礦床成因機制

釩磷礦位于柯坪陸緣盆地的柯坪斷塊東段，由于早寒武世早期同生斷裂作用使盆地邊緣變陡，形成深水斜坡。沉積形成了一套富含有機質的硅、磷、碳巖石序列。區(qū)域釩磷礦均賦存于下寒武統(tǒng)底部的黑色（含釩）巖系中，相鄰同類礦床的地層剖面、成礦元素和共伴生元素基本一致，具有沉積礦床的特征。

研究認為本地區(qū)下寒武紀的黑色巖系形成于缺氧環(huán)境，缺氧是由于藻類、浮游生物大量發(fā)育和有機質降解所致。大量的藻類、浮游生物等有機體殘骸攜帶豐富的磷礦物質沉入海底，沉積形成一套富含有機質的硅、磷、碳巖石系。在缺氧環(huán)境下釩往往被有機物優(yōu)先結合，導致釩在黑色巖系中含量極高，釩、磷在這套下寒武統(tǒng)黑色巖系中的富集作用與生物化學富集作用密切相關。

大量的富含磷質的浮游生物殘骸下沉也匯集于陸源盆地，不同來源的釩質隨上升洋流也匯集陸源盆地中，致使海水中聚集和分散著大量的釩質和磷質，其中大部分的釩質被黏土所吸附或者浮游生物、藻類生物所吸收，形成有機質、黏土質、硅質相互滲透、緊密相連的膠狀腐泥沉入海底。隨著構造運動的發(fā)生，富含硅質、有機質、磷質的腐泥不斷沉積固化，在缺氧還原環(huán)境下形成初始的含磷釩沉積層（圖2）。

礦床成因：賦存于下寒武統(tǒng)黑色巖系的磷釩礦床屬于濱淺海相化學和生物地球化學沉積成因。

4 區(qū)域成礦規(guī)律

（1）沉積巖相對成礦的控制作用

下寒武統(tǒng)一套富有機質的硅、磷、碳質黑色巖系控制著本地區(qū)的沉積型磷釩礦的分布，已發(fā)現(xiàn)的闊西塔西、蘇蓋提布拉克、瑪札爾維那及卡拉峻磷釩礦床等均產(chǎn)于下寒武統(tǒng)的黑色巖系中。

（2）構造對成礦的控制作用

該磷釩礦區(qū)位于柯坪陸緣盆地的柯坪斷塊區(qū)，同生斷裂作用使陸緣盆地邊緣變陡，控制著硅、磷、碳質黑色巖系及相關沉積型磷釩礦的分布。后期褶皺或褶曲導致局部礦體的富集和增厚，斷層對磷釩礦層的連續(xù)性有一定的錯斷破壞作用。

（3）巖漿巖控礦作用

區(qū)域內(nèi)巖漿巖發(fā)育于上震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組，主要為玄武巖、橄欖玄武巖等基性火山巖，均屬海底噴發(fā)，形成于晚震旦世晚期。推斷認為早寒武世的黑色巖系中的部分釩物質可能與晚震旦世晚期的海底基性火山噴發(fā)（溢）活動有關。

（4）區(qū)域地球化學異常對成礦的控制作用

1:20 萬烏什幅水系沉積物地球化學測量成果顯示在本區(qū)內(nèi)元素P、V 在震旦、寒武、二疊紀地層比較富集，說明地球化學元素P、V 本身的特性及分布特征是下寒武統(tǒng)釩磷礦床的重要物質基礎。

（5）磷釩礦床在時間上分布規(guī)律

磷釩礦的形成時代與下寒武統(tǒng)黑色巖系的成巖時代一致，為早寒武世，也與我國乃至全球發(fā)生在早寒武世的“缺氧事件”成礦期基本吻合。

（6）磷釩礦床在空間上分布規(guī)律

釩磷礦床分布于塔里木陸塊北緣隆起（地塊）之柯坪塔格（陸緣隆起）次級Pb-Zn-Cu-Fe-V-Ti-REE-磷礦帶中，均分布于下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組和玉爾吐斯組的黑色巖系中，呈層狀緩傾斜順層產(chǎn)出。

（7）成礦物質的來源

釩主要來源于同沉積斷裂上升深部循環(huán)熱水，局部伴隨海底火山噴溢（流），部分來自古大陸風化殼；磷主要來自豐富的海洋浮游生物體殘骸，部分來自古大陸風化殼。