中國海相磷塊巖區(qū)域成礦規(guī)律研究

中國海相磷塊巖區(qū)域成礦規(guī)律研究

揚(yáng)子地塊晚景岱世陡山巖期和早寒武世梅樹村期不僅是中國最重要的兩個(gè)磷期，也是世界兩個(gè)重要的磷期。陡山沱期磷塊巖產(chǎn)出層位為新元古界震旦系上統(tǒng)陡山沱階,同位素年齡距今650～700±30Ma,空間上,主要分布于揚(yáng)子地塊東至東南緣。而梅樹村期磷塊巖主要產(chǎn)于揚(yáng)子地塊西緣,產(chǎn)出層位為古生界下寒武統(tǒng)梅樹村階,同位素年齡為610±10～573±7Ma。這兩個(gè)成磷期除時(shí)代層位與分布不同外,其它一些地質(zhì)與成礦規(guī)律等基本特點(diǎn)近乎一致。1含磷巖石系統(tǒng)法陡山沱期與梅樹村期兩個(gè)含磷巖系具有十分清晰的一致性,為闡述這種規(guī)律,首先分別列述兩個(gè)含磷巖系地層剖面:1.1礦物學(xué)及礦物特征陡山沱期是我國也是世界主要成磷期之一,磷礦累計(jì)探明儲(chǔ)量68.7億t,占我國磷礦石總儲(chǔ)量的40.9%。陡山沱階磷礦主要分布于鄂西、湘北、湘西、黔中地區(qū),在揚(yáng)子地塊東部及東南緣構(gòu)成四大聚磷區(qū)(圖1)。陡山沱階含磷巖系在揚(yáng)子地區(qū)有很大的一致性,分布比較穩(wěn)定、變化不大。含磷巖系底界,一般以區(qū)域性穩(wěn)定的“含錳白云巖,白云質(zhì)底礫巖”為標(biāo)志,習(xí)稱下標(biāo)志層;頂界一般以“含竹葉狀磷塊巖礫屑、卵形白云質(zhì)礫屑及硅質(zhì)、磷質(zhì)核形石和硅質(zhì)條帶或團(tuán)塊泥質(zhì)白云巖”的穩(wěn)定標(biāo)志層(習(xí)稱上標(biāo)志層)頂面為界。典型剖面在湖北荊襄胡集王集和興神磷礦區(qū)發(fā)育較完整,研究最詳細(xì),據(jù)湖北八隊(duì)和筆者綜合研究列述如下:上覆地層:震旦系燈影階白云巖陡山沱階(共分11層)總厚101～242m11.泥—粉晶白云巖:灰—深灰色,紋層—薄層狀構(gòu)造,泥—粉晶結(jié)構(gòu),由93%的白云石及少量的水云母、絹云母、高嶺石、黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)組成。含有少量的不規(guī)則的云質(zhì)硅質(zhì)團(tuán)塊或扁豆體,龍會(huì)山礦段局部含碳質(zhì)較高。一般厚28m。10.第四含磷層(ph4):主要為灰—灰黑色含結(jié)核細(xì)粉晶白云巖,水平層理發(fā)育,含少量黑色含磷硅質(zhì)結(jié)核,直徑一般小于1cm,含SiO276.41%,P2O53.20%。頂及底部各有一層礫屑核形石磷塊巖,由磷質(zhì)礫屑、砂屑、磷質(zhì)核形石、豆粒組成。礫屑形狀不規(guī)則,礫徑一般2～4cm。核形石呈球形及橢圓形,大小在0.1～6mm之間,核心及同心層紋清楚,一般1～3圈,為奧賽基核形石(Osagia)。砂礫屑及核形石相互混雜,云質(zhì)膠結(jié),磷塊巖均不同程度遭受硅化作用,P2O5含量降至10%以下,頂及底部礦層厚均勻,為0～2m,一般小于1m,比較穩(wěn)定,底面為沖刷面,為良好的標(biāo)志層。9.細(xì)粉晶白云巖:灰—深灰色,薄—中厚層狀構(gòu)造,水平層理發(fā)育。細(xì)粉晶結(jié)構(gòu),主要由白云石組成(90%)。巖性變化較大,局部含少量黑色磷質(zhì)砂屑及硅磷質(zhì)結(jié)核,在放馬山礦段的上部巖性相變?yōu)榱罘劬О自茙r及紫紅、灰色泥質(zhì)硅質(zhì)白云巖,白云巖底部見有大型板狀斜層理,其底界為沖劇面。該層一般厚25m。8.第三磷礦層(ph3):由灰—灰黑色砂巖狀及互層狀磷塊巖組成,常夾粉晶白云巖薄層。具薄層狀、條帶狀構(gòu)造,細(xì)—粗砂屑結(jié)構(gòu)。磷塊巖中沉積構(gòu)造十分發(fā)育,主要有微波狀層理、透鏡狀層理、微型斜層理、人字型層理、再生作用面、沖刷坑槽等,其中大峪口礦段所見最為典型,向北、西、南三個(gè)方向發(fā)育程度逐漸減弱。另外在龍會(huì)山—放馬礦段淺部,礦層上部斷續(xù)發(fā)育滑動(dòng)層理,磷塊巖普遍遭受硅化,且顆粒愈粗硅化愈強(qiáng)。磷塊巖中的核形石為微小奧賽基核形石(OsagiaminutaZ.Zhur)。磷塊巖中尚見有少量的藻類化石,有較小奧勃魯契夫藻(ObruchevellaminorZ.Zhamg)管藻(Siphonophycussp.)及保存不好的球狀體化石。此外還有紅藻。該礦層主要分布于王集礦段,以礦區(qū)中部厚度最大,向北、西、南三個(gè)方向逐漸變薄,厚0.86～30m,P2O516%左右,屬貧礦石。該層礦是物理作用的產(chǎn)物,為內(nèi)碎屑磷塊巖。該層礦在鄂西黔中成礦帶其它礦區(qū)不存在。7.含磷砂屑泥晶白云巖:灰黑色、薄層狀、紋層狀構(gòu)造,水平層理發(fā)育。巖石由22%的硅化磷質(zhì)核形石砂屑、硅化磷質(zhì)砂屑,73%的泥晶白云石及少量的白云石藻球粒組成。砂屑中以硅化核礦石砂屑為主(占16%),可見同心層紋,大小在0.1～0.3mm之間,外緣略有破損,滾圓到次棱角狀。磷質(zhì)砂屑尚可聚集成條帶或薄層夾于巖層中。此外,巖石中含有較多的黑色硅磷質(zhì)結(jié)核,形狀較圓,大小在1cm以下,分布不均。放馬山—熊家灣礦段,頂部尚含少量鐵質(zhì)。該層一般厚26m。6.第二磷礦層(ph2):由上部深灰色團(tuán)粒磷塊巖及下部黑色泥質(zhì)條帶狀磷塊巖組成,以黑色泥質(zhì)條帶狀磷塊巖為主,呈薄層狀、條帶狀,由黑色凝膠團(tuán)粒磷塊巖條帶與泥質(zhì)條帶相間排列而成,水平層理發(fā)育。在大峪口底部見有0.1～0.2m厚的含錳粉晶白云巖。該層礦為主要工業(yè)礦層之一。該層底界面凹凸不平,界面之上見有硅化含礫屑白云巖及局部分布的次生硅質(zhì)巖、砂巖,與下伏不等粒白云巖有沉積間斷。5.不等粒白云巖:淺灰色,以厚層狀構(gòu)造為主,在牛心寨礦段尖山一帶,還見有薄層—條帶狀構(gòu)造,局部見交錯(cuò)層理。由于重結(jié)晶作用,巖石結(jié)構(gòu)不均勻,為粉晶—細(xì)晶結(jié)構(gòu),粒徑大多在0.1～0.3mm之間,主要由白云石(85%～91%)組成,其中混有少量粒徑為0.1～0.8mm的磷質(zhì)、云質(zhì)砂屑。該層含有較多的白色燧石和肉紅色磷塊巖的團(tuán)塊及條帶。在王集礦段及腰子山一帶,下部尚夾有一薄層泥質(zhì)條帶狀磷塊巖。在龍會(huì)山、大峪口、腰子山等地見有大型孤立的柱狀疊層石(?)及不同類型的小型疊層石,且部分疊層石的生長基底為下伏第一磷礦層。二者的分界線為波狀起伏的不規(guī)則界面。本層層位穩(wěn)定,但厚度變化大,在4～89m之間。4.第一磷礦層(ph1):肉紅、灰黑等色,自上而下由致密狀、云質(zhì)條帶狀、泥質(zhì)條帶狀磷塊巖組成。紋層—條帶狀構(gòu)造、疊層石構(gòu)造。疊層石主要有粗大貝爾疊層石(BaicaliaamplaSemikhatov,1962)、米羅拉多錐疊層石(ConophytonmiloradoviciRaaben)宜城錐疊層石[ConophytonyichengensisCao(f.nov.)]、土瓦瘤結(jié)—柱狀疊層石(Compactocollenialtuvensiskor)、微小貝加爾疊層石(Baicaliaminutakomar)、云南團(tuán)粒核形石(VolvatellayunnanensisCao)。在垂向上疊層石主要發(fā)育于礦層的上部,在橫向上,以牛心寨礦段最為發(fā)育,次為龍會(huì)山、大峪口等地,總趨勢是由北而南逐漸減弱。疊層石的分布具有層礁性質(zhì),在腰子山、偏頭山等地見疊層石堆砌成斑礁,直插入礦層頂板之中。疊層石主要由凝膠團(tuán)粒磷塊巖,次為粉晶白云巖,二者呈條帶或團(tuán)塊相互疊置組成。疊層石體間充填物以砂屑白云巖、粉晶白云巖為主,次為少量的磷質(zhì)砂屑、團(tuán)塊。該礦層分布于全區(qū),礦體形態(tài)、厚度、結(jié)構(gòu)變化均較大,厚0～23m,為主要工業(yè)礦層之一。3.頁巖及含錳粉晶白云巖:頁巖以黑色水云母頁巖為主,紋層狀,水平層理發(fā)育,層面平整易裂開。主要由水云母(77%)及多水高嶺石(20%)組成,另含少量星散狀黃鐵礦及陸源碎屑(1%),含K2O2%～6.9%;含錳粉晶白云巖,薄層—中厚層狀。在王集礦段頁巖最厚,可達(dá)77m,僅頂部有薄層含錳粉晶白云巖;牛心寨礦段除腰子山、偏頭山等地外,為單一的含錳粉晶白云巖分布區(qū);其余地段主要為雜色頁巖,含錳粉晶白云巖呈薄層狀?yuàn)A于頁巖之中。該層明顯受沉積前原始基底地形控制,厚度變化較大,在0～85m之間。2.含錳粉晶白云巖:灰色、風(fēng)化呈褐黑色,薄—中厚層狀,粉晶結(jié)構(gòu),由95%以上的白云石組成,微含錳(含MnO0.62%)。龍會(huì)山礦段,底部局部為含礫白云巖。該層層位穩(wěn)定,但厚度變化較大,0～19m。1.疊層石含錳白云巖、含砂泥質(zhì)白云巖、重晶石巖:白云巖中疊層呈丘狀,位于該層中部,其上下均有3～20cm厚的重晶石巖,下部為含砂泥質(zhì)白云巖,厚2～5m?！僬稀路貙?下震旦統(tǒng)南沱組冰磧礫巖與冰水沉積的砂巖、頁巖。剖面中有四個(gè)磷礦層,其中第四礦層不構(gòu)成工業(yè)礦層,但具層位意義。第三磷礦層在全揚(yáng)子地區(qū)只在存于荊襄磷礦的個(gè)別礦段,鄂西的宜昌、興神保以及湖南、貴州各礦均不存在。第三層礦本身見有斜層理等原生沉積構(gòu)造,磷酸鹽顆粒為次滾圓到次棱角的內(nèi)碎屑,是物理作用的產(chǎn)物,區(qū)域上不具普遍性,而第一、二層礦則全揚(yáng)子區(qū)普遍存在,是兩個(gè)具重大工業(yè)價(jià)值的礦層。礦層本身不見物理作用的原生沉積構(gòu)造,磷酸鹽顆粒多以團(tuán)粒、殼粒等微生物顆粒為主,是生物與生物化學(xué)作用的產(chǎn)物。兩個(gè)工業(yè)礦層區(qū)域?qū)Ρ仁?鄂西稱第一磷礦層(ph1)和第二磷礦層(ph2),在湘西稱下含磷段和上含磷段,在黔中稱a礦層和b礦層。1.2礦層地質(zhì)特征梅樹村期也是我國和世界主要成磷期之一,探明磷礦儲(chǔ)量75億t,占我國磷礦總儲(chǔ)量的44.6%。含磷巖系包括漁戶村組待補(bǔ)段、中誼村段、大海段和筇竹寺組八道彎段(表1),中誼村段和八道彎段各含2個(gè)工業(yè)礦層,但兩段磷礦類型和分布有很大差異。漁戶村組中誼村段磷礦主要分布在揚(yáng)子地塊西緣,北起四川的清平、綿竹,向南經(jīng)馬邊、雷波,再向南到東川、會(huì)東、會(huì)理,直到滇東止于玉溪南部。在清平—綿竹、漢源—樂山、馬邊—雷波、會(huì)東—東川、富民—華寧地區(qū)形成五大聚磷區(qū)(圖2)。我國下寒武統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)地層在滇東,現(xiàn)綜合滇東、川中主要成礦帶梅樹村階磷巖剖面如下:梅樹村階含磷巖系以滇東最為典型,共劃分11層。上覆地層:筇竹寺組玉案山段頁巖筇竹寺組八道灣段11.泥質(zhì)粉砂巖,白云質(zhì)粉砂巖,底部含海綠石結(jié)核狀磷塊巖,厚9.5m,產(chǎn)小殼化石Allathtca.Eonovitatns等。10.第四磷礦層:深灰—灰黑色白云質(zhì)砂質(zhì)磷塊巖、白云質(zhì)粉砂巖、含磷粉砂巖,本層在川中漢源形成工業(yè)磷礦層,磷塊巖含鉀長石和白云石較高,含K2O3%-7%,P2O58%～24%,磷塊巖為內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu),礦層內(nèi)有斜層理,是物理作用的產(chǎn)物,厚8.7m。9.上部為含磷粉砂巖,白云質(zhì)粉砂巖,具波狀透鏡狀層理,下部為中厚層粉砂巖夾粉砂質(zhì)粘土巖,厚17.5m。8.第三磷礦層:砂質(zhì)磷塊巖,含磷砂巖,巖屑砂巖,下部為砂質(zhì)粘土巖,凝灰?guī)r,本層在漢源形成有工業(yè)礦床,礦層內(nèi)見大型板狀斜層理,磷酸鹽粒為內(nèi)碎屑顆粒,具物理作用特點(diǎn)。P2O58%～20%,K2O4%～6%。厚5.4m。漁戶村組大海段7.細(xì)晶白云巖夾白云質(zhì)泥巖,上部為瘤狀含泥白云質(zhì)灰?guī)r,厚46.7m,產(chǎn)小殼化石Turcutheca.Circotheooa等。漁戶村組中誼村段6.第二磷礦層:上部為深灰色白云質(zhì)條帶狀磷塊巖,中部為白云質(zhì)條紋狀磷塊巖,即由白云巖與磷塊巖薄層與紋層組成的互層,下部為硅質(zhì)磷塊巖夾硅質(zhì)巖。白云質(zhì)條帶與條紋磷塊巖含P2O522.6%,硅質(zhì)磷塊巖P2O516.4%。厚3.3m。該層礦為主要工業(yè)礦層之一。5.灰白、黃灰色層紋狀含磷水云母粘土巖,有的礦區(qū)為含磷白云巖,厚度在滇、川各礦區(qū)不等,由不足1米至7.2m,一般0.3～1m,P2O55%～13%,該層為標(biāo)志層,是第一與第二礦層之間的夾層,該層全區(qū)比較穩(wěn)定。4.第一磷礦層:上部為白云質(zhì)條帶與條紋磷塊巖,厚0.37m,含P2O516%～20%,中部為黑色致密塊狀磷塊巖,厚3.82m,含P2O538.3%,下部為白云質(zhì)條帶磷塊巖,白云質(zhì)條帶厚5～10mm,磷質(zhì)條帶厚3～5mm,厚2.8m,含P2O518%左右。該層礦為主要工業(yè)礦層之一。漁戶村組待補(bǔ)段3.深灰色薄至中層硅質(zhì)巖、灰色薄至中厚層白云巖、白云質(zhì)粉砂泥質(zhì)灰?guī)r等,頂部灰色薄層白云巖夾硅質(zhì)巖,中部黑色中層狀硅質(zhì)巖夾灰色薄層白云巖,下部白云粉砂泥質(zhì)灰?guī)r與硅質(zhì)巖互層。厚4.0m。2.灰色、深灰色薄至中厚層白云質(zhì)灰?guī)r夾黑色薄層硅質(zhì)巖。底部5m左右為薄層硅質(zhì)巖夾白云質(zhì)灰?guī)r和一層1m厚的黑色碳質(zhì)頁巖。厚46.0m。1.下部黃灰色(風(fēng)化色)薄層鈣質(zhì)泥巖夾灰黑色中層硅質(zhì)巖,中部兩者為互層,上部則過渡為硅質(zhì)巖夾鈣質(zhì)泥巖。厚13.4m。下伏地層:漁戶村組小歪頭山段白云巖。厚7.4～10.2m。梅樹村階含磷巖系全貌與陡山沱階含磷巖系基本一致,所含四個(gè)磷礦層中的第三、第四層礦的地質(zhì)特征和沉積環(huán)境與陡山沱組的第三層礦相似,屬于物理作用形成的中低品位內(nèi)碎屑磷塊巖,而且其分布也僅局限于四川漢源一些局部地區(qū),與陡山沱組第三層礦僅局限于湖北荊襄一樣,沒有全區(qū)性和代表性,也不是主要礦層。而第一、二層礦則穩(wěn)定的分布于川中滇東成礦帶,構(gòu)成兩個(gè)主要的工業(yè)礦層。從上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)剖面中可以清晰的看到如下共性或規(guī)律:兩個(gè)含磷巖系均由11個(gè)分層組成,各分層相互對應(yīng),巖石組合、層序、礦層特征等都十分一致;按地層組合、原生沉積構(gòu)造和沉積特征等,含磷巖系可劃分為4個(gè)沉積旋回,第1～4分層為第一旋回,第5～6分層為第二旋回,第7～8分層為第三旋回,第9～11分層為第四旋回,每個(gè)旋回上部以含磷礦層為其特征;第4、3兩個(gè)旋回沉積作用能量較大,物理作用明顯,所形成的磷礦層分布局限,規(guī)模小,品位低,第2、1兩個(gè)旋回沉積作用能量較弱,生物成礦作用為主導(dǎo),形成具有重大工業(yè)意義的礦層,這是本文重點(diǎn)討論的對象,本文以下論述的磷塊巖區(qū)域成礦規(guī)律,均指這兩個(gè)重要工業(yè)礦層。2陡山東南角緣成礦帶內(nèi)第一、貧困陡山沱期與梅樹村期都形成四個(gè)磷礦層,即前敘含磷巖系剖面中第4、6、8、10層,其中第10層(即第4含磷層)只有層位意義,一般不形成工業(yè)礦床,第4、6層,即第一層和第二層是兩個(gè)具有重大工業(yè)價(jià)值的工業(yè)礦層,在兩個(gè)成礦期的各自成礦帶內(nèi)普遍發(fā)育。陡山沱期在揚(yáng)子地塊東南緣的鄂西黔中陸緣坻上形成鄂西、東山峰、湘西、黔中四大聚磷區(qū)。梅樹村期在揚(yáng)子地塊西緣的川中滇東陸緣坻上形成華寧富民、會(huì)東東川、馬邊雷波、漢源樂山、清平棉竹五大聚磷區(qū)。兩個(gè)成磷期的第一、二兩大磷礦層的一個(gè)重大沉積地質(zhì)規(guī)律是在陸緣坻上形成有規(guī)律的遷移沉積。例如陡山沱期第二層礦在鄂西黔中陸緣坻上由中部向兩端遷移,并形成富礦;梅樹村期兩層礦由于川中滇東陸緣坻西部存在幾個(gè)島陸,上升洋流有幾個(gè)入口,使得二層礦的遷移復(fù)雜一些,總的都是上升洋流抵達(dá)陸緣坻后,沿陸緣坻向兩端形成二個(gè)分支海流,第二層礦隨海流發(fā)生遷移沉積(后有詳細(xì)敘述)。3研究對象的選取陡山沱期與梅樹村期磷塊巖礦石自然類型十分相似,主要有五大類型:(1)致密塊狀磷塊巖此種磷塊巖在大多數(shù)礦區(qū)均有出現(xiàn),常與其它類型磷塊巖構(gòu)成一定序列類型(后述)。單層厚度幾厘米到7m不等,一般幾十厘米到3m,這種致密塊狀磷塊巖均是富礦,P2O5大于30%,它由疊層石磷塊巖與殼粒磷塊巖兩種亞類構(gòu)成,而且都是生物作用形成的磷塊巖(東野脈興、鄭文忠,1992),梅樹村期此種磷塊巖在下礦層含量多于上礦層,陡山沱期此種磷塊巖在上礦層的比例要多于下礦層,而且在鄂西—湘西—黔中磷礦帶,越向兩端,含量越多。致密塊狀磷塊巖中的疊層石磷塊巖更富,但所占比例小于殼粒磷塊巖。疊層石磷塊巖實(shí)際上是生物礁,它的沉積特征不明顯,而殼粒磷塊巖常夾紋層狀的白云質(zhì)磷塊巖,所以顯現(xiàn)層理,成為白云質(zhì)紋層狀磷塊巖,尤其風(fēng)化面上紋理更清楚,這是致密狀磷塊巖的又一重要特征。(2)白云質(zhì)條帶狀磷塊巖白云質(zhì)條帶狀磷塊巖是分布最多最廣的一種類型,幾乎在所有礦區(qū)都存在,而且所占比例最多,但在下層礦所占比例要高于上層礦。它是由薄層狀磷酸鹽巖與白云巖組成的互層而形成的條帶,單個(gè)條帶厚一般1～3cm。白云質(zhì)條帶磷礦層的厚度各礦也不同,由幾米到30m不等,一般3～15m,P2O5含量依磷質(zhì)條帶的厚度及含量多少而異,一般12%～22%。(3)泥質(zhì)條紋磷塊巖該類磷塊巖由紋層狀泥質(zhì)與紋層狀磷質(zhì)互層組成,總的特點(diǎn)是成幾毫米厚的紋層狀,其分布常與泥質(zhì)條帶磷塊巖共生,這在鄂西興神保磷礦尤為顯著,泥質(zhì)條紋磷塊巖另一特點(diǎn)是磷質(zhì)條紋厚于泥質(zhì)條紋,因此品位也高些,P2O5一般在18%～26%左右。第三是該類磷塊巖含量少于泥質(zhì)條帶磷塊巖,單韻律厚一般0.5～2m。紋層狀磷塊巖還有一個(gè)特點(diǎn)是當(dāng)泥質(zhì)紋層很少時(shí)就顯現(xiàn)塊狀,成為含泥質(zhì)的塊狀磷塊巖。(4)泥質(zhì)條帶磷塊巖該類磷塊巖沒有白云質(zhì)條帶磷塊巖分布廣泛,有的礦區(qū)缺失。泥質(zhì)條帶磷塊巖由磷質(zhì)薄層與泥質(zhì)薄層的互層組成,單個(gè)薄層(條帶)厚一般1～3cm,常與其它類型磷塊巖形成韻律。厚度0～15m,一般2～5m。(5)其它類型磷塊巖主要指團(tuán)塊狀、豆?fàn)?、結(jié)核狀等磷塊巖,分布局限,規(guī)模小,品位低,一般不構(gòu)成工業(yè)礦體,是很次要的類型,所以不詳細(xì)敘述。上述五種類型中前四種為主要類型,特別是兩個(gè)主要工業(yè)礦層中的類型,這四種類型在剖面上呈有規(guī)律的序列,上述敘述的順序就是剖面上自上而下的序列。這四種類型發(fā)育較全的是陡山沱階磷塊巖,而且有一個(gè)十分清楚的、規(guī)律性十分明顯的多元雙結(jié)構(gòu)性質(zhì),所謂多元,指工業(yè)礦層、單個(gè)礦層非磷組成分遞變、兩個(gè)韻律單元,具體為:①在鄂西黔中成礦帶上普遍發(fā)育上、下兩個(gè)工業(yè)礦層;②上、下每個(gè)工業(yè)礦層均由塊狀磷塊巖(含白云質(zhì)條紋)—白云質(zhì)條帶磷塊巖—泥質(zhì)條紋磷塊巖—泥質(zhì)條帶磷塊巖這四大主要類型磷塊巖構(gòu)成,在剖面上這種自然序列中,下部為泥質(zhì)磷塊巖(泥質(zhì)條帶、條紋磷塊巖),上部為白云質(zhì)磷塊巖(即白云質(zhì)條帶、塊狀磷塊巖),由下至上表現(xiàn)了由泥質(zhì)到白云質(zhì)的雙組分遞變規(guī)律;③上、下雙組分單元中,每個(gè)成分單元又由下部條帶狀和上部條紋狀(或紋層狀)構(gòu)成的獨(dú)立韻律單元組成。我們將陡山組磷塊巖的雙工業(yè)礦層、雙成分單元遞度、雙韻律層這種多元雙結(jié)構(gòu)性質(zhì)稱之為“雙結(jié)構(gòu)模型”。這種雙結(jié)構(gòu)模型是工業(yè)磷塊巖礦床的普遍特征和規(guī)律,雙結(jié)構(gòu)模型發(fā)育越完整,礦就大而富,例如鄂西黔中陡山沱階成礦帶,鄂西與黔中地區(qū)雙結(jié)構(gòu)模型發(fā)育、礦大而富,而湘西地區(qū)雙結(jié)構(gòu)模型發(fā)育差,礦規(guī)模小品位低;再如川中滇東梅樹村階磷塊巖成礦帶,雙結(jié)構(gòu)模型發(fā)育不全,礦大但品位不高(指原生礦);甚至我國另一個(gè)主要成磷期的古元古代錦屏期磷礦,在中期地臺(tái)的東緣構(gòu)成4000km的巨大成礦帶,雖然變質(zhì)較深,但這種雙結(jié)構(gòu)模型在有的礦區(qū)也是清楚的(如錦屏東山),但全礦帶發(fā)育程度較差,礦的規(guī)模與品位遠(yuǎn)不及陡山沱期磷礦。4磷質(zhì)/泥基質(zhì)磷塊巖組合成礦陡山沱期與梅樹村期磷塊巖的結(jié)構(gòu)類型也完全一致,都有微粒結(jié)構(gòu)、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、殼粒結(jié)構(gòu)三大原生結(jié)構(gòu)類型,還有粒屑結(jié)構(gòu)即內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)磷塊巖以及核形石結(jié)構(gòu)磷塊巖等類型,但與前三種比較,已屬很次要的類型。(1)微粒磷塊巖微粒磷塊巖是由粒徑為0.05～0.5μm的磷灰石超微顆粒(即膠磷礦)構(gòu)成。顯微鏡下表現(xiàn)為色淺質(zhì)純,分辨不出顆粒,呈均質(zhì)性,常見收縮裂紋。磷酸鹽礦物含量達(dá)85%以上,含少量泥質(zhì)、白云石、硅質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、鐵質(zhì)、碳質(zhì)等,富含菌藻類微生物化石。(2)團(tuán)粒磷塊巖主要由磷質(zhì)團(tuán)?；蛟寰：湍嗷|(zhì)或磷基質(zhì)組成。團(tuán)粒是由不同類群的磷質(zhì)微生物宿營粘結(jié)在一起形成的集團(tuán)——群落。在電鏡下,團(tuán)粒內(nèi)部可見到細(xì)胞、藻絲體等。當(dāng)所含的藻菌、有機(jī)質(zhì)呈不規(guī)則同心紋狀分布時(shí),則稱藻菌粒。團(tuán)粒粒度較均一,一般為0.3～0.6mm,呈渾圓狀、不規(guī)則狀,顆粒邊緣模糊不清,團(tuán)粒呈緊密堆積,顆粒間彼此粘結(jié),具似粒非粒之特點(diǎn),在正交鏡下可隱約見到顆粒界線。團(tuán)粒間多以粘土礦物或磷基質(zhì)充填,有時(shí)可見少量硅質(zhì)。團(tuán)粒含量一般50%～90%,常見有5%～10%的陸源碎屑摻合。(3)殼粒磷塊巖主要由磷質(zhì)殼粒、磷基質(zhì)或磷亮晶膠結(jié)物組成。殼粒是由核心和殼層兩部分組成,核心為各種磷質(zhì)顆粒,其中以團(tuán)粒為主,其它碎屑也可以成為核心;殼層為垂直核心生長的纖維狀磷灰石組成。殼層厚0.02～0.07mm,具同心紋結(jié)構(gòu),同心紋一般1～6層,呈層纖狀,殼粒間為磷基質(zhì)或磷亮晶膠結(jié)物,當(dāng)殼粒緊密堆積時(shí),其充填物多為磷基質(zhì),有時(shí)為白云石充填。殼粒含量一般60%～90%,常有少量陸源碎屑摻合。(4)內(nèi)碎屑磷塊巖該類型磷塊巖主要由磷質(zhì)內(nèi)碎屑組成,分布局限,僅在荊襄第三層礦(ph3)和漢源磷礦構(gòu)成較厚但貧的礦層,其它礦區(qū)不具工業(yè)價(jià)值。內(nèi)碎屑主要是礫屑和砂屑,以砂屑為主。內(nèi)碎屑具磨蝕痕跡,一般砂屑較礫屑的分選性、磨圓度高。內(nèi)碎屑常呈橢圓狀、扁豆?fàn)?、長條狀及塑性變形的不規(guī)則狀,略具定向性排列,長軸基本平行層理。粒間充填物多為白云石。(5)核形石磷塊巖主要分布在第四層礦中,核形石大小不一,小者2mm,大者可達(dá)35mm。同心紋層是由富藻層與富屑層互層組成,呈不規(guī)則狀,彎曲、皺紋、波狀,寬窄不一。此類型常與磷質(zhì)內(nèi)碎屑共生,充填物多為白云質(zhì)、硅質(zhì)。硅化較強(qiáng)。5磷塊巖的組分梅樹村階磷塊巖與陡山沱階磷塊巖的礦物組成十分近似。磷酸鹽礦物有膠磷礦1(碳氟磷灰石)、層纖狀微晶磷灰石、纖維狀磷灰石、亮晶磷灰石和重結(jié)晶柱粒磷灰石以及次生銀星石、磷鋁石等,其中以前兩種為主。非磷酸鹽礦物主要有白云石、方解石、粘土類礦物及玉髓,其次有黃鐵礦、海綠石、重晶石、天青石、石膏、有機(jī)質(zhì)等,此外還有陸屑礦物長石、石英、輝石及巖屑等。礦物組合中各類礦物含量的多寡,因巖石類型而異,如塊狀磷塊巖的主要組分是膠磷礦(碳氟磷灰石),白云質(zhì)條帶狀磷塊巖主要組分是膠磷礦和白云石,泥質(zhì)條紋與條帶磷塊巖的主要礦物組分是膠磷礦與粘土礦物。磷酸鹽礦物本身又可分為五種,一種是膠磷礦,在掃描電鏡下呈0.05～0.5μm的超微顆粒;第二種是層纖狀微晶磷灰石;第三種是纖維放射狀—粒狀磷灰石;第四種是成巖作用形成的亮晶磷灰石;第五種是重結(jié)晶或次生顯晶質(zhì)磷灰石。上述五種磷酸巖礦物中以前兩種為主,后三種含量很少。陡山沱期與梅樹村期磷塊巖的化學(xué)成分十分一致,主要成分為CaO+P2O5,按不同礦石與結(jié)構(gòu)類型從68%～85%變化不等,致密塊狀自然類型與殼粒結(jié)構(gòu)者含量高,CaO+P2O5大于77%,條帶狀磷塊巖CaO+P2O5小于77%。含F(xiàn)-2.46%～7.44%,CO22.25%～5.10%。以上是磷礦石礦物的主要組分。非磷質(zhì)化學(xué)成分主要有硅、鋁、鈉、鉀、鐵等,其中SiO2在4%～15.5%之間,代表硅礦物化學(xué)成分,其它均在2.8%以下至0.12%,主要是粘土類礦物的化學(xué)成分。磷塊巖化學(xué)成分主要反映磷酸鹽礦物、硅質(zhì)與粘土類礦物化學(xué)成分特點(diǎn)。6宏觀與微觀沉積序列陡山沱期與梅樹村期各有兩個(gè)主要工業(yè)礦層,即前述的第一與第二礦層。這兩個(gè)礦層都是由致密塊狀磷塊巖(Ⅳ)—白云質(zhì)條帶磷塊巖(Ⅲ)—泥質(zhì)條紋磷塊巖(Ⅱ)—泥質(zhì)條帶磷塊巖(Ⅰ)組成的,而且這四種類型在剖面上構(gòu)成規(guī)律的序列,即自上而下為Ⅳ—Ⅲ—Ⅱ—Ⅰ的序列。這種序列中又包含著有三大結(jié)構(gòu)類型的有規(guī)律序列。在剖面上自上而下為殼粒磷塊巖(C)—團(tuán)粒磷塊巖(B)—微粒磷塊巖(A)。這種結(jié)構(gòu)序列與自然類型序列有內(nèi)在的成生聯(lián)系(圖3)。(1)宏觀沉積序列陡山沱期、梅樹村期磷塊巖都有四大自然類型和序列規(guī)律。兩大工業(yè)礦層(ph1、ph2)由下至上均依次出現(xiàn)泥質(zhì)條帶狀磷塊巖(Ⅰ)、泥質(zhì)條紋狀磷塊巖(Ⅱ)、白云質(zhì)條帶狀磷塊巖(Ⅲ)、致密塊狀磷塊巖(Ⅳ)。但由于古地理和沉積環(huán)境的制約,這種沉積序列有時(shí)發(fā)育不全,它們中間可缺失一到兩個(gè)單元,但它們?nèi)员３诌@種序列特征,如鄂西興神磷礦鄭家河礦區(qū)的ph2礦層就表現(xiàn)為Ⅰ—Ⅲ和Ⅰ—Ⅳ的兩個(gè)不完整序列,前者缺失了Ⅱ和Ⅳ,后者缺失了Ⅱ和Ⅲ。(2)微觀沉積序列通過大量的磷塊巖薄片觀察,發(fā)現(xiàn)磷塊巖在微觀上也表現(xiàn)出較強(qiáng)的沉積序列規(guī)律,即不同結(jié)構(gòu)的磷塊巖在沉積層序上有規(guī)律的自然疊置,沉積序列由下至上為:微粒磷塊巖(A)—團(tuán)粒磷塊巖(B)—?dú)ちＡ讐K巖(C)。這個(gè)沉積序列在鄂西各磷礦尤為典型,其中瓦屋礦區(qū)最為發(fā)育。當(dāng)發(fā)育全時(shí),A—B—C完整,甚至A—B—C這種沉積序列可多次重復(fù)出現(xiàn),當(dāng)發(fā)育不全時(shí),A—B—C也可缺失一個(gè)或兩個(gè)單元。上述礦石自然類型的宏觀序列與礦石結(jié)構(gòu)類型的微觀序列之間也有一定的構(gòu)成關(guān)系,即宏觀礦石自然類型序列的每一單元由若干微觀序列的結(jié)構(gòu)類型組成,如泥質(zhì)條帶狀磷塊巖(Ⅰ)中,是以A、B為主,C次之;在泥質(zhì)條紋狀磷塊巖(Ⅱ)和白云質(zhì)條帶狀磷塊巖(Ⅲ)中,則以B為主,A次之;在致密塊狀磷塊巖中以C為主,A次之。筆者所劃分的微觀序列的每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元,只是以該單元為主(>50%),其中還可以劃分若干顯微結(jié)構(gòu)序列,如圖3,瓦屋礦區(qū)ph1礦層中的Ⅰ中,C單元和A單元均由毫米級的結(jié)構(gòu)序列組成,在基質(zhì)或膠結(jié)物的成分上,也具有一定的序列特征,由下至上為泥基—磷基—云基(云亮晶)—磷亮晶,反映了水體能量逐漸增強(qiáng)?；|(zhì)序列變化與上述結(jié)構(gòu)類型單元(A、B、C)有密切的生成聯(lián)系,A主要分布于礦層的下部,它常與泥巖互層;B中常見泥基—磷基有順序的出現(xiàn),向上可以出現(xiàn)云基;C中主要是磷亮晶膠結(jié)物。研究表明,顆粒與基質(zhì)兩種序列的有機(jī)結(jié)合,在剖面上(由下至上)構(gòu)成了一個(gè)明顯的磷塊巖序列:微粒磷塊巖—含團(tuán)粒微粒磷塊巖—泥基團(tuán)粒磷塊巖—磷基團(tuán)粒磷塊巖—磷基殼粒磷塊巖—云基殼粒磷塊巖—?dú)ちＡ讐K巖。磷塊巖宏觀上和微觀上的這些沉積序列并不是孤立的,而是有成生聯(lián)系和有規(guī)律的,反映了磷塊巖在整個(gè)成礦過程中的演化趨勢。磷塊巖的這種沉積序列是磷塊巖在形成過程中微生物、沉積環(huán)境、古地理等多元因素綜合作用的產(chǎn)物。筆者將具備Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ—Ⅳ/A—B—C發(fā)育完整的序列稱為完整型序列;而缺失其中一兩個(gè)單元的稱之為不完整型序列;單一內(nèi)碎屑(N)或核形石(H)者構(gòu)成的磷塊巖為無序型。筆者研究發(fā)現(xiàn),有序型特別是完整型序列,礦床規(guī)模大、品位比較高;不完整型,特別是無序型礦床規(guī)模小、貧。陡山沱期礦床有序型特別是完整型和較完整型占主要地位。而梅樹村期礦床不完整型占主要地位,特別是頂部致密狀磷塊巖(Ⅳ)不發(fā)育,所以相對較貧。兩個(gè)成礦期的兩個(gè)主要工業(yè)礦層第一與第二礦層比較,第一礦層更發(fā)育些,相對穩(wěn)定,規(guī)模大些,完整型序列較普遍。而第二礦層為完整型到不完整型序列,特別梅樹村期第二層礦多為不完整型序列,但陡山沱期第二礦層由于遷移沉積明顯,在鄂西—黔中陸緣坻南端形成以致密塊狀(Ⅳ)為主的富礦,并缺失第一層礦。內(nèi)碎屑型(V)與核形石型(H)磷塊巖為無序型,均為貧礦,前者只分布于四川漢源和湖北荊襄磷礦的第三礦層。核形石型磷塊巖是第四礦層特別是陡山沱期第四礦的特有類型,但不構(gòu)成礦體,沒有工業(yè)意義。7磷塊巖的形成與陸緣的關(guān)系磷塊巖上升洋流成礦理論是卡查科夫(A.B.Kazakov)1937年提出的,到20世紀(jì)50～60年代,麥凱爾維(V.E.Mekelvey)和謝爾登(R.P.Sheldon)進(jìn)一步發(fā)展了這個(gè)理論,其基本點(diǎn)是:①氣候干旱和低緯度的輻散洋流上升地區(qū)是最有利的成磷地帶,其一邊是與大洋相連的深海盆地,另一邊為低緩的陸地;②這種地區(qū),在北半球?yàn)榇箨懙奈靼逗捅卑?在南半球?yàn)榇箨懙奈靼逗湍习?。這個(gè)理論正確的解釋了成礦時(shí)的磷質(zhì)來源和磷質(zhì)由深海到達(dá)陸緣的動(dòng)力機(jī)制問題,被大多數(shù)磷礦工作者普遍接受。但是,這個(gè)理論沒有很成功的解決磷塊巖堆積的具體地點(diǎn)及其構(gòu)造古地理環(huán)境。在地質(zhì)歷史中,幾乎各時(shí)代的大陸邊緣都有洋流上升,但為什么只有少數(shù)時(shí)代和少數(shù)大陸邊緣的局部地區(qū)有大規(guī)模工業(yè)磷塊巖形成,多數(shù)時(shí)代和地區(qū)沒有工業(yè)礦床沉積,這就是磷塊巖堆積的地點(diǎn)問題,或者說堆積地區(qū)的構(gòu)造古地理環(huán)境問題。筆者多年來研究我國三大主要成磷期的磷塊巖,即華北地塊東緣古元古代錦屏期磷灰?guī)r和揚(yáng)子地塊晚震旦世與早寒武世磷塊巖發(fā)現(xiàn),工業(yè)磷塊巖沉積在一個(gè)特定的地帶:這個(gè)地帶的位置是克拉通邊緣、大陸邊緣或陸棚帶;這個(gè)地帶具有相當(dāng)大的地域,寬一般幾十到幾百公里,長幾百到幾千公里;這個(gè)地帶不是一般概念上的臺(tái)地,而是一個(gè)連接深海并與海岸平行的狹長臺(tái)向斜;這個(gè)臺(tái)向斜具有特定的地質(zhì)構(gòu)造、形態(tài)和地貌特點(diǎn),構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造古地理單元,這個(gè)單元在地質(zhì)構(gòu)造上具有以斷壘為主的相對活動(dòng)性,地形較為復(fù)雜,形態(tài)上是一個(gè)不規(guī)則帶狀水下低緩山地,高聳地段有時(shí)出露水面,我們把這類獨(dú)特的構(gòu)造古地理單元稱之為“陸緣坻”2(Luyuanchi)。陸緣坻一側(cè)與深海相通,上升洋流由深海攜帶大量磷等物質(zhì)上翻抵達(dá)陸緣坻,由于陸緣坻形態(tài)地貌上的特點(diǎn)使之成為上升洋流抵達(dá)大陸后的第一道屏障,流速減慢、溫度升高、壓力降低,磷質(zhì)在化學(xué)與生物作用下滯留下來,磷等營養(yǎng)物質(zhì)的增加,為生物特別是磷質(zhì)微生物的繁衍提供了有利條件,也極利于生物成礦作用的進(jìn)行,磷塊巖在這里沉積形成大規(guī)模的工業(yè)礦床,是生物成礦作用的必然結(jié)果。因此可以說陸緣坻是生物特別是磷質(zhì)微生物的繁衍場,是磷塊巖的產(chǎn)床,是磷塊巖最主要的成礦帶。下面具體討論各大成磷期磷塊巖沉積的陸緣坻特點(diǎn)。7.1川中緬東陸緣早寒武世沉積期巖相古地理揚(yáng)子地塊西緣北起龍門山,經(jīng)康定、冕寧、渡口、元謀到新平,呈南北向展布的上前寒武系變質(zhì)雜巖,其片理為東西走向(圖4),表明早前寒武紀(jì)地質(zhì)構(gòu)造線是近東西向的。晚元古代在墨江有蛇綠巖套,有洋殼向東的俯沖,晉寧運(yùn)動(dòng)后的早震旦世,康滇地區(qū)進(jìn)入了一個(gè)新的裂谷發(fā)展時(shí)期,到晚震旦世才進(jìn)入穩(wěn)定地臺(tái)發(fā)展階段,構(gòu)造以斷裂為主,伴有寬緩的臺(tái)隆和臺(tái)凹。晚震旦世早期形成了康滇臺(tái)背斜和東側(cè)的川中滇東臺(tái)向斜,這種構(gòu)造上的隆起與拗陷同時(shí)也是地形地貌上的凸起與凹陷。晚震旦世廣泛海侵后,臺(tái)背斜大部被海水淹沒,成為島鏈,臺(tái)背斜西側(cè)拗陷很深,為滇青藏海槽。早寒武世早期,康滇臺(tái)背斜東側(cè)的川中滇東臺(tái)向斜本身也有地貌上的凹凸特點(diǎn),在富民華寧、會(huì)東東川、馬邊雷波、漢源樂山、清平綿竹等地為地貌上的凹陷區(qū),其中間地區(qū)為凸起區(qū)。它們呈南北向展布,并大體成等距排列(圖5),此乃是澄江運(yùn)動(dòng)南北向擠壓應(yīng)力而形成的次一級東西向的寬緩復(fù)背斜和復(fù)向斜帶,構(gòu)成獨(dú)特的早寒武世沉積的構(gòu)造古地理單元(圖6),這就是川中滇東陸緣坻。早寒武世梅樹村期,來自西部滇青藏深海的上升洋流到達(dá)該陸緣坻,將攜帶的磷等營養(yǎng)物質(zhì)滯留下來,尤其在相對凹陷的地段形成大規(guī)模的磷塊巖沉積,構(gòu)成富民華寧、會(huì)東東川、馬邊雷波、漢源樂山和清平綿竹等五個(gè)聚磷區(qū)(圖2)。而揚(yáng)子地塊以西的康定新平陸緣孤帶(連接大洋的深水盆地)及其以西的優(yōu)地槽區(qū)(大洋)則沒有磷塊巖沉積。7.2鄂西黔中陸緣連接揚(yáng)子地塊東南緣大陸架和大洋的是“江南隆起帶”或“江南陸緣帶”,該帶在中元古代時(shí)是島孤帶,晚元古代時(shí)為大陸邊緣,晉寧運(yùn)動(dòng)使江南隆起帶褶皺造山,成為地塊邊緣隆起帶,其西北側(cè)為鄂西黔中拗陷帶,開始了震旦系沉積。晚震旦世來自東南方向的華南洋的大規(guī)模海侵,江南隆起帶幾乎全部被淹沒而成為水下高地,其西北側(cè)的鄂西黔中拗陷帶為主要沉積區(qū),這個(gè)凹陷帶與揚(yáng)子地塊西緣早寒武世川中滇東臺(tái)向斜類似,也有次級寬緩復(fù)式背、向斜,形成鄂西、東山峰、湘西、黔中等四個(gè)大致等間距的凹陷,其中間地區(qū)為凸起區(qū),這就是鄂西黔中陸緣坻(圖1)。這樣一種構(gòu)造古地理樣式,與早寒武世揚(yáng)子地塊西緣川中滇東陸緣坻十分類似。當(dāng)來自東南部深海的上升洋流越過江南隆起帶到達(dá)鄂西黔中陸緣坻后,洋流流速減慢并分成兩支海流沿陸緣坻向其兩端侵進(jìn),洋流攜帶的磷等營養(yǎng)物質(zhì)在陸緣坻特定的地理、地貌控制下大量滯留下來,在整個(gè)陸緣坻普遍有磷酸鹽化地層發(fā)育,并在陸緣坻的相對凹陷部位形成大規(guī)模的工業(yè)磷塊巖礦床,構(gòu)成鄂西、東山峰、湘西、黔中等四大聚磷區(qū)(圖1)。7.3鄂東、蘇-吉南金策陸緣在中朝地塊具有陸緣坻條件的東緣形成有工業(yè)價(jià)值的巨大成礦帶,由朝鮮北部東海岸金策經(jīng)中國吉南渾江—遼東遼陽—蘇北海州—皖中肥東—皖西南宿松—鄂東大梧,綿延4000多km,為世界古元古代最大的成礦帶。其含磷巖系地層雖屬冒地槽沉積,但從含磷巖系地層組合看,與陡山沱階及梅樹階含磷巖系地層組合類似,也是主要由泥質(zhì)巖白云質(zhì)碳酸鹽磷塊巖組成,表現(xiàn)了大陸邊緣淺海沉積特點(diǎn),這個(gè)巨大的成礦帶的構(gòu)造古地理環(huán)境與上述揚(yáng)子地塊川中滇東陸緣坻、鄂西黔中陸緣坻類似,我們稱之為鄂東蘇北吉南金策陸緣坻。該陸緣坻本身為地向斜帶,其東側(cè)為地背斜帶,滹沱期大面積海侵后,背斜帶南部大部被水淹沒,而北部淹沒相對較少,甚至有朝鮮北部狼林、遼東半島和山東半島等地的幾個(gè)水上的陸地或島陸,鄂東蘇北吉南金策陸緣坻本身幾乎全部被水淹沒,但由于來自北東—南西向的擠壓應(yīng)力作用,形成褶皺,從而有大致呈等間距分布的復(fù)式背、向斜分布,并在向斜區(qū)形成鄂東、皖西南、肥東、蘇北、渤海(?)、遼陽、吉南、朝鮮北部金策等7個(gè)(或8個(gè))大體等間距的聚磷區(qū)(圖7)。三大成磷期陸緣坻還有一個(gè)共同的特點(diǎn),就是它不直接瀕臨深海,中間總有一基底隆起地帶相隔,當(dāng)成磷期海侵后,邊緣隆起帶幾乎全部或大部被海水淹沒,或部分被淹沒而成為島鏈,又由于陸緣坻本身存在次級褶皺而形成若干大體呈等間距的背、向斜,這種背、向斜同時(shí)又是地貌上的凸、凹區(qū),磷塊巖主要沉積于凹陷區(qū),因此陸緣坻上都有大致等間距分布的聚磷區(qū)。從世界其它國家和地