云南永善縣金沙廠磷礦地質特征及成因淺析

尹飛，李江應，楊波

(永善金沙礦業有限責任公司，云南 昭通 657309)

云南永善金沙廠磷礦是金沙廠鉛鋅礦的共生礦床，位于金沙江東側斜坡帶，主山脊呈北北西走向，最高山峰位于南西角核桃窩后山，海拔1958.83m，最低處位于北西部菜園子村莊附近的牛角灣河出口處，650m，相對高差1308.83m。區內地貌類型屬深切中山，溝壑兩側地形陡峻，多呈“V”字型，地形坡度平均在30°以上。礦區大地構造單元屬揚子準地臺，滇黔川鄂臺拗，威寧水城陷斷褶束，昭通凹斷褶束。區域構造處在北東向巧家-蓮峰大斷裂和北西向金沙逆斷層銳角交匯處，主要由古生界組成的短軸背斜。出露最老為上震旦統燈影組，最新為下三疊統，缺失泥盆系和石炭系。巖漿活動僅分布有海西旋迴的基性玄武巖火山建造[1、2、3、8]。

本文主要以已往勘查為基礎，通過地質測量、鉆探、槽探及樣品化學測試等工作手段，研究金沙廠磷礦地質特征，分析其礦床成因，對拓寬磷礦找礦范圍、尋找新的磷礦石資源儲備及開發后備基地具有重要的現實意義。

1 礦區地質特征

1.1 礦區地層

礦區主要出露上震旦統燈影組舊城段(Z2dn4)，白巖哨段下亞段(Z2dn5-1)及上亞段(Z2dn5-2)；下寒武統梅樹村組小歪頭山段(∈1m1)、中誼村段(∈1m2)及大海段(∈1m3)和筇竹寺組(∈1q)、滄浪鋪組(∈1c)和龍王廟組(∈1l)以及部份侵蝕階地和河溝中分布第四系(Q)[4、5、6]。(圖1)。

圖1 金沙廠磷礦區地質簡圖Fig 1. Geological Sketch Map of Jinshachang Phosphate Mining Area1-第四系洪積層；2-第四系殘坡積層；3-上寒武系上統二道水組；4-寒武系中統西王廟組；5-寒武系中統陡坡寺組；6-寒武系下統龍王廟組；7-寒武系下統滄浪鋪組；8-寒武系下統筇竹寺組；9-寒武系下統筇竹寺組；10-寒武系下統梅樹村組中誼村段；11-寒武系下統梅樹村組小歪頭山段；12-震旦系上統燈影組白巖哨段上亞段；13-震旦系上統燈影組白巖哨段下亞段；14-震旦系上統燈影組舊城段；15-不整合地層界線；16-逆斷層及編號；17-正斷層及編號；18-見礦鉆孔及編號19-礦區界線；20-礦段邊界線；21-磷礦探槽及編號.22-磷礦坑道及編號。

(1)上震旦統燈影組(Z2d4)：舊城段(Z2dn4)下部深灰、黑色薄層粉砂質白云巖夾黑色炭質頁巖，見似竹節蟲痕跡化石；上部深灰色中厚層狀泥質白云巖夾紫色粉砂質頁巖，未見底，出露厚度70m～80m；白巖哨段下亞段(Z2dn5-1)下部鳥眼狀粉晶白巖，上部層孔狀粉晶白云巖和層紋狀白云巖。數十個沉積小旋回組成，上部厚約20m為鉛鋅礦體主要產出層位。厚163.19m；白巖哨段上亞段(Z2dn5-2)灰白色厚層狀粉晶白云巖，夾硅質巖薄層或團塊。白云巖具層紋狀構造，厚70.52m。

(2)下寒武統梅樹村組(∈1m)：小歪頭山段(∈1m1)主要由淺灰色中厚層硅質白云巖夾深灰色硅質巖薄層或透鏡體。底部常出現一層極薄的深灰色至黑色的硅質磷塊巖。含小殼動物化石。厚10m；中誼村段(∈1m2)主要由磷基砂屑磷塊巖、云基砂屑磷塊巖、含磷白云巖、含磷硅質巖組成。巖性二分性明顯，下部淺灰色中厚層含磷內碎屑白云巖夾灰色極薄層云基砂屑磷塊巖和硅質磷塊巖，厚10m。P2O5含量8ω%～15ω%居多，個別含量>15ω%?？v橫向不連續。以往稱下磷礦層，現行《磷礦地質勘查規范》P2O5含量小于15ω%均不計算資源量。但涉及到已上平衡表333資源量，本文稱“原下磷礦層”，含豐富的小殼動物化石。厚19.23m；大海段(∈1m3)灰色中厚層泥質白云巖夾深灰色粉砂質泥巖。底部多為內碎屑白云巖，中部常見層紋狀白云巖，頂部與筇竹寺組分界處往往出現一層厚約0.2m生物碎屑磷塊巖。含豐富的小殼化石。厚8m～10m。是區內第二個鉛鋅礦體主要產出層位。

(3)下寒武統筇竹寺組(∈1q)：由下至上巖性：①深灰色薄層石英粉砂巖，上部夾薄層泥灰巖，下部8m炭質粉砂巖，厚61.51m；②黑色薄層絹云母粉砂巖，具微斜層理，下部15m黑色碳質頁巖，厚42.60m；③灰黑色薄層石英粉砂巖夾鈣質粉砂巖，下部夾薄層泥灰巖。含化石，厚63.50m；④灰綠色粉砂質頁巖夾薄層鈣質細砂巖，上部鈣質細砂巖相變為泥灰巖，灰綠色頁巖中含豐富的三葉蟲化石，厚43.50m。筇竹寺組厚210.86m。

(4)下寒武統滄浪鋪組(∈1c)：見于礦區周圍，從下至上巖性：①灰綠色中厚層鈣質粉砂巖與灰綠色薄層泥質白云巖或灰巖互層。底部8m灰色厚層狀細砂巖，厚43.90m；②紫紅色薄層白云質粉砂巖夾灰綠色薄層狀粉砂質頁巖，具龜裂構造，厚26.00m；③灰綠色粉砂質頁巖及灰綠色薄層粉砂巖互層，具蟲跡，厚35.80m；④灰色厚層狀鈣質細砂巖及灰色云母質細砂巖，上部夾灰綠色絹云頁巖及薄層灰巖。下部夾二層深灰色厚層狀含磷礫巖，厚38m；⑤灰綠色薄層狀生物灰巖夾絹云母頁巖，厚20.90m；⑥灰綠色絹云母頁巖夾薄層灰巖，厚42.30m。滄浪鋪組共厚206.90m。

(5)下寒武統龍王廟組(∈1l)：僅分布礦區南西邊緣，巖性從下至上：①灰黑色薄層白云巖夾條帶或團塊狀硅質巖，厚13.60m；②灰黑色厚層狀白云巖夾薄層狀粉砂質白云巖及粉砂巖，厚37.70m；③灰黑色厚層狀砂礫狀內碎屑白云巖夾薄層狀泥質白云巖三層，厚58.80m；④灰黑色厚層狀白云質灰巖，厚11.80m；⑤灰色中厚層狀泥質白云巖，厚29.90m。龍王廟組共厚151.80m。

(5)第四系(Q)：不整合在各時代地層之上，主要為殘坡積層和沖洪積層，砂巖、頁巖、白云巖角礫和砂土、粘土組成。角礫形態呈次棱角、渾圓狀，含量20%～30%，砂泥質物膠結，膠結松散。堆積厚度一般20m～40m。最大厚度100m。

1.2 礦區構造

礦區總體構造具二層結構，下層為金沙廠背斜，上層為金沙廠逆斷層形成的推覆體置于背斜軸部之上。推覆體南界和底部以F1斷層為界，北界F3斷層，東界F5斷層，西界F7斷層，東西長3km，南北寬1.5km，面積4.5km2。推覆體出露厚度350m～450m。由上震旦統燈影組舊城段、白巖哨上亞段、白巖哨下亞段和下寒武統梅樹村組小歪頭段、中誼村段及大海段、筇竹寺組組成，傾角8°～15°。推覆體內外磷礦層均穩定分布。

(1)褶皺構造：金沙廠背斜具箱狀，軸部呈長方形狀，東西長約5km，南北寬約2km，東西南北四邊分別傾向東、西、南、北方向，傾角20°～30°，局部地段推覆體下南翼傾角達60°～70°。背斜軸走向290°，走向延伸約5km。

(2)斷裂構造：礦區內共有編號斷層16條，除F6外所有斷層均切割磷礦層，其斷距較大(>30m)有7條(推覆體周圍F1、F3、F5和F7及推覆體內F2、F4和F8)。其余F9、F10、F11、F12、F13、F14和F15斷層為橫斷層，斷層延伸走向約100m～300m，斷距多小于20m，對磷礦層影響很??；F6和F16斷距較大，但對磷礦層影響很小。斷層特征及控制程度見表1。磷礦層分官房、炎山、燈桿樹和金沙四個礦段。官房礦段礦層傾角約7°～10°；炎山、燈桿樹及金沙三個礦段礦層傾角20°～40°。區內東西、南北及北東向三組斷層屬淺層次級邊部斷層，屬簡單偏中等型。

表1 金沙廠磷礦區斷層一覽表Tab 1. List of Faults in Jinshachang Phosphorus Mining Area

2 礦床特征

2.1 賦礦層位特征

磷礦層由深灰色磷基含礫粗至細砂屑磷塊巖、鋼灰色云基砂屑磷塊巖呈韻律性互層組成(圖2)。屬典型的碳磷酸臺地沉積環境，處在潮間和潮下坪環境，并遭受多次風暴作用。沉積序列具典型的近積風暴巖(旋回Ⅰ-Ⅳ)和遠積風暴巖(旋回Ⅴ)特征。

圖2 金沙廠磷礦區中誼村段沉積環境變化綜合圖Fig 2. Comprehensive Map of Sedimentary Environment Changes ofZhongyicun Section in Jinshachang Phosphate Mining Area

中誼村段上部為工業磷礦層，頂界下為深灰色薄層云基磷塊巖，上為大海段淺灰色中厚層泥質白云巖，兩層間夾一層厚約0.1m鱗片狀含磷粘土巖，含炭較高，深灰至黑色。全區穩定；底界上為含礫云基砂屑磷塊巖，厚0.5m，P2O5品位15ω%～17ω%，下為淺灰色中厚層狀內砂屑白云巖夾深灰色薄層硅質巖。白云巖中含硅質條帶或團塊。全區穩定，為中誼村段與小歪頭段的分界線。

下部10m灰色中厚層狀內砂屑和粉晶白云巖組成，白云巖中見寬1cm含砂屑磷塊巖條帶，呈斷續緩波狀。該層下段偶夾極薄層云基砂屑磷塊巖，P2O5含量8ω%～15ω%，個別15ω%～17ω%，平均厚度及品位見圖2、表3。

表3 金沙磷礦區主磷礦層Ⅱ、Ⅲ品級礦分層平均厚度、品位表Tab 3. The Average Thickness and Grade of LevelII and III Ore Layers in The Main Phosphorus Ore Layer of Jinsha Phosphate Deposit

上部9.23m由磷基粗砂屑磷塊巖及云基細砂屑磷塊巖呈互層狀。據P2O5含量(圖3)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ品級磷礦石，主要由Ⅱ、Ⅲ品級磷礦石組成，個別工程中個別樣品達Ⅰ品級礦石，縱橫無法對比，并入Ⅱ品級礦層圈定。在垂向上，一般Ⅱ品級礦分布在礦層下部；Ⅲ品級礦分布在礦層上部。全礦層計算P2O5平均含量工程90個，其中僅6個平均含量P2O5在24ω%～25ω%之間，其它均為Ⅲ品級礦石(P2O5在15ω%～24ω%)。同時Ⅱ品級礦石在礦層傾斜方向延深約200m則變為Ⅲ品級礦石。

2.2 礦層分布及厚度變化特征

礦區內磷礦層總體呈南高北低單斜構造，除南部官房礦段平均傾角約8°，其余三個礦段內均在25°～45°之間。據控制情況，從炎山礦段南端到燈桿樹礦段西端，礦層露頭線長4300m，地表200m間距均有工程控制，礦層連續性好，礦層最大厚度12.03m，最小厚度5.88m，平均厚8.98m。下為Ⅱ品級礦層(厚4.0m左右)，上為Ⅲ品級礦層(厚4.48m)，兩礦層之間在TC6以東地段出現厚約0.5m～2.0m夾石層，向南延伸至官房礦段東側。礦層東側金沙礦段礦層平均厚2.37m。P2O5含量8ω%～15ω%，為工業礦層尖滅區。礦層傾斜方向上，炎山礦段CK6-1礦層底板標高1390m，向北傾斜至PD1礦層底板標高723.56m，高差666.44m，斜距2600m，CK6-1和PD1礦層厚度分別9.80m和7.87m，厚度差1.92m。礦層在傾斜方向厚度變化也是較小的。

區內炎山和燈桿樹兩礦段是磷礦層最大穩定的大型磷礦體。共有見礦工程點28個，沿走向控制長4300m，傾斜控制斜深400m?？刂频V體平均厚度8.98m，厚度變化系數20.05%。

2.3 礦層P2O5品位及其化學組份變化特征

全區共有90個見礦工程，單工程P2O5含量最高27.52%，最低15%，全區P2O5平均品位19.87ω%。品位變化系數15.1%，屬穩定型。地表或淺部工程中因礦石具不同風化程度，品位高于原生帶品位。地表工程31個，其平均P2O5含量22.52ω%；中淺部(地表至斜深200m)12個工程，P2O5平均含量21.37ω%；深部工程41個，P2O5平均含量17.73ω%。

2.4 礦體夾石

磷礦體夾石為含磷白云巖(磷含量低于最低工業品位15ω%或邊界品位12ω%)。據現有工程控制，上下磷礦層間隔大致3m～15m。夾石最大厚度1.81m，總體厚度大于1m。

2.5 礦石礦物成份及結構構造

(1)礦石礦物成分：有磷酸鹽、碳酸鹽、氧化物、硅酸鹽、硫化物等五類，磷酸鹽礦物主要為膠磷礦和細晶氟磷灰石，含量50%～80%，多數以顆粒形態(團粒、鮞粒、生物骨粒、碎屑)，少量以膠結物形式存在；碳酸鹽礦物主要為白云石，多以粉晶或亮晶呈孔隙式填隙在膠磷礦顆粒間，極少量內砂屑鑲嵌在膠磷礦顆粒間，含量25%～40%；方解石含量一般5%，半自形-它形粒狀，包裹于白云石碎屑中；其它礦物常見石英呈它形粒狀，個別柱狀，部份包裹于膠磷礦碎屑中，部份呈集合體碎屑狀，粒度0.02mm～0.3mm，含量1%～3%。星點狀褐鐵礦偶見于白云石顆粒間，含量低于1%；硅酸鹽礦物云母呈顯微鮮片狀，包于膠磷礦碎屑中，粒度0.02mm～0.05mm。少量高嶺石、綠泥石呈隱晶質包于膠磷礦中，粒度<0.0004mm；極少量黃鐵礦多它形粒狀，少數呈自形粒狀，星點浸染狀分布于白云石顆粒之間，粒度0.005mm～0.7mm。微量礦物偶見銀星石、磷鋯石。

(2)礦石結構：①砂屑結構：砂屑顆粒由50%～85%膠磷礦組成，粒徑0.1mm～2mm，圓形、橢圓形，顆粒含量與礦石品位成正比，混入物有白云石內砂屑、石英、炭泥質等。膠磷礦顆粒部分為微晶或細晶磷灰石。砂屑結構為主，粗砂屑結構較少；②粉屑結構：顆粒由45%～60%膠磷礦組成，粒徑0.01mm～0.1mm，多橢園形，?；烊腙懺此樾?、石英、白云母、泥質、褐鐵礦、有機質等，區內較少見；③鮞粒結構：鮞粒由25%～56%膠磷礦組成，粒徑0.1mm～1mm，鮞粒核心為同心環狀硅質(玉髓或石英)白云石，明暗相間呈層圈狀。鮞粒有空心鮞、薄皮鮞、高能鮞、變形鮞，多呈圓形、橢圓形。伴生礦物有石英碎屑，白云石內碎屑，褐鐵礦等。區內較為多見；④凝膠結構：凝膠狀膠磷礦常有陳化龜裂紋，凝膠狀膠磷礦破碎呈不規則團塊、礫屑。主要混入物白云石內砂屑，其次膠磷礦砂屑、硅質、炭泥質。多呈條帶狀夾于其它磷塊巖中，走向延伸不遠；⑤生物骨粒結構：由小殼動物磷質殼體為主堆積的磷塊巖，小殼動物殼體保存完整，雜亂隨機堆積或殼體破碎磨損保存不完整，垂向呈明顯的下粗上細粒序性，水平方向骨粒長軸沿層面分布。

(3)構造特征：①條紋狀構造：膠磷礦顆粒集中或凝膠狀膠磷礦的條帶，寬度小于3mm，呈水平或緩波狀；②條帶狀構造：膠磷礦顆?；蚍橇踪|礦物集中形成的寬條帶，寬度3mm～10mm，其底界面顯沖刷現象；③粒序性塊狀構造：由粗細不同的膠磷礦顆粒有序排列呈塊狀磷塊巖。

2.6 礦石風氧化特征

礦區西北角炎山礦段北端、燈桿樹礦段西端大約0.035km2礦層位于礦區最低侵蝕基準面標高650m以下，其余均高于最低侵蝕基準面。其中官房礦段F1斷層上盤礦層最低出露標高1180m，距磷礦層下約120m～150m有開采鉛鋅礦老硐；炎方礦段南端、金沙礦段磷礦層下部亦分布數個開采鉛鋅礦無水老硐。官房磷礦層上伏第四系堆積物厚70m～100m，距磷礦層頂板保留完整的巖層厚度20m～30m。磷礦層風氧作用僅地表水滲透作用。其風氧化作用較弱。其它三個礦段風氧化最大影響深度從地表至斜深100m。礦石顏色淺灰、鋼灰色，礦石孔隙率增加，容重減小等。

風氧化帶中新生磷酸鹽次生礦物銀星石、磷鋁石、磷鐵華；黃鐵礦風化為褐鐵礦、白云石風化淋失僅殘留泥質物。次生礦物從原生帶到風化帶均有增加趨勢?；瘜W組份含量變化(見表4)。P2O5、F、CaO等組分明顯的增加，MgO、灼減、CO2、SiO2明顯的減小，Fe2O3、Al2O3變化不大。

表4 風氧化帶與原生帶礦石化學組份變化情況表(單位：ω%)Tab 4. Changes in Chemical Composition of Ore in The Efflorescent Oxygenized Zone and Primary Zone

2.7 礦石自然類型及工業類型

據膠結物成分為云基(白云石)、磷基(凝膠狀磷礦)、灰基(方解石)、硅基(玉髓)、泥基(泥質)，按內碎屑顆粒粒級分礫屑、砂屑、粉屑、鮞粒、生物骨粒和凝膠狀等。磷礦石主要脈石礦物為磷酸鹽礦物，少量石英、云母、高嶺石、綠泥石等，根據礦石組合分析結果劃分礦石工業類型指標。該區Ⅱ、Ⅲ品級磷礦石工業類型均為碳酸鹽型磷礦石。

3 礦床控礦因素及成因分析

(1)古構造及古地理因素：云南東北部處于晚震旦世以來上揚子淺水碳酸鹽臺地之西部，北面有康滇古陸，南東部有牛首山古陸，南西部有滇中古陸，分別與華南海、滇西海及青藏-秦嶺海阻隔，組成了既與廣海相同，又有較大阻擋的較為封閉的海灣環境[2]。磷礦區位于滇東被動陸緣巧家陸內裂谷內半封閉雷波-永善海灣，屬滇東早寒武世中誼村期三個聚磷盆地之一的硝灘羊場聚磷盆地西部。中誼村期硝灘-羊場聚磷盆地因彝良一帶南北向水下隆起細分東西綏江-永善-昭通及鎮雄-威信2個成磷區。礦區處于綏江-永善-昭通成磷區內，為磷礦層形成創造了有力的條件[9、10]。

(2)賦礦層位：含磷巖系為下寒武統梅樹村組中誼村段淺海碳酸鹽巖和磷酸鹽巖沉積，下部白云巖、泥質白云巖夾硅質巖；中下部含粉砂質白云巖或白云質粉砂質磷塊巖、磷塊巖；上部白云巖、白云質灰巖。顯示海退到海進序列產物。

(3)沉積相特征：礦石結構以磷質假鮞狀內砂屑為主，次為磷質泥質結構、磷質內粉屑泥質結構。內砂屑顆粒大小均一，分選性好，總體反映沉積環境水動力條件較強，為盆地早期沉積的磷酸鹽沉積物經水動力沖刷搬運、改造的磷質顆粒在臺地相潮間高能環境中形成鮞礫狀內砂屑結構的富磷質顆粒磷塊巖；潮下水動力條件較弱，形成含泥質、硅質、隱晶質結構的貧磷顆粒磷塊巖。潮汐導致物質分異和海水pH值變化，漲潮期水介質呈弱堿性，有利于磷質沉積；平潮期利于白云質、硅質沉積。周期性潮汐作用形成白云質、硅質與磷質條帶相間構造。臺地淺水高能-中低能變化環境中形成礦床。

(4)磷礦床成因：寒武紀是全球性磷酸鹽沉積期，礦區磷塊巖礦床形成于早寒武世中誼村期。寒武世早期，太平洋、大西洋廣海的海水從各個不同方向侵入，上升洋流所攜帶含磷碎屑巖及富含磷質生物不斷涌入并聚積，太陽能和地球自轉引起地殼上部海水攪動，CO減少、P2O5呈飽和狀態，磷酸鹽隨上升洋流不斷運移至雷波-永善海灣，逐漸沉積在距大陸0km～30km、水體深度0km～150km大陸斜坡上。同時，炎熱潮濕古氣候、古緯度條件、臺地淺水高能-中低能環境、海水PH值變化等，為磷塊巖富集成礦提供了有力條件。金沙廠磷礦床屬于淺海相沉積磷礦床[1、7、11]。

4 結 論

金沙廠磷礦床賦存于下寒武統梅樹村組中誼村段白云質磷塊巖-碳酸鹽巖系中，沉積環境為比較干燥的被動大陸邊緣淺海相。成礦經生物化學沉積-破碎、外動力地質作用沖刷、分選-搬運堆積成巖成礦，屬于淺海相沉積磷礦床。