开阳磷矿沉积特征与沉积模式研究

戴玉皇，余大龙

(贵州大学研究生院，贵州 贵阳 550003)

开阳磷矿沉积特征与沉积模式研究

戴玉皇，余大龙

(贵州大学研究生院，贵州 贵阳 550003)

开阳磷矿区位于扬子准地台滇黔断褶带黔中隆起区。研究区广泛沉积了一套数米厚的白云岩——碳酸盐岩帽，显示坪台特征。随后沉积大片黑色页岩，硅质页岩，有些地区则沉积页岩夹白云岩，这种硅、灰、泥的剖面结构，是浅海陆棚的沉积特征。在开阳－息烽一带属中－高能的海滩环境，沉积了灰绿色含海绿石粉砂岩及砂岩。

开阳磷矿;岩相古地理;沉积特征;沉积模式

1 区域地质概况

开阳磷矿位于贵州省中部开阳县境内，矿区属切割剧烈的中山山岳地形，山势走向呈NNE向，与矿区洋水背斜地质构造线方向一致，地形分三级:(1)东西两翼为高山地形，尤以西翼狼鸡岭至孙家坡一带最高，海拔一般在1 500 m以上，最高 1 702.6 m，坡度 30°～40°;(2)用沙坝、沙坝土丘陵地形，海拔1 100～1 300 m，坡度30°左右;(3)矿区中部的河流谷地，最低标高 700.00 m，切割剧烈，坡度陡，40°～60°。

开阳磷矿区位于扬子准地台滇黔断褶带黔中隆起区(地质科学研究院，1965)。矿区区域地质构造为一系列 NNE向的短轴背向斜，背斜褶皱紧密，故形态窄小，向斜则显得宽带，致使背斜断裂发育(核部尤甚)，而向斜断裂简单。由于受加里东运动影响，本区缺失奥陶纪、志留纪、泥盆纪和石炭纪地层。

开阳磷矿区地质构造为一短轴梭形背斜，称洋水背斜，核部地层主要为前震旦纪板溪群变质砂页岩、板岩，两翼分别出露震旦系南沱组冰碛页岩、紫红色砂页岩，陡山沱组含磷地层、灯影组藻白云岩和寒武纪、二叠纪地层。磷矿矿层产于背斜翼部陡山沱组地层之中。背斜轴向 NE25°，两翼不对称，东缓西陡，东翼倾角 25°～45°，西翼倾角 30°～60°，局部由于断层影响，地层发生直立倒转。由于背斜褶皱紧密，

在核部及两端倾伏处发育许多断层，核部断层多为逆断层，也有的为正断层，走向与背斜轴向一致，转折端断层多为正断层，走向垂直和斜交地层。断层倾角都较陡，似高角度断层，倾角为 50°～80°。

2 磷矿沉积环境和相

陡山沱期的贵州正处于上扬子古陆东南被动边缘向前陆充填的活动期，中西部自晋宁运动以后长期隆起成陆，东部强烈下拗接受厚逾数千米的早震旦世沉积;气候也由全球性大冰期转入冰期后回春阶段;随之出现海平面上升，沉积域迅速扩大，沉积物由陆缘碎屑逐渐被碳酸盐替代而形成混合沉积;代表海洋初始生产率的藻类植物蓬勃繁盛等，各种主要环境因素都在变动中，给相单元的建立和相术语的使用带来了困难。

图1 贵州开阳洋水矿区矿段划分分布图

该组系由圆柱状叠层藻丛及其后方潮坪组成的障壁型海岸沉积，分布于开阳－息烽一带。受叠层藻丛阻挡的潮坪显得平坦、稳定，没有发现较大规模的潮渠和泻湖。陡山沱期

2.1 障壁型海岸相组

海平面不断处于上升期，但由于新增加的沉积空间及时地被陆缘碎屑、白云石和磷灰石等沉积物充填，造成这一地区始终处于周期性的潮坪环境。分为以下三个亚相:(1)磷质混合坪，整个潮坪沉积物泥和砂组成，体现了能量中等的混合坪性质;(2)磷质白云岩坪，由白云岩和砂屑磷块岩组成的潮坪，形成于前宾砂体之上。开阳洋水组的下部砂岩段为典型;(3)磷质圆柱状叠层石障壁礁相，代表潮下至低潮坪沉积的砂岩段和含磷岩系底部磷块岩段。

2.2 台棚相组

随着晚震旦世早期海平面的缓慢上升，在早震旦世成陆的上扬子古陆边缘地带开拓出新生陆架，形成浅海碳酸盐或含陆缘碎屑的混合沉积。按其沉积特征和环境位置可分为四个单元:(1)含磷泻湖相;(2)磷质台棚浅滩相;(3)碳酸盐初始台地相。

表1 贵州晚震旦世早期沉积相分类表

3 沉积相及沉积模式研究

任何沉积岩都是在地表特定环境中堆积下来的，都印有堆积环境的标记。沉积相是指沉积环境以又在该环境中所形的沉积岩(物)特征综合。完整的、准确的沉积相概念，包括两层含义:一是反映沉积岩的特征，二是揭示沉积环境。沉积岩(物)特征包括岩性特征(岩石成分、颜色、结构等)、古生物特征(古生物种属和生态)。沉积环境包括岩石在沉积和成岩过程中所处的自然地理条件、气侯状况、生物发育情况、沉积介质的物理化学条件等。通过沉积岩一系列特征的研究来恢复其沉积时的环境，即为沉积相分析(简称相分析)或环境分析。岩石微相分析是岩相分析和沉积相分析的基础。岩石微相是指薄片上的岩石学特征的总和，包括碎屑颗粒和填隙物的成分，组构，粒径，分选，磨圆以及胶结物的类型和结构等。岩相是指形成在一定沉积环境中的一套具有特定的物理，化学和生物特征的岩石。

翟淳(1985)把沉积相分为五级。即相组、相、亚相、微相和相素。先根据自然地理条件分为大陆相组、海陆过渡相组和海相组，它们属一级相。再根据自然地理条件的局部变异划分出二级相，如大陆相组分为河流相、湖泊相、沼泽相、冲积扇相、残积坡积相、沙漠相、冰川相;海陆过渡相组分为三角洲相、河口湾相;海相组分为无障壁海岸相、有障壁海岸相、浅海陆棚相、次深海相和深海相。二级相下再分出三级相，或叫亚相，如河流相下再分为河床亚相、堤岸亚相、河漫滩亚相和牛轭湖亚相。再根据微地貌或岩性、古生物特征细分出。第四级相，或叫微相，微相下再根据岩性分出若干相素。

以相序递变规律为基础，以现代沉积环境和沉积物特征的研究为依据，从大量的研究实例中，对沉积相的发育和演化加以高度的概括，归纳出带有普遍意义的沉积相的空间组合形式，称为“相模式”。

3.1 沉积相类型及特征

南沱冰期之后，全球古气候由严寒转为温暖。冰川消融，海水自南东、南西方向大规模侵入本区。由于西南周边岛陆不断提供陆源碎屑，导致西部(川滇黔台地)和东部沉积物的差异。前者为砂岩－碳酸盐岩－页岩;后者为页岩与碳酸盐岩互层。而陡山沱晚期，川滇黔台地渐具雏形，成为本区地史上最早的碳酸盐岩台地;湘西北地区成为鄂西碳酸盐岩台地的一部分，研究区内沉积相带展布已显著。根据沉积相的划分原则，将本区陡山沱期沉积相主要划分为三类:有障壁碳酸盐台地相、浅海相和台地斜坡相。各沉积相的沉积物特征分述如下:

有障壁碳酸盐台地相潮坪浅滩亚相位于川滇黔碳酸盐岩台地东侧开阳 －瓮安一带，为贵州主要的成磷区，有著名的开阳磷矿、瓮安磷矿和福泉磷矿。岩石组合主要为磷块岩 －砂岩，厚约 10～28 m，由南向北增厚，向东至瓮安一带为磷块岩－白云岩组合，厚度增至70 m左右。磷块岩矿床以颗粒磷块岩为主，显示台地边缘浅滩相特征。开阳金钟磷矿厂附近观测的剖面岩石组合以颗粒磷块岩为主，厚十几米，顶部为一套厚约 50 cm的灰绿色薄层页岩与灯影组接触。

浅海相:陆棚内缘亚相 位于川滇黔碳酸盐岩台地东侧遵义一带以及鄂西碳酸盐台地南缘泸溪洗溪一带。遵义松林剖面其岩石组合为黑色页岩和硅质页岩为主，底部为一套厚度几米的含黄铁矿白云岩，上部夹薄层状磷块岩，硅质磷块岩，以中、小型磷矿床区别于开阳 －息烽地区。黑色页岩中微细水平层理发育，含黄铁矿较多，表明了较安静的陆棚内缘环境。泸溪洗溪剖面其岩石组合下段泥质与泥质白云岩互层、黑色硅质页岩;上段黑色页岩夹泥质白云岩和深灰黑色泥质磷块岩(3.3 m)。磷块岩呈条带状，胶磷矿与泥质白云岩条带互层，未见叠层石。可能形成于陆棚内缘环境。

陆棚亚相 位于镇远－印江－松桃一带，岩石组合主要由碳酸盐岩和页岩为主，沉积构造简单，底部仍然为灰白色中层状白云岩，厚约10 m，而黑色页岩的沉积厚度，一般较薄，厚十几米，富含黄铁矿，显示了静水的低能陆棚环境。

3.2 沉积相分布及模式

陡山沱早期，由于古地形稍平坦，又远离古陆，在冰碛砾岩之上，研究区广泛沉积了一套数米厚的白云岩——碳酸盐岩帽，显示了坪台特征。随后沉积大片黑色页岩，硅质页岩，有些地区则沉积页岩夹白云岩，这种硅、灰、泥的剖面结构，是浅海陆棚的沉积特征。在开阳－息烽一带属中－高能的海滩环境，沉积了灰绿色含海绿石粉砂岩及砂岩。陡山沱晚期，古地理分异加剧。湘西－黔东地区继续沉积黑色页岩并夹少量白云岩，仍属于浅海陆棚沉积物;在开阳 －息烽一带为台地边缘浅滩及生物礁，沉积了颗粒磷块岩及藻磷块岩，向东至印江、松桃一线变为黑色页岩、粉砂岩夹硅质岩及碳酸盐岩为主的低能陆棚沉积组合，藻类生物较少。遵义地区处于陆棚内缘，靠近川滇黔台地东侧，沉积了硅质页岩、页岩和含泥质磷块岩。

3.3 震旦纪沉积层序

碳酸盐台地(以开阳金钟剖面为例)位于川滇黔碳酸盐台地东南缘，古地理上处于黔中隆起，该区震旦系与下伏南沱组呈整合接触，与澄江组呈平行不整合接触，底部以磷块岩或白云岩与澄江组的砂岩或南沱组的砾泥岩分界。以开阳金钟剖面(图3－1)为例，南沱期黔中地区为陆上冰川—冰水沉积区(曹瑞骥等，1989;蒲心纯等，1987)，广泛沉积了一套冰碛泥砾岩层。南沱冰期后，全球气候变暖，冰川迅速消融，全球海平面快速上升，导致该区陡山沱期处于潮坪—浅滩环境，由于上升洋流从深部水体中携带大量的营养物质(沉积物中 P含量很高)，在南沱冰碛泥砾岩之上沉积了一套灰色、深灰色块状砂屑磷块岩、藻砂砾屑磷块岩、砂屑状凝胶磷块岩。在开阳金钟地区，本组下部砂屑磷块岩间有10 cm左右的磷质风化壳，在开阳金钟以北，顶部变为含硅磷质白云岩夹硅质岩团块，或为含磷白云质硅质岩夹白云岩团块。这种细粒砂屑磷块岩或泥质砂质磷块岩与砂屑磷块岩组成韵律，并与含砾砂屑磷块岩组成了一个从浅滩到潮坪的沉积旋回，其厚度总体由北向南减薄(1:25万贵州区调报告，2005)。随着全球海平面的进一步上升，该区陡山沱组顶部缓慢沉积了一套薄层碳质页岩、硅质岩及磷块岩，这时海侵作用达到最大，为最大海泛期的沉积。

进入灯影期，海水开始由上升末期转为下降初期，此时海底大部分在平均低潮面之上，水体能量一般较弱，大部分为碳酸盐潮坪低能区，沉积物主要以浅灰色厚层—块状砂砾屑白云岩、藻屑白云岩为主，具鸟眼构造、栉壳结构，位于灯影组的中下部。灯影期中期再次发生海侵作用，川滇黔碳酸盐台地海水加深，由局限台地潮坪逐渐发展为开阔台地，海底位于平均低潮面与浪基面之间，水体能量中等，主要发育粉—细晶白云岩、硅质白云岩。基本层序是由砂砾屑白云岩、藻屑白云岩、栉壳白云岩与细晶白云岩组成不等厚的韵律层，反映了水体由暴露环境向深水环境的过渡，与上覆寒武纪牛蹄塘组黑色碳质页岩整合接触。

4 结论与认识

作者以“开阳磷矿震旦系沉积特征和沉积模式”为题，以震旦系陡山沱组为研究对象，详细地研究了陡山沱组底部白云岩帽的沉积特征，结合前人对上扬子地区震旦系的研究成果，得出了以下几点初步的结论和认识:

1)作者通过层序地层分析后，认为研究区震旦系与下伏南沱冰碛岩组成一个完整的沉积旋回。

2)在贵州开阳以西的广大区域内灯影组下段这样的三层结构较为稳定。作者认为是沉积相的不同造成的，这与前任研究的观点相吻合。因为这些地区灯影组顶部均与上覆地层直接整合接触，并未见到沉积间断的证据。

3)通过该地区沉积相分析，结合各沉积环境的沉积物特征，作者认为研究区陡山沱期沉积相主要有:有障壁碳酸盐台地相的潮坪浅滩亚相、浅海相的陆棚内缘亚相和陆棚亚相及台地斜坡相的台前斜坡亚相，为潮坪浅滩—浅海陆棚沉积模式。

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S275.9

B

1004－1184(2012)05－0140－03

2012－05－25

戴玉皇(1985－)，男，贵州道真人，在读硕士，主要从事矿床地质研究。