云南镇雄县银厂湾磷矿地质特征及成因分析

沈燕飞 贺班艳 谢 江

(昆明富麟矿业有限公司 云南 昆明 650233)

云南省镇雄县银厂湾磷矿大地构造位于扬子准地台(I)南西缘，滇东台褶带滇东北台褶束中部。该台褶束南邻会泽褶束，西邻嵩明台褶。地台基底为前震旦系，形成于约900Ma的晋宁运动。

1 地质背景

1.1 矿区地层

根据1：20万镇雄幅区域地质调查报告，矿区出露地层由老至新依次为

(1)震旦系上统灯影组(Zbdn)：灰黑色白云石化含硅质生物碎屑泥晶灰岩、灰黑色致密块状含磷钙质硅质条带白云岩；

震旦系上统灯影组(Zbdn)、寒武系下统梅树村组(1ms)、牛蹄塘组(1n)、明心寺组(1m)在矿区地表未出露，均为钻探工程揭露(图1)。

1.2 矿区构造

1.2.1 褶皱

羊场背斜：背斜轴总体呈近东西向，核部地层为震旦系，翼部地层最新为白垩系。矿区位于羊场背斜西段转折端附近，在算盘沟一带背斜呈北东-南西向展布，地表核部地层仅出露寒武系下统金顶山组，由施工的14个钻探工程揭露，该背斜核部隐伏地层为震旦系灯影组，两翼地层依次为寒武系下统梅树村组、牛蹄塘组、明心寺组、金顶山组和清溪洞组，寒武系中统高台组以及寒武系中上统娄山关群。该背斜呈缓背斜，轴部产状稍缓，为4°～6°，南北两翼倾角略陡，为 8°～13°。

图1 银厂湾磷矿区地质图

1.2.2 断层

F1断层：位于冒砂井至长槽一线，为平移正断层，断层走向30°，倾向北西，倾角80°，断裂角砾岩带宽1m～4m，断层带局部见少量透镜体铅锌矿化，但规模小，品位低。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

目前主要控制了KT1、KT2和KT3三个磷矿体(图2)，其中KT2和KT3为工业磷矿，KT1为低品位磷矿。

(1)KT1磷矿化体：为隐伏低品位磷矿层，赋存于羊场背斜深部的寒武系下统梅树村组白云石化磷质岩中，总体走向北东，呈缓背斜产出，轴部产状稍缓，为4°～6°，南北两翼倾角略陡，为 8°～9°，属缓倾斜矿体。矿体走向长2.01km，矿体顶板埋深539.88m～788.97m，底板埋深543.93m～790.67m，倾向由轴部向两翼控制最大斜深1.80km，矿化体沿走向及倾向均有进一步延长、延深的趋势。单工程矿体真厚1.59m～8.17m，平均厚3.98m，厚度变化系数51.02%，属厚度变化较稳定矿体。矿体北西翼薄，南东翼有变厚之趋势。矿体品位P2O5单样最高16.84%，单工程平均品位P2O512.08～14.13%，平均13.30%，品位变化系数4.54ω%，属组分分布均匀矿体。矿石为低品位矿。

(2)KT2磷矿体：位于KT1矿体下部，KT3矿体上部，为矿区主要磷矿层，矿体呈层状产出，为工业矿体。矿体走向北东，矿层呈缓背斜产出，轴部产状稍缓，为4°～6°，矿层南北两翼倾角略陡，为8°～9°，属缓倾斜矿体。矿体走向长2.01km，矿体顶板埋深544.43m～845.36m，底板埋深577.43m～876.57m，倾向由轴部向两翼控制最大斜深1.80km。矿体单工程真厚27.81m～44.87m，平均厚34.53m，厚度变化系数13.32%，属厚度变化稳定型矿体。矿体磷矿化连续，P2O5单样最高达35.27ω%，单工程平均品位22.82ω%～25.20ω%，矿体平均品位24.12ω%，品位变化系数2.70%，属组分分布均匀矿体。矿石品级轴部较高，两翼逐渐变低，主要为Ⅱ级品矿石。Ⅰ级品矿石和Ⅱ级品矿石集中、Ⅲ级品矿石分布在西翼和11线上。矿体总体沿北西—南东方向展布，有北西往南东变薄之趋势。

(3)KT3磷矿体：产于KT2矿体下部，矿体总体走向北东，矿层呈缓背斜产出，轴部产状稍缓，为4°～6°，矿层南北两翼倾角略陡，为 8°～9°，属缓倾斜矿体。矿体走向长2.01km，矿体顶板埋深582.43m～884.57m ，底板埋深591.31m～890.57m，倾向由轴部向两翼控制最大斜深1.80km。工业矿体矿体真厚1.58m～11.17m，厚度变化系数51.49%；磷矿化连续，单工程P2O5平均品位15.10ω%～17.08ω%，矿体平均品位15.61ω%，品位变化系数3.99%。低品位矿体真厚1.96m～13.83m，厚度变化系数60.06%；低品位矿P2O5单工程平均品位12.86ω%～14.16ω%，矿体平均品位13.50ω%，品位变化系数2.90%。矿体厚度变化较稳定，组分分布较均匀。矿石品位轴部较高，两翼逐渐变低，主要为Ⅲ级品磷矿和低品位磷矿。

图2 银厂湾磷矿11号勘探线剖面图

2.2 矿石结构构造

2.2.1 矿石结构

(1)砂屑结构(凝胶砂屑结构)：结构成分以粒屑为主，主要由磷灰石的砂屑组成，次为砾屑、粉屑，偶见鲕粒，颗粒大小多在0.1mm～0.5mm，磨圆度中等偏差，含量在50%以上，最高可达85%，填隙物为凝胶状磷灰石和淀晶磷灰石及粉至细晶白云石，作孔隙式胶结。

(2)砂屑凝胶结构(凝胶结构)：以磷灰石凝胶为主，磷灰石粒屑次之，凝胶基质50%～80%，粒屑含量10%～35%，局部还含有10%～35%的白云石和硅质等杂质矿物，凝胶基质作基底式胶结。

(3)砂屑粉-细晶结构：可分为砂屑粉晶结构和砂屑细晶结构。具有此种结构的矿石矿物成分除磷灰石外以白云石为主，含少量泥质和硅质。白云石多呈半自形晶，大小为0.1mm～0.25 mm，含量常>50%，砾屑多系磷灰石，含量<50%，白云石基质作基底式胶结。

(4)鲕粒结构：呈圆形，椭圆形，具同心圈2～10 圈，既有薄皮鲕，亦见高能鲕，鲕粒直径大小不等，一般0.15mm～0.35mm，同心层常由磷灰石及有机质组成。

2.2.1 矿石构造

(1)致密块状构造：结构致密，常呈块状。矿石多由凝胶砂屑磷块岩及粒屑凝胶磷块岩组成。粒屑以磷灰石砂屑为主，有部分淀晶磷灰石及粉细晶白云石、玉髓等。磷灰石含量在85%以上，杂质矿物少。

(2)条纹条带状构造：由深色的砂屑磷块岩及凝胶状磷块岩与浅色脉石矿物白云石、水云母及硅质矿物各自富集相间成条纹条带，条纹宽1mm～3mm，条带最宽18cm，一般0.5cm～5cm。泥质及硅质条带与磷块岩突变接触，而白云质条纹条带与磷块岩界线虽清楚，但均见对方矿物混入，二者呈渐变接触。

2.3 矿物组成

磷块岩矿石内除胶磷矿、微晶碳磷灰石和氟磷灰石外，尚有白云石、石英、玉髓、粘土矿物，少量长石、方解石、云母、黄铁矿、铁泥质等。

2.4 矿石类型

由于沉积环境及沉积物的差异，形成了不同结构、构造和成分的矿石类型，根据矿石的物质组份及构造的差异，区内矿石的自然类型可划分为致密块状磷块岩矿石和含磷白云岩磷矿石两种。

3 矿床成因分析

3.1 磷块岩古地理沉积环境及沉积相

早震旦世，海侵的范围仅涉及湘黔和川东等地，西昌-滇中地区仍为陆相沉积，沉积了澄江砂岩、陆相火山岩和碎屑岩。到了中震旦世晚期，海侵向西昌—滇中方向扩展，在川滇古岛链以东、川中浅水台地以西的滇东北-川西南地区形成呈近南北向的滨岸-近岸浅海区；在长650km，宽150km的浅海区中，出现了多个三面局限，仅东南方与广海相连的、较为封闭的海湾，构成上扬子海中最主要的聚磷盆地。

晚震旦世中晚期至早寒武世早期，银厂湾地区位于扬子古地台西南缘，川滇拗陷南端的陆表浅海区，西有滇中古陆，南有越北古陆，东有牛首山古岛。海底地形高低起伏，既有浅滩台地，也有凹槽海沟，还有水下高地和陆缘障壁岛。由于基地缓慢下降，灯影海侵扩大，其中相继发生了灯影早期、中期、晚期、梅树村期等次一级和更小一级的海水进退旋回。区域气候为赤道北中低纬度区温热海洋季风气候。贸易风洋流自东向西进入本区海域，自灯影海侵开始，有富磷上升洋流在本区海盆内循环运动，菌澡生物繁盛，早期底栖动物发育，小壳动物由出现而达繁盛高峰。此期间内，本区海盆是一个既有脉动震荡而又相对稳定的半开放式陆缘碳酸盐聚磷盆地。

3.2 矿床成因分析

寒武纪初，川滇古岛链东侧至川中浅水台之间，形成了多个浅海海湾，海湾三面为水下隆起环绕，仅南东方向面临广海，海水入侵时会正面接受洋流，物质来源非常丰富；另外，在上升洋流的驱动下，西部川西青藏海槽的富磷质海水会越过川滇古岛链之间的缺口部位进入川西南-滇东北的浅海海湾区，多处来源的富磷海水在海洋边缘的海湾水下浅滩部位不断聚集。越聚越多，在海水压力下降时，大量的二氧化碳溢出海面，或者沉淀成为碳酸盐岩，当磷酸盐到了饱和或者过饱和状态，梅树村期陆缘近岸区域开始沉积。

海洋化学的资料表明，海水中磷的浓度很低，一般不超过70×10-9，处于不饱合状态，以无机方式在海水中聚集磷质是难以实现的。研究证实，磷的原始物源是含磷的陆源碎屑和富磷的海洋生物。菌藻可以大量吸收海水中的磷质，富磷的生物尸体碎屑和含磷陆源碎屑构成海底淤泥，在沉积-成岩过程中通过生物氧化还原反应，大量的磷质从有机残体和陆源碎屑中溶解出来进入到孔隙水中，经过与海水的不断交换，形成富二氧化碳、富磷酸盐的海水在海湾内循环流动，随着水压的减小，水温的升高，造成二氧化碳的大量逸出，水体震荡分选作用、固结作用、磷酸盐交代、次生富集作用的联合作用之下，发生磷矿的沉积。原生的胶磷矿多呈球粒状、内砂屑状，凝胶状胶磷矿多呈鲕粒的同心壳圈或作胶结物；磷块岩为灰—深灰色，磷质颗粒均一、细小，为粉砂状，粒径约为0.05mm；胶磷矿和隧石平行排布，形成细纹层状，显示潮下带的低能静水环境标志。

矿区磷矿石以磷酸盐矿物为主，次为硅质矿物和白云岩，矿物成份简单，缺乏陆源物质，避免了掺和作用，有利于磷质的分异。同时在海湾水下的高能浅滩环境下，海水的动力作用使已沉积的磷块岩产生机械破碎，原地或经短距离搬运，筛选掉碳酸盐及粘土质杂基，进而富集成矿。由于潮汐作用，导致物质成分和海水PH值的变化；涨潮期水介质呈弱碱性，利于磷质沉积；而在平潮期，水介质呈碱性，利于白云质沉积。这种周期性潮汐作用控制了磷质和白云质的相间沉积，形成了层状、似层状、条带状磷块岩。磷块岩中含黄铁矿及有机炭，说明磷块岩为浅海—滨海相胶体生物(化学)沉积显示潮下带的低能还原环境。在磷块岩之上，沉积了灰绿、深灰色薄层-中层状细晶白云岩，夹有浑圆状砂岩结核、灰绿、深灰色薄层状含磷砂状白云岩，显示出区内仍处于潮下带低能还原环境。

4 结论

银厂湾磷矿为一大型隐伏矿床，矿区圈定的KT2、KT3两个工业磷矿和KT1一个低品位磷矿，同赋存于寒武系下统梅树村组，均为层状展布于近东西向的羊肠背斜两翼，与顶底板地层产状一致。矿石矿物为胶磷矿、微晶碳磷灰石和氟磷灰石；脉石矿物可分为以玉髓、石英等为代表的硅质矿物和以白云石、方解石为代表的碳酸盐矿物。矿石结构主要有砂屑结构、砂屑凝胶结构、砂屑粉—细晶结构及鲕粒结构等；矿石主要构造有致密块状构造和条纹条带状构造。

区内磷块岩受古构造和古地理环境的制约，局限海湾有利于上升洋流所携磷质的聚积，是形成巨大型磷矿床的先决条件；高能的海湾潮下浅滩环境，则是富集优质磷块岩矿床的关键。因此，银厂湾磷矿的矿床成因属浅海潮下浅滩相沉积的碳酸盐-硅质层状磷块岩矿床。