四川雷波县莫红磷矿地质特征及成因初探

陈双全

(乐山市佰瑞德地质矿产应用研究有限公司成都分公司，四川 成都 610073)

雷波地区是川滇聚磷区的重要组成部分，该地区位于杨子准地台西部边缘上扬子台坳(Ⅱ4)、凉山陷褶束(Ⅲ11)、美姑陷褶束(Ⅳ26)，雷波穹褶束(Ⅳ27)。区域内出露最老地层为前震旦系浅变质岩和岩浆岩，构成区域的古老基底，盖层沉积发育，出露较为齐全，从上古生界至新生界，除中、上志留系、泥盆系、石炭系缺失外，其余各时代地层均有沉积。雷波县莫红磷矿位于雷波穹褶束的西南部，构造简单，莫红背斜控制了矿体的展布和形态(图1)。

图1 雷波县莫红磷矿区地质图Fig 1.Geological Map of Mohong P Orefield in Leibo

1 矿区地质特征

1.1 矿区地层

矿区地层相对发育，从上元古界震旦系灯影组至下古生界寒武系上、中、下统均有出露，总厚度大于1412m。各地层单元特征如下

(1)震旦系上统灯影组(Zbd2)，为一套浅海镁质碳酸盐岩沉积，厚度大于30m。上部为浅灰至灰色中至厚层状微至粉晶白云岩、硅质白云岩，具粉晶结构、条带状构造，夹2cm～5cm的燧石条带或结核；中部为灰色中至厚层状粉晶白云岩夹中层状泥质白云岩；下部为浅灰色薄至中层状粉晶白云岩与泥质白云岩互层；底部夹一层不稳定的薄层状泥质白云岩。

(2)下寒武统麦地坪组(∈m)：为一套浅海相碳酸盐岩沉积，根据岩性组合特征可分为三段

麦地坪组一段(∈1m1)：下部为灰至深灰色薄层状含磷硅质白云岩、粉晶白云岩，具粉晶结构、条带状构造，局部夹炭质粘土岩薄层，中部为灰～深灰色簿～中厚层状含磷粉晶白云岩、硅质白云岩夹薄层磷块岩和粘土岩。上部为深灰色簿～中厚层状含磷砂屑白云岩，见较多的黑色鲕状磷屑及黑色磷质条纹，厚1.03m～134.38m。

麦地坪组二段(∈1m2)：为区域内磷矿层位，为深灰色～灰黑色簿～厚层状含砂砾屑磷块岩、硅质磷块岩，具微波状层理、平行层理、波状层理，厚6.63m～50.95m。

麦地坪组三段(∈1m3)：下部为灰～浅灰色中～厚层状含磷砂屑白云岩，具波状层理，发育细密溶蚀孔洞及裂隙。局部发育节理及微细裂隙，中部为薄至中层状含磷细晶白云岩，局部见黑色磷质条纹，上部为灰色厚层状粉～细晶白云岩，自下而上岩层中的磷质含量逐渐减少的趋势，厚11.12m～69.92m。

(3)下寒武统筇竹寺组(∈1q)：岩性为灰-浅灰色泥质粉砂岩、粉砂泥岩夹灰黑色粘土岩，上部夹少许粉砂质灰岩或白云质灰岩透镜体。底为3cm～5cm含燧石砂砾褐铁矿风化壳，属浅海陆棚环境沉积，总厚度655.78m。

(4)下寒武统沧浪铺组(∈1c)：主要岩性下部为紫红色粉砂质泥岩夹灰-黄绿灰色薄-中层状粉砂岩、细粒长石石英砂岩；上部为浅灰色中-厚层状细粒石英砂岩、长石石英砂岩夹少许灰色薄-中层状粉砂岩、泥岩；属滨海碎屑岩沉积，总厚度为210m。

(5)下寒武统龙王庙组(∈1l)：下部为深灰色泥质条带灰岩；中上部灰-深灰色厚层状细晶白云岩、白云质灰岩；属浅海相碳酸盐沉积，厚度124.9m。

(6)下寒武统陡坡寺组(∈2d)：为灰色厚层状泥质条带灰岩、白云质灰岩，底为黄绿色页岩、粉砂岩；属浅海相的泥质、钙质沉积，厚度72.9m。

(7)中寒武统西王庙组(∈2x)：为紫红色粉砂岩、粉砂质泥岩，下部偶夹1m～10m不等的白云质灰岩或透镜体；属氧化环境沉积的一套碎屑岩，厚度140.9m。

(8)上寒武统二道水组(∈3e)：灰至深灰色白云质灰岩、白云岩夹同生角砾状白云质灰岩，中上部含燧石团块及条带。顶部夹紫红色灰色页岩。属海相镁质碳酸盐沉积，厚180.27m。

1.2 构造

矿区的主要构造是莫红短轴背斜，该背斜位于矿区中部，呈近南北向延伸；核部由上震旦系灯影组组成，长约7200m，宽约1800m，平面上成不规则的树枝状，长宽比4∶1，近短轴背斜。两翼地层由寒武系的下统麦地坪组、筇竹寺组、沧浪铺组、龙王庙组、陡坡寺组，中统西王庙组及上统二道水组组成，两翼产状：西翼倾向200°～350°，倾角10°～27°，东翼倾向20°～160°，倾角5°～35°；总体上北部倾角较缓，南部倾角较陡，轴面略向西倾，倾角约80°，转折端呈圆滑状，为开阔-平缓褶皱。枢纽向南、北两端倾伏，中部隆起。总之，该褶皱为转折端圆滑的斜歪短轴背斜。

2 矿床地质特征

磷矿层赋存于麦地坪组第二段，层位稳定。矿层呈层状产出，矿体产状与地层产状一致。区内磷矿层出露于背斜东西两翼，莫红短轴背斜的产状变化控制了矿体的产状变化。矿体南北走向长约8km。共圈定2个矿层，编号为Ⅰ(下矿层)和Ⅱ(上矿层)，

(1)Ⅱ矿层(上矿层)：矿石主要为灰色-麻灰色-灰黑色薄-中厚层致密块状、条带状砂屑磷块岩，间夹灰色薄-中厚层状粉晶白云岩。矿石以致密块状为主，厚度1.50m～20.97m，平均4.86m，矿体厚度在背斜核部较厚，向两翼逐渐变薄，向外逐渐尖灭，北东部矿体厚度较大，南西部较薄。

(2)Ⅰ矿层(下矿层)：矿石以致密块状、条带状、砾状砂屑磷块岩为主，局部为条纹状磷块岩。间夹灰色薄—中厚层状粉晶白云石。矿石以致密块状碎屑磷块岩为主，次为条带状磷块岩、砾状磷块岩、条纹状磷块岩。矿层厚度1.50m～11.66m，平均3.86m，厚度在背斜核部较厚，向两翼逐渐变薄，再向外逐渐尖灭，北东部厚度较大，南西部较薄，由北东向南西逐渐变薄至尖灭。

3 矿石质量

3.1 矿石矿物成分

区内磷矿石的矿物组份为磷酸盐物、碳酸盐矿物、硅质及铝硅酸盐矿物三大部份，三者间在矿石中所占比例互为消长，总量占矿石、矿物总量的95%以上。磷酸盐矿物产出形态有砂屑、砾屑、团块、团粒、鲕粒等形态为主，这些粒状集合体在空间上不作紧密的堆积，其粒屑间隙则常由碳酸盐矿物、硅质矿物充填胶结，或是三大类矿物混杂，各自相对集中构成条纹带状分布。

矿石中主要为非金属矿物，金属矿物含量较少；白云石占77%，胶磷矿粒屑含量约为10%～15%，硅质岩屑占3%～5%，石英占1%～2%，方解石<1%，金属矿物<1%。

胶磷矿：胶磷矿主要呈鲕状、胶状存在。经过磨碎仅有l0%的胶磷矿独立存在，多数和其它矿物连生。主要是和白云石连生，其次和少量硅质连生，个别内部包裹有细小石英颗粒，胶磷矿集合体中可有少量～部分细小石英、玉髓、白云石等混杂。白云石多数和胶磷矿集合体混杂，接触面不规则，部分分布在胶磷矿集合体边缘。硅质多数星散状分布在胶磷矿集合体内部。石英碎屑仅在部分胶磷矿集合体内部见有。

磷灰石：粒度微细，为胶磷矿重结晶形成。多呈纤维状磷灰石环绕个别磷质粒屑生长成为“环壳”，晶体延长方向垂直磷质粒屑；也见呈微粒状存在于个别磷质粒屑中。

白云石：粒度：0.05mm～0.1mm，颗粒之间紧密镶嵌，少量独立分布，多数与胶磷矿和硅质镶嵌在一起。

方解石：粒度与白云石相当，个别独立分布，多数与白云石镶嵌。

硅质岩屑：由显微晶质石英颗粒紧密镶嵌在一起，多数具有尘点状碳酸盐类。

石英：广泛可见，分布不太均匀。呈粒状及集合体，次圆状，粒度：0.08mm～0.32mm，混杂散布于白云石基底或磷质基底中。部分独立存在，部分分布在胶磷矿集合体中。

钾长石：呈碎屑产出，0.06mm±、0.1mm±，偶见。

针铁矿：隐晶质集合体，多呈粒状，零星可见。多数独立嵌布在非金属矿物中，不与其它金属矿物连生，粒度：0.03mm～0.12mm，个别可达：0.8mm，与非金属接触面呈圆弧状为主。

黄铁矿：多呈微粒状，偶见针铁矿集合体中，多数独自嵌布在非金属矿物中，不与其它金属矿物连生，粒度0.03mm～0.2mm，为主，与非金属矿物接触面呈网状、不规则状为主。

3.2 矿石结构、构造

矿石结构：富磷矿矿石常见有粉晶凝胶砂屑结构和凝胶鲕粒、砾屑砂屑结构等主要结构。

矿石构造：区内磷矿石的构造主要有块状构造、条纹、条带状构造构造。

3.3 矿石类型

矿石类型可分为矿石自然类型和矿石工业类型两种。

(1)矿石自然类型：区内矿石自然类型有致密块状磷块岩，条纹条带状磷块岩两种。

致密块状磷块岩是区内的主要矿石类型，具致密块状构造；条纹条带状磷块岩是区内的次要矿石类型，分布于富磷矿层的上、下部，具条纹条带状构造。

(2)矿石的工业类型：根据DZ/T 0209-2020《磷矿地质勘探规范》(试行)中，对磷块岩矿石工业类型划分中规定，磷块岩矿石依照矿石中的脉石矿物成份(主要是硅质矿物，碳酸盐矿物)，含量的比例进行划分。区内磷矿石中硅质矿物含量为10%～25%，碳酸盐矿物10%～20%，结合矿区矿石P2O5含量19ω%～35.40ω%，SiO2 0.44ω%～20.66ω%，MgO 0.06ω%～5.51ω%，其矿石工业类型应属硅质及硅酸盐型磷块岩类型。

3.4 矿石化学成分

区内磷矿石主要是由磷酸盐矿物、碳酸盐矿物，硅质及铝硅酸盐矿物组成，其矿石的化学成份亦是由三大部份矿物的化学成份叠加组成，磷矿石主要化学组分为P2O518.3ω～27.72ω%、CaO 19.94ω%～37.73ω%、MgO 3.92ω%～7.27ω%、SiO29.39ω%～44.49ω%、CO212.46ω%～20.92ω%等5项，其总含量达95%左右；其次为F 1.37～2.14%、Al2O30.94～1.89%、Fe2O30.89～1.95%、As 23～905×10-6、Pb14～80×10-6I 0.28～16.8×10-6、Cl 88～207×10-6、TREO203～268×10-6、枸溶性磷2.59～4.21%等。P2O5和CaO、F、TREO、I、Pb、Cl存在正相关关系，P2O5和MgO、Al2O3、 Fe2O3、枸溶性磷存在负相关关系。

4 矿床成因

4.1 沉积岩相及古地理

4.1.1 沉积相

麦地坪期沉积三个沉积次级旋回主要表现为下部为硅质岩-粉砂岩-白云岩沉积，中部为磷块岩-白云岩-磷块岩沉积，该旋回厚度变化大，局部变薄或尖灭。上部为白云岩沉积，该旋回从极少量磷质沉积到全白云岩沉积。沉积环境反映了有浅-深-浅，能量变化有低-高-低的变化过程。

第一次级旋回：岩性为硅质白云岩夹薄层钙质粉砂岩、硅质岩，含磷硅质白云岩，含炭钙质粉砂岩；该旋回硅质含量较高、色深、有机质含量高，主要层理类型为水平-沙纹层理，局部可见斜层理和波状层理构造。根据下伏震旦系灯影组顶部为潮上泥晶白云岩，可以判定从灯影期到麦地坪期，海水逐渐加深。属潮下-海湾相沉积环境。

第二次级旋回：下部为薄-中厚层状含磷白云岩与块状砂屑磷块岩互层、块状砂屑磷块岩，厚12.17m；为富磷孔隙水隙间化学沉淀的产物。反映一种高能快速堆积的沉积环境。中部浅灰色-灰黄色薄至中厚层状含磷白云岩，厚1.58m～3.57m；上部为灰-深灰色中厚层块状、条带状砂屑磷块岩，深灰色厚层状致密块状含砾屑磷块岩并可见粒序层理，厚17.32m，代表浅水、高能的潮间滩相，整个中段为潮间-潮上向上变浅的沉积相旋回。

第三次级旋回：可分为上、下两部分。下部灰-褐灰色厚层状含磷白云岩，碎屑成分为碳酸盐屑，磷酸盐屑、石英、玉髓。可见斜层理、粒序层理。这些特点反映为湖间高能相沉积。上部灰-浅灰色厚层状粉-细晶白云岩，具鸟眼构造，晶洞构造十分发育，表明为潮上低能相。

整个麦地坪期除上述三个主要的相旋回以外，在每一个次级旋回内部又由若干反映海水频繁升降，介质pH值波动，使磷质及白云质物质供给周期性变化而产生的小旋回组成。这些小旋回层表现为矿物颗粒含量、胶结类型、磷屑-碳酸盐矿物相对含量呈规律性变化的韵律层，形成了条纹条带状磷块岩。

由于构造运动形成的莫红背斜控制了莫红磷矿的形态，出露的磷矿层产生次生风化作用，使磷矿床进一步富集。

4.1.2 沉积古地理

四川西南部早寒武世麦地坪期，处于潮汐作用下的潮坪环境(图2)。地处古中纬度，气候温暖干燥，其西、北、东三面为水上(海岛)或水下(隆起)高地所围限。东南面与广海相通，为磷质来源、生物衍生、成磷聚磷再造成矿创造了有利条件。麦地坪晚期，北部东西向隆起起主导作用，北部隆起，南部相对下降，因而在沉积相上产生明显的差异。莫红磷矿区所处的隆起区一侧为浅水高能环境，为磷质矿物的再造提供了极为有利的条件。因此在这一特定的构造-地貌-环境条件控制下，在缺少陆源物质的海湾-潮坪的浅滩地区，沉积了规模大、品位高的大型磷块岩矿床。

图2 康滇地区早寒武世麦地坪期岩相古地理图Fig 2.Early Cambrian Maidiping Period Lithofacies Paleogeographic Map of Kang-Dian Area

4.2 矿床成因

磷块岩矿床的形成有其复杂的发展过程，从莫红磷矿的实际出发，其磷块岩的形成过程大体分六个演化阶段，

(1)富磷海水的形成阶段：由于海底火山喷发及生物聚集形成富磷海水。是磷质富集的初始阶段；

(2)磷酸盐胶体物形成阶段：富磷海水经上升洋流搬运至川西南海湾地带，在物理化学条件的作用下，形成磷酸盐胶体；为磷质矿物的再造创造了条件。

(3)磷质颗粒形成阶段：形成的弱固结-半固结的磷酸盐胶体沉积物，在浅海高能环境下，不断遭受扰动、破碎、簸选、分异，形成磷酸盐鲕粒、球粒，从而集聚为磷质颗粒。

(4)沉积作用阶段：磷质颗粒、碳酸盐矿物及硅质颗粒发生沉淀作用。

(5)成岩成矿阶段：在浅水高能环境下，已固结-半固结的磷质碎屑、砾屑、团块与碳酸盐矿物及少量的陆源碎屑一起通过压实、脱水、固结形成磷块岩；本阶段主要是磷质亮晶胶结物形成，及碳酸盐矿物进行交代，产生碳酸盐的磷酸盐化。

(6)次生富集阶段：暴露于地表或近地表的含磷地层由于碳酸盐矿物的淋失，从而使磷酸盐富化以及次生磷酸盐矿物的形成。

5 结论

川西南的古构造控制了古地理环境的形成和演变，直接控制了该区域磷矿的形成和分布，在麦地坪期的三个次级沉积旋回中反应了水体由浅-深-浅，能力由低-高-低的变化过程，磷块岩的结构构造是矿床沉积环境的重要标志。

磷块岩主要出现于海湾-潮坪相区内迎临洋流的古隆起区一侧的潮间高能浅滩相区，控制成磷作用的主要因素是沉积区的构造-地貌-水动力条件。