甘肃龙首山绿草泉沟磷矿矿床地质特征和成因分析

姚宾宾，范应，蒲东

(甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000)

0 引言

磷矿是指在经济上能被利用的磷酸盐类矿物的总称，是一种重要的工农业矿物原料，在当今世界有着重要的经济价值，其需求量随国民经济建设和社会的发展与日俱增。我国磷矿相对集中在云、贵、川、鄂等省，形成南磷北运的不利格局[1]。根据磷矿床成因不同，可以将其分成三类：岩浆型磷灰石矿床、变质型磷灰岩矿床和沉积型磷块岩矿床，不同类型的磷矿床亦有各自不同的成矿规律。绿草泉沟磷矿即属于沉积型磷块岩矿床[2]。

绿草泉沟磷矿位于甘肃省金昌市南西方向26 km绿草泉沟一带，行政区划隶属甘肃省金昌市金川区管辖，交通较为便利。通过普查工作求得磷矿石资源量250.65×104t，平均品位w(P2O5)=15.95%。

1 区域地质背景

绿草泉沟磷矿大地构造位于龙首山基底杂岩带南部边缘，属龙首山镍、铜、钴、铂族、铅锌、铁锰、磷、铀成矿带，成矿条件良好[3]，已发现的马房子沟磷矿规模达中型(图1)。区域上出露地层为太古宇—古元古界龙首山岩群、蓟县系、震旦系、侏罗系、古近系及第四系，绿草泉沟磷矿赋存于震旦系草大板组中。区域上岩浆活动频繁，以志留纪岩浆活动最为强烈。区域上构造运动强烈，形成了一系列NWW向区域断裂和形态复杂的褶皱构造，对后期成矿作用有一定的影响。

图1 绿草泉沟磷矿区域地质略图

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层较简单，主要为震旦系烧火筒沟组(Zs)、震旦系草大坂组(Zc)和第四系(Q)。其中，震旦系草大坂组为矿区的赋矿地层，其岩石特征为底部碎屑岩，中上部为碳酸盐岩，是一套由碎屑岩向碳酸盐岩过渡的滨海-浅海海进相沉积[4]。含磷岩层主要分布于碎屑岩底部，其沉积韵律明显(图2)。

图2 绿草泉沟磷矿矿区地层柱状图

2.2 构造

矿区总的构造特点是：褶皱密集紧闭，均已倾伏倒转，断裂纵横，部分地段岩、矿层重复、缺失，形态复杂。矿区主要发育一倒转复背斜，其主要展布于矿区中部矿化集中地段，表现为两个SEE向倾伏的倒转背斜和一个中间向斜(图3)，在其背斜之两翼，尤其是南背斜之两翼次级褶皱极为发育。

图3 绿草泉沟磷矿矿区地质简图

断层按其走向可分为NWW向、NNW向、NE向三组。其中，NWW向断层是矿区内主要的断裂构造，与区域构造线基本一致，性质多以逆断层为主；NNW向断层为右行平移断层，NE向断层为左行平移断层，二者对矿体具有明显破坏作用。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿区内圈出磷矿体17条(表1)，主矿体2条。矿体多呈层状、似层状产出，长度40～1840 m，厚度1.08～7.01 m，控制矿体斜深为40～240 m，品位w(P2O5)=12.04%～24.08%。矿体总体北东倾伏，倾角32°～86°，一般倒转背斜南翼较陡，北翼略缓。

表1 绿草泉沟矿区磷矿体特征

3.2 矿石特征

(1)矿石类型：磷块岩为灰黑色，磷质颗粒均一、细小，为粉砂状，径粒约为0.05 mm[5]。根据矿石的矿物成分、结构构造、脉石矿物种类及含量，矿区矿石自然类型均属于砂质磷块岩(图4)。矿石工业类型为硅质型磷矿。

图4 砂质磷块岩照片

(2)矿石矿物特征：矿石矿物为胶磷矿，非晶质，没有固定的晶体结构[6]，在岩石中主要以胶结物形式存在，多呈集合体分布，集合体粒度较粗，多与脉石矿物石英紧密共生。脉石矿物有石英、长石及少量白云母、绢云母、斜长石等。其中，石英以碎屑物的形式，呈浸染状分布在胶磷矿粒间，其多呈他形粒状，粒度较细，边缘与胶磷矿紧密共生[7](图5)。

图5 砂质磷块岩显微照片

(3)矿石结构构造：矿石的结构单一，均为变余细粒砂状结构。磷矿石的构造主要为层状构造、条带构造、定向构造。

(4)矿石化学成分：主要有P2O5、CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3等，总含量达84.75%～95.50%。另外尚有少量F、MgO、K2O、Na2O、MnO2、FeO及微量的V2O5、稀土元素、U和有机碳。根据矿石全分析结果(表2)可知，P2O5是主要的有益组分，含量在13.87%～22.24%，平均含量14.91%，来源于矿石中磷酸盐矿物。其中CaO主要来源于胶磷矿矿物，与P2O5为正相关关系；SiO2来源于石英及白云母/绢云母等杂质矿物，与P2O5为负相关关系；F与P2O5为密切的正相关关系，主要源自磷矿中的氟磷灰石。

表2 矿石全分析结果

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床特征及其成因

(1)绿草泉沟磷矿床的矿体呈层状、似层状、透镜状。

(2)矿体产于硅质岩夹变石英砾岩-砂质磷块岩-变石英砂岩-板岩-灰质白云岩建造中，属于滨海-浅海相海进环境。

(3)矿石呈灰黑色，并有黄铁矿共生，说明矿石在气候温暖潮湿的还原条件下形成。

(4)经后期变质矿物发生重结晶作用，胶磷矿周围被磷灰石交代，部分颗粒核部残存胶磷矿，表明磷块岩经受变质作用，但变质程度不深。

(5)邻区(马房子沟磷矿)草大板组含磷层上部绢云千枚岩含微古植物，表明该组地质年代应属震旦纪末期。另据张新虎等草大板组下部千枚岩全岩Rb-Sr等时线年龄值为593 Ma±39 Ma，此值接近于晚震旦世的下限。因此，综合分析绿草泉沟磷矿的形成时代应为晚震旦世。

图6 绿草泉沟磷矿成矿模式图(据文献[9])

以上分析说明，绿草泉沟磷块岩矿床产于滨海-浅海的海进相沉积环境，并经后期变质作用而形成。

4.2 找矿标志

(1)地层岩性标志

磷矿层位于震旦系草大板组下段中，此层位中灰黑色砂质磷块岩是最直接的找矿标志。此外，磷矿层顶部为一套灰黑色变石英砂岩，底部为一套灰黑色硅质岩夹土黄色细晶白云岩透镜体，故灰黑色变石英砂岩、灰黑色硅质岩及土黄色细晶白云岩亦为找矿标志层。

(2)地球化学标志

化探工作手段对寻找磷矿效果明显，P、U、Mo、Y、Nd、La、Ce、V等异常元素组合强度高、浓度分带清晰、套合好，找矿指示意义明显。

5 结论

绿草泉沟磷矿赋存于震旦系草大板组下段灰黑色变石英砂岩中，属层控型。矿体多呈层状、似层状。矿石自然类型均属于砂质磷块岩，工业类型为硅质型磷矿。震旦系草大板组下段灰黑色砂质磷块岩是最直接的找矿标志，P、U、Mo、Y、Nd、La、Ce、V等元素组合找矿指示意义明显。矿床成因属沉积-变质型磷矿床。

注释：

① 姚宾宾, 范应, 蒲东. 甘肃省金昌市绿草泉沟磷矿普查报告[R]. 甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院, 2020.