云南镇雄地区新发现羊场超大型磷矿沉积环境及资源潜力分析

米云川，黄太平，周 骞，孙 涛，毕晓路

(1.云南省地质调查院，云南昆明 650216；2.自然资源部三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室，云南昆明 650051；3.云南大学地球科学学院，云南昆明 650500；4.云南省高校关键矿产成矿学重点实验室，云南昆明 650500)

0 引言

滇东北磷矿资源主要分布在曲靖、昭通、东川、寻甸地区，矿床(点)42个，查明磷矿石资源储量1.09亿吨。羊场超大型隐伏磷矿的发现，改变了滇东北磷矿分布格局，有效助推乌蒙山特困地区区域经济发展，并成为乌蒙山区脱贫攻坚与区域发展的有力推手和技术支撑，对维护国家经济安全和推动云南经济高质量发展，具有十分重要的意义。

为保障国家经济安全、国防安全和战略新兴产业发展需求，2016年11月我国将磷矿列入战略性矿产目录，作为矿产资源宏观调控和监督管理的重点对象。磷矿是可用尽且不可再生的世界级稀缺资源，是我国战略性矿产资源，欧美等发达国家将其列入需重点保障的关键性矿种。作为重要的基础原材料，磷矿主要应用于新能源、新材料等战略性新兴产业及农业、化工、国防、军事、食品、冶金、医药、电气、光学等领域，具有不可替代的战略地位。中国是世界上最大的磷矿石消费国之一，磷矿需求快速增长，消费增速大于传统大宗矿产，其产量和消费量居世界前列。全球磷资源分布广泛，具有开采价值的优质磷矿床很少。截至2018年底，全球磷矿石储量700亿吨③；中国磷矿石储量252.82亿吨，占全球比例36.12%，潜在资源量560亿吨；截至2019年底，中国查明磷矿石资源储量261.62亿吨，新增查明资源储量8.8亿吨(中华人民共和国自然资源部，2019，2020)，占全球比例37.37%。

云南省是我国磷矿大省，有昆阳磷矿、布达磷矿、下汤郎磷矿等重要磷矿产地。截止2019年底，云南省查明磷矿石资源储量49.61亿吨，潜在资源量135.91亿吨。其中资源储量占全国比例18.85%，潜在资源量占全国比例24.27%。云南省具工业价值并已进行开发利用的磷矿资源主要是下寒武统磷块岩矿床，以查明资源储量统计，下寒武统海相沉积型层状磷块岩矿床占99%(杨志鲜等，2016)。新发现的羊场超大型磷矿潜在资源量132.41亿吨，占全省比例97.42%，占全国比例23.64%，占全球比例18.92%，有望成为世界级磷矿资源基地。

镇雄羊场磷矿位于羊场背斜核部西段碗厂镇庆坝村-盐源镇(羊场)蓼叶坝村一带，为早寒武世梅树村期海相沉积型层状磷块岩矿床，矿体赋存于梅树村组碳酸盐岩含磷岩系中。沉积环境为浅海碳酸盐台地干热潮坪环境(潮间-潮下带)，沉积相为潮间-潮下间歇高能富白云岩、磷块岩相，由北西往南东海水逐渐变深，矿化变弱，矿体总体从聚磷盆地中心向周边有变薄趋势。含矿建造主要为含磷白云岩、磷质岩、磷块岩、硅质岩建造④。前人已经对区域内的成矿地质环境、控矿因素、成矿机理等问题作了一定研究。认为扬子陆块古生代时长期处于赤道附近，温热的古气候环境，陆表海及浅水海陆交互相沉积了多套富含有机质生烃层系(潘桂棠等，2016)，滇黔北坳陷寒武系碳酸盐岩处于海相环境(王鹏万等，2016)，磷块岩矿床形成于上扬子南部被动陆缘海盆，由于其周边深大断裂及旁侧次级构造的影响，矿体受构造控制(张志斌等，2006；吴淦国和吕承训，2011；吴建忠和余红平，2011；张长青等，2012；王亮等，2019)，羊1井证实有磷矿层的存在①，梅树村组中谊村段为重要含磷层，岩性为白云岩、白云质灰岩、硅质岩、磷块岩(杨杰东和王宗哲，1989；阙梅英等，1993；张俊明等，1997；周传明等，1997；柳贺昌和林文达，1999；东野脉兴，2001；牟南和吴朝东，2005；杨帆等，2011；王聚杰等，2015)，磷块岩矿床由生物和生物化学沉积而成(陈其英，1995)，磷质的迁移及沉积作用方式有上升洋流成磷、陆源吸取成磷、生物成磷、热卤水成磷等，总结了富磷矿石的形成条件，表生富集的成矿机制等②(刘宝珺等，1987；云南省地质矿产局，1990，1996；刘永先等，1994；曾允孚等，1994；徐林刚等，2014)，磷矿经历初始沉积和再次富集的成矿作用(邓小林等，2007,2009)，主要产于潮坪相和台地相的碳酸盐岩-磷块岩-硅质岩建造中(岳维好等，2012)，提出早寒武世磷块岩矿床属海相陆源碎屑岩、近岸硅质岩、碳酸盐岩组合的成矿系列，沉积磷块岩亚系列(杨志鲜等，2016)，结合元素富集层出现先后将寒武系底部成矿作用自下而上分为磷矿、重晶石矿、钒矿、镍钼四个成矿系列(李军等，2019)，对磷矿沉积环境、岩相古地理等相关研究较少。本次对近年来新发现的羊场超大型磷矿的成矿地质背景、沉积环境与沉积相、矿床特征及空间分布等进行了研究，采用综合地质要素法、三维空间定位模型预测法对研究区磷矿的潜在资源进行了预测；对研究区的找矿潜力进行了分析，认为研究区成矿地质条件好，磷矿资源潜力巨大，有望成为新的世界级磷资源基地。

1 区域地质背景

矿床大地构造位置地处扬子陆块区(Ⅵ)-上扬子古陆块(Ⅵ-2)-滇东被动陆缘(Ⅵ-2-4)-昭通陆棚(Ⅵ-2-4-1)，夹持于巧家-莲峰断裂、康定-彝良-水城断裂、弥勒-师宗-水城断裂及紫云-大方-毕节断裂圈闭的菱形夹块中(图1b)。成矿区带所属镇雄-巧家-会泽(断褶带)Pb-Zn-Ag-Fe-REE-Al-P-煤-煤层气成矿带(Ⅳ24)之硝滩-羊场聚磷盆地东段P矿田(Ⅴ2)的镇雄-威信成磷区(图1c)。区内矿产以沉积矿产为主，铅锌、磷、煤为优势矿产，其中以冯家沟铅锌矿、蓼叶坝铅锌矿、长岭煤矿、镇雄煤矿为代表，目前已发现了超大型磷矿床1处(图1a)。

图1 云南镇雄地区羊场磷矿矿区区域地质图Fig.1 Regional geological map of the Yangchang phosphate deposit in the Zhenxiong area,YunnanⅥ-2-上扬子古陆块；Ⅵ-2-4-滇东被动陆缘；Ⅵ-2-4-1-昭通陆棚;Ⅳ24-镇雄-巧家-会泽(断褶带)Pb-Zn-Ag-Fe-REE-Al-P-煤-煤层气成矿带；1-下白垩统；2-下-中侏罗统；3-侏罗系；4-三叠系上统；5-下-中三叠统；6-上二叠统；7-中-上二叠统；8-二叠系中统；9-下-中泥盆统；10-中-上志留统；11-下-中志留统；12-奥陶系-志留系；13-中-上寒武统；14-下寒武统；15-铅锌矿；16-煤；17-隐伏磷矿；18-下寒武统分布范围；19-地层产状；①-龙门山断裂；②-小金河-中甸断裂；③-哀牢山断裂；④-弥勒-师宗-水城断裂；⑤-康定-彝良-水城断裂；⑥-巧家-莲峰断裂；⑦-箐河-程海断裂；⑧-安宁河-绿汁江断裂；⑨-小江断裂； ⑩-红河断裂；-九甲-安宁断裂；-毕节-大方断裂Ⅵ-2-Upper Yangtze block；Ⅵ-2-4-East Yunnan passive continental margin；Ⅵ-2-4-1-Zhaotong continental shelf;Ⅳ24-Zhenxiong-Qiaojia-Huize (fault-fold belt) Pb-Zn-Ag-Fe-REE-Al-P-coal-CBM metallogenic belt；1-Lower Cretaceous；2-Lower-Middle Jurassic；3-Jurassic；4-Upper Triassic；5-Lower-Middle Triassic；6-Upper Permian；7-Middle-Upper Permian；8-Middle Permian；9-Lower-Middle Devonian；10-Middle-Upper Silurian；11-Lower-Middle Silurian；12-Ordovician-Silurian；13-Middle-Upper Cambrian；14-Lower Cambrian；15-lead-zinc deposit；16-coal；17-concealed phosphate deposit；18-Lower Cambrian；9-stratum occurrence;①-Longmenshan fault；②-Xiaojinhe-Zhongdian fault；③-Ailaoshan fault；④-Mile-Shizong-Shuicheng fault；⑤-Kangding-Yiliang-Shuicheng fault；⑥-Qiaojia-Lianfeng fault；⑦-Qinghe-Chenghai fault；⑧-Anninghe-Lvzhijiang fault；⑨-Xiaojiang fault；⑩-Honghe fault；-Jiujia-Anning fault；-Bijie-Dafang fault

早寒武世扬子陆块由于其周边龙门山、康定-彝良-水城、弥勒-师宗-水城深大断裂的活动以及陆块内部峨嵋-金阳、巧家-莲峰、毕节-大方大断裂的活动，使陆块内部形成数个隆起和断陷。从康滇古陆向东南部的浅海至半深海存在着东西分带的特征，西侧受南北向断裂的影响，形成九龙-会泽、澄江-华宁两个聚磷盆地；东侧受北东向断裂的影响，自北西向南东形成雷波、镇雄、织金三个聚磷盆地，其次级的同生沉降盆地、沉积凹陷为重要的聚磷中心。磷块岩一般形成在古陆、同生水下隆起的边缘，水下浅滩，同生隆起带中的相对凹陷地带。

震旦纪哀牢山以西的大洋，属于板块俯冲带的残余海，海水沿哀牢山北西、南东进入扬子地台(杨志鲜等，2016)，受板块俯冲作用，在大洋逐渐消失过程中的残余海致使洋流上翻。早寒武世时期，当时地壳活动导致壳下物质上升，磷质汇集大洋深部，形成洋底富磷海水，由洋流携带到大陆边缘的浅海区域，在潮间-潮下间歇高能环境中沉积形成磷块岩矿床。羊场磷矿床的富集形成，还受控于硝滩-羊场聚磷盆地的古地理环境。

羊场聚磷盆地早寒武世梅树村中晚期沉积属海侵体系，自早寒武世中期开始显示海退过程，古陆范围逐渐扩大，形成碳酸盐台地，沉积厚度北西厚南东薄，沉积岩相北西主要为白云岩，反映浅水沉积环境；南东主要为白云岩夹泥岩、粉砂质泥岩，反映海水相对较深的沉积环境，说明该沉积时期基底地形北西高南东低。早寒武世含磷地层与晚震旦世晚期地层连续沉积，由一套碳酸盐岩、磷质岩、磷块岩及硅质岩组成。

区域上下寒武统含磷岩系分布于龙门山断裂、小金河-中甸断裂南东、红河断裂北东及弥勒-师宗-水城断裂北西一带，南从沾益北到永善都有磷块岩发现，但工业磷块岩矿床主要分布于滇中古陆与牛首山古陆间滇东台陷内。磷块岩矿床多形成于古陆边缘的活动带，其中较封闭海域的浅水台地相区有利于磷质沉积。区内构造线以北东-南西向为主，次为东西向。区内磷矿、铅锌矿主要产于羊场背斜轴部及倾伏端附近，次为芒部背斜南西倾伏端附近，其中磷矿以沉积型矿床为主，铅锌矿以裂隙充填低温热液脉状矿床点为主。

1.1 地层

含磷层及上覆与下伏地层特征如下：

上部为灰色、深灰色条纹状钙质泥岩、泥岩，夹灰色粉晶灰岩透镜体；中部为灰色、深灰色钙质粉砂岩、粉砂岩；下部为黑灰色钙质粉砂岩、炭泥质粉砂岩、粉砂岩，岩石中浅黄色黄铁矿呈透镜状、脉状顺层分布，底部见厚约0.06～0.15 m黑色粘土岩，作为该层划分标志。说明该组是在弱还原环境下的潮坪环境沉积。厚度181.71～286.14 m。

下伏：灯影组(Z2dn)

上部为灰色、黑灰色粉-细晶硅质白云岩，底部见少量黑色燧石条带及团块顺层分布；中部为黑灰色含炭泥质硅质岩，黑色炭泥质不均匀充填并浸染于硅质表面；下部为灰色纹层状微晶含泥质白云岩、微晶-粉细晶白云岩，底部见少量浅灰色、灰白色硅质条带及团块顺层分布。说明该组是潮坪-潮间坪环境沉积。厚度大于124.24 m。

1.2 构造

构造主要为轴向近东西向的羊场背斜，磷矿隐伏于背斜核部，断裂构造不发育，局部见北东向小规模陡倾张性裂隙。

羊场背斜具有顶平翼陡即箱状褶皱的特征，背斜核部深部隐伏下寒武统梅树村组为含磷层。区内断裂构造不发育，仅见小规模张性断层，据钻孔揭露情况，断层往深部延伸有限，而隐伏磷矿层埋深大于500 m，断层对矿层影响不大。

1.3 岩相古地理特征

羊场聚磷盆地早寒武世梅树村期处在上扬子陆表海西南边缘，其北西、南西、南东三面紧临古陆，并与海域相隔，成为上扬子海磷酸盐沉积的有利场所，而滇中古陆与牛首山古陆之间的海盆最为有利，梅树村期磷矿层为浅海沉积形成，来自华南海、滇青藏-秦岭海广海的富磷海水从南东、北西方向侵入硝滩-羊场聚磷盆地，流速由急变缓，磷酸盐堆积由贫到富(图2a)。从岩相组合来看，自北西向南东逐渐由磷酸盐、磷酸盐、碳酸盐相区-磷酸盐、磷酸盐、磷酸盐、碳酸盐相区-磷酸盐、磷酸盐、碳酸盐相区。从矿石的结构、构造及岩相组合来看反映了沉积韵律的多期性。

图2 下寒武统磷矿沉积岩相及古地理图(据注释②修编)Fig.2 Paleogeographic and lithofacies map of Lower Cambrian phosphorus deposit (modified from Note ②)Ⅰ-潮坪相；Ⅰ-1-潮上带含陆源碎屑白云岩相；Ⅰ-2-上部潮间带含磷块岩砾、砂屑白云岩相；Ⅰ-3-上部潮间带含磷块岩砂屑粉砂质白云岩相；Ⅱ-开阔台地相；Ⅱ-1-下部潮间高能带含白云岩、磷块岩相；Ⅱ-2-潮间-潮下高能带内砂屑白云岩、磷块岩相；Ⅱ-3-潮间-潮下间歇高能带含粉砂岩、白云岩、磷块岩相；Ⅲ-滩后泻湖相；Ⅲ-1-潮间带白云岩、磷块岩浅滩相；Ⅲ-2-潮间-潮下带粉砂岩、泥岩、磷块岩、白云岩相；Ⅲ-3-潮间-潮下间歇高能富白云岩、磷块岩相；Ⅲ-4-潮下低能带含粉砂硅质岩、磷块岩相;1-古陆；2-海流方向； 3-沉积相带边界线；4-磷矿床(点) I-tidal-flat facies；I-1-supratidal zone containing terrigenous clastic dolomite facies；I-2-upper intertidal zone containing phosphorus-block gravel and arenaceous dolomite facies；I-3-upper intertidal phosphorus-bearing block arenaceous silty dolomite facies；II-open platform facies；II-1-lower intertidal high energy zone containing dolomite and phosphorite lithofacies；II-2-intertidal and subtidal arenaceous dolomite and phosphorite lithofacies in high energy zone；II-3-intertidal and subtidal intermittent high energy zone containing siltstone，dolomite and phosphorite lithofacies；III-beach-back lagoon facies；III-1-intertidal dolomite and phosphorite shoal facies；III-2-intertidal dolomite，phosphorite shoal facies intertidal-subtidal siltstone，mudstone，phosphorite，dolomite facies；III-3-intertidal and subtidal intermittent high energy dolomite and phosphorus-block lithofacies；III-4-subtidal low energy zone containing silty siliceous rocks and phosphorous lithofacies；1-ancient land；2-oceanic current direction； 3-boundary of sedimentary facies zone；4-phosphorus deposit (spot)

根据其周期性变化和沉积间断面等构造特征，由下至上划分为三个沉积旋回，每个沉积旋回对应一层磷矿层，依次为第一沉积旋回(KT3)→第二沉积旋回(KT2)→第三沉积旋回(KT1)，特征如下：

第一沉积旋回：由下至上依次为泥晶豆粒磷块岩、磷质岩、白云岩，磷块岩主要由磷质碎屑组成，被碳酸盐和硅质胶结形成。磷质碎屑多为鲕粒等碎屑，其次为少量豆粒，呈层状分布。胶结物为泥晶方解石和硅质，显示水动力条件相对较弱的深水环境，反映水体浅-浅-深的过程，形成一个完整的沉积旋回。

第二沉积旋回：由下至上依次为条纹状、条带状、块状泥晶豆粒、砂屑、细砂屑磷块岩、鲕粒、豆粒磷块岩、磷质岩、白云岩，磷块岩主要由磷质包粒组成，其次为磷质碎屑，胶结物为碳酸盐和硅质。包粒主要为豆粒，其次为鲕粒。豆粒呈椭球状；鲕粒多负鲕，薄皮鲕，其中被泥晶方解石和硅质充填。磷质碎屑多鲕粒碎屑，呈灰棕色聚集。包粒被碳酸盐和硅质胶结，基底胶结，基底支撑，分选性中等，显示处于水动力作用较弱的潮间、潮下浅滩环境，反映水体浅-浅-深的过程，形成一个完整的沉积旋回。

第三沉积旋回：由下至上依次为磷质岩、泥晶砂屑磷块岩、白云岩，磷块岩主要由磷质砂屑组成，含少量磷质包粒，呈椭球状，胶结物为泥晶方解石。磷质砂屑呈棱角状，颗粒支撑，孔隙式胶结，显示水动力环境较为不规则，反映水体浅-浅-深的过程，形成一个完整的沉积旋回。

羊场磷矿位于硝滩-羊场聚磷盆地东段磷矿田，处在早寒武世形成的开阔台地中，属于潮间-潮下间歇高能富白云岩、磷块岩相，形成了羊场超大型海相沉积碳酸岩型层状磷块岩矿床。

2 矿区地质特征

2.1 含磷层特征

地表未出露，隐伏于羊场背斜深部，为一套浅海-滨海相含磷碳酸盐类沉积。上部为深灰色、灰黑色炭泥质粉砂岩建造，局部夹条纹状磷块岩建造，可见少量浅黄色细粒黄铁矿零星分布；中部为深灰色、灰黑色条纹、条带状白云质砂屑磷块岩建造，由深灰色砂屑磷块岩、凝胶状磷块岩与浅色白云石、水云母及硅质矿物相间富集形成条纹、条带，泥质及硅质条带与磷块岩突变接触，白云质条纹、条带与磷块岩界线清楚，但见对方矿物混入，二者呈渐变接触；下部为深灰色含磷质、硅质白云岩，局部夹条纹、条带状磷块岩建造。该层位已揭露工业磷矿层累计厚37.89 m，P2O5品位平均22.92%。

2.2 磷矿体特征

羊场磷矿为隐伏矿体，呈层状顺层产于羊场背斜深部下寒武统梅树村组中，二者产状基本一致，矿体总体走向与背斜轴向一致，为近东西向，局部为北东-南西向(图3)。北西翼倾向 290°～330°，倾角 5°～13°；南东翼倾向 90°～150°，倾角 4°～13°。磷矿层主要产于梅树村组中下部，矿层结构为多层型，分上中下三个矿层，矿层倾角核部较缓，往两翼产状变陡(图4)。主矿层为中矿层(KT2)，走向延伸大于10 km，工业矿体厚度17.85 m～43.31 m，平均32.64 m，P2O5品位15.78%～25.43%，平均24.03%，其中Ⅰ级品矿石厚1.96 m～12.80 m，平均5.47 m，P2O5品位平均30.72%。

图3 羊场磷矿矿区地质图Fig.3 Geological map of the Yangchang phosphate depostit ore district1-龙潭组；2-峨眉山组；3-阳新组二段；4-阳新组一段；5-梁山组；6-嘶风崖组；7-黄葛溪组；8-新滩组；9-五峰组；10-宝塔组；11-十字铺组；12-湄潭组；13-红花园组；14-娄山关组二段；15-娄山关组一段；16-高台组；17-清虚洞组；18-金顶山组；19-明心寺 组；20-牛蹄塘组；21-梅树村组；22-见矿钻孔及编号；23-矿体分布范围；24-地层产状1-Longtan Formation；2-Emeishan Formation；3-second member of Yangxin Formation；4-first member of Yangxin Formation；5-Liangshan Formation；6-Sifengya Formation；7-Huanggexi Formation；8-Xintan Formation；9-Wufeng Formation；10-Baota Formation；11-Shizipu Formation；12-Meitan Formation；13-Honghuayuan Formation；14-second member of Loushanguan Formation；15-first member of Loushanguan Formation；16-Gaotai Formation；17-Qingxudong Formation；18-Jindingshan Formation；19-Mingxinsi Formation；20-Niutitang Formation；21-Meishucun Formation；22-ore drill hole and number；23-ore body；24-stratum occurrence

图4 羊场磷矿隐伏矿体A-A′、B-B′纵横剖面图Fig.4 Cross sections(A-A′ and B-B′)of the concealed ore bodies of the Yangchang phosphorus deposit1-娄山关组二段；2-娄山关组一段；3-高台组；4-清虚洞组；5-金顶山组；6-明心寺组；7-牛蹄塘组；8-梅树村组；9-灯影组二段； 10-灯影组一段；11-澄江组；12-隐伏磷矿体1-second member of Loushanguan Formation；2-first member of Loushanguan Formation；3-Gaotai Formation；4-Qingxudong Formation；5-Jindingshan Formation；6-Mingxinsi Formation；7-Niutitang Formation；8-Meishucun Formation；9-second member of Dengying Formation；10-first member of Dengying Formation；11-Chengjiang Formation；12-concealed phosphorus deposit

KT1矿体：赋存于羊场背斜深部下寒武统梅树村组上部深灰绿色白云石化泥晶豆粒磷质岩、深灰色白云石化鲕粒豆粒磷质岩中，有ZK401、ZK201、羊1井、ZK301、ZK302、ZK1101等6个工程控制，走向控制长2.71 km，倾向由轴部向两翼控制最大斜深1.8 km，矿体已圈闭。

矿体顶板以白云石化泥晶豆粒磷质岩为主，次为泥质粉砂岩，矿体底板以白云石化鲕粒豆粒磷质岩、白云石化泥晶豆粒磷质岩为主，次为白云石化泥晶砂屑磷块岩。矿体总体走向北东-南西向，矿层倾角南北两翼略陡，为 6°～9°，轴部产状稍缓，为 2°～4°，属缓倾斜矿体。

矿体呈层状，为Ⅲ级品磷矿，矿石工业类型简单，以硅质及硅酸盐型为主，次为碳酸盐型。矿石具胶状结构、砂屑结构、团粒结构、交代结构，具块状构造、条带状构造，少量角砾状构造(图5c)。

工业矿体厚度最厚1.98 m(ZK302)，最薄0.9 m(ZK1101)，平均厚1.34 m，厚度变化稳定。矿体往北西翼逐渐尖灭，由北往南有变厚趋势。P2O5矿化连续，单工程P2O5品位最高15.04%，最低18.40%，平均16.26%，属组分分布较均匀。

KT1矿体本次估算控制资源量：Ⅲ级品磷矿石量0.03亿吨。

KT2矿体：为矿区主要工业磷矿层，赋存于羊场背斜深部下寒武统梅树村组中部深灰色白云石化泥晶砂屑磷块岩、深灰色白云石化泥晶细砂屑磷块岩中，有ZK401、ZK201、ZK202、ZK203、ZK301、ZK302、ZK303、ZK304、ZK1101、ZK1102、ZK1103、ZK1104、ZK1501、ZK001等14个工程控制，走向控制长10.8 km，倾向由轴部向两翼控制最大斜深1.8 km，沿走向、倾向尚未圈闭。

矿体顶板以白云石化鲕粒豆粒磷质岩为主，次为泥晶豆粒磷质岩，矿体底板以深灰色白云石化内碎屑磷质岩为主，次为白云石化泥晶豆粒磷质岩。矿体总体走向北东-南西向，矿层倾角南北两翼略陡，为 6°～9°，轴部产状稍缓，为 2°～4°，属缓倾斜矿体。

矿体呈层状，为工业矿体，14个钻探工程中，有12个工程见Ⅰ级品矿石，13个工程见Ⅱ级品矿石，具有分支复合特征，在ZK201、ZK202、ZK304、ZK1501等4个工程中分支两层。矿石工业类型简单，以硅质及硅酸盐型为主，次为碳酸盐型。矿石具胶状结构、砂屑结构、团粒结构、交代结构，具块状构造、条带状构造(图5a)，少量角砾状构造、缝合线构造(图5b)。

图5 羊场磷矿磷块岩矿石构造特征Fig.5 Ore structures of phosphorite from the Yangchang deposita-厚条带状、潮汐层理磷块岩；b-磷块岩中“缝合线”；c-沉积旋回顶部角砾状、块状磷块岩；d-潮汐层理磷块岩a-thick banded and tidal bedded phosphorite；b-suture in phosphorite；c-brecciated and massive phosphorite at top of the sedimentary cycle； d-tidal bedded phosphorite

工业矿体厚度最厚43.31 m(ZK1102)，最薄17.85 m(ZK001)，平均厚32.64 m，厚度变化稳定。矿体总体沿东西方向展布，由西往东矿体变薄、矿化变弱，矿体在背斜西段含Ⅰ、Ⅱ级品，至东段蓼叶坝地区则全为Ⅲ级品，且矿层厚度变薄。矿体尚未封边，P2O5矿化连续，单工程P2O5品位最高25.43%，最低15.78%，平均24.03%，属组分分布均匀。其中Ⅰ级品矿石累计厚度最厚12.80 m(ZK301)，最薄1.96 m，平均厚5.47 m，P2O5平均品位30.72%。矿石品位轴部较高，两翼逐渐变低，且Ⅰ、Ⅱ级品矿石连续分布。

KT2矿体本次估算控制+推断资源量：工业磷矿石量2.19亿吨，P2O5品位24.44%。其中Ⅰ级品磷矿石量0.34亿吨，占比15.53%；Ⅱ级品磷矿石量1.18亿吨，占比53.88%；Ⅲ级品磷矿石量0.67亿吨，占比30.59%。

KT3矿体：赋存于羊场复背斜深部下寒武统梅树村组下部深灰色白云石化砂屑磷块岩、深灰色白云石化砂屑磷质岩中，有ZK401、ZK201、ZK202、ZK203、ZK301、ZK302、ZK303、ZK304、ZK1101、ZK1102、ZK1103、ZK1104、ZK1501、ZK001等14个工程控制，走向控制长10.8 km，倾向由轴部向两翼控制最大斜深1.8 km，沿走向、倾向尚未圈闭。

矿体顶板以白云石化泥晶豆粒磷质岩为主，次为白云石化砂屑磷质岩，矿体底板以白云石化砂屑磷质岩为主，次为白云石化含硅质生物碎屑泥晶灰岩。矿体总体走向北东-南西向，矿层倾角南北两翼略陡，为6°～9°，轴部产状稍缓，为2°～4°，属缓倾斜矿体。

矿体呈层状、似层状，为Ⅲ级品磷矿，由西往东矿体变薄、矿化变弱，背斜南翼矿化逐渐变强，具有分支复合特征，在ZK301、ZK1102等2个工程中分支两层。矿石工业类型简单，以硅质及硅酸盐型为主，次为碳酸盐型。矿石具胶状结构、砂屑结构、团粒结构、交代结构，具块状构造、条带状构造(图5d)，少量角砾状构造。

工业矿体厚度最厚11.25 m(ZK401)，最薄1 m(ZK001)，平均厚4.84 m，单工程P2O5平均品位最高17.38%，最低15.19%，平均15.95%，工业矿体由西往东、由南往北有变薄变弱趋势。

KT3矿体本次估算控制+推断资源量：Ⅲ级品磷矿石量0.3亿吨。

2.3 矿石质量

(1)矿石的矿物成分

矿区内磷块岩中，矿石矿物以胶磷矿为主，脉石矿物有白云石、方解石、石英和少量黄铁矿等。

胶磷矿：矿石中的主要矿物成分，棕色、黄棕色、深棕色，粒径0.1～0.3 mm，含量32%～91%，呈凝胶状、粒屑及少量豆粒、鲕粒状，不均匀分布于白云石粒间，部分与白云石聚集相对呈不规则纹层状产出。磷块岩主要由磷质包粒组成，其次为磷质碎屑(图6a)，被胶磷矿和碳酸盐、硅质胶结成岩。包粒主要为豆粒，其次为鲕粒。豆粒呈椭球状(图6b、c)；鲕粒多负鲕，薄皮鲕。磷质碎屑呈鲕粒、不规则状、棱角状，为胶磷矿砂和鲕粒碎屑等，呈灰棕色胶状聚集分布(图6d)，推测为浅海环境成岩，水动力环境较为不规则。包粒被碳酸盐和硅质胶结，基底胶结，基底支撑，分选性中等，说明岩石沉积于水动力作用较弱的潮间带环境。

图6 羊场磷矿磷块岩矿石结构特征Fig.6 Ore textures of phosphorite from the Yangchang deposita-磷质碎屑呈椭圆-棱角状分布，粒度大小不一(单偏光)；b-豆粒呈椭球状被碳酸盐胶结(正交偏光)；c-豆粒呈椭球状分布，被硅质和白 云石胶结(左：单偏光；右：正交偏光)；d-磷质碎屑呈棕色胶状聚集，碳酸盐成它形充填于空隙中(左：单偏光；右：正交偏光)a-phosphorous clasts distributed in elliptic-angular shape with different particle sizes (single polarized light)；b-ellipsoid oolitic cemented by carbonate (orthogonally polarized)；c-grains distributed in ellipsoidal pattern，cemented by siliceous and dolomite (left：single polarized light；right：orthogonal polarized light)；d-phosphorous clasts showing brown colloform assemblage with carbonate filled in pores (left：single polarized light；right：orthogonal polarized light)

白云石：呈半自形-自形菱形产出，少数可见结晶完好的菱面体晶体，粒径0.03～0.3 mm，含量3%～56%，常与磷灰石粒屑相互伴生。岩石后期白云石化，白云石交代泥晶方解石使方解石白云石化，可见它形-自形的白云石呈菱形充填于粒屑孔隙中。

方解石：呈泥状、微晶状产出，粒径0.03 mm左右，含量6%～14%。少数可见结晶完好的菱面体晶体。

石英：呈隐晶质、它形粒状产出，粒径0.02 mm～0.15 mm，含量3%～25%。多呈它形粒状分布于岩石中，具一定层状分布，为沉积成因产物。隐晶质，相对聚集呈纹层状产出，不均匀交代白云石。

黄铁矿：浅黄色，呈它形-自形粒状零星分布于基质中，粒径0.1 mm左右，含量1%～2%。可见黄铁矿呈粒状被包粒包裹，说明黄铁矿为沉积成因形成。

(2)矿石组构

矿石结构有自形-半自形结构、泥晶砂屑结构、凝胶砂屑结构、砂屑粉-细晶结构、鲕粒结构、团粒结构、泥晶豆粒结构等。

矿石构造有致密块状构造、条纹状构造、条带状构造、角砾状构造等。

(3)矿石的化学成分

矿石的化学成分主要有P2O5、CaO和SiO2，少量MgO、As、Al2O3、F，微量Cl、As、Cd、I，其中主要有益组分为P2O5，主要有害组分为MgO、Al2O3及Fe2O3，其化学成分特征如下：

P2O5：来源于磷酸盐矿物，其含量多少与白云石、石英等成消长关系。

MgO：白云石的组分，在矿石中与P2O5为负相关关系。

CaO：磷灰石矿物中，CaO与P2O5为正相关关系，CaO/P2O5的正常比值为1.32～1.34，当比值大于1.34时，有碳酸盐矿物混入所致，比值愈大，混入的碳酸盐矿物(主要为白云石)愈多。

SiO2：来源于石英及水云母等杂质矿物，其含量愈高，矿石品位愈低。SiO2含量与酸不溶物含量接近。

F：主要来自磷灰石。F与P2O5为正相关关系，P2O5/F的比值，正常情况下为11左右，当有外来氟(主要是萤石)时，其比值可以小于10，一般不应大于12。

Al2O3：主要来自粘土矿物(水云母)，其含量愈高，矿石品位愈低。

Fe2O3：主要来自黄铁矿，矿石中还含少许 K2O、Cl等。

(4)矿石类型和品级

根据野外观察、岩矿镜下鉴定结合矿石分析成果，矿石类型特征如下：

矿石自然类型：

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，主要有：

致密块状矿石：结构致密，块状，矿物以磷灰石凝胶为主，磷灰石粒屑次之，凝胶基质含量25%～90%，粒屑含量32%～91%，白云石及硅质等杂质矿物含量9%～68%，凝胶基质作基底式胶结。此类矿石是磷矿的主要类型。

条纹条带状矿石：深色砂屑磷块岩、凝胶状磷块岩与浅色白云石、水云母及硅质矿物相间富集形成条纹条带产出，条纹宽1.0～3.0 mm，条带宽0.5～5.0 cm。

矿石工业类型：

结合区内磷矿石特征，以矿石化学成分为依据，工业类型界于混合型与碳酸盐型磷矿之间，取决于矿石中SiO2含量高低。庆坝地区KT1、KT2矿层工业类型属碳酸盐型磷矿，KT3矿层属混合型磷矿；蓼叶坝地区KT2、KT3矿层工业类型属混合型磷矿。

矿石品级：

以碳酸盐型为主的矿石类型，Ⅰ级品ω(P2O5)≥30%，Ⅱ级品ω(P2O5)24%～<30%，Ⅲ级品ω(P2O5)15%～<24%。

KT1为Ⅲ级品矿石，KT2以Ⅰ级、Ⅱ级品矿石为主(占69.41%)，其次为Ⅲ级品矿石(30.59%)，KT3为Ⅲ级品矿石。

(5)矿石围岩和夹石

西部庆坝地区，KT3矿层赋存于梅树村组底部，KT2矿层赋存于中上部，二者由磷质岩相间隔，磷质岩既是KT2底板，又是KT3顶板。KT2矿层顶板为KT1矿体或者KT1矿体底板。KT2、KT3矿层稳定，厚度、品位变化小，局部地段出现分支现像，两矿层中均夹有非矿岩石，主要为浅灰色磷质岩，但达不到剔除厚度，因此无夹石剔除。

东部蓼叶坝地区，磷矿层顶板为深灰色白云石化含炭质泥质粉砂岩，底板为灯影组灰质白云岩、硅质白云岩、白云石化硅质泥晶灰岩等。矿层中夹有非矿岩石，主要为深灰色条纹状含磷质砂屑白云岩，但达不到剔除厚度，因此无夹石剔除。

3 沉积环境探讨

3.1 磷矿沉积环境

羊场磷矿位于上扬子南部被动陆缘海盆，古地理为硝滩-羊场聚磷盆地东段，早寒武世梅树村期，浅海广布，羊场磷矿位于康滇古陆(北西)、滇中古陆(南西)和牛首山古陆(南东)之间川滇黔碳酸盐台地，处于三面局限，仅南东方向开阔，并与广海相连的海湾潮坪体系干燥还原环境，自上至下为潮上带-潮间带-潮下带组成的海进旋回，磷矿层主要形成于潮间-潮下带高能环境中(图7)。

图7 羊场磷矿矿层沉积环境-相模式图Fig.7 Sedimentary environment and facies model of the Yangchang phosphorus ore deposit①-泥晶豆粒磷质岩；②-泥晶砂屑磷块岩；③-鲕粒豆粒磷质岩；④-泥晶砂屑磷块岩；⑤-泥晶砂屑磷质岩；⑥-泥晶砂屑磷块岩；⑦-泥 晶砂屑磷质岩①-micritic oolitic granular phosphorous rock；②-micritic clastic phosphorite；③-oolitic pea phosphorous rock；④-micritic clastic phosphorite； ⑤-micritic arenaceous phosphorous rock；⑥-micritic clastic phosphorite；⑦-micritic arenaceous phosphorous rock

早寒武世梅树村早期，羊场聚磷盆地西部靠近陆缘，海水较浅，不利于磷酸盐沉积，中部为较平缓高地，阻隔了富含磷酸盐的上升海流向南部流动，北部则是有利磷酸盐沉积的浅海盆地。梅树村末期受加里东运动造成康滇古陆断隆，致使磷矿层厚度、品位与地层呈相同消长关系，北西梅树村组变厚，矿层变厚，品位变富；南东逐渐变薄，矿层变薄，品位变贫。

3.2 矿床成因机制及成矿模式

羊场聚磷盆地早寒武世梅树村期处在上扬子浅水碳酸盐台地南西部，其北西、南西、南东三面紧临古陆，并与海域相隔，形成闭塞台地环境，导致水流不畅，富磷海水不能流入台地，只能凭借间歇性风暴潮将富磷海水带入台地，由于磷质来源的间歇性，因此形成矿层层数多，品位较低的磷矿床，但形成大量磷酸盐类的堆积是在潮间-潮下高能带沉积环境中。

早寒武世初期是磷质富集时期，古陆上的风化壳向海水中不断运移磷质，使海水中的磷酸盐达到一定的浓度。在相对稳定的海洋环境中使磷酸盐发生沉淀和堆积，另外，当时地壳活动导致壳下物质上升，磷质汇集大洋深部，形成洋底富磷海水，受板块俯冲作用，在大洋逐渐消失过程中的残余海致使洋流上翻，当上升的海流把富磷的海水带到浅海地带时，温度升高和压力降低，使磷以磷酸钙的形式沉积于浅海地带的边缘上，由于大规模海侵和上升洋流以及风暴事件影响，形成一套主要为泥质粉砂岩、灰岩、泥质白云岩、磷质岩和磷块岩的含磷岩组合，受水动力条件的影响常形成致密块状、条纹状、条带状磷块岩。早寒武世梅树村期正是羊场聚磷盆地微生物繁衍的重要时期，成矿后期由于生物作用在自然环境条件下对磷的溶解、迁移、富集和叠加改造再沉积，形成鲕粒、豆粒、团粒磷块岩，鲕粒呈次圆状、椭圆状，以薄皮鲕为主，由胶状胶磷矿和白云石组成，星散分布；豆粒呈椭球状，由胶状胶磷矿和白云石组成，被碳酸盐和硅质胶结，基底胶结，基底支撑，分选性中等；团粒呈不规则状，由砂屑、鲕粒(成分均由胶状胶磷矿和部分硅质组成)与胶状胶磷矿复合而成，星散分布，具平行层理，反映了水动力作用较弱的潮间带环境。晚期经水流、波浪与潮汐反复作用破碎后形成砂屑、砾屑磷块岩，砂屑呈次棱角状、次圆状、圆状，由胶磷矿、方解石、白云石组成，不均匀分布，砾屑呈次棱角状，由胶状胶磷矿和极少数磷灰石组成，星散分布，具斜层理、潮汐层理，反映了潮间带浅水高能成磷环境。由于沉积环境的旋回性变化伴随生物、化学和物理作用的反复进行，磷酸盐聚集的多期性，形成矿床具有多层结构，成矿后受羊场背斜叠加改造，使磷矿层变富厚，矿床规模变大。

综上所述，羊场磷矿受地层、岩相、岩性、构造“四位一体”控制，具有“裂陷成源，岩相成矿、构造控矿”的特征，其成矿模式主要分为三个阶段：早期加里东运动造成羊场聚磷盆地裂陷，磷酸盐沉淀和堆积形成矿源层，上升洋流把富磷的海水带到浅海地带形成条纹状、条带状、致密块状泥晶、凝胶状磷块岩→中期由于生物与生物化学作用叠加改造形成鲕粒、团粒磷块岩→晚期经水流、波浪与潮汐反复作用破碎后形成砂屑、砾屑磷块岩，成矿后期受羊场背斜叠加改造，形成北西矿层富厚，南东逐渐变薄贫的海相沉积碳酸岩型层状磷块岩矿床(图8)。

图8 羊场磷矿成矿模式图(据杨志鲜等,2016修编)Fig.8 Ore forming model of the Yangchang phosphorus ore deposit (modified from Yang et al.，2016)1-磷质岩；2-泥质粉砂岩；3-灰岩；4-硅质岩；5-磷块岩；6-海流方向；7-陆源输入；8-壳源输入1-phosphatic rock；2-argillaceous siltstone；3-limestone；4-siliceous rock；5-phosphorite;6-direction of oceanic current；7-terrigenous input； 8-crust derived input

4 资源潜力与找矿方向

本次工作查明了羊场磷矿及周边地区磷矿赋矿层位、含矿建造、构造及矿化蚀变等特征，并在羊场背斜东段蓼叶坝地区通过钻探工程验证(ZK001)，圈出2层磷矿层，上矿层(KT2)为Ⅲ级品矿石，厚度17.85 m，P2O5平均品位15.78%；下矿层(KT3)为Ⅲ级品矿石，厚度1.00 m，P2O5平均品位16.44%。通过钻探施工，磷矿控制最大面积达18.0 km2，磷矿层沿背斜核部东西向延伸扩大至10.8 km。羊场聚磷盆地近东西向展布，为台地边缘织金聚磷盆地北西段次级坳陷地，磷矿资源潜力巨大，经钻孔验证，表明羊场地区下寒武统梅树村组富含有丰富的磷矿，具有良好的找矿前景。

在钻探验证基础上，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级品圈定了工业磷矿体，并系统估算了羊场磷矿全区控制+推断磷矿石资源量，同时采用综合地质要素法、三维空间定位模型预测法分标高段预测了磷矿石潜在资源。

羊场磷矿为隐伏矿体，呈层状顺层产于羊场背斜深部下寒武统梅树村组中，二者产状基本一致，矿体总体走向与背斜轴向一致，为近东西向，局部为北东-南西向。北西翼倾向 290°～330°，倾角 5°～13°，平均 8°；南东翼倾向 90°～150°，倾角 4°～13°，平均7°。磷矿层主要产于梅树村组中下部，矿层结构为多层型，分上中下三个矿层，矿层倾角较缓，往背斜两翼产状随之变陡。主矿层为中矿层(KT2)，走向延伸大于10 km，工业矿体厚度17.85～43.31 m，平均32.64 m，P2O5品位15.78%～25.43%，平均24.03%，其中Ⅰ级品矿石厚度1.96～12.80 m，平均5.47 m，P2O5平均品位30.72%。

羊场磷矿层工业矿体累计平均厚度37.89 m，P2O5平均22.92%，厚度及品位变化较稳定，往东至蓼叶坝地区矿化逐渐变弱，但工业矿厚度仍达18.82 m，P2O5平均15.81%。目前钻探控制最大面积为18.0 km2，磷矿层沿背斜核部东西向延伸已达10.8 km(图9)，本次估算控制+推断工业矿(Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ级)磷矿石量2.52亿吨，按300 m标高以浅预测3341+3342类工业矿(Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ级)远景磷矿石量129.89亿吨，300 m标高以浅矿床远景资源总量为132.41亿吨(表1)，达超大型规模，有望成为世界级磷矿资源基地。

图9 羊场磷矿资源量估算及预测范围图Fig.9 Resource estimation and predicted range of the Yangchang phosphatic ore deposit1-梁山组；2-宝塔组；3-十字铺组；4-湄潭组；5-红花园组；6-娄山关组二段；7-娄山关组一段；8-高台组；9-清虚洞组；10-金顶山组；11-明心寺组；12-牛蹄塘组；13-地质界线；14-平行不整合界线；15-正断层及编号；16-平移正断层及编号；17-性质不明断层；18-见矿钻孔及编号；19-资源量预测边界线及高程(m)；20-最低侵蚀基准标高等值线(m)；21-控制资源量边界线；22-推断资源量边界 线；23-预测资源量(3341)边界线；24-预测资源量(3342)边界线；25-地层产状1-Liangshan Formation；2-Baota Formation；3-Shizipu Formation；4-Meitan Formation；5-Honghuayuan Formation；6-second member of Loushanguan Formation；7-first member of Loushanguan Formation；8-Gaotai Formation；9-Qingxudong Formation；10-Jindingshan Formation；11-Mingxinsi Formation；12-Niutitang Formation；13-geological boundary；14-parallel unconformity boundary；15-normal fault and number；16-normal-shear fault and number；17-fault with unknown nature；18-ore drill hole and number；19-predicted boundary of resource and elevation (m)；20-contour of lowest base level(m)；21-boundary of controlled resource；22-inferred resources boundary；23-predicted resource(3341) boundary；24-predicted resource(3342)boundary；25-stratum occurrence

表1 羊场磷矿资源量估算及预测结果

羊场磷矿赋矿层位为下寒武统梅树村组，成矿时代为早寒武世梅树村期，矿床类型为海相沉积型层状磷块岩矿床，沉积环境为浅海碳酸盐台地干热潮坪环境(潮间-潮下带)，由西往东矿化变弱，海水逐渐变深，矿体总体从聚磷盆地中心向周边有变薄趋势。羊场背斜东约20 km的芒部背斜，早寒武世沉积环境与羊场背斜类似，为隐伏磷矿找矿的另一有利地段。

5 结论

(1)矿床形成于早寒武世梅树村期，矿体赋存于梅树村组碳酸盐岩含磷岩系中；沉积环境为浅海碳酸盐台地干热潮坪环境(潮间-潮下带)，沉积相为潮间-潮下间歇高能富白云岩、磷块岩相，由北西往南东海水逐渐变深，矿化变弱，矿体总体从聚磷盆地中心向周边有变薄趋势；矿床类型为海相沉积型层状磷块岩矿床。

(2)矿床形成过程为上升的海流把富磷的海水带到浅海地带时，由于温度升高和压力降低，使磷以磷酸钙的形式沉积于浅海地带的边缘上，形成规模巨大的磷矿；另外，沉积环境的旋回性变化伴随着生物、化学和物理作用对磷的溶解、迁移、富集和叠加改造再沉积的反复进行，致使磷矿层聚集存在多期和多层结构，矿层变厚矿石品位变富；在成矿后矿体受羊场背斜的叠加改造，使磷矿层再次变富变厚，矿床规模进一步变大。

(3)在钻探验证基础上，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级品圈定了工业磷矿体，并系统估算了羊场磷矿全区控制+推断磷矿石资源量；同时采用综合地质要素法、三维空间定位模型预测法分标高段预测了磷矿石潜在资源，认为羊场地区有望成为世界级磷矿资源基地。

(4)通过地层对比和沉积环境特征分析，认为羊场背斜东约20 km的芒部背斜，为寻找隐伏磷矿的另一有利地段。

致谢：衷心感谢两位审稿人提出的宝贵意见和编辑张征老师的帮助，感谢项目组同事在野外工作中的支持和帮助。

[注 释]

①云南省地质局第八地质队．1978．云南省滇东北地区钾盐阶段性普查羊1井、羊2井、金1井完井地质简报[R]．1-27．

②云南省地质矿产局．1993．云南省区域矿产总结[R]．1-1175．

③自然资源部中国地质调查局国际矿业研究中心，自然资源部中国地质调查局中国矿业报社．2019．全球矿业发展报告[R]．1-40．

④云南省地质调查院．2020．云南省1:5万五德幅芒部幅镇雄幅矿产地质调查报告[R]．1-330．