广东怀集小竹磷矿矿床地质特征及成因浅析

张 宝

(广东省地质局第五地质大队，广东 肇庆 526040)

0 引言

磷矿作为国家战略性资源，同时作为磷元素的主要化工原料，是一种重要的非金属矿资源，在现代国防、工农业生产活动中有着很高的资源地位。中国是全球第二的磷矿大国，但矿石品位不高，属于I级品级的矿较少；并且磷矿资源分布极不平衡,探明资源量南多北少、西多东少,大型磷矿及富矿高度集中在西南部地区。此次对广东省怀集地区磷矿的研究具有区域性作用，区域上该区构造位于粤西加里东窿起带的北东部，小竹-罗定盆地的北东，属于粤西成矿带。通过对其矿床地质特征的研究，并总结找矿标志，将为下一步找矿方向提供依据和参考。

1 矿区地质

1.1 地层

该区构造位于粤西加里东窿起带的北东部，区内沉积岩发育，出露地层主要有白垩系、泥盆系和寒武系(见图1)。矿区的含磷地层为中泥盆统郁江组含磷粉砂质页岩与四川绵竹红岩什邡式磷矿同属泥盆系成矿地层[1]。现简述如下：

1-第四系坡积层；2-白垩系罗定组第一段；3-泥盆系中统东岗岭组；4-泥盆系中统郁江组第三段；5-泥盆系中统郁江组第二段；6-泥盆系中统郁江组第一段；7-寒武系水石组；8-实、推测正断层及编号；9-实、推测地质界线；10-实、推测不整合界线；11-磷矿体；12-矿区范围图1 小竹磷矿区地质简图

(一)第四系(Q)：主要为坡积～冲积层，厚度为1.42～14 m。

(二)白垩系第一段(Ka)：岩性为灰白色砂岩，紫红色砂页岩夹泥灰岩、底砾岩。厚112 m。

(三)泥盆系中统：

1)东岗岭组(D2d)：岩性为黑灰色、灰色白云质灰岩、白云岩。厚68.37 m。

a)第三段D2y3，厚23.69 m。由上到下岩性为：细粒石英砂岩-粉砂质页岩、局部夹含磷层-绢云母白云质石英粉砂岩、含钙页岩-粉砂质页岩-砂质微粒白云质类粉砂质页岩-石英砂岩、细砂岩。

b)第二段(D2y2)，厚23.43 m。由上到下岩性为：粉砂质赤铁矿泥质页岩、粉砂岩-白云质泥质页岩，含菱铁矿结核或饼砾-粉砂岩，含白云石，夹粉砂质页岩-含铁粉砂岩，局部为鲕状赤铁矿-粉砂岩夹含磷粉砂质页岩-粉砂岩夹含磷粉砂质页岩-细粒石英砂岩夹薄层粉砂岩。

c)第一段(D2y1)，厚28.01 m。由上到下岩性为：含菱铁矿结核的粉砂岩-粉砂质页岩，局部夹含磷岩层-砾状磷块岩矿层-粉砂质页岩-细粒石英砂岩夹粉砂质页岩、含炭化植物根屑及植物化石碎片-粉砂岩，含紫红色铁质团块-细粒石英砂岩夹薄层粉砂岩、粉砂质页岩-底砾岩。

(四)寒武系八村群第三亚群(∈bcc)：岩性为变质细砂岩、粉砂岩和千枚状页岩、变质页岩。

1.2 构造

矿区位于小竹-罗密盆地北东边缘，地质构造简单，岩层产状平缓，倾向210°～255°，倾角8°～14°。断层较发育，在矿区的北东边缘，有一陡角度的正断层F1，致使郁江组的第一段和第二段产生部分缺失；矿区的西北边缘发育的F3、F4断层断距60～80 m，亦使地层产生不连续和缺失。但这些张性断裂，均分布于矿区边缘，对磷矿层影响不大。矿层本身仅有波动不大的起伏和局部的小错动。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

磷矿层与围岩产状一致，走向为北西～东南，倾向230°～240°，倾角8°～14°；浅部较陡而深部较缓。但可采矿层总延长方向近南北，与磷矿层的走向有一交角。矿层沿走向与倾向均有幅度不大的波状起伏。

磷矿层宽数百米到1 000 m，长2 000 m以上，厚度大于0.5 m的工业矿层分布于4～3线间，长1 132 m，宽为74～459 m，平均厚度为0.91 m，其中2线至1线间，长约600 m，宽约200 m的范围内，厚度较大，为1.10～1.68 m，此范围向四周逐渐变薄，并出现分叉与尖灭或过渡为含磷粉砂质页岩[2]。

2.2 矿石质量

2.2.1 矿石矿物组成

矿石矿物主要有生物碎屑状胶磷矿、细晶磷灰石、磷灰石、石英、菱铁矿、绿泥石、方解石、白云石；微量矿物有锆石、电气石、黄铁矿、海绿石、白钛石等。

2.2.2 矿石化学成分

矿石化学成份以SiO2、CaO及P2O5为主，约占70%，其次为CO2、FeO、Al2O3、MgO、Fe2O3及F，占23%以上，含少量的K2O、Na2O和TiO2以及微量元素。微量元素中Mn、Zn、Mo、Ba和Sr的含量高于克拉克值8～10倍，而Cu、V和Co的含量则低于克拉克值。

矿石中各成分之间比值见下表1。MgO、CO2和非磷矿物中的CaO之和与SiO2的比值小于0.8，故矿石的工业类型属硅酸盐类型。

表1 矿石中各种成份的比值计算表

2.2.3 矿石类型

该区矿石类型比较简单，大致可分为砾状磷块岩、砂状磷块岩、砂砾状磷块岩、含磷的粉砂质页岩等类型，以砾状磷块岩为主。

1)砾状磷块岩：分布于1～2线矿层的中间部位。此类型是构成矿层的主体。呈深灰色、黑色、棕褐色，砾状结构，局部具生物结构，平行定向构造。砾石主要是粉砂质磷块岩，其次为生物碎屑状胶磷矿和少量的岩屑组成。微量矿物为锆石、电气石、黄铁矿、海绿石、白钛石等。胶结物：石英5%～25%，绿泥石或泥质10%，局部碳酸盐矿物15%，铁质5%。以接触式胶结类型为主，局部具孔隙～基底胶结。

2)砂状磷块岩：分布于3～4线工业矿层边部厚度变薄部位，为砂状结构或生物碎屑结构，局部具砂砾状结构，平行定向构造。碎屑组份：粉砂磷块岩44%～55%，生物碎屑状胶磷矿和细晶磷灰占12%，个别含磷灰石3%，蚀变长石0～5%，菱铁矿鲕粒、绿泥石2%，黄铁矿最高可达10%，局部海绿石1%～3%。其中胶磷矿碎屑以两种形态出现；一种替代生物碎屑，粒径一般0.06 mm×0.2 mm～0.4 mm×1.2 mm；一种呈砂粒状胶磷矿，不具生物碎屑特点，粒径一般在0.2～0.8 mm。胶结物：方解石10%～40%，泥质绢云母5%～30%，白云石与菱铁矿5%～30%,绿泥石5%～7%，局部铁质胶结物占15%。一般为接触式胶结型，少数为孔隙及基底式胶结类型。

3)砂砾状磷块岩：组成矿石中碎屑部分的粒级具砂级与砾级两种，二者之比为3：1,形成砾状结构向砂状结构的过渡类型，这种矿石往往在矿层的上部或矿层的分叉局部出现。亦见砾状结构中局部具砂状结构的磷块岩。

4)含磷的粉砂质页岩(含磷层)：见于矿层顶、底板或矿层趋于尖灭部位。碎屑成份：石英35%，泥质和绢云母55%，胶磷矿5%～15%，磷灰石少量。胶磷矿大部份替代生物碎屑，多为棒状、弓状和其他形态的竹节石、苔藓虫类。磷灰石呈细脉状或粒状，粒度0.02～0.1 mm，具变余粉砂泥质结构。含磷层厚度一般0.05～0.14 m，P2O5含量4.68%～12.55%。

在水平方向上，由矿层的中心→边沿→围岩呈有规律的变化：砾状磷块岩主要分布在工业矿层的中部，其余地段主要为砂状磷块岩和砂砾状磷块岩。

2.3 矿体围岩与夹层

矿层与顶、底板岩石界线明显，易于区分。矿层顶板岩石主要是薄层粉砂质页岩、粉砂岩。矿层底板岩石为粉砂岩夹页岩或白云岩薄层，一般厚度0.75～3.08 m，再往下为厚层细粒石英砂岩，厚度20 m以上。

顶底板岩石含P2O51.05%～7.26%。矿层变薄或趋于尖灭部分，常出现一个夹层。夹层多为含碳酸盐的粉砂岩或粉砂质页岩，厚0.03～0.28 m，含P2O50.1%～2%。

3 矿床成因

小竹磷矿的成因类型属于浅海相沉积磷块岩矿床，有明显的标志和特征，具体特征如下。

3.1 成矿时代

中泥盆世早期是在矿区的重要成磷时期，主要磷块岩位于寒武系古侵蚀面以上，即在郁江组第一个海侵旋回的上部，距离不整合面约24～27 m。

3.2 物质来源及富集机制

3.2.1 成矿物质来源

成矿物质来源：磷块岩层位下部为砂砾岩、砾状白云岩、砂岩、少量粉砂岩、粉砂质页岩；磷块岩层位上部为含菱铁矿结核的粉砂质页岩，局部见粉砂质页岩、粉砂岩、砾岩。磷块岩层层位下部粉砂岩中可见植物化石碎片，其顶底板见瓣鳃类化石，从岩性及化石均说明为滨海-浅海沉积。

3.2.2 富集机制

小竹工业矿层—下矿层是由原始(同生期)沉积的粉砂质磷块岩再经破碎和远距离的搬运，以典型的内碎屑沉积方式形成的砾状、砂砾状磷块岩。该矿层沉积过程中，除了当时海水中的磷达到一定的富集、介质条件、生物作用等有利磷酸盐的沉积外，局部范围内造成的水动力较强的条件(可能是岩岸流)自始至终起着重要的作用。特别是磷酸盐原始沉积是“活水”不但可以使磷物质得到不断的补充，更主要的是它的“簸净”作用，为胶磷矿能以胶结物状态的沉积提供了空间[3]。

磷矿沉积演化情况：由于机械沉积分异的产物粉砂岩→粘土岩与化学沉积分异的产物氧化铁→磷酸钙→海绿石和鲕绿泥石→菱铁矿→方解石的重叠。

磷矿的沉积环境：磷酸盐沉积的pH值为7.6～8.5，适合的沉积环境[4],而与Eh值无关，同时矿区未见有硅质岩的沉积，这些都说明磷块岩形成环境为弱碱性。

形成机理：①中泥盆世早期地壳震荡运动比较强烈，在郁江组的三个明显的沉积旋回中可进一步见到频繁的小变化。由于海底的升降运动，使同一层沉积物在浪基石之上或之下，因而由海浪影响形成的内碎屑特别发育。②磷块岩形成以后，由于受到轻微的变质作用，重结晶较为常见，一般使部分泥质变成绢云母，胶磷矿碎屑外围为细晶磷灰石，岩裂隙普遍有石英、重晶石、绿泥石以及黄铁矿、方解石等细脉充填，并使细脉边缘的胶磷矿重结晶为微晶磷灰石。

4 找矿远景

矿区位于罗定盆地的北东边沿，含矿层位为中泥盆统郁江组含磷粉砂质页岩与我国湖北地区震旦系下统陡山沱组和上统灯影组含磷岩系地层不一样[5]，是一种新形式含磷矿地层。矿层层位很稳定，周边亦有相应的地层和构造特征。

找矿远景预测区：小竹～罗定盆地面积数十平方公里，具备有上述的成矿地质条件，发现的磷矿岩的沉积却局限在很小的范围内，建议在罗定峡坑～钱村一带开展磷矿点的调查工作，在盆地中郁江组出露的完整地段，是寻找砂质磷块岩或含磷细砂岩的有利地段。

5 结语

1)怀集小竹磷矿属于沉积矿床，形成于中泥盆世早期，矿层赋存于郁江组D2y1第一段中，在寒武系侵蚀面上沉积的第一个海侵旋回的上部，属滨海-浅海环境。小竹磷矿矿层较稳定，构造较简单，形态变化较大。

2)小竹磷矿矿床于浅海相沉积磷块岩矿床由中泥盆世早期地壳震荡运动在郁江组的三个明显的沉积旋回中可进一步见到频繁的小变化，表现为砂岩中有粉砂岩及粉砂质页岩的夹层；粉砂岩与页岩互层出现，并夹有赤铁矿碎屑、砂质白云岩或菱铁矿再由海底升降在弱碱性的沉积环境下形成磷块岩。

3)找矿标志：①地层和岩相标志：中泥盆统郁江组第一个海进旋回的上部是小竹磷矿的产出位置，D2y1这一套底砾岩、粗碎岩屑～细碎屑岩、黑色泥质岩的岩性系列，可作为寻找磷矿层位的直接标志。②磷酸盐化的标志：代表水动力较强条件下所形成的，由胶结物状态出现的胶磷矿所组成的粉砂质磷块岩的岩屑。③中泥盆统鲕状赤铁矿～菱铁矿也是可以作为找磷的间接标志。

4)找矿潜力：罗定-怀集地区分布的郁江组，岩相特征与小竹相似，含矿标志较好，是寻找工业磷矿层的的重要远景区。