贵州省织金县新华含稀土磷矿矿床地质特征及成因探讨❶

杨 捷 何天元

贵州省地矿局一0二地质大队，贵州遵义，563000

贵州省织金地区具有丰富的磷块岩资源，矿石质量优良，埋藏浅，开采条件较好，是贵州省的一大资源优势。织金新华含稀土磷矿床是我国西部地区稀土，资源蕴藏量最大的磷矿床，稀土储量达百万吨以上。该矿床在20世纪70年代就开展过地质工作。矿层赋存于下寒武统牛蹄塘组底部，含矿层位稳定。前人对寒武系含稀土磷矿进行了诸多研究【1～9】。笔者通过近年在区内开展进一步地质勘查工作及“贵州省磷（稀土）矿资源潜力评价”的基础上对区内矿床成因进行了初步探讨。

1 区域地质背景

贵州织金新华含稀土磷矿床，产出于早寒武世梅树村阶及筇竹寺阶底部含磷岩系。（上磷矿层）地质构造位置处于“黔中隆起”西南端，属扬子地层区。主要出露于织金果化-戈仲伍背斜，张维背斜北西翼部。断裂较简单，多以走向正断层为主，多为北东向展布。局部小构造发育，在图1中，F1、F4、F5、F8、F9分布整个矿区控制本区底层及磷块岩产出形态。

以上断裂均为正断层，断距为100～2000m。在这些断裂之间见一系列派生断裂与主要断裂一起破坏果化-戈仲伍背斜的完整性，并破坏了部分矿层的完整性。特别是新华戈仲伍组。该组是早寒武世重要含磷层位， 底部为灯影组白云岩， 顶部为牛蹄塘组黑色碳质页岩， 其间为富含稀土元素的白云质磷块岩，具以小壳类及藻类化石为主的生物碎屑结构【2】。含稀土白云质磷块岩呈灰黑色、深灰—浅灰、灰蓝及灰黄色，薄—中厚层，深色磷质及浅色白云质为主构成条带状构造。磷块岩按矿物成分可分为硅质磷块岩与白云质含生物碎屑磷块岩。磷酸盐矿物主要为碳氟磷灰石【2】，多以非晶质、隐晶质及胶磷矿等替代构成生物碎屑和内碎屑。矿石以生物碎屑结构、泥晶结构及藻屑结构为主。伴生矿物常见白云石、方解石、石英、粘土矿物、闪锌矿及黄铁矿团块【5】。

图1 织金新华含稀土磷矿地质构造略图（图面中地层代号见正文2.1）Fig. 1 Zhijin Xinhua REE-bearing phosphorite geological sketch

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露有震旦系灯影组（Z Єdy），寒武系牛蹄塘组（Є1n）、明心寺组（Є1m），石炭系大塘组（C2d）、摆佐组（C2b），二叠系梁山组（P2l）、栖霞组（P2q）、茅口组（P2m）及第四系，本矿床的磷矿产于寒武系下统牛蹄塘组地层中，现对含磷岩组特征介绍如下：

顶板Є1n2

黑色碳质泥岩，厚＞5m。

黑色碳质粉砂岩，见星散状黄铁矿、含铀、钼、镍、钒等多金属矿，俗称“多金属层”，厚0.2～1.00m。

黑色碳质泥夹结核状磷块岩，厚0.6m。

黑色含碳质硅质磷块岩，夹少量碳质泥岩。厚0.89m。

深灰色含磷白云岩，纹层理发育。厚2.08m。

浅灰、灰色生物屑砂屑磷块岩与含磷生物屑细晶白云岩互层，小壳化石丰富。厚18.21m。

深灰色砂屑磷块岩，含较多小壳化石。厚0.33m。

砾屑白云岩，夹硅质岩及磷块岩角砾。厚0.65m。

― ― ― ― ― ― ― 假整合 ― ― ― ― ― ―

Z Єdy

灰白色中厚细晶白云岩，厚＞5m。

2.2 矿区岩相变化的层序特征

矿区磷矿主要产于含磷岩系为寒武系牛蹄唐组下部一套沉积岩内，其底部为生物滩潮渠角砾岩，顶界为半深水碳质细碎屑岩，显示一套退积型沉积。可划分上、下两个岩石组合：下段（1～11层）为碳酸盐重稀土磷块岩组合，厚21.17m；上段（12～15层）为富含铀、钒、钼元素的黑色细碎屑岩磷块岩组合，厚 8.69m。它们在层序结构中具有以下特征：

(1)岩石颗粒度由下向上变细：底界1层为角砾，2～7层为砂砾屑、8～13层砂屑粉屑、14～15层为泥及粉屑；

(2)岩石层理由下部波状、透镜状及双向交错至上部变为微波状—水平，反映了沉积介质由动荡（潮汐作用）转为宁静的演变；

(3)小壳类动物化石富集在下部碳酸盐磷块岩组合段，普遍形成生物碎屑结构，向上数量逐渐减少，至上段组合趋于消失；

(4)下组合段 5～11层为薄至中厚层（一般5～20cm）含磷生物屑白云岩与薄层（一般 2～5cm）白云质生物屑磷块岩的交替沉积，潮汐作用强烈，形成的磷块岩矿石品位虽较贫（一般P2O5为8%～15%），但其厚度和矿石量却很大，是本类岩系中主要含磷矿的目的层；

(5)自下而上颗粒变细、层理类型转为水平、生物屑减少至消失等层序变化趋势，显示海水逐渐加深，至14层自生磷酸盐结核的出现，标志一次最大海侵时低迷沉积介面。

2.3 矿体特征

区内磷矿赋存于早寒武世梅树村期的地层中，为含稀土磷块岩沉积矿床。矿体呈层状产出，倾向 280～340°，倾角 10～30°，一般为 15～20°。主要矿段矿层厚度一般达 9～24m，矿石自然类型以条带状白云质磷块岩为主，全区P2O5含量一般 11.69%～32.83%，平均品位 22.12%。测试研究表明，磷矿伴生的稀土，其15种稀土元素都有存在，以钇含量最高，钇族稀土一般占总量的45%～50%，而铈族稀土含量略大于钇族稀土。

2.4 矿石特征

（1）矿石矿物成分 据已有工作成果，织金含重稀土磷块岩的主要矿物为胶磷矿，次要矿物为磷灰石、独居石、白云石、方解石、石英、玉髓、云母等。但不同矿石类型所含矿物主次不同。

在灰黑、黑色磷块岩的条带中，各种形态的胶磷矿呈集合体，呈定向排列，含量70%～90%；在灰、灰白色白云质磷块岩条带中，胶磷矿的集合体，稀疏的、不规则的、有时略呈定向排列，散布于白云石中，亦有胶磷矿的颗粒为白云石、方解石、石英等所交替，含量10%～30%；在层状、结核状硅质磷块岩中，胶磷矿的集合体，略呈定向排列于石英、玉髓间交替分布，嵌布粒度很细，含量40%～70%。在偏光镜下，黑色条带状磷块岩中胶磷呈蠕虫状、棒状、豆状、鲕状集合体（光片 1～4）；白云质磷块岩中胶磷状呈棒状、蠕虫状、鲕状集合体；结核状硅质磷块岩中的胶磷矿呈蠕虫状、鲕状和粒状集合体。

光片1 蠕虫状、豆状、鲕状

光片2 条带状生物碎屑带呈定向排列

光片3 蠕虫状、鲕状、棒状和粒状

光片4 蠕虫状、鲕状、粒状和碎屑状

（2）矿石化学成分 经本人实地取样分析数据，磷矿石化学组分：P2O511.69%～32.83%，平均 22.12%，CaO 28.42%～48.18%，平均31.15%；MgO 0.10%～10.82%，平均 5.03%；SiO22.79%～23.66%，平均10.33%；F 1.63%～3.88%，平均 2.38%，REO 含量 333.45×10-6～974.15×10-6，平均 640×10-6(表 1) 。

P2O5主要赋存在胶磷矿中。平面上P2O5在矿体中心含量高，边部相对较低；从厚度空间上，中部含量高，上下部相对较低。矿石P2O5含量主要集中在16%～26%间。

表1 织金新华含稀土磷矿床稀土元素分析及有关结果表Table 1 Zhijin Xinhua rare-earth containing phosphorus analysis of REE deposits and related results

稀土主要赋存在胶磷矿中，其次赋存于独居石中。矿区内REO含量REO含量333.45×10-6～974.15×10-6，稀土含量与P2O5呈正相关关系。

（3）矿石结构、构造和矿物组成 矿石多具条带状、条纹状构造，其条带和条纹常由富含有机质和磷的黑灰色、黑棕色磷块岩与灰色、灰黄色含磷白云岩相间构成。胶磷矿集合体呈密集或宽大稀疏条带状、条纹状分布于含磷质白云岩中。同时具有水平定向排列，波状或交错层理，组成不规则的条带状、条纹状构造。一般情况下暗色条带含磷搞，以胶磷矿为主。浅色条带多为白云岩且磷含量低。部分厚度宽的深灰色条纹单层厚度小于12mm。

矿石结构主要是生物碎屑结构、内碎屑结构、粉砂结构、球粒状结构及藻屑结构等。碎屑颗粒多为不同粒级、不同形态并具有一定滚圆度的胶磷矿、磷灰石组成。少量为硅质岩屑和石英，基质和胶结物大多为半自形、他形细粒白云石组成。有少量的有机质、铁质和胶磷矿。

3 矿床成因分析

3.1 岩相古地理

贵州梅树村早中期由于先期环境的继承性，原碳酸盐台地虽被掩埋，但多数仍为浅水。生物碎屑滩区以潮汐沉积作用为主，滩后泄湖聚水相对稍深，其变化呈逐渐过渡，即由弱动荡渐次转向平静的浅水泄湖环境；在滩缘地带则以稍弱的动荡沉积作用为主；滩前以塌积作用为主，在台地淹没区覆水较滩区为深，以比较平静但其间歇震荡的沉积作用为主，原斜坡陆棚区现划为台地边缘缓坡——陆坡以及陆棚边缘欠补偿盆地，皆为半深水环境，以缓坡沉积及悬浮降落沉积和滞留为主（图2）。

3.2 生物成矿基本特征

生物成矿作用主要指生物在新陈代谢过程中对特定元素的吸收、富集和生物残骸骨架堆积成矿及金属储集。织金含稀土磷块岩中大量生物屑主要为小壳动物如织金壳、软舌螺及海绵骨针等碎屑。还见藻类生物屑。镜下见生物屑堆积与胶磷矿、白云石组成复互层状、层纹状、条带状构造。生物屑多见胶磷矿化。生物成矿基本特征为在磷块岩形成伴随沉积物沉积时，生物活体和死亡残骸可能会吸收及摄取富集稀土元素，构成典型的条带状、层纹状、及纹理状构造，与磷矿层产状相同。后期的改造作用使生物屑胶磷矿化，造成稀土元素Y、La、Nd 等进一步富集。这已被浮选后胶磷矿平均品位提高而稀土元素平均含量增高所证实【10】。

图2 贵州早寒武世梅树村期岩相古地理格局图Fig. 2 Guizhou Early Cambrian Meishucun period Shimei palaeogeography map

3.3 稀土元素来源

织金新华含稀土磷矿区土壤稀土元素含量总量较高，与磷块岩风化而成的粘土矿物对稀土元素有吸附作用有关。绝大多数土样中稀土元素含量比岩石低，其原因有两种可能∶ 一是岩石风化过程中形成易溶物而流失；二是氧化环境下， 粘土矿物对稀土元素的吸附量小于REE易溶配合物的流失量。稀土元素原子结构的相似性，在地球化学上它们紧密结合并共生于相同矿物中，在矿物中有三种状态存在，即以独立矿物形式存在矿物中、以类质同象置换的形式分散在造岩矿物中、呈吸附状态存在于矿物中。结果表明，稀土元素在磷块岩风化过程中的迁移是一个复杂的过程，轻稀土被粘土矿物吸附富集在风化残积物中；重稀土、C e随淋溶液迁移出风化壳【12,13】。

3.4 成矿作用

织金新华磷（稀土）矿成矿时期为早寒武世梅树村期，贵州梅树早期由于先期环境的继承性，原碳酸盐台地虽被淹没，但多数为浅水，而位于生物碎屑滩区的新华磷矿以潮汐沉积作用为主，新华磷（稀土）矿的形成，除有相应的磷质来源外，还应有当时适的气候、水介质条件等因素的综合作用，经凝结作用—粒化作用—敷淀作用，形成该区厚度较大的磷（稀土）矿层。

3.4.1 凝结作用 梅树村期，新华附近海域中磷酸盐浓度高，达到饱和或过饱和状态，该期海水较为平静，水动力条件较弱，海盆中由于不同水体相遇混合，由于气候炎热，该区处于半封闭的浅水盆地环境，海水中由于浮游生物繁盛，在此基础上，由于磷酸盐离子价数高于碳酸盐离子的价数，磷酸盐先于碳酸盐沉积，由于海水动荡，往往磷酸盐颗粒与碳酸颗粒同时沉积，通过凝结作用形成磷酸盐、碳酸盐、硅质和粘土矿物的共生体，凝结作用形成的磷酸盐胶体固结成岩，形成微粒磷块岩。

3.4.2 粒化作用 按粒化作用的性质，分为物理粒化作用和化学粒化作用。

（1）物理粒化作用： 粒化作用是指凝结作用形成的凝胶（未固结）或微粒磷块岩（已固结）在海流、波浪或潮汐作用下，破碎、搬运、再沉积的过程，此种作用是机械物理过程，称之为物理粒化作用，它是磷块岩形成的第二个阶段，物理粒化作用的产物为内碎屑磷块岩，按粒度可分为砾屑磷块岩、砂屑磷块岩和粉屑磷块岩，其中砂屑磷块岩占主导地位，砾屑和粉屑较少。

（2）化学粒化作用 粒化作用是指成磷体系中，磷酸盐胶体粒子凝聚成较大团粒或磷酸盐围绕一些中心加积凝聚，并主要在重力作用下失去同海水动力平衡而沉积的过程。这种过程是一种化学作用的过程，称之为化学粒化作用，所形成的产物为团粒磷块岩和鲕粒磷块岩。

3.4.3 敷淀作用 是指海盆内成磷体系中磷酸盐溶液敷着粒化作用所形成的颗粒或其它固体物质沉淀成微晶磷灰石外壳的过程，它是磷块岩形成的又一重要阶段，第三阶段。其所形成的磷块岩为壳粒磷块岩。

3.5 成矿模式

贵州梅树村早期由于先期环境的继承性，原碳酸盐台地虽被淹没，但多数为浅水，而位于生物碎屑滩区的新华磷矿以潮汐沉积作用为主。综前所述，该区磷矿矿床成因机制为海相生物—化学沉积型磷块岩矿床（见成矿模式图3）。

图3 织金地区磷（稀土）矿床成矿模式Fig. 3 Zhijin area p ( rare earth ) metallogenic model

4 结论

(1)织金新华磷矿主要产出于寒武系牛蹄塘组地层中，矿体产于结核状硅质磷块岩，层状硅质磷块岩，条带状白云质磷块岩，矿体呈层状、似层状产出。

(2)沉积环境和岩相特征显示，磷矿主要分布于扬子区内生物碎屑滩区，而位于生物碎屑滩区的新华磷矿以潮汐沉积作用为主。对物成矿基本特征、成矿作用初步研究，海相热水加入正常海水沉积环境，也是会造成生物生存环境的改变、生物大量死亡的重要因素，也是本区含稀土生物碎屑磷块岩形成的重要控制因素。

1 程裕淇，沈永和，曹国权, 等．中国区域地质概论[M]． 北京：地质出版社，1994

2 郑淑芳，王砚耕．贵州扬子区梅树村期磷块岩岩石学[M]． 贵阳：贵州人民出版社，1984．135～146

3 冯学士，王尚彦，王砚耕，等． 贵州省区域矿床成矿系列与成矿规律[J]．北京：地质出版社，2004，6

4 贵州省地矿局．贵州省区域地质志[M]．北京：地质出版社，1987

5 张杰，张覃，龚美菱，等．贵州寒武纪早期磷块岩稀土元素特征[M]．北京：冶金工业出版社，2008

6 贵州省织金县新华磷矿区含重稀土磷块岩地质勘探报告[R]． 贵州省地矿局114地质大队，1971，12

7 贵州省磷（稀土）矿资源潜力评价报告[R]．贵州省地质调查院．2010，12

8 施春华， 胡瑞忠， 王国芝． 贵州织金磷矿岩稀土元素地球化学特征研究[J]． 矿物岩石， 2004， 24( 4)：71～75

9 张杰，陈代良． 贵州织金新华含稀土磷矿床扫描电镜研究[J]． 矿物岩石，2000，(3)：59～64

10 张杰， 张覃， 陈代良． 贵州织金新华含稀土磷矿床地球化学及生物成矿基本特征[J]． 矿床地质，2002，21：930～933

11 王建蕊，张杰．织金含稀土白云质磷块岩物质组成及稀土元素特征[J]． 中国非金属矿工业导刊，2011，(1)：25～28 12 陈吉艳，杨瑞东，张杰．贵州织金新华含稀土磷矿床稀土元素赋存状态研究．矿物学报，2011，(1)：123～128