徐少康

（中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北 涿州 072754）

蓮花山磷礦礦物成分特征

徐少康

（中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北 涿州 072754）

蓮花山磷礦屬生物化學(xué)沉積型大型礦床，礦體賦存于Ph1、Ph3及Ph2三個(gè)層位。Ph1礦石共生的礦物主要為膠磷礦和氟磷灰石，次為白云石，少量的石英、粘土礦物和有機(jī)類等。Ph3礦石共生的礦物主要為膠磷礦和氟磷灰石，次為白云石、石英和有機(jī)質(zhì)。Ph2礦石共生的礦物主要為膠磷礦和氟磷灰石，次為白云石，少量石英和有機(jī)質(zhì)。礦石均含微量的陸源碎屑礦物，有機(jī)質(zhì)含量不高但普遍存在，其中的膠磷礦是粒度極細(xì)的氟磷灰石。成礦介質(zhì)是源于秦嶺海槽深部富磷硅的熱鹵水在運(yùn)移過程中受到海水鈣鎂氟的混染。溫差和洋流驅(qū)動礦化熱鹵水就位于揚(yáng)子地臺邊緣的水下凹地，溫度變化和生物作用使成礦介質(zhì)中的活性碳分流，導(dǎo)致磷鈣飽和，使磷灰石析出成礦。找礦前景良好。

礦物特征；微觀結(jié)構(gòu)；礦床成因；找礦前景；湖北鐘祥

1 礦床概況

蓮花山磷礦是近年經(jīng)地質(zhì)勘探查明的大型生物化學(xué)沉積型礦床。本文在以往同類型磷礦床研究的基礎(chǔ)上[1-4]，對蓮花山磷礦礦物成分特征進(jìn)行了深入研究，對深化揚(yáng)子地臺邊緣同類型磷礦成因及找礦潛力研究等有一定意義。礦床位于湖北省鐘祥市北西方向約36km處，礦區(qū)面積11.89km2。

本區(qū)為生物化學(xué)沉積型磷礦聚集區(qū)，簡稱荊襄磷礦，主要發(fā)育有胡集和朱堡埠兩個(gè)磷礦床。朱堡埠磷礦規(guī)模為小型。超大型的胡集磷礦，延伸約27km，分為7個(gè)礦段，蓮花山礦段是其中之一(圖1)。

圖1 蓮花山礦段交通及大地構(gòu)造位置簡圖

本區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子地臺北緣，北與秦嶺海槽毗鄰(圖1)。礦區(qū)出露主要地層為：下震旦統(tǒng)陡山沱組(Z1d)，上震旦統(tǒng)燈影組白云巖(Z2dn)，寒武系、奧陶系白云巖，第四系砂礫石粘土沉積。

陡山沱組(Z1d)分為兩個(gè)巖性段。下段，下部為底礫巖、含礫白云巖、含錳白云巖及泥巖；中部為磷塊巖(Ph1)和含磷白云巖；上部為白云巖。上段，下部為硅質(zhì)巖、白云巖、含磷硅質(zhì)白云巖夾磷塊巖(Ph2)；中部為含磷硅質(zhì)白云巖夾磷塊巖(Ph3)；上部為含磷硅質(zhì)白云巖、硅質(zhì)白云巖。主要含磷層位有3個(gè)，簡稱為Ph1、Ph2及Ph3。

礦區(qū)有6個(gè)工業(yè)礦體(Ph1和Ph3層位各3個(gè))、6個(gè)低品位礦體(Ph1層位1個(gè)，Ph3層位5個(gè))，3個(gè)小規(guī)模礦體(均賦存于Ph2)。礦體均為隱伏礦體。主要工業(yè)礦體，沿走向延伸1 409～1 964m，沿傾向延伸1 468～2 099m，平均厚度3.82～6.42m。工業(yè)礦體平均總厚度25.67m。查明工業(yè)礦體磷礦石資源量8 700×105t，平均品位20.65%；伴生氟資源量157×105t，平均品位1.83%。主要礦石類型有3種：條帶狀磷塊巖、薄層狀磷塊巖及塊狀磷塊巖。Ph1礦體主要為條帶狀磷塊巖，Ph3礦體主要為薄層狀磷塊巖，Ph2礦體主要為塊狀磷塊巖。

2 礦物成分及產(chǎn)狀

2.1 Ph1礦石礦物成分及產(chǎn)狀

Ph1礦石，呈灰色，紫灰色，條帶狀構(gòu)造為主，局部見塊狀和薄層狀構(gòu)造，粉隱晶結(jié)構(gòu)；礦石礦物主要為膠磷礦(52%)，次為磷灰石(28%)；脈石礦物主要為白云石(8%)，少量粘土礦物、石英、方解石、長石、金紅石和白云母(均不超過5%)；有機(jī)質(zhì)常見(不超過5%)，少量碳質(zhì)(1%)，藻類偶見。膠磷礦呈隱晶質(zhì)，其他晶質(zhì)礦物以粉晶為主，少量為泥晶和細(xì)晶。

磷灰石，半自形粒狀—自形短柱狀，粒度一般0.001 7～0.3mm，呈單晶或大小0.005～0.4mm不規(guī)則集合體產(chǎn)出，多數(shù)與膠磷礦共生，少數(shù)被白云石和斜長石包裹，有的粗晶內(nèi)包有細(xì)晶磷灰石，有的晶體邊部石英等交代呈港灣狀、不規(guī)則波狀，局部可見被磨蝕呈次圓狀的晶屑。

膠磷礦，肉眼觀察呈灰色、紫灰色、淺灰色，具半透明感；單偏光下，呈無色、淺灰色、(淺)黃褐色、灰褐色，透明—半透明，常與有機(jī)質(zhì)共生。宏觀與鏡下對比觀察表明，膠磷礦本身是無色透明的，單偏光下和宏觀顯示的顏色由共生的有機(jī)質(zhì)引起，透明度的高低決定于有機(jī)質(zhì)的多少。正交偏光下，呈深灰干涉色，電鏡圖像放大1 500～2 000倍仍看不到晶形(照片1和2)；X光衍射圖譜顯示為磷灰石(圖2，表3中6號樣)，所以，膠磷礦實(shí)質(zhì)是粒度極細(xì)的磷灰石。平均含量52%。

圖2 蓮花山礦段Ph1磷礦石中膠磷礦X光衍射圖譜

有機(jī)質(zhì)，呈紫紅色、暗紫色、深灰色，單偏光下呈褐色、灰褐色、黃褐色及深灰色，半透明，云霧狀，為大小0.03～0.25mm的斑點(diǎn)狀、團(tuán)塊狀、紋層狀、條帶狀產(chǎn)出，與膠磷礦和磷灰石密切共生，大致均勻分布。鏡下與宏觀對比表明，磷質(zhì)條帶本身是無色的，其顯示的顏色實(shí)質(zhì)由有機(jī)質(zhì)引起。

2.2 Ph3礦石礦物成分及產(chǎn)狀

Ph3礦石，呈黑灰色、深灰色，薄層狀構(gòu)造為主，局部見塊狀構(gòu)造，粉隱晶結(jié)構(gòu)。礦石礦物主要為磷灰石(37%)，次為膠磷礦(11%)；脈石礦物主要為石英(17%)和白云石(13%)，少量(均少于1%)粘土礦物、方解石、蛋白石、長石、泥質(zhì)；有機(jī)質(zhì)(10%)和碳質(zhì)(7%)常見。局部偶見陸源碎屑礦物和細(xì)脈狀礦物。膠磷礦呈隱晶狀，其他晶質(zhì)礦物以粉晶為主，少量中細(xì)晶和泥晶。高含量的有機(jī)質(zhì)是礦石顏色的主要原因。

膠磷礦，宏觀呈深灰色，薄層狀產(chǎn)出，具半透明感；單偏光下，呈淺黃褐色、黃褐色，半透明，隱晶狀，呈砂屑或不規(guī)則團(tuán)塊狀產(chǎn)出。砂屑，呈近等軸狀、橢球狀，大小一般0.1～0.5mm、0.38mm×0.20mm～0.25mm×0.11mm，緊密堆積；團(tuán)塊大小一般0.06～0.9mm。正交偏光下具微弱的光性，電鏡圖像放大1 500倍仍看不到晶形(照片3)，因此，膠磷礦實(shí)質(zhì)是粒度極細(xì)的磷灰石。平均含量11%。

粗晶磷灰石，無色透明，半自形粒狀、短柱狀，近等軸狀，次圓狀，有的具明顯磨蝕特征，單晶產(chǎn)出，粒度一般0.05～0.26mm，晶體中常包有細(xì)晶磷灰石，晶體邊緣常被細(xì)晶磷灰石交代成不規(guī)則波狀，與膠磷礦共生，星散狀分布于膠磷礦團(tuán)塊中，平均含量3%。

細(xì)晶磷灰石，無色，暗褐色，透明度不好，等軸粒狀或柱狀，單晶或多晶集合體產(chǎn)出，單晶粒度一般0.0005～0.01mm、0.005mm×0.001mm，集合體大小0.005～0.11mm，主要呈星散狀均勻分布于磷質(zhì)層中，有的被方解石、石英、白云石包裹，有的分布于白云石晶間。平均含量34%。

局部可見細(xì)晶磷灰石呈砂屑和鮞粒狀集合體產(chǎn)出。砂屑，呈近等軸狀、次棱角狀、次圓狀，大小一般0.12～0.19mm，緊密堆積。鮞粒，有的完整，有的破損，大小一般±0.19mm，核部為大小0.07～0.12mm的粗晶磷灰石，外圈一般僅一圈，圈厚0.015～0.02mm，由微晶磷灰石組成。

膠磷礦、粗晶磷灰石及細(xì)晶磷灰石密切共生，形成磷質(zhì)薄層。白云石，半自形—他形粒狀，呈粒度0.001～0.2mm單晶或大小0.1～0.15mm的多晶集合體產(chǎn)出，晶體內(nèi)常包有較多細(xì)粒磷灰石，主要分布于白云質(zhì)薄層中，少量分布于磷質(zhì)層中，平均含量13%。

除上述共生礦物外，局部偶見細(xì)粒狀陸源碎屑石英和細(xì)脈狀礦物。細(xì)脈厚0.01～0.2mm，類型包括方解石細(xì)脈、白云石細(xì)脈及含鋯石的磷灰石石英細(xì)脈。

2.3 Ph2礦石礦物成分及產(chǎn)狀

Ph2礦石，呈黑灰色、深灰色，塊狀構(gòu)造，粉隱晶結(jié)構(gòu)。礦石礦物主要為磷灰石(48%)，次為膠磷礦(26%)；脈石礦物主要為白云石(11%)， 少量石英(3%)；有機(jī)質(zhì)(10%)和碳質(zhì)(3%)常見。膠磷礦呈隱晶狀，其他晶質(zhì)礦物以粉晶為主，少量中細(xì)晶和泥晶。除上述共生的礦物外，局部偶見陸源碎屑礦物和細(xì)脈狀石英。高含量的有機(jī)質(zhì)是礦石顏色的主要原因。

膠磷礦，黃褐色、淡黃褐色，透明，與白云石共生，正交偏光下具微弱的光性，實(shí)質(zhì)上是粒度極細(xì)的磷灰石，平均含量26%。

細(xì)晶磷灰石，半自形粒狀、針狀，粒度一般0.001～0.01mm，呈近等軸狀、透鏡狀砂屑產(chǎn)出，砂屑大小0.06～0.2mm、0.20mm×0.40mm～0.06mm×0.1mm，星散狀稀疏分布；針狀晶體，粒度0.009mm×0.001mm，長軸無序。平均含量45%。

粗晶磷灰石，半自形粒狀，有的具磨圓特征，呈次圓狀，粒度0.004～0.05mm，星散狀分布，與膠磷礦、石英及白云石共生，有的被白云石包裹，平均含量3%。

3 礦物成分對比

Ph1和Ph2礦石是以白云石為主要脈石礦物的高磷礦石，Ph3礦石是以石英和白云石為主要脈石礦物的低磷礦石，三個(gè)層位礦石均普遍含有機(jī)類，說明生物作用與成礦關(guān)系密切，但三個(gè)層位礦石中的有機(jī)類特征不完全相同(表1)。

表1 蓮花山礦段磷礦層共生的主體礦物成分對比(%)

Ph1礦石中的有機(jī)質(zhì)呈紫紅色、暗紫色、深灰色，Ph3和Ph2礦石中的有機(jī)質(zhì)呈灰色。碳質(zhì)在Ph3礦石中含量相對較高且常見，Ph1和Ph2礦石中含量相對較低，說明成礦過程中生物作用的特征有差異。

磷礦層的顏色主要取決于有機(jī)質(zhì)的顏色和含量。Ph1礦石中的有機(jī)質(zhì)呈紫紅色、暗紫色、深灰色，所以礦石中的磷質(zhì)層和磷質(zhì)條帶也呈紫紅色、暗紫色、深灰色；Ph3和Ph2礦石中的有機(jī)質(zhì)呈灰色，且含量較高，所以礦石中的磷質(zhì)層呈黑灰色。

三個(gè)層位礦石中陸源碎屑礦物含量甚微，零星分布，說明成礦物質(zhì)主要源于海洋，搬運(yùn)陸源碎屑礦物的運(yùn)力并非地表徑流，應(yīng)為微弱的陣風(fēng)。

從Ph1、Ph2到Ph3，陸源碎屑礦物種類呈明顯減少趨勢，顯示風(fēng)力明顯減弱的趨勢。細(xì)脈狀礦物，在Ph1和Ph3少量出現(xiàn)，Ph2中未見，說明三個(gè)層位礦層沉積時(shí)本區(qū)地殼總體上較穩(wěn)定(表2)。

表2 蓮花山礦段磷礦層陸源碎屑礦物及細(xì)脈狀礦物對比(%)

4 掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)研究

為了進(jìn)一步查清礦物的微觀產(chǎn)狀特征，我們選取Ph1、Ph3代表性礦石樣品各一件，用掃描電鏡進(jìn)行了研究。

Ph1磷塊巖放大1 500～2 000倍掃描電鏡圖像顯示(照片1和2)，膠磷礦、磷灰石、白云石、鉀長石及有機(jī)質(zhì)密切共生，是同期從成礦介質(zhì)中析出的。其中，白云石，磷灰石及鉀長石粒度相對較粗，形成時(shí)間均略晚于膠磷礦；有機(jī)質(zhì)與膠磷礦密切共生，二者基本同時(shí)形成。

Ph3磷塊巖放大1 500倍掃描電鏡圖像顯示(照片3)，膠磷礦、磷灰石、白云石、石英、粘土礦物密切共生，是同期從成礦介質(zhì)中析出的。其中，磷灰石、白云石、石英及粘土礦物粒度相對較粗，形成時(shí)間均略晚于膠磷礦；有機(jī)質(zhì)與膠磷礦密切共生，二者基本同時(shí)形成。

照片1和2：膠磷礦(Coll)，灰色，隱晶狀，量最多；磷灰石(AP)，深灰色，他形粒狀；白云石(Dol)，淺灰色，他形粒狀；鉀長石(Or)，白色，半自形，短柱狀，柱狀；有機(jī)質(zhì)(Org)，黑色，不規(guī)則團(tuán)塊狀；粘土礦物(Cla)，深灰色，半自形針狀。白云石，磷灰石、鉀長石及粘土礦物，均未搬運(yùn)特征，不是陸源的，是從成礦介質(zhì)中析出的；四者密切共生，呈不規(guī)則團(tuán)塊狀產(chǎn)出，形成時(shí)間均略晚于膠磷礦。有機(jī)質(zhì)與膠磷礦密切共生，二者基本同時(shí)形成。白色矩形塊為分析點(diǎn)位。電鏡能譜圖像，樣號ZK12012－TB03，采樣工程ZK12012孔，樣品巖性紫色磷塊巖(Ph1)。

照片1 Ph1礦石掃描電鏡照片(放大倍數(shù)2000倍)

照片2 Ph1礦石掃描電鏡照片(放大倍數(shù)1500倍)

照片3 Ph3礦石掃描電鏡照片(照片橫邊長11.45cm時(shí)，放大倍數(shù)1500倍)

照片3：膠磷礦(Coll)，灰色，隱晶狀，量最多；磷灰石(AP)，深灰色，自形短柱狀，他形粒狀；白云石(Dol)，淺灰色，他形粒狀；石英(Qz)，白色，半自形—他形，短柱狀、粒狀；有機(jī)質(zhì)(Org)，黑色，不規(guī)則團(tuán)塊狀；粘土礦物，灰色，針狀。磷灰石，石英，白云石及粘土礦物，均未搬運(yùn)特征，不是陸源的，是從成礦介質(zhì)中析出的；四者密切共生，粒度相對較粗，呈不規(guī)則團(tuán)塊狀產(chǎn)出，形成時(shí)間略晚于膠磷礦。有機(jī)質(zhì)與膠磷礦密切共生，二者基本同時(shí)形成。可見石英圍繞有機(jī)質(zhì)團(tuán)塊邊部分布，并交代有機(jī)質(zhì)團(tuán)塊呈港灣狀、篩狀，顯示有機(jī)質(zhì)形成略早于石英。白色矩形塊為分析點(diǎn)位。電鏡能譜圖像，樣號ZK12008a－TB02，采樣工程ZK12008a孔，樣品巖性黑灰色含石英磷塊巖(Ph3)

5 礦物化學(xué)成分特征

磷灰石和膠磷礦化學(xué)成分沒有明顯差別(表3)，均與氟磷灰石理論成分接近[5]，說明膠磷礦實(shí)質(zhì)是粒度極細(xì)的氟磷灰石。

白云石化學(xué)成分，1號測點(diǎn)含F(xiàn)eO 1.21%，P2O55.67%，2號測點(diǎn)含SiO20.76%，說明Ph1磷塊巖成礦介質(zhì)中磷和鐵含量相對較高，Ph3磷塊巖成礦介質(zhì)中硅含量相對較高(表4)。

有機(jī)質(zhì)化學(xué)成分均以CO2為主，說明鏡下鑒定確定的有機(jī)質(zhì)是正確的。有機(jī)質(zhì)的普遍存在，說明生物作用在成礦過程中占有重要地位。Ph1磷塊巖有機(jī)質(zhì)較純，Ph3磷塊巖有機(jī)質(zhì)雜質(zhì)元素種類較多、含量較高，說明二者生物作用的具體過程和成礦介質(zhì)化學(xué)成分存在差異(表5)。

硅酸鹽礦物化學(xué)成分(表6)，總體上與理論化學(xué)成分無明顯差別[5]，進(jìn)一步驗(yàn)證了巖礦鑒定和X光衍射測試結(jié)果。硅酸鹽礦物的存在，顯示成礦介質(zhì)中SiO2、Al2O3、K2O含量相對較高，說明成礦介質(zhì)并非正常海水，應(yīng)為熱鹵水。

鐵質(zhì)礦物化學(xué)成分，Ph1磷塊巖中的鐵質(zhì)礦物為氧化鐵， Ph3磷塊巖中的鐵質(zhì)礦物為黃鐵礦，說明二者成礦介質(zhì)化學(xué)成分存在差異，沉積環(huán)境分別為氧化環(huán)境、還原環(huán)境(表7)。

表3 蓮花山礦段磷塊巖膠磷礦和磷灰石化學(xué)成分(%)

表4 蓮花山礦段磷塊巖白云石化學(xué)成分(%)

表5 蓮花山礦段磷塊巖有機(jī)質(zhì)化學(xué)成分(%)

表6 蓮花山礦段磷塊巖硅酸鹽礦物化學(xué)成分(%)

表7 蓮花山礦段磷塊巖鐵質(zhì)礦物化學(xué)成分(%)

6 礦床成因及找礦潛力分析

綜合分析礦石的礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、化學(xué)成分、含礦地層、大地構(gòu)造環(huán)境、正常海水的化學(xué)成分及古氣候變化等特征[1，4，6，7]，認(rèn)為本礦床為生物化學(xué)熱水沉積成因，成礦過程大致為：成礦介質(zhì)為源于秦嶺海槽深部的礦化熱鹵水，溫差驅(qū)動使其從海底上升到海面，又被冰后期的海侵洋流推向大陸邊緣，就位于水下盆地中。成礦介質(zhì)運(yùn)移過程中，海水中的鈣、鎂、碳質(zhì)及氟進(jìn)入其中。溫度變化和微生物作用，導(dǎo)致成礦介質(zhì)中的活性碳離子大幅度減少，失去碳酸鹽礦物形成的物質(zhì)條件，導(dǎo)致磷灰石和膠磷礦飽和結(jié)晶析出成礦。

荊襄磷礦其他礦段的磷礦、宜昌地區(qū)乃至揚(yáng)子地臺邊緣的生物化學(xué)沉積型磷礦，與蓮花山礦段磷礦屬同一類型[1]。因此，初步分析，在震旦紀(jì)及前后一段時(shí)期，揚(yáng)子地臺邊緣曾發(fā)生過大規(guī)模的富磷礦化熱鹵水活動，為磷礦的形成提供了豐富的物資來源。所以，在揚(yáng)子地臺邊緣本類型礦床仍有良好的找礦前景。

[1]韓豫川，夏學(xué)惠，肖榮閣，等.中國磷礦床[M].北京：地質(zhì)出版社，2012.

[2]徐少康.王集磷礦礦石類型及成因分析[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2012(5)：52-56.

[3]徐少康，王宇，賈晗，等.湖北王集磷礦礦石化學(xué)成分特征及礦床成因探討[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2015，37(4)：198-204.

[4]東野脈興.磷塊巖成礦理論體系與找礦實(shí)踐[M].北京：地質(zhì)出版社，2015.

[5]王德滋.光性礦物學(xué)[M].上海：上海人民出版社，1975.

[6]南京大學(xué)地質(zhì)系.地球化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1979.

[7]湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.湖北省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1990.

P619.213

A

1007-9386(2017)03-0016-05

2017-04-21