寧夏沉積型磷礦成礦特征及資源潛力預測

艾 寧，任戰(zhàn)利，李文厚，尚 婷

(1.西北大學 地質(zhì)學系，陜西 西安710069;2.寧夏地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 銀川 750021;3.延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西 西安 710069)

寧夏礦產(chǎn)資源總體特征為種類少，規(guī)模小，省內(nèi)優(yōu)勢礦種主要為煤炭及部分非金屬礦種。寧夏磷礦資源相對較為豐富，全自治區(qū)共發(fā)現(xiàn)的磷礦(化)點有4處。其中，中型礦床1處，小型礦床1處，磷礦點2處。這些礦床、礦點集中分布在賀蘭山和香山一帶。全區(qū)已發(fā)現(xiàn)磷礦各類級別(含334)礦石資源量累計1 391.45萬 t。礦床成因類型主要為沉積型，具體可分為下寒武統(tǒng)海相沉積型磷礦和上奧陶統(tǒng)海相沉積型磷礦。上奧陶統(tǒng)海相沉積型磷礦分布在香山南麓的油井山、五爪子山等地，含礦層位系上奧陶統(tǒng)香山群狼嘴子組黃河井段，礦床規(guī)模小。下寒武統(tǒng)海相沉積型磷礦主要分布在賀蘭山中段的蘇峪口，紫花溝、金塔泉等地，地理上處于寧蒙邊界一帶，含礦層位系下寒武統(tǒng)辛集組，其中寧夏蘇峪口中型磷塊巖礦床就屬于該類預測類型，是寧夏磷礦資源勘查開發(fā)利用的主要對象，故本文重點研究此種類型。

1 下寒武統(tǒng)沉積型磷礦成礦特征

1.1 成礦地質(zhì)背景

下寒武統(tǒng)沉積型磷礦，主要分布在賀蘭山中段的蘇峪口，紫花溝、金塔泉等地，含礦層位系下寒武統(tǒng)辛集組，典型礦床為蘇峪口中型磷塊巖礦床。

賀蘭山中段地區(qū)的沉積基底為活動類型的陸緣碎屑巖夾(基性—中酸性)火山巖建造(趙池溝巖組)和黃旗口花崗巖基。青白口系是華北克拉通西南緣賀蘭山地區(qū)最早的蓋層沉積，屬濱、淺海相碎屑巖－碳酸鹽巖建造，其角度不整合覆于滹沱系趙池溝巖組及長城紀斜長花崗巖之上。震旦系正目觀組角度不整合于青白口系及更老的地層之上，下部為復成份礫巖建造，上部為粉砂巖—泥巖建造。

寒武紀—奧陶紀時期，賀蘭山中段地區(qū)頻臨華北陸表海西緣，與華北腹地一樣，初期(辛集期)為辛集組屬濱海淺灘相，從初期的沖刷海岸沉積開始，進而出現(xiàn)濱海淺灘高能環(huán)境下的礫－砂質(zhì)鱗塊巖、磷質(zhì)砂巖、白云質(zhì)砂巖等沉積，反映了一個海侵沉積序列。隨著華北區(qū)海侵范圍逐步擴大，整個賀蘭山中－北段及相鄰地區(qū)均為海水淹沒，發(fā)育一套由陸源碎屑海岸—淺海陸棚—臺地邊緣淺灘—臺地潮坪相—陸棚內(nèi)緣斜坡相組成的陸表海沉積。

晚石炭世海侵從衛(wèi)寧北山(早石炭世晚期)漫入賀蘭山中南段—蘇峪口地區(qū)，沉積了土坡組潮坪相－瀉湖相－濱淺海沉積，并在晚石炭世，華北與整個賀蘭山均是汪洋一片。此后進而沉積了晚石炭－早二疊世太原組潮坪 －瀉湖－三角洲相含煤巖系和上二疊統(tǒng)山西組陸相含煤巖系。這種海退作用，以及陸表海盆消亡到陸相盆地基本完成的海陸轉(zhuǎn)換過程。隨后沉積的早二疊世晚期—晚二疊世早期石盒子組的一套河流相的粉砂巖—砂巖建造。

圖1 寧夏賀蘭山沉積巖建造綜合柱狀圖

三疊紀區(qū)內(nèi)為陸相盆地，連續(xù)沉積了石千峰群、二馬營組、大風組、上田組等湖泊－三角洲相沉積，為礫巖—砂巖—泥(頁)巖建造。

中侏羅統(tǒng)延安組河流相含煤碎屑巖建造。

下白堊統(tǒng)廟山湖組主要分布于賀蘭山東、西兩側(cè)的盆地內(nèi)部或盆地邊緣地區(qū)，其角度不整合于上侏羅統(tǒng)安定組或更老的地層之上，為復成份礫巖建造，具有山前斷陷盆地或前陸盆地沉積特征。早白堊世末盆地抬升或遭受擠壓、逆沖作用而消亡［1－3］。

1.2 礦床特征

1.2.1 區(qū)域地質(zhì)

賀蘭縣蘇峪口磷礦床大地構(gòu)造位置處于華北陸塊區(qū)(Ⅰ)鄂爾多斯地塊(Ⅱ)鄂爾多斯盆地西緣坳陷帶(Ⅲ)賀蘭山裂陷(Ⅳ)賀蘭山中北段新元古代—三疊紀裂陷(Ⅴ)。

區(qū)域內(nèi)出露的地層有古元古代賀蘭山群，晚元古代黃旗口組和王全口組，震旦系正目觀組、寒武系辛集組、朱砂洞組、陶思溝組和胡魯斯臺組，以及奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系等地層。其中，寒武系辛集組是磷礦成礦的重要賦存地層，同時，早寒武世也是蘇峪口磷礦的重要成礦時代。

1.2.2 成礦構(gòu)造階段、構(gòu)造環(huán)境和古地理環(huán)境

如前述，下寒武統(tǒng)辛集組下部是賀蘭山中段磷礦的礦源層和賦礦層位。礦層嚴格受層位控制。該時期的構(gòu)造成礦階段是早古生代被動陸緣穩(wěn)定型裂陷和拗陷階段，磷礦的形成期為寒武紀早期，早寒武世，海水沿華北陸塊南緣進入測區(qū)，直抵賀蘭山中段蘇峪口一帶，沉積了一套濱海碎屑巖。從初期的沖刷海岸沉積開，進而出現(xiàn)濱海淺灘高能環(huán)境下的礫－砂質(zhì)鱗塊巖、磷質(zhì)砂巖、白云質(zhì)砂巖等沉積，反映了一個海侵沉積序列［4］。

以蘇峪口為代表的辛集組含磷層位形成了利于磷富集的海灣。成礦環(huán)境為氣候濕熱的高能環(huán)境下的濱岸淺灘。代表溫暖環(huán)境下的淺海環(huán)境，隨后沉積環(huán)境由淺海相沉積轉(zhuǎn)變?yōu)闉a湖相沉積，且氣候轉(zhuǎn)為炎熱干燥，不利于磷的富集。

含磷層位厚以蘇峪口為最厚，向南變薄之勢明顯。

1.2.3 礦體主要形態(tài)、產(chǎn)狀

蘇峪口磷礦床，礦體呈似層狀分布，共有三個礦層，從底部到頂部分別為:磷礫巖礦層、砂質(zhì)磷塊巖礦層、鈣質(zhì)磷塊巖礦層。

1.2.4 礦石類型

蘇峪口磷礦的主要礦石類型有三種類型，分別是鈣質(zhì)磷塊巖、砂質(zhì)磷塊巖和磷礫巖。

鈣質(zhì)磷塊巖，深灰色，鮞狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。鮞粒為石英，滾圓狀，鮞粒外皮為泥質(zhì)，硅質(zhì)及膠磷礦。膠結(jié)物為含鐵質(zhì)的碳酸鹽，黃鐵礦呈星散狀，并見方解石細脈呈網(wǎng)狀，該類礦石多位于礦層頂部，厚0.1～0.83 m。西南部除自生石英外，尚有白云石20% ～25%，最高至60%，磷達不到邊界品位，而成夾石。

砂質(zhì)磷塊巖:中粗粒碎屑結(jié)構(gòu)，灰—深灰色，風化面為淺灰色。碎屑有石英半滾圓狀，渾圓狀，時見溶蝕狀。長石以納長石為主，晶形稍有彎曲，表面已風化為絹云母、高嶺石。粒徑0.3 mm，下部變粗，膠結(jié)物為含鐵的碳酸鹽礦物15%，硅質(zhì)及膠磷礦30%，此類礦石位于礦層中部，厚度 0.2～1.07 m。

磷礫巖，灰褐色，中厚層狀，位于礦層底部。礦石由礫石和膠結(jié)物組成，礫石成分為石英。硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖、頁巖，粒徑0.2～5 cm，多呈扁圓狀。膠結(jié)物主要為膠磷礦，其次鐵質(zhì)，泥質(zhì)，具基底式膠結(jié)。1977年與西南部擴建區(qū)的砂巖狀，礫狀礦石中，除上述成分外，還有微量獨居石，金紅石，石榴石等。

礦石磷含量分布很不均勻，礦區(qū)內(nèi)由東北向西南礦層厚度增大，而品位降低。礦石類型的不同品位有明顯的變化。

1.2.5 成礦模式

礦床成礦模式圖是理想化模式示意圖，主要表達成礦過程、成礦地質(zhì)作用、成礦構(gòu)造、成礦特征等內(nèi)容，以及時空變化及其相互關(guān)系。

早寒武世為蘇峪口磷礦床最重要的成礦期，震旦紀大冰期結(jié)束后，氣候由寒冷向溫暖轉(zhuǎn)變，生物開始繁盛，海侵作用使深海洋流將磷或磷酸鹽物質(zhì)帶到淺海區(qū)，形成普遍含磷的沉積巖系。對于沉積型磷礦來說，有利的大地構(gòu)造位置是古陸塊的邊緣地帶，然而被動大陸的邊緣和古陸塊的緩坡更為有利，因為這些地帶更容易形成廣闊的陸表海以及局限盆地。而寧夏的成磷區(qū)是環(huán)繞著阿拉善地塊東部邊緣，在銀川市—賀蘭縣一帶的下寒武統(tǒng)辛集組形成磷礦，主要包含在砂巖、礫巖碎屑沉積層內(nèi)。

磷礦層底部礫狀磷塊巖的存在說明，當時處于半固結(jié)狀態(tài)的磷質(zhì)沉積物經(jīng)過海水的沖刷作用和一定的搬運過程重新膠結(jié)成巖，礦床是經(jīng)過一定的物理機械作用富集形成的［5］。

圖2 寧夏賀蘭山磷礦預測工作區(qū)成礦模式圖

2 沉積型磷礦資源潛力預測

2.1 礦產(chǎn)預測類型與預測方法

礦產(chǎn)預測類型是開展礦產(chǎn)預測工作的基本單元，凡是在同一地質(zhì)作用下形成的礦床，成礦要素和預測要求基本一致，可以在同一張預測底圖上把預測的礦床、礦點和礦化線索歸為同一礦產(chǎn)預測類型［6］。寧夏海相沉積型磷礦于寒武紀初形成，礦床賦存于早寒武世辛集組的磷塊巖中，成礦物質(zhì)來源于阿拉善地塊和鄂爾多斯地塊的陸源碎屑及含磷質(zhì)的海洋生物，按照全國潛力評價礦產(chǎn)資源預測類型劃分原則，本區(qū)辛集式下寒武統(tǒng)海相沉積型磷塊巖礦床，預測方法類型選擇沉積型礦產(chǎn)預測方法，預測底圖采用1∶5萬沉積建造構(gòu)造圖，1:5萬巖相古地理圖，定量預測方法選擇用地質(zhì)體積法計算。

2.2 預測要素與預測模型

綜合信息礦產(chǎn)預測方法為通過對典型礦床的研究，結(jié)合地球物理、地球化學、遙感、自然重砂等信息進行合理評價，確定預測要素，并根據(jù)相關(guān)性，將預測要素分為:必要、重要、次要等級別。對賀蘭山磷礦預測工作區(qū)初步擬選結(jié)果見表1。其中巖相古地理及寒武系辛集組(ε1x)是必要的預測要素［7－8］。

2.3 預測單元劃分及預測地質(zhì)變量選擇

預測單元劃分方法主要有綜合信息網(wǎng)格單元法和地質(zhì)單元法。

綜合信息網(wǎng)格單元法是把研究區(qū)按著一定的間隔劃分成面積相等、形狀相同的若干個單元，針對每個單元進行預測要素信息的綜合疊加分析。地質(zhì)單元法是指應用于對預測礦種具有明顯控制作用的地質(zhì)條件和找礦意義明確的標志圈定地質(zhì)統(tǒng)計單元的方法，包括綜合信息地質(zhì)單元法和單項信息法兩類。根據(jù)對辛集式沉積型磷礦的研究，認為其預測要素及其要素組合特征主要是賦礦地層、沉積建造、巖相等要素，而且沉積建造為磷礦預測的必要要素，是對磷礦成礦具有明顯控制作用的地質(zhì)條件。據(jù)此，在對本自治區(qū)內(nèi)辛集式磷礦進行預測單元劃分時，選用綜合信息地質(zhì)單元法作為預測單元的劃分方法［9－10］。

2.4 預測區(qū)圈定及計算

沉積相和沉積建造是圈定辛集式磷礦預測區(qū)的必要條件，它們的存在范圍是預測區(qū)圈定的主要依據(jù)，同時考慮沉積等厚線等要素。

本次預測單元的劃分是使用人工綜合信息地質(zhì)單元法來圈定預測單元的。預測單元確定的條件有三:

(1)沉積相和沉積建造的存在范圍。兼顧考慮沉積等厚線、化探異常等要素。

(2)充分考慮地質(zhì)情況，尤其是賦礦地層的產(chǎn)狀、構(gòu)造等分布范圍以及可能的延深情況。

(3)考慮單元的面積大小以及下一步定量預測參數(shù)選擇的便利性，也考慮省界的范圍等因素［11－12］。

通過平方和法(矢量長度法)的計算，得出預測要素權(quán)重值(見表2)。

綜合上述因素，圈定賀蘭山北段最小預測區(qū)共5個，經(jīng)過計算，其預測資源量為:2 033.33萬 t，是未來寧夏磷礦前景最好的預測區(qū)塊。

3 結(jié)語

(1)寧夏辛集式沉積型磷礦為寧夏磷礦主要預測類型，賀蘭山中段為寧夏磷礦資源潛力前景最好的預測工作區(qū)。其主要礦源來自陸源碎屑和富含磷的海洋生物，成礦環(huán)境為淺海相環(huán)境，成礦時代為早寒武世辛集組，賦礦建造為辛集組磷塊巖建造，通過沉積作用成礦。

表1 寧夏賀蘭山中段辛集式磷礦區(qū)域預測要素表

表2 預測要素權(quán)

(2)本文首次運用成礦地質(zhì)背景、成礦規(guī)律、化探等綜合信息對賀蘭山中段進行磷礦礦產(chǎn)資源潛力預測。在總結(jié)該區(qū)成礦規(guī)律的同時，運用人工與計算機相結(jié)合的方法，圈定五個最小預測工作區(qū)，共預測磷礦資料量2 033.33萬 t，為未來的自治區(qū)磷礦勘查工作提供了依據(jù)及靶區(qū)。

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