新疆烏什縣闊西塔西釩磷礦沉積環(huán)境分析及成因探討

李長虎（新疆有色地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所烏魯木齊830000）

新疆烏什縣闊西塔西釩磷礦沉積環(huán)境分析及成因探討

李長虎
（新疆有色地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所烏魯木齊830000）

1 引言

阿克蘇地區(qū)廣泛出露有寒武系下統(tǒng)的玉爾吐斯組地層，由一套灰黑色碳質(zhì)泥頁巖夾薄層硅質(zhì)巖、灰?guī)r和灰綠色薄層細(xì)砂巖夾薄層硅質(zhì)巖、灰白色白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖組成。該地層中礦產(chǎn)資源豐富，分布有磷、釩、鈾、石膏、白云巖等礦床。近年來隨著礦業(yè)市場的活躍，礦產(chǎn)勘查的投入、選冶工藝的提高和勘查手段的多樣化，不少單位和企業(yè)在該地區(qū)進(jìn)行了釩、磷礦勘查，且取得了較為顯著的成果。本文基于對烏什縣闊西塔西釩磷礦勘查成果的研究，對其沉積環(huán)境進(jìn)行分析并試圖對其成因作初步探討。

2 區(qū)域沉積環(huán)境

闊西塔西釩磷礦位于塔里木地臺北緣柯枰斷塊之內(nèi)，阿克蘇鼻狀隆起西北緣。區(qū)內(nèi)廣泛分布震旦系和古生代地層，其中震旦系-志留系主要屬淺海相、濱海相碳酸鹽沉積。

2.1 震旦系沉積環(huán)境

根據(jù)構(gòu)造格局和沉積特征，新疆震旦系沉積劃分為阿爾泰區(qū)、準(zhǔn)噶爾區(qū)、塔里木區(qū)和昆侖區(qū)。塔里木沉積區(qū)在晚震旦世海侵面積明顯擴(kuò)大，在此期間塔里木地塊大部分地區(qū)都接受了沉積。

區(qū)域內(nèi)震旦系地層主要分布在蘇蓋提布拉克、喀拉克孜爾美那克、巧恩布拉克一帶。依其巖性組合特征及接觸關(guān)系，可細(xì)分為巧恩布拉克組、蘇蓋提布拉克組。

巧恩布拉克組（Z2q）為淺海相碎屑巖，以灰綠色砂巖、粉砂巖為主，夾少量凝灰?guī)r、灰?guī)r及礫巖，出露厚度1 882～410 m。蘇蓋提布拉克組（Z2s）分布和巧恩布拉克組相同，范圍較前者廣泛。本組下部為淺海-濱海相陸源碎屑建造，為一套紫紅色碎屑巖，其中產(chǎn)豐富的藻類化石。該組的底部常見一層不穩(wěn)定的底礫巖以角度不整合超覆于下伏地層的不同層位上，本組上部為一套淺海相含鎂質(zhì)及泥砂質(zhì)的碳酸鹽建造，以厚層塊狀白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、薄層灰?guī)r為主，夾石英砂巖及薄層鈣質(zhì)砂巖、粉砂巖等，白云巖中常見有硅質(zhì)及燧石條帶。本組厚度一般為300～500 m。

阿克蘇-烏什一帶在晚震旦世處于塔西潮坪相帶。震旦紀(jì)末期的柯坪運(yùn)動使該相帶抬升遭受剝蝕。由于塔西南和塔中剝蝕區(qū)擴(kuò)大，塔西潮坪相帶范圍縮小，海水有所加深，使該區(qū)形成塔西局限地臺-潮坪相帶，沉積物以厚層白云巖為主。

區(qū)域內(nèi)震旦系火山巖主要為晚震旦世早期的火山巖，分布于阿克蘇-烏什蘇蓋提布拉克組，噴發(fā)次數(shù)較少，厚度變化較大，一般為80～328 m，巖性主要為基性巖、玄武巖、橄欖玄武巖、粗玄巖等。

晚震旦世氣候轉(zhuǎn)暖，除了基本無冰磧物之外，尚有大量灰?guī)r和白云巖，阿克蘇-烏什奇格布拉克組白云巖厚度達(dá)100～300 m。此時微古植物種類也比較繁多，并出現(xiàn)一些新型的單細(xì)胞藻類。

2.2 寒武系沉積環(huán)境

寒武系基本繼承了震旦系晚期的構(gòu)造古地理格局，表現(xiàn)為大面積的海域與剝蝕區(qū)，島嶼相間的古地理面貌。震旦紀(jì)末期的地殼上升運(yùn)動，使本區(qū)震旦紀(jì)地層頂部普遍分化剝蝕，形成區(qū)域性侵蝕面。早寒武世地層平行不整合在震旦系侵蝕面上。早寒武世早期，由于全球性的海平面上升，塔里木廣泛接受沉積。沉積類型基本為穩(wěn)定型或過渡型的碳酸鹽巖、細(xì)粒碎屑巖、硅質(zhì)巖沉積。

區(qū)域內(nèi)寒武系地層主要為下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組和中上寒武統(tǒng)阿瓦塔克群。

下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組（∈1sr）在區(qū)域上分布較廣，其中薩爾布拉克組中段（∈1sr2）為灰色中厚層狀含磷生物碎屑白云巖、瘤狀生物碎屑白云巖、炭質(zhì)頁巖、含不規(guī)則硅質(zhì)巖條帶白云巖，其底部為2～4 m厚的含磷、釩礦層，其上下均為中-厚層狀細(xì)晶白云巖。本組地層厚度300～550 m，與上下地層均為整合接觸。中上寒武統(tǒng)阿瓦塔克群在區(qū)域廣泛分布，主要為灰色、黃褐色、紅色含石膏的泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r、白云巖等一套淺海-瀉湖相沉積物，局部石膏層厚可達(dá)10 m以上。該群厚100～200 m，與上下地層均為整合接觸。

區(qū)域內(nèi)早寒武世位于塔西局限臺地相帶。早寒武世早期與全球海平面上升相對應(yīng)，區(qū)內(nèi)迅速發(fā)生海侵，形成海侵體系域-高水位體系域沉積。早寒武世中晚期，高水位體系域進(jìn)一步發(fā)展，形成肖爾布拉克組局限臺地相白云巖以及吾松格爾組潮間帶疊層藻白云巖沉積?？傮w看早寒武世該相帶經(jīng)歷了由盆地-局限海-潮間的演化，完成了寒武紀(jì)第一次海進(jìn)海退旋回。

區(qū)域內(nèi)寒武紀(jì)火山活動很不發(fā)育，只是在早寒武世有少量火山巖分布于北準(zhǔn)噶爾區(qū)及庫魯克塔格一帶。

與晚震旦世相比，寒武紀(jì)氣候明顯轉(zhuǎn)暖，生物界產(chǎn)生大爆發(fā)。帶殼海生無脊椎生物空前繁盛，三葉蟲、腕足、小殼、古杯海綿、古介形類，腹足和藻類等各類化石大量發(fā)育，其中三葉蟲數(shù)量較多。區(qū)域內(nèi)主要分布有底棲類三葉蟲。

區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)較豐富，分布有具有工業(yè)價值的礦產(chǎn)。主要為沉積型釩礦、磷礦，其次為白云巖礦、石灰?guī)r礦和石膏礦；在塔里木盆地，寒武系還是重要的生油層。

由于成礦時代主要為晚震旦-早寒武，故對區(qū)域內(nèi)志留系及晚古生代地層沉積環(huán)境不再做詳細(xì)敘述。

3 礦區(qū)地質(zhì)（沉積）特征

闊西塔西釩磷礦礦區(qū)內(nèi)出露地層較為單一，主要為寒武系下統(tǒng)薩爾布拉克組，局部出露中上寒武統(tǒng)阿瓦塔格群及震旦系上統(tǒng)蘇蓋提布拉克組。此外，在山前及溝谷低洼處出露有第四系沖洪積物與坡積物。

3.1 寒武系下統(tǒng)薩爾布拉克組(∈1sr)

寒武系下統(tǒng)薩爾布拉克組為一套濱淺海相碎屑巖、碳酸鹽巖建造，在該區(qū)廣泛分布。該組中段底部夾有含釩、磷礦層。與上覆的寒武系中-上統(tǒng)地層阿瓦塔格群為整合接觸，與下伏震旦系蘇蓋提布拉克組為平行不整合接觸?？煞譃橄?、中、上三個巖性段，分述如下：

⑴薩爾布拉克組下段（∈1sr1）：為紫紅-深灰色厚層白云巖、中-厚層細(xì)晶-中晶白云巖、灰白色薄層狀細(xì)晶-中晶白云巖。巖石由白云石組成，半自形，成分單一，結(jié)構(gòu)均勻，白云石呈中-細(xì)晶狀，粒徑為0.25～0.06 mm之間，有機(jī)質(zhì)微量，局部分布于白云石晶間。

⑵薩爾布拉克組中段（∈1sr2）：為灰色中厚層狀含磷生物碎屑白云巖、瘤狀生物碎屑白云巖、炭質(zhì)泥巖、頁巖、含不規(guī)則硅質(zhì)巖條帶白云巖，其底部為1～4 m厚的含磷、釩礦層，礦層主要出露于地形切割較深的溝谷及陡壁。根據(jù)巖性特征劃分為三個巖性層，現(xiàn)將該段主要巖石特征描述如下：

①第一巖性層為灰黑色磷塊巖：膠狀結(jié)構(gòu)，微層狀構(gòu)造，巖石由膠磷礦、方解石、瑩石等組成。膠磷礦含量60%，黃褐-灰黑色，呈膠狀、竹葉狀、團(tuán)狀、條帶狀，顯均質(zhì)性，團(tuán)粒大小0.25～0.2 mm;方解石含量32%，呈亮晶分布于膠磷礦之間，粒徑為0.8～0.5 mm之間;螢石含量3%，呈紫色，它形粒狀、團(tuán)塊狀，微層均勻分布，粒徑為0.6～0.1 mm之間;陸源碎屑含量5%，以單晶石英為主，呈六棱角狀，似層狀均勻分布，粒徑為0.2～0.03 mm之間。該層為磷礦(P2O5)的主要含礦層位。厚度0～1.40 m，一般出露厚度10～50 cm，但也有局部層位未出現(xiàn)磷塊巖層。

②第二巖性層為黑色條帶狀硅質(zhì)巖與黃褐色釩土層互層：發(fā)育韻律性層理，硅質(zhì)條帶厚2～20 cm，多為3～5 cm，局部呈波狀、褶曲狀，硅質(zhì)巖多含灰黑色膠磷礦，并有方解石脈、螢石等，偶見條帶狀、細(xì)脈狀肉紅色鉀長石，黑色條帶狀硅質(zhì)巖在此層頂部較厚，夾有的釩土礦層也較薄，而在此層的中下部較薄，夾的釩土層較厚；釩土礦賦存于松散的薄層狀粉砂質(zhì)、砂質(zhì)泥巖中，易剝落，取樣后呈泥、沙土狀，釩土層單層厚度為0.5～8 cm不等，多為1～3 cm。硅質(zhì)巖與釩土礦互層中常見層間小褶皺，根據(jù)褶皺面彎曲形態(tài)不同可分為尖棱褶皺、箱狀褶皺、圓弧褶皺、扇狀褶皺及撓曲，發(fā)生褶皺部位礦層相應(yīng)增厚。該層為釩礦(V2O5)的主要含礦層位，出露厚度為1～4 m，一般為2～3 m。

③第三巖性層為含黑色硅質(zhì)巖條帶白云巖：白云巖呈灰白色，質(zhì)地較純。黑色條帶狀硅質(zhì)巖中上部較厚，為5～15 cm，底部較薄，為0.5～1.5 cm，硅質(zhì)巖條帶長50～100 cm不等，常呈條帶狀、矩形狀、彎曲狀和透鏡狀及竹葉狀，大致呈似層狀、不定向分布，多數(shù)延續(xù)性較差，并且性脆。

⑶薩爾布拉克組上段（∈1sr3）：可分為上下兩個巖性層：

①第一巖性層：該層主要為薄層狀白云巖與灰黑色薄層狀硅質(zhì)巖互層并夾1～3層泥質(zhì)白云巖。泥質(zhì)白云巖20～40 cm厚，易風(fēng)化，使崖壁呈現(xiàn)凹槽。

②第二巖性層：灰、灰白色、深灰色厚-巨厚層狀細(xì)-中晶白云巖，白云巖質(zhì)地較純，偶見含有角礫，裂隙中偶見灰黑色條帶硅質(zhì)巖。風(fēng)化色為淺灰褐色、灰黃色。巖石風(fēng)化后呈皮殼狀、刀砍狀、網(wǎng)格狀，楔形張節(jié)理較發(fā)育，巖層中常見與層理平行的縫合線構(gòu)造。

3.2 寒武系中-上統(tǒng)阿瓦塔格群（∈2-3aw）

絳紅色、杏黃色泥砂質(zhì)頁巖與灰、灰白色白云巖互層。巖層由上往下泥化程度逐漸減弱，局部泥化成土，薄層向中層過渡，巖層含硅質(zhì)，呈黃色、土黃色。白云巖表面風(fēng)化嚴(yán)重，局部風(fēng)化成灰黑色，有網(wǎng)狀、棋盤狀、楔形節(jié)理發(fā)育，偶見褐鐵礦化，偶見1～3 mm寬硅質(zhì)條帶。

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖活動微弱，本區(qū)未見巖漿巖出露，僅在局部裂隙中發(fā)育有少量熱液方解石和石英細(xì)脈，目前尚未發(fā)現(xiàn)有隱伏巖體。該區(qū)構(gòu)造主要以褶皺和斷裂為主。礦區(qū)內(nèi)以區(qū)域變質(zhì)作用為主，變質(zhì)程度較淺，屬低綠片巖相。

4 礦體地質(zhì)特征

4.1 礦體空間形態(tài)分布特征

礦區(qū)內(nèi)釩礦層位于薩爾布拉克組中段底部（∈1sr2-1），礦體呈層狀、似層狀，延伸比較穩(wěn)定，局部隨沉積基底的起伏而呈波狀起伏，在空間分布上自下而上可分為四層：

(1)層：底板為薩爾布拉克組中段底部的灰-灰黑色磷塊巖、結(jié)核狀磷塊巖，厚度0.1～1.2 m，一般為0.2～0.5 m，個別地段缺失。

(2)層：黑色硅質(zhì)巖與泥頁巖、泥質(zhì)巖、粉砂巖互層，礬土礦即賦存于泥頁巖、泥質(zhì)巖、粉砂巖層中，厚度為1～4 m不等，一般2～3 m。

(3)層：細(xì)晶-中晶中厚層白云巖夾不規(guī)則條帶硅質(zhì)巖，厚度2～3 m，局部厚度可達(dá)3～5 m，該層同時也是本區(qū)礬土礦找礦的標(biāo)志層。

(4)層：頂板為灰白色細(xì)晶白云巖夾泥質(zhì)白云巖、灰質(zhì)白云巖。

4.2 釩礦礦石質(zhì)量

阿克蘇地區(qū)的釩礦床目前尚未發(fā)現(xiàn)有單獨(dú)的釩礦物（綠硫釩礦）。由湖南長沙礦山研究院所做的多元素X熒光光譜分析和釩物相分析結(jié)果來看，礦區(qū)礦石中釩礦物主要賦存在鐵鋁氧化物、云母類及黏土礦物和難溶硅酸鹽中（表1、表2）。

表1 多元素X熒光光譜分析表%

表2 釩物相分析結(jié)果表%

礦區(qū)礦石結(jié)構(gòu)主要有：泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、顯微鱗片-泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、隱晶-泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、微-細(xì)粒結(jié)構(gòu)、生物碎屑泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。

礦石的構(gòu)造類型主要有：薄層狀構(gòu)造，皺紋狀、顯微皺紋狀構(gòu)造；定向構(gòu)造，孔洞狀構(gòu)造，脈狀、團(tuán)塊狀構(gòu)造，浸染狀構(gòu)造。

4.3 磷礦礦石質(zhì)量

磷礦一般灰至灰黑色，因含鐵質(zhì)、泥質(zhì)礦石呈褐紅色，層狀及不等厚層狀至條帶狀、結(jié)核狀礦石，主要由膠磷礦、玉髓（硅質(zhì)巖）、重晶石等組成。主要礦物鏡下鑒定如下：

⑴膠磷礦：黃色及棕灰色，非晶及隱晶質(zhì)、膠狀，絕大部分呈梨膠狀、環(huán)帶狀、同心球狀或組成磷結(jié)核，其中?；煊械V物碎屑，一般磷含量35%～90%，局部只有10%～15%。

⑵玉髓：為硅質(zhì)磷塊巖主要成分，也是黑色硅質(zhì)巖主要成分。隱晶質(zhì)、致密狀，呈黑灰色，有時與膠磷礦成環(huán)帶結(jié)合。硅質(zhì)磷塊巖玉髓含量20%～30%。

⑶重晶石：不規(guī)則粒狀及細(xì)脈狀、鐵餅狀分布于巖石中，常使膠磷礦重晶石化，含量5%～10%。

磷塊巖的主要結(jié)構(gòu)類型有：礫狀結(jié)構(gòu)、角礫泥狀結(jié)構(gòu)、餅礫狀或竹葉狀結(jié)構(gòu)、砂狀結(jié)構(gòu)、粉砂巖結(jié)構(gòu)、泥狀結(jié)構(gòu)、團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)、鮞狀結(jié)構(gòu)、皮殼狀結(jié)構(gòu)、生物碎屑結(jié)構(gòu)。

磷塊巖的主要構(gòu)造類型有：塊狀構(gòu)造、結(jié)核狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、條紋狀構(gòu)造。

5 成礦環(huán)境分析

5.1 古地理環(huán)境

塔里木沉積區(qū)在晚震旦世海侵面積明顯擴(kuò)大，在此期間塔里木地塊大部分地區(qū)都接受了沉積。震旦紀(jì)末期的柯坪運(yùn)動使阿克蘇地區(qū)普遍隆起抬升，成為剝蝕區(qū)、形成區(qū)域性侵蝕面，致使早寒武世地層平行不整合與侵蝕面上。

早寒武世早期，與全球性海平面上升相對應(yīng)，相對海平面快速上升，形成海侵。由于快速海進(jìn)，薩爾布拉克組中段（∈1sr2）接受了一套灰黑色含磷硅質(zhì)巖，沉積水平紋層發(fā)育，含骨針和小殼等生物化石。隨后，海平面開始下降，發(fā)生海退，沉積環(huán)境逐漸向開闊臺地過渡。海平面的持續(xù)下降使本區(qū)的沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榫窒夼_地。中-晚寒武世繼承了早寒武世的古地理格局，海陸分布與早寒武世基本一致，區(qū)域內(nèi)主要為局限臺地-淺灘沉積。

5.2 成礦物質(zhì)來源

釩系變價元素（礦區(qū)礦釩價態(tài)分析結(jié)果為V2+、V3+、V4+、V5+），不呈單獨(dú)礦物出現(xiàn)，主要富集于基性和超基性巖中，在巖漿階段以類質(zhì)同象加入到磁鐵礦晶格中（V3+→Fe3+）。在巖漿后期熱液階段釩溶解度極低，而在表生條件下呈V5+,易溶于堿性溶液中被帶走，或被粘土、鋁土礦等吸附。

區(qū)內(nèi)火山巖主要為晚震旦世早期的火山巖，分布于阿克蘇-烏什蘇蓋提布拉克組，巖性主要為基性巖：玄武巖、橄欖玄武巖、粗玄巖等。震旦紀(jì)末期的柯坪運(yùn)動使蘇蓋提布拉克組所處的阿克蘇地區(qū)普遍隆起抬升，成為剝蝕區(qū)；早寒武世早期形成的海侵，使海水中溶入剝蝕區(qū)基性火山巖中的釩，為后期的成礦提供了物質(zhì)來源。

6 成因探討

闊西塔西釩磷礦礦石中，釩礦物主要賦存在鐵鋁氧化物、云母類及黏土礦物和難溶硅酸鹽中。由于阿克蘇地區(qū)早寒武世早期海平面升降頻繁，導(dǎo)致本區(qū)出現(xiàn)氧化或還原環(huán)境。含氧水體中釩一般以5價的釩酸氫根（HVO42-和H2VO4-）的形式穩(wěn)定存在。釩酸氫根離子易被Fe、Mn的氫氧化物吸附。海相環(huán)境中V可通過表面吸附及與有機(jī)金屬絡(luò)合物結(jié)合的形式從海水中析出進(jìn)入沉積物。在還原環(huán)境中+5價的V被還原為+4價的V并以VO2+或氫氧化物形式沉淀。在缺氧或弱還原環(huán)境中，V優(yōu)先富集在沉積物中。

7 結(jié)論

早寒武世早期該區(qū)為濱淺海相陸棚邊緣且處于局部拉張環(huán)境，這是本區(qū)釩、磷礦床發(fā)生沉積成礦作用的古地理環(huán)境和古構(gòu)造條件。下寒武統(tǒng)薩爾布拉克組灰黑色硅質(zhì)巖系控制著區(qū)內(nèi)釩礦床的分布，表明薩爾布拉克組地層是釩礦床形成的基本條件。

因成礦時海水升降頻繁，導(dǎo)致本區(qū)出現(xiàn)氧化或還原環(huán)境。海水中溶解的釩和生物中吸附的釩加入到氧化還原作用過程中進(jìn)行沉積，形成了本區(qū)的釩礦床。區(qū)內(nèi)釩礦的成礦期，正是早寒武世“成磷期”。當(dāng)時氣候溫暖，水體營養(yǎng)度高，有大量低等生物出現(xiàn)。生物活動對本區(qū)磷礦的富集起著至關(guān)重要的作用，同時磷酸鹽對釩起著吸附(富集)作用。

綜上所述，闊西塔西釩、磷礦的形成，受地層、巖性、有機(jī)質(zhì)、古地理和古構(gòu)造條件的控制。礦床具有濱淺海相沉積和微生物成礦的雙重特征，屬生物化學(xué)沉積礦床。

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收稿：2015-01-08

DOI∶10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.01.006