四川省漢源縣椅子山磷礦礦床地質(zhì)特征及成礦模式

白進春，龍安舉，李雪梅

四川省漢源縣椅子山磷礦礦床地質(zhì)特征及成礦模式

白進春1，2，龍安舉1，李雪梅1

（1.四川省冶金地質(zhì)勘查局六0六大隊，成都 611730；2.成都理工大學地球科學學院，成都 610059）

四川省漢源式磷礦形成于早寒武世梅樹村晚期，屬于淺海沉積礦床。本文詳細描述漢源縣椅子山磷礦區(qū)域地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征和巖相特征，結(jié)合磷礦區(qū)內(nèi)樣品主量元素分析，總結(jié)礦區(qū)內(nèi)磷塊巖成礦物質(zhì)來源特征。在此基礎上，探討礦床成因，建立以巖相古地理和來源為主導因素的成礦模式。該研究對漢源磷礦的礦床特征進行詳細的總結(jié)，對今后進一步的理論研究和找礦實踐有重要的指導作用。

漢源磷礦；椅子山；筇竹寺組；礦床特征；成礦模式

早寒武世（~541-529Ma）發(fā)生了全球最廣泛以及最重要的成磷事件，形成與上升洋流有關的沉積磷礦床（Papineau, 2010; Pufahl and Groat, 2017）。在華南地區(qū)形成了廣泛的磷礦床，其中，四川的磷礦床主要形成于早寒武世梅樹村晚期。其沉積型磷礦床包括：①川西南地區(qū)，燈影組頂段麥地坪段昆陽式磷礦；②川西南地區(qū)，筇竹寺組下段漢源式磷礦；③龍門山中段地區(qū)，長江溝組下段清平式磷礦；④米倉山地區(qū)，燈影組頂段寬川鋪段寧強式磷礦。

夏學惠等（2011）根據(jù)成礦時代、含磷巖系、巖性組合與成礦作用等，將沉積磷礦床劃分為11種。早寒武世形成了昆陽式、天臺山式（含鈾錳磷礦）、新華式（含稀土磷礦）、辛集式（含膏磷礦）、平臺山式（含釩磷礦）、漢源式（含鉀磷礦）、大茅式（含錳磷礦）等磷礦。四川磷礦遠景區(qū)主要是在與昆陽式、漢源式、什邡式、清平式等礦床類型地質(zhì)條件相似的揚子陸塊區(qū)。以往的研究對成礦時代的研究，將漢源式磷礦定為筇竹寺期沉積，后來，學者基于生物化石地層分類，將漢源式磷礦沉積成礦時代劃定為梅樹村晚期（?11-2）（徐無恙等，1985），昆陽式磷礦成礦時代確定為梅樹村早期或早中期（?11-1）（辜學達和劉嘯，1997）。漢源式磷礦形成于局限淺水陸棚環(huán)境，因陸源碎屑摻入，以含鉀（K2O）較高為特征，又稱為含鉀磷塊巖，目前已經(jīng)對漢源椅子山礦床進行了勘查（彭召強等，2016）。但礦體特征沒有進行詳細地描述和總結(jié)，礦床成因尚缺研究。因此，本文對漢源椅子山磷礦床礦床地質(zhì)特征進行詳細描述，結(jié)合磷礦品位在礦體內(nèi)的變化情況和巖相古地理特征，分析磷礦成因，并在此基礎上嘗試建立漢源式磷礦成礦模式。

圖1 川西南大地構(gòu)造單元分區(qū)略圖（a）及寒武系地層出露構(gòu)造地質(zhì)略圖（b）

F1. 九襄斷裂；F2. 羅鍋平斷裂；F3. 紅花斷裂；F4. 凰儀斷裂；F5. 七百部斷裂；A1. 磨房溝背斜；A2. 馬列背斜；A3. 七百步背斜；S1. 漢源向斜；S2. 安樂向斜；S3. 大洪山向斜；S4. 轎頂山向斜

1 區(qū)域地質(zhì)特征

漢源磷礦位大渡河中游、四川省雅安市西南部。在大地構(gòu)造位置上位于揚子準地臺西部（Ⅰ1）、康滇地軸的北東側(cè)、四川地臺的西緣（圖1a）。椅子山磷礦研究區(qū)，屬于漢源--甘洛磷礦區(qū)的北延部分，漢源縣城56.74°方向（圖1b），直距14.29km，隸屬漢源縣萬里鄉(xiāng)管轄。

1.1 地層

漢源磷礦區(qū)內(nèi)主要出露元古界和古生界，缺失泥盆系、石炭系，中生界僅有三疊系上統(tǒng)及侏羅系的沉積。地層區(qū)域出露厚度及巖性特征見表1。磷礦層位于筇竹寺組下段（?11），底部為黑色—深灰色頁巖或粉砂、細砂巖，富含釩、鈾、有機質(zhì)和自生黃鐵礦，有時含海綠石和磷結(jié)核；下部為頁巖、粉砂巖和含磷粉砂巖，夾砂質(zhì)白云巖；上部為砂質(zhì)（主要為鉀長石和石英）磷塊巖和含磷粉砂巖；頂部為中厚層狀長石石英細砂巖。

表1 區(qū)域地層表

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)未出露基底構(gòu)造層，僅發(fā)育蓋層褶皺、斷裂。區(qū)內(nèi)主要的褶皺和斷裂呈南北向展布，構(gòu)成本區(qū)以南北向構(gòu)造為主體的構(gòu)造體系。因受多期構(gòu)造運動影響，往往見南北向構(gòu)造的北端向北西方向偏轉(zhuǎn)，形成近似弧形構(gòu)造，致使區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造輪廓大致呈北西至南東方向。主要發(fā)育近于平行排列的5條斷裂、3條背斜和4條向斜（圖1b），磷礦層受大洪山向斜控制以及鑼鍋坪斷裂破壞，寒武系下統(tǒng)筇竹寺組磷礦層重復出現(xiàn)。

1.3 礦產(chǎn)

本區(qū)域礦產(chǎn)資源主要以磷礦為主，其次為鉛鋅礦。該地區(qū)磷礦是一類以陸源碎屑為主的海相沉積含鉀磷礦床，磷礦床集中在漢源—甘洛聚磷區(qū)，主要分布在漢源萬里、市榮、水桶溝、椅子山、大紅山一帶。鉛鋅礦有兩個類型，包括麥地坪組和產(chǎn)于上震旦統(tǒng)燈影組白云巖的鉛鋅礦。有多個礦化點，幾個小型礦床和富泉中型礦床。鉛鋅礦分布于漢源縣富泉、銀廠溝、黃草崗、萬里大牛廠和千家山等地。礦體呈脈狀、似層狀產(chǎn)出，變化大。

2 礦床特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

漢源椅子山磷礦為海相陸源碎屑沉積磷塊巖礦床，屬典型的漢源式磷礦。磷塊巖賦存于寒武系筇竹寺組，含礦地層及其頂?shù)装逶谝巫由窖芯繀^(qū)自上而下整體特征表現(xiàn)如下：

中上統(tǒng)：

洗象池群（?2-3）：淺灰色白云巖、砂質(zhì)白云巖夾砂巖、粉砂巖，局部夾少量粉砂巖條帶，厚度60～177m

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中統(tǒng)：

陡坡寺組（?2）：礦區(qū)內(nèi)僅東部地區(qū)局部出露，為一套紫紅色粉砂巖，粘土巖夾灰綠色粉砂巖、粘土巖及泥砂質(zhì)白云巖，厚度12～29m。這套地層即所謂的“上紅層”，是區(qū)域?qū)Ρ鹊闹匾獦酥緦印?/p>

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下統(tǒng)：

滄浪浦組+龍王廟組（?1）：巖性組合比較復雜，為一套碎屑巖—碳酸鹽巖，厚度93～130m。巖性組合特征：上部為灰色白云巖，泥質(zhì)、砂質(zhì)白云巖；中部為灰色泥質(zhì)、砂質(zhì)白云巖與砂巖、粉砂巖間夾，以淺灰色泥砂質(zhì)白云巖為主夾少量細砂巖；下部為灰色砂巖、粉砂巖夾砂礫巖、粘土巖及砂質(zhì)白云巖，紫紅色砂巖發(fā)育。

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筇竹寺組（?1）：本區(qū)的主要賦礦層位，根據(jù)巖性組合特征，總體上可分為3個巖性段：

筇竹寺組三段（?13）：總體上為灰、青灰色、黃灰色泥質(zhì)石英長石粉砂巖、細砂巖，底部局部夾白云巖，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，碎屑結(jié)構(gòu)，微觀上呈細密條紋狀，宏觀上呈中—厚層狀構(gòu)造，碎屑粒度較二段略粗。

筇竹寺組二段（?12）：為灰—深灰色泥質(zhì)粉砂巖，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，碎屑結(jié)構(gòu)，微觀上呈細密條紋狀，宏觀上呈中—厚層狀構(gòu)造，其主要成分為石英、長石、泥質(zhì)及少量白云石等。

筇竹寺組一段（?11）：底部為薄層狀深灰—灰黑色含磷泥質(zhì)粉砂巖，局部為頁巖；中部以薄層狀、中厚層狀泥質(zhì)粉砂巖為主；上部為主要賦礦層位，總體上磷塊巖呈似層狀、層狀產(chǎn)出，厚度一般一般4.5～9m，平均7m；砂狀結(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)，條紋狀、條帶狀、致密塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為膠磷礦、白云石、石英、泥質(zhì)、云母等。

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麥地坪組（?1）：呈條帶狀，與筇竹寺組相伴產(chǎn)出。巖性組合差異較大，總體而言，上部為淺灰—灰色中厚層狀砂質(zhì)白云巖，局部夾角礫狀白云巖；中下部為灰色燧石條帶白云巖，局部為薄層狀硅質(zhì)白云巖，厚度由上至下逐漸變薄，燧石條帶逐漸增加，燧石多呈條帶狀，局部呈團塊狀、結(jié)合狀、脈狀。

礦體出露主要受羅鍋平斷裂、椅子山斷裂和豆腐石斷裂影響，破壞了寒武系地層的完整性；受椅子山向斜、大洪山向斜控制，使寒武系地層呈條帶狀出露（圖1b）。

2.2 巖礦特征

礦區(qū)含礦原巖為灰—深灰色含磷白云質(zhì)巖屑砂巖（圖2a），構(gòu)造類型主要包括塊狀構(gòu)造（圖2b）、條帶狀構(gòu)造（圖2c）。①塊狀構(gòu)造：脈石礦物長石、石英等砂屑均勻散布于膠磷礦砂屑中，分選性良好，不顯層理而成塊狀，多由細粒級砂屑組成，局部為中粒砂屑組成，多見于礦層上部，是研究區(qū)主要的礦石構(gòu)造類型；②條帶狀構(gòu)造：由于水動力的分選作用使膠磷礦砂屑、粉砂狀長石砂屑與水云母、白云石組成的條帶順層相同分布，條帶密集分布，其寬度小于2mm者稱條紋狀，是區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造類型；③角礫狀構(gòu)造：系由不規(guī)則的磷塊巖、粉砂巖、白云巖等大小等之角礫及生物碎屑等混雜再被砂屑充填膠結(jié)而成，礦區(qū)內(nèi)少見，僅見于礦層頂部或地表。

礦物成分主要是膠磷礦，填隙物為碳酸鹽礦物（主要是白云石）、石英、長石、綠泥石團塊等，還見少量黃鐵礦、褐鐵礦等金屬礦物（圖2d）。選礦目標礦物為膠磷礦，礦石結(jié)構(gòu)比較簡單，以砂屑結(jié)構(gòu)為主，次為含生物砂屑結(jié)構(gòu)，局部見砂屑結(jié)構(gòu)。

（1）砂屑結(jié)構(gòu)：砂屑基本上均由磷質(zhì)礦物組成，其內(nèi)含較多鐵質(zhì)、炭質(zhì)等雜質(zhì)，混入較多長石及少量石英、云母粉砂、細砂、陸屑等（圖2e）。根據(jù)砂屑粒度可分為粉砂屑結(jié)構(gòu)和細砂屑結(jié)構(gòu)兩種，中粒砂屑結(jié)構(gòu)少見。礦層下部以粉砂屑結(jié)構(gòu)為主，礦層上部以細砂屑結(jié)構(gòu)為主，局部為中粒砂屑結(jié)構(gòu)。

（2）生物屑結(jié)構(gòu)：礦石中除含膠磷礦砂屑外，尚見少量以軟舌螺為主的生物碎片及其它小殼生物化石碎片（圖2e），在礦層中少見，僅見于礦層頂部。

（3）礫屑結(jié)構(gòu)：砂屑由膠磷礦、長石、石英、白云石等組成，礫屑多為膠磷礦、白云巖屑、粉砂巖屑等不均勻混雜（圖2f）。

膠結(jié)物由它形的白云石、石英、黃鐵礦、少量黑云母等非金屬礦物組成。膠結(jié)方式以孔隙式（圖2e ）為主，次為接觸式、基底式膠結(jié)（圖2d）。膠磷礦顆粒自下而上粒度變粗，從膠結(jié)形式來看，下部多為基底式膠結(jié)型，上部多為接觸式—孔隙式膠結(jié)型。

圖2 漢源椅子山磷礦研究區(qū)巖石學和礦物學特征

a.磷礦床野外照片；b. 塊狀磷塊巖巖石標本；c. 條帶狀磷塊巖巖石標本；d-f. 顯微鏡下礦物學特征

縮寫：Col：膠磷礦，Dol：白云石，Qz：石英，An：鉀長石

2.3 礦體特征

區(qū)域內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多處具有工業(yè)價值的磷礦體，與康滇斷隆成礦帶東部的磷礦床構(gòu)成了川滇成磷帶北段的主體，為四川磷礦的主要產(chǎn)區(qū)。區(qū)域內(nèi)磷礦層厚度變化不大，一般是南北向較為穩(wěn)定，東西向變化較大，截止目前，已在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)了5個磷礦體（圖3），其礦體特征簡述如下：

Ⅰ號礦體：位于椅子山斷裂以北，下蘭家坪-板板橋斷裂以西，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出。礦體斜深93～259m，出露標高2057～2141m。地表礦體較連續(xù)，礦體產(chǎn)狀95°∠16°～21°，受椅子山斷裂、下蘭家坪-板橋斷裂影響，地表產(chǎn)狀較凌亂。礦體厚度1.46～8.05m，平均5.33m，厚度變化系數(shù)41.74%，屬穩(wěn)定類型。礦石品位P2O514.78%～23.14%，平均20.70%，品位變化系數(shù)17.48%，K2O一般1.08%～7.62%，平均為3.95%。

Ⅱ號礦體：位于下蘭家坪-板板橋斷裂以東、分水溝-盤探溝斷裂以西，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體斜深182～266m，出露標高2204～2319m。礦體平均產(chǎn)狀101°∠16°，礦體厚度1.11～9.77m，平均厚8.06m，厚度變化系數(shù)30.08%，地表出露連續(xù)，屬穩(wěn)定類型。礦石品位P2O518.41%～25.83%，平均 21.52%，品位變化系數(shù)11.59%，K2O一般2.12%～4.07%，平均為3.21﹪

Ⅲ號礦體：位于分水溝-盤探溝斷裂以東，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，斜深124～319m，出露標高2132～2319m。礦體平均產(chǎn)狀133°∠19°，礦體厚度1.49～11.76m，平均厚7.16，厚度變化系數(shù)41.9%，地表出露連續(xù)，屬穩(wěn)定類型。礦石品位P2O514.35%～25.66%，平均品位19.22%，品位變化系數(shù)10.63%。

Ⅳ號礦體：位于研究區(qū)中部牛門口—野豬坪以北，鑼鍋坪-爐房溝斷裂以西，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，斜深124～319m，礦體出露標高2349～2603m。礦體平均產(chǎn)狀140°∠19°，礦體厚度1.42～8.18m，平均厚5.73m，厚度變化系數(shù)51.22%，地表出露連續(xù)，屬穩(wěn)定類型。礦石品位P2O514.07%～22.76%，平均品位18.75%，品位變化系數(shù)15.96%。

Ⅴ號礦體：位于研究區(qū)北部鑼鍋坪-爐房溝斷裂與錢家溝—分水溝斷裂所挾持部位，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出。在地表出露連續(xù)，出露長約1200m左右，由槽探工程控制，無深部工程控制。礦體厚度2.23～9.04m，平均厚7.44，礦石品位P2O514.86%～25.05%，平均21.72%。

2.4 主量元素地球化學特征

在研究區(qū)內(nèi)采集樣品進行主量元素分析，數(shù)據(jù)見表2。磷塊巖樣品P2O5含量變化較大，為0.39%～26.91%，偏差（δ）為12.98，同樣，CaO在磷塊巖樣品中變化也較大，δ值可達19.91，表明磷塊巖品位變化大。另外，K2O（1.49%～9.58%）和MgO（0.27%～7.40%）含量相對較低。磷塊巖中由于長石砂屑量大，因此，礦石中鉀含量較高，該特征為漢源磷礦的一大特點，還可以依據(jù)巖石中鉀含量（K2O3）或者鉀長石含量特征，以指導找礦。

圖3 漢源椅子山磷礦研究區(qū)構(gòu)造綱要及礦體分布圖

相關性分析表明，P2O5和CaO呈現(xiàn)出顯著的正相關，相關系數(shù)（R2）可達0.964（圖4a）；相反，P2O5與K2O和酸不溶物呈現(xiàn)出顯著的負相關（圖4b，c），相關系數(shù)分別為0.9001和0.788；P2O5和MgO不具有相關性（圖4d）。根據(jù)礦物學特征可知，酸不溶物主要是長石、石英、黃鐵礦等礦物，而膠磷礦和白云石（碳酸鹽）為酸可溶物。因此我們可以得出以下結(jié)論，椅子山磷礦形成于局限淺水陸棚環(huán)境，形成時有大量陸源碎屑的輸入，導致其鉀含量升高。但是膠磷礦含量和長石含量為此消彼長的關系，表明大量的陸源輸入并不導致富磷輸入。相反，富磷的上升洋流自東上升至本區(qū)，為生物衍生、磷質(zhì)富集提供了物質(zhì)來源，這與古地理特征是一致的。

表2 漢源椅子山研究區(qū)主量元素極值、中值（%）及偏差

圖4 漢源椅子山磷塊巖P2O5與CaO（a）、酸不溶液（b）、K2O（c）和MgO（d）相關圖

3 成磷作用與巖相古地理的關系

漢源式磷礦床為典型的陸源碎屑海相沉積磷礦床，在全國成磷帶的劃分上具有獨特性。該區(qū)域在下寒武世時期為濱?！獪\海陸棚相，古地形、古構(gòu)造為西高東低，西陸東海的地貌形態(tài)。受這種古地形、古地貌控制，古地理環(huán)境表現(xiàn)為：海水深度由西向東變深，磷塊巖類型中的淺水巖相標志在中西部極為發(fā)育，總體上由西向東呈現(xiàn)海退的粒序變化，磷塊巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、組分及類型，在空間上發(fā)生有規(guī)律變化（張姚等，2014；彭召強等，2015）。漢源椅子山磷礦處于潮間沙坪相區(qū)，為磷塊巖的聚集、堆積創(chuàng)造了良好的沉積環(huán)境，沉積過程由多個潮下—潮間—潮上的次級小旋回組成，有利于磷礦層的富集（彭召強等，2015；彭召強等，2016）。

4 礦床成因及成礦模式

塊狀磷塊巖表明磷塊巖形成時海水具有較強水動力環(huán)境下，海水動力將泥質(zhì)分選開，反映了高能的灘相沉積環(huán)境；條紋狀、條帶狀磷塊巖表明其形成于低水動力下較弱的低能潮坪沉積環(huán)境，與砂質(zhì)、泥質(zhì)形成互層。從磷塊巖礦物膠結(jié)類型來看，下部多為基底式膠結(jié)型，上部多為接觸式-孔隙式膠結(jié)型，表明由下而上水動力條件由弱變強。另外，上部可見大量軟舌螺等小殼生物及大型斜層理，大型波痕等構(gòu)造，表明其生成環(huán)境為淺水環(huán)境。因此我們認為，下部磷塊巖形成海水深度較上部深，海水動力較上部海水動力弱。

膠磷礦兩種砂屑，內(nèi)含原生黃鐵礦膠磷礦砂屑和與綠泥石混合的泥晶磷灰石（膠磷礦），均為貧氧條件下的產(chǎn)物。砂屑磨圓度良好，表明其搬運距離較遠，而脈石陸屑礦物主要為長石，次為石英，其磨圓度差，表明其搬運距離不長，說明磷塊巖堆積位置距離古陸不遠。礦物學和巖相古地理特征表明了成礦的古地理位置和海水動力，另外，磷塊巖普遍呈現(xiàn)出磷品位下低上高的的特征，表明了次生富集作用的存在。結(jié)合前人關于“上升洋流”提供物質(zhì)來源（東野脈興，1996）以及物理富集過程（葉連俊等，1989）的成礦理論，我們建立了以巖相古地理為主導因素的成礦模式圖（圖5）。

由上升洋流將深海富磷質(zhì)的海水逐漸向大陸邊運移，在運移過程中吸收了大量火山物質(zhì)SiO2、F，在適宜的條件下與陸棚較深處的軟泥一起沉積，形成硅磷質(zhì)軟泥，經(jīng)固結(jié)成巖。由于海流的作用將已成巖的磷塊巖重新攪動沖刷起來，被運送至濱海地帶，濱海地帶受構(gòu)造控制的海灣、海盆是磷質(zhì)碎屑堆積的有利場所（葉連俊等，1989）。當時康滇古陸氣候干旱，大量陸源碎屑搬運至大海，與磷質(zhì)砂屑混合，在波浪、潮汐作用下，含磷沉積不斷受到水動力改造，按粒級分選富集，由于當時沉積介質(zhì)水動力大小不一，基質(zhì)被簸選的程度不同，從而形成不同粒級、不同膠結(jié)類型、不同品級的磷塊巖。

圖5 漢源磷礦區(qū)成礦模式圖

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Geological Characteristics and Metallogenic Model of Yizishan Phosphate Ore Deposit in Hanyuan County, Sichuan Province

BAI Jin-chun1,2LONG An-ju1LI Xue-mei1

(1-No.606 team of Sichuan Bureau of Metallurgical Geology and Exploration, Chengdu 611730; 2-College of Earth Science, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

The phosphorite in Hanyuan Sichuan Province formed in Late Meishuncun Formation, early Cambrian, belong to shallow sea sedimentary deposit. In this paper, geological background, geological characteristics, and lithofacies characteristics of Yizishan phosphate depost, were reported. Combined with the analysis of major elements of samples in the phosphate deposit, the source characteristics of ore-forming materials of phosphorus rocks in the mine are summarized. The genesis of the deposit is discussed and the metallogenic model dominated by lithofacies palaeogeography and source is established. This study summarizes the deposit characteristics of Hanyuan phosphate deposit and has important guiding role for further theoretical research and prospecting practice

Hanyuan phosphorite deposit; Yizishan; Qiongzhusi Formation; deposit geology; metallogenic model

P611.2+2

A

1006-0995（2022）04-0574-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.006

2021-12-21

白進春（1986— ），男，四川三臺人，高級工程師，研究方向：地質(zhì)調(diào)查與評價