中国海相磷块岩区域成矿规律研究

中国海相磷块岩区域成矿规律研究

扬子地块晚景岱世陡山岩期和早寒武世梅树村期不仅是中国最重要的两个磷期，也是世界两个重要的磷期。陡山沱期磷块岩产出层位为新元古界震旦系上统陡山沱阶,同位素年龄距今650～700±30Ma,空间上,主要分布于扬子地块东至东南缘。而梅树村期磷块岩主要产于扬子地块西缘,产出层位为古生界下寒武统梅树村阶,同位素年龄为610±10～573±7Ma。这两个成磷期除时代层位与分布不同外,其它一些地质与成矿规律等基本特点近乎一致。1含磷岩石系统法陡山沱期与梅树村期两个含磷岩系具有十分清晰的一致性,为阐述这种规律,首先分别列述两个含磷岩系地层剖面:1.1矿物学及矿物特征陡山沱期是我国也是世界主要成磷期之一,磷矿累计探明储量68.7亿t,占我国磷矿石总储量的40.9%。陡山沱阶磷矿主要分布于鄂西、湘北、湘西、黔中地区,在扬子地块东部及东南缘构成四大聚磷区(图1)。陡山沱阶含磷岩系在扬子地区有很大的一致性,分布比较稳定、变化不大。含磷岩系底界,一般以区域性稳定的“含锰白云岩,白云质底砾岩”为标志,习称下标志层;顶界一般以“含竹叶状磷块岩砾屑、卵形白云质砾屑及硅质、磷质核形石和硅质条带或团块泥质白云岩”的稳定标志层(习称上标志层)顶面为界。典型剖面在湖北荆襄胡集王集和兴神磷矿区发育较完整,研究最详细,据湖北八队和笔者综合研究列述如下:上覆地层:震旦系灯影阶白云岩陡山沱阶(共分11层)总厚101～242m11.泥—粉晶白云岩:灰—深灰色,纹层—薄层状构造,泥—粉晶结构,由93%的白云石及少量的水云母、绢云母、高岭石、黄铁矿、有机质组成。含有少量的不规则的云质硅质团块或扁豆体,龙会山矿段局部含碳质较高。一般厚28m。10.第四含磷层(ph4):主要为灰—灰黑色含结核细粉晶白云岩,水平层理发育,含少量黑色含磷硅质结核,直径一般小于1cm,含SiO276.41%,P2O53.20%。顶及底部各有一层砾屑核形石磷块岩,由磷质砾屑、砂屑、磷质核形石、豆粒组成。砾屑形状不规则,砾径一般2～4cm。核形石呈球形及椭圆形,大小在0.1～6mm之间,核心及同心层纹清楚,一般1～3圈,为奥赛基核形石(Osagia)。砂砾屑及核形石相互混杂,云质胶结,磷块岩均不同程度遭受硅化作用,P2O5含量降至10%以下,顶及底部矿层厚均匀,为0～2m,一般小于1m,比较稳定,底面为冲刷面,为良好的标志层。9.细粉晶白云岩:灰—深灰色,薄—中厚层状构造,水平层理发育。细粉晶结构,主要由白云石组成(90%)。岩性变化较大,局部含少量黑色磷质砂屑及硅磷质结核,在放马山矿段的上部岩性相变为粒状粉晶白云岩及紫红、灰色泥质硅质白云岩,白云岩底部见有大型板状斜层理,其底界为冲剧面。该层一般厚25m。8.第三磷矿层(ph3):由灰—灰黑色砂岩状及互层状磷块岩组成,常夹粉晶白云岩薄层。具薄层状、条带状构造,细—粗砂屑结构。磷块岩中沉积构造十分发育,主要有微波状层理、透镜状层理、微型斜层理、人字型层理、再生作用面、冲刷坑槽等,其中大峪口矿段所见最为典型,向北、西、南三个方向发育程度逐渐减弱。另外在龙会山—放马矿段浅部,矿层上部断续发育滑动层理,磷块岩普遍遭受硅化,且颗粒愈粗硅化愈强。磷块岩中的核形石为微小奥赛基核形石(OsagiaminutaZ.Zhur)。磷块岩中尚见有少量的藻类化石,有较小奥勃鲁契夫藻(ObruchevellaminorZ.Zhamg)管藻(Siphonophycussp.)及保存不好的球状体化石。此外还有红藻。该矿层主要分布于王集矿段,以矿区中部厚度最大,向北、西、南三个方向逐渐变薄,厚0.86～30m,P2O516%左右,属贫矿石。该层矿是物理作用的产物,为内碎屑磷块岩。该层矿在鄂西黔中成矿带其它矿区不存在。7.含磷砂屑泥晶白云岩:灰黑色、薄层状、纹层状构造,水平层理发育。岩石由22%的硅化磷质核形石砂屑、硅化磷质砂屑,73%的泥晶白云石及少量的白云石藻球粒组成。砂屑中以硅化核矿石砂屑为主(占16%),可见同心层纹,大小在0.1～0.3mm之间,外缘略有破损,滚圆到次棱角状。磷质砂屑尚可聚集成条带或薄层夹于岩层中。此外,岩石中含有较多的黑色硅磷质结核,形状较圆,大小在1cm以下,分布不均。放马山—熊家湾矿段,顶部尚含少量铁质。该层一般厚26m。6.第二磷矿层(ph2):由上部深灰色团粒磷块岩及下部黑色泥质条带状磷块岩组成,以黑色泥质条带状磷块岩为主,呈薄层状、条带状,由黑色凝胶团粒磷块岩条带与泥质条带相间排列而成,水平层理发育。在大峪口底部见有0.1～0.2m厚的含锰粉晶白云岩。该层矿为主要工业矿层之一。该层底界面凹凸不平,界面之上见有硅化含砾屑白云岩及局部分布的次生硅质岩、砂岩,与下伏不等粒白云岩有沉积间断。5.不等粒白云岩:浅灰色,以厚层状构造为主,在牛心寨矿段尖山一带,还见有薄层—条带状构造,局部见交错层理。由于重结晶作用,岩石结构不均匀,为粉晶—细晶结构,粒径大多在0.1～0.3mm之间,主要由白云石(85%～91%)组成,其中混有少量粒径为0.1～0.8mm的磷质、云质砂屑。该层含有较多的白色燧石和肉红色磷块岩的团块及条带。在王集矿段及腰子山一带,下部尚夹有一薄层泥质条带状磷块岩。在龙会山、大峪口、腰子山等地见有大型孤立的柱状叠层石(?)及不同类型的小型叠层石,且部分叠层石的生长基底为下伏第一磷矿层。二者的分界线为波状起伏的不规则界面。本层层位稳定,但厚度变化大,在4～89m之间。4.第一磷矿层(ph1):肉红、灰黑等色,自上而下由致密状、云质条带状、泥质条带状磷块岩组成。纹层—条带状构造、叠层石构造。叠层石主要有粗大贝尔叠层石(BaicaliaamplaSemikhatov,1962)、米罗拉多锥叠层石(ConophytonmiloradoviciRaaben)宜城锥叠层石[ConophytonyichengensisCao(f.nov.)]、土瓦瘤结—柱状叠层石(Compactocollenialtuvensiskor)、微小贝加尔叠层石(Baicaliaminutakomar)、云南团粒核形石(VolvatellayunnanensisCao)。在垂向上叠层石主要发育于矿层的上部,在横向上,以牛心寨矿段最为发育,次为龙会山、大峪口等地,总趋势是由北而南逐渐减弱。叠层石的分布具有层礁性质,在腰子山、偏头山等地见叠层石堆砌成斑礁,直插入矿层顶板之中。叠层石主要由凝胶团粒磷块岩,次为粉晶白云岩,二者呈条带或团块相互叠置组成。叠层石体间充填物以砂屑白云岩、粉晶白云岩为主,次为少量的磷质砂屑、团块。该矿层分布于全区,矿体形态、厚度、结构变化均较大,厚0～23m,为主要工业矿层之一。3.页岩及含锰粉晶白云岩:页岩以黑色水云母页岩为主,纹层状,水平层理发育,层面平整易裂开。主要由水云母(77%)及多水高岭石(20%)组成,另含少量星散状黄铁矿及陆源碎屑(1%),含K2O2%～6.9%;含锰粉晶白云岩,薄层—中厚层状。在王集矿段页岩最厚,可达77m,仅顶部有薄层含锰粉晶白云岩;牛心寨矿段除腰子山、偏头山等地外,为单一的含锰粉晶白云岩分布区;其余地段主要为杂色页岩,含锰粉晶白云岩呈薄层状夹于页岩之中。该层明显受沉积前原始基底地形控制,厚度变化较大,在0～85m之间。2.含锰粉晶白云岩:灰色、风化呈褐黑色,薄—中厚层状,粉晶结构,由95%以上的白云石组成,微含锰(含MnO0.62%)。龙会山矿段,底部局部为含砾白云岩。该层层位稳定,但厚度变化较大,0～19m。1.叠层石含锰白云岩、含砂泥质白云岩、重晶石岩:白云岩中叠层呈丘状,位于该层中部,其上下均有3～20cm厚的重晶石岩,下部为含砂泥质白云岩,厚2～5m。——————假整合—————下伏地层:下震旦统南沱组冰碛砾岩与冰水沉积的砂岩、页岩。剖面中有四个磷矿层,其中第四矿层不构成工业矿层,但具层位意义。第三磷矿层在全扬子地区只在存于荆襄磷矿的个别矿段,鄂西的宜昌、兴神保以及湖南、贵州各矿均不存在。第三层矿本身见有斜层理等原生沉积构造,磷酸盐颗粒为次滚圆到次棱角的内碎屑,是物理作用的产物,区域上不具普遍性,而第一、二层矿则全扬子区普遍存在,是两个具重大工业价值的矿层。矿层本身不见物理作用的原生沉积构造,磷酸盐颗粒多以团粒、壳粒等微生物颗粒为主,是生物与生物化学作用的产物。两个工业矿层区域对比是,鄂西称第一磷矿层(ph1)和第二磷矿层(ph2),在湘西称下含磷段和上含磷段,在黔中称a矿层和b矿层。1.2矿层地质特征梅树村期也是我国和世界主要成磷期之一,探明磷矿储量75亿t,占我国磷矿总储量的44.6%。含磷岩系包括渔户村组待补段、中谊村段、大海段和筇竹寺组八道弯段(表1),中谊村段和八道弯段各含2个工业矿层,但两段磷矿类型和分布有很大差异。渔户村组中谊村段磷矿主要分布在扬子地块西缘,北起四川的清平、绵竹,向南经马边、雷波,再向南到东川、会东、会理,直到滇东止于玉溪南部。在清平—绵竹、汉源—乐山、马边—雷波、会东—东川、富民—华宁地区形成五大聚磷区(图2)。我国下寒武统标准地层在滇东,现综合滇东、川中主要成矿带梅树村阶磷岩剖面如下:梅树村阶含磷岩系以滇东最为典型,共划分11层。上覆地层:筇竹寺组玉案山段页岩筇竹寺组八道湾段11.泥质粉砂岩,白云质粉砂岩,底部含海绿石结核状磷块岩,厚9.5m,产小壳化石Allathtca.Eonovitatns等。10.第四磷矿层:深灰—灰黑色白云质砂质磷块岩、白云质粉砂岩、含磷粉砂岩,本层在川中汉源形成工业磷矿层,磷块岩含钾长石和白云石较高,含K2O3%-7%,P2O58%～24%,磷块岩为内碎屑结构,矿层内有斜层理,是物理作用的产物,厚8.7m。9.上部为含磷粉砂岩,白云质粉砂岩,具波状透镜状层理,下部为中厚层粉砂岩夹粉砂质粘土岩,厚17.5m。8.第三磷矿层:砂质磷块岩,含磷砂岩,岩屑砂岩,下部为砂质粘土岩,凝灰岩,本层在汉源形成有工业矿床,矿层内见大型板状斜层理,磷酸盐粒为内碎屑颗粒,具物理作用特点。P2O58%～20%,K2O4%～6%。厚5.4m。渔户村组大海段7.细晶白云岩夹白云质泥岩,上部为瘤状含泥白云质灰岩,厚46.7m,产小壳化石Turcutheca.Circotheooa等。渔户村组中谊村段6.第二磷矿层:上部为深灰色白云质条带状磷块岩,中部为白云质条纹状磷块岩,即由白云岩与磷块岩薄层与纹层组成的互层,下部为硅质磷块岩夹硅质岩。白云质条带与条纹磷块岩含P2O522.6%,硅质磷块岩P2O516.4%。厚3.3m。该层矿为主要工业矿层之一。5.灰白、黄灰色层纹状含磷水云母粘土岩,有的矿区为含磷白云岩,厚度在滇、川各矿区不等,由不足1米至7.2m,一般0.3～1m,P2O55%～13%,该层为标志层,是第一与第二矿层之间的夹层,该层全区比较稳定。4.第一磷矿层:上部为白云质条带与条纹磷块岩,厚0.37m,含P2O516%～20%,中部为黑色致密块状磷块岩,厚3.82m,含P2O538.3%,下部为白云质条带磷块岩,白云质条带厚5～10mm,磷质条带厚3～5mm,厚2.8m,含P2O518%左右。该层矿为主要工业矿层之一。渔户村组待补段3.深灰色薄至中层硅质岩、灰色薄至中厚层白云岩、白云质粉砂泥质灰岩等,顶部灰色薄层白云岩夹硅质岩,中部黑色中层状硅质岩夹灰色薄层白云岩,下部白云粉砂泥质灰岩与硅质岩互层。厚4.0m。2.灰色、深灰色薄至中厚层白云质灰岩夹黑色薄层硅质岩。底部5m左右为薄层硅质岩夹白云质灰岩和一层1m厚的黑色碳质页岩。厚46.0m。1.下部黄灰色(风化色)薄层钙质泥岩夹灰黑色中层硅质岩,中部两者为互层,上部则过渡为硅质岩夹钙质泥岩。厚13.4m。下伏地层:渔户村组小歪头山段白云岩。厚7.4～10.2m。梅树村阶含磷岩系全貌与陡山沱阶含磷岩系基本一致,所含四个磷矿层中的第三、第四层矿的地质特征和沉积环境与陡山沱组的第三层矿相似,属于物理作用形成的中低品位内碎屑磷块岩,而且其分布也仅局限于四川汉源一些局部地区,与陡山沱组第三层矿仅局限于湖北荆襄一样,没有全区性和代表性,也不是主要矿层。而第一、二层矿则稳定的分布于川中滇东成矿带,构成两个主要的工业矿层。从上述两个标准剖面中可以清晰的看到如下共性或规律:两个含磷岩系均由11个分层组成,各分层相互对应,岩石组合、层序、矿层特征等都十分一致;按地层组合、原生沉积构造和沉积特征等,含磷岩系可划分为4个沉积旋回,第1～4分层为第一旋回,第5～6分层为第二旋回,第7～8分层为第三旋回,第9～11分层为第四旋回,每个旋回上部以含磷矿层为其特征;第4、3两个旋回沉积作用能量较大,物理作用明显,所形成的磷矿层分布局限,规模小,品位低,第2、1两个旋回沉积作用能量较弱,生物成矿作用为主导,形成具有重大工业意义的矿层,这是本文重点讨论的对象,本文以下论述的磷块岩区域成矿规律,均指这两个重要工业矿层。2陡山东南角缘成矿带内第一、贫困陡山沱期与梅树村期都形成四个磷矿层,即前叙含磷岩系剖面中第4、6、8、10层,其中第10层(即第4含磷层)只有层位意义,一般不形成工业矿床,第4、6层,即第一层和第二层是两个具有重大工业价值的工业矿层,在两个成矿期的各自成矿带内普遍发育。陡山沱期在扬子地块东南缘的鄂西黔中陆缘坻上形成鄂西、东山峰、湘西、黔中四大聚磷区。梅树村期在扬子地块西缘的川中滇东陆缘坻上形成华宁富民、会东东川、马边雷波、汉源乐山、清平棉竹五大聚磷区。两个成磷期的第一、二两大磷矿层的一个重大沉积地质规律是在陆缘坻上形成有规律的迁移沉积。例如陡山沱期第二层矿在鄂西黔中陆缘坻上由中部向两端迁移,并形成富矿;梅树村期两层矿由于川中滇东陆缘坻西部存在几个岛陆,上升洋流有几个入口,使得二层矿的迁移复杂一些,总的都是上升洋流抵达陆缘坻后,沿陆缘坻向两端形成二个分支海流,第二层矿随海流发生迁移沉积(后有详细叙述)。3研究对象的选取陡山沱期与梅树村期磷块岩矿石自然类型十分相似,主要有五大类型:(1)致密块状磷块岩此种磷块岩在大多数矿区均有出现,常与其它类型磷块岩构成一定序列类型(后述)。单层厚度几厘米到7m不等,一般几十厘米到3m,这种致密块状磷块岩均是富矿,P2O5大于30%,它由叠层石磷块岩与壳粒磷块岩两种亚类构成,而且都是生物作用形成的磷块岩(东野脉兴、郑文忠,1992),梅树村期此种磷块岩在下矿层含量多于上矿层,陡山沱期此种磷块岩在上矿层的比例要多于下矿层,而且在鄂西—湘西—黔中磷矿带,越向两端,含量越多。致密块状磷块岩中的叠层石磷块岩更富,但所占比例小于壳粒磷块岩。叠层石磷块岩实际上是生物礁,它的沉积特征不明显,而壳粒磷块岩常夹纹层状的白云质磷块岩,所以显现层理,成为白云质纹层状磷块岩,尤其风化面上纹理更清楚,这是致密状磷块岩的又一重要特征。(2)白云质条带状磷块岩白云质条带状磷块岩是分布最多最广的一种类型,几乎在所有矿区都存在,而且所占比例最多,但在下层矿所占比例要高于上层矿。它是由薄层状磷酸盐岩与白云岩组成的互层而形成的条带,单个条带厚一般1～3cm。白云质条带磷矿层的厚度各矿也不同,由几米到30m不等,一般3～15m,P2O5含量依磷质条带的厚度及含量多少而异,一般12%～22%。(3)泥质条纹磷块岩该类磷块岩由纹层状泥质与纹层状磷质互层组成,总的特点是成几毫米厚的纹层状,其分布常与泥质条带磷块岩共生,这在鄂西兴神保磷矿尤为显著,泥质条纹磷块岩另一特点是磷质条纹厚于泥质条纹,因此品位也高些,P2O5一般在18%～26%左右。第三是该类磷块岩含量少于泥质条带磷块岩,单韵律厚一般0.5～2m。纹层状磷块岩还有一个特点是当泥质纹层很少时就显现块状,成为含泥质的块状磷块岩。(4)泥质条带磷块岩该类磷块岩没有白云质条带磷块岩分布广泛,有的矿区缺失。泥质条带磷块岩由磷质薄层与泥质薄层的互层组成,单个薄层(条带)厚一般1～3cm,常与其它类型磷块岩形成韵律。厚度0～15m,一般2～5m。(5)其它类型磷块岩主要指团块状、豆状、结核状等磷块岩,分布局限,规模小,品位低,一般不构成工业矿体,是很次要的类型,所以不详细叙述。上述五种类型中前四种为主要类型,特别是两个主要工业矿层中的类型,这四种类型在剖面上呈有规律的序列,上述叙述的顺序就是剖面上自上而下的序列。这四种类型发育较全的是陡山沱阶磷块岩,而且有一个十分清楚的、规律性十分明显的多元双结构性质,所谓多元,指工业矿层、单个矿层非磷组成分递变、两个韵律单元,具体为:①在鄂西黔中成矿带上普遍发育上、下两个工业矿层;②上、下每个工业矿层均由块状磷块岩(含白云质条纹)—白云质条带磷块岩—泥质条纹磷块岩—泥质条带磷块岩这四大主要类型磷块岩构成,在剖面上这种自然序列中,下部为泥质磷块岩(泥质条带、条纹磷块岩),上部为白云质磷块岩(即白云质条带、块状磷块岩),由下至上表现了由泥质到白云质的双组分递变规律;③上、下双组分单元中,每个成分单元又由下部条带状和上部条纹状(或纹层状)构成的独立韵律单元组成。我们将陡山组磷块岩的双工业矿层、双成分单元递度、双韵律层这种多元双结构性质称之为“双结构模型”。这种双结构模型是工业磷块岩矿床的普遍特征和规律,双结构模型发育越完整,矿就大而富,例如鄂西黔中陡山沱阶成矿带,鄂西与黔中地区双结构模型发育、矿大而富,而湘西地区双结构模型发育差,矿规模小品位低;再如川中滇东梅树村阶磷块岩成矿带,双结构模型发育不全,矿大但品位不高(指原生矿);甚至我国另一个主要成磷期的古元古代锦屏期磷矿,在中期地台的东缘构成4000km的巨大成矿带,虽然变质较深,但这种双结构模型在有的矿区也是清楚的(如锦屏东山),但全矿带发育程度较差,矿的规模与品位远不及陡山沱期磷矿。4磷质/泥基质磷块岩组合成矿陡山沱期与梅树村期磷块岩的结构类型也完全一致,都有微粒结构、团粒结构、壳粒结构三大原生结构类型,还有粒屑结构即内碎屑结构磷块岩以及核形石结构磷块岩等类型,但与前三种比较,已属很次要的类型。(1)微粒磷块岩微粒磷块岩是由粒径为0.05～0.5μm的磷灰石超微颗粒(即胶磷矿)构成。显微镜下表现为色浅质纯,分辨不出颗粒,呈均质性,常见收缩裂纹。磷酸盐矿物含量达85%以上,含少量泥质、白云石、硅质、有机质、铁质、碳质等,富含菌藻类微生物化石。(2)团粒磷块岩主要由磷质团粒或藻菌粒和泥基质或磷基质组成。团粒是由不同类群的磷质微生物宿营粘结在一起形成的集团——群落。在电镜下,团粒内部可见到细胞、藻丝体等。当所含的藻菌、有机质呈不规则同心纹状分布时,则称藻菌粒。团粒粒度较均一,一般为0.3～0.6mm,呈浑圆状、不规则状,颗粒边缘模糊不清,团粒呈紧密堆积,颗粒间彼此粘结,具似粒非粒之特点,在正交镜下可隐约见到颗粒界线。团粒间多以粘土矿物或磷基质充填,有时可见少量硅质。团粒含量一般50%～90%,常见有5%～10%的陆源碎屑掺合。(3)壳粒磷块岩主要由磷质壳粒、磷基质或磷亮晶胶结物组成。壳粒是由核心和壳层两部分组成,核心为各种磷质颗粒,其中以团粒为主,其它碎屑也可以成为核心;壳层为垂直核心生长的纤维状磷灰石组成。壳层厚0.02～0.07mm,具同心纹结构,同心纹一般1～6层,呈层纤状,壳粒间为磷基质或磷亮晶胶结物,当壳粒紧密堆积时,其充填物多为磷基质,有时为白云石充填。壳粒含量一般60%～90%,常有少量陆源碎屑掺合。(4)内碎屑磷块岩该类型磷块岩主要由磷质内碎屑组成,分布局限,仅在荆襄第三层矿(ph3)和汉源磷矿构成较厚但贫的矿层,其它矿区不具工业价值。内碎屑主要是砾屑和砂屑,以砂屑为主。内碎屑具磨蚀痕迹,一般砂屑较砾屑的分选性、磨圆度高。内碎屑常呈椭圆状、扁豆状、长条状及塑性变形的不规则状,略具定向性排列,长轴基本平行层理。粒间充填物多为白云石。(5)核形石磷块岩主要分布在第四层矿中,核形石大小不一,小者2mm,大者可达35mm。同心纹层是由富藻层与富屑层互层组成,呈不规则状,弯曲、皱纹、波状,宽窄不一。此类型常与磷质内碎屑共生,充填物多为白云质、硅质。硅化较强。5磷块岩的组分梅树村阶磷块岩与陡山沱阶磷块岩的矿物组成十分近似。磷酸盐矿物有胶磷矿1(碳氟磷灰石)、层纤状微晶磷灰石、纤维状磷灰石、亮晶磷灰石和重结晶柱粒磷灰石以及次生银星石、磷铝石等,其中以前两种为主。非磷酸盐矿物主要有白云石、方解石、粘土类矿物及玉髓,其次有黄铁矿、海绿石、重晶石、天青石、石膏、有机质等,此外还有陆屑矿物长石、石英、辉石及岩屑等。矿物组合中各类矿物含量的多寡,因岩石类型而异,如块状磷块岩的主要组分是胶磷矿(碳氟磷灰石),白云质条带状磷块岩主要组分是胶磷矿和白云石,泥质条纹与条带磷块岩的主要矿物组分是胶磷矿与粘土矿物。磷酸盐矿物本身又可分为五种,一种是胶磷矿,在扫描电镜下呈0.05～0.5μm的超微颗粒;第二种是层纤状微晶磷灰石;第三种是纤维放射状—粒状磷灰石;第四种是成岩作用形成的亮晶磷灰石;第五种是重结晶或次生显晶质磷灰石。上述五种磷酸岩矿物中以前两种为主,后三种含量很少。陡山沱期与梅树村期磷块岩的化学成分十分一致,主要成分为CaO+P2O5,按不同矿石与结构类型从68%～85%变化不等,致密块状自然类型与壳粒结构者含量高,CaO+P2O5大于77%,条带状磷块岩CaO+P2O5小于77%。含F-2.46%～7.44%,CO22.25%～5.10%。以上是磷矿石矿物的主要组分。非磷质化学成分主要有硅、铝、钠、钾、铁等,其中SiO2在4%～15.5%之间,代表硅矿物化学成分,其它均在2.8%以下至0.12%,主要是粘土类矿物的化学成分。磷块岩化学成分主要反映磷酸盐矿物、硅质与粘土类矿物化学成分特点。6宏观与微观沉积序列陡山沱期与梅树村期各有两个主要工业矿层,即前述的第一与第二矿层。这两个矿层都是由致密块状磷块岩(Ⅳ)—白云质条带磷块岩(Ⅲ)—泥质条纹磷块岩(Ⅱ)—泥质条带磷块岩(Ⅰ)组成的,而且这四种类型在剖面上构成规律的序列,即自上而下为Ⅳ—Ⅲ—Ⅱ—Ⅰ的序列。这种序列中又包含着有三大结构类型的有规律序列。在剖面上自上而下为壳粒磷块岩(C)—团粒磷块岩(B)—微粒磷块岩(A)。这种结构序列与自然类型序列有内在的成生联系(图3)。(1)宏观沉积序列陡山沱期、梅树村期磷块岩都有四大自然类型和序列规律。两大工业矿层(ph1、ph2)由下至上均依次出现泥质条带状磷块岩(Ⅰ)、泥质条纹状磷块岩(Ⅱ)、白云质条带状磷块岩(Ⅲ)、致密块状磷块岩(Ⅳ)。但由于古地理和沉积环境的制约,这种沉积序列有时发育不全,它们中间可缺失一到两个单元,但它们仍保持这种序列特征,如鄂西兴神磷矿郑家河矿区的ph2矿层就表现为Ⅰ—Ⅲ和Ⅰ—Ⅳ的两个不完整序列,前者缺失了Ⅱ和Ⅳ,后者缺失了Ⅱ和Ⅲ。(2)微观沉积序列通过大量的磷块岩薄片观察,发现磷块岩在微观上也表现出较强的沉积序列规律,即不同结构的磷块岩在沉积层序上有规律的自然叠置,沉积序列由下至上为:微粒磷块岩(A)—团粒磷块岩(B)—壳粒磷块岩(C)。这个沉积序列在鄂西各磷矿尤为典型,其中瓦屋矿区最为发育。当发育全时,A—B—C完整,甚至A—B—C这种沉积序列可多次重复出现,当发育不全时,A—B—C也可缺失一个或两个单元。上述矿石自然类型的宏观序列与矿石结构类型的微观序列之间也有一定的构成关系,即宏观矿石自然类型序列的每一单元由若干微观序列的结构类型组成,如泥质条带状磷块岩(Ⅰ)中,是以A、B为主,C次之;在泥质条纹状磷块岩(Ⅱ)和白云质条带状磷块岩(Ⅲ)中,则以B为主,A次之;在致密块状磷块岩中以C为主,A次之。笔者所划分的微观序列的每一个结构单元,只是以该单元为主(>50%),其中还可以划分若干显微结构序列,如图3,瓦屋矿区ph1矿层中的Ⅰ中,C单元和A单元均由毫米级的结构序列组成,在基质或胶结物的成分上,也具有一定的序列特征,由下至上为泥基—磷基—云基(云亮晶)—磷亮晶,反映了水体能量逐渐增强。基质序列变化与上述结构类型单元(A、B、C)有密切的生成联系,A主要分布于矿层的下部,它常与泥岩互层;B中常见泥基—磷基有顺序的出现,向上可以出现云基;C中主要是磷亮晶胶结物。研究表明,颗粒与基质两种序列的有机结合,在剖面上(由下至上)构成了一个明显的磷块岩序列:微粒磷块岩—含团粒微粒磷块岩—泥基团粒磷块岩—磷基团粒磷块岩—磷基壳粒磷块岩—云基壳粒磷块岩—壳粒磷块岩。磷块岩宏观上和微观上的这些沉积序列并不是孤立的,而是有成生联系和有规律的,反映了磷块岩在整个成矿过程中的演化趋势。磷块岩的这种沉积序列是磷块岩在形成过程中微生物、沉积环境、古地理等多元因素综合作用的产物。笔者将具备Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ—Ⅳ/A—B—C发育完整的序列称为完整型序列;而缺失其中一两个单元的称之为不完整型序列;单一内碎屑(N)或核形石(H)者构成的磷块岩为无序型。笔者研究发现,有序型特别是完整型序列,矿床规模大、品位比较高;不完整型,特别是无序型矿床规模小、贫。陡山沱期矿床有序型特别是完整型和较完整型占主要地位。而梅树村期矿床不完整型占主要地位,特别是顶部致密状磷块岩(Ⅳ)不发育,所以相对较贫。两个成矿期的两个主要工业矿层第一与第二矿层比较,第一矿层更发育些,相对稳定,规模大些,完整型序列较普遍。而第二矿层为完整型到不完整型序列,特别梅树村期第二层矿多为不完整型序列,但陡山沱期第二矿层由于迁移沉积明显,在鄂西—黔中陆缘坻南端形成以致密块状(Ⅳ)为主的富矿,并缺失第一层矿。内碎屑型(V)与核形石型(H)磷块岩为无序型,均为贫矿,前者只分布于四川汉源和湖北荆襄磷矿的第三矿层。核形石型磷块岩是第四矿层特别是陡山沱期第四矿的特有类型,但不构成矿体,没有工业意义。7磷块岩的形成与陆缘的关系磷块岩上升洋流成矿理论是卡查科夫(A.B.Kazakov)1937年提出的,到20世纪50～60年代,麦凯尔维(V.E.Mekelvey)和谢尔登(R.P.Sheldon)进一步发展了这个理论,其基本点是:①气候干旱和低纬度的辐散洋流上升地区是最有利的成磷地带,其一边是与大洋相连的深海盆地,另一边为低缓的陆地;②这种地区,在北半球为大陆的西岸和北岸,在南半球为大陆的西岸和南岸。这个理论正确的解释了成矿时的磷质来源和磷质由深海到达陆缘的动力机制问题,被大多数磷矿工作者普遍接受。但是,这个理论没有很成功的解决磷块岩堆积的具体地点及其构造古地理环境。在地质历史中,几乎各时代的大陆边缘都有洋流上升,但为什么只有少数时代和少数大陆边缘的局部地区有大规模工业磷块岩形成,多数时代和地区没有工业矿床沉积,这就是磷块岩堆积的地点问题,或者说堆积地区的构造古地理环境问题。笔者多年来研究我国三大主要成磷期的磷块岩,即华北地块东缘古元古代锦屏期磷灰岩和扬子地块晚震旦世与早寒武世磷块岩发现,工业磷块岩沉积在一个特定的地带:这个地带的位置是克拉通边缘、大陆边缘或陆棚带;这个地带具有相当大的地域,宽一般几十到几百公里,长几百到几千公里;这个地带不是一般概念上的台地,而是一个连接深海并与海岸平行的狭长台向斜;这个台向斜具有特定的地质构造、形态和地貌特点,构成一个独立的构造古地理单元,这个单元在地质构造上具有以断垒为主的相对活动性,地形较为复杂,形态上是一个不规则带状水下低缓山地,高耸地段有时出露水面,我们把这类独特的构造古地理单元称之为“陆缘坻”2(Luyuanchi)。陆缘坻一侧与深海相通,上升洋流由深海携带大量磷等物质上翻抵达陆缘坻,由于陆缘坻形态地貌上的特点使之成为上升洋流抵达大陆后的第一道屏障,流速减慢、温度升高、压力降低,磷质在化学与生物作用下滞留下来,磷等营养物质的增加,为生物特别是磷质微生物的繁衍提供了有利条件,也极利于生物成矿作用的进行,磷块岩在这里沉积形成大规模的工业矿床,是生物成矿作用的必然结果。因此可以说陆缘坻是生物特别是磷质微生物的繁衍场,是磷块岩的产床,是磷块岩最主要的成矿带。下面具体讨论各大成磷期磷块岩沉积的陆缘坻特点。7.1川中缅东陆缘早寒武世沉积期岩相古地理扬子地块西缘北起龙门山,经康定、冕宁、渡口、元谋到新平,呈南北向展布的上前寒武系变质杂岩,其片理为东西走向(图4),表明早前寒武纪地质构造线是近东西向的。晚元古代在墨江有蛇绿岩套,有洋壳向东的俯冲,晋宁运动后的早震旦世,康滇地区进入了一个新的裂谷发展时期,到晚震旦世才进入稳定地台发展阶段,构造以断裂为主,伴有宽缓的台隆和台凹。晚震旦世早期形成了康滇台背斜和东侧的川中滇东台向斜,这种构造上的隆起与拗陷同时也是地形地貌上的凸起与凹陷。晚震旦世广泛海侵后,台背斜大部被海水淹没,成为岛链,台背斜西侧拗陷很深,为滇青藏海槽。早寒武世早期,康滇台背斜东侧的川中滇东台向斜本身也有地貌上的凹凸特点,在富民华宁、会东东川、马边雷波、汉源乐山、清平绵竹等地为地貌上的凹陷区,其中间地区为凸起区。它们呈南北向展布,并大体成等距排列(图5),此乃是澄江运动南北向挤压应力而形成的次一级东西向的宽缓复背斜和复向斜带,构成独特的早寒武世沉积的构造古地理单元(图6),这就是川中滇东陆缘坻。早寒武世梅树村期,来自西部滇青藏深海的上升洋流到达该陆缘坻,将携带的磷等营养物质滞留下来,尤其在相对凹陷的地段形成大规模的磷块岩沉积,构成富民华宁、会东东川、马边雷波、汉源乐山和清平绵竹等五个聚磷区(图2)。而扬子地块以西的康定新平陆缘孤带(连接大洋的深水盆地)及其以西的优地槽区(大洋)则没有磷块岩沉积。7.2鄂西黔中陆缘连接扬子地块东南缘大陆架和大洋的是“江南隆起带”或“江南陆缘带”,该带在中元古代时是岛孤带,晚元古代时为大陆边缘,晋宁运动使江南隆起带褶皱造山,成为地块边缘隆起带,其西北侧为鄂西黔中拗陷带,开始了震旦系沉积。晚震旦世来自东南方向的华南洋的大规模海侵,江南隆起带几乎全部被淹没而成为水下高地,其西北侧的鄂西黔中拗陷带为主要沉积区,这个凹陷带与扬子地块西缘早寒武世川中滇东台向斜类似,也有次级宽缓复式背、向斜,形成鄂西、东山峰、湘西、黔中等四个大致等间距的凹陷,其中间地区为凸起区,这就是鄂西黔中陆缘坻(图1)。这样一种构造古地理样式,与早寒武世扬子地块西缘川中滇东陆缘坻十分类似。当来自东南部深海的上升洋流越过江南隆起带到达鄂西黔中陆缘坻后,洋流流速减慢并分成两支海流沿陆缘坻向其两端侵进,洋流携带的磷等营养物质在陆缘坻特定的地理、地貌控制下大量滞留下来,在整个陆缘坻普遍有磷酸盐化地层发育,并在陆缘坻的相对凹陷部位形成大规模的工业磷块岩矿床,构成鄂西、东山峰、湘西、黔中等四大聚磷区(图1)。7.3鄂东、苏-吉南金策陆缘在中朝地块具有陆缘坻条件的东缘形成有工业价值的巨大成矿带,由朝鲜北部东海岸金策经中国吉南浑江—辽东辽阳—苏北海州—皖中肥东—皖西南宿松—鄂东大梧,绵延4000多km,为世界古元古代最大的成矿带。其含磷岩系地层虽属冒地槽沉积,但从含磷岩系地层组合看,与陡山沱阶及梅树阶含磷岩系地层组合类似,也是主要由泥质岩白云质碳酸盐磷块岩组成,表现了大陆边缘浅海沉积特点,这个巨大的成矿带的构造古地理环境与上述扬子地块川中滇东陆缘坻、鄂西黔中陆缘坻类似,我们称之为鄂东苏北吉南金策陆缘坻。该陆缘坻本身为地向斜带,其东侧为地背斜带,滹沱期大面积海侵后,背斜带南部大部被水淹没,而北部淹没相对较少,甚至有朝鲜北部狼林、辽东半岛和山东半岛等地的几个水上的陆地或岛陆,鄂东苏北吉南金策陆缘坻本身几乎全部被水淹没,但由于来自北东—南西向的挤压应力作用,形成褶皱,从而有大致呈等间距分布的复式背、向斜分布,并在向斜区形成鄂东、皖西南、肥东、苏北、渤海(?)、辽阳、吉南、朝鲜北部金策等7个(或8个)大体等间距的聚磷区(图7)。三大成磷期陆缘坻还有一个共同的特点,就是它不直接濒临深海,中间总有一基底隆起地带相隔,当成磷期海侵后,边缘隆起带几乎全部或大部被海水淹没,或部分被淹没而成为岛链,又由于陆缘坻本身存在次级褶皱而形成若干大体呈等间距的背、向斜,这种背、向斜同时又是地貌上的凸、凹区,磷块岩主要沉积于凹陷区,因此陆缘坻上都有大致等间距分布的聚磷区。从世界其它国家和地