贵州瓮安磷矿岩石学及沉积序列研究
2022-02-01
来源:星星旅游
第21卷第2期 中 国 矿 业 Vo1.21,NO.2 2012年2月 CHINA MINING MAGAZINE Feb. 2O12 她黢投对 贵州瓮安磷矿岩石学及沉积序列研究 密文天 ,范 昱 (1.成都理工大学沉积地质研究院,四川成都610059; 2.中国石油化工股份有限公司西北油田分公司,新疆鸟鲁木齐830011) 摘 要:对贵州瓮安含磷岩系的岩石学特征及其与沉积环境的联系进行了研究,分析了各层位磷块 岩的结构构造、物质组分在剖面上的变化。其类型为碳酸盐岩型含磷岩系,磷块岩的各种结构类型显示 了不同的成因及沉积环境的差异。对瓮安穿岩洞剖面进行沉积序列的划分,将陡山沱组含磷岩系划分为 6个向上变浅的沉积序列。在海平面不断:升降的背景下,富磷海水伴随着上升洋流节律性地涌人浅水区 并发生沉积作用,具有纵向上的旋回性及多个序列的特点。 关键词:磷矿床;岩石学;沉积序列;贵州瓮安 中图分类号:P588.2 文献标识码:B 文章编号:1004—405【(2012)02—0051—04 Research on petrology and sedimentary sequences of phosphorites in Weng’an,Guizhou MI Wan—tian ,FAN Yu (1.Institute of Sedimentary Geology,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China; 2.China Petroleum and Chemical Corporation of Northwest Company,Urumqi 83001 1,China) Abstract:The Petrology Characterist cs of phosphatic series in Weng’an and its connection to the sedi— mentary environments were discussed.And the diversification in profile of the characteristics of structure as well as material components of phosphorites in each layer have been studied too.The type was carbonatite phosphatic series,varieties of structural types of phosphorite showed different causes and different sedimen— tary environments.With undertaking the partition of sequence stratigraphic on the Chuan Yan-dong section in Weng’an,the strata of the Doushantuo Formation may be grouped into six shallowing-upward deposi~ tional sequences.Because the sea level’S rising and falling constantly,the plentiful phosphatic seawater carried by upwelling oceanic currents ente・red into the shallow marine areas rhythmicly and deposited.The sediments had the feature of cyclic in the vertical and multiple sequentia1. Key words:phisphate deposite;petrology;sedimentary sequence;Weng’an Guizhou province 1研究背景 孔隙水作用,都对磷矿的形成起了作用_1],而成矿 磷块岩矿床可以理解为一种特殊的沉积相, 过程由多因素共同控制,不是简单的积累和演化。 把含磷沉积相内的相素序列或岩性序列规律称为 此外,不同时代、不同地区的地质构造背景及全 含磷岩系 ],作为一种独立的沉积体系或沉积物质 球的构造、气候条件等宏观背景,都对磷矿的形 集合,它是成磷作用和成磷环境的物质体现。对 成起控制作用。可见,磷块岩的形成涉及多种因 于成矿物质来源问题,有陆源或陆源汲取起主导 素。震旦纪是大规模的成磷期,而瓮安磷矿是其 作用的观点,也有人认为以深部热水或火山喷发 中的典型矿床。对瓮安含磷岩系的岩石学特征及 提供或吸附的磷质为主要来源,还有的认为由富 不同类型磷块岩形成的沉积环境进行研究,详细 含磷质的海洋生物提供。在成矿作用问题上,一 分析穿岩洞矿区实测剖面的沉积序列,进而深入 般认为,生物有机成矿、交代成矿、无机成矿和 探讨瓮安磷块岩的形成问题。 2矿区地质 收稿日期:2011一O6一O4 瓮安磷矿位于贵州省瓮安县境内,北起白岩 作者简介:密文天(1982一),男,汉族,山东人,博= 后,研究 方向:层控矿床。E—mail:miwentian1982@163.tom。 矿区,南至高坪矿区,南北长约20km,东西宽约 52 中国矿业 第21卷 3 km。矿区位于川黔南北构造带的白岩~高坪背斜 径为0.005~lmm之间l_1“],单偏光下无色透明, 分布于磷质颗粒间隙之中,可能比纤维状集晶碳 上,背斜褶皱呈近南北向展布,受新华夏应力场 的干扰发生偏转。磷矿产于震旦系陡山沱组地层 中,陡山沱组地层厚约10~75m,主要由磷块岩、 泥岩、硅质岩和白云岩组成。 氟磷灰石形成还晚,代表了成岩晚期生成的特点。 瓮安磷块岩中的伴生矿物,根据来源可分为 自生矿物、外屑矿物。自生矿物为沉积期及期后 形成的产物,其中黏土矿物十分常见,主要为水 云母类,它或作为磷块岩夹层,或在水动力条件 较差背景下进入颗粒磷块岩中成为填隙物。瓮安 磷矿中的黑色碳质磷块岩中,就有大量的黏土类 瓮安磷矿区内缺失奥陶纪、志留纪及石炭纪 等地层,出露的地层有板溪群清水江组、南华系 南沱组、震旦系陡山沱组和灯影组。背斜中部为 断层横截,分为南北两部分。陡山沱组地层上覆 于南沱组冰碛砾岩或者板溪群之上,呈假整合接 触,一些地段呈角度不整合接触 。据穿岩洞实测 剖面观察,自下而上分为三个岩性段:第一段为 下部含磷矿层,厚5.67m,厚度相对较小;第二段 为夹层段,厚约2m;第三段为上部含磷矿层,厚 约20m,主要由黑色块状磷块岩、白云质磷块岩和 白云岩组成。 3岩石学分析 3.1矿物组成 磷灰石矿物合成实验表明[3],即使有微量的氟 元素,结晶形成的磷酸盐矿物也将以碳氟磷灰石 矿物的形式产出,而不以纯氟或纯碳磷灰石的形 式产出。因此,在震旦纪上扬子区开放的具有流 通性的古海洋中,生成纯碳或氟磷灰石这种单一 矿物是不可能的。所以,瓮安磷矿的海相磷酸盐 矿物为组分连续变化的碳氟磷灰石。根据形态特 点,磷灰石分为非晶质碳氟磷灰石(胶磷矿)、纤 维状集晶碳氟磷灰石、粒状晶磷灰石及微晶碳氟 磷灰石…】]。胶磷矿,即凝胶磷块岩,在正交偏光下 呈均质体全消光,只有在电子显微镜下显示出超 微粒集合体,晶体形态多为粒状、柱状等,单晶 直径小于1p.m,而在手标本上为致密块状且看不 到构造特征;它是组成磷质内碎屑及磷质胶结物 的重要来源,一般通过生物化学作用形成。胶磷 矿经过重结晶作用,能形成微晶碳氟磷灰石,微 晶碳氟磷灰石略显光性,镜下呈隐晶一微晶集合体, 但轮廓模糊。 纤维状集晶碳氟磷灰石在镜下一般以放射状、 纤维状集合体环绕于磷质颗粒外垂直生长,或填 充于颗粒间隙间。它一般洁净透明,很少有杂质, 与颗粒之间有明显的界限,并能显示多世代的特 征。一般认为,它是成岩阶段在富磷孔隙溶液的 化学淀积下结晶而成 ],重结晶磷块岩中也有此 类磷灰石的发现。也有观点认为,它是微生物作 用的结果,常构成磷质核形石和鲕粒的圈层。粒 状晶磷灰石以粒状及短柱状为主,晶形完美,粒 矿物,其有机质含量很高并吸附了大量的微量 元素。 瓮安磷块岩伴生的最主要矿物是碳酸盐岩矿 物白云石,它是磷质颗粒的填隙物或胶结物,也 能自成夹层及条带。一种为沉积的原生白云石, 常成为白云质磷块岩的基质,另一种经次生白云 石化而形成。微晶白云岩一般显示低能和富有机 质的水体环境,表面较为浑浊;而亮晶白云石晶 形较好,常成为颗粒磷块岩的胶结物。白云石在 成岩作用中常被磷灰石所交代。在瓮安磷矿上矿 层中,常可见粉晶白云岩与磷块岩呈韵律产出。 瓮安磷块岩中的石英多为自生矿物,陆源输 入的石英砂粒很少。自生石英及玉髓多产出于瓮 安磷矿上下磷矿层之间的沉积间断面的硅质磷块 岩之中,为沉积期后硅化作用而形成。石英等可 以对磷酸盐矿物进行交代,如微晶石英交代磷灰 石时,表面常呈淡黄色调;对于晶粒较小的玉髓, 常作为磷块岩的基质或胶结物,它形成于水动力 较弱的深水环境;细晶质石英多呈短柱状自形晶, 常见于晚期成岩作用及次生石英脉中。 黄铁矿多出现在瓮安陡山沱组底层白云质泥 岩及下矿层的砂屑磷块岩中,以凝块状或团块状 产出,形成于成岩早期,反映了还原的沉积环境; 在瓮安陡山沱组底部的白云岩,有重晶石化的现 象。由于位于浅水台地内部,黔中瓮安聚磷区的 外屑矿物十分单一且含量较低。 3.2磷块岩结构类型 在结构类型方面,前人将磷块岩分为微粒磷 块岩、颗粒磷块岩和壳粒磷块岩三大类型,分别 对应凝结作用、粒化作用、敷淀作用三种沉积作 用 ]。瓮安磷矿中产出的胶磷矿,即属于微粒磷块 岩,结构致密,镜下可见收缩裂纹,属于静水环 境下凝结而成,波浪、水流等后期改造作用并没 用对其进行破坏。瓮安磷块岩中的颗粒磷块岩, 可以分为粒屑磷块岩及团粒、鲕粒磷块岩。粒屑 磷块岩主要是指弱固结或已固结的胶磷矿被外力 第2期 密文天,等:贵州瓮安磷矿岩石学及沉积序列研究 破碎形成“内碎屑”后重新沉积的磷块岩L5],与水 似层状白色硅质团块、硅质条带及白云岩,向上 磷质含量明显减少,反映了从潮下带一潮间带沉积 演化。 4.2第3~6序列 动力条件下的机械作用有关。瓮安磷矿的颗粒磷 块岩,按大小可分为砾屑磷块岩、砂屑磷块岩及 粉屑磷块岩;由于水动力的作用,其原生沉积构 造可见板状交错层理,或以横向搬运和垂向飘落 方式沉积,颗粒磨圆度好并呈定向排列,多形成 于潮间带的高能环境。团粒状磷块岩主要由磷酸 盐超微颗粒凝聚形成,形态近似球状,圆度很高, 由于密度不同而显示出不同的准同心层 ],其形成 此四个序列皆为碳酸盐岩与磷酸盐岩的韵律 沉积,潮汐韵律层理发育明显,构成了以潮下带一 潮问带沉积为主的向上变浅的沉积序列,沉积的 磷矿层相对于下磷矿层要厚很多。随着海侵范围 扩大,上升洋流携带富磷海水的涌入,为磷块岩 的水动力条件相对较弱,形成于弱一中等能量的 环境中。 Richard A D等认为,粗砾能被搬运的深度很 小,而细泥能被搬运的深度较大I6]。所以,粒度较 大的粒屑磷块岩一般产于浅水带,通过颗粒结构 类型能很好地指示沉积环境_7],粒度递变反映了水 动力条件的递变,从砾屑磷块岩到泥晶磷块岩是 一个完整的粒度递变的结构序列,它是在不同的 能量条件下经过冲刷、破碎、搬运及簸选后再沉 积而成,是机械物理作用的结果。从穿岩洞剖面 上的颗粒磷块岩粒度特征及沉积构造上,可以反 映不同的沉积环境。 4瓮安磷块岩序列 受南沱冰期时古地理地形控制,瓮安陡山沱 组磷块岩沉积于黔中古隆起的边缘,含磷岩系的 沉积基底凹凸不平,因此,瓮安磷矿北部的大塘 矿区与南部的穿岩洞矿区的沉积组合有所差异, 穿岩洞矿区南沱组为冰碛砂泥砾岩,陡山沱组缺 失地板段,直接沉积下磷矿层。可以分为6个向上 变浅的沉积序列。 4.1第1~2序列 第1~2两个沉积序列属于下磷矿层和夹层, 厚度较小。Marinoan冰期时,瓮安穿岩洞矿区地 形相对较高,因此沉积了一套冰碛砂泥砾岩而非 黑色粉砂质泥岩。在第1序列内,在冰水沉积物 基底上发育有黏土质磷块岩,存在水平层理,代 表最初的陡山沱期海侵作用的磷质沉积。其上依 次为泥质磷块岩或磷质粉砂岩、薄层状磷块岩 等,最上部白云岩化作用明显,为灰白色厚层的 白云质砂屑磷块岩,反映了从潮下低能带~潮问带 沉积,构成了首个向上变浅的潮坪旋回沉积 体系。 第2序列内,下部沉积物组成变化明显,下部 为黑色含泥的胶磷矿层,向上白云质逐渐增多, 形成砂屑磷块岩与白云岩的韵律互层,有平行层 理及波状层理发育;上部沉积有硅质砂屑磷块岩、 沉积提供了物质条件,含磷沉积物旋回反映了海 平面的波动频繁,这就为磷块岩的沉积不断补充 了成磷物质,形成了充分、持续的物源供给。 第3序列内,下部为黑色胶磷矿层,含黄铁 矿,其中碳质磷块岩有机质含量很高;中部为薄 层状粉砂质泥岩与碳质磷块岩互层,普遍含沥青 质,反映了深潮下带一盆地的沉积环境;上部为深 色砂屑磷块岩,多为平行层理构造,最上部为白 云质砂屑磷块岩,为潮汐水道充填构造,发育有 波状层理,为潮间带沉积环境。第4序列内,下 部为黑色薄板状碳质磷块岩,上部为灰白色硅质 砂屑磷块岩,硅质含量较高,该序列厚度较小。 第5序列内,下部为中层硅质磷块岩,并含少 量泥质,向上含磷组分逐渐增高,出现厚层状砾 屑及砂屑磷块岩,发育大量充填构造;随着海水 的加深,出现了硅泥质沉积物,属于沉积速率较 慢时期。上部为灰白色白云质砂屑磷块岩及磷质 砂屑白云岩,白云质组分逐渐升高,乃至顶部出 现灰白色厚层磷质白云岩沉积,显示了海水逐渐 变浅的趋势,从潮下带逐渐过渡到潮上带,水动 力的改造作用趋于明显。 第6序列内,下部为薄~中层含泥硅质磷块岩, 具有水平层理构造,磷质多为凝胶状,含有一定 的硅质条带,暗示磷块岩形成于深水的潮下带沉 积环境中。上部依次为白云质砂屑磷块岩、磷质 白云岩,磷质含量逐渐减少,内部仅有磷质条带 及条纹。总体为潮下带一潮问带的沉积环境。 5 结论 从矿物、岩石学及沉积环境等方面,对瓮安 磷矿穿岩洞剖面进行研究,得出以下认识: 1)在磷块岩矿石的化学组成方面,磷块岩富 集层主要是以P。O 与Ca0构成的磷酸盐矿物为 主,不同类型的磷酸盐矿物均属于碳氟磷灰石类 质同象系列。根据其结晶形态可分为非晶质的胶 磷矿及晶质的各种碳氟磷灰石两类;其他矿物以 黏土矿物、碳酸盐矿物及石英为主。 54 中国矿业 第21卷 2)瓮安陡山沱组磷块岩类型多样,主要有 凝胶状结构和颗粒结构两种结构类型,每种结构 特征与组分对应着不同的沉积环境。通过对瓮安 磷矿穿岩洞剖面进行沉积环境分析,将陡山沱组 地层划分为6个向上变浅的沉积序列,每个沉积 [3] 陈友明,王秀兰,韩秀伶.关于COi一进入磷灰石矿物的 条件和范围的实验研究[c].国际地质对比计划中国委员 会.第五届国际磷块岩讨论会论文集(1)[M].北京:地 质出版社,1984:354—363. [4] 盛章琪,周茂基.中国南方震旦纪磷块岩的岩石学Ec]. 国际地质对比计划中国委员会.第五届国际磷块岩讨论会 序列都代表了一个成磷旋回。随着海水升降变 化,上升洋流携带大量富磷海水进入瓮安地区的 浅水环境,在有利的成磷场所下形成了磷块岩 沉积。 参考文献 论文集(1)[M].北京:地质出版社,1984:229—240. [5] 东野脉兴,周宜忍,黄守英,等.扬子盆地磷块岩岩石学 及磷块岩序列[c].国际地质对比计划中国委员会.第五 届国际磷块岩讨论会论文集(1)[M].北京:地质出版 社,1984:283—299. I [6] Richard A D.Coastal sedimentary environments r M]。 New York:Springer—Verlag,1978. [1] 叶连俊,陈其英,赵东旭,等.中国磷块岩[M].北京: 科学出版社,1989. [7] 刘魁梧.贵州瓮安磷矿磷酸盐矿物与岩石学研究[c]// 国际地质对比计划中国委员会.第五届国际磷块岩讨论会 论文集(1)[M].北京:地质出版社,1984:319—334. [2] 周传明,薛耀松,张俊明.贵州瓮安磷矿上震旦统陡山沱 组地层和沉积环境[J].地层学杂志,1998,22(4):308 —31 4 米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米来米米米米 (上接第47页) [16] Shuman L M.Chimical forms of micronutrients in soils [M]//Mortvedt J J,Cox F R,Shuman L M,et at.Mi— cro—nutrients in Agricuhure.2nd Edition.Madison:Soil Science of America,1991:113—114. [19] Forster U,Mtiller G.Concentrations of heavy metals and polycyclic aromatic hycarbons in river sediments:geocjemi— cal background,man’s influence and environmental im- pact[J].Geojournal,1981,5:417—432. [zO] F6rster U,Ahif W,Calmano W,et a1.Sediment criteria development—-contributions from environmental geochemis—_ [17]LeClaire J P,Chang A C,Levesque C S,et a1.Correlations between zinc uptake and extracted soil zinc fractions EJ]. Sol1 Science Society of America Journal,1984,48:509 try to water quality management.In:Heling D,Rothe P, F?rster U,et al(ed)Sediments and environmental geo— 513. chemistry:selected aspects and case histories[J].Spring— er—Verlag_Berlin Heidelberg,1990:311—338. [18] Mailer G..Schwermetalle in den Sedimenten des Rheins- Ver?nderungen seit 1971[J].Umsch Wiss Teeh,1979, 79.778——783. [21] 中国环境监测总站.中国土壤元素背景值[M].北京:中 国环境科学出版社,1994. 米米来米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米来米米米米米米采米米栗来米米 (上接第5O页) 地区可成立专门的管理机构。 五是做好研究评估工作。必须以科学的态度, 做好地质灾害危险性评估工作,开展地质灾害防 治项目可行性研究,并向社会公开相关内容。换 二是保障安置用地。建议对地质灾害搬迁避 让实行优惠土地政策,对安置用地增列专门计划 指标。 三是加强政策引导,确保项目操作合法合规。 尤其在拆迁补偿安置事宜上,必须有法有据,充 分尊重老百姓意见,严格按照国家法律法规和规 言之,必须让“治”或“搬”有科学依据,避免 盲目拆迁。 参考文献 l 定的程序进行。在农村地质灾害防治结合城乡增 减挂钩事宜上,要确保项目操作符合国务院和国 土资源部关于城乡增减挂钩试点的相关规定。 四是加强项目管理。健全地质灾害综合防治 项目管理制度,尤其是资金管理制度。有条件的 [1] 梧州市国土资源局.梧州市地质灾害整治工作汇报 [z].2011. [2] 苍梧县国土资源局.梧州市苍梧县沙头镇大寨村、中平 村、双尚村农村土地综合整治试点项目可行性研究报告 rZ].2010.