辽宁省辽阳市甜水磷矿床地质特征及成矿条件.pdf
[收稿日期] 2007207208;[修订日期] 2007210205 [作者简介] 吴兴乐19542 , 男,辽宁台安人,辽宁省第五地质大队工程师. 辽宁省辽阳市甜水磷矿床地质特征及成矿条件 吴兴乐1,冯 闯2,姜红英3 1. 辽宁省第五地质大队,辽宁 大石桥 115100;2.辽宁省第六地质大队,辽宁 普兰店 116200; 3.抚顺红透山铜矿,辽宁 抚顺 113400 [摘 要]甜水磷矿是1979年提交勘探储量500万t的中型矿床,目前已采掘近空。通过系统研 究辽宁省辽阳市甜水磷矿勘探地质报告及其野外编录资料,再经实地调查考证,详细阐述矿 床地质特征;深度分析矿床成矿条件并作成因探讨;最后提出找矿方向。 [关键词]甜水磷矿;成矿条件;成因探讨;找矿方向 [中图分类号]P578192[文献标识码]A[文章编号]100122427 2007 042047207 1 区域成矿地质背景 甜水磷矿床位于中国早前寒武纪古陆东部的辽东半岛早元古宙拗拉槽北侧冒地槽相沉 积建造中。区域上位于弓长岭复背斜南翼的次一级褶皱和走向断裂带上。矿区中心地理坐 标121′50″,北纬4059′15″。矿区区域地层包括早元古宇盖县组、大石桥组、高家峪组、里 儿峪组和浪子山组,具体岩性如下 盖县组千枚岩为主,偶夹石英岩 大石桥组厚层大理岩为主,偶夹云母片岩 高家峪组磷矿层赋存层位,黑色炭质板岩,各种中厚层大理岩,底部有变质火山凝 灰岩 里儿峪组变质中酸性火山熔岩、凝灰岩,其中夹有中厚层大理岩 浪子山组与下部太古宇鞍山群不整合接触,千枚岩、石英岩 其中高家峪组为含磷岩系所在岩组。虽然高家峪岩组在整个辽东半岛均有分布,但含 磷高的部位仅见于甜水地区。矿区附近含磷岩系的层序如下 4灰黑色碳质方柱白云石大理岩,其中断续夹有碳质板岩薄层119 m 3黑色碳质有时为凝灰岩板岩夹碳质黑色大理岩110 m 2白色白云石大理岩含钾长石、石英白云石大理岩,上部可夹黑色碳质白云石大 理岩薄层175 m 1灰色变质层凝灰岩,夹少量白云石大理岩凸镜体大于200 m 其中2、3层富含磷,且碳质量分数高。而1、4层P2O5质量分数小于1。 值得注意的是,含磷地段的高家峪组较为普遍含有火山碎屑物质,而黑色碳质物自下 而上质量分数增加。从2层至3层依次为白云石大理岩凝灰质白云石大理岩变为碳质凝 灰质板岩夹碳质黑色大理岩。此为富含磷的地段,并在其中形成不同规模、断续分布的 磷矿体图 1 。 第26卷 2007年 第4期 12月 吉 林 地 质 J I L I N GEOLOGY Vol126, No14 Dec1, 2007 图1 辽阳甜水磷矿床地质略图 Fig11 Schematic geologicalmap showing L iaoyang, Tianshui P deposit 11 晚元古宇石英岩; 21 早元古宇辽河群大石桥组大理岩; 31 早元古宇辽河群高家峪组碳质板岩、碳 质方柱石大理岩;41 高家岭组白云石大理岩;51 高家岭组变质凝灰岩;61 磷块岩矿体;81 变质流纹岩; 91 逆断层; 101 平移断层; 111 实测、推测断层; 121 向斜、背斜,倒转向斜、倒转背斜轴; 131 不整合界 线。 2 含磷岩系及磷矿体地质特征 第4层磷酸盐化较弱,据776个样品分析结果其P2O5质量分数011~019 ,占整个 样品数的9915。 第3层黑色碳质板岩中含有细粒状、条纹状、星点状黄铁矿,岩层中P2O5质量分数平 均为1左右。经详细剖面研究后发现,本层中含有P2O5 8的小矿体和P2O5为110~ 215的薄矿层。小型矿体中常见由黄铁矿,硅质作为胶结物的砾状、饼砾状磷灰岩矿石。 第2层顶部构成了本矿区的主矿体。其中下部或强磷酸盐化P2O5 1 或以小磷矿 体形式出现。 第1层变质凝灰岩中, P2O5质量分数皆小于1 75 个样品。 矿层的厚度和品位在矿区范围内变化较大图 2 。在近600 m范围内,其矿层厚度变 化于212 m至1315 m之间,而矿石中P2O5质量分数则波动在10107至23198的范围内。 无论在哪个剖面上,矿石的主要组构均为含碳饼砾砾状构造。在其上下大理岩、碳 质板岩中也有强磷酸盐化现象,只在一个钻孔中见到这种饼砾状构造岩石中P2O5的质量分 数小于8。 对岩性变化所进行的分析表明,所有磷矿体都位于白色白云石大理岩的顶部或上部,黑 色碳质岩系的下部,这也说明磷矿的富集是在有机质大量出现前开始的。 84 吉 林 地 质 2007年 图2 主矿体层厚度、品位与矿石组构关系图 Fig12 Relationships between thickness, grade of main ore body, and ore structure 11 炭质大理岩;21 炭质板岩;31 互层状炭质板岩;41 含炭饼砾2砾状矿石钙硅型 ; 51 含炭饼砾2砾状 矿石硅钙型 ; 61 白云石大理岩;71 矿体;81 变质凝灰岩;91 变质辉长岩。 矿区磷矿层P2O5平均质量分数为12148。含矿层东段矿体长1280 m ,宽700 m;西段长 560 m ,宽100 m;两个矿段之间为无矿地段所隔。 东矿段有三个含磷矿层,构成了8个独立矿体。各个矿体之间,多被P2O5小于215的 磷酸盐化岩石所隔开。西部矿段只见有2个独立矿体及一些零星的小矿体。 东部矿段第3号矿体系一长785m的盲矿体。该矿体厚度变化较大 0 190~24127m , 平均厚度为4159 m。矿体呈似层状,组成了一个向斜构造图 3 。 图3 东部矿段3号矿体地质剖面图 Fig13 Geologic section showing No.3 ore body, eastern ore block 11 碳质板岩及大理岩; 21 变质辉长岩; 31 磷块岩、磷灰岩矿体; 41 白云石大理岩; 51 变质凝灰岩; 61 断层;71 钻孔。 94 第4期 吴兴乐等辽宁省辽阳市甜水磷矿床地质特征及成矿条件 3 矿石特征 本区磷矿石中含磷矿物是胶磷矿和晶质磷灰石并存,而脉石矿物为石英、白云石少 量方解石、斜长石、金云母、绿泥石、滑石、碳质和黄铁矿。 矿石中痕量元素除A s偶而达到01 5 、T i 0 1 8 、Ga 0 1005 、Cr 0 101~ 01 1 、N i 0 101 、V 0 108 外,其他组分几乎完全缺失。 如果以P2O5质量分数大于8作为矿石看待,据126个矿石样品的硅酸盐分析结果,其 矿石化学成分如表1所列。 表1 矿石化学成分 Table 1 Chem ical composition of ores Si O2A l2O3Fe2O3CaOM gOP2O5CO2FLOSHP 13011731541179251206140131211211001481211933178 22917331461175251526136131551211901491219532195 33511641272183211695193101531115401451415439153 43519941002164221365157111481114501481319440124 53015931601188241926136121981210501481311134102 测试单位辽宁省第五地质大队 1、东矿段平均;2、东矿段3号矿体;3、西矿段平均;4、西矿段4号矿体;5、全矿区平均值 由表可见,东矿段主要矿体分布区矿石中Si O2、A l2O3、Fe2O3质量分数是低的,但 P2O5、CaO、M gO、CO2是高的,相反,西部矿段矿石中Si O2、A l2O3、Fe2O3质量分数是高 的,但P2O5、CaO、M gO、CO2是低的。同时亦可看出P2O5质量分数与CaO、M gO、CO2质 量分数呈正相关关系,与Si O2、A l2O3、Fe2O3呈反相关系。 对磷矿石及其围岩硫同位素组成的研究表 2 表明,它们的∆ 34s 值都是极大的负值, 为典型轻硫型,说明海是水沉积、有机作用的产物表 2 。矿石呈层状、层纹状、条带状、 条痕状构造及饼砾状、似竹叶状、砾状构造,以砾状构造最为主要。所谓“砾”,是由一些 分布于硅质或碳酸盐矿物中的磷质矿屑组成的,矿屑的长短轴比值一般为10∶1至4∶1。 表2 磷矿石及其围岩的∆ 34s Table 2 ∆ 34s value of the phosphoric ore and its surrounding rocks WB‰ 矿体上部碳质方柱白云石大理岩220121 矿体顶板碳质板岩21718~ 220172 磷块岩矿石2514~ 226113 矿体底板白云石大理岩22119~ 2155 矿体下部变质凝灰岩220.16 资料来源张秋生中国早前寒武纪地质及成矿作用 05 吉 林 地 质 2007年 矿石中的主要伴生组分是碳质、硅质和碳酸盐,根据它们的含量多少可以将矿石作如 下划分表3 表3 甜水磷矿床的矿石特征 Table 1 The ore characteristics of Tianshui, P deposit 矿石类型矿石主要特征P2O5 矿石在全区储量中的品位 C- Si质磷块 岩型矿石 饼砾状、砾状构造及块状构造, 黑色含碳质较高,矿屑被石斜长 石、金云母所胶结 215~1010多为主矿体,并非全区的主要矿石类型 Si质磷灰 岩型矿石 白色细粒状变晶结构、层状构 造。磷灰石呈自形、半自形定向 排列,并含5~20的石英及少 量斜长石、金云母等 15~20多为小矿体,并非全区的主要矿石类型 Ca- Si 质磷块 岩型矿石 砾状、条痕状构造,磷矿屑及胶 结物均为碳酸盐矿物和硅质。有 时它们还组成相间条带 8~20 为矿区主要矿石类型,占全矿区储量的 6619 Ca质磷块 岩型矿石 砾状矿屑及块状构造,虽然矿屑 成份依然复杂,但胶结物主要是 碳酸盐,少量硅质及炭质 10~12并非矿区主要矿石类型 其中以钙硅质磷块岩型矿石居首位,它在结构构造上几乎包括了全区磷矿石的各种组 构。当碳酸盐和石英等并存时,磷灰石是最为富集的,而且在矿体规模上也是最大的。 另一个值得注意的问题是,本磷矿区内磷灰岩与磷块岩共存。一般情况下,当沉积磷 矿石磷块岩遭受区域变质作用并达到一定程度时,将由磷灰岩矿石代替磷块岩矿石。本 区磷灰岩只局部出现,大量磷块岩尚保存完好说明区域变质作用尚未达到促使其重结晶转 变为磷灰岩的程度。还有一个特点是,几乎所有硅质磷灰岩矿石都分布在磷块岩矿石破劈 理的断裂发育地段,尤其在石英细脉发育地段往往集中出现磷灰岩型矿石。此外,在磷块 岩矿屑的边部也有少量细粒磷灰石的晶出。由此可以明显地看出,后期构造热液活动是促 使部分磷矿转化为磷灰石的极重要因素。 4 矿床成矿条件和成矿后改造 411 古地理条件 甜水磷矿产于中下元古界辽河群高家峪组中上部,它位于整个辽河群海进层序的中部。 含磷岩系沉积前,沉积了粘土粉砂质的陆源碎屑建造;随海进向上为内源镁质碳酸盐与 火山火山碎屑岩建造,再上为含磷岩系的内源镁质碳酸盐岩、磷块岩与富碳质火山碎屑 泥质泥灰质岩建造。上述过程属渐进式浅海相沉积。 412 古气候条件 含磷岩系主矿层基本位于高家峪组二段白云石大理岩系列与上部高家峪组三段碳质板 岩、夹碳质大理岩之间,有时偏上或偏下。说明主矿层沉积的气候处于半干热与湿热的过 15 第4期 吴兴乐等辽宁省辽阳市甜水磷矿床地质特征及成矿条件 渡条件7。 413 地球化学条件 磷块岩主要产于白云石大理岩凝灰质白云石大理岩与碳质板岩之间。根据含磷岩系 及磷块岩矿石常含黄铁矿和富含有机质这一特征,说明磷矿形成于还原环境。 磷块岩中磷酸盐矿物常与白云石、方解石以前者为主、黄铁矿等偏碱矿物共生,说 明磷块岩应是在海水中pH值较高的弱碱性条件下形成。 矿石及顶板地层中硫化物普遍富于轻硫元素32S , 指示海水沉积和有机质的作用。 顶板地层中∆ 34s 变化很窄,可能是因为沉积物质主要都来源于火山,原始硫离子来源较 统一。 根据本区原生磷矿物主要为胶磷矿并存在变余胶状结构,认为磷酸盐是从海水中以化 学方式为主直接沉积的矿产,而磷质来源于火山。 414 沉积物理条件 矿区东矿段主要磷矿层底板白云石大理岩,局部地段出现水下冲刷和磷矿石 “贯浆” 现 象,造成部分界面凸凹不平,且出现无矿或贫化带,以及矿石常出现饼砾状、砾状等浪击 自生构造;内屑磷块岩矿石,常与具平行层理的块状、条带条痕状矿石相间或主要位于 矿层的中、上部,说明沉积区海水浅,处于高能频繁动荡的潮下与潮间带的交替环境。 415 成矿后区域变质作用改造 甜水磷矿形成以后,由于区域变质作用的影响,使胶磷矿较普遍的脱胶,发生重结晶。 大部分胶磷矿变为霏细状磷灰石,部分变为细晶磷灰石。在饼砾、砾状矿屑边缘有磷灰石 晶出。呈镶边包裹矿屑,在矿石破劈理和石英细脉发育地段,因有热液活动使胶磷矿大部 变为磷灰石。 区域变质作用对磷矿床有一定的贫化、富集等改造,但基本局限于层控范围之内。 5 矿床成因探讨 根据前述矿床地质特征和成矿条件分析,甜水磷矿应属于矿质主要来源于火山作用 沉积成矿遭受后期区域变质作用改造的沉积变质型层控磷矿床。 甜水磷矿发现后,在西起营口官屯海城下房身辽阳隆昌甜水东至摩天岭一带, 在相应的层位上以1 km间距做点磷剖面近百条,均未发现较好的强磷酸盐化地段,这更说 明甜水磷矿成矿环境的特殊性。 6 找矿方向 层控是甜水磷矿床的基本特征,所以今后找甜水式磷矿仍需要以区域高家峪组地层为 勘查重点,特别要对二段白云石大理岩和三段碳质板岩界面及上下,作认真细致的工作。 25 吉 林 地 质 2007年 参 考 文 献 [1] 贾立学等,辽宁省辽阳市甜水磷矿勘探地质报 告[R ].1979. [2] 辽宁省地质矿产局.辽宁省区域地质志[M ]. 1982. [3] 张秋生.中国早前寒武纪地质及成矿作用 [M ].1984. [4] 王天武.辽宁省大石桥吉洞峪一带辽河岩群 变质地层的对比研究[J ].1996. Geologic features and metallogen ic condition of the Tianshui P-deposit, L iaoyang area, L iaon ing Province WU Xing2le 1, FEN G Chuang2, J I AN G Hong2ying3 1. T he F if th Geolog ic Party of L iaoning P rovince,D ashiqiao115100,China; 2.T he S ix th Geolog ic Party of L iaoning P rovince,Puland ian116200,China; 3.H ong toushan CopperM ine,Fushun113400,China [Abstract] The T ianshui P deposit is a m iddle one of 5 000 000T, w hich subm itted ex2 ploration reserves in 1979; it is almost exhausted up till the presentmoment.It is a source of raw material for producing fertilizer; making a thorough and careful study and searching for new source of m ineral resources have an i mportant significance for developing agricul2 tural production. Through the study of “ T ianshui P deposit geologicalprospecting report, L iaoyang area, L iaoning Province“, field data and field investigation, the geologic fea2 tures, metallogenic condition,genetic type are discussed in detail, meanw hile, the prospecting direction is proposed in this paper. [Key w ords] T ianshui P deposit; metallogenic condition;discussion for genesis; prospecting direction 35 第4期 吴兴乐等辽宁省辽阳市甜水磷矿床地质特征及成矿条件