0 引言

根据成矿作用类型，磷矿床分为沉积型、岩浆型、变质型、风化型和鸟粪型（任厚州等，2018；薛洪富等，2019；郑兰强等，2021；崔萌等，2022）。中国磷矿资源主要为沉积型磷矿，大多分布在扬子地区 （吴小伟等，2023）。贵州省开阳县大坪磷矿即为该地区的沉积型磷矿床。开阳地区矿产资源丰富，主要有磷、铝、汞、煤、铁、硫、铀、水晶等，其中以磷、铝、汞、煤最为丰富，经济价值最大，尤以磷矿最具特色，是全国目前平均含磷品位最高的磷矿区。因此，众多学者开展了关于磷矿地质特征及成矿模式的研究（陈其英和郭师曾，1985；叶连俊等，1989；吴祥和等，1999；张亚冠等，2016；张朝举等，2021；陈国勇等，2023；吴文明等，2024）。区内磷矿赋存于寒武系第二统牛蹄塘组底部（习称下磷矿）和下震旦统洋水组上部（习称上磷矿）。其中，下震旦统洋水组上部含磷层位厚度大、品位高，层位稳定，是区内主要含磷层位，目前已探明富磷矿资源约 10 亿 t 以上，矿床 P₂O₅平均含量达 30% 以上，是中国唯一的特大型富磷矿床，其赋存的磷矿石是国内不经过选矿即可生产高浓度磷复合肥的优质矿石；牛蹄塘组底部含磷层位的厚度和含磷品位变化较大，稳定性较差，目前不具备工业利用价值。大坪磷矿床是开阳地区重要的磷矿勘探区，区内钻井资料丰富，因此，本文以富磷的下震旦统洋水组含矿层为研究对象，研究大坪磷矿床的地质特征和矿床成因，总结其成矿规律，以期为开阳地区磷矿勘探提供基础资料及可能的找矿方向。

1 矿区地质背景

1.1 地层

研究区位于贵州省开阳地区（图1a），处于扬子地区上扬子地层分区黔中地层小区内。区域内出露及钻孔揭露的地层有下震旦统洋水组，上震旦统 —寒武系纽芬兰统灯影组，寒武系纽芬兰统—第二统牛蹄塘组，寒武系第二统明心寺组、金顶山组、清虚洞组，寒武系第三统高台组、石冷水组，寒武系第三统—芙蓉统娄山关组一段及第四系（图1b）。

下震旦统洋水组由砂岩、磷块岩、含锰砂质白云岩和含磷砂砾岩等组成，与下伏地层南沱组假整合接触。上部主要为条带状磷块岩、深灰色碎屑状磷块岩、深灰色致密状磷块岩，偶见团块状磷块岩； 中部为灰红色中厚层含磷、含锰砂质白云岩，可见黄铁矿颗粒星散状分布于其中；下部为灰色、灰绿色中厚层细砂岩。

1.2 构造

研究区位于洋水背斜东翼北部，区内地层总体为向东倾的单斜构造，地表断裂构造不发育，深部虽发育2条较大的切矿断层（图1c），且将其分割成3 个矿块，但断层对区内矿体整体的延展规模影响不大，各矿块延展规模仍然达到大型规模。此外，区内局部发育的隐伏小断层和次生小断层，由于其规模小，延伸短，断距小，对区内矿体的总体连续性影响小。因此，本区地质构造复杂程度为简单偏中等类型。

2 矿床特征

2.1 含矿岩系特征

研究区内含磷岩系由下震旦统洋水组和寒武系纽芬兰统—第二统牛蹄塘组组成。

下震旦统洋水组含磷岩系地层为一套由灰绿色细砂岩、含锰砂质白云岩、磷块岩、硅质岩、白云岩组成的岩组（图2），厚 14.19～24.11 m，平均 19.21 m。其中，磷矿层呈层状产出，磷质沉积连续无间断，产出稳定，产状与地层基本一致，主要由致密状磷块岩、条纹—条带状磷块岩和碎屑状磷块岩组成，矿层顶部偶见团块状磷块岩。矿层顶底板界面清晰，顶板主要为白云岩或硅质岩夹白云岩互层，底板主要为含磷砂质白云岩、含磷砾岩和灰绿色砂岩、泥岩。区内洋水组含磷岩系呈南厚北薄、西薄东厚的变化趋势，矿层厚度较大，品位高，连续性好，工业利用价值高（图3，图4），为本文的主要研究对象。

1 —灯影组白云岩岩心；2—灯影组硅质岩岩心；3—洋水组磷块岩岩心；4—洋水组灰绿色泥页岩岩心

寒武系纽芬兰统—第二统牛蹄塘组含磷岩系地层为一套由牛蹄塘组底部的炭质页岩、结核状炭泥质磷块岩、团块状白云质磷块岩以及灯影组第五段细晶白云岩、硅质白云岩组成的岩组。该磷矿层厚度薄，品位低，呈透镜状产出，连续性差，工业利用价值低，不存在工业矿体，以下不再赘述。

2.2 矿体特征

区内赋存于下震旦统洋水组的磷矿体，其产状与地层产状一致，走向近南北向，倾向北东东—东，倾角 6°～24°，平均 13°，呈单斜层状产出，属于洋水背斜东翼磷矿层的深部延伸，为同层位的同一矿体，稳定且连续性好，均为隐伏矿层。区内磷矿体长约 6.73 km，倾向宽 0.95～1.50 km，分布面积为 8.28 km²，延展规模大。矿层厚 3.22～10. 07 m，平均 6.40 m，厚度变化系数为 23.66%，整体南厚北薄，南西—北东向厚、南东—北西向薄。矿层埋深为1400～1750 m，矿层赋存标高为-220～-700 m。

区内磷矿石 P₂O₅含量为 29.32%～36. 04%，平均 33.14%，品位变化系数为 4.41%。区内单工程 P₂O₅含量均达到工业品位，呈南高北低、西高东低，南西—北东向厚、南东—北西向薄的变化趋势，沿走向和倾向变化幅度较小，矿体 P₂O₅含量分布均匀，属P₂O₅含量分布均匀型矿体。

2.3 矿石结构、构造

区内矿石构造可分为致密状构造、条纹—条带状构造、碎屑状构造。致密状构造，由隐晶质的碳氟磷灰石紧密堆积而成，或由颗粒状的碳氟磷灰石紧密堆积而成，成致密状产出（图5a）。条纹—条带状构造，主要包括条纹、条带状，深灰色、浅灰色，均由隐晶质碳氟磷灰石相间排列，其条纹宽窄疏密不一，条纹单层厚约1 mm；条带状相比条纹更宽，其单层厚为 10～30 mm（图5b）。碎屑状构造，由砾屑状的碳氟磷灰石堆积而成，颗粒大小约10～50 mm，呈深灰色，以白云质、硅质为胶结物作基底式胶结，不显层理。由风暴作用形成，扁豆状、竹叶状和次棱角状磷块岩（图5c）。团块状构造，磷酸盐矿物集合体呈不规则团块与白云质、硅质胶结而成，团块大小30～50 mm（图5d）。致密状、碎屑状、条纹—条带状磷块岩在研究区范围内均有分布，而团块状磷块岩只在研究区南部矿层的顶部偶见。

区内磷块岩矿石结构主要为内碎屑结构，包括砾屑结构、砂屑结构和胶状结构。砾屑结构，砾屑为圆形、椭圆形，砾径2～30 mm，砾屑成分为碳氟磷灰石（图6a）；砂屑结构，由碳氟磷灰石、白云石胶结磷质砂屑而成，砂屑成分主要为隐晶级碳氟磷灰石，多呈圆形、椭圆形、长条形等，大小0.1～0.5 mm （图6b）；胶状结构，矿石矿物（碳氟磷灰石）间的空隙、裂缝中，由黏土矿物将其胶结在一起而形成（图6c）。

a—致密状结构；b—条带状构造；c—碎屑状构造；d—团块状构造

a—碎屑结构（+）；b—砂屑结构（-）；c—胶状结构（-）

2.4 矿物组分

区内矿石矿物成分单一，主要为胶磷矿（碳氟磷灰石）。胶磷矿为隐晶质碳氟磷灰石胶结而成的集合体。无色、淡黄褐色，圆状、次圆状、次棱角状等，半自形—他形，大小多在0.1～1 mm，正中突起，部分内部见包裹微量细小白云母、石英及白云石 （图7a、b）。部分胶磷矿颗粒周边可见磷灰石重结晶成层纤状环边（图7b），有的重结晶形成放射纤维状分布于胶磷矿颗粒间（图7c、d），偶见柱状磷灰石零星分布。含量大于 85%。脉石矿物主要以白云石、石英为主，可见方解石、黄铁矿，偶见白铁矿、金红石、褐铁矿、黏土矿物等。

a—次圆形胶磷矿紧密接触；b—磷灰石重结晶成层纤状环边；c、d—磷灰石重结晶成放射纤维状

2.5 化学组分

区内磷块岩的化学成分主要为P₂O₅和 CaO，并伴生 I、F 元素。如表1 所示，单工程 P₂O₅含量为 29.32%～36. 04%，平均含量为 33.14%；单工程 I含量为 0. 0032%～0. 0059%，平均含量 0. 0045%；单工程 F 含量为 2.62%～3.58%，平均含量 3.24%；单工程AI（酸不溶物）极值含量为1.98%～10.26%，平均含量4.14%。其中，CaO/P₂O₅值为1.36～1.59，平均值为 1.43；MgO/P₂O₅ 值为 0. 03～0.10，平均值为 0. 05；Al₂O₃/P₂O₅ 值为 0. 02～0.17，平均值为 0. 04； Fe₂O₃/P₂O₅值为0～0. 06，平均值为0. 03；SiO₂/P₂O₅值为0. 08～0.23，平均值为0.14；SiO₂/CaO值为0. 05～0.16，平均值为 0.10。从磷酸工艺方面来看，以上比值基本都达到工艺一般要求。

注：测试单位为中化明达西南地质有限公司（2022年5月）。

区内矿石整体品位变化不大，分布均匀，总体呈南高北低、西高东低的分布特征，沿北东方向整体品位较高（图8）。

3 矿床成因

3.1 磷矿成因分析

新元古代末期，几次大冰期事件促使大量陆源风化磷质输入海洋，且大规模的板块构造运动也使热液活动为深海提供了一定的磷质，冰期时海水处在封闭还原状态，磷质很难沉积，大洋磷循环处在停滞状态，深海不断聚集活性磷分子（Planavsky et al.，2010；Papineau，2010；Pufahl and Hiatt，2012）。

陡山沱期早期，在全球海洋富磷的地质背景下，随着冰期的结束，海水封闭系统重新打开，使原本停滞的大洋磷循环再次活跃起来，上升洋流作用携带磷质等养分进入浅水地台，为生命活动提供物质来源（密文天等，2010；陈国勇等，2015；东野脉兴等，2019；Zhang et al.，2019）。深部上升洋流携带磷质输入浅水影响最大且生命活动繁盛的的前滨 —上临滨区域，为磷块岩沉积的优势区，形成了以砂屑磷块岩为主的磷矿床沉积。地势较高的后滨海水较浅，上升洋流进入浅水地区后磷质会在透光层被生物利用或沉积成矿，导致极浅的海水中磷质聚集能力较低，且受陆源碎屑颗粒不断输入的影响，很难形成磷矿石的大规模沉积。在海水较深的外陆棚斜坡带，同样受海水磷质均一化影响，海水磷酸盐浓度很难达到饱和，仅依靠在沉积物—水界面以下的孔隙水中或底栖生物聚集沉积磷灰石颗粒，很难形成连续的磷灰石沉积。

a—沿走向；b—沿倾向

区内砂屑磷块岩分布广泛，为典型的再造类磷块岩。砂屑磷块岩一般需要较高能的水动力作用 （如浅水波浪、潮道水流或风暴流等），形成于浅水海岸、潮滩等高水流活动区域（刘建中等，2020），为水流机械破碎后再沉积的产物（Pufahl and Groat， 2017）。在本文中，观察到区内部分碎屑磷块岩的颗粒较大，为砾屑，颗粒呈长条状，且颗粒两端具有一定的磨圆，颗粒间有定向排列的趋势（图7c），表明该类矿石同为高能水流破碎沉积的产物，在沉积过程中经受了风暴流和潮道水流的持续冲刷和搬运作用，通常发育在滨岸浅水区域（刘建中等， 2020）。

综上所述，陡山沱期开阳地区的古地理面貌控制了早期磷块岩的沉积，研究区又处于黔中古陆北缘，与广海相连，有来自深部富磷海水的源源不断输入，同时受表层生物作用的反馈作用使浅部海水不断聚集磷质，从而形成厚度大、品位高的磷矿层。因此，研究区整体为波浪水流影响下的较高能浅滩相（滨岸）沉积。

3.2 成矿控制因素

早期古地理格局对成矿有着重要影响。研究区内磷矿床为受古地理控制的沉积型矿床，磷质滨岸浅滩环境为磷质的富集、沉积及成矿提供了有利的古地理条件。新元古代全球性冰期使深部海水富磷，冰期后上升洋流携带富磷海水进入浅水透光层，并在生物作用的影响下进一步富集磷质，为磷矿的沉积提供了丰富的成矿物质来源。

早期海平面变化、物源量及生命对成矿有着重要影响。由于陡山沱期海平面变化不稳定，使塑性 —半塑性的磷块岩受到多期次的反复波选—冲刷作用，然后再胶结、再沉积形成富磷矿床，使磷矿床受后期改造富集，形成了厚度大、品位高的磷矿床。前滨—上临滨为受上升洋流携带磷质输入浅水聚集影响最大的区域，且此区域生命活动繁盛，利于表层海水的生物繁盛与底层海水磷酸盐浓度迅速形成正反馈，因此，处于前滨—上临滨的环境成为磷块岩沉积的优势区域。

4 找矿预测

4.1 找矿预测方法与原则

天然矿床的形成普遍具有较强的规律性，研究已知磷矿层的成矿规律以及定位规律对磷矿的深边部找矿预测有重要意义。因此，本文结合“三位一体”的找矿预测方法和原理进行论述。即从以下 3个方面进行研究：

（1）对磷矿成矿地质体进行研究。成矿地质体研究是确定目标地质体的主要途径，可以通过研究典型磷矿床获得，也可以更快确定矿床成因及类型。此时，宜开展矿石组构、赋矿岩（地质）体等方面的研究工作，也可以借助地球化学和地球物理方法确定。

（2）对磷矿成矿结构面研究。成矿结构面研究是判别矿体赋存空间部位的主要依据，包括断裂、褶皱、层间裂隙、岩石裂隙、岩性接触界面等。成矿结构面的研究多与矿区的控矿构造、蚀变特征研究结合在一起，筛选主要的成矿结构面。

（3）磷矿成矿作用及特征标志的研究。以磷矿体的宏观特征为主，研究磷矿矿石矿物特征、矿床的主要成矿物质元素，并与赋矿围岩或顶底板相对比，研究成矿物质来源、成矿时代以及成矿时的物理化学条件等，为预测相同成因矿床（点）的赋存有利部位提供依据。

最后，在以上3点的基础上，进行找矿预测地质规律总结，得出可靠结论，最好在完整研究的基础上进行地质模型构建。也可对比相似已知典型磷矿矿床，扩大模型应用规模，是否可以应用在其他矿种的找矿过程中，提供一定借鉴作用。

4.2 预测区域

结合本文研究工作和以往资料分析，开阳地区由南至北，存在一个磷矿的成矿中心带。浅部的明泥湾磷矿、沙坝土、马路坪、牛赶冲等矿段，深部的东翼深部磷矿、永温磷矿以及勘探区，均处于这个成矿中心带上，为同一层位的同一矿体，走向为北东方向，倾向向东。

根据现有工程控制及开阳地区岩相古地理分析，此成矿中心带位于黔中古陆的北缘浅海区域的临滨带，其为成矿的有利场所。整体观察，沿开阳地区磷矿成矿中心带的走向上，磷矿沉积稳定、连续，且延展规模大，长大于30 km，宽大于14 km。沉积厚 1.51～10.80 m，平均 6 m 左右，品位 20%～37%，平均33%左右。虽在南东和北西方向上，由于靠近黔中古陆边缘带，出现沉积薄化现象，厚约 1 m，但并不影响整个矿体的延展规模。

研究区处于开阳地区成矿中心带的中部地段，与其走向一致，而矿区北东部厚度仍有 5.86 m，且品位 33.99%；而矿区东部为永温整装勘查区，区域内有工程控制，向北、向东矿体均未见尖灭，厚 1 （北）～5 m（东），沉积稳定，矿体连续，分布均匀（图9）。由此推断，矿区范围外，沿北东方向，矿体沉积稳定，连续性好，且矿石品位较高，分布均匀，为下一步找矿靶区。

5 结论

（1）大坪磷矿矿层整体呈南厚北薄，磷矿石P₂O₅ 含量均达到工业品位（平均 33%），呈南高北低、西高东低。磷块岩矿石结构主要为砾屑结构、砂屑结构和胶状结构，矿石构造为致密状构造、条纹—条带状构造、碎屑状构造。矿石矿物主要为胶磷矿，脉石矿物以白云石、石英为主。

（2）古地理环境控制了陡山沱期开阳地区早期磷块岩的沉积。研究区处于黔中古陆北缘，与广海相连，深部富磷海水不断输入，同时表层生物作用的反馈作用使浅部海水聚集磷质，形成厚度大、品位高的磷矿层。研究区为波浪影响下的高能浅滩相沉积。

（3）研究区处于开阳地区成矿中心带的中部地段，矿区北东部厚5.86 m，品位高（33.99%）；矿区东部永温整装勘查区，向北、向东矿体均未尖灭。因此，根据研究区外围矿层厚度等值线预测图，大坪磷矿范围外，沿北东方向，矿体沉积稳定，连续性好，分布均匀，有一定的找矿潜力，为下一步找矿靶区。

参考文献