上扬子地区早寒武世梅树村阶方案的建立

上扬子地区早寒武世梅树村阶方案的建立

1梅树村期磷矿扬子和华南古生代沉积床分布广泛，矿种众多。其储量记录了中国早期的主要矿产资源，如磷、锰、硫、重晶石和铝土矿。梅树村期磷矿床是上扬子陆块古生代最早形成的沉积矿床。除产于下震旦统陡山沱组(及观音崖组)之外,四川的磷矿床主要是产于寒武系下部,局部还见于泥盆系。根据全国矿产资源潜力评价,四川磷矿远景区主要是在与昆阳式、汉源式、什邡式、清平式等矿床类型地质条件相似的扬子陆块区,其中,梅树村期沉积型磷矿床包括:川西南地区,灯影组顶段麦地坪段昆阳式磷矿,查明矿床资源储量规模大、中、小型均有一定比例。已勘查工业矿床31处,其中大型13处(分布于马边、雷波、会东),中型3处,小型9处。川西南地区,筇竹寺组下段汉源式磷矿,查明矿床资源储量规模一般为大、中型。已勘查的工业矿床7处,其中大型2处(富泉、水桶沟),中型4处,小型1处。龙门山中段地区,长江沟组下段清平式磷矿,查明资源储量规模以中型为主。已勘查工业矿床5处,其中大型1处(天井沟),中型4处。米仓山地区,灯影组顶段宽川铺段宁强式磷矿,有小型矿床1处。中国地质调查局、全国地层委员会2012年发布了新的《中国地层表(试用稿)》,在震旦系、寒武系界线附近采用了灯影峡阶、晋宁阶、梅树村阶、南皋阶等名词,筇竹寺阶已废弃,但梅树村阶一名得以保留,其涵义已有变化,一部分磷矿层位可能要下延至晋宁阶上部。根据四川省有关生物地层研究程度,本文暂仍采用《中国区域年代地层(地质年代)表说明书》(全国地层委员会,2002)关于梅树村阶的定义。2川川竹寺组形成地质背景及沉积特征钱逸、陈孟莪、何廷贵等(1999)在峨眉麦地坪剖面以小壳动物化石自上而下建立了5个生物地层单位【1】:筇竹寺阶Ⅴ.Pelagiellaemeishanensis延限带(相当于三叶虫Mianxiandiscus-Eoredlichia带)梅树村阶Ⅳ.Sinosachitesflabelliformis延限带Ⅲ.Heraultipemayunnanensis延限带峨眉及川西南等地的灯影组顶部、筇竹寺组下部上下关系明确,灯影组顶部为麦地坪段,属梅树村阶(第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ带),筇竹寺组上段属筇竹寺阶,下段属梅树村阶(第Ⅳ带)。四川梅树村阶生物化石分子能够与滇中、陕南及峡东地区对比(表1)。前人利用峨眉震旦系—寒武系剖面建立的洪椿坪组、九老洞组地层名称使用广泛,全国地层多重划分对比研究认为洪椿坪组与灯影组、九老洞组与筇竹寺组应属同物异名【2】。川西南峨眉至会东均属上扬子古陆块,以小江深断裂带为界,次级构造单元可分为扬子陆块南部碳酸盐台地、康滇前陆逆冲带,梅树村早期沉积-构造环境特征相近。峨眉高桥麦地坪剖面为四川省内灯影组次层型,灯影组剖面正层型在湖北省。麦地坪段与下伏的白云岩没有宏观的岩石自然界面。整个灯影组在四川境内岩性及厚度均较稳定,以白云岩为主的宏观特征较明显。在峨眉高桥麦地坪,灯影组厚980.32m,其中顶部麦地坪段厚38.42m。根据全国地层多重划分对比研究成果,过去广泛在四川使用的“麦地坪组”一词建议废弃不用。为照顾磷矿地质勘查习惯,可将此套含矿岩系简称为麦地坪段。麦地坪段沉积厚度变化较大,北部荥经—峨边地区一般偏薄,厚31~63m,平均44m;中部马边—金阳地区厚度增大,厚40~237m,平均102m;南部宁南—会东地区厚度最大,厚约47~314m,平均143m。全区平均厚度96m。在这些区段之间,明显表现出几个东西向的薄化带:北部的石棉—峨边,中部普格—金阳,南部攀枝花—会东(南部)等;以及与之相伴出现的厚积区,如雷波、会东(北部)两个厚度最大沉积中心区。全区厚度等值线总体走向呈南北,与区域成磷盆地方向一致;但因受东西向薄化带影响,而又使各区段间的局部等值线呈现出北西至南东的指状弯曲,其弯曲方向即是每个聚磷盆地(厚积区)的展布方向。《四川省岩石地层》对筇竹寺组地层分段性作了一说明,常根据三叶虫出现在上部这一特征,将筇竹寺组划分为上、下两段。下段以含小壳动物化石为主,主要有软舌螺Turcutheca,Circotheca,Hyolithellus;海绵骨针;及寒武骨片、虫迹、腕足类、微古植物等。上段主要有三叶虫、金臂虫、腕足类、古介形类等。以前,由于化石证据的缺乏,沉积矿产的成矿时代一般是以矿床所在岩石地层的年代推定。我国寒武系各个阶主要从岩石地层单位组名转化而来,缺乏严格的定义和界线标志。故在前人工作中,汉源式磷矿常常被认为是筇竹寺期沉积。徐无恙、汤勇、尹明德等【3】将汉源式磷矿沉积成矿时代确定为梅树村晚期(∈11-2),昆阳式磷矿成矿时代确定为梅树村早期【2】(∈11-1,或早中期)。由于前寒武纪—寒武纪界线是十分重要的地质界线,研究资料和成果较多,甘洛新基姑、汉源市荣、金口河区老汞山、甘洛大桥,筇竹寺组下段剖面中均发现有梅树村阶第Ⅳ带建带小壳动物化石。汉源甘洛地区筇竹寺组上段三叶虫化石稀少,生物地层研究程度低,至今未发现筇竹寺阶建带化石。因此在汉源、甘洛一带,不易确定梅树村阶顶界。钱逸、陈孟莪、何廷贵等根据小壳化石对比,认为汉源县市荣剖面筇竹寺组下部有缺失,磷矿层产似盾壳虫类、软舌螺类:SinosachitesflabelliformisHe(梅树村阶第Ⅳ带建带化石),Conothecasp.等。统计汉源、甘洛各代表性剖面,筇竹寺组下段厚度变化范围为8~81m,大部分区域沉积建造为含钾粉砂岩-磷质岩建造,仅甘洛县城以东为含钾粉砂岩建造。汉源、甘洛含钾磷矿区灯影组麦地坪段沉积厚度小,以白云岩为主。已发现9个麦地坪段磷块岩矿点矿化点(矿化点6处),未发现有工业规模矿床,磷块岩厚度较小、品位较低,说明在纵向上磷矿矿化强度低于梅树村晚期,在横向上矿化强度又低于峨眉峨边等地区。汉源县水桶沟矿区磷块岩矿中普遍伴生有钾,磷、钾同为化工原料矿产,区域内含钾磷矿均产于筇竹寺组下段(∈q1),见图1。根据筇竹寺组下段小壳动物化石组合特征,成矿时代属梅树村晚期,反映出汉源式磷矿在扬子陆块区梅树村期大规模磷矿成矿作用中的特殊性。根据汤中立、钱壮志、任秉琛等总结【4】,扬子-华南成矿域寒武纪磷矿床有三个含磷层位,由老至新为下寒武统梅树村阶下部(渔户村组中谊村段),下寒武统梅树村阶上部(筇竹寺组八道湾段),中寒武统(大茅群)。但是,《中国古生代成矿作用》相关章节及建立的矿床成矿系列中遗漏了四川的汉源式磷矿及其代表性产地。3地层序列及意义梅树村期磷矿因位于北川—映秀深断裂带东侧,矿体褶皱强烈(图2)。矿层厚度大、品位低,成矿特征与典型的昆阳式磷矿、汉源式磷矿均有差异。《绵阳幅H-48-31/20万区域地质测量报告》指出“图幅内已知含磷层位有二:一是产于下寒武统底部,相当于昆阳磷矿的‘清平式磷矿’;另一是产于上泥盆统底部的,称为‘什邡式磷矿’。”【5】根据命名在先原则,龙门山中段梅树村期磷矿可称清平式磷矿。清平式磷矿所在岩石地层单位为长江沟组,下伏地层灯影组,上覆地层磨刀垭组,或为观雾山组、沙窝子组超覆。从岩石地层、生物地层特点来看龙门山中段使用清平组或筇竹寺组均不妥,而应采纳长江沟组一名,并使用岩性段二分方案,上部为碎屑岩段,与龙门山北段可对比,下部为清平段,产清平式磷矿,与原来定义的清平组二段相当。原清平组一段则置于灯影组顶部,与长江沟组呈平行不整合接触关系。由北至南,安县五郎庙至绵竹歇马庙,长江沟组含磷段走向长度达28km。经研究对比,清平式磷矿层位可确定为长江沟组,相当于前人所称筇竹寺组。《绵竹县幅H-48-17-C1/5万区域地质图说明书》【6】沿用1/20万绵阳幅邱家河组、清平组的岩石地层单位名称【3】,大致区分了这两套地层的分布范围和地层序列,但是其定义的清平组跨越灯影峡阶、梅树村阶和筇竹寺阶,存在较大问题。《四川省岩石地层》将清平组一名废弃,采纳长江沟组一名。笔者主编完成的《四川省磷矿资源潜力调查评价报告》中,根据前人调查的生物地层等资料将清平组第一段划入灯影组,第二段(清平式磷矿层位)和第三段划入长江沟组,区域上地层序列可与龙门山北段对比【7,8】,参见表2。长江沟组剖面正层型为剑阁县上寺乡长江沟-碾子坝剖面,未见底,可对比绵竹市龙王庙剖面的碎屑岩段。上寺剖面鉴定的三叶虫化石含有筇竹寺阶建带化石,因此可推定尚未发现三叶虫的绵竹、安县地区碎屑岩段属下寒武统筇竹寺阶地层。长江沟组剖面正层型为剑阁县上寺乡长江沟-碾子坝剖面,未见底,可对比绵竹市龙王庙剖面的碎屑岩段。上寺剖面鉴定的三叶虫化石含有筇竹寺阶建带化石,因此可推定尚未发现三叶虫的绵竹、安县地区碎屑岩段属下寒武统筇竹寺阶地层。长江沟组下段(清平段)为磷质岩和碳质页岩夹白云质灰岩建造,厚22.53~76.8m,一般30~40m。主要岩性为硅质白云质磷块岩,磷矿层顶底板均为碳质页岩、海绿石砂岩。徐无恙、汤勇、尹明德等编著的《四川省磷矿成矿远景区划及资源总量预测报告》(1985)发表了绵竹清平龙王庙剖面磷块岩中小壳化石名单,包括有:SiphogonuchitestriangularisQian,S.pusilliformisQian,Latouchellakorobkovi,SachitescostulatusMeshkova等,经与麦地坪剖面对比,清平龙王庙剖面磷块岩中的小壳化石SiphogonuchitestriangularisQian,S.pusilliformisQian为梅树村阶第Ⅱ带建带化石。由此可确定本区清平式磷矿成矿时代为早寒武世梅树村早期,与灯影组中谊村段或麦地坪段磷矿时代基本一致。长江沟组底部和灯影组顶部均产小壳动物化石,长江沟组底部有一层0~20.35m黑色碳质页岩,地表观察和钻孔揭示灯影组顶部间断面上有风化粘土层,与上扬子地区早寒武世梅树村阶内部普遍有沉积间断的特征相吻合。长江沟组的岩性、上下地层关系、生物化石组合、含矿性等与川西南地区筇竹寺组显著不同。汉源式磷矿所在层位——筇竹寺组下部含磷段为梅树村阶第Ⅳ带、即梅树村晚期地层,且磷矿中伴生钾;长江沟组下部含磷段与川西南麦地坪段层位接近,为梅树村早中期地层。汉源式磷矿在小江深断裂带两侧均有分布,成矿特征不受深断裂影响,但龙门山中段,北川—映秀深断裂带东侧产清平式磷矿,西侧产什邡式磷矿。纵向上,什邡式磷矿位于上泥盆统沙窝子组底部,上震旦统灯影组顶部古风化壳之上。在龙门山大水闸推覆体两侧,西有邱家河组含磷层,东有长江沟组含磷层,推覆体内部可能有寒武系下统含磷岩层提供成矿物源及贮存空间,在什邡式磷矿石中曾发现有个体极小的软舌螺化石,因此可以推测什邡式磷矿的形成与梅树村阶地层有关,因磷质岩长期、全面风化淋滤,后经沉积再造形成含铁、铝较高的砾屑磷块岩。4宽川铺段地层特征米仓山地区灯影组顶段磷矿以陕南宁强县发现最早、工作程度最高,矿床类型与昆阳式较接近,厚度、品位、规模均不及典型的昆阳式磷矿,故可称为宁强式磷矿。查明资源储量规模以小型为主。四川省宁强式磷矿品位低厚度薄,成矿条件差,此类型分布局限,资源潜力很小。含矿地层为震旦—寒武系灯影组顶段宽川铺段,米仓山周缘陕西宁强、南郑、西乡西部及四川南江地区,该段具有相近的特征:白云岩、灰岩,夹白云质硅质岩、硅云基砂屑磷块岩透镜体,具水平层理,小壳动物化石丰富。四川旺苍地区未发现磷矿化和小壳动物化石,宽川铺段可能存在亦可能已剥蚀,有待调查。四川省南江地区,宽川铺段地层出露南西自杨坝、沙滩,经新立、贵民、汇滩,向东延入陕西省南郑县朱家坝,区域长度达到41km。此外,新立磷矿区一带,有小片宽川铺段地层顺坡向出露,残留于老地层之上。含磷段宽川铺段白云岩中普遍具磷酸盐化,矿体呈似层状、透镜状、扁豆状产出。南江—旺苍地区仅在南江县新立有小型矿床1处,近省界南郑朱家坝有1处矿点。灯影组上段(猫儿坝段)可形成共生铅锌矿和萤石矿床。南江新立磷块岩矿床共有6个透镜体,其中最大一个(低品位矿体)经初勘,估算过资源量。含磷段厚15.40~22.65m,分上、下两个矿层。根据深部2个钻孔揭示,含磷段P2O5质量分数小于6%,表明矿体已闭合。宽川铺段可定义为或恢复为灯影组顶部的岩性段,其层位与川滇地区中谊村段、麦地坪段相当,含矿性及化石特征均可对比。宽川铺段小壳化石丰富,种类多,除软舌螺类、阿纳巴管、棱管壳类外,还有原牙形类、几丁虫、球形壳、单板类、藻类及虫管等,原始锥石类数量较多,但品种单调。川北、陕南地区梅树村阶生物地层研究以南江沙滩和宁强宽川铺选将坪剖面较详细,钱逸、何廷贵、杨暹和等(1999)在南江沙滩剖面以三叶虫、小壳动物化石建立了川北地区梅树村阶、筇竹寺阶的5个生物地层单位【1】:筇竹寺阶Ⅴ.Eorddlichia-Wutingaspis延限带Ⅳ.Parabadiella延限带梅树村阶Ⅲ.未名带Ⅱ.Siphogonuchites顶峰带Ⅰ.Anabaritestrisulcatus顶峰带根据上述研究成果,本区宁强式磷矿沉积成矿时代可确定为梅树村早期,南江沙滩剖面含磷段序列如下:米仓山地区筇竹寺组为跨梅树村阶、筇竹寺阶地层,上部产三叶虫化石,下部产小壳化石,未见磷矿化。5梅树村期磷矿建造及含磷规律《中国古生代成矿作用》(2005)指出“……磷矿床的矿源、沉积环境、形成作用等在各个地质时代的一定地质构造区域都可能存在或发生,为何在我国大规模成磷作用发生在