滇东地区磷矿成矿特征及成因探讨

滇东地区磷矿成矿特征及成因探讨

云南晋宁和宁地区是中国最著名的磷矿产区。许多大型和中型磷矿床都在这个区域内。昆阳磷矿自20世纪40年代初发现以来,已有50多年的历史。通过地矿部及化工部所属地质队的普查勘探,对昆阳、海口、安宁地区磷矿层的厚度、品位变化及储量分布已有较清楚的了解;但对磷块岩的沉积环境则研究甚少,含磷地层的精确对比也还存在一些问题,有必要作进一步研究。为此,在1992～1995年期间,我们得到云南省科委和地质矿产部的基金资助,开展了“云南晋宁、安宁地区磷块岩沉积环境及澄江动物群研究”课题。通过野外观察和室内分析研究,对香条冲背斜南北两翼含磷地层进行了详细对比。根据20条含磷地层剖面的地层相分析进行相区划分,并作出了中谊村段下磷矿层和上磷矿层两个沉积时期的岩相古地理图。1在金宁和宁宁地区，不同层的磷层分类与比较1.1关于雨勉段待补段的讨论罗惠麟等在研究云南东部震旦系-寒武系界线地层时,对滇东地区晚震旦世至早寒武世含磷地层作了详细划分。含磷地层主要是渔户村组和筇竹寺组。渔户村组由下至上进一步划分为旧城段、白岩哨段、小歪头山段、中谊村段和大海段。筇竹寺组分为八道湾段(后改称为石岩头段)和玉案山段。这一划分意见,得到生产、科研和教学单位的广泛引用(王崇武等,1995;许善任等,1984;曾允孚等,1987;陈志明等,1987;叶连俊等,1989;云南省地质矿产局区调队,1990)。何廷贵(1989)对滇东地区含磷地层的划分提出异议,根据岩性特征,认为小歪头山段与下伏岩层无法划分,没有单独分出的必要,建议并入白岩哨段。另外将滇东一些剖面上,中谊村段之下以灰色、灰黑色薄至中厚层状含磷硅质白云岩与含磷泥质白云岩、白云质灰岩、粉砂质页岩的互层所组成的一套含磷硅质岩系称为待补段(硅质岩段)。但是,戈宏儒等(1984)将会泽地区中谊村段之下的硅质岩层命名为雨碌段。根据地层命名的优先法则,雨碌段命名在先,“待补段”在后;而且无论是雨碌段或“待补段”的命名剖面地点都在会泽雨碌红岩沟,而在待补附近均未测量过剖面,因此作者认为应该保留雨碌段而废弃“待补段”一名。关于雨碌段与小歪头山段的对比关系,目前存在两种意见:罗惠麟等将澄江渔户村、沾益德泽、禄劝岔河厂、会泽大海、永善肖滩等地中谊村段之下的一段硅质岩夹硅质白云岩的地层亦称为小歪头山段。而戈宏儒等(1984)、何廷贵则认为雨碌段(待补段)与小歪头山段为上下关系,并认为昆阳、海口和富民、嵩明一带缺失“待补段”地层。罗惠麟等曾指出,在梅树村剖面,小歪头山段与白岩哨段都由白云岩组成。但小歪头山段的白云岩层较厚,含砂质、磷质及硅质条带,具“人”字形交错层理,属潮间高能带的沉积;而其下的白岩哨段层较薄,含泥质较重,为潮上坪至潮间坪的沉积。况且在小歪头山剖面上,小歪头山段底部具有一层厚10cm的泥质白云岩与白岩哨段分界。因此小歪头山段作为一个岩石地层单位(岩性段)应该成立。该段地层在滇东地区分布较广,除昆阳外,在昆明海口、寻甸先锋、会泽马路、永善金沙厂均如此,它代表川滇黔碳酸盐磷酸盐台地上相对隆起的二级台地相区的沉积,表现为以白云岩为主夹硅质条带的岩石特征。另外在一级台地上,海底相对凹陷的二级台凹相区(如晋宁王家湾、澄江渔户村、会泽大海及永善肖滩等地)则沉积一套以硅质岩为主夹少量泥质白云岩的地层——雨碌段。从整个滇东地区含磷岩系的横向追索和对比,小歪头山段含硅质白云岩与雨碌段的硅质岩是由于沉积环境不同所造成的同时异相沉积,两者间只能是相变关系而不可能是上、下关系。叶连俊等亦认为,昆阳型和德泽型磷矿沉积特征的差异,是由于所处古地理位置不同,剖面结构特征亦不相同。从滇东地区含磷地层的划分和对比考虑,作者主张雨碌段与小歪头山段可同时并存,以作为渔户村组中谊村段与白岩哨段之间代表不同相区的两个岩石地层单元。1.2香条冲古起落架白泥层晋宁、安宁地区的含磷地层主要指渔户村组中谊村段的磷块岩层。中谊村段的中部夹层(白泥层或中白云岩层)明显地分为上、下两个磷矿层。在香条冲背斜南北两翼岩性和厚度均有明显变化(图1)。a.下磷矿层:香条冲背斜南翼,下磷矿层主要由白云质磷块岩和硅质磷块岩组成,底部常有一层球粒状磷块岩,一般厚2～4.7m,晋宁老高山最厚达9.4m。由东向西逐渐变薄,至安宁大龙潭厚仅2.2m,西南部晋宁二街响水剖面最薄为0.4m。香条冲背斜北翼,下磷矿层主要由石英砂质磷块岩、白云质磷块岩及硅质磷块岩组成,一般厚6～12m。安宁云龙山一带最厚达37.4m,安宁龙山至松坪一带厚度明显变薄,为3.8～5m。b.白泥层:白泥层主要岩性为灰色薄层含磷粘土岩,由于风化后形似白泥,故称“白泥层”。香条冲背斜南翼,白泥层相对较厚,一般为1～2m,昆阳磷矿区最厚达7m。由东向西变薄至尖灭,香条冲背斜北翼,在尖山和白塔村一带白泥层仍然存在,厚0.25～0.45m,向西、向北明显变薄。c.中白云岩层:香条冲背斜北翼,由海口白塔村磷矿开始,向西、向北,在上磷矿层下部或底部存在一层含磷砂质白云岩层,其厚度由南向北逐渐增厚,一般6～20m,安宁云龙山最厚达29.4m。龙山磷矿中白云岩常夹薄层磷块岩或磷块岩条带。d.上磷矿层:香条冲背斜南翼,上磷矿层主要是白云质磷块岩,厚度一般4～5m。安宁大龙潭最厚8.5m。背斜北翼,厚度明显增大,一般厚8～15m,主要为条带状白云质磷块岩。安宁龙山为磷基质磷块岩,松坪一带则相变为泥质磷块岩,厚度减至5m。由于香条冲古隆起南北两翼拗陷程度的差异,南部晋宁梅树村-二街-安宁八街一线,为拗陷较浅的滩相沉积环境,上、下磷矿层之间沉积了一层厚度不大的粘土岩(白泥层),上磷矿层下部没有“中白云岩层”;相反,在古隆起北部的海口-安宁地区,由于拗陷相对较深,在上磷矿层下部沉积了一套厚度较大的含磷砂质白云岩,而粘土岩则明显变薄,厚度仅0.1～0.3m,容易被忽略。故造成一些研究者认为晋宁地区的白泥层与海口、安宁地区的中白云岩层为同时异相沉积(云南省地质局二区测队,1971;叶连俊等,1989)。曾允孚等(1994)则将中白云岩层划归下磷矿层上部。张世山(1980)认为昆阳磷矿的白泥层只能与海口、安宁地区中白云岩层之下的白泥层相当,而不能与中白云岩层对比。作者赞同这一对比意见。从昆明海口桃树箐向阳山剖面明显看出,在中白云岩层之下有0.5m厚的生物碎屑磷块岩层,其下存在0.1m厚的粘土质页岩。尖山磷矿区的白泥层之上亦有一层生物碎屑磷块岩,与海口磷矿完全可以对比。由此看来,香条冲古隆起南部的白泥层,只能与隆起北部海口至安宁地区下磷矿层顶部的白泥层相当,而不能与中白云岩层对比。中白云岩层应划归上磷矿层,为上磷矿层中、下部磷块岩的相变。白泥层与中白云岩层应为上、下关系,而不是同时异相沉积。2香条冲背斜图5晋宁、安宁地区在早寒武世梅树村早期(中谊村段沉积时期),位于川滇黔碳、磷酸盐台地西南隅,西濒滇中古陆,东隔牛头山古陆,是滇中古陆东侧边缘的一个海湾体系,前人曾称为昆阳古海湾。昆阳古海湾受晋宁运动形成的近南北向的古断裂和东西向构造所控制。以现今近东西向的香条冲背斜为界,其北部含磷岩系厚度大,南部小。矿石类型在南部以磷基、硅泥基砂屑磷块岩为主,北部相变为条带状、条纹状白云质磷块岩,甚至出现厚层白云岩。而南北两边平距最近处仅几公里。这些特征标志着现今香条冲背斜两翼的差异是在沉积时期形成的,系同生构造的影响。曾允孚、杨卫东曾提出当时沿香条冲背斜存在一东西向的水下隆起。叶连俊等亦认为存在一同生背斜。云南省地质矿产局第一水文工程地质大队(1989)在香条冲背斜核部的三山箐、石马哨等地发现昆阳群黑山头组出露,上震旦统陡山沱组不整合覆盖在昆阳群之上。说明该隆起自晋宁运动形成以后具有一定的继承性。在寒武纪早期,由于隆起南北脉动生长的不同,导致南北两翼磷块岩相的差异。从南北两侧中谊村段的岩性、厚度和沉积环境分析看,香条冲古隆起南北两翼并不对称,南部基底隆起相对较高。2.1下磷矿层沉积期沉积相区本区磷块岩沉积差异主要受东西向构造的影响,依据区内各主要剖面岩石组合、沉积构造及厚度等因素,可将下磷矿层沉积时期划分为两个主要相区(图2)。2.1.1潮下高能环境中磷块岩组理主要分布于南部昆阳磷矿至八街大龙潭磷矿一线,北至鸣矣河、观音山一带。以砾屑磷块岩、砂屑磷块岩及假鲕状磷块岩为主,发育粒序层理、潮汐层理,为潮下浅滩高能环境的沉积。在该环境中,风浪作用强烈,水体较为动荡,原始沉积的磷酸盐沉积物经受机械改造和分选后,较轻的细粒悬浮组分及非磷酸盐颗粒被簸选走,较重的磷酸盐颗粒沉淀下来,富集成矿。向北至鸣矣河、观音山一线,属潮下高能环境与北部潮坪环境的过渡带。表现为白云质组分增加,并出现条带状白云质磷块岩;白云质条带与磷质条带相互成层,显示水动力条件有所减弱,但仍以潮下浅滩环境为主。2.1.2潮下缘磷质岩的分布潮坪环境主要体现在水动力能量下降,白云质掺合作用加强,含磷白云岩及球粒磷块岩、条带状白云质磷块岩含量逐渐增加。在龙山、滴水箐一带,则以含磷白云岩夹砂质磷块岩为主,显示从南到北,由潮下高能环境到潮间带最后过渡为潮间潮上相间的分布格局。在西北部草铺至松坪一带,下磷矿层含大量角砾状磷块岩,角砾成分以硅质岩、硅质白云岩为主,充填物质主要是粘土质、磷质,角砾大小悬殊。磷矿层之下有一较大的冲刷面,表明当时曾遭受强风暴扰动,说明角砾岩系风暴作用的产物。下磷矿层之上紧接着沉积了一层白泥层,即含磷粘土岩。粘土矿物主要是水云母,含少量高岭石和蒙脱石,水云母系由蒙脱石交代而来。粘土岩中发育水平层理,可见保存较好的磷质软舌螺化石,说明其形成环境安静,水动力条件较弱,且沉积缓慢,是潮下深水低能环境的产物。2.2中白云岩层相与下磷矿层相比,上磷矿层沉积格局有两个明显的变化。一是在海口-白登一带矿层下部相变为一套厚层白云岩,即中白云岩层。二是潮坪范围扩大,向南推进,从而导致了南北两区迥然不同的沉积面貌。综合各方面因素,可将上磷矿层沉积时期划分为两个相区(图3)。2.2.1磷矿层结构类型分布范围较下磷矿层沉积时略有缩小,主要是现今香条冲背斜以南地区。经过粘土岩沉积时期的深水低能环境之后,又重新恢复了有利于磷酸盐沉积的浅滩环境。主要岩性为砂屑磷块岩、假鲕状磷块岩夹少量砾屑磷块岩、条带状白云质磷块岩、生物碎屑磷块岩。在昆阳磷矿区可见大型交错层理、波状层理。晋宁梅树村至二街一带上磷矿层上部常有一层以单板类为主的生物碎屑磷块岩;八街白泥田还见到含砂屑鲕状磷块岩,显示出典型的潮下