四川省金河磷礦礦石地球化學特征

鄧淵

四川省金河磷礦，四川 德陽 618400

中國沉積型磷礦床集中分布在揚子、華北和天山三大成磷區，磷礦床幾乎都在穩定的地臺邊緣形成，多沉積在地臺邊緣古島、水下高地邊緣、淺海域?？诤秃{處。成礦帶和聚磷區受成磷區古構造、古地理環境制約，含磷地層主要形成于陸緣、碳酸鹽臺地和外陸架盆地環境。磷礦床及含磷地層嚴格受地層層位控制，呈層狀、似層狀和透鏡狀賦存在震旦系、寒武系和泥盆系等，產于碎屑巖與碳酸鹽間過渡區，常與白云巖共生。礦石礦物以膠磷礦、炭氟磷灰石為主，次為細晶磷灰石、磷鐵礦；脈石礦物主要為白云石、方解石、石英和粘土礦物[1]。

硫磷鋁鍶礦與磷塊巖緊密共生是什邡式磷礦獨有的特征，礦石屬國內外海相磷塊巖中罕見的鋁磷酸鹽礦石類型?！笆糙健绷椎V礦石具有獨特的地球化學特征，通過對金河磷礦這一典型的“什邡式”磷礦礦石特性研究，深化中國沉積型磷礦床的理論認識，同時也為選礦、冶礦等生產行業的工作提供指導。

1 地質概況

1.1 區域地質

金河磷礦礦床處于龍門山邊緣拗陷帶中段大水閘復式背斜東南翼之綿竹-什邡復式褶皺帶中，區內構造線主要呈北東-南西向[2]。主要褶曲和斷裂的走向大多受其控制，線狀復式褶皺為區內的基本構造形態，褶曲長寬比多大于10∶1，一般向斜較開闊，背斜較緊密。褶曲軸向多為北東，絕大部分為倒轉褶曲，軸面傾向北西，但兩翼地層傾角多不一致，一般背斜的北西翼緩，南東翼陡，向斜則相反[3]。

1.2 礦床地質

金河磷礦主要為一向南東倒轉的背斜，背斜軸總體走向為70°，軸面傾向北西，軸向局部常有扭折，背斜樞紐起伏不平，屬線形褶曲向兩端傾伏。礦區東西兩端及深部有次級褶皺構造。

區內斷層發育，詳勘時地表查明有81 條斷層，對礦層有影響的斷層有23 條，其力學屬性以壓性、壓扭性為主，正翼多出現逆掩斷層，反翼則正斷層較多。巖層產狀總體傾向北北東、北北西。正翼傾角較緩，一般10°～25°，反翼稍陡，一般20°～35°，局部地段因受斷層影響傾角變陡，為40°～70°。

1.3 礦體地質

磷礦層位于上泥盆統沙窩子組下段的下部（圖1），其直接底板為震旦系燈影組藻白云巖，二者為巖溶不整合接觸；上覆地層為上泥盆統砂窩子組上段砂屑粗晶白云巖[4]。含磷巖段分四層，由上至下依次為炭質水云母粘土巖、含磷高嶺石粘土巖、硫磷鋁鍶礦石、礫屑磷塊巖。

圖1 含磷巖段綜合柱狀簡圖Fig 1 Comprehensive column diagram of phosphorous formation section

磷礦呈似層狀、透鏡狀，層位穩定、分布廣，底面凸凹不平，頂面側較平整。磷礦石P2O5含量28.00%～35.00%，厚0～75.3m。磷礦石呈淺灰-深灰、黑色，塊狀、角礫狀構造，內礫屑（內碎屑）結構，質硬性脆。礦物成分以微碳氟磷灰石為主（70%～80%），次為粘土礦物水云母、高嶺石、黃鐵礦及少量陸源礦物電氣石、輝石、鋯石等，后生礦物有石膏、黃鉀鐵礬、一水硬鋁石、綠泥石等。

硫磷鋁鍶礦在含磷層中富集，成因特殊，是罕見的礦體類型，呈似層狀、扁豆狀、透鏡狀產出，層位穩定，為磷塊巖直接頂板，厚0～14.80m。P2O5含量酸溶9.11%～15.1%，堿溶15.66%～23.51%。礦石呈淺灰-灰、紫灰色等，塊狀構造，以豆狀、團絮狀結構為主，次為隱晶質、顯微晶質球粒狀、眼球狀等結構，質硬性脆。主要礦物為硫磷鋁鍶礦，含量80%～90%，次為高嶺石、水云母、黃鐵礦、磷灰石及微量陸源碎屑礦物電氣石、輝石、鋯石、榍石、銳鈦礦、石英、獨居石等，后生礦物有水鋁石、綠泥石等。

2 地球化學特征

本文分析數據源于《四川省金河磷礦礦石質量特征報告》[5]，磷塊巖樣品分別選自金河磷礦八中段、九中段、十中段，在四川省地質礦產勘查開發局化探隊檢測中心完成分析測試，共計48 件。

2.1 磷塊巖地球化學特征

據全分析和多項分析資料統計，磷塊巖化學組分比較復雜，除P2O5、CaO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、F、MgO、CO2等常見組分（占總量的94.07%）外，還有約5.93%的K2O、Na2O、SrO、TiO2、TREE 等物質。其中，P2O5含量最小16.53%，最大38.00%，平均31.4%；CaO 含量最小39.54%，最大51.91%，平均45.18%；Al2O3含量最小0.70%，最大8.67%，平均4.06%；Fe2O3含量最小0.57%，最大7.04%，平均2.64；SiO2最小1.00%，最大7.93%，平均3.34%；F 含量最小2.37%，最大4.22%，平均2.97%；MgO 含量小0，最大2.24%，平均0.74%；CO2含量最小0.47%，最大2.33%，平均0.98%。

碘作為伴生有益組分在磷塊巖中相對富集，其含量超過克拉克值（I=3×10-5）數十倍至數百倍之多；碘含量10×10-6～275×10-6，一般80×10-6～160×10-6，平均114×10-6左右，變化系數6%，含量較穩定。

根據磷塊巖化學組分含量變化情況，可將其分為三類：①穩定類型，變化系數小于10%，有P2O5、CaO、I；②較穩定類型，變化系數為27%～74%，有F、CO2、Fe2O3、Al2O3、SiO2、及S 等；③不穩定類型：變化系數大于74%，如TREE、MgO、SrO 等，它們在原礦石中的含量變化系數分別為277%、207%和96%。

2.2 磷灰石地球化學特征

磷灰石的化學組分含量及分子式：礦物分子式計算采用鈣原子（前5 個樣）和氧原子法（后2 個樣）計算，計算時Fe2O3、Al2O3、SiO2、MnO、TiO2、SO2、K2O、Na2O 等均作混入物處理。

磷灰石的主要化學組分特點：①P2O5含量高，為 36.53%～40.37%，CaO 和 F 含量分別為50.86%～54.29%和3.14%～3.81%；②CO2含量偏低，一般0.65%～1.1%，普遍小于1.0%；③結晶水(H2O)+含量低，小于1.0%；④Fe2O3、Al2O3、MgO、SiO2等雜質總量不足3%[6]；⑤礦物表現為含或微含氟磷灰石特點。

3 討論

3.1 成因

什邡硫磷鋁鍶礦宏觀粒呈豆狀、鱺狀、類球粒狀等集合體，有的具裂紋構造，微觀粒細小，多呈隱晶膠狀結構，屬膠體沉積；同時，它與膠磷礦、高嶺石等共生，呈層產于粘土巖與磷塊巖之間，證明屬沉積自生型，物質源于古風化殼和海源。什邡硫磷鋁鍶礦系沉積自生礦物，在磷礦床中已形成獨立的礦體和少見的鋁磷酸鹽礦石類型，具有相當的潛在價值，它的產出是什邡磷礦的特色和典型標志。

與國內外其他硫磷鋁鍶礦相比成因存在不同，據有關資料記述[1]，蘇聯烏拉爾的“硫磷鋁鍶礦”產于鋁土礦裂隙中，無疑屬表生淋積成因；巴西的產于金剛石砂礫巖中，可能也屬次生產物；蘇聯阿爾泰及法國的硫磷鋁鍶礦與藍晶石、紅柱石、葉臘石、赤鐵礦、金紅石、鉀長石共生，屬巖漿及變質熱液類型；瑞典的產于含大量氫氧鋁石的石英巖中，可能亦屬次生作用的產物。

3.2 磷塊巖化學組分間的相互關系

磷塊巖化學組分相關系數變化規律是P2O5-CaO-F、TREE-AL2O3-SiO2組分間互為正相關，P2O5、CaO、F 與TREE、Al2O3、SiO2組分之間呈負相關，表現為不相容關系。即磷礦石化學組分P2O5-CaO-F 富集，粘土化學組分Al2O3-SiO2-TREE 減少，反之亦然。

Fe2O3、S、CaO、I 等與其它組分表現為不相關或弱相關，其原因是：①CO2是以不穩定的絡合形式進入磷灰石分子結構中的，加之礦石中有方解石的存在，進一步影響了CO2與P2O5、CaO、F 的相關關系[7]；②根據礦物學研究，礦石中鐵質與硫質主要來源于硫鐵礦和少量的白鐵礦，Fe2O3-S 應為密切相關，本文中Fe2O3-S 不相關，其一是在制樣過程中，硫鐵礦氧化，硫質逸失造成的假象[8]，其二是地表樣品中黃鐵礦強烈風化作用所致[9]；③I 為成礦過程中海水滲濾吸附在礦石中的，與礦石其他化學組分不相關。

3.3 沉積環境

金河磷礦磷塊巖的 ΣREE 為 158×10-6～256×10-6，平均為207×10-6；輕稀土(LREE)含量大于重稀土(HREE)，重稀土(HREE)輕微虧損，LREE/HREE 值為1.32～1.85，δCe為0.26～0.59，礦層Ce 負異常明顯（圖2）。數據表明本段磷塊巖在成巖過程中氧化還原狀態有變化，LaN/SmN為0.57～0.61，與Ce 異常無明顯相關性；本段磷塊巖的Ce 異常，反映海水的沉積環境特征，且基本未受到La 富集的影響。

圖2 磷塊巖稀土元素PAAS 標準化分配模式圖Fig 2 Distributed Pattern Diagram of REE of phosphorite samples standarded by PAAS

4 結論

金河磷礦磷灰石礦物種屬簡單，主要化學組分特點為P2O5、CaO 和F 含量高，CO2偏低，普遍小于1%，結晶水(H2O)也偏低。礦物分子式反映其含或微含碳的氟磷灰石，這種磷灰石含有碳，具有一般海相沉積磷灰石的共同點。

金河磷礦礦石在地球化學上具有不同于其他沉積型磷礦床的特征，化學組分以鐵、鋁質含量高，低鎂及含微量稀土為主要特征。金河磷礦開采的磷塊巖礦床，由于產出時代、礦物組合、地層組合及成因類型的特殊性，決定了礦石產品質量的獨特內涵，它的開采加工利用應區別于其它磷塊巖礦床。