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  中国地质 2022, Vol. 49 Issue (2): 435-454  
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王莹, 熊先孝, 东野脉兴, 李代荣, 屈云燕, 刘秋颖, 霍延安. 2022. 中国磷矿资源预测模型及找矿远景分析[J]. 中国地质, 49(2): 435-454.  
Wang Ying, Xiong Xianxiao, Dongye Maixing, Li Dairong, Qu Yunyan, Liu Qiuying, Huo Yan'an. 2022. Prediction model and exploration prospect analysis of phosphate mineral resources in China[J]. Geology in China, 49(2): 435-454. (in Chinese with English abstract).  

中国磷矿资源预测模型及找矿远景分析
王莹1,2, 熊先孝1, 东野脉兴3, 李代荣1, 屈云燕1, 刘秋颖1, 霍延安1    
1. 中化地质矿山总局化工地质调查总院,北京 100101;
2. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083;
3. 中化地质矿山总局地质研究院,北京 100101
摘要[研究目的] 磷矿是具有战略意义的矿产资源,2014年至今,中国地质调查局组织编写的中国矿产地质志,全面描述了中国磷矿全貌及重要成矿规律,加强了对全国磷矿矿情的掌握。本文依托中国矿产地质志项目,系统总结了中国磷矿时空分布特征,圈定了磷矿找矿远景区和磷矿重点勘查区,对未来磷矿找矿工作有一定的参考价值。[研究方法] 本文选取了具有代表性的矿床进行详细解剖工作,分别总结研究了沉积型、岩浆岩型和变质型磷矿的成矿条件和成矿模式,建立了典型矿床预测模型。根据预测模型及预测资源量规模(5000×104 t以上)等条件,把磷矿划分为3类成矿预测区。[研究结果] 截至目前,中国共有磷矿产地1040处,查明资源储量231.07×108 t,分布在全国30个省(市、自治区)。根据中国磷矿成矿规律,将其划分为27个Ⅲ级成矿区带、4个成矿亚带和21个矿集区。确定了中国磷矿重要成矿预测区12个,预测潜在资源总量可达300.1×108 t。根据磷矿成矿预测成果,圈定了27个磷矿找矿远景区。根据磷矿找矿远景,结合成矿地质条件、矿床地质特征、资源量可靠程度,圈定了19个磷矿重点勘查区,预测资源量达236.83×108 t,可优先安排勘查工作。[结论] 未来中国磷矿的找矿重点建议在云南东北、四川西南、贵州开阳、湖北神农架、河北承德、新疆库鲁克塔格等地区,找矿远景较大。
关键词磷矿    预测模型    成矿规律    找矿远景    矿产调查工程    
中图分类号:P619.213            文献标志码:A             文章编号:1000-3657(2022)02-0435-20
Prediction model and exploration prospect analysis of phosphate mineral resources in China
WANG Ying1,2, XIONG Xianxiao1, DONGYE Maixing3, LI Dairong1, QU Yunyan1, LIU Qiuying1, HUO Yan'an1    
1. General Institute of Chemical Geology Survey of CCGMB, Beijing 100101, China;
2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
3. Geology Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau, Beijing 100101, China
Abstract: This paper is the result of mineral exploration engineering.
[Objective] Phosphate deposit is a strategic mineral resource since 2014, the compilation of Annals of Geology of Mineral Resources of China has been organized by China Geological Survey, which is comprehensively described the overall picture of phosphate in China and important metallogenic regularities, and strengthened the grasp of phosphate situation in China. Based on the project of Annals of Geology of Mineral Resources of China, this paper systematically summarizes the spatial and temporal distribution characteristics of phosphate ore at the national level, and delineates the potential areas and key exploration areas of phosphate, which has certain reference value for phosphate ore exploration in China in the future. [Methods] The metallogenic conditions and metallogenic models of sedimentary, magmatic and metamorphic phosphate deposits are summarized and studied respectively, and the prediction models of typical deposits are established. According to the prediction model and the forecast resources scale (5000×104 t or more), the phosphate deposit is divided into three types of metallogenic prediction areas. [Results] Up to now, there are 1, 040 phosphate production areas in China (the identified resource reserves are 231.07×108 t) and distributed in 30 provinces (municipalities, autonomous regions). According to the ore-forming rules of phosphate in China, phosphate in China can be divided into 27 Grade Ⅲ metallogenic belts, 4 ore-forming sub-zones and 21 ore-concentrated areas. 12 important metallogenic prediction areas of phosphate deposit in China are determined, with the total predicted potential resources up to 300.1×108t. According to the prediction results of phosphate ore mineralization, 27 potential areas for phosphate exploration have been delineated in China. According to the exploration prospect of phosphate, combined with metallogenic geological conditions, deposit geological characteristics, ore dressing and smelting performance, and reliable degree of resources, 19 key exploration areas of phosphate ore were delineated, with the predicted resources of 236.83×108 t, and the exploration work can be arranged in priority. [Conclusions] In the future, the exploration of phosphate ore in China should be focused on northeast Yunnan Province, southwest Sichuan Province, Kaiyang of Guizhou Province, Shennongjia of Hubei Province, Chengde of Hebei Province, Kuruktag and other areas in Xinjiang, with a great prospect of exploration.
Key words: phosphate deposit    prediction model    metallogenic regularity    exploration prospect    mineral exploration engineering    

1 引言

磷矿是具有战略意义的矿产资源,主要用于生产磷肥,也用来制造黄磷、赤磷、磷酸、磷化合物及其他磷酸盐类产品,在农业、化工、医药、食品、轻工、建材、国防等工业部门有着广泛的应用。作为一种不可再生的矿产资源,磷矿的可持续开发与利用直接关系到粮食安全及人类的生存发展(宋天锐,2007张汉泉等,2020)。

世界磷矿资源较多,分布比较集中。据美国地质调查局统计,2015年全球磷矿石基础储量687.05×108 t,主要分布在非洲、亚洲、北美洲等地区,其中92%集中分布在摩洛哥和西撒哈拉、中国、阿尔及利亚、叙利亚、南非、约旦、美国、俄罗斯等8个国家(地区)。摩洛哥和西撒哈拉磷矿石基础储量500×108 t,位居全球第一,占全球总量的73%;中国虽然位居第二,但基础储量仅有33.08×108 t,占全球总量的5%(鲍荣华,2015李维等,2015张亮等,2017)。目前世界可供经济开采的磷矿资源可使用300年左右。

中国磷矿类型有沉积型、变质型、岩浆岩型、鸟粪型和风化型,其中前3种为主要类型,占总量的99.6%。沉积型磷矿占全国总量的85%,矿床规模大,矿床品位相对较高,是目前开发利用的主要对象。变质型和岩浆岩型磷矿占14.6%(熊先孝等,2019),这两类磷矿床一般规模较小,品位低,但矿石易选,岩浆岩型磷矿还共伴生铁矿、蛭石、石墨等矿产,在目前经济条件下,绝大多数在综合开采利用(陈其英等,2000王海平和吕凤翔,2002陈毓川等,2006薛珂和张润宇,2019陈瑞红和赵锴,2021)。鸟粪型及风化型(都属于表生型)的磷矿只占0.4%。截至2016年,中国磷矿共有581个矿区,查明资源储量231.07×108 t。伴生磷矿共有19个矿区,查明资源储量(P2O5)1637.80×108 t。

中国磷矿地质工作开展较早。1949年前中国地质学家就对江苏锦屏磷矿、云南昆阳、海口磷矿、澄江东山磷矿、安徽凤台磷矿和南沙、西沙鸟粪磷矿进行过地质调查(曾允孚和杨卫东,1987赵玉海,2011杨道堃等,2013陈启良等,2017李小燕等,2018严清高等,2018肖喆等,2019)。20世纪50年代先后发现了著名的“三阳开泰”中的贵州开阳、湖北荆襄(襄阳)两大磷矿和“五阳争艳”中的湖南浏阳、四川金河绵阳两大磷矿(黎永才,1980熊先孝等,2010戴玉皇和余大龙,2012肖蛟龙等,2015)。1979—2000年,中国新发现磷矿125处,其中大型以上矿床4处,主要分布在扬子地台西缘川滇成矿带和扬子地台东南缘成矿带鄂西聚磷区。2001—2015年,新发现磷矿产地77处,其中大中型磷矿9处。2000年以来,区域层面的磷矿研究工作开始实施,但对于磷矿成矿规律的研究,大多仅限于单个矿床或单种成矿类型,全国性的规律研究工作仍然缺乏,也未开展过磷矿全国性资源预测工作,资源“家底”不清,重要成矿远景区的找矿工作突破有限,已不能满足进一步勘查工作的需要(田升平,2000熊先孝等,2007邓小林等,2009严炜等,2015曹烨等,2018王鼎等,2018)。2007—2013年,以成矿系列理论为基础,成矿规律研究和成矿区带为背景,中国地质调查局实施了全国化工矿产资源潜力评价项目,磷矿研究取得了阶段性的成果(唐尧,2014孙小虹等,2015东野脉兴等,2018)。2014年至今,中国地质调查局实施的中国矿产地质志,全面汇总了中国磷矿全貌及重要成矿规律,是在全国矿产资源潜力评价等项目的基础上,对中国磷矿床理论研究与勘查成果的总结和深化,提升了对全国磷矿矿情的掌握(薛天星等,2011徐志刚和朱明玉,2015黄凡等,2020吴发富等,2021)。本文依托中国矿产地质志项目,系统总结了全国层面磷矿时空分布特征,在《中国成矿区带划分方案》的基础上划分了磷矿的三级成矿区带,并以此圈出21个磷矿矿集区;通过对典型矿床的研究总结建立了典型矿床预测模型,圈定了全国磷矿重要成矿预测区和磷矿找矿远景区,并进一步圈出磷矿重点勘查区,对未来中国磷矿找矿工作有一定的参考价值。

2 成矿规律 2.1 时空分布特征 2.1.1 空间分布特征

截至2016年,查明资源储量(P2O5)231.07×108 t,分布在全国30个省(市、自治区),排名前十位的省份依次为湖北省、云南省、贵州省、四川省、湖南省、山东省、陕西省、河北省、青海省、山西省。其中,沉积型磷矿主要分布在云南、贵州、四川、湖北、湖南等省,岩浆岩型磷矿主要分布在河北、新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区、山东、陕西等省区,变质型磷矿床主要分布在江苏、安徽、湖北、河北、辽宁、吉林等省。

截至目前,全国共汇总磷矿矿产地1040处,其中超大型25处,大型101处,中型205处,小型178处,矿点531处(图 1)。根据徐志刚等(2010)中国成矿区带划分方案,全国1040个磷矿矿产地主要分布在:①Ⅲ-77上扬子中东部成矿带(矿产地256处,占比24.62%);②Ⅲ-73龙门山—大巴山成矿带(矿产地136处,占比13.08%);③Ⅲ-67桐柏—大别—苏鲁成矿带(矿产地71处,占比6.83%);④Ⅲ-63华北陆块南缘成矿带(矿产地59处,占比5.67%);⑤Ⅲ-71武功山—杭州湾成矿带(矿产地50处,占比4.81%)(熊先孝等,2019)。

图 1 全国磷矿矿产地和成矿类型分布图(据熊先孝等,2019 Fig. 1 Distribution map of phosphate deposits and metallogenic types in China (after Xiong Xianxiao et al., 2019)
2.1.2 时间分布特征

中国磷矿从太古宙一直到新生代均有分布,但不同时代的磷矿各具明显特点。例如,岩浆岩型磷矿其形成具有比较集中的时代规律。超基性岩类、基性岩类及伟晶岩类磷矿多形成于前寒武纪,如桓仁吕家堡子超基性岩类磷矿,承德马营、黑山等基性岩类磷矿,怀安右所堡伟晶岩类磷矿等。而超基性-碱性杂岩磷矿、碱性岩类磷矿则形成于寒武纪之后(主要是印支期),如矾山磷矿、且干布拉克磷矿等。变质型磷矿成矿时代有太古宙早期、古元古代早期及古元古代晚期,其中古元古代晚期海州式磷矿具有较大工业价值。沉积型磷矿主要形成于震旦纪、寒武纪和泥盆纪(表 1)。

表 1 中国磷矿的含磷层位(据熊先孝等,2019 Table 1 Phosphorus-bearing strata in China(after Xiong Xianxiao et al., 2019)
2.2 成矿区带

中国磷矿成矿区带的划分是以磷矿区域成矿地质背景和成矿规律特点为依据,按照《中国成矿区带划分方案》Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级成矿区带划分方案,提出磷矿的三级成矿区带(陈毓川, 1999a, b陈毓川和王登红,2010徐志刚等,2010)。根据中国磷矿成矿规律,在综合研究并总结磷矿成矿规律基础之上,将中国磷矿划分了27个Ⅲ级成矿区带,4个成矿亚带(表 2图 2)。

表 2 中国磷矿成矿区带划分(据熊先孝等,2019 Table 2 Classification of phosphate metallogenic zones in China (after Xiong Xianxiao et al., 2019)
图 2 中国磷矿Ⅲ级成矿区带划分图(据熊先孝等,2019 1—二级成矿区带界线;2—三级成矿区带界线及编号;3—(四川、华南)泥盆纪沉积磷矿(什邡式);4—(西北)寒武纪磷矿(平台山式);5—(华北)寒武纪磷矿(辛集式);6—(南方)寒武纪磷矿(昆阳式、汉源式、大茅式);7—(秦岭造山带)沉积磷矿(天台山式);8—(上扬子)震旦纪磷矿(荆襄式、开阳式、新华式);9—(下扬子)震旦纪磷矿(东溪式、朝阳式);10—沉积变质磷矿(海州式、勿兰乌苏式);11-岩浆岩型磷矿(右所堡式、且干布拉克式、矾山式) Fig. 2 Division of Grade Ⅲ metallogenic belts of phosphate deposit in China (after Xiong Xianxiao et al., 2019) 1-Ⅱ metallogenic zone boundary; 2-Ⅲ metallogenic zone boundary and numbering; 3- Devonian sedimentary phosphate deposit (Shifang type) in Sichuan and South China; 4-(northwest) Cambrian phosphate deposit (platform mountain type); 5-(North China) Cambrian phosphate deposit (Xinji type); 6-(South) Cambrian phosphate deposit (Kunyang type, Hanyuan type, Damao type); 7-(Qinling orogenic belt) sedimentary phosphate deposit(Tiantai Mountain type); 8-(Upper Yangtze) Cambrian phosphate deposit (Jingxiang, Kaiyang, Xinhua); 9-(Lower Yangtze) Sinian phosphate deposit (Dongxi type, Chaoyang type); 10-Sedimentary metamorphic phosphate deposit(Haizhou type, Belanwusu type); 11- Magmatic phosphate deposit(right Suopu type, Dry Bulak type, Fanshan type)
2.3 磷矿矿集区

磷矿矿集区是在中国磷矿成矿区带划分方案的基础之上圈定的,相当于磷矿的Ⅳ、Ⅴ成矿区带。综合成矿规律,构造背景、岩相古地理等因素划分圈定,总体表现了中国重要磷矿矿集区的基本特征,包括了中国主要的磷矿产地及潜力地区。

在此基础之上,将中国磷矿划分21个矿集区(表 3图 3),其中备注重要者为最为重要的矿集区。

表 3 中国磷矿矿集区(据熊先孝等,2019 Table 3 Phosphate ore concentration areas in China (after Xiong Xianxiao et al., 2019)
图 3 中国磷矿矿集区及矿床类型分布图(据熊先孝等,2019 1—沉积型;2—岩浆岩型;3—变质型;4—矿集区编号;5—矿床类型及矿床式 Fig. 3 Distribution of phosphate ore concentration areas and deposit types in China (after Xiong Xianxiao et al., 2019) 1-Sedimentary type; 2-Magmatic type; 3-Metamorphic type; 4-Ore concentration area Number; 5-Deposit types
3 典型矿床预测模型

矿产预测类型是从预测角度对矿产资源的一种分类,矿产预测类型是开展预测工作的基本单元,凡是由同一地质作用下形成的,成矿要素与预测要素基本一致,可在同一预测底图上完成预测工作的矿床、矿点和矿化点归为同一矿产预测类型(陈毓川和王登红,2010)。同一矿种存在多种矿产预测类型,不同矿种组合可能为同一类型,同一成因类型可能有多种类型,不同成因类型组合也可能为同一矿产预测类型(叶天竺等,2007)。

在划分矿产预测类型的基础上,选择具有代表性的矿床进行详细解剖工作,作为典型矿床研究,其目的是为了科学确定该预测类型的成矿要素和预测要素(Zartman and Doe, 1981肖克炎等,2013朱裕生等,2013Yang et al., 2015Yu et al., 2015Li et al., 2016Ma et al., 2016Zhang et al., 2016Xiao et al., 2017Zhang et al., 2017Lyu and Gong, 2019Agterberg,2021)。下文对沉积型、变质型和岩浆岩型磷矿分别进行详细解剖。

3.1 沉积型磷矿(以湖北省荆襄磷矿为例)

(1)成矿条件

荆襄磷矿为海相沉积型磷矿,矿体受震旦纪陡山沱组地层控制。

① 成矿时代:新元古代早震旦世陡山沱期。

② 大地构造位置:扬子陆块区(Ⅱ),上扬子古陆块(Ⅱ2),上扬子被动陆缘褶皱带(Ⅱ2-2),乐乡关断隆(K2)(Ⅱ2-2-7)。

③ 古地理:古扬子陆表海鄂中台地边缘及潮坪通道。

④ 沉积相:台地潮坪相,潮下-潮间坪亚相。

⑤ 沉积建造:含磷含硅质碳酸盐岩建造、含磷含炭硅质页岩建造。

⑥ 成矿环境:氧化环境为主。

⑦ 成矿作用:胶体化学作用为主,其次为生物化学作用。

⑧ 成矿物质来源:上升洋流补给富磷海水为主,次为陆源碎屑物及火山喷发物质。

(2)成矿模式

① 震旦统陡山沱组磷块岩矿层,与含磷岩系沉积旋回相对应,呈明显的旋回性,即各磷块岩矿层皆位于各次级沉积旋回之始末。

旋回之始,主要为较动荡条件下盆内磷质碎屑沉积的颗粒结构磷块岩,仅其底部为漆膜状,薄层状凝胶结构磷块岩。其磷质颗粒多为原地胶体聚沉磷块岩的同生或准同生碎屑,因此多具塑性变形:磷质颗粒间的填间物,视环境不同有泥质、白云质(部分被硅质交代),或无填间物的颗粒支撑,但以砂泥质居多。显示了旋回初期沉积环境的动荡不稳定。旋回之末,主要为较宁静环境中胶体聚沉的疑胶结构磷块岩与含磷质碎屑的泥晶白云岩(或白云质填间的颗粒结构磷块岩)韵律互层。反映了沉积旋回末期沉积环境稍稳定、平静。沉积旋回初期沉积的磷块岩不够稳定,沉积旋回末期沉积的磷块岩比较稳定。这在整个陡山沱期都是如此,第一段的磷矿层只在部分地区具工业意义,第二段的磷块岩分布普遍。

② 震旦纪陡山沱期磷块岩,纵、横方向皆处于碎屑岩至碳酸盐岩之间。

③ 震旦纪陡山沱期磷块岩,多沉积于扬子浅海内浅海台地和浅海盆地边缘,极个别的沉积于浅海边缘之海口、海峡处。

④ 震旦纪陡山沱期磷块岩的品位及杂质含量,取决于沉积环境及沉积期后的演化。

浅海台地相因较浅海盆地相成磷条件优越,海冰深度适中,温度压力适宜,生物繁盛,又有簸选作用等,所以其磷块岩的品位也较高,磷块岩中所含杂质以钙、镁为主;而浅海盆地相磷块岩品位较低,所含杂质以悬浮碎屑沉积的泥质组分为主。

磷块岩的形成与古构造、岩相古地理关系甚为密切,它明显受一定的沉积相带制约。具体反映了陡山沱期地史发展中所形成的滨岸相、浅海台地相、晚期浅海台地相和浅海盆地相四种沉积环境,浅海台地台坪-磷块岩、泥页岩、白云岩亚相为陡山沱期磷块岩聚沉、富集的一个主要沉积相带。其成矿模式如图 4

图 4 湖北省荆襄磷矿床成矿模式图(据熊先孝等,2019 Fig. 4 Metallogenic model of Jingxiang phosphate deposit in Hubei Province (after Xiong Xianxiao et al., 2019)

(3)预测要素及模型

矿床为沉积型磷矿,矿体受含矿地层控制,预测要素主要有构造背景、古地理、沉积相、沉积建造和含矿岩系组合等,矿体在特定的岩相古地理环境下富集成矿,以荆襄磷矿为例建立典型矿床预测模型(表 4)。

表 4 湖北省荆襄磷矿预测模型(据熊先孝等,2019 Table 4 Prediction model of Jingxiang phosphate deposit in Hubei Province (after Xiong Xianxiao et al., 2019)
3.2 岩浆岩型磷矿(以河北省矾山磷矿为例)

(1)成矿条件

河北省矾山磷矿为偏碱性超基性岩浆岩型磷矿床,其形成条件:

① 成矿时代:晚古生代华力西期。

② 构造背景:华北陆块,迁西—阜平岩浆弧。

③ 控岩构造:含矿岩体位于上黄旗—乌龙沟深断裂西侧,EW向矾山—南口—密云—喜峰口深断裂与矾山背斜轴部之交汇部。

④ 控矿岩体:偏碱性超基性-碱性杂岩。

⑤ 岩石组合:辉石岩、黑云母辉石岩、正长辉石岩、含石榴辉石正长岩、正长岩。

⑥ 岩体相带:岩体由外向内为榴辉正长岩带、辉石岩及黑云母辉石岩带、磷灰石岩及磁铁磷灰石岩带、辉石正长岩带。

⑦ 控矿岩相:辉石岩、黑云母辉石岩、正长辉石岩。

(2)成矿模式

磷矿赋存于早期偏碱性超镁铁质岩-次透辉石型辉石岩中,它与第二期侵入的碱性岩-辉石正长岩,共同组成幔源中心式侵入的盆状杂岩体。磷矿体呈似层状产于中部辉石岩带的中上部,系该期辉石岩浆演化中、晚期至残浆阶段,在动力分异过程中形成。残浆组分黏度小,易于流动,形成薄而稳定的似层状富矿体(层)。第三期侵入的正长岩岩墙呈截切状破坏了中部岩盆构造及含矿辉石岩带的延续分布,造成矿体仅存在于半个岩盆内。其成矿模式如图 5

图 5 河北省矾山磷矿床成矿模式图(据河北省地矿局石家庄综合地质大队,2011) 1—含铁(磷)矿层;2—第一期侵入岩辉石岩、黑云母辉石岩;3—第二期侵入岩正长辉石岩;4—第二期侵入岩辉石正长岩;5—第二期侵入岩榴辉正长岩;6—第二期侵入岩正长岩;7—第三期侵入岩辉石正长岩;8—第三期侵入岩似粗面状正长岩-正长岩;9—第三期侵入岩长城系高峪庄组至蓟县系雾迷山组白云岩;10—第四系 Fig. 5 Metallogenic model diagram of Fanshan phosphate deposit in Hebei Province (after Shijiazhuang Comprehensive Geological Brigade of Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources, 2011) 1- Iron (phosphorus) bearing layer; 2- The first intrusive pyroxenite and biotite pyroxenite; 3- The second intrusive syenophanite; 4- The second intrusive pyroxene syenite; 5- The second intrusive eclogite syenite; 6- The second intrusive syenite; 7- The third intrusive pyroxene syenite; 8- The third intrusive rocks resemble coarse-plane syenite and syenite; 9- The third intrusive rocks from Changcheng System gaoyuzhuang Formation to Jixian System Wumishan Formation dolomite; 10-Quaternary system

(3)预测要素及模型

根据成矿时代、成矿构造背景、控矿岩体、含磷岩石组合、矿物组合、矿石结构构造和物、化、遥感等特征总结出该典型矿床预测模型(表 5)。

表 5 河北省矾山磷矿预测模型(据熊先孝等,2019 Table 5 Prediction model of Fanshan phosphate deposit in Hebei Province(after Xiong Xianxiao et al., 2019)
3.3 变质型磷矿(以辽宁省建平县勿兰乌苏磷矿为例)

(1)成矿条件

辽宁省建平县勿兰乌苏磷矿为绿岩带型变质磷矿床,其形成条件:

① 成矿时代:新太古代。

② 构造背景:内蒙古自治区古陆的南缘,接近燕山准地槽。

③ 含矿地层:新太古界变质表壳岩和变质深成岩组合。

④ 变质建造:黑云斜长变粒岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩、黑云斜长片麻岩、黑云钾长片麻岩、花岗质片麻岩。

⑤ 成矿作用:变质作用、超变质作用。

(2)成矿模式(图 6)

图 6 辽宁省建平县勿兰乌苏磷矿床成矿模式图 (据辽宁省地质矿产调查院,2012) Fig. 6 Metallogenic model diagram of Belanwusu phosphate deposit, Jianping County, Liaoning Province (After Liaoning Geological and Mineral Survey Institute, 2012)

勿兰乌苏磷矿成矿作用主要包括两个阶段:第一阶段为新太古代火山喷发沉积阶段,第二阶段为区域变质阶段,后期转化为混合作用超变质作用阶段。具体成矿过程为:

① 火山喷发沉积阶段,从2800 Ma起,在由中太古代形成的古陆核组成的卵形穹隆区边缘,形成了类似现代大陆边缘活动带或弧后盆地的裂谷环境,大量的火山喷发和沉积作用,在狭长的槽形盆地内,聚集了大量的火山-沉积物质,即绿岩建造。伴随强烈的海底火山活动,从地球深部带来的成矿物质,如:Fe、P等,与绿岩建造一同沉积形成最初的成矿矿源层。Fe、P的运移是以氢化物的形式随岩浆一同运移,且源自地核,形成以磁铁磷灰石为主要形式的矿石类型。与此同时,花岗质岩浆同构造侵入,形成绿岩带变质变形前的深成岩体。

② 变质阶段,在2500 Ma左右,发生了第二次较为强烈的构造-岩浆热事件,太古宙地体基本克拉通化。在此期间,花岗-绿岩建造经历了广泛而强烈的区域变质作用,形成了现小塔子沟组表壳岩岩性组合,即黑云斜长变粒岩-斜长角闪岩-磁铁石英岩组合与深成片麻状花岗岩。伴随作为热源体的花岗岩浆的侵入,区域变质作用发展到以混合作用为主的超变质作用,形成混合岩化黑云斜长片麻岩-混合岩化黑云钾长片麻岩-混合岩化花岗质片麻岩的岩性组合。成矿物质Fe、P得到进一步富集而成矿。其成矿模式如图 6

(3)预测要素及模型

根据成矿时代、成矿环境、变质建造、含磷岩系组合、矿石类型及矿物组合、矿石结构构造和物、化探等特征总结出该典型矿床评价模型(表 6)。

表 6 辽宁省建平县勿兰乌苏磷矿预测模型(据熊先孝等,2019 Table 6 Prediction model of Belanwusu phosphate Deposit in Jianping County, Liaoning Province(after Xiong Xianxiao et al., 2019)
4 找矿远景 4.1 磷矿资源量预测方法

本次预测采用叶天竺等(2007)提出的矿床模型综合地质信息预测方法(叶天竺等,2007),根据全国化工矿产资源潜力评价项目成果,全国各省区在建立了本省区不同预测类型典型矿床预测模型和区域预测模型基础上,圈定了最小预测区。各类型预测区资源量估算方法采用体积估计法,分500 m以浅、1000 m以浅、2000 m以浅分别估算资源量,采用此方法进行资源量估算的同时,还运用矿床地质经济模型法(品位-吨位模型法)估算资源量,以印证结果的合理性及可靠程度。

4.2 全国磷矿重要成矿预测区

根据预测模型及预测资源量规模(5000×104 t以上)等条件,把磷矿划分为3类成矿预测区:

(1)潜在资源量大于10×108 t的重要成矿预测区6个,包括:川西南—滇东北成矿预测区、滇池—抚仙湖成矿预测区、神农架—宜昌成矿预测区、东山峰成矿预测区、开阳—翁安成矿预测区、吉首—怀化成矿预测区;(2)潜在资源量在2×108~10×108 t的成矿预测区3个,包括:清镇—织金成矿预测区、海州成矿预测区、库鲁克塔格成矿预测区;(3)潜在资源量在0.5×108~2×108 t的成矿预测区3个,包括:张家口—承德成矿预测区、略阳成矿预测区、绵竹—什邡成矿预测区。

以此确定了中国磷矿重要成矿预测区12个(图 7),预测潜在资源总量可达300.1×108 t。

图 7 中国磷矿重要成矿预测区分布图(据熊先孝等,2019 1—磷矿重要成矿预测区;2—磷矿重要成矿预测区编号 Fig. 7 Distribution of important phosphate deposits in China (after Xiong Xianxiao et al., 2019) 1- Important metallogenic prediction area of phosphate deposit; 2- Number of important metallogenic prediction area of phosphate deposit
4.3 在中国磷矿找矿远景区划分

根据以上磷矿成矿预测成果,结合近几年地质大调查工作对扬子准地台地区、塔里木准地台北缘、中朝准地台北缘及海州—大悟地区等主要磷矿富集区资源调查评价资料,中国圈定了27个磷矿找矿远景区(表 7)。

表 7 中国磷矿找矿远景区一览(据熊先孝等,2019 Table 7 List of phosphate exploration potential areas in China (after Xiong Xianxiao et al., 2019)
5 磷矿未来工作建议 5.1 勘查部署建议

根据磷矿找矿远景,结合成矿地质条件、矿床地质特征、资源量可靠程度,圈定磷矿勘查区,作为下一步磷矿找矿重点方向。

勘查区分为3级,1级为重点勘查区、2级为一般勘查区、3级为暂不宜部署工作区。重点勘查区一般是指成矿地质条件好、找矿潜力大、有一定的工作基础、已知矿床深边部等近期可优先安排勘查工作的区域,工作类别一般为普查—详查。远景好时可作为整装勘查基地。一般勘查区指成矿地质条件好、物化探异常发育,有一定的找矿潜力的区域,工作类别一般为预查—普查。

依照勘查工作部署原则,全国划分了19个重点勘查区(表 8),21个一般勘查区,51个暂缓勘查区(图 8)。

表 8 中国磷矿重点勘查区 Table 8 Key exploration areas of phosphate deposit in China
图 8 全国磷矿勘查工作部署建议图(据熊先孝等,2019 1—1级勘查区;2—2级勘查区;3—3级勘查区 Fig. 8 Suggested plan for phosphate exploration in China (after Xiong Xianxiao et al., 2019) 1-Level 1 exploration area; 2-Level 2 exploration area; 3-Level 3 exploration area
5.2 磷矿找矿方向

中国磷矿资源潜力较大,未来应该从以下几个方面加大勘查力度:

(1)滇池和抚仙湖周围地区探明的磷矿资源占云南省的72%,是云南磷矿资源开发的主要地区。而滇东北作为磷矿采选后备接替规划区,地质工作程度相对较低,建议开展磷资源潜力评价工作,随着地质勘查工作的深入及开发条件的改善,滇东北地区将成为云南省磷矿开采接替矿区。

(2)绵竹—什邡地区是四川省磷矿地质研究及勘探程度最高的地区,也是四川磷矿的主产区,经过数十年的开采,资源日趋枯竭。而川西南地区成矿条件好,磷矿地质工作相对较低,建议开展川西南地区磷矿资源勘查工作,查明区内磷矿,特别是富磷矿的地质特征和资源潜力,为其成为四川省磷矿开发基地接替区提供支撑。

(3)在贵州开阳县的清水口—花黎—板坑—麻窝一带,含磷地层发育,建议对开阳县的龙水、马口和瓮安的小河口地区的磷资源进行资源潜力评价工作,开展深部找矿勘查工作。另外,对于资源储量规模较大的贵州织金新华矿区,建议制定综合开发方案,以合理利用资源为前提,开展深部普查找矿工作。

(4)近年来,宜昌磷矿北部的勘查成果表明,宜昌磷矿与兴神—保康磷矿可能连成一片,形成了鄂西兴山—宜昌磷矿成矿带,建议在神农架与黄陵两大背斜之间几百平方千米中间地带开展磷矿资源潜力评价与勘查工作。

(5)中国北方磷矿的找矿,建议在河北省承德市丰宁—平泉、新疆维吾尔自治区库尔勒市库鲁克塔格等地区,开展岩浆岩型磷灰石矿床的潜力评价和找矿勘查工作。

6 结论

(1)中国磷矿类型有沉积型、变质型、岩浆岩型、鸟粪型和风化型,其中前3种为主要类型,占总量的99.6%。截至目前,全国共汇总磷矿矿产地1040处,其中超大型25处,大型101处,中型205处,小型178处,矿点531处。截至2016年,查明资源储量(P2O5)231.07×108 t。在成矿时代上,中国磷矿从太古宙一直到新生代均有分布,但不同时代的磷矿各具明显特点。中国北方变质磷矿成矿时代有太古宙早期、古元古代早期及古元古代晚期。其中古元古代晚期海州式磷矿具有较大工业价值。沉积型磷矿主要形成于震旦纪、寒武纪和泥盆纪。

(2)根据中国磷矿成矿规律,将中国磷矿划分为27个Ⅲ级成矿区带、4个成矿亚带和21个矿集区。在划分矿产预测类型的基础上,选取了具有代表性的矿床进行详细解剖工作,分别总结研究了沉积型、岩浆岩型和变质型磷矿的成矿条件和成矿模式,并建立了典型矿床预测模型。

(3)根据预测模型及预测资源量规模(5000×104 t以上)等条件,把磷矿划分为3类成矿预测区,确定了全国磷矿重要成矿预测区12个,预测潜在资源总量可达300.1×108 t。在成矿预测区的基础上,全国圈定了27个重要磷矿找矿远景区。根据磷矿找矿远景,结合成矿地质条件、矿床地质特征、资源量可靠程度,圈定了19个磷矿重点勘查区,预测资源量达236.83×108 t,资源潜力较大,可优先安排勘查工作。

注释

❶北省地矿局石家庄综合地质大队. 2011. 河北省磷矿资源潜力评价成果报告[R].

❷辽宁省地质矿产调查院. 2012. 辽宁省磷矿资源潜力评价成果报告[R].

致谢: 感谢“中国矿产地质志”项目组全体成员的辛勤劳动,感谢导师杨忠芳教授及各位专家、编辑在审稿过程中对本文提出的宝贵修改意见。

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