曹勝桃 謝 宏，2 鄭祿林 魏懷瑞，2 張 蘭

1貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州貴陽 550025 2貴州大學(xué)喀斯特地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點實驗室，貴州貴陽 550025 3貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴州貴陽 550025

全球性成磷事件往往與氣候突變、大氧化事件及生命演化等存在密切的耦合關(guān)系(Papineau，2010；Pufahl and Hiatt，2012；梅冥相，2016；Pufahl and Groat，2017；全貴龍等，2020)。新元古代晚期，歷經(jīng)Rodinia超大陸的裂解和雪球地球事件之后，全球氣候轉(zhuǎn)暖，冰川迅速融化，大氣及海洋氧含量增加(Canfieldetal.， 2008；Campbell and Squire，2010)，被稱為新元古代大氧化事件(Shields-Zhou and Och，2011；Lyonsetal.， 2014；梅冥相，2016)。在此背景下，新元古代末震旦紀(jì)陡山沱期和早寒武世梅樹村期揚子地臺形成了大量磷礦床，并集中分布于云南、貴州、四川、湖北、湖南等5省區(qū)。學(xué)者們對磷礦床展開了大量的地質(zhì)、地球化學(xué)研究，對成礦地質(zhì)環(huán)境、控礦地質(zhì)因素及礦床成因等進(jìn)行了探討(東野脈興，1996；陳多福等，2002；施春華，2005；Pufahl and Groat，2017；Gaoetal.， 2018；張亞冠，2019；劉建中等，2020; 楊海英等，2020)，出現(xiàn)了物質(zhì)來源于陸源風(fēng)化產(chǎn)物、生物、地殼深部和幔源之爭(陳多福等，2002；郭慶軍等，2003；施春華，2005；楊海英等，2020)，成因上也形成了上升洋流說(王澤鵬等，2016；張亞冠，2019；婁方炬，2020)、交代成因說(Baturin，1989；葉連俊等，1989；楊海英等，2017；薛珂與張潤宇，2019)和生物成因說(東野脈興，1996；陳其英等，2000；丁亞龍和謝宏，2015；Pufahl and Groat，2017；Gaoetal.， 2018)等不同觀點，這些對本次研究都有極大的借鑒意義。

陡山沱期作為貴州重要富磷時期，形成了黔中息烽、開陽和甕福等中型—超大型磷礦床。息烽磷礦距開陽磷礦和甕福磷礦的直線距離約為15 km和60 km，其中甕福磷礦為2層礦體，而息烽磷礦和開陽磷礦只有1層礦體，但息烽磷礦的礦體處于斷夾塊中，厚度大，品位高，疊層石發(fā)育。在對這些磷礦床的成礦環(huán)境和成礦機制研究發(fā)現(xiàn)，開陽磷礦和甕福磷礦主要形成于淺灘環(huán)境，經(jīng)歷了原始生物—化學(xué)成磷作用、暴露淋濾—波浪簸選等富磷作用、以及磷質(zhì)沉淀膠結(jié)成礦作用，并建立起了三階段成礦模式(張亞冠等，2019；劉建中等，2020)。

息烽磷礦作為貴州陡山沱期磷礦的重要組成部分，相對開陽磷礦和甕福磷礦而言，針對息烽磷礦床的相關(guān)研究比較薄弱，主要從礦床地質(zhì)特征角度分析了磷的富集機制(廖善友，1999；葛金國，2017)，缺乏對其成礦環(huán)境、成礦作用和成礦過程系統(tǒng)研究。

作者以黔中息烽磷礦床為研究對象，分析礦石/巖石的礦物學(xué)特征、元素地球化學(xué)特征，判別成礦環(huán)境和成礦作用，以此反演成礦過程，建立成礦模式，進(jìn)一步豐富對黔中成磷過程的認(rèn)識，為陡山沱期磷礦床的找礦勘查和成礦預(yù)測提供基礎(chǔ)資料。

1 地質(zhì)背景

息烽磷礦床位于揚子準(zhǔn)地臺南緣黔中的北部，處在洋水背斜和核桃坪向斜交接部位上(圖 1)。區(qū)域上構(gòu)造格架由洋水背斜、核桃坪向斜、朝陽大斷層、F1逆斷層和F418逆斷層等構(gòu)成，而在朝陽大斷層、F1逆斷層和F418逆斷層形成過程中派生出大量次級斷層，息烽磷礦床恰位于F6、F8、F9和F27的斷夾塊內(nèi)(圖 2)。

震旦系燈影組：

第11層： 淺灰色厚層白云巖，含方解石團(tuán)塊，具有條帶狀構(gòu)造、以及明顯的櫛殼結(jié)構(gòu)和晶洞構(gòu)造，鐵質(zhì)浸染嚴(yán)重。厚約17 m。

第10層： 淺灰色厚層鮞狀白云巖，鮞粒大小0.3～1.2 mm。厚約2 m。

第9層： 上部為黑色硅質(zhì)白云巖，下部為粉屑—砂屑白云巖，塊狀產(chǎn)出。厚10 m。

--------------------整合--------------------

震旦系陡山沱組：

第8層： 深灰色薄—中層硅質(zhì)磷質(zhì)巖，硅質(zhì)呈團(tuán)塊分布，巖層節(jié)理發(fā)育，且節(jié)理縫常被泥質(zhì)填充。厚5 m。

第7層： 灰黑色厚層疊層石磷塊巖，具層紋構(gòu)造，其中暗層厚約5 mm，主要為富藻和膠磷礦紋層，亮層厚7 mm，為富晶質(zhì)磷灰石層。厚1.2 m。

第6層： 灰白色—灰色薄—中厚層砂屑磷塊巖，可見鐵質(zhì)浸染現(xiàn)象。厚4.3 m。

第5層： 深黑、灰色中—厚層條紋狀磷塊巖，灰綠色微粒磷塊巖—灰黑色細(xì)粒磷塊巖—灰綠色微粒磷塊巖相間呈韻律。巖層風(fēng)化嚴(yán)重，含大量方解石脈，節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面上有黃色鐵質(zhì)浸染。厚1.9 m。

第4層： 深灰色厚層磷塊巖，塊狀構(gòu)造，風(fēng)化嚴(yán)重。厚6 m。

第3層： 深灰色、灰綠色中厚層粉—砂質(zhì)磷質(zhì)巖，砂質(zhì)成分以石英和長石為主，也夾一定量的黏土。厚5 m。

第2層： 深灰色薄層狀泥質(zhì)白云巖，塊狀構(gòu)造，風(fēng)化嚴(yán)重，鐵質(zhì)浸染現(xiàn)象明顯。厚約6 m。

圖 1 黔中息烽磷礦床區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)葛金國，2017；有修改)Fig.1 Regional geological map of Xifeng phosphate deposits, central Guizhou Province(modified from Ge，2017)

圖 2 黔中息烽磷礦床地質(zhì)剖面圖 (據(jù)貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊，1980①)Fig.2 Geological section of Xifeng phosphate deposits，central Gui￣zhou Province(after to Guizhou Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development 105 Geological Brigade，1980)

南華系澄江組：

第1層： 紫紅色中—厚層粉砂巖，節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重。未見底。厚度大于60 m。

2 樣品采集與分析

在息烽磷礦區(qū)實測剖面系統(tǒng)采集樣品12件，其中澄江組1件、陡山沱組8件、燈影組3件(圖 3)。將樣品粉碎至200目，過篩(75 μm)，烘干(105 ℃)，送至廣州澳實分析檢測中心測試主量元素、微量元素和稀土元素含量。其中主量元素采用X射線—熒光光譜法測定，稱取1.8 g試樣，煅燒后加入Li2B4O7-LiBO2助熔物，充分混合后，放置在自動熔煉儀中，高溫熔融，熔融物倒出后形成扁平玻璃片，再用X熒光光譜儀分析，其檢測下限和分析結(jié)果見表 1。微量元素采用四酸消解、質(zhì)譜及光譜儀綜合分析法測定，稱取試樣于Teflon試管中，然后用HNO3、HCl、HClO4和HF分3個階段進(jìn)行消解，消解時首先用HNO3和HClO4進(jìn)行預(yù)氧化，然后加入HF，于電熱爐上加熱反應(yīng)，再將溶液蒸發(fā)至近干，殘液用HCl稀釋并定容，再用等離子體發(fā)射光譜與等離子體質(zhì)譜進(jìn)行分析，其檢測下線和分析結(jié)果見表 2。稀土元素采用Li3BO3熔融、等離子質(zhì)譜定量法分析，精準(zhǔn)稱取0.1 g試樣，后加入LiBO2/Li2B4O7熔劑，混合均勻，在熔爐中于1025 ℃熔融，待熔融液冷卻后，用HNO3、HCl和HF消解并定容，然后用等離子體質(zhì)譜儀分析，其檢測下線和分析結(jié)果見表 3。

3 成礦環(huán)境

3.1 礦石特征與成礦環(huán)境

息烽陡山沱組含磷巖系P2O5含量較高，礦石成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征與成礦地質(zhì)條件關(guān)系密切，能夠通過礦石特征的解析反演成礦地質(zhì)環(huán)境。

偏光顯微鏡分析顯示(圖 4)，澄江組紫紅色泥質(zhì)粉砂巖具泥質(zhì)結(jié)構(gòu)和粉砂狀結(jié)構(gòu)(圖 4-a)，主要礦物成分為粉砂狀石英，石英粒徑小，被泥質(zhì)膠結(jié)，反映其形成于水動力較弱的淺海環(huán)境。

圖 3 黔中息烽磷礦床含磷巖系柱狀圖及采樣位置Fig.3 Histogram of phosphorus-containing rock series and sampling position of Xifeng phosphate deposits，central Guizhou Province

表 1 息烽磷礦區(qū)陡山沱組巖礦常量元素組分(%)

疊層石由富藻紋層與富屑紋層2種紋層交替組成，富藻紋層的沉積物多為藻體，有機質(zhì)含量高，色暗，膠磷礦含量高；富屑紋層的沉積物藻體少，有機質(zhì)少，色淺，亮晶白云石含量高，通常形成于臨濱，并可延伸到前濱(張偉等，2015；李磊等，2016)。因此，反映息烽磷礦中磷塊巖和磷質(zhì)巖主要形成于前濱或臨濱環(huán)境。

燈影組樣品主要由底部具粉屑—砂屑結(jié)構(gòu)的白云巖和其上覆晶粒結(jié)構(gòu)白云巖(微晶白云巖、細(xì)—中晶硅質(zhì)白云巖)組成。粉屑—砂屑結(jié)構(gòu)形成于水動力較弱的下臨濱環(huán)境，剖面中處于陡山沱組—燈影組的過渡位置，該結(jié)構(gòu)主要分布于樣品XF-A中(圖 4-k)。晶粒結(jié)構(gòu)白云巖形成環(huán)境多為水動力較弱淺海環(huán)境，主要分布在XW-1、XW-2樣品中(圖 4-l，4-m，4-n，4-o)。

綜合息烽磷礦剖面巖性、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等地質(zhì)特征分析認(rèn)為，陡山沱組含磷巖系主要形成于水動力比較動蕩的前濱和臨濱環(huán)境(圖 3)。澄江組紫紅色泥質(zhì)粉砂巖(XW-10)形成于水動力較弱的淺海環(huán)境，而澄江組與陡山沱組為不整合接觸，存在沉積間斷，表明澄江組形成之后經(jīng)歷了海退。陡山沱組底部由砂質(zhì)白云巖過渡到粉屑磷質(zhì)巖，為海進(jìn)系列，隨后過渡到砂屑，表明此過程經(jīng)歷了海退，而從陡山沱組上部到燈影組的整體粒序為砂屑—粉屑—微晶，為明顯的海進(jìn)序列，且?guī)r性上顯示后一次海進(jìn)程度明顯高于陡山沱組早期。因此，從澄江組到燈影組整體經(jīng)歷了海退(XW-10)—海進(jìn)(XW-9至XW-8)—海退(XW-7至XW-3)—海進(jìn)(XF-B至XW-1)的過程。

3.2 地球化學(xué)特征與成礦環(huán)境

以往的研究均認(rèn)為黔中磷礦的成磷物質(zhì)主要是上升洋流從深海帶來(王澤鵬等，2016；Pufahl and Groat，2017；張亞冠等，2019；劉建中等，2020；婁方炬，2020)。通常深海沉積物與淺海沉積物相比，比較富集Ba、Cu、Co、Mn和Mo等元素(姜在興，2003)，息烽磷礦床陡山沱組地層中Ba、Cu、Co、Mn和Mo等元素的平均含量異常高(表 2)，均遠(yuǎn)高于燈影組和澄江組中這些元素含量，也遠(yuǎn)高于上地殼平均含量，而息烽磷塊巖和磷質(zhì)巖最后富集于水動力比較動蕩前濱和臨濱環(huán)境。因此，反映息烽磷礦床具有上升洋流成因特征。

3.2.1 古鹽度

此外，Nelson(1967)提出利用“沉積磷酸鹽法”判定沉積環(huán)境的古鹽度，因海水鹽度上升會導(dǎo)致Ca的活性增大，而Fe的活性將減小，海水鹽度值近于Ca/(Ca+Fe)值的35倍(陳建強等，2004)。有研究認(rèn)為，“沉積磷酸鹽法”可能受到生物豐富度和多樣性的制約(王子玉等，1989)，但息烽磷礦成磷期生物豐度雖較高，但生物種類單一，以菌藻為主，因而生物對海水鹽度影響較小，Ca/(Ca+Fe)值能在一定程度上反映出陡山沱組磷塊巖和磷質(zhì)巖形成的鹽度環(huán)境，其中磷塊巖和磷質(zhì)巖樣品Ca/(Ca+Fe)值為0.79～1.00，平均為0.95，對應(yīng)的平均鹽度為33.26‰，與現(xiàn)代東海鹽度(35‰)接近(表 2)。

3.2.2 古氣候

在海相沉積物中，Sr和Cu元素對古氣候比較敏感(熊小輝和肖加飛，2011)。Sr的鹽類溶解度相對較大，通常Sr含量低指示潮濕氣候，反之指示干熱氣候。同樣，Cu在干熱氣候條件下，由于水分蒸發(fā)，水介質(zhì)的堿性增強，Cu會在海底大量析出形成鹽類。

在息烽磷礦床內(nèi)，Sr和Cu含量從澄江組到陡山沱組底部先迅速增加，后在陡山沱組內(nèi)緩慢降低，隨后從陡山沱組頂部到燈影組逐漸變平緩(圖 6)。反映陡山沱組整體上形成的環(huán)境比澄江組和燈影組的降水量少，處于更干熱環(huán)境。

a—紫紅色泥質(zhì)粉砂巖(XW-10)；b—砂質(zhì)白云巖(XW-9)；c—粉—砂屑磷質(zhì)巖(XW-8)，膠磷礦以砂屑為主，石英以粉砂為主；d—砂屑磷塊巖(XW-7)，亮晶膠結(jié)；e—砂屑磷塊巖(XW-6)；f、g—角礫狀砂屑磷塊巖(XW-5)；h—砂屑磷塊巖(XW-4)，碎屑磨圓度好，亮晶膠結(jié)；i—砂屑磷塊巖(XW-3)，亮晶膠結(jié)；j—粉屑硅質(zhì)磷質(zhì)巖(XF-B)；k—含藻粉屑白云巖(XF-A)；l、m—細(xì)—中晶硅質(zhì)白 云巖(XW-2)，具櫛殼狀結(jié)構(gòu)、硅質(zhì)成分主要為玉髓；n、o—微晶白云巖(XW-1)，具鳥眼構(gòu)造，含藻。k為單偏光，其他為正交偏光圖 4 黔中息烽磷礦巖/礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造Fig.4 Rock texture and structure of Xifeng phosphate deposits，central Guizhou Province

Ssf： 生物碎屑；Zs： 藻；Dcs： 疊層石；Yss： 疑似生物化石。a、b、c、d、i為正交偏光，e、f、g、h為單偏光圖 5 黔中息烽磷礦床生物碎屑Fig.5 Biodetritus of Xifeng phosphate deposits，central Guizhou Province

圖 6 黔中息烽磷礦床中Cu和Sr含量分布圖Fig.6 Distribution diagram of Cu and Sr contents of Xifeng phosphate deposits，central Guizhou Province

此外，鄧宏文和錢凱(1993)研究認(rèn)為，沉積物中Sr/Cu值介于1～5之間指示溫濕氣候，5～10之間指示濕熱氣候，而大于10指示干熱氣候。息烽燈影組樣品XW-1、XW-2、XF-A的Sr/Cu值分別為7.82、2.69、9.44，平均為6.65(表 2)，其中樣品XW-2代表的硅質(zhì)白云巖厚度較薄，說明燈影組 Sr/Cu 值大部分介于5～10之間，反映燈影期總體處于濕熱氣候。在陡山沱組的中部和上部，Sr/Cu值為5.43～75.08，平均為23.90，除XW-5樣品Sr/Cu值為5.43外，其余樣品中的 Sr/Cu 值均大于10，指示干熱氣候。在陡山沱組下部及底部XW-7、XW-8、XW-9樣品中，Sr/Cu值分別為1.54、3、1.53，均介于1～5之間，指示溫濕氣候。而澄江組頂部樣品Sr/Cu值為11.08，略大于10，表明澄江組頂部地層形成時氣候干熱。綜合發(fā)現(xiàn)，陡山沱組含磷巖系沉積期古氣候變化較大，總體上從底到頂是由溫濕—干熱—濕熱氣候轉(zhuǎn)變，磷塊巖和磷質(zhì)巖主要形成于干熱氣候環(huán)境。

3.2.3 古海洋氧化還原性

以上的Ceanom、δU、U、Mo和V值均表明陡山沱組含磷巖系具有還原環(huán)境沉積物的特征，主要原因是南沱冰期使地球被冰川大面積覆蓋，大氣缺氧，溫度低，陸源風(fēng)化匱乏，深海處于還原環(huán)境。冰期結(jié)束后，氣候變暖，形成上升洋流直接將深海物質(zhì)和深海水團(tuán)帶到了濱海，使得沉積物的元素含量延續(xù)了深海缺氧特征。

4 成磷作用

4.1 生物作用

已有的研究認(rèn)為，巖石中As、Ba和Sr含量能夠指示成巖過程中是否有生物作用參與(鄒亮和韋剛健，2009；鄧克勇等，2015；Longetal.， 2020)。學(xué)者們對甕安生物群的研究發(fā)現(xiàn)，陡山沱組內(nèi)的As含量與生物多樣性呈正相關(guān)，且有大量的As富集于生物細(xì)胞內(nèi)，促進(jìn)生物細(xì)胞分裂分化(Longetal.， 2020)； Ba在海洋中停留時間較長，生物成因的Ba很大一部分在沉降過程中就固存于顆粒物中，強烈的生物作用有利于Ba富集，太平洋表面Ba的平均含量為0.0047×10-6；而Sr在磷塊巖中含量高，主要是磷灰石中Ca與Sr發(fā)生類質(zhì)同象，且海洋生物對其有較強的吸收能力，隨生物活動及死亡后進(jìn)入沉積物的結(jié)果(楊衛(wèi)東等，1997)。

澄江組、燈影組樣品As平均含量分別為4.4×10-6和3.9×10-6，均與地殼As含量(4.8×10-6)接近；而陡山沱組As平均為107.1×10-6，約為地殼的22.3倍(表 2)。澄江組中Ba平均為390×10-6；陡山沱組中Ba平均為580×10-6，遠(yuǎn)高于正常海水；燈影組中Ba減小為平均56.7×10-6。澄江組Sr含量平均為42.1×10-6，陡山沱組平均為655.69×10-6，高于地殼中Sr的含量(320×10-6)，燈影組平均僅為47.5×10-6?？梢?，陡山沱組磷塊巖、磷質(zhì)巖遠(yuǎn)較澄江組砂頁巖、燈影組白云巖更富集As、Ba和Sr，高含量的As、Ba和Sr元素均反映出在成礦過程中有較強生物作用參與。此外，含磷巖系中發(fā)現(xiàn)的生物碎屑、藻化石、疊層石以及疑似生物化石等(圖 5)，也為成磷過程中有生物的參與作用提供了有利證據(jù)，上升洋流將深海底富集As、Ba和Sr的水體帶到濱海后，As、Ba和Sr促進(jìn)了生物生長，而生物作用也促進(jìn)了As、Ba和Sr沉積，同時也促進(jìn)了磷沉積。

4.2 熱水沉積作用

4.3 正常海水沉積作用

在熱水沉積中，稀土元素常以氟化物絡(luò)合物的形式存在，且HREE絡(luò)合物的穩(wěn)定性低于LREE，使得稀土元素PAAS(澳大利亞后太古代頁巖)標(biāo)準(zhǔn)化配分模式呈“左傾型”配分(Marchigetal.，1982；Henderson，1984；Bau and M?ller，1992)。而正常海水沉積中，溶解狀態(tài)的稀土元素中，輕稀土元素優(yōu)先于中稀土元素和重稀土元素沉淀進(jìn)入沉積物中，使得輕稀土元素含量遠(yuǎn)高于中稀土元素和重稀土元素，稀土配分模式為“右傾型”或“平坦型”配分(Henderson，1984；王中剛和于學(xué)元，1989)。

息烽磷礦床陡山沱組含量巖系稀土含量總體表現(xiàn)為中稀土富集，整體略呈左傾的帽型配分模式(圖 7)，這種配分模式既不同于典型熱水沉積物配分模式，也與現(xiàn)代海水沉積物配分模式差異較大，可能是熱水沉積作用、正常海水沉積作用和生物作用共同作用的結(jié)果。

圖 7 黔中息烽磷礦床稀土元素PAAS標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖 (PAAS數(shù)據(jù)引自 Taylor和McLennan(1985))Fig.7 PAAS standardized distribution curves of rare earth elements of Xifeng phosphate deposits，central Guizhou Province (The PAAS data are cited from Taylor and McLennan，1985)

5 成礦模式探討

息烽磷礦中的磷塊巖和磷質(zhì)巖主要形成于前濱—臨濱環(huán)境，形成時處于鹽度與現(xiàn)代東海鹽度接近的還原環(huán)境，氣候從陡山沱組底到頂整體經(jīng)歷了溫濕—干熱—濕熱等氣候。在南沱冰期結(jié)束后，進(jìn)入到間冰期，海底洋流將深海中的磷帶至濱海—淺海環(huán)境，并在正常海水沉積作用、生物作用和熱水沉積作用參與下沉積。結(jié)合前人研究發(fā)現(xiàn)在濱海—淺海環(huán)境中，磷的沉積機制有： (1)含磷的碎屑物質(zhì)沉積；(2)大量的藻類生物促使沉積物中有機質(zhì)大量沉降，生物降解作用下不斷釋放磷酸鹽，引起磷酸鹽礦物沉積(Sheetal.， 2014；Pufahl and Groat，2017；Gaoetal.， 2018)，以及生物體自身堆積形成疊層石磷塊巖等(張偉等，2015)；(3)在氧化或還原環(huán)境下，F(xiàn)e氫氧化物對磷具有較好的吸附作用，但在氧化還原界面附近，會釋放磷酸鹽，使磷質(zhì)濃度急劇提升，進(jìn)而形成自生磷灰石沉積(Delaney，1998；Comptonetal.， 2000；Filippelli，2011)。在以上3種沉積機制作用下形成富磷沉積物，即原生磷礦石，但其品位較低。而富磷礦的形成與海平面的變化密切相關(guān)，當(dāng)海平面頻繁變化時，原生磷礦石在前濱—臨濱環(huán)境高能水動力環(huán)境下反復(fù)淘洗和簸選，使細(xì)粒碎屑物質(zhì)被簸選搬離，密度較大的磷質(zhì)碎屑得以保留，并被富磷物質(zhì)膠結(jié)，形成富磷礦石。當(dāng)海退時，較富磷礦石暴露地表，受到強烈的淋濾作用，將磷塊巖礦石內(nèi)碳酸鹽膠結(jié)物及活動性的元素淋濾帶出，使磷再次富集，而暴露地表含磷巖體受風(fēng)化剝蝕，也為前濱—臨濱環(huán)境積提供大量富磷物質(zhì)，形成了富磷礦(吳祥和等，1999；陳國勇等，2015；張亞冠等，2019；劉建中等，2020)。此外，陡山沱期的磷礦體的空間分布特征主要取決于海平面的進(jìn)退變化，當(dāng)海平面持續(xù)的上升，會形成一套下粗上細(xì)的正韻律礦層，即砂屑磷塊巖、粉-砂屑磷塊巖(白云石含量高)、微-中晶白云巖等。反之，海平面持續(xù)的下降，形成一套下細(xì)上粗的反韻律礦層，即微-中晶白云巖、粉-砂屑磷塊巖(白云石含量高)、砂屑磷塊巖。從息烽磷礦的巖/礦石特征反映從澄江組到燈影組經(jīng)歷了海退—海進(jìn)—海退—海進(jìn)，成礦過程如下(圖 8):

1)海退(XW-10): 澄江期，總體上水體為氧化環(huán)境、氣候干熱。在此期間，黔中古陸一側(cè)出露的部位遭受侵蝕，沉積了厚大的泥砂建造，為陡山沱期形成無障壁淺灘緩坡環(huán)境提供了物質(zhì)基礎(chǔ)(吳文明等，2020)。隨后由于海退，使得南沱組沉積缺失，且澄江組的碎屑巖隨著海退會遭受一定侵蝕，在息烽保留下來了紫紅色泥質(zhì)粉砂巖(圖 8-a)。

2)海進(jìn)(XW-9): 此階段南沱冰期結(jié)束，開始進(jìn)入間冰期，氣候逐漸變暖，陸源向海輸入增加，同時上升洋流將一定量的深海含磷海水帶到濱海環(huán)境。此時，海水整體海進(jìn)，形成一套下粗上細(xì)的正韻律地層，即砂質(zhì)白云巖、粉-砂屑磷塊巖(白云石含量高)和微-中晶白云巖。其中，砂質(zhì)白云巖由于陸源碎屑增多，沉積速率大，磷含量較低。粉-砂屑磷塊巖是隨著海平面上升、水動力減弱的條件下形成，其中陸源帶來的沉積物減少，上升洋流帶來的磷在此形成原始磷沉積物，經(jīng)海水反復(fù)淘洗、簸選后以粉-砂屑磷塊巖保存。微-中晶白云巖隨海水進(jìn)一步變深形成(圖 8-b)。

3)持續(xù)海進(jìn)(XW-9至XW-8): 當(dāng)海平面持續(xù)上升，氣候也由溫濕氣候逐漸過渡到干熱氣候，陸源物質(zhì)帶入減少，上升洋流不斷將深海磷帶至濱海，形成了砂屑磷塊巖、粉-砂屑磷塊巖和白云巖正韻律地層(圖 8-c)。

4)海退(XW-7至XW-3): 此過程中處于干熱氣候，陸源來源的物質(zhì)少，上升洋流將深海磷帶來后，形成砂屑磷塊巖、粉-砂屑磷塊巖(白云石含量高)、微-中晶白云巖等反韻律層。隨著海退的持續(xù)，砂屑磷塊巖暴露出水面，遭受侵蝕，為濱海沉積提供了一定量的磷，保留下來的磷塊巖會受淋濾作用，使磷進(jìn)一步富集(圖 8-d)。

5)海進(jìn)(XF-B至XW-1): 在此階段，氣候演變?yōu)槌睗駳夂?，?dǎo)致海平面持續(xù)升高，縱向上形成了砂屑磷塊巖、粉-砂屑磷塊巖、白云巖的海進(jìn)序列，覆蓋在海退的反韻律層之上。之后長期處于淺海陸棚環(huán)境，形成了較厚的燈影組白云巖(圖 8-e)。此階段的海進(jìn)程度明顯高于陡山沱早期，在超出陡山沱早期海進(jìn)部位，也形成一定的礦體。

以上反映，陡山沱期主要經(jīng)歷了“海進(jìn)—海退—海進(jìn)”三階段成礦，在空間上形成了上下2層礦體。即陡山沱早期海進(jìn)階段形成正韻律的下礦層，隨后海退階段形成反韻律礦層，到陡山沱晚期海進(jìn)階段，形成正韻律礦層覆于海退反韻律礦層之上，一起拼合成上礦層?？臻g上，2層礦體之間夾白云巖，且交于靠黔中古陸一側(cè)，當(dāng)?shù)?次海進(jìn)越過第1次海進(jìn)的前濱—臨濱位置后，只有上礦層生成，是開陽、息烽磷礦床1層礦體形成的對應(yīng)部位。甕福磷礦床有2層礦體，對應(yīng)處于均經(jīng)歷了海進(jìn)—海退—海進(jìn)3個成礦階段的前濱—臨濱部位，且甕福磷礦成礦時的位置高程明顯低于息烽磷礦、息烽磷礦略低于開陽磷礦。此外，通過成礦模式圖(圖 8-e)與開陽和翁福磷礦巖性特征對比，基本吻合。

綜合發(fā)現(xiàn)，陡山沱期的“三階段成礦”形成了2層礦，其形成明顯受氣候、海平面變化和成礦環(huán)境等影響，表現(xiàn)為深海磷被上升洋流帶至前濱—臨濱，在多成礦機制和海平面動蕩的環(huán)境富集而成。因此，在對陡山沱期的磷礦進(jìn)行成礦預(yù)測和找礦勘查中，與息烽磷礦床相似的黔中及附近區(qū)域的動態(tài)前濱—臨濱環(huán)境，均為磷礦床的找礦靶區(qū)，利用“三階段成礦”形成相交的2礦層特點，可高效對已知礦床、礦化點和前濱—臨濱帶周圍進(jìn)行成礦預(yù)測。

圖 8 黔中息烽磷礦床成礦模式示意圖Fig.8 Schematic diagram of the metalloforming model of Xifeng phosphate deposits，central Guizhou Province

6 結(jié)論

1)通過息烽磷礦床的地質(zhì)特征及礦床地球化學(xué)特征綜合研究發(fā)現(xiàn)，陡山沱組從底到頂氣候整體經(jīng)歷了溫濕—干熱—濕熱氣候，海平面對應(yīng)經(jīng)歷了海進(jìn)—海退—海進(jìn)，其內(nèi)的磷塊巖和磷質(zhì)巖主要形成于前濱—臨濱環(huán)境，成礦時海水鹽度與現(xiàn)代東海鹽度接近，同時磷塊巖和磷質(zhì)巖還具有還原環(huán)境沉積物的特征。

2)礦床中的As、Ba、Sr、Fe/Ti、U/Th、(Fe+Mn)/Ti、Ni/Co和稀土元素的配分曲線綜合反映礦床在熱水沉積作用、生物作用和正常海水沉積作用下形成，成礦過程表現(xiàn)為深海磷被上升洋流帶至前濱—臨濱，在多種成礦機制和海平面動蕩的環(huán)境下富集而成。

3)通過反演陡山沱期息烽磷礦床的成礦過程，發(fā)現(xiàn)礦床經(jīng)歷了海進(jìn)—海退—海進(jìn)三階段成礦，形成了上下2層礦體?？臻g上，2層礦體之間夾白云巖，且交于靠黔中古陸一側(cè)。當(dāng)?shù)?次海進(jìn)越過第1次海進(jìn)的前濱—臨濱位置后，只形成上礦層，是開陽、息烽磷礦床1層礦體形成的對應(yīng)部位，甕福磷礦床有2層礦體，對應(yīng)處于均經(jīng)歷了海進(jìn)—海退—海進(jìn)3個成礦階段的前濱—臨濱部位，且甕福磷礦成礦時的位置高程明顯低于息烽磷礦、息烽磷礦略低于開陽磷礦。

4)在對陡山沱期的磷礦進(jìn)行成礦預(yù)測和找礦勘查中，與息烽磷礦床相似的黔中及附近區(qū)域的動態(tài)前濱—臨濱環(huán)境，均為磷礦床的找礦靶區(qū)，利用“三階段成礦”形成相交的2礦層特點，可高效對已知礦床、礦化點和前濱—臨濱帶周圍進(jìn)行成礦預(yù)測。

致謝感謝貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局劉建中老師在論文寫作中給予的指導(dǎo)和幫助，同時感謝審稿專家給論文提出寶貴的修改意見。