商城石门冲磷矿（）

石门冲磷矿区位于商城县三里坪乡。矿层产于元古宇陶湾组中。含磷层为碎屑角砾岩、含碎屑绢云石英片岩。主要矿体有3个，最大矿体长1360米，宽100—390米，厚1—13米左右，该矿体储量占矿床总储量的86%。矿石类型有角砾状磷块岩、条带条纹状磷块岩、致密块状磷块岩、脉状和网状磷块岩等。磷矿物主要为胶磷矿，部分为磷灰石。矿石P2O5平均品位10.28%。选矿试验结果：精矿品位29%，回收率91.59%。

该矿是1960年豫○八队（磷矿专业队）在大别山地区进行磷矿普查时发现的。1961年，豫○八队会同省地质局科研所、实验室、物探队以及信阳专署地质处、县地质队等单位从5月至8月对石门冲磷矿进行了检查。1961年8月豫○八队撤销，工作停止，提交了一个《石门冲磷矿检查报告》，初步肯定石门冲磷矿值得进一步工作。

1966—1968年，化学工业部第一地质勘探队对石门冲磷矿进行了检查，1969年元月提交了详查评价报告。主要工作范围为矿区西段，仅提交地质储量18万吨。报告提出矿区不具工业意义，做出了否定评价。1966年9月起，商城县办地方国营磷矿，进行土法开采，于1968年9月停采。

1971年，因急缺磷矿资源，商城县办磷矿又恢复开采。省革命委员会地质局地质十一队通过实地踏勘，分析以往资料，认为对石门冲磷矿不宜全面否定，于是从1971年起对石门冲磷矿全矿区及外围又进行了较详细工作，成都地质学院师生也予以配合。经过几年工作，于1977年12月提交了石门冲磷矿勘探报告，探明石门冲的岔子山至大山寺矿段磷块岩矿石储量715万吨。

岩溶发育期及古岩溶

1.织金新华磷块岩主量元素地球化学

织金新华磷块岩化学组分见表2-7，按其组成特征可以分为4类（图2-9）：①灰色-黑色块状生物屑砂屑磷块岩，其CaO+P2O5含量为76.09%～87.4%，SiO2为1.2%～5.35%，MgO为2.06%～5.47%；②纹层状、浅色块状白云质生物屑砂屑磷块岩，其CaO+P2O5含量较低，变化于41.51%～44.40%，SiO2为2.29%～11.47%，MgO 为15.07%～15.98%；③结核状硅质白云质生物屑磷块岩，其 CaO+P2O5含量为32.2%，SiO2为11.47%，MgO为15.05%～15.98%；④纹层状深灰色硅质生物屑砂屑磷块岩，其CaO+P2O5含量为 66.83%，SiO2为 18.09%，MgO 为 1.8%，Al2O3为 3.41%，K2O为1.33%。

图2-9 4类织金磷块岩的主量元素含量对比直方图

Fig.2-9 Column diagram of average contents of major oxides of PGE polymetallic ore and black shale

1—灰色—黑色块状生物屑砂屑磷块岩；2—纹层状到浅色块状白云质生物屑砂屑磷块岩；3—结核状硅质白云质生物屑磷块岩；4—纹层状深灰色硅质生物屑砂屑磷块岩

第一和第四类型磷块岩的P2O5品位较高，均大于25%，其填隙物含有较少量白云质；第二、三类型磷块岩较富含白云质和硅质成分，其P2O5均小于10%。第四类磷块岩的SiO2、Al2O3和K2O含量最高，可能是其成分中含有硅酸盐和少量粘土矿物所致。

2.华南下寒武统黑色岩系中磷块岩主量元素地球化学

华南黑色岩系磷块岩样主要为灰黑色块状硅质磷块岩和磷结核，随炭质、钙质和硅质成分的变化出现灰色、深灰色。磷块岩镜下主要呈凝胶状结构，其中还混杂有石英、有机质和粘土矿物。胶状结构的形成是由原始沉积的有机质粘土矿物复合体在早期成岩作用过程中，在微生物作用下不断被磷酸盐化的结果。在图版Ⅳ-6上我们可以看到生物残体的磷酸盐化现象，泥晶磷灰石分布于生物残体的中心，外围还保留有生物残体。从生物体的形态大小来看，多数可能为蓝藻、绿藻和细菌，应在成岩早期就已存在或发育。

表2-7，图2-10 中可见，第一类硅质磷块岩的 CaO+P2O5含量较低，分别为21.65%、32.97%，SiO2含量高达42.57%、41.50%，Al2O3为7.98%、8.44%，K2O为2.30%、2.31%；第二类硅质磷块岩和磷结核的CaO+P2O5的含量为62.62%～85.5%，SiO2为 6.8%～27.63%，MgO 为 0.08%～2.15%，Al2O3为 1.02%～3.36%，K2O 为0.35%～0.93%；第一类磷块岩组成的异常亦可能是和其成分不纯、含有硅酸盐和少量粘土矿物有关。

图2-10 华南下寒武统黑色岩系中两类磷块岩的主量元素含量对比直方图

Fig.2-10 Column diagram of average contents of six major oxides of phosphorites in black rock series of the Lower Cambrian black rock series of South China

3.两种磷块岩的比较研究

（1）从化学组成上来看，新华磷块岩和华南下寒武统黑色岩系中磷块岩的部分化学组成有差异：新华磷块岩含有较多的白云质，MgO 的质量分数高，总体含矿性稍差，P2O5的平均值质量分数为19.13%，小于华南磷块岩的29.27%；华南下寒武统磷块岩中所含硅质和粘土矿物较多，SiO2、Al2O3、K2O的质量分数较大。两者化学组成的差异指示了其成矿环境、成矿作用亦具差异。

（2）从图2-11上可看出，新华磷块岩和华南下寒武统黑色岩系中的磷块岩都投点于热水沉积物区、水成沉积物区，说明这些海相沉积磷块岩的成矿过程中均可能有热水作用的参与。

（3）从SiO2-TiO2图解（图2-12）上可看出，新华磷块岩和华南下寒武统黑色岩系中的磷块岩都落在火成岩区间，表明其原岩可能为火成岩，而非沉积岩。

表2-7 新华磷矿及华南下寒武统黑色岩系磷块岩的主量元素含量（wB/%）表　Table2-7 Compositions of major elements of phosphorites in black rock series and in Xinhua phosphorites deposits

注:*表示其主元素含量用XRE玻璃熔融法分析；空白格示未测。

图2-11 新华磷矿和下寒武统黑色岩系磷块岩的Al2O3-SiO2图解

（修改自李胜荣，1994）

Fig.2-11 The diagram of Al2O3-SiO2of phosphorites in black rock series and in Xinhua phosphorites deposits

代表新华磷块岩； 代表华南黑色岩系磷块岩

图2-12 新华磷矿和华南黑色岩系磷块岩的SiO2-TiO2图解

（修改自孙晓明等，1996）

Fig.2-12 The diagram of SiO2-TiO2of phosphorites in black rock series and in Xinhua phosphorites deposits

图例同图2-11

沉积岩组分和结构

现代岩溶地貌往往是在历史时期岩溶基础上继承演化而来，本区可溶岩随着地质环境的变迁经历了多次漫长的岩溶化作用过程，形成了各期古岩溶。前人对古岩溶做过不少工作（张之淦，1982；钱学溥，1984；韩行瑞，2001），可以确定的岩溶化时期及其相应的古岩溶如下。

一、前寒武纪古岩溶

吕梁运动后，华北地区开始形成盖层沉积，中元古代（南口期、蓟县期）主要在古燕辽海和鄂尔多斯盆地西南秦祁海沉积了由叠层石礁体组成的白云岩、燧石条带白云岩，为本区最古老的区域性可溶岩层，即大红峪组、高于庄组、雾迷山组、铁岭组等。其范围北起燕山，南到石家庄，东起天津—德州一线，西到大同—太原一线。在新元古代（青白口纪），在古胶辽边缘海，即辽东—潍坊—徐州一带也沉积了浅海相碳酸盐岩（图1-2）。

华北地台在高于庄组沉积后的滦县上升期，铁岭组沉积后的萍峪上升期（Z2末）以及新元古代末的蓟县上升期（Z3末），长城系和蓟县系的硅质白云岩和燧石条带白云岩遭到普遍的溶蚀作用，形成起伏不平的古地形，并见有古溶隙，古溶沟和古漏斗。这些古岩溶作用形成了多期古岩溶不整合面。例如，太行山中段的高于庄组硅质白云岩和大洪峪组顶部的燧石条带泥质白云岩均遭溶蚀，形成起伏不平的古溶蚀面，见有古漏斗及溶隙，上覆下寒武系，底部普遍有底砾岩。河北徐水釜山一带可以见到铁岭组白云岩顶面有方圆数十米的古溶蚀坑洼为下马岭页岩充填。陕西渭北岐山在溶蚀面上或在底砾岩之上能见到含磷集块岩，主要为含磷灰岩、砂质磷块岩、含磷砾岩等，呈窝状分布在溶沟、溶槽及漏斗之中（图2-5）。

图2-5 岐山涝川前寒武纪古岩溶图

二、古生代古岩溶

华北断块区主体部分在震旦纪为剥蚀区，只有东部的胶辽、徐淮区仍为海域。在早寒武世时断块区南部与东部边缘先受海侵，到中寒武世，普遍海侵，为陆表海覆盖。

受加里东期区内普遍存在两期造山运动后的古岩溶作用期。第一是在早奥陶世后期的“怀远运动”，它一方面使得一些地区（如山西运城）缺失亮甲山组，同时在全区中奥陶统下马家沟组底部普遍沉积一层长石、石英砂岩，这种碎屑岩成分同样出现在鄂尔多斯盆地西南缘的岐山崛山沟的山道沟组、平凉麻川组和内蒙古乌海苏白音沟的三道坎组中。第二是中奥陶世后期的“晋、冀、鲁、豫造山运动”，华北地台总体（西南边缘地带除外）在中奥陶统马家沟群沉积后升为陆地，直到中石炭世后接受沉积，当时本区处于热带、亚热带气候带的岩溶有利发育环境，遭到长达1亿多年的溶蚀期，广大华北地区被溶蚀成岩溶准平原，形成古溶蚀面及厚达几十米的古岩溶风化壳。在鄂尔多斯盆地内，该风化壳及古岩溶层成为油气的重要储层，在黄骅坳陷中，于峰峰组岩心中见有本期古溶蚀孔洞，局部岩心孔洞率达50%，但后期充填严重。

三、中生代古岩溶

中石炭世时，华北地区整体下降，接受海侵，形成华北滨浅海，沉积了海陆交互煤系地层。二叠纪开始海水退出，华北成为巨大的内陆开阔盆地，沉积了陆相地层。寒武-奥陶系碳酸盐岩基本为晚古生代沉积所覆盖，不利于岩溶发育。

中生代古岩溶在渭北—六盘山一带保留比较完好。该区在中生代长期处于陆地剥蚀状态，并和古秦岭连为一体，处于古秦岭的北坡。侏罗纪的古气候，早期为潮湿温带气候，中晚期为亚热带气候，有利于岩溶发育，形成了溶丘-洼地类型的岩溶地貌。目前在渭北北山1380m夷平面上的大型古洼地内沉积了很厚的白垩纪地层，不整合于寒武、奥陶系碳酸盐岩之上（照片2-6）。岩性为泥岩、砾岩、砂砾岩，砾石成分以灰岩为主，但也能见到花岗岩成分，胶结以钙质、泥质为主，厚度50～150m之间，说明其来源甚远，并有大量碳酸盐岩裸露区正在遭受夷平和剥蚀溶蚀作用。泾河在甘肃三关口一带切出的奥陶系似峰林状地貌，被白垩系所埋藏。

照片2-6 白垩系底砾岩整合于奥陶系之上

印支-燕山期成为华北断块区岩溶化最强烈的阶段，共经历了1.2亿a。不仅形成了大量溶洞，而且也是膏溶最发育的时期，形成大量的陷落柱。根据前人的研究，太行山东侧的冀中坳陷中，古、新近系覆盖下的古潜山主要是中生代岩溶及岩溶地貌，类似于目前中国长江流域的溶丘-洼地岩溶地貌景观，而其西侧的太行山区及山西高原相当现今贵州一带的山原峡谷型岩溶地貌。

四、古、新近纪古岩溶

新生代以来，中国东部大陆边缘在构造上以拉伸开裂为主要特征。研究区以太行山东麓为界，以西总体上升，以东下降，形成华北盆地，中生代形成的大片溶丘-洼地逐渐被古近系所埋没。但一些较高的山头仍然处于裸露状态。胶辽一带保持稳定上升，鲁中地区也出现很多断陷盆地，汾渭地堑开始陷落，沉积了古近纪地层。

古近纪共0.42亿a，也是我国重要的岩溶期。东北地区比华北地区气候潮湿，岩溶也相当发育，形成了地下河。华北地区的裸露岩溶区主要在太行山、山西高原、辽东、鲁中山地、徐淮地区及渭北等地。山西高原及太行山区发育了北台期大型洼地和很多大型溶洞，如河南辉县拍石头乡玉水池的苍龙洞、北京西山房山县上方山云水洞。北京西山还保存有古、新近纪亚热带气候环境下形成的岩溶峰林的残余及红色风化壳。

新近纪时期，继承了古近纪的升降运动，华北盆地进一步下降，古潜山全部被新近系掩埋，结束了裸露岩溶发育史。太行山及山西高原继续上升。华北地区气候为暖温-亚热带气候，在山西高原形成唐县期的岩溶洼地和溶洞。山西中部的各大盆地已形成。北方岩溶大泉均已形成。在华北裸露岩溶区，新近纪古岩溶保存较普遍。

五、第四纪岩溶

第四纪以来，西部差异性震荡式升降运动在本区表现尤为突出，多数河流保留有3～4级阶地，它们分布在不同的高度，代表了第四纪初期以来早、中、晚时期相对稳定阶段沉积的河流冲、洪积层。河流作为岩溶水控制性排泄基准，阶地必然对应稳定排泄高程下的地下水循环，并在地下水面附近形成层状溶洞。如河曲龙口地区黄河两岸可见四层溶洞，标高分别为880～882m、898～900m、940～944m、980m左右。钻孔揭示地下岩溶发育段多分布于标高650～850m之间，在泾河出山口也发育四层溶洞，这些地质现象表明了渭河北山地带的四个相对间歇性上升阶段。特定气候等条件下岩溶大泉的泉华也相应形成。西部上升、华北平原、汾渭地堑继续处于下降状态，岩溶地下水排泄基准相对下降，原有饱水带溶洞抬升进入包气带，山区长期剥蚀的基岩夷平面相对抬升而呈继续延伸的残山，黄河、泾河、洛河等穿过这些基岩残山发育成峡谷地貌。而在华北平原，碳酸盐岩逐渐被深埋地下，脱离现代地下水循环，岩溶发育强度逐渐减弱。

沉积地层中沉积岩的形成是风化、搬运及沉积作用的综合产物，地史中这三种作用往往经过反复进行和互相交替，最终形成不同时代的沉积物，并在其中留下了能据以恢复当时沉积作用特点和沉积环境的标志。

沉积岩中各种结构的组分如岩屑、石英、长石、重矿物等都具有环境意义。如岩屑可用以解释母岩的性质，追踪陆源区。粗大的岩屑一般反映地势高峻的古陆剥蚀区距沉积区较近。石英含量较高、分选较好的沉积层，一般为远源区的沉积，纯净的石英砂岩则是海滩反复冲洗的标志。长石易风化、分解，一般在干旱和寒冷气候带或地形高差大的近源地区才能大量保存。石榴子石硬度大（6.5～7.5），但易风化，仅在冰川成因重矿物中富集。

沉积岩层的结构，包括颗粒本身的结构、充填物的结构以及颗粒与充填物间的关系。所谓碎屑颗粒本身的结构是指粒度、形状、球度、圆度和颗粒表面的特征。充填物是指化学的胶结物及细小的杂基，而颗粒与充填物间的关系是指胶结类型（或支撑类型）。当杂基很少时，颗粒成点状接触，粒间孔隙被化学胶结物（钙质、硅质、海绿石质、铁质等）充填，它们是颗粒埋藏后成岩期（或后生期）的形成物，形成孔隙胶结（或颗粒支撑）结构，说明其为牵引流搬运沉积。当杂基很多时，颗粒被杂基所包裹，造成基地胶结（或杂基支撑）结构，这正是重力流的常见结构。

有些特殊的岩石类型可以指示这类岩石沉积时的水能量条件、水化学环境和气候特征。大规模、稳定的碳酸盐岩一般出现在温暖的滨浅海；海绿石、鲕绿泥石、磷块岩主要形成于陆棚浅海环境；冰碛和冰川纹泥显示了冰期的寒冷气候；煤、赤铁矿、铝土矿的大面积沉积则反映潮湿气候；石膏和各种盐类的形成则表明气候干旱；鲕粒结构代表海浪强烈搅动的高能环境，富含有机质和黄铁矿微晶的炭质、硅质、泥质岩类，则形成于深水或滞流还原海盆。