贵州开阳地区富磷矿成矿作用过程与找矿潜力

贵州开阳地区是我国富磷矿集中分布区。近年来,通过产学研协同创新、联合攻关,实现了磷矿理论创新,推动了该区磷矿找矿突破;厘清了开阳地区磷矿成矿受黔中古陆长期剥蚀夷平的平缓海岸型的无障壁海滩(缓坡浅滩)环境控制;建立了富磷矿"三阶段"动态磷矿成矿模式,阐明了"富"的成矿作用过程,即原始生物-化学、波浪波选(机械)暴露淋滤、磷质沉淀胶结成矿作用。建立新的磷矿区域成矿模式和地质找矿预测模型,开展找矿预测,通过工程验证,估算磷矿资源量(333+334?) 54892万吨,取得了富磷矿找矿新的重大突破。预测区内富磷矿还有8亿吨的找矿潜力。     

黔中息烽磷矿床成矿环境、成矿作用及成矿模式探讨*

息烽磷矿是贵州地区震旦纪陡山沱期磷矿的重要组成部分,以矿层厚、品位高、断裂构造发育、叠层石丰富而独具特色。通过对矿床地质特征及矿床地球化学特征综合研究认为,从陡山沱组底到顶气候经历温湿—干热—湿热变化,海平面对应经历了海进—海退—海进,其内的磷块岩和磷质岩是在热水沉积作用、生物作用和正常海水沉积作用等共同作用下形成于前滨—临滨环境。综合以上,反演息烽陡山沱期成矿过程,发现矿床经历了“海进—海退—海进”三阶段成矿,在陡山沱早期海进阶段形成下矿层,随后的海退阶段和海进阶段形成上矿层。空间上,2矿层之间夹白云岩,且交于靠黔中古陆一侧,当第2次海进越过第1次海进的前滨—临滨位置后,只形成上矿层,是开阳、息烽磷矿床1层矿体形成的对应部位。瓮福磷矿床有2层矿体,对应处于经历了“三阶段成矿”的前滨—临滨部位,且瓮福磷矿成矿时的位置高程明显低于息烽磷矿、息烽磷矿略低于开阳磷矿,通过岩性特征对比,与实际基本吻合。因此,在对陡山沱期的磷矿进行成矿预测和找矿勘查中,与息烽磷矿床相似的黔中及附近区域的动态前滨—临滨环境,均为磷矿床的找矿靶区,利用“三阶段成矿”形成相交的2矿层特点,可高效对已知矿床、矿化点和前滨—临滨带周围进行成矿预测。     

黔中息烽磷矿床成矿环境、成矿作用及成矿模式探讨*

息烽磷矿是贵州地区震旦纪陡山沱期磷矿的重要组成部分,以矿层厚、品位高、断裂构造发育、叠层石丰富而独具特色。通过对矿床地质特征及矿床地球化学特征综合研究认为,从陡山沱组底到顶气候经历温湿—干热—湿热变化,海平面对应经历了海进—海退—海进,其内的磷块岩和磷质岩是在热水沉积作用、生物作用和正常海水沉积作用等共同作用下形成于前滨—临滨环境。综合以上,反演息烽陡山沱期成矿过程,发现矿床经历了“海进—海退—海进”三阶段成矿,在陡山沱早期海进阶段形成下矿层,随后的海退阶段和海进阶段形成上矿层。空间上,2矿层之间夹白云岩,且交于靠黔中古陆一侧,当第2次海进越过第1次海进的前滨—临滨位置后,只形成上矿层,是开阳、息烽磷矿床1层矿体形成的对应部位。瓮福磷矿床有2层矿体,对应处于经历了“三阶段成矿”的前滨—临滨部位,且瓮福磷矿成矿时的位置高程明显低于息烽磷矿、息烽磷矿略低于开阳磷矿,通过岩性特征对比,与实际基本吻合。因此,在对陡山沱期的磷矿进行成矿预测和找矿勘查中,与息烽磷矿床相似的黔中及附近区域的动态前滨—临滨环境,均为磷矿床的找矿靶区,利用“三阶段成矿”形成相交的2矿层特点,可高效对已知矿床、矿化点和前滨—临滨带周围进行成矿预测。     

我国油气资源潜力、分布及重点勘探领域

我国地质结构具有3大板块、3大构造域多旋回构造演化特征,造就多种类型叠合沉积盆地,构成克拉通+前陆、断陷+坳陷、前陆+坳陷3种主要类型。大型叠合盆地是油气资源分布与勘探开发主体。我国常规与非常规油气资源十分丰富,常规石油地质资源量1 075×10⁸ t,常规天然气地质资源量83×10¹² m³;致密油地质资源量134×10⁸ t,致密砂岩气地质资源量21×10¹² m³,页岩油地质资源量335×10⁸ t,页岩气地质资源量56×10¹² m³。陆上油气资源主要分布于渤海湾(陆上)、松辽、鄂尔多斯、塔里木、四川、准噶尔、柴达木7大盆地。海域油气资源主要分布于渤海湾(海域)、东海及南海北部的珠江口、北部湾、莺歌海、琼东南6大盆地。未来我国油气勘探应始终坚持“资源战略,稳油增气”战略,坚持“非常并进、海陆统筹”积极进取勘探思路;常规勘探领域,陆上地层-岩性、前陆、海相碳酸盐岩与潜山领域;海域为渤海海域构造与基岩潜山,深水构造与岩性;非常规油气主要是立足陆上7大含油气盆地,立足致密油气与页岩油气,强化勘探开发与技术配套。     

黔中开阳磷矿沉积区震旦纪陡山沱期定量岩相古地理重建*

磷矿的沉积和成矿与成磷期的古地理环境密切相关。本文首次将“单因素分析多因素综合作图法”运用于开阳地区震旦纪陡山沱期沉积型磷矿床的成矿分析和找矿预测上。通过选取陡山沱组及其各岩性段的地层厚度及磷矿层品位作为单因素,确定开阳地区古地理格局;结合地层岩性组合、沉积特征等多因素综合分析,恢复开阳地区成矿期沉积环境,编制陡山沱早期、中期和晚期岩相古地理图。根据定量岩相古地理重建结果,认为开阳地区陡山沱期整体处于南靠黔中古陆、地势南高北低、局部地形复杂的滨岸海滩沉积环境,其中临滨带为最有利成矿带,局部地形变化也会造成矿层厚度、品位的差异;矿层受到的水流冲蚀、暴露、淋滤及再沉积作用是导致矿石品位显著提升的关键因素。通过定量岩相古地理学精确还原成矿期古地理环境、解析多期次沉积成矿过程,对于确定磷矿控矿因素、构建找矿预测模型和预测矿体空间位置具有重要意义。     

开采状态下河北平原孔隙热储地热水资源的构成——以辛集集中开采区为例

地热水属于承压水,其储存量包括容积储存量和弹性储存量两部分,当水位处于含水层顶板以上时,已开采出的地热水只能是弹性储存量。在河北平原区进行区域地热资源评价时,地热水可开采量按照开采系数法、解析法等不同方法计算,与弹性储存量存在巨大差距。为研究地热水开采资源的构成并更加准确评价集中开采区地热水的可开采量,采用地下水均衡法对辛集集中开采区地热水开采资源量进行了计算,结果显示: 侧向补给量为126×10⁴ m³,占开采资源量的60.9%; 越流补给量为19.7×10⁴ m³,占开采资源量的9.55%; 弹性释水量为33.1×10⁴ m³,占开采资源量的16.1%; 弱透水层压密释水量为27.4×10⁴ m³,占开采资源量的13.3%。研究结果说明,集中开采区地热水的开采资源量不仅仅来自于热储层的弹性释水量,还包括侧向补给量、越流补给量和弱透水层的压密释水量。研究成果对于科学合理地开发地热资源、更好地遏制和缓解地热水开采引发的地质环境问题具有一定意义。     

华南成冰纪“大塘坡式”锰矿沉积成矿作用与重大地质事件的耦合关系*

华南地区成冰系大塘坡组锰矿近年来在找矿勘探方面取得了突破性进展,同时,由于该套锰矿在时空分布及成矿背景上的特殊性,长期以来都受到研究者关注,累积了大量研究成果。在系统性总结大塘坡组锰矿研究成果的基础上,结合新元古代全球大地构造、古气候演变、古海洋环境变化及微生物演化等重大地质事件的最新研究进展,综合分析了华南成冰纪大规模锰沉积成矿作用与这些重大地质事件之间的联系。从新元古代中期开始,罗迪尼亚(Rodinia)超大陆的裂解在全球范围内形成了广泛分布的裂谷盆地系统,以中国南方南华盆地为代表的成锰盆地即是在裂谷盆地基础上发展而来的。裂谷盆地系统为锰矿沉积提供了必须的容矿空间,决定了其展布规律,并且盆地底部的热液系统为锰质输入盆地提供了必要途径。新元古代冰期(“雪球地球”)事件中覆盖全球的冰川系统切断或阻碍了地球各子圈层的物质与能量交换,可能导致冰期海洋缺氧状态的广泛出现。而冰期—间冰期的古气候变化使冰盖消失,海—气循环与海水圈层循环重新启动,随之而来的是古海水氧化还原条件的改变。针对南华盆地而言,表层海水的氧化及可能存在的含氧底流为锰矿沉淀提供了所需的氧化环境。此外,新近的证据表明间冰期微生物复苏背景下的锰微生物成矿作用可能是锰矿形成的重要机制。以上这些重大地质事件之间具有复杂的相互联系,同时它们也为“大塘坡式”锰矿沉积成矿作用提供了必不可少的成矿控制条件。因此, 华南成冰纪“大塘坡式”锰矿沉积成矿作用与新元古代重大地质事件间存在耦合关系。     

黑龙江省嫩江—黑河构造混杂岩带科洛金矿床成因:来自黄铁矿化学成分及He-Ar、S、Pb同位素证据

科洛金矿床位于黑龙江省嫩江—黑河构造混杂岩带中,为一正在勘查的中型金矿床。前人研究认为该矿床为一中温、富水、低盐度的韧性剪切带型金矿床。但随着勘查工作的持续开展,新发现了大量含多金属硫化物的石英脉型矿石。为进一步明确该矿床成因,对科洛金矿床内韧性变形和浸染状-团块状两种不同产状黄铁矿进行了系统的成分标型及稳定同位素特征研究。结果表明:韧性变形黄铁矿较浸染-团块状黄铁矿的S/Fe值低,Au、Ag、Co含量高,As含量低,总体显示韧性变形黄铁矿相对贫硫;黄铁矿微量元素显示两类黄铁矿REE具有相似的地球化学特征,整体呈轻稀土富集、重稀土亏损的“右倾”式稀土配分模式。稀土元素总量为17.00×10^-6~66.95×10^-6,韧性变形黄铁矿含量明显偏低,LREE/HREE值为5.25~12.50,相对较稳定。Y/Ho值与地幔和地壳重合范围较多,Zr/Hf值、Nb/Ta值变化范围较大,显示成矿环境不稳定;黄铁矿³He含量为2.405×10^-13~10.811×10^-13,⁴He含量为3.35×10^-7~4.99×10^-7,³He-⁴He图和R/R_a-⁴⁰Ar/³⁶Ar图显示成矿流体有以地幔为主的壳幔混源特征,成矿过程应有大气降水的参与;黄铁矿δ³⁴S变化范围小,集中在+2.3‰~+7.6‰(韧性变形黄铁矿δ³⁴S平均值偏低),稍正向偏离陨石硫特征;黄铁矿的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=18.157~18.211;²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb=15.542~15.594;²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb=38.032~38.218(韧性变形黄铁矿的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb平均值偏低),均显示与造山作用关系密切。利用黄铁矿化学成分特征元素Co/Ni值及Co-Ni成因判别图解认为科洛金矿有热液成因矿床特征;利用w(Fe+S)-w(As)图解和Co-Ni-As含量图解显示石英脉型矿石反映浅成低温热液型金矿特征。综合区域变质变形事件、典型矿床特征及矿区内已取得的年龄、流体包裹体等相关数据认为,科洛金矿床应存在两期矿化:三叠纪形成的韧性剪切带型金矿床和白垩纪形成的浅成低温热液型金矿床。建议在今后的矿产勘查中注意寻找真正的韧性剪切带型金矿。     

现代暖期气候变暖对南海北部陆坡天然气水合物分解潜在影响

现代暖期(Current Warm Period,CWP,1850—至今)以来全球气温升高,南海北部陆坡底层海水温度升高、海平面上升影响海底天然气水合物稳定性。为探究现代暖期气候变暖对南海北部陆坡水合物分解影响,本文模拟计算了东沙海域、神狐海域、西沙海域、琼东南海域水合物赋存水深最浅处水合物的饱和度在1 000年内变化情况,评估了受现代暖期气候变暖影响水合物赋存水深范围,讨论了水合物分解量及其对环境影响。结果发现:(1)受现代暖期气候变暖影响,东沙海域、西沙海域、琼东南海域水合物分解,神狐海域水合物不分解;当东沙海域、西沙海域、琼东南海域水深分别超过665、770、725 m,水合物不分解;(2)现代暖期自始以来,南海北部陆坡水合物分解量为9.36×10⁷~3.83×10⁸ m³,产生的甲烷量为1.54×10¹⁰~6.28×10¹⁰ m³;(3)受现代暖期气候变暖影响,南海北部陆坡每年水合物分解量为5.5×10⁵~2.25×10⁶ m³,产生的甲烷量为9.02×10⁷~3.69×10⁸ m³,这些甲烷中3.61×10⁵~1.48×10⁶ m³能够进入大气,对温室效应贡献度为每年我国人类生活的0.01%~0.06%;与此同时,1.77×10⁷~7.23×10⁷ m³甲烷可能会在海水中被氧化形成弱酸,加重南海北部陆坡海水酸化。     

长江中下游地区新华夏构造体系的“米字型”结构特征

构造体系由强变形构造带和弱变形地域共同构成,这些构造带和变形带可以用结构面的形式表达。构造体系结构面的分布分析,更加适用于变形规律研究,便于追索构造应力场及其演化。以长江中下游地质结构与导矿-控矿要素研究为基础,总结了新华夏构造体系结构面的“米字型”分布特征。新华夏系“米字型”构造,由NNE 25°方向挤压断裂和褶皱带、NNW 345°方向(大义山式)张扭断裂、NEE 75°方向(泰山式)压扭构造和NWW 300°方向(长江式)的横张构造组成。其演化分先后三个阶段;NNW 345°方向—NEE 75°方向的共轭剪切构造阶段、NNE 25°方向挤压构造阶段和NWW 300°方向的张性剪切构造阶段。新华夏构造体系的“米字型”构造样式的识别,为研究构造体系的应力-应变成因、探讨构造体系的形成演化以及浅部构造和深部构造相关性研究提供了重要的地质构造基础。在其它类型的构造体系中,结构面也具有“米字型”分布特征。     

Enrichment mechanism of phosphorite deposits and significant breakthrough in “Triunity Model”for ore prospecting in the Sinian Doushantuo Formation of eastern Kaiyang region,Guizhou Province

Package exploration area in the eastern Kaiyang region is located at the southeastern margin of the Yangtze block,which is the concentrated distribution area of high-grade phosphorite deposits in China. The comprehensive studies of sedimentology,petrology,stratigraphy and palaeogeography in Doushantuo phosphorite ore-bed of the Kaiyang region show that the phosphorite deposits were controlled by the open shallow coastal sedimentary environment formed by denudation and deplanation of the Central Guizhou Oldland. Phosphorite lithofacies associations,mineralogical features and sedimentary structures indicate that the phosphorites had experienced “three stages of mineralization process”in the Kaiyang region: The first pristine bio-chemical phosphogenesis stage,the second winnowing and reworking stage and the last exposure and leaching stage. The winnowing and reworking processes are the key mechanism to the formation of the thick and high-grade phosphorite. According to the “Triunity Model”metallogenic theory,the research team confirmed the bedded distribution along the open phosphatic shore in the north of the Qianzhong Oldland,constructed the metallogenic model and ore prospecting model,and determined that the shoreface is the major target area of high-grade phosphorite ore. The research team have achieved the innovation of phosphorite metallogenic theory and broke through the bottleneck of phosphorite deposits exploration by cooperating of industry-university-research,and the metallogenic range was expand from 250^km² to 1000^km² and quantity of predicted resources increased from 94.42^megatons to 1.3 giga-tons. The prospection verification in the part of areas estimated the ore resources of phosphorite deposits(Inferred and predicted resources) of 548.92 megatons,especially the newly added high-grade phosphorites 357 megatons,achieving significant breakthrough of ore prediction of high-grade phosphorites in China.     

富磷矿三阶段动态成矿模式:黔中开阳式高品位磷矿成矿机制

震旦系陡山沱组沉积期形成的黔中开阳、瓮安富磷矿沉积区,矿石产量大、品位高,是国内外重要的磷矿资源产区。黔中磷矿主要分布于黔中古陆周缘的滨浅海环境中,矿石类型以碎屑状磷块岩为主,间夹原生泥晶磷块岩、生物结构磷块岩和次生土状结构磷块岩。开阳式高品位磷块岩的动态沉积成矿过程通常为“三阶段成矿”: 第一阶段为初始成磷作用阶段,在新元古代大规模成磷背景下,上升洋流携带深部富磷海水进入滨浅海地区,并通过生物化学作用使磷质聚集并形成原生磷块岩沉积;第二阶段为簸选成矿作用阶段,高能波浪、风暴水流对原生磷块岩持续的破碎、磨蚀、搬运和再沉积过程中,簸选去除了原生沉积物中的陆源细碎屑、砂泥质成分,保留并聚集磷质碎屑颗粒,形成品位较高的碎屑状矿石;第三阶段为淋滤作用阶段,海平面升降变化使之前形成矿石受暴露事件影响,遭受强烈的风化淋滤作用,碎屑状磷矿石内的碳酸盐岩胶结物和白云石条带被淋滤运移,导致矿层发育大量溶蚀孔洞,甚至形成土状磷块岩,矿石品位再次得到大幅度提升。三阶段成矿作用随古地理条件和海平面变化在沉积成岩过程中多期次、动态进行,最终形成工业价值极高的磷矿石。     

黔中开阳地区震旦纪陡山沱期富磷矿沉积特征与成矿模式*

黔中开阳地区在震旦纪陡山沱期全球成磷事件的大背景下,发育了厚度较大的富磷矿层。通过岩石薄片观察、地层对比与划分及沉积相分析等手段,探讨黔中开阳地区震旦纪陡山沱期磷矿床沉积特征与成矿模式。结果表明:(1)开阳地区陡山沱期处于黔中古陆北缘的磷质海岸环境,磷矿层中分布最广泛、品位最高的矿石类型为砂屑磷块岩,为富磷沉积物在沉积、成岩过程中遭受多期次冲刷破碎、暴露淋滤及堆积胶结的产物。(2)开阳地区古地理环境和动荡的海水条件控制了磷矿的沉积和高品位矿石的分布,洋水、永温等地在震旦纪陡山沱期所处的海水深度适中的临滨带为成矿优势地带,而水体过浅的前滨带和过深的远滨带均不利于磷质的聚集和成矿。(3)开阳地区动态磷矿床成矿模式表明,陡山沱期海平面的频繁进退使临滨带已沉积的磷块岩遭受多期次的冲蚀、暴露、淋滤、胶结及磷质再沉积作用;通过物理分选作用和风化淋滤作用最终使磷质聚集,是研究区富磷矿形成的主要原因。     

黔中陡山沱期磷块岩成因的系统研究

黔中成磷区是中国南方陡山沱成磷期磷块岩矿床的重要组成部分。包括瓮福、开阳两个大型磷块岩矿床和若干中小型磷矿床。本文从磷的来源、沉积和富集3个方面系统地揭示了该区磷块岩的成因。稀土元素分析表明,磷可能来自同期海底火山喷发物。海洋地球化学、生物化学及磷块岩的组构研究证明,藻类生物的吸收和固定作用是磷质沉积的主要途径。磷的富集的多阶段、多因素的,经历不同的富集阶段(或方式)形成不同的磷块岩类型。     

磷块岩形成过程中的生物作用

对我国震旦纪、寒武纪磷块岩矿床的研究表明,参与成磷作用的生物主要是菌、藻类微生物。生物作用的标志表现为:P₂O₅主要富集在叠层石磷块岩中,富集在叠层石的柱体上,富集在柱体内部的富藻纹层中;而与磷块岩共生的白云石和黄铁矿的δ¹³C值和δ³⁴S值相对均较低,则是生物参与成磷作用的同位素标志特点。生物的成磷作用贯穿成磷过程的始终,但它随作用的相带、环境和阶段不同,生物的种属和作用方式也不同,因而矿石和矿床的质量也随之而异。     

沉积磷块岩结构类型、成因及成矿阶段

磷块岩的岩石类型和成矿阶段划分是磷块岩研究的一项基础性工作,早在50年代后期,叶连俊等人就对磷块岩及其分类进行过研究[1],随着沉积学的发展,尤其是近年来碳酸盐岩研究的进展,磷块岩岩石学研究也有了一些新的突破。磷块岩分类从矿体形态(层状、透镜状、结核状)、大地构造(地台型、地槽型)等分类走向了结构成因分类。在这方面,工作较多,较系统的有美国的S.R.Riggs和法国的M.S1ansky[9][10]。我国的孙枢、陈其英、赵东旭[2][3]及孟祥化[4]、周茂基[5]、东野[6]等人也先后对磷块岩的结构成因类型进行过研究。这些研究给磷块岩的分类奠定了一个很好的基础。     

海州式磷矿床地质特征及其成矿模式

海州式磷矿成矿物质有多种来源。磷元素在地壳发展过程中，随着磷矿成矿作用不同阶段物化条件等改变而变化，将成矿划分为沉积、变质及改造三阶段。中元古代早期海州群锦屏组，肥东群双山 ，宿松群柳坪组和虎踏石组及红安群七角山组下段为其“源”，磷块岩形成后，由于变质、混合岩化交代和风化淋滤作用，使磷质活化，在一定的空间富集成矿。