川西早寒武世磷塊巖的結(jié)構(gòu)-成因

川西早寒武世磷塊巖的結(jié)構(gòu)-成因

西川早寒武世磷礦床位于康滇古陸東側(cè)川滇磷礦床以北。含磷巖系呈北東南西方向延伸數(shù)百公里。目前已探明的礦區(qū)有會東、金陽、雷波、馬邊、綿竹等地。富礦體分布于馬邊、雷波一帶。梅樹村組含磷巖系由碳酸鹽巖、磷塊巖、硅質(zhì)巖及其各種過渡巖石類型組成。從結(jié)構(gòu)-成因觀點看,這種巖性系列反映了淺水碳酸鹽臺地及其邊緣的沉積特征。磷塊巖本身的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點與淺水碳酸鹽的特點十分相似,反映這兩種巖類古沉積環(huán)境的相似性。通過對磷塊巖巖石學(xué)特征的研究,特別是結(jié)構(gòu)構(gòu)造和成巖環(huán)境的研究,表明川西早寒武世梅樹村早期磷塊巖為干燥炎熱氣候條件下典型的瀉湖一潮坪沉積(圖1)。一、黃巖的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)磷塊巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征的成因意義,已見于許多文獻中。這里簡單介紹本區(qū)常見的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。(一)項目1.制備成紋層的層理構(gòu)造在會東、金陽、綿竹等地特別發(fā)育。條帶狀構(gòu)造由暗色磷酸鹽巖和白色碳酸鹽巖(或硅質(zhì)巖)呈厘米級的韻律交替而成的層理構(gòu)造(圖版Ⅰ-1)。有時見到磷塊巖條帶具有向上變細的顆粒粒序?qū)永怼：撩准壍募y層構(gòu)造常是由球粒(團粒)的膠磷礦和亮晶白云石交替成紋層排列而成。這與碳酸鹽中層紋狀構(gòu)造十分相似。2.致密塊結(jié)構(gòu)常與條帶-紋層狀構(gòu)造伴隨出現(xiàn),是富礦石常見的構(gòu)造,幾乎全由膠磷礦球(團)粒緊密堆積,并由膠磷礦基質(zhì)膠結(jié)而成。多見于馬邊、雷波一帶。3.斜層理論結(jié)構(gòu)4.眼睛結(jié)構(gòu)多見于含磷巖系中的含磷泥晶白云巖,或團粒磷塊巖中,平行紋層中的篩狀孔隙為亮晶白云石或細晶白云石充填。這是潮坪地區(qū)最發(fā)育的構(gòu)造標(biāo)志。5.疊層構(gòu)造內(nèi)部的裂隙會東淌塘礦區(qū)生長有穹狀疊層石(SS-C型)。在隱藻組成的泥晶白云巖中見到藍綠藻絲體。疊層構(gòu)造的內(nèi)部有“V”字形干縮裂隙和被方解石亮晶充填的收縮孔穴(圖版Ⅰ—2)。這種構(gòu)造普遍被認為形成于間歇暴露的潮坪環(huán)境。會東塘坊見到的疊層構(gòu)造被強硅化后,形成扭曲的腸狀構(gòu)造,也是潮坪暴露的標(biāo)志之一。6.檢驗所增設(shè)的孔穴金陽礦區(qū)的磷質(zhì)泥灰?guī)r中由于生物的穿孔和攪動,整個巖石構(gòu)造變得模糊,而且趨向于均勻化。蟲孔構(gòu)造的下方呈渾圓袋狀孔穴,孔內(nèi)為膠磷礦團粒充填,并為正玉髓膠結(jié)(圖版Ⅰ-3)?？籽ㄖ車菞l帶狀磷塊巖。這種構(gòu)造有雙重意義:首先是蟲孔,其次其中充填物受到成巖滲流作用而成類似“滲流砂”的形成機理。其它一些潮間、潮上的暴露標(biāo)志(如干縮龜裂紋),在磷塊巖中也十分常見。在金陽還可找到潮下低能環(huán)境的水平層理(其中亦找到小型幾丁質(zhì)的雙殼類生物)。(二)碳酸鹽巖的形成機制磷塊巖的結(jié)構(gòu)特點和碳酸鹽巖的顆粒結(jié)構(gòu)類型酷似。碳酸鹽巖的凝聚、加積、破碎、搬運、磨蝕等現(xiàn)象在磷塊巖中都可找到。根據(jù)川西磷塊巖的大量薄片觀察,其主要結(jié)構(gòu)簡述如下:1.對于堿屑的電鏡描述礫屑有兩種:(1)可塑性竹葉狀礫屑。見于會東塘坊礦區(qū)之礦石中。處于固結(jié)或半固結(jié)狀態(tài)的磷塊巖,暴露于潮間或潮上帶,干裂收縮成礫屑狀,后經(jīng)潮汐水流反復(fù)沖刷而成。最大粒徑為7.5毫米,一般2.7毫米,最小為1.5毫米左右。膠結(jié)物為碳酸鹽、玉髓與石英(圖版Ⅰ-4)。電鏡圖象顯示礫屑內(nèi)部為雛晶碳氟磷灰石組成。(2)長條狀礫屑。見于馬邊、金陽、雷波一帶。礫屑成分與膠結(jié)物都是膠磷礦,組成富礦石條帶。這代表與潮汐作用有關(guān)的同生礫屑產(chǎn)物。特別要指出的是這種礫屑內(nèi)部顯示特殊的多角邊形膠結(jié)作用,形成“網(wǎng)環(huán)狀結(jié)構(gòu)”(圖版Ⅰ-5)。關(guān)于它的成因意義將在團粒結(jié)構(gòu)中敘述。2.砂屑膠磷礦、砂屑膠磷礦、砂屑膠磷礦、清坪砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑砂屑膠磷礦砂屑膠磷礦砂屑砂屑膠磷礦砂屑膠磷礦砂屑膠磷砂屑砂屑砂屑砂屑膠磷礦砂屑膠結(jié)物為帶磷砂屑指認磷質(zhì)或少量碳酸鹽、硅質(zhì)顆粒呈砂級至粉砂級出現(xiàn)于磷塊巖中,是內(nèi)碎屑磷塊巖粒度變化系列中較細粒的一部分。含磷砂屑形狀渾圓、次渾圓、次棱角形(圖版Ⅰ-6)。由于物質(zhì)來源不同和沉積條件的差異,各地所見也有區(qū)別。會東一帶以含磷的粗砂屑為主,夾有少量粉砂巖薄層和陸源砂屑。有機質(zhì)多集中于砂屑邊緣,形成暗色圈。膠結(jié)物為泥質(zhì)與磷質(zhì)。金陽一帶以磷細砂屑為主,砂屑膠磷礦有兩種:一種為淡黃色透明度好的砂屑,表面凝膠狀陳化裂紋發(fā)育,可能由球(團)粒再沉積而成。另一種混入有機質(zhì)、泥質(zhì),呈污濁狀,可能由磷質(zhì)糞團粒再沉積而成。膠結(jié)物為泥晶或亮晶白云石,見有針管狀磷質(zhì)生物。馬邊礦區(qū)砂屑粗細混雜。綿竹清坪一帶為小的渾圓狀糞團粒再沉積。從川西磷礦帶分布看,南西段(會東)以砂屑、粉砂屑結(jié)構(gòu)為主,而北東段(馬邊)砂屑、粉砂屑含量相對減少。3.下地殼下礦層結(jié)構(gòu)粒度較均勻,多數(shù)為可塑性,可變形呈長橢圓形。長軸平行沉積底面,密集堆積,并由膠磷礦膠結(jié)(圖版Ⅰ-7)。是條帶狀與層狀礦石的主要結(jié)構(gòu)。在馬邊、金陽一帶富礦石中見到“網(wǎng)環(huán)狀結(jié)構(gòu)”。這種結(jié)構(gòu)特點是:在單個團粒邊緣都包圍一層厚10微米左右的結(jié)晶磷灰石包皮,具明顯隱晶現(xiàn)象,即孫樞稱為“窄圈纖維集晶狀碳磷灰石鑲邊。它與隱晶質(zhì)團粒形成鮮明的對照。當(dāng)團粒緊密互相支撐變形拉長時,在一片隱晶質(zhì)的背景上突出了窄圈鑲邊。單個鑲邊變成似菱形、多邊形,形成“網(wǎng)環(huán)狀結(jié)構(gòu)”(圖版I-5)。電鏡圖象揭示其超顯微結(jié)構(gòu)與內(nèi)碎屑磷塊巖不同。團粒中心由微晶碳氟磷灰石組成,單晶粒徑0.7—2微米。團粒外緣鑲邊由纖片狀碳氟磷灰石組成,纖片層包圍團粒表面(圖版Ⅰ-8)。從鄒采杼等(1965)發(fā)表藻磷塊巖層中藻體的顯微照片看,由藻球(團)粒構(gòu)成的疊錐構(gòu)造中具有上述的“網(wǎng)環(huán)狀結(jié)構(gòu)”,即所謂環(huán)殼狀結(jié)晶磷灰石。這種團粒鑲邊結(jié)構(gòu)只限于特殊的瀉湖環(huán)境個別相帶中。在一些團粒中見到絲管狀撓曲的藍綠藻絲體(圖版Ⅱ-1)。有時為褐黃色粘球形藻(藻體聚集成球形),每個團?？捎蓭资畟€藻球集合而成。在馬邊礦石中存在另一種糞團粒:細小,色暗,富含有機質(zhì),是一種生物糞化石。這些現(xiàn)象均說明微生物在聚磷過程中起一定的富集作用。4.礦石結(jié)構(gòu)類型核心為磷質(zhì)、有機質(zhì)、碳酸鹽礦物、石英與生物碎屑等。同心圓層由膠磷礦與泥質(zhì)、膠磷礦與碳酸鹽交替組成。鮞粒是馬邊、綿竹、清坪礦區(qū)礦石中的主要結(jié)構(gòu)類型。馬邊礦石中鮞粒同心層清晰,一般7—8層,甚至十幾層。這說明環(huán)境為動蕩淺水(圖版Ⅱ-2)。鮞粒殼層掃描圖象顯示同心層界線清晰,由外圈向核心礦物成分為:碳酸鹽一磷酸鹽一碳酸鹽一磷酸鹽交替分布(圖版Ⅱ-3)。清坪礦區(qū)礦石中鮞粒多為雙殼層的薄皮鮞,核心為碳酸鹽泥晶,外殼層為磷質(zhì)薄皮。有的核心為藻磷集合體,外殼為纖片狀碳氟磷灰石組成,粒徑細小。這說明清坪磷塊巖產(chǎn)于低能環(huán)境。5.成巖基結(jié)構(gòu)退化與碳酸鹽巖中見到的現(xiàn)象相似,磷團?；蝓b粒就地粘結(jié)成團塊,外圈有磷質(zhì)環(huán)邊包殼。團塊中混入有機質(zhì)、泥質(zhì)和藻斑點,使它污濁不清。有的團塊由外向里生長著皮殼狀環(huán)邊,顯示出成巖早期磷質(zhì)富集的可能性。在雷波礦區(qū)礦石中團塊具暗色圈,膠結(jié)物為暗色膠磷礦,表現(xiàn)明顯的“結(jié)構(gòu)退化”,是一種典型的滯留沉積(圖版Ⅱ-4)。代表簸選帶內(nèi)粗粒物質(zhì)的緩慢沉積。6.馬邊、雷波、馬邊磷酸鹽與碳酸鹽以化學(xué)方式凝聚沉積。多見于馬邊、雷波等地。在成巖過程中碳酸鹽結(jié)晶為自形晶,膠磷礦微微結(jié)晶分布于碳酸鹽礦物粒間,構(gòu)成磷基結(jié)構(gòu)。7.礦石的生物成分軟舌螺富集成層,其原始殼層為膠磷礦,部分或全部殼層為碳酸鹽交代?；|(zhì)為泥晶碳酸鹽及硅質(zhì)。多見于馬邊礦區(qū)的礦石中(圖版I-5)。代表正常淺水陸棚沉積。此外,在綿竹礦區(qū)礦石中針管狀生物密集成層,個體象小軟舌螺,外殼為硅質(zhì)交代,而管內(nèi)仍保留膠磷礦,長0.1毫米左右。這種生物與盧衍豪《中國寒武紀沉積礦產(chǎn)與“生物-環(huán)境控制論”》一書中圖版Ⅺ所示的生物一樣,構(gòu)成含磷巖石生物結(jié)構(gòu)。二、細晶磷灰石的表征區(qū)內(nèi)磷塊巖中磷酸鹽礦物主要為細晶磷灰石,偶見磷鋁石、磷鍶石。磷酸鹽礦物在顯微鏡下呈隱晶質(zhì)集合體,構(gòu)成礫屑、團塊、砂屑、鮞粒、團粒、生物外殼及凝膠狀磷基等形態(tài)的主要成分。顏色有灰白色、灰黑色、棕褐色等。薄的碎片為淺褐色或無色,半透明弱油脂光澤。折光率值(碎屑油浸法)N=1.6253±0.0002(20℃)。不同結(jié)構(gòu)中的細晶磷灰石X衍射分析結(jié)果表明主要以碳氟磷灰石的形式存在。根據(jù)三件提純的單礦物的化學(xué)全分析結(jié)果計算,其分子式應(yīng)為:Ca5[PO4]3(F,OH,Cl,CO3)其中氟的含量低于標(biāo)準(zhǔn)的碳氟磷灰石。紅外光譜證實磷灰石晶格中有存在,說明本區(qū)磷塊巖中磷酸鹽礦物為碳氟磷灰石,部分為中一低碳氟磷灰石(圖2)。采用透射與掃描電鏡觀察結(jié)果,磷酸鹽礦物超顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)可分為:1.晶體晶體結(jié)構(gòu)2.纖段結(jié)構(gòu)3.纖圓柱形結(jié)構(gòu)4.薄晶結(jié)構(gòu)電鏡圖象表明,磷酸鹽顆粒內(nèi)部的膠磷礦大部分都已重結(jié)晶,轉(zhuǎn)變?yōu)榧毦Я谆規(guī)r,只有少數(shù)保存膠體化學(xué)沉積特征。三、碳酸鹽巖中的幾種特殊膠結(jié)類型磷塊巖中的基質(zhì)是顆粒間同生沉積的膠磷礦和泥晶白云石、方解石,少量石英、粘土礦物、有機質(zhì)等。膠結(jié)物主要是亮晶白云石、亮晶方解石、玉髓、石英、膠磷礦等組成。其結(jié)構(gòu)有粒狀、馬牙狀、櫛殼狀、帶狀、放射狀、次生加大等。膠結(jié)類型有基底式、孔隙式、接觸式和交代式。此外,筆者還找到了反映成巖環(huán)境的幾種特殊膠結(jié)類型:即上述的團?！熬W(wǎng)環(huán)狀結(jié)構(gòu)”。在碳酸鹽巖中也有類似的膠結(jié)類型。Shinn(1975)描述的等厚纖維狀膠結(jié)物交會成的多角形邊與本類型十分相似,只是成分不同而已。對碳酸鹽巖來說,這是一種典型活躍海水潛流帶的膠結(jié),是成巖早期潮汐水進入沉積物中進行循環(huán)的標(biāo)志。2.粒屑間等厚環(huán)邊膠結(jié)顆粒堆積的孔隙間,為亮晶方解石膠結(jié),在層狀或透鏡狀潛流層下面的巖層中常見。當(dāng)團粒磷塊巖處于潛流帶時,上部的層狀潛流水向下滲透充填于粒間孔隙中而成。多見于砂屑磷塊巖中。垂直顆粒表面并包圍粒間孔隙生長,厚約24—36微米的玉髓環(huán)邊。這種膠結(jié)可能是海水潛流特征,因為在碳酸鹽巖海水潛流中常見這種環(huán)邊結(jié)構(gòu)。但是在我們所研究的標(biāo)本中(Lw,06),這種玉髓環(huán)邊與鑄?？坠采?而鑄?？壮４淼芙夂途徛慕淮饔谩Ｒ驗闈B流帶中的大氣水常常是對碳酸鈣不飽和的,又含有硅質(zhì)。因此,粒屑間等厚環(huán)邊膠結(jié)有可能是晚期滲流帶中SiO2交代早期海水潛流碳酸鹽環(huán)邊的結(jié)果,或者僅代表滲流帶中的環(huán)邊膠結(jié)。本區(qū)磷塊巖中發(fā)現(xiàn)硅質(zhì)礦物。它們的結(jié)晶形態(tài)有:微晶石英,正、負玉髓和正方形石英等四種。微晶石英緊密鑲嵌成硅質(zhì)層。正、負玉髓呈皮殼狀、環(huán)邊狀,常為孔隙膠結(jié)物。玉髓的正負光性是由結(jié)晶C軸與纖維延伸方向不同來決定的。石英C軸與正方形對角線一致(見ML-19標(biāo)本)。據(jù)R.L.?？撕蚃.S.皮得曼研究1):正延性玉髓代表蒸發(fā)環(huán)境產(chǎn)物,負玉髓為淡水環(huán)境沉積或交代產(chǎn)物。正方形石英在馬邊礦石中以鑄模孔形式存在于鮞粒中,雖然其成因未圓滿地解決,但這種石英曾被報道于德國泥盆紀蒸發(fā)巖層中,也是蒸發(fā)作用的標(biāo)志。四、微相類型及成巖環(huán)境上述材料揭示本區(qū)磷塊巖沉積于淺水和極淺水的古陸邊緣,即是形成于有障壁的淺灘后的瀉湖一潮坪及其相鄰的淺海陸棚。在具體劃分相帶時,先根據(jù)結(jié)構(gòu)-成因分類將本區(qū)磷塊巖類型分為:內(nèi)礫屑磷塊巖,砂屑-粉砂屑磷塊巖,團粒磷塊巖,鮞粒磷塊巖,生物碎屑磷塊巖,膠狀磷塊巖等。筆者著重研究了磷塊巖結(jié)構(gòu)成因的意義,將本區(qū)磷塊巖劃分出18種微相類型,分別屬于深水陸棚,淺水陸棚,潮汐淺灘,灘后瀉湖,潮間帶,潮上帶等6個相帶(表1)。一般地說,在每一個礦區(qū)的含磷巖系的剖面上都可以觀察到由潮下低能帶→潮下高能帶→潮間→潮上低能的變化系列,即由陸棚→潮汐淺灘→瀉湖→潮間→潮上層序。但從微相類型在整個礦帶上的空間展布特點來看,西南段(會東礦區(qū))以潮間帶和潮上帶的微相類型(即微相11—18)比較發(fā)育。中段(金陽、雷波、馬邊等礦區(qū))以潮汐淺灘和潮間帶(即微相6—12)比較常見。北東段(峨邊、漢源、綿竹、南竹等礦區(qū))以陸棚和潮汐淺灘(即微相1—6)的微相類型比較普遍。通過本區(qū)磷塊巖微相類型的初步劃分,能使我們具體地闡明磷塊巖的沉積環(huán)境。在陸棚地區(qū)以碳酸鹽和硅質(zhì)沉積為主,沉積在此區(qū)內(nèi)的磷質(zhì),均處于不穩(wěn)定狀態(tài),在同生和早期成巖階段遭到溶解作用,因此在此環(huán)境中只有弱礦化或礦化消失(圖版Ⅱ-5)。潮汐淺灘常是碳酸鹽顆粒和磷酸鹽顆?；旌铣练e地段。在此相帶內(nèi),因受早期成巖作用的影響,淡水滲流常使磷質(zhì)顆粒形成鑄?？?致使磷質(zhì)含量降低。瀉湖和潮間帶是磷的富集相帶,表現(xiàn)為磷質(zhì)團?；蛄踪|(zhì)糞團粒之間的膠結(jié)物為膠磷礦。因此成巖作用對磷的富集有利,成為高品位礦石。潮上帶磷的沉積作用減弱,碳酸鹽化作用加強,成巖早期的碳酸鹽化和成巖晚期地表水滲透產(chǎn)生的硅化,對磷的富集非常不利。磷酸鹽的成巖階段包括準(zhǔn)同生階段、早期成巖階段和晚期成巖階段。每一階段都有不同的結(jié)構(gòu)特征和礦物標(biāo)志。準(zhǔn)同生階段沉積物有膠磷礦基質(zhì)、泥晶白云石、玉髓、石英等。此階段在陸棚和潮上帶上,海解和陸解都十分強烈。早期成巖階段發(fā)生在沉積物埋藏的初期,沉積物中的孔隙與海水連通,產(chǎn)生粒狀、馬牙狀碳酸鹽環(huán)邊、纖片狀碳氟磷灰石鑲邊和超鹽度下形成的正玉髓。晚期成巖階段形成菱形白云石、亮晶方解石和磷顆粒的鑄?？住B流帶的標(biāo)志,以順層硅化作用較為強烈。根據(jù)磷塊巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,膠結(jié)物相互交代和結(jié)晶世代關(guān)系,以及微相類型在剖面上的層序和在空間上的分布特點,我們將本區(qū)內(nèi)磷的沉積區(qū)域初步劃分出九個帶(圖3)。眾所周知,磷酸鹽是干燥氣候下的生物化學(xué)沉積。其成巖環(huán)境的地下水循環(huán)的特點是:地表水淡水滲流由于降雨量少而不發(fā)育;出現(xiàn)潮上蒸發(fā)環(huán)境一—潮上鹽漬帶;地下水活動的方向是向上泵吸的海水。地表水滲流帶中磷質(zhì)和白云質(zhì)被溶解,負延性玉髓沿水平層理滲透交代。硅化和去白云化現(xiàn)象顯著(圖版I-4)。潮上鹽漬帶主要為強烈白云石化,顆粒的鑄?？缀驼袼?圖版Ⅰ-3)。潮間海水潛流帶出現(xiàn)藻類等微生物鉆孔和磷酸鹽鮞粒(圖版Ⅱ-1,2)。磷質(zhì)團粒出現(xiàn)鑲邊,鳥眼構(gòu)造中常為亮晶白云石(或方解石)充填?；钴S海水潛流帶出現(xiàn)特殊的磷團粒鑲邊結(jié)構(gòu)(“網(wǎng)環(huán)狀結(jié)構(gòu)”,圖版Ⅰ-5)。停滯海水潛流帶發(fā)生在瀉湖底層,海水不循環(huán),主要為膠狀磷酸鹽膠結(jié)(圖版Ⅰ-7)。地下水潛流帶主要標(biāo)志是硅質(zhì)鑄模孔,方解石粒狀環(huán)邊和新生變形作用。潮汐淺灘上部的滲流帶-淡水潛流帶主要表現(xiàn)為磷團粒鑄?？?粒間碳酸鹽膠結(jié)和顆粒的粒狀方解石環(huán)邊(圖版Ⅰ-6)。灘外潛流帶表現(xiàn)為馬牙狀粒狀白云石環(huán)邊。陸棚海解帶表現(xiàn)為含磷生物和磷質(zhì)團粒的溶解,并被硅