黔中磷矿是新元古代冰期后全球性成磷事件的典型代表,其风化特征与矿石品位的高低有着较高的耦合性。已有的研究多集中于原生沉积磷矿床的矿物组合、沉积环境、矿床成因等方面,为探究表生环境下磷质的再迁移、再富集机理,本文选择黔中息烽磷矿区温泉矿段的风化含磷岩系、瓮福磷矿区穿岩洞矿段的原生沉积含磷岩系为研究对象,通过详实的野外地质调查,利用光学显微镜、扫描电镜及能谱(SEM-EDS)、波长色散型X射线荧光光谱(WD-XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、X射线衍射(XRD)、核磁共振(NMR)等技术,结合饱和法岩石孔隙度实验、岩溶模拟实验,对比分析了风化磷矿石与原生沉积磷块岩矿物组合、结构构造、矿物微形貌、孔隙度、孔隙结构、主微量元素地球化学特征等方面的差异,提出了风化矿石的判别标志,揭示了磷质次生富集制约因素,探究了风化型磷矿次生富集机理,并建立了成矿模型。主要取得了以下认识: (1)与原生矿石相比,风化矿石矿石矿物仍以胶磷矿砂屑为主,但含量显著增多,并出现较多重结晶作用形成的磷灰石微晶,脉石矿物除白云石、少量的硅质矿物、黏土矿物外,还有黄铁矿、褐铁矿等金属矿物,白云石常被磷灰石交代,褐铁矿化现象普遍;矿石颜色变浅,结构变得疏松多孔,除发育砂屑结构外,还具有豆状结构、等厚环边结构、假晶结构、骸晶结构、重结晶结构、网脉状构造、变胶状构造等风化成因组构。 (2)原生磷块岩遭受风化淋滤作用后,矿物组合发生明显变化,演化机制主要体现在碳酸盐矿物溶解、硫化物矿物被氧化、磷酸盐矿物重结晶等三个方面。岩溶模拟实验证明在风化过程早期白云石早于磷灰石被溶解、淋失。 (3)核磁共振实验证实原生矿石被溶蚀后,孔隙直径扩大,且孔隙数量增多,孔隙结构的改变可以反过来促进风化作用。饱和法岩石孔隙度实验及孔隙度与P₂O₅含量相关关系揭示,风化程度明显控制了磷的表生再富集过程。经过风化的矿石,碳酸盐矿物流失导致孔隙度增大,同时磷元素进一步富集;当风化到一定程度后,风化矿石品位富集到35%左右时,磷酸盐矿物开始溶解迁移,甚至可能因过度风化导致磷元素流失。 (4)相较于原生矿石,风化磷矿石P₂O₅含量明显增加,Mg O、Mn O、Al₂O₃、K₂O含量锐减,Ca O因磷灰石重结晶而相对富集,风化指标指示风化矿石总体达到风化门限。风化后磷酸盐矿物的化学成分变化不大,硅质胶结物的相对含量增加,形成了次生黏土矿物,并且过度淋滤作用对磷富集的影响明显减弱。 (5)微量、稀土元素地球化学特征表明,风化磷矿石更富集与P有着相似地球化学性质的氮族元素As、Sb,更亏损赋存于易溶解的矿物中而被带出的高场强元素Ti、Mn、Zr、Nb、Hf、Ta、Th等;稀土元素总量和LREE/HREE比值降低,δCe、δEu负异常特征变得更微弱,说明在弱酸性表生环境下磷质得到了进一步的富集,稀土元素可能被黏土等吸附及二次吸附后在风化淋失过程中迁移流失,且轻稀土元素因活泼性更强,更易于流失。 (6)自都匀运动黔中隆升成陆后,表生环境中,磷质的迁移富集受到原岩组分、原岩结构构造、气候—生物、构造—地貌、水文条件等控制因素的制约,其次生富集过程可划分为风化条件叠加、碳酸盐矿物淋失、磷酸盐矿物重结晶三个阶段。