湖北宜昌—興神磷礦田北向延伸礦層變化研究

何 欽，陽(yáng)傳金，閆 磊，盧金祥，唐 穎

(1.湖北省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì)，湖北 宜昌 443100;2.興山縣國(guó)土資源局，湖北 宜昌 443700)

0 引言

宜昌—興神磷礦賦存于晚震旦世陡山沱組下部(劉智宇等，2013)，是我國(guó)兩大重要成磷期之一(東野脈興，2001)，磷礦層總體呈北西—南東向展布，主要發(fā)育在宜昌市夷陵區(qū)、興山縣及襄陽(yáng)市?？悼h部分區(qū)域，以品位高、厚度大的宜昌磷礦而聞名(胡綱，2006)。

2011年至今，隨著深部勘查工作的不斷驗(yàn)證，原宜昌磷礦田與興神磷礦田含礦層位相同、礦床成因大致相當(dāng)，區(qū)域上已連成一片，現(xiàn)歸并為宜昌—興神磷礦田，礦田范圍南起黃陵背斜北東翼一帶，北以陽(yáng)日斷裂為界與保康磷礦田相接，西以新華斷裂為界與神農(nóng)架磷礦田相接，東以通城河斷裂為界(譚文清等，2012)。礦田范圍的圈定，為今后在該區(qū)尋找隱伏礦床指明了方向。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

宜昌—興神磷礦田位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)中段北緣，地跨上揚(yáng)子臺(tái)坪的黃陵斷穹、神農(nóng)架斷穹2個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元，北鄰青峰臺(tái)褶束，西接秭歸盆地，東迄遠(yuǎn)安臺(tái)褶束，南至長(zhǎng)陽(yáng)—永順臺(tái)褶束。

區(qū)域地層發(fā)育較齊全，出露有新太古代、古元古代、震旦紀(jì)、寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)及志留紀(jì)等地層。除黃陵斷穹核部分布有新太古界—古元古界變質(zhì)巖和巖漿巖、神農(nóng)架斷穹核部分布有震旦紀(jì)神農(nóng)架群淺變質(zhì)巖以外，總體屬沉積巖區(qū)。

區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育，以北西向、北北東向、東西向及近南北向斷裂為主。北西向以霧渡河斷裂為代表，貫穿黃陵斷穹核部，對(duì)該區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)起著重要的控制作用，該斷裂以北的陡山沱組沉積了質(zhì)優(yōu)量大的磷礦床，而斷裂以南則僅出現(xiàn)小而貧的磷礦;北北東向以新華斷裂為代表，縱貫黃陵斷穹與神農(nóng)架斷穹的接合部，斷距上千米，分割宜昌—興神磷礦田與神農(nóng)架磷礦田;東西向以陽(yáng)日斷裂為代表，橫切神農(nóng)架斷穹北翼，在該斷裂兩側(cè)的陡山沱組中賦存了大量?jī)?yōu)質(zhì)磷塊巖礦床;近南北向以仙女山斷裂、遠(yuǎn)安西部斷裂為代表，分別縱貫黃陵斷穹的西翼與東翼。后期多次地殼運(yùn)動(dòng)對(duì)礦床的展布和改造均有不同程度的影響，形成了宜昌—興神磷礦田的復(fù)雜特征(圖1)(冉瑞生等，2008)。

2 礦層地質(zhì)特征

2.1 含礦巖系

圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural outline map of the study area

宜昌—興神磷礦田以晚震旦世陡山沱組(Z1d)為其含磷巖系，陡山沱組由上而下可分為白果園段(Z1d4)、王豐崗段(Z1d3)、胡集段(Z1d2)、樟村坪段(Z1d1)4個(gè)巖性段，各段巖性及分層標(biāo)志見圖2(楊剛忠等，2010)。

2.1.1 白果園段(Z1d4) 深灰色—灰黑色薄—中層狀泥粉晶白云巖，典型特征為層面及裂隙面常見紫紅色鐵質(zhì)薄膜;偶見黑色燧石扁豆體順層分布;頂部發(fā)育1層砂屑磷塊巖(Ph4)。此段厚約3～15 m。

2.1.2 王豐崗段(Z1d3) 灰—淺灰色中層狀泥粉晶白云巖夾灰黃色頁(yè)片狀白云質(zhì)泥巖，泥巖單層厚5～30 mm，可見星點(diǎn)狀黃鐵礦浸染分布其中;底部常發(fā)育1層灰黑色豆粒狀、鮞狀含磷(Ph3)粉晶白云巖，層位較穩(wěn)定，厚度薄，品位低，可作為分層標(biāo)志，一般不具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。厚約20～40 m。

2.1.3 胡集段(Z1d2) 發(fā)育完全時(shí)可二分，即上亞段(Z1)和下亞段(Z1)，巖性特征如下。

(1)上亞段(Z1)：灰黑色薄—中層狀含燧石扁豆體泥粉晶白云巖，以灰黑色燧石扁豆體或條帶為其特征，扁豆體大小如黃豆;普遍發(fā)育星點(diǎn)狀黃鐵礦。厚約15～30 m。

(2)下亞段(Z1)：在區(qū)內(nèi)變化明顯，發(fā)育完全，可二分，即 Z1(上分層)、Z1(下分層)，巖性特征如下。

Z1(上分層)：灰白色薄—中層狀泥粉晶白云巖，偶夾灰—深灰色(風(fēng)化色為灰黃色)白云質(zhì)泥巖;局部可見少量灰黑色細(xì)磷條帶或磷砂屑。厚約0～10 m。

圖2 宜昌磷礦北部含礦巖系柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of the northern ore－bearing rock series in the Yichang phosphate deposit

Z1(下分層)發(fā)育完整時(shí)巖性特征：頂部為中磷層二礦層(P)，灰黑色泥晶砂屑磷塊巖、硅質(zhì)磷塊巖夾條帶狀白云巖;層位穩(wěn)定、磷塊巖礦石品位較高、厚度大，為主要工業(yè)礦層;厚約0～20 m。中部為淺灰色厚層狀粉晶白云巖，可見少量灰—灰黑色硅質(zhì)團(tuán)塊及薄層;厚約0～10 m。下部為中磷層一礦層(P)，灰黑色泥晶砂屑磷塊巖夾條帶狀白云巖，厚度、品位變化系數(shù)大，多呈透鏡狀礦體產(chǎn)出;厚約0～3 m。

2.1.4 樟村坪段(Z1d1) 由上而下可分成上亞段、中亞段、下亞段3個(gè)分層，特征如下。

(1)上亞段(Z1)：淺灰色—灰白色厚層狀粉晶白云巖，其間常見灰白色硅質(zhì)團(tuán)塊及薄層，偶夾砂屑磷塊巖條帶，俗稱“上白云巖”，湖北鐘祥地區(qū)稱為“硅磷質(zhì)白云巖”(張成信等，2014)。厚度約0～15 m。

(2)中亞段(Z1)，發(fā)育完整時(shí)巖性特征：上部為下磷層三礦層(P)，灰黑色泥晶砂屑白云巖條帶狀磷塊巖、泥巖條帶狀磷塊巖，該區(qū)普遍發(fā)育，為主要工業(yè)礦層，厚約0～10 m。中下部為灰黑色(含鉀)泥巖，夾少量泥晶、砂屑磷塊巖條帶，黃鐵礦呈星散狀、團(tuán)斑狀或沿裂隙普遍發(fā)育(不具有工業(yè)價(jià)值)，水平層理發(fā)育;局部地段可形成泥巖條帶狀磷塊巖即下磷層二礦層(P)和硅質(zhì)條帶狀磷塊巖(P)，以頁(yè)巖將其分開，不具工業(yè)開采價(jià)值。厚3～20 m。

(3)下亞段(Z1)，發(fā)育完整可2分：① Z1(上分層)：淺灰色中厚層狀(含錳)粉晶白云巖，俗稱“下白云巖”，含星點(diǎn)狀黃鐵礦，層位穩(wěn)定，厚約2～5 m。② Z1(下分層)：灰白色中厚層狀含礫白云巖，礫石成分主要為白云巖、綠泥石片巖、絹云母片麻巖、硅質(zhì)巖等，白云質(zhì)膠結(jié)。厚度2～5 m(湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1996)。

2.2 礦層特征

宜昌—興神磷礦田屬揚(yáng)子成磷區(qū)(Ⅰ級(jí))、鄂黔成磷帶(Ⅱ級(jí))、鄂西聚磷區(qū)(Ⅲ級(jí))、宜昌—?？盗椎V帶(Ⅳ級(jí))范圍(楊剛忠等，2008)，由數(shù)十大小不等、成群成帶的礦區(qū)組成。近年來(lái)，隨著工作的不斷推進(jìn)，認(rèn)識(shí)的不斷加深，以及以中磷層Ph2為主要工業(yè)礦層的隱伏礦的不斷發(fā)現(xiàn)，宜昌—興神磷礦田總體走向?yàn)楸蔽鳌蠔|、傾向北東已被大多數(shù)人所接受，礦層主要賦存于晚震旦世陡山沱組中，形態(tài)以傾角較緩的層狀－似層狀礦體為主(圖3)。

圖3 磷礦區(qū)分布略圖Fig.3 Simplified geological map showing the distribution of phosphate ore districts

礦帶總體呈南東—北西向展布，在預(yù)測(cè)的成礦帶上現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有深部磷塊巖礦層存在，只是礦層的厚度、品位有一定的變化。在興山縣、神農(nóng)架林區(qū)及?？悼h交界處，磷礦帶可能受北北東向新華大斷裂影響，目前發(fā)現(xiàn)的磷礦區(qū)主要為北北東向分布;保康地區(qū)地層總體傾向?yàn)楸睎|向，因此向北東方向延伸，礦層埋深加大，給今后的找礦工作帶來(lái)了較大的困難。

近期工作可從礦帶轉(zhuǎn)向區(qū)域，如育林、礦洞埡、黃家灣、榛子嶺、雄關(guān)堡一帶尋求找礦突破，礦層埋藏深度相對(duì)較淺，亦屬于宜昌磷礦主礦帶上。

2.3 礦石自然類型

根據(jù)磷塊巖礦石結(jié)構(gòu)特征和脈石礦物組成，該區(qū)磷塊巖礦石主要分為以下5類。

(1)致密塊狀磷塊巖：主要由泥晶磷塊巖，砂屑磷塊巖、砂屑泥晶磷塊巖交替重疊組成。此類礦石P2O5品位一般大于30%(圖4)。

(2)致密條帶狀磷塊巖：由泥晶磷塊巖、砂屑磷塊巖、泥晶砂屑磷塊巖、亮晶砂屑磷塊巖條帶或透鏡體緊密疊置而成，夾少量泥巖或白云巖條帶，磷條帶寬度約5～30 mm不等。此類礦石P2O5品位一般大于30%。

圖4 致密塊狀磷塊巖Fig.4 Compact and massive phosphate rock

(3)白云質(zhì)條帶狀磷塊巖：多由泥晶磷塊巖、砂礫屑磷塊巖條帶與白云巖條帶(或團(tuán)塊)互層組成，磷條帶寬5～20 mm不等，白云巖條帶主要為亮晶砂屑結(jié)構(gòu)，寬1～10 cm不等。P2O5品位由磷條帶所占比例控制(圖5)。

圖5 白云質(zhì)條帶狀磷塊巖Fig.5 Dolomitic banded phosphate rock

(4)泥質(zhì)條帶狀磷塊巖：多以泥晶磷塊巖、砂礫屑磷塊巖條帶與水云母頁(yè)巖條帶互層組成，磷條帶寬3～20 mm不等，頁(yè)巖條帶寬1～5 cm不等(圖6)。

(5)硅質(zhì)條帶狀磷塊巖：多由泥晶磷塊巖、砂礫屑磷塊巖條帶夾硅質(zhì)薄層組成(圖7)。

條帶狀磷塊巖礦石反映沉積物、洋流的脈動(dòng)性、周期性變化的特點(diǎn)。

3 礦層對(duì)比

圖6 泥質(zhì)條帶狀磷塊巖Fig.6 Muddy banded phosphate rock

圖7 硅質(zhì)條帶狀磷塊巖Fig.7 Siliceous banded phosphate rock

受收集資料及礦區(qū)跨度較大等影響，本次選取由南東至北西3個(gè)礦區(qū)(在宜昌磷礦帶所處位置見圖3)共6個(gè)典型鉆孔，以Ph22為主礦層沿走向進(jìn)行對(duì)比(圖8)。

3.1 楊家扁礦區(qū)

礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有2層工業(yè)磷礦層，由上至下分述如下。

3.1.1 中磷層 頂板為中厚層狀泥粉晶白云巖夾泥質(zhì)白云巖，礦層頂板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M胡集段下亞段上分層(Z1)。底板為淺灰色厚層狀粉晶白云巖(俗稱“上白云巖”)，底板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M樟村坪段上亞段(Z1)。區(qū)內(nèi)缺失P和Z1。

根據(jù)此礦層頂、底板巖性特征，經(jīng)與區(qū)域?qū)Ρ葢?yīng)為中磷層二礦層(P)，在區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，分布連續(xù)且較穩(wěn)定，為主要工業(yè)磷礦層。礦層厚度約在5～10 m之間，礦層厚度大，層位穩(wěn)定，開采利用價(jià)值較高。

圖8 宜昌—興神磷礦P礦層沿走向礦層柱狀對(duì)比圖Fig.8 Statigraphic column of the Pseam extendingalong the trend in the Yichang－Xingshen phosphate deposits

3.1.2 下磷層 頂板為淺灰綠色白云質(zhì)泥巖(該礦區(qū)標(biāo)志層，推測(cè)為黑色含鉀頁(yè)巖相變?yōu)闇\灰綠色白云質(zhì)泥巖，普遍發(fā)育星點(diǎn)狀、條帶狀黃鐵礦)。底板巖性特征總體與頂板相同，為淺灰綠色白云質(zhì)泥巖、深灰色白云質(zhì)泥巖，偶夾磷塊巖團(tuán)塊，厚0～2.36 m。經(jīng)與區(qū)域地層對(duì)比，礦層頂、底板為陡山沱組樟村坪段中亞段(Z1)?；編r石組合為：白云質(zhì)泥巖－磷塊巖－白云質(zhì)泥巖。

3.2 竹園溝—下坪礦區(qū)

礦區(qū)內(nèi)發(fā)育4層磷礦層，由上至下分述如下。

3.2.1 中磷層 礦層1：頂板為中厚層狀泥粉晶白云巖，經(jīng)區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M胡集段下亞段上分層(Z1)。底板為灰白色細(xì)粉晶白云巖，底板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M胡集段下亞段下分層(Z1)。

根據(jù)礦層頂、底板巖性特征對(duì)比，此礦層應(yīng)為中磷層二礦層(P)，在礦區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，分布連續(xù)且較穩(wěn)定，為主要工業(yè)磷礦層，礦層厚度10～13 m。

礦層2：頂板為灰白色細(xì)粉晶白云巖，其上為礦區(qū)主要工業(yè)磷礦層(P)，礦層頂板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M胡集段下亞段下分層(Z1)。底板為淺灰色厚層狀粉晶白云巖(俗稱“上白云巖”)，底板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M樟村坪段上亞段(Z1)。

根據(jù)礦層頂、底板巖性特征對(duì)比，此礦層應(yīng)為中磷層一礦層(P)，在礦區(qū)內(nèi)部分發(fā)育，分布不連續(xù)，為次要工業(yè)磷礦層，礦層厚度約為1～5 m。

3.2.2 下磷層 礦層3：頂板為淺灰色厚層狀粉晶白云巖(俗稱“上白云巖”)，其上為礦區(qū)次要工業(yè)磷礦層(P)，礦層頂板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M樟村坪段上亞段(Z1)。底板為灰黑色含鉀頁(yè)巖，底板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M樟村坪段中亞段Z1(K1)。

礦層4：頂板為灰黑色含鉀頁(yè)巖，頂板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M樟村坪段中亞段Z1(K1)，其上為礦區(qū)次要工業(yè)磷礦層(P)。底板為灰色中厚層狀粉晶白云巖(俗稱“下白云巖”)，底板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M樟村坪段下亞段上分層(Z1)。

根據(jù)該礦層頂、底板巖性特征，經(jīng)與區(qū)域?qū)Ρ?，此礦層應(yīng)為下磷層一礦層(P)，在該區(qū)不具工業(yè)價(jià)值，僅作為層位對(duì)比。

3.3 保康兩河口礦區(qū)

礦區(qū)內(nèi)發(fā)育3層工業(yè)磷礦層，由上至下分述如下(肖長(zhǎng)喜等，2014)。

3.3.1 中磷層 頂板為中厚層狀含燧石扁豆體泥粉晶白云巖，礦層頂板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M胡集段上亞段 (Z1)。底板為淺灰—灰白色粉晶白云巖，底板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M樟村坪段上亞段 (Z1)。礦區(qū)內(nèi)缺失P和Z1。

根據(jù)此礦層頂、底板巖性特征，經(jīng)與區(qū)域?qū)Ρ葢?yīng)為中磷層二礦層(P)，在礦區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，分布連續(xù)且較穩(wěn)定，為主要工業(yè)磷礦層。礦層厚度約為8～15 m，工業(yè)價(jià)值很高。

3.3.2 下磷層 礦層1：頂板為淺灰—灰白色粉晶白云巖，頂板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M樟村坪段上亞段(Z1)，部分鉆孔此層可能缺失，使得P與P礦層直接相連。底板為深灰色含鉀頁(yè)巖，底板地層可與區(qū)域?qū)Ρ葹槎干姐M樟村坪段中亞段Z1(K2)。

礦層2：頂、底板均為深灰色含鉀頁(yè)巖夾少量泥晶磷塊巖條帶，區(qū)域?qū)Ρ葹檎链迤憾沃衼喍蝂1中的K2與K1。

3個(gè)礦區(qū)礦層沿走向?qū)Ρ瓤梢园l(fā)現(xiàn)如下情況：(1)3個(gè)礦區(qū)主礦層均為P礦層，其次為P礦層及P礦層，局部地區(qū)這2個(gè)次要礦層可形成透鏡體狀工業(yè)礦體，厚度、品位與P礦層相比變化較大;(2)Z1巖性為淺灰色厚層狀粉晶白云巖(俗稱“上白云巖”)，在3個(gè)礦區(qū)均有發(fā)育，可作為上礦層與下礦層重要的分隔標(biāo)志層，另外需要注意兩河口礦區(qū)也存在著Z1尖滅，使得上下磷礦層直接相連;(3)從楊家扁礦區(qū)向兩河口礦區(qū)，總體而言為南東向北西方向，Z1(含鉀頁(yè)巖)厚度有逐漸增加的趨勢(shì)，說明當(dāng)時(shí)水體環(huán)境逐漸趨于穩(wěn)定。

為使研究更為詳盡，本次另選取某礦區(qū)4個(gè)鉆孔沿傾向進(jìn)行對(duì)比(圖9)。

礦層沿傾向?qū)Ρ瓤梢园l(fā)現(xiàn)如下情況：(1)該礦區(qū)的主要工業(yè)礦層為P礦層，總體而言較穩(wěn)定;次要工業(yè)礦層為P礦層，沿傾向方向隨著礦層埋深的逐漸加大，礦層厚度逐漸變薄、品位降低，穩(wěn)定性較差;(2)Z1巖性主體為淺灰色厚層狀粉晶白云巖，為上下磷礦層的分隔標(biāo)志，且在礦區(qū)可相變?yōu)槟噘|(zhì)云巖，甚至缺失，使得上下磷礦層直接相連;(3)ZK406鉆孔顯示礦層發(fā)生了急劇變化，礦層陡然變薄，且含礦巖系陡山沱組總體變薄，根據(jù)區(qū)域資料，此處為沉積相發(fā)生變化的區(qū)域，另一種可能是此處古地理環(huán)境為局部隆起地段，不利于礦床的沉積。

圖9 某礦區(qū)沿傾向礦層柱狀對(duì)比圖Fig.9 Stratigraphic correlation of the seams extending along the dip in a deposit

4 結(jié)論

(1)由南東向北西3個(gè)代表礦區(qū)的主要工業(yè)礦層為中磷層二分層(P)，礦層厚度大，品位穩(wěn)定;次要工業(yè)礦層為P礦層及P礦層。成礦帶由南至北主要工業(yè)礦層由P向逐漸上部P礦層轉(zhuǎn)變，今后可在主礦帶空白區(qū)域如育林、榛子嶺、雄關(guān)堡、礦洞埡、黃家灣一帶尋求找礦突破，且礦層埋藏深度相對(duì)較淺。其次，根據(jù)海侵成礦理論，可驗(yàn)證海侵方向大致為南西至北東。

(2)沿楊家扁—竹園溝—?？祪珊涌诜较?，陡山沱組樟村坪段上亞段(Z1)為上下礦層的分隔標(biāo)志層，地層厚度逐漸減小，甚至出現(xiàn)尖滅情況，使得中磷層與下磷層直接相連。

(3)從楊家扁礦區(qū)向兩河口礦區(qū)，總體而言，Z1(含鉀頁(yè)巖)厚度有逐漸增加的趨勢(shì)，說明當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境趨于較穩(wěn)定的水體環(huán)境。

(4)在?？祪珊涌诘V區(qū)，磷礦層向深部延伸時(shí)，礦層品位降低、厚度變薄，推測(cè)此處古地理環(huán)境為局部隆起地段或者處于巖相相變區(qū)域。

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