荊襄磷礦巖石學(xué)特征及成礦規(guī)律淺析

肖蛟龍，楊剛忠，向 萌，何 欽，唐 穎

(湖北省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì)，湖北宜昌 443100)

荊襄磷礦巖石學(xué)特征及成礦規(guī)律淺析

肖蛟龍，楊剛忠，向 萌，何 欽，唐 穎

(湖北省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì)，湖北宜昌 443100)

荊襄磷礦位于上揚(yáng)子地區(qū)東北部的鄂西聚磷區(qū)，是中國(guó)重要的產(chǎn)磷區(qū)之一，其特點(diǎn)是規(guī)模大、品位富、質(zhì)量高。通過(guò)分析荊襄磷礦田的地質(zhì)背景、古地理環(huán)境，認(rèn)為以潮汐作用為主的臺(tái)坪相是控制本礦田主礦層形成及空間展布的主要因素;同時(shí)結(jié)合礦田巖石學(xué)特征，本區(qū)磷塊巖以含有較為豐富的有機(jī)質(zhì)為特點(diǎn)，推斷本區(qū)的有機(jī)質(zhì)和稀土元素富集呈負(fù)相關(guān);本區(qū)磷礦成礦規(guī)律具有多旋回、多期次成礦特點(diǎn)，成因類型上，早期磷塊巖多為原地化學(xué)、生物化學(xué)沉積類型，后期多為異地顆粒再積類型。

荊襄磷礦;磷塊巖;巖石學(xué)特征;成礦規(guī)律

荊襄磷礦發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)50年代，是中國(guó)重要的產(chǎn)磷區(qū)之一。該磷礦位于上揚(yáng)子地區(qū)東北部的鄂西聚磷區(qū)，其礦床特點(diǎn)為規(guī)模大、品位富、質(zhì)量高。礦田由北而南分為胡集、朱堡埠和冷水三個(gè)礦區(qū)［1］。

荊襄磷礦主要含磷巖系為震旦系上統(tǒng)陡山沱組(Z1d)，其主要磷礦層自下而上分為:第一、第二、第三、第四磷礦層［2］(代號(hào)分別為Ph1、Ph2、Ph3、Ph4)與區(qū)域(鄂西聚磷區(qū))主要磷礦層相對(duì)應(yīng)，但區(qū)內(nèi)各磷礦田含磷巖系及磷礦層的劃分存在一定差異。

1 地質(zhì)特征

1.1 成礦地質(zhì)背景

荊襄磷礦位于上揚(yáng)子地區(qū)東北部的鄂西臺(tái)隆，西南鄰接長(zhǎng)陽(yáng)臺(tái)拗，東北鄰接秦嶺地槽，并被青峰—襄廣斷裂隔開(kāi)。歸屬于Ⅰ級(jí)亞奧全球性成磷區(qū)，Ⅱ級(jí)揚(yáng)子成磷亞區(qū)，Ⅲ級(jí)湘鄂黔成磷帶，Ⅳ級(jí)鄂西聚磷區(qū)，Ⅴ級(jí)荊襄磷礦田成礦單元(全國(guó)成礦區(qū)劃)。

礦田位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)北緣，與宜昌磷礦、興神磷礦、保康磷礦共同組成鄂西沉積型聚磷區(qū)。荊襄磷礦位于樂(lè)關(guān)鄉(xiāng)地壘的中部，其東界為隱伏的胡集—沙洋大斷裂，與漢江地塹相鄰，西界亦為一隱伏斷裂，而與荊門地塹相鄰。

礦田共有四個(gè)主要磷礦層，自下而上分為:第一、第二、第三、第四磷礦層(代號(hào)分別為 Ph1、Ph2、Ph3、 Ph4)。其中Ph1、Ph2、Ph3構(gòu)成工業(yè)礦層，Ph4由低品位磷塊巖或磷質(zhì)巖組成，不具工業(yè)價(jià)值，僅能作為一個(gè)標(biāo)志層。四個(gè)磷礦層構(gòu)成了三個(gè)沉積旋回，第一磷礦層對(duì)應(yīng)第一沉積旋回，第二、三磷礦層對(duì)應(yīng)第二沉積旋回，第四磷礦層對(duì)應(yīng)第三沉積旋回。顯示了荊襄磷礦具有多層結(jié)構(gòu)的工業(yè)磷塊巖的特點(diǎn)。

主要礦層呈北北西向帶狀出露于荊襄磷礦田的東部，傾向南西。含磷巖系沉積基底為中元古界楊坡群(見(jiàn)圖1)。

1.2 古地理環(huán)境特征

荊襄磷礦位于鄂西淺海臺(tái)地東部，屬臺(tái)地碳酸巖臺(tái)坪磷塊巖、頁(yè)巖、白云巖亞相。根據(jù)十分發(fā)育的人字形層理、透鏡狀層理、再生作用面等沉積構(gòu)造及疊層石的廣泛分布，以及潮渠沉積物的出現(xiàn)等沉積特征，認(rèn)為臺(tái)坪是以潮汐為主的作用帶，為荊襄磷礦最有利的成礦古地理環(huán)境。

從本區(qū)含磷巖系巖相剖面上來(lái)看，自下而上總體為一海侵層序，但又有明顯的小幅度升降振蕩運(yùn)動(dòng)，可劃分為3個(gè)小的沉積旋回(圖2)。每個(gè)小的旋回都賦存有磷塊巖層，因此小旋回的數(shù)目是礦層層數(shù)的指示，多旋回結(jié)構(gòu)可能存在多個(gè)礦層，單一的旋回結(jié)構(gòu)只存在單個(gè)礦層。然而旋回?cái)?shù)目增多，說(shuō)明振蕩運(yùn)動(dòng)頻繁，對(duì)形成厚大礦層卻是不利的。礦層在旋回中的位置不固定，沉積序列不一致，說(shuō)明巖相是磷塊巖形成和分布的重要因素，但不是唯一因素。

圖1 荊襄磷礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch of Jingxiang orefield(圖件來(lái)源于參考文獻(xiàn)［3］，有改動(dòng))

1.3 巖石學(xué)特征

1.3.1 含磷巖系巖石稀土元素特征

含磷巖系稀土元素組成及總量(見(jiàn)表1)(圖3)，白云巖在10.99×10－6～109.78×10－6，平均66.23× 10－6，其中含磷粉晶白云巖大于較純凈的白云巖;磷塊巖在25.35×10－6～216.11×10－6之間，平均為105.62 ×10－6，其中砂屑磷塊巖最多，凝膠團(tuán)粒磷塊巖次之，礫屑核形石磷塊巖最低;水云母頁(yè)巖平均為173.27× 10－6;底礫巖平均為294.31×10－6。稀土元素總量與巖石類型有關(guān)，它們依白云巖、磷塊巖、頁(yè)巖、底礫巖的順序逐漸增高。

δEu值，均為銪負(fù)異常型，白云巖在0.62～0.84，平均為0.74;磷塊巖在0.74～0.84，平均為0.77;水云母頁(yè)巖平均為0.43;底礫巖平均為0.43。但白云巖及磷塊巖明顯大于頁(yè)巖及底礫巖，即稀土元素總量與δEu值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

∑Ce/∑Y，白云巖在1.81～3.06，平均為2.39;磷塊巖在1～2.36，平均為1.52;水云母頁(yè)巖中平均為3;底礫巖平均為2.90。均為輕稀土富集型，幾種主要巖(礦)石的稀土元素模式曲線，明顯表現(xiàn)為左高右低的右傾型(圖3)。

1.3.2 磷塊巖特征

磷塊巖主要由24種礦物組成，可分為磷酸鹽礦物及脈石礦物兩大類。湖北省荊襄磷礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律［3］項(xiàng)目分別在Ph1、Ph3礦層取了少量磷酸鹽礦物樣品，進(jìn)行了紅外光譜(圖4)、X-射線衍射(圖5)、差熱分析、單礦物化學(xué)分析測(cè)試，結(jié)果表明紅外光譜與X-射線衍射的結(jié)果基本一致，并將DF1、DF2兩樣定為碳氟磷灰石，而將DF3、DF4兩樣定為氟磷灰石［4］。差熱分析結(jié)果，無(wú)明顯差別，但卻都含有微量CO2。具海成磷酸鹽特征。

區(qū)內(nèi)磷塊巖中微量元素含量甚低，除部分磷塊巖鍶、硼含量高于克拉克值之外，一般均低于克拉克值。其中碘含量為0～250×10－6，除砂巖狀、致密狀磷塊巖略大于克拉克值外，其余大多為0，與宜昌磷礦(I含量一般為1200×10－6～4200×10－6)［5］相比，本區(qū)明顯偏低。

磷塊巖中稀土元素總量:Ph3礦層在244.73×10－6～372.92×10－6，平均為308.83×10－6，Ph1礦層在18.9×10－6～108.66×10－6，平均為69.12×10－6。與國(guó)內(nèi)外知名磷塊巖相比，區(qū)內(nèi)磷塊巖明顯偏低。其變化特征為礦層中黑色致密磷塊巖、蠕蟲(chóng)狀磷塊巖、致密狀磷塊巖含量較低，云質(zhì)條帶狀磷塊巖、泥質(zhì)條帶狀磷塊巖較高。前者大都由疊層石磷塊巖組成，有的含有機(jī)質(zhì)較高，其形成與藻類活動(dòng)有關(guān)，由此推測(cè)有機(jī)質(zhì)的存在對(duì)稀土元素的富集可能是不利的。

δEu:Ph3礦層在0.71～0.78，平均為0.75;Ph1礦層在0.71～0.79，平均為0.73，均為銪負(fù)異常型，具有不同程度的銪虧損?！艭e/∑Y:Ph3礦層在0.87～1.14，平均為1.01;Ph1礦層在1.97～3.39，平均為2.74。一般表現(xiàn)為輕稀土富集型，模式曲線為左高右低的右傾型，屬于偏堿性的環(huán)境。唯有肉紅色條帶狀磷塊巖比值為0.87，結(jié)合該種磷塊巖中含有較多的硅質(zhì)條帶，應(yīng)為偏酸性的沉積環(huán)境。

圖2 荊襄磷礦田胡集礦區(qū)巖相—旋回劃分柱狀圖(圖件來(lái)源于參考文獻(xiàn)［3］，有改動(dòng))Fig.2 Lithic facies-cycle division histogram of Huji ore district in Jingxiang orefield

表1 陡山沱組巖石稀土元素組成特征表［3］Table 1 Schedule of REE composition characteristic of Doushantuo Fm

圖3 陡山沱組主要巖石稀土元素模式曲線圖Fig.3 Main REE mode graph of Doushantuo Formation

圖4 碳氟磷灰石紅外光譜曲線(測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)源于參考文獻(xiàn)［3］，其中BQ2為韓秀玲資料)Fig.4 IR curve of carbon fluorapatite

Eu/Sm，Ph3礦層平均為0.25;Ph1礦層在0.19～0.25，平均0.22。

La/Yb，Ph3礦層在6.86～10.65，平均為9.76;Ph1礦層在14.06～21.44，平均為17.06。

Sm/Nd，Ph3礦層在0.23～0.29，平均為0.26，Ph1礦層在0.18～0.2，平均為0.2。

兩個(gè)礦層的稀土元素參數(shù)特征有明顯差別，Ph3礦層與Ph1礦層比較，稀土總量δEu、Eu/Sm、Sm/Nd較大，∑Ce/∑Y、La/Yb較小，其中以稀土總量、∑Ce/∑ Y、Sm/Nd差別最為顯著。這些差別也明顯地反映在稀土元素模式曲線圖上(圖6)。此外，從圖6可見(jiàn)兩礦層磷塊巖稀土總量與∑Ce/∑Y比值存在著明顯的負(fù)消長(zhǎng)關(guān)系，各自集中分布于兩個(gè)不同的區(qū)域，Ⅰ區(qū)磷塊巖稀土總量較低，∑Ce/∑Y比值較高;Ⅱ區(qū)磷塊巖稀土總量較高，∑Ce/∑Y比值較低。暗示兩個(gè)主要礦層在物質(zhì)來(lái)源、成礦環(huán)境以及磷塊巖成因方面可能存在著差異。

圖5 碳氟磷灰石X-射線衍射曲線Fig.5 X-ray diffraction curve of carbon fluorapatite

2 礦床成因與成礦規(guī)律

陡山沱期主要磷質(zhì)來(lái)源是通過(guò)洋流直接從臺(tái)溝上升到本區(qū)臺(tái)地上，由于升溫、降壓，CO2大量逸出(藻類活動(dòng)也消耗部分CO2)，致使pH值升高，促成磷酸鹽溶液的過(guò)飽和沉淀［6］。陡山沱早期，首先在相對(duì)低凹的潮下低能帶內(nèi)經(jīng)膠體聚沉作用形成了凝膠團(tuán)粒磷塊巖。隨著沉積物的加積，沉積面升至潮間帶內(nèi)，經(jīng)藻生物作用形成了疊層石磷塊巖。二者共同組成第一磷礦層。陡山沱晚期，由于地殼運(yùn)動(dòng)和沉積補(bǔ)償作用，在礦田北部的胡集礦區(qū)形成了一個(gè)局部的臺(tái)坪淺灘，于灘外潮下帶由上述兩種成礦作用所形成的初始磷塊巖軟泥或半固結(jié)磷塊巖經(jīng)潮汐流的侵蝕、破碎、粒化后遷移到臺(tái)坪淺灘，后又經(jīng)反復(fù)簸選再形成了第三磷礦層。

上述兩個(gè)主要礦層，由于形成的時(shí)間、沉積環(huán)境和主要的成礦方式不同，各自代表了不同的成因類型(亞類)。Ph1礦層為以化學(xué)作用為主的化學(xué)、生物化學(xué)沉積型磷塊巖;Ph3礦層為以物理(機(jī)械)作用為主的再沉積型磷塊巖。不同成因的礦床，其成礦環(huán)境、成礦作用及成礦過(guò)程不盡相同。在區(qū)域古構(gòu)造、古地理環(huán)境基本接近的情況下，局部微地形及水動(dòng)力條件是控制不同成因磷塊巖形成的最重要因素。

區(qū)域磷塊巖礦床均分布于中低緯度帶，并與古地理、巖相關(guān)系密切。荊襄磷礦是揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)地殼演化歷史的產(chǎn)物，晉寧運(yùn)動(dòng)末期，鄂西一帶中元古代地槽褶皺回返，固結(jié)為陸，形成隆起與凹陷相間的揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)。早震旦世末，伴隨著氣溫急劇轉(zhuǎn)暖，冰川消融、地表下沉，揚(yáng)子區(qū)發(fā)生大規(guī)模的海侵，遂形成水體不深、循環(huán)不暢、能量較弱的古揚(yáng)子淺海。加之長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕作用以及海槽深海中所提供的豐富磷質(zhì)，這些都是揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)眾多磷礦床形成的根本原因。本區(qū)磷礦具有多旋回、多期次成礦特點(diǎn)，在礦床成因類型上，早期磷塊巖多為原地化學(xué)、生物化學(xué)沉積類型，后期多為異地顆粒再積類型，而且顆粒越向上越粗。這表明，自下而上成礦水動(dòng)力條件逐步加強(qiáng)，沉積環(huán)境的穩(wěn)定性漸趨變差。本區(qū)磷礦層具有由南向北層位逐漸升高的趨勢(shì)，Ph1礦層分布全區(qū);Ph2在冷水礦區(qū)無(wú)礦化，在朱堡埠礦區(qū)出現(xiàn)磷質(zhì)層，而在胡集礦區(qū)則出現(xiàn)小型工業(yè)礦體;Ph3礦層只出現(xiàn)于胡集礦區(qū)，這主要受南低北高的地形控制，海水由南向北入侵所致。

圖6 主要磷塊巖稀土元素模式曲線圖Fig.6 REE mode graph of the main phosphorite

3 結(jié)語(yǔ)

(1)本區(qū)最為有利的成礦古地理環(huán)境為以潮汐作用為主的臺(tái)坪相，該相帶控制了區(qū)內(nèi)主要磷塊巖礦床的展布，是磷塊巖礦床成因的重要因素，但并非唯一因素。

(2)區(qū)內(nèi)磷塊巖中稀土元素總量少于國(guó)內(nèi)外其他磷塊巖礦床，而本區(qū)磷塊巖又以含有較為豐富的有機(jī)質(zhì)為特點(diǎn)，推斷本區(qū)的有機(jī)質(zhì)和稀土元素富集呈負(fù)相關(guān)。

(3)從兩個(gè)主要磷礦層的稀土元素特征可以看出，其成礦環(huán)境以及成因方面可能存在著差異，從而形成了兩種不同成因的磷塊巖——顆粒再積砂礫屑磷塊巖與化學(xué)、生物化學(xué)聚沉凝膠團(tuán)粒磷塊巖。

(4)陡山沱期磷塊巖的巖石組合具“上升洋流巖石組合”特征。中低古緯度的信風(fēng)帶，干燥而溫暖氣候的上升洋流作用其成磷條件好。相對(duì)低凹的潮下低能帶，局限臺(tái)坪沉積域是巨富磷塊巖的主要聚沉區(qū)。

［1］葉連俊，陳其英，趙東旭，等.中國(guó)磷塊巖［M］.北京:科學(xué)出版社，1989:1－341.

［2］羅迪柯.湖北荊襄磷礦地球化學(xué)特征及其礦床成因研究［D］.北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2011.

［3］林因明，于吉祥，張萬(wàn)玉，等.湖北省荊襄磷礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律［R］.襄樊:湖北省第八地質(zhì)大隊(duì)，1986.

［4］韓秀玲.碳氟磷灰石的紅外吸收光譜［J］.地質(zhì)科學(xué)，1980(2):156－166.

［5］金光富，宋銀橋，宋秀燦，等.宜昌磷礦成礦地質(zhì)條件及找礦遠(yuǎn)景報(bào)告［R］.宜昌:湖北省第七地質(zhì)大隊(duì)，1987.

［6］劉力生.湖北省鐘祥市蓮花山磷礦地質(zhì)特征及找礦遠(yuǎn)景［J］.化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2011，33(4):208－214.

(責(zé)任編輯:于繼紅)

Analysis of Petrological Characteristics and Metallogenic Regularity in Jingxiang Phosphate Ore

XIAO Jiaolong，YANG Gangzhong，XIANG Meng，HE Qin，TANG Yin
(Seventh Geological Brigade of Hubei Geological Bureau，Yichang，Hubei 443100)

Jingxiang phosphate ore is located on the northeastern Yangtze region of phosphorus accumulating area in western Hubei，is one of China's important phosphogenetic area，its characteristics is large scale，high grade and high quality.By analyzing geological background and palaeo-geographical environment，platform facies that is dominated by tidalaction is the main factors of controlling formation of main ore bed and spatial distribution.At the same time，according to the petrological characteristics of the ore field，the paper infers organic matter and the enrichment of rare earth element is negative correlation.

Jingxiang phosphate ore;phosphorite;petrological characteristics;metallogenic regularity

P619.21+3;P58

:A

:1671－1211(2015)06－0800－05

10.16536/j.cnki.issn.1671－1211.201506008

2015－08－26;改回日期:2015－09－28

肖蛟龍 (1986－)，男，助理工程師，資源勘查工程專業(yè)，從事固體礦產(chǎn)勘查工作。E－mail:xiaojiaolong@qq.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151103.1501.002.html數(shù)字出版日期:2015－11－03 15:01