宜昌磷礦殷家溝礦區(qū)魚林溪礦段地質(zhì)特征及磷礦層礦石特征研究

劉 林, 蔡雄威

(中南冶金地質(zhì)研究所,湖北 宜昌 443000)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)屬于宜昌磷礦殷家溝礦區(qū)向東延續(xù)礦段,位于黃陵斷穹北部東翼[1],大地構(gòu)造位置屬揚子準(zhǔn)地臺上揚子臺褶帶北緣的次一級隆起,構(gòu)造體系為淮陽山字形西翼反射弧的砥柱[2](圖1)。

震旦系下統(tǒng)陡山沱組是研究區(qū)主要含磷地層,其中磷塊巖發(fā)育地段主要在黃陵斷穹北東翼,呈北西—南東向弧形分布,南起曉峰、北至黑良山、西至白果園,東至高烽,延長達70多千米,面積300余平方千米[3]。宜昌磷礦自震旦系陡山沱組—寒武系共有6個含磷層位,由上而下依次為:寒武系水井沱組底部(Ph6)，震旦系上統(tǒng)燈影組第二巖性段底部(Ph5)，陡山沱組第四段頂部(Ph4)，陡山沱組第三段底部(Ph3)，陡山沱組第二段底部(Ph2)和陡山沱組第一段中上部(Ph1)[4]。研究區(qū)Ph2-Ph6因厚度小、品位低、變化大而不具工業(yè)利用價值,Ph1構(gòu)成區(qū)內(nèi)的工業(yè)磷礦層,成為勘查和研究的主要對象。

2 礦體地質(zhì)

3 含磷巖系及礦層劃分對比

根據(jù)宜昌磷礦區(qū)域類比,宜昌磷礦在區(qū)域上出現(xiàn)6個磷礦層,魚林溪礦段內(nèi)可見到3個:即王豐崗段Ph3、胡集段Ph2和樟村坪段Ph1,僅第一磷礦層樟村坪段(Ph1)具有工業(yè)意義,其他兩層分布不穩(wěn)定,且厚度薄,不具工業(yè)意義,但可作為地層劃分對比的重要標(biāo)志層(圖6)。各磷(礦)層特征如下。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 The regional geological map in research area1.元古界;2.南沱組；3.陡山沱組;4.燈影組;5.寒武系;6.奧陶系;7.斷層;8.研究區(qū)。

第三磷礦層王豐崗段(Ph3):黑色豆粒狀硅質(zhì)磷塊巖,豆粒呈滾圓狀,粒度0.2～0.3 cm,平行層理產(chǎn)出,厚0.05 ～0.20 m,見礦地段較少,無工業(yè)價值。

第二磷礦層胡集段(Ph2):位于陡山沱組第二巖性段(Z1d2)底部,為一套含云質(zhì)、硅質(zhì)磷塊巖—白云巖建造。由砂屑磷塊巖、致密條帶磷塊巖夾白云巖團塊、硅質(zhì)團塊組成,厚度0.1～0.7 m,平均厚度約0.4 m。本區(qū)Ph2磷礦層與宜昌磷礦北部其他礦區(qū)對比,最大區(qū)別在于其礦層變厚,工業(yè)意義從主要工業(yè)磷礦層遞變?yōu)闊o工業(yè)價值。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of study area

魚林溪礦區(qū)與宜昌磷礦其他礦區(qū)礦層對比情況見礦層柱狀對比圖(圖7)及礦層層位對比表(表1)。

4 礦石及礦物組分

4.1 礦石化學(xué)成分

圖3 研究區(qū)5號勘探線剖面及鉆孔柱狀圖Fig.3 Profile and borehole histogram of No.5 survey line1.燈影組三段;2.燈影組二段;3.燈影組一段;4.陡山沱組四段;5.陡山沱組三段;6.陡山沱組二段;7.陡山沱組一段；8.南華系上統(tǒng)南沱組;9.硅質(zhì)條帶(層紋)云巖;10.含燧石扁豆體炭泥質(zhì)云巖;11.含磷炭質(zhì)云巖;12.泥巖;13.粉砂質(zhì)頁巖;14.含磷炭質(zhì)頁巖;15.炭質(zhì)頁巖;16.冰磧礫巖;17.磷礦層。

圖4 研究區(qū)礦層厚度等值線圖Fig.4 Contour map of seam thickness

圖5 研究區(qū)礦層品位等值線圖Fig.5 Contour map of seam grade

4.2 礦物組成

礦石的礦物成分比較簡單,主要礦石礦物為氟磷灰石和碳氟磷灰石,主要的脈石礦物為粘土礦物、白云石、水云母、鉀長石、石英和玉髓;次為黃鐵礦(風(fēng)化后為褐鐵礦)、鈉長石、重晶石,并混入少量的有機質(zhì)和巖屑等。

圖6 研究區(qū)含磷層位柱狀圖Fig.6 Histogram of phosphate horizon in research area

4.2.1 礦石礦物

磷灰石按結(jié)晶程度、晶體形態(tài)可分為超顯微晶碳氟磷灰石、纖維狀碳氟磷灰石和粒狀碳氟磷灰石。

超顯微晶碳氟磷灰石:為磷塊巖中的主要磷礦物,占礦石礦物的80%～90%,是膠狀、砂屑狀、團粒狀等的基本組成者。含微晶有機質(zhì)、鐵質(zhì)、水云母和硅質(zhì),構(gòu)成磷質(zhì)膠狀、砂屑、團粒等結(jié)構(gòu),呈紋層—條帶(紋)分布于磷質(zhì)顆粒之中或脈石條帶之中。

纖維狀碳氟磷灰石:具結(jié)晶磷灰石的特征,呈纖維狀或放射狀晶形。纖維狀碳氟磷灰石常圍繞砂屑、團粒等磷質(zhì)顆粒或其他陸質(zhì)顆粒表面生長,并具環(huán)狀構(gòu)造,構(gòu)成假鮞的殼邊。

粒狀碳氟磷灰石:呈半自形—自形粒狀、板粒狀出現(xiàn)在磷酸鹽顆粒之間,為次生或重結(jié)晶形成。

4.2.2 脈石礦物

白云石:是主要脈石礦物,為有害礦物成分。微—中晶結(jié)構(gòu),半自形—他形粒狀。白云石主要構(gòu)成磷礦石中的白云質(zhì)紋層—條帶(紋)與磷酸鹽紋層—條帶(紋)互相產(chǎn)出,少數(shù)包裹于磷酸鹽顆粒中,或充填于磷酸鹽顆粒之間。

粘土礦物:是主要脈石礦物,以水云母為主,高嶺石、蒙脫石次之。多數(shù)與石英、長石、黃鐵礦、炭質(zhì)等構(gòu)成泥質(zhì)紋層—條帶(紋),少數(shù)以泥質(zhì)巖屑分布于致密磷塊巖之中,或呈充填基質(zhì)嵌布于磷酸鹽紋層—條帶(紋)的磷質(zhì)顆粒之間。

鉀長石:該礦物不以包體形式存在,主要分布于磷質(zhì)砂屑中和頁巖中。薄片中為無色透明、不規(guī)則粒狀,粒徑約0.16 mm左右。鉀長石易風(fēng)化為高嶺石。

硅質(zhì)礦物:石英為陸源碎屑,渾圓—次棱角狀,大小不一。其他硅質(zhì)礦物為玉髓、蛋白石,呈微晶—細晶,或纖維狀、他形粒狀集合體,嵌布于泥質(zhì)條帶中,少數(shù)嵌布于磷酸鹽顆粒中或之間。

表1 魚林溪礦區(qū)與宜昌磷礦田礦層對比表Table 1 Comparison of ore deposits between Yulinxi ore section and Yichang phosphate ore field

圖7 魚林溪礦段與宜昌磷礦田其他礦區(qū)礦層柱狀對比圖Fig.7 Columnar contrast map of ore deposits between Yulinxi and another mining area in Yichang phosphate ore field

黃鐵礦:粒狀、自形晶—他形晶,星散狀分布于泥巖條帶中或嵌布于磷酸鹽條帶中。

其他陸屑有:硅質(zhì)巖屑、泥質(zhì)巖屑、海綠石、有機質(zhì)、炭質(zhì)等,星散分布。

4.3 礦石結(jié)構(gòu)

圖8 礦層結(jié)構(gòu)類型餅狀圖Fig.8 Pie chart of ore horizon structure type1.上貧礦+富礦+下貧礦型,礦層發(fā)育齊全,三元結(jié)構(gòu)明顯;2.上貧礦+富礦型;3.富礦+下貧礦型;4.富礦型;5.上貧礦+下貧礦型;6.上貧礦型;7.下貧礦型。

表2 礦石化學(xué)分析及礦石工業(yè)類型劃分表Table 2 Classification of ore chemical analysis and ore industry

4.4 礦石構(gòu)造

礦石的主要構(gòu)造類型為塊狀構(gòu)造、條帶(紋)狀構(gòu)造。

塊狀構(gòu)造:是磷塊巖礦石的構(gòu)造類型。主要由磷酸鹽顆粒和假鮞結(jié)構(gòu)均勻分布組成,局部有膠狀磷團塊,磷質(zhì)礦物含量80%以上,分布均勻。礦石外貌致密,無明顯沉積紋理,是在淺灘高能環(huán)境中磷質(zhì)顆粒淘洗簸選后沉積形成的。

致密條帶(紋)狀構(gòu)造:由磷酸鹽顆粒和砂(礫)屑磷塊巖或泥晶砂屑，或鮞粒磷塊巖相互迭置組成,礦石外貌較致密(圖10)。由于二者結(jié)構(gòu)及顏色上存在一定差異,其外貌呈現(xiàn)紋層或顯微—條帶狀特征。

白云質(zhì)條帶狀構(gòu)造:由白云巖和磷塊巖相間構(gòu)成條帶狀(圖11)。白云質(zhì)與磷塊巖的多少構(gòu)成不同品級的磷礦石。其形態(tài)有紋層—條帶,條帶狀,波狀,分枝狀。條帶多不規(guī)則,連續(xù)性差,厚薄不一,波狀起伏,橫向上常尖滅、再現(xiàn)、分枝、合并。

泥質(zhì)條帶狀構(gòu)造:由條帶狀粉砂質(zhì)泥巖與條帶狀磷塊巖相間構(gòu)成(圖12)。泥質(zhì)條帶、磷塊巖條帶寬度不大,肉眼觀察不明顯。顯微鏡下條帶多呈水平狀、微波狀,為安靜—弱動蕩環(huán)境中磷質(zhì)與懸浮級的粉砂、粘土混雜相間排列的構(gòu)造類型。

5 礦石類型

5.1 礦石自然類型

根據(jù)磷礦石的礦物成分、含量及嵌布特征,礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,將礦石劃分為白云質(zhì)條帶狀磷塊巖、塊狀磷塊巖(稠密條紋狀磷塊巖)和泥質(zhì)條帶狀磷塊巖三種礦石自然類型。

圖9 礦石鏡下結(jié)構(gòu)特征Fig.9 Structure characteristics of ore under microscope

圖10 致密條帶(紋)狀礦石Fig.10 Tight banded (stripe) ore

圖11 白云質(zhì)條帶狀礦石Fig.11 Dolomitic banded ore

圖12 泥質(zhì)條帶狀礦石Fig.12 Argillaceous banded ore

5.2 礦石工業(yè)類型及品級

礦石中磷酸鹽礦物以膠磷礦為主,工業(yè)類型主類屬磷塊巖礦石。因區(qū)內(nèi)不同礦層和礦層不同部位,礦石的磷酸鹽礦物和脈石礦物含量的差異,進一步將區(qū)內(nèi)磷塊巖礦石劃分為碳酸鹽型、混合型和硅質(zhì)及硅酸鹽型三個亞類型(表2)。

根據(jù)組合分析結(jié)果,礦石自然類型為塊狀磷塊巖(致密條紋狀磷塊巖),對應(yīng)的礦石工業(yè)類型為混合型;泥質(zhì)條帶狀磷塊巖,對應(yīng)的礦石工業(yè)類型為硅質(zhì)及硅酸鹽型;白云質(zhì)條帶狀磷塊巖,對應(yīng)的礦石工業(yè)類型為碳酸鹽型。

6 礦石特征與沉積環(huán)境關(guān)系

白云質(zhì)條帶狀磷塊巖為動蕩的淺水高能帶中磷質(zhì)供應(yīng)不充分，而碳酸鹽增多沉積而成,或具階段性沉積形成;塊狀磷塊巖是在淺灘高能環(huán)境中磷質(zhì)顆粒淘洗簸選后沉積形成的,與白云質(zhì)條帶狀磷塊巖相比同屬碳酸鹽建造,但磷質(zhì)來源充足形成塊狀;泥質(zhì)條帶磷礦層為安靜—弱動蕩環(huán)境中,磷質(zhì)與懸浮級的粉砂、粘土混雜相間排列形成的,交錯層理發(fā)育,有波痕現(xiàn)象,礦層韻律結(jié)構(gòu)明顯。

7 結(jié)論

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