湖北省宜昌倉屋埡磷礦床基本特征

廖宗明, 余立新, 李方會(huì), 劉圣德, 姚　燕

(1.湖北省宜昌地質(zhì)勘探大隊(duì),湖北 宜昌　443100; 2.湖北省地質(zhì)科學(xué)研究所,湖北 武漢　430034)

0　引言

磷礦是湖北省最重要的優(yōu)勢(shì)礦種,省內(nèi)主要有興神保磷礦集中分布區(qū)、宜昌磷礦集中分布區(qū)、荊襄磷礦集中分布區(qū)、鶴峰走馬嶺磷礦集中分布區(qū)、大悟磷礦集中分布區(qū)等。宜昌磷礦集中分布區(qū)近十幾年來在找礦評(píng)價(jià)方面有重大進(jìn)展,宜昌倉屋埡磷礦床就是其中之一[1]。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于黃陵斷穹北緣。黃陵斷穹軸向北東16°,南北長(zhǎng)70 km、東西寬40 km以上,為東翼平緩、西翼較陡的二元短軸斷穹構(gòu)造。斷穹核部由晚元古代—晚太古代中深變質(zhì)巖、混合巖及巖漿巖組成基底構(gòu)造層。翼部由震旦系—三疊系地層(缺失下泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng))組成沉積蓋層構(gòu)造層,主要巖性為碳酸鹽巖或碎屑巖,由老至新圍繞斷穹核部依次展布,它們之間大都呈整合或假整合接觸,僅震旦系陡山沱組或南沱組與下伏地層呈角度不整合接觸。與區(qū)域磷礦有關(guān)的地層為震旦系上統(tǒng)陡山沱組(Z1d),巖石組合為一套含硅錳質(zhì)白云巖—黑色云質(zhì)泥巖—磷塊巖—白云巖。

霧渡河斷裂走向北西,長(zhǎng)數(shù)十千米,對(duì)黃陵斷穹地質(zhì)景觀起著重要的控制作用,以其為分野,核南部侵入大量巖漿巖,核北部則以中深變質(zhì)巖為主。同時(shí),它也從總體上控制了宜昌磷礦的分布,該斷裂以北的陡山沱組沉積了質(zhì)優(yōu)量大的磷礦床,而南盤則僅出現(xiàn)小而貧的磷礦點(diǎn)。

黃陵斷穹北部及周緣在本世紀(jì)以前發(fā)現(xiàn)13個(gè)地表有磷礦層出露的磷礦區(qū),自南向北依次為：曉峰、鹽池河、殷家溝、桃坪河、丁家河、樟村坪、店子坪、殷家坪、樹崆坪、白果園、栗西、灰石埡、杉樹埡磷礦區(qū)。本世紀(jì)以來,在以上礦區(qū)以北經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)了多個(gè)新的磷礦區(qū),宜昌倉屋埡磷礦即為其中之一。

倉屋埡磷礦位于宜昌市夷陵區(qū)北西340°方向直距72 km處,磷礦行政區(qū)劃隸屬于宜昌市夷陵區(qū)樟村坪鎮(zhèn)董家河村所轄(圖1)。

2　含磷層位

含磷巖系陡山沱組(Z1d)含有工業(yè)磷礦層共三層(Ph22、Ph21、Ph13),分別賦存于陡山沱組胡集段(Z1d2)和樟村坪段(Z1d1)。最底部的下含磷層(Ph13)距中元古界神農(nóng)架群與震旦系不整合面18～30 m。礦區(qū)內(nèi)陡山沱組地層發(fā)育齊全,巖石類型穩(wěn)定,旋回結(jié)構(gòu)清楚,劃分巖性段及區(qū)域?qū)Ρ葮?biāo)志層明顯,可劃分為四段(Z1d1、Z1d2、Z1d3、Z1d4)。與區(qū)域含磷巖系完全可以對(duì)比,由兩個(gè)沉積旋回組成,自下而上分別為：

第一含礦層底礫巖—硅質(zhì)白云巖—黑色云質(zhì)泥巖—磷塊巖(Ph13)—白云巖建造,屬開闊淺海臺(tái)地潮坪(亞)相—半瀉湖(亞)相—潮坪鮞灘(亞)相。其中：含鉀頁巖局部相變?yōu)闇\灰綠色云質(zhì)泥巖或消失,含磷性變差,Ph13礦層變薄—消失。

第二含礦層磷塊巖(Ph21)—厚層粒屑云巖—粒屑磷塊巖(Ph22)—薄層云巖、硅質(zhì)扁豆體云巖建造,屬開闊淺海臺(tái)地內(nèi)潮坪鮞灘(亞)相—潮間泥坪(亞)相,本旋回在礦區(qū)最為發(fā)育,礦區(qū)西部新出現(xiàn)一層薄層粒屑云巖及工業(yè)磷礦層(Ph21),Ph22廣泛發(fā)育,遞變?yōu)橹鞯V層。

圖1　區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖

3　礦層劃分與對(duì)比

根據(jù)礦區(qū)內(nèi)含磷巖系的巖石組合、標(biāo)志層、層間距及礦層結(jié)構(gòu)特征,結(jié)合區(qū)域磷礦層劃分、命名和對(duì)比標(biāo)志,茲將本礦區(qū)磷礦層由下而上劃分為：

(1) 下含磷層第三礦層(Ph13)區(qū)內(nèi)呈透鏡狀零星分布?；編r石組合為頁巖—磷塊巖—云巖。頂板為厚層狀白云巖(習(xí)稱“上白云巖”標(biāo)志層)(Z1d13),厚度0.60～22.92 m,一般厚7～15 m,分布較穩(wěn)定;底板為灰黃色云質(zhì)泥巖及黑色泥質(zhì)云巖(標(biāo)志層),偶夾磷塊巖條帶,巖性標(biāo)志明顯,厚度2.33～29.71 m,一般厚8～20 m。其中的Ph12、Ph11磷礦層在本區(qū)不發(fā)育。

(2) 中含磷層第一礦層(Ph21)可采礦層分布于礦區(qū)北中部陰灣一帶。頂板為厚層狀粉晶云巖(Z1d21-1),含黑色豆粒及礫屑,粒徑一般2～5 mm,含少量磷塊巖砂礫屑或條帶,厚度1.23～28.06 m,缺失Ph21礦層時(shí)則該層與底板難以區(qū)分。底板為厚層狀白云巖(習(xí)稱“上白云巖”標(biāo)志層)(Z1d13),厚度0.60～22.92 m。

(3) 中含磷層第二礦層(Ph22)層位穩(wěn)定,廣泛發(fā)育。頂板為中厚層狀泥晶云巖夾薄層泥質(zhì)云巖(Z1d21-2),厚度0.40～7.60 m,一般厚3～6 m,其上為連續(xù)沉積的灰黑色含燧石扁豆體粉晶云巖(Z1d22),為區(qū)域性輔助標(biāo)志層(圖2-圖4)。

4　工業(yè)磷礦層

礦區(qū)內(nèi)賦存中含磷層第二礦層(Ph22)、第一礦層(Ph21)及下含磷層第三礦層(Ph13),共三個(gè)工業(yè)磷礦層。

Ph22是本礦區(qū)主要工業(yè)磷礦層,分布于胡集段下亞段上分層(Z1d21-2)底部,呈層狀產(chǎn)出,全區(qū)廣泛分布(見圖5)。頂板為胡集段下亞段上分層(Z1d21-2)淺灰色中厚層狀泥晶云巖,層間夾灰—深灰色云質(zhì)泥巖薄層,底板為胡集段下亞段下分層(Z1d21-1)淺灰色厚層狀含硅質(zhì)團(tuán)塊砂礫屑粉晶云巖,多含灰黑色云質(zhì)豆粒。Ph21礦層缺失則底板為樟村坪段上亞段(Z1d13)淺灰色厚層狀含硅質(zhì)團(tuán)塊粉晶云巖。礦層厚度0.00(ZK0301)～9.98(ZK101) m,算術(shù)平均厚度3.26 m,P2O5品位0%～35.23%(QZ0201),算術(shù)平均品位24.96%。礦層總體產(chǎn)狀傾向北東35°～55°,傾角1°～13°,一般4°～8°。

Ph21屬次要工業(yè)磷礦層,賦存在胡集段下亞段下分層(Z1d21-1)底部,呈層狀產(chǎn)出,分布于礦區(qū)北部陰灣一帶,本區(qū)僅小范圍分布,向北至江家墩礦區(qū)分布范圍擴(kuò)大。頂板為胡集段下亞段下分層(Z1d21-1)淺灰色厚層狀含硅質(zhì)團(tuán)塊砂礫屑粉晶云巖,底板為樟村坪段上亞段(Z1d13)淺灰色厚層狀含硅質(zhì)團(tuán)塊粉晶云巖。厚度為0.70～3.92 m,平均厚度2.75 m,P2O517.21%～24.03%,平均品位22.68%。

圖2　湖北宜昌磷礦廠屋埡礦區(qū)地質(zhì)略圖

圖3　宜昌磷礦倉屋埡礦區(qū)地質(zhì)剖面圖

圖4　倉屋埡礦區(qū)礦層柱狀對(duì)比圖

Ph13屬次要工業(yè)磷礦層,賦存在樟村坪段中亞段(Z1d12)上部,呈透鏡狀,礦區(qū)內(nèi)零星分布,本次詳查共圈定11個(gè)礦體。頂板為樟村坪段上亞段(Z1d13)淺灰色厚層狀含硅質(zhì)團(tuán)塊粉晶云巖,底板為中亞段(Z1d12)暗灰綠色云質(zhì)泥巖或黑色含鉀頁巖。礦層傾向北東,傾角5°左右,工業(yè)礦體平均厚度2.17 m,P2O5平均品位21.24%。

Ph13與Ph21礦層之間的間距為1.63～22.55 m,Ph21與Ph22礦層之間的間距為0.60～22.92 m。無Ph21礦層地段,Ph13與Ph22礦層之間的間距為2.69～20.95 m。

區(qū)內(nèi)北西向斷層發(fā)育,斷層規(guī)模較大的有F1、F9、F5、F4,其中F1、F4斷層分別構(gòu)成區(qū)內(nèi)礦層的西、東部邊界,而余下斷層將礦層分三塊,其中F9斷層以西Ph22礦層厚度、品位穩(wěn)定,控制程度高,埋藏淺,Ph21礦層不發(fā)育,Ph13礦層呈7個(gè)透鏡狀零星分布;F9與F5斷層之間Ph22礦層厚度、品位亦較穩(wěn)定,從空間上看礦層下降,埋藏較深,控制程度亦相對(duì)較低,Ph21礦層呈似層狀分布,Ph13礦層見有2個(gè)透鏡狀礦體;F5斷層以東礦層基本為無礦段,Ph22及Ph13礦層分別見及一個(gè)透鏡狀礦體,Ph21礦層不發(fā)育。

5　礦石自然類型

根據(jù)磷塊巖礦石中磷酸鹽礦物和脈石礦物組分、含量及礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征,本礦區(qū)礦石自然類型大致劃分為三類,分述如下：

(1) 白云巖條帶狀磷塊巖白云巖條帶或透鏡狀白云巖與磷塊巖條帶互層組成,磷塊巖條帶占比40%～70%,白云巖條帶寬度1～10 cm不等,磷塊巖條帶2～30 cm,兩者相間分布,組成條帶狀構(gòu)造,磷塊巖具泥晶、砂屑等結(jié)構(gòu)。此種礦石自然類型廣泛分布于Ph2礦層中,與工業(yè)類型中的碳酸鹽類型(選礦、加工級(jí))相對(duì)應(yīng)。

(2) 致密條帶狀磷塊巖由砂屑磷塊巖、泥晶磷塊巖、泥晶砂屑磷塊巖疊置組成密集的層紋狀—微薄層狀構(gòu)造,習(xí)稱“致密條帶狀磷塊巖”,偶含少量白云巖細(xì)條帶,寬度0.05～2 cm,磷塊巖占比80%～90%,是本礦區(qū)Ph22富礦的主要礦石類型。Ph13礦層中少見,且不穩(wěn)定,礦石工業(yè)類型為碳酸鹽型。

(3) 云質(zhì)泥巖條帶狀磷塊巖云質(zhì)泥巖條帶與磷塊巖條帶互層組成,磷塊巖條帶占比35%～60%,云質(zhì)泥巖條帶寬2～10 cm,磷塊巖條帶寬2～20 cm,兩者組成條帶狀構(gòu)造,磷塊巖具砂屑、鮞屑、假鮞粒結(jié)構(gòu),此種礦石類型見于Ph13礦層中,礦石工業(yè)類型屬硅質(zhì)及硅酸巖型。

圖5　Ph22礦層結(jié)構(gòu)柱狀圖

6　礦石物質(zhì)組成

本礦區(qū)磷塊巖主要礦物成份為膠磷礦、白云石,次要礦物為玉髓、水云母、黃(褐)鐵礦,微量礦物有鉀長(zhǎng)石、重晶石、有機(jī)質(zhì)、海綠石、巖屑等。因礦石自然類型的不同,各礦物成份的含量發(fā)生變化,例如在白云質(zhì)條帶磷塊巖中白云石處在主要礦物地位,水云母處在次要礦物地位,鉀長(zhǎng)石屬微量礦物;泥質(zhì)條帶磷塊巖中白云石則降為次要礦物,水云母則升為主要礦物,鉀長(zhǎng)石為次要礦物。黃(褐)鐵礦分布較穩(wěn)定,不論在哪種礦石類型中都處在次要礦物地位。

各類礦物特征如下：

膠磷礦按晶化程度可分為均質(zhì)膠磷礦、隱晶質(zhì)膠磷礦、纖維狀膠磷礦。后者晶化程度較高,但含量甚微。前兩種常常組成微粒狀集合體顆粒,顆粒輪廓不清晰,這種集合體顆粒粒徑<0.01 mm。

白云石為白云質(zhì)磷塊巖中主要脈石礦物,常以三種形式出現(xiàn)：組成白云巖非礦條帶，在磷塊巖條帶中以膠結(jié)物形式出現(xiàn)，以雜質(zhì)形式存在于磷塊巖中間。前兩種為主要存在方式,占總量95%以上,后種形式較少。組成非礦條帶白云石呈0.02～0.2 mm大小的粉、細(xì)晶狀集合體產(chǎn)出。呈膠結(jié)物的白云石常具粉晶狀嵌布于膠磷礦團(tuán)粒之間。雜質(zhì)形式為細(xì)小白云質(zhì)碎屑顆?；祀s于膠磷礦為主的磷條帶中間。

水云母水云母為泥質(zhì)條帶磷塊巖中主要脈石礦物,其存在形式主要與鉀長(zhǎng)石一道組成粉砂質(zhì)泥巖非礦條帶及混雜在磷塊巖條帶中間。水云母礦物呈鱗片狀產(chǎn)出,粒徑0.01～0.03 mm,常具定向排列。

玉髓是白云質(zhì)磷塊巖、致密條帶磷塊巖中硅質(zhì)團(tuán)塊的主要成分,主要為膠狀結(jié)構(gòu)。常可殘留鮞狀、砂屑狀結(jié)構(gòu)外貌,屬于后期交代產(chǎn)物。

鉀長(zhǎng)石主要分布于泥質(zhì)條帶磷塊巖中間,常以粉砂狀形式產(chǎn)出,其粒徑<0.01 mm,具破碎搬運(yùn)特點(diǎn),屬陸源碎屑產(chǎn)物。

黃鐵礦常呈星點(diǎn)狀或細(xì)晶集合而成的條帶狀、團(tuán)塊狀產(chǎn)出,不論哪種類型磷礦石中都可見到(以泥質(zhì)條帶磷塊巖、致密條帶磷塊巖兩種多見)。黃鐵礦條帶、團(tuán)塊多與磷礦石中微層理展布方向不協(xié)調(diào),屬成巖階段或稍后產(chǎn)物。黃鐵礦含量多時(shí)可達(dá)5%。黃鐵礦因地下水作用可氧化成褐鐵礦。

微量礦物有機(jī)質(zhì)、重晶石、海綠石、巖屑等含量甚微,有機(jī)質(zhì)呈不規(guī)則團(tuán)塊狀產(chǎn)出在泥質(zhì)條帶之中。重晶石、巖屑多與泥質(zhì)條帶相親和,海綠石則主要分布在白云巖條帶內(nèi)。

7　礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

7.1　礦石結(jié)構(gòu)

Ph2礦層的磷塊巖以泥晶結(jié)構(gòu)、砂屑鮞粒結(jié)構(gòu)、泥晶砂屑結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)及礫屑(角礫)結(jié)構(gòu)常見。Ph13礦層以泥晶結(jié)構(gòu)、砂屑泥晶結(jié)構(gòu)、砂屑鮞粒結(jié)構(gòu)、假鮞粒結(jié)構(gòu)及礫屑結(jié)構(gòu)為主。

比較多見的幾種結(jié)構(gòu)特征為：

(1) 砂屑結(jié)構(gòu)磷塊巖呈灰—深灰色,主要成份為膠磷礦,含少量石英、長(zhǎng)石、巖屑等雜質(zhì)。膠磷礦組成內(nèi)碎屑,呈次棱角狀、次圓狀,粒間由膠磷礦、石英、白云質(zhì)接觸膠結(jié)。

(2) 假鮞粒結(jié)構(gòu)礦石呈深灰—灰黑色,主要由假鮞狀膠磷礦組成,顆粒呈渾圓狀、橢圓及不規(guī)則狀,其中心常有長(zhǎng)石、石英及巖屑分布,鮞粒周邊形似薄殼,但圈層不明顯。粒間多為隱晶質(zhì)膠磷礦及微晶磷灰石充填膠結(jié)。

(3) 礫屑(角礫)結(jié)構(gòu)磷塊巖呈暗灰色,角礫由內(nèi)碎屑泥晶磷塊巖、泥晶砂屑磷塊巖和白云巖組成,形態(tài)不規(guī)則,呈扁—次圓狀,礫徑相差懸殊,直徑2～20 mm,最大者可達(dá)10 mm×30 mm。角礫間由膠磷礦、白云質(zhì)膠結(jié),混有少量硅質(zhì)、長(zhǎng)石、石英及巖屑。膠結(jié)類型呈接觸式或孔隙式。

(4) 泥晶結(jié)構(gòu)磷塊巖呈灰黑—黑色,主要由隱晶質(zhì)膠磷礦、纖維狀微晶磷灰石組成。宏觀上呈致密狀,常見膠磷礦組成假鮞粒及砂屑聚集成微薄層沉積韻律,二者緊密疊加構(gòu)成致密條帶狀磷塊巖。

7.2　礦石構(gòu)造

致密條帶狀構(gòu)造和條帶狀構(gòu)造是本礦區(qū)礦石的主要構(gòu)造類型,次為致密塊狀構(gòu)造。

致密條帶狀構(gòu)造由致密塊狀磷塊巖與砂屑假鮞粒磷塊巖相互迭置組成,由于二者結(jié)構(gòu)及顏色上存在一定差異,其外貌呈現(xiàn)條帶狀特征。此類礦石品位較高,是Ⅰ級(jí)品礦石的主要構(gòu)造類型。

條帶狀構(gòu)造是Ph2及Ph13中貧礦石最常見的構(gòu)造類型,由白云質(zhì)或云質(zhì)泥巖條帶與磷塊巖條帶相間而成。

致密塊狀構(gòu)造由泥晶膠磷礦和纖維狀磷灰石組成,含量90%以上,分布均勻。礦石外貌致密,無明顯沉積紋理,此類礦石品位較高。

8　磷礦成因分析

陡山沱期磷塊巖主要沉積于次一級(jí)褶皺隆起的淺海盆地,瀕廣海、傍海口、淺水、藻類茂盛的淺海臺(tái)地波浪和潮汐作用帶[2]。

根據(jù)天津地礦所在宜昌田家園子陡山沱組采樣,測(cè)得古緯度為9.6°N;湖北省第八地質(zhì)大隊(duì)在鐘祥大峪口陡山沱組一磷礦層采樣,測(cè)得古緯度為13.9°N;在鐘祥縣放馬山陡山沱組第三磷礦層采樣,測(cè)得古緯度為22.4°N?？梢哉J(rèn)為湖北秭歸—荊門一線(今北緯31°N左右),在晚震旦世陡山沱期是處于9.6°～22.4°N的熱帶氣候環(huán)境。故鄂西地區(qū)當(dāng)時(shí)處于北半球的熱帶—溫帶氣候環(huán)境。

陡山沱組碳酸鹽巖(占75%～95%)和磷塊巖(占3%～30%)組合及含磷巖系見有天青石、石膏礦物,說明當(dāng)時(shí)海水含鹽度較高,氣候干燥。含磷巖系碎屑巖占3%～20%,表明淡水流入量很少。

陡山沱組磷塊巖常與粉砂質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖、碳酸鹽巖共生,并處于同一個(gè)沉積相帶中,說明沉積環(huán)境由酸性向堿性的演化過程。由酸性向堿性過渡的條件下,形成磷塊巖、白云巖的互層結(jié)構(gòu)。反之,形成泥質(zhì)巖、磷塊巖互層結(jié)構(gòu)。pH值過高或過低,都不利于磷塊巖沉積。

陡山沱組磷塊巖主要沉積于潮間—潮下高能帶或潮間高能帶，或潮間間歇高能帶,磷質(zhì)富集度較高的部位,多是交錯(cuò)層理等濱岸構(gòu)造發(fā)育，淺水、潮汐作用較強(qiáng),磷質(zhì)碎屑顆粒強(qiáng)攪動(dòng)的環(huán)境。

陡山沱組磷塊巖中,普遍含較多的微體海藻和疊層藻,這對(duì)磷質(zhì)的聚沉、富集和保護(hù)已沉磷質(zhì)免遭浪擊和海流的沖蝕都是很重要的。

陡山沱期磷塊巖的巖石組合具“上升洋流巖石組合”特征。磷質(zhì)沉積是在上升洋流的作用下,化學(xué)和機(jī)械作用一個(gè)長(zhǎng)期分異過程,多期性成磷旋回表現(xiàn)明顯。有工業(yè)意義的磷塊巖,特別是量大質(zhì)優(yōu)的磷塊巖,多是各種成磷作用的反復(fù)疊加、長(zhǎng)期聚集而成,特別是磷酸鹽凝膠或先期沉積的磷塊巖,因同期或準(zhǔn)同期的介質(zhì)擾動(dòng)和沉積搬運(yùn)等機(jī)械作用而形成的盆內(nèi)磷質(zhì)顆粒的再沉積及藻類的捕陷粘結(jié)作用,為磷質(zhì)的進(jìn)一步富集提供了有利環(huán)境,而揚(yáng)子地臺(tái)的相對(duì)穩(wěn)定性,則有利于形成厚而穩(wěn)定的磷礦層。

陡山沱期磷質(zhì)的直接來源,一般認(rèn)為是上升洋流由南向北補(bǔ)給的富磷海水,這可從陡山沱組含磷巖系為“洋流上升巖組”,且具有海流沉積結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等特征得到印證。間接來源有陸源(海解)和火山噴發(fā)供磷作用。據(jù)鄂西隊(duì)資料,南沱冰磧礫巖基質(zhì)含P2O50.1%以上,間冰期沉積物含P2O50.2%～0.52%,聚磷區(qū)同期或稍前期地層中見基性火山巖,含P2O50.15%～0.5%。當(dāng)然,形成陡山沱組這樣巨厚的磷塊巖,僅靠區(qū)內(nèi)及周圍供磷是不可能的,因此,磷質(zhì)主要來源于遠(yuǎn)海。

9　結(jié)論

倉屋埡磷礦位于宜昌黃陵背斜北部,賦存于陡山沱組胡集段(Z1d2)和樟村坪段(Z1d1),含有工業(yè)磷礦層共三層(Ph22、Ph21、Ph13),查明了礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造基本特征,地層層序、巖性、厚度和陡山沱組含磷巖系的巖石組合、賦礦層位、層數(shù)、分布及變化;了解了礦區(qū)內(nèi)礦石的自然類型、物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征,分析和探討了磷礦成因,這些成果對(duì)黃陵背斜北部深部找礦具有一定的借鑒和指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

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