周家沖磷礦床地質特征及找礦方向探討

肖應祖，謝家濤，秦 斌，何洪濤，廖傳義

(1.湖北省鄂西北地質礦產調查所，湖北襄陽 441002;2.四川省達州鋼鐵公司，四川達州 635000)

0 引言

荊襄磷礦位于揚子準地臺北緣，與宜昌磷礦、興神磷礦、保康磷礦共同組成鄂西沉積型磷礦帶。荊襄磷礦發(fā)現(xiàn)于上世紀50年代，由胡集、朱堡埠和冷水三個礦區(qū)組成，其中胡集礦區(qū)規(guī)模最大，為特大型礦床;而朱堡埠、冷水礦區(qū)規(guī)模較小，屬中型礦床。荊襄磷礦地處江漢平原的北部，交通運輸條件十分便利，經過50多年的開采，很多礦山資源儲量臨近枯竭。為了緩解礦山的資源危機，近年來，放馬山磷礦、大峪口磷礦先后開展了危機礦山接替資源勘查工作，取得了較好的找礦效果，周家沖磷礦床是大峪口磷礦實施接替資源勘查工作過程中發(fā)現(xiàn)的一個遠景儲量達大型規(guī)模的磷礦床。

1 地質特征

1.1 區(qū)域地質背景

周家沖磷礦處于揚子準地臺中段北緣樂鄉(xiāng)關地壘中部，其東側為漢江地塹，西側為南漳地塹，區(qū)域構造線呈北西—南東方向展布(見圖1)。樂鄉(xiāng)關地壘在后期的構造運動中受到破壞，其東部發(fā)生沉降，被第三系、第四系所掩蓋，成為漢江斷陷的一部分;西部地層出露完整。其中，震旦系下統(tǒng)陡山沱組為該區(qū)乃至整個鄂西地區(qū)的含磷巖系，為一套淺海陸棚相含磷白云巖夾磷塊巖的巖石組合。

1.2 礦區(qū)地質特征

1.2.1 地層

礦區(qū)出露地層主要為中元古界崆嶺群、震旦系下統(tǒng)陡山沱組和上統(tǒng)燈影組，西北部出露有少量的寒武系下統(tǒng)地層(見圖2)。

中元古界崆嶺群(Pt2k)主要為肉紅色花崗片麻巖，其頂部有少量的綠泥石片巖和粗晶白云巖，該地層屬古老的表殼巖系，它是揚子準地臺古陸核的一部分。震旦系下統(tǒng)陡山沱組在礦區(qū)為一套含磷白云巖夾磷塊巖的巖石組合，其沉積特征反映為一海侵層序，根據(jù)沉積韻律特征可分為兩個巖性段:震旦系上統(tǒng)燈影組為一套厚層白云巖及含燧石條帶白云巖的巖石組合;寒武系下統(tǒng)為薄層泥質白云巖夾中厚層豆狀白云巖。

1.2.2 構造

礦區(qū)構造較簡單，基本形態(tài)為平緩的背向斜褶皺構造，主要的褶皺有滴水崖背斜和張家沖向斜，礦區(qū)主要位于滴水崖背斜的南西翼。滴水崖背斜為一直立傾伏背斜，其構造形態(tài)明顯，背斜軸向南東傾伏，傾伏角6°～10°左右。背斜軸面在北部近于直立，南側略向北東傾斜，背斜東翼地層產狀一般在70°～85°∠10°～30°，西翼地層稍陡，產狀一般為 220°～240°∠25°～40°，且向深部有傾角變大的趨勢。

1.2.3 含磷巖系

震旦系下統(tǒng)陡山沱組是礦區(qū)的含磷巖系，產出有三個磷礦層，這三個磷礦層可與宜昌磷礦、興神磷礦和保康磷礦的磷礦層進行對比。陡山沱組與上覆震旦系上統(tǒng)燈影組成整合接觸，與下伏中元古界崆嶺群成角度不整合接觸。含磷巖系剖面如下(見圖3):

上覆地層:震旦系上統(tǒng)燈影組，由中—厚層狀白云巖、含燧石條帶白云巖組成。

圖1 區(qū)域地質圖Fig.1 Regional geologic map

— —整合接觸— —

⑩泥質白云巖(Z1d2－6)，厚10 ～45 m。

深灰色，薄層狀，水平層理發(fā)育，屬潮間中低能帶。

⑨含硅磷質結核白云巖(Z1d2－5)，厚8～18 m。

灰黑色，薄—中厚層狀，含黑色硅磷質結核和磷質砂屑，結核直徑一般在0.5～1 cm左右，為潮下低能環(huán)境。

⑧上含磷白云巖(Z1d2－4)，厚7～39 m。

深灰色，薄—中層狀，水平層理發(fā)育，具少量磷質砂屑及硅磷質結核，中部發(fā)育一沖刷面。為潮下中低能環(huán)境。

⑦第三磷礦層(Z2d2－3，Ph3)，厚3 ～41 m。

主要由砂屑狀磷塊巖、互層狀磷塊巖及夾于其間的含磷粉晶白云巖組成，具薄層狀、條帶狀構造，沉積構造十分發(fā)育，主要有微波狀層理、人字型層理、透鏡狀層理、微型斜層理等。屬潮間中高能帶環(huán)境。

⑥薄層泥晶白云巖(Z1d2－2)，厚7～37 m。

薄層狀，含少量砂屑磷塊巖條帶及黑色硅磷質結核，屬潮間中低能環(huán)境。

⑤第二磷礦層(Z1d2－1，Ph2)，厚 0 ～7.44 m，次要磷礦層。

主要由砂巖狀磷塊巖和互層狀磷塊巖組成，底部偶見泥質條帶磷塊巖，其底部界面為假整合面。形成于潮上—潮間帶，能量為中—高能環(huán)境。

④下含磷白云巖(Z1d1－5)，厚3～80 m。

為中厚層白云巖，偶含肉紅色膠磷礦團塊及白色燧石，單層厚度大。

③Ph1 磷礦層(Z1d1－4)，厚0 ～12.7 m。

Ph1礦層自下而上主要由泥質條帶磷塊巖、白云質條帶磷塊巖、致密狀磷塊巖組成。其礦石類型的差別反映出不同的沉積環(huán)境，下部泥質條帶磷塊巖為水下低能環(huán)境的產物，而上部的白云質條帶磷塊巖、致密狀磷塊巖屬潮間中高能。

②含錳白云巖及頁巖(Z1d1－2+3)，厚0～10 m。

以含錳白云巖為主，局部相變?yōu)轫搸r。頁巖成灰黑色，主要成份為水云母，為含錳白云巖的相變產物，分布不穩(wěn)定。頁巖的形成環(huán)境為臺坪凹地，系水體較深，能量較弱，循環(huán)不暢的滯留缺氧環(huán)境;而含錳白云巖則形成于臺坪中相對凸起的部位，系水體較淺、能量中等、水循環(huán)良好的環(huán)境。

①底礫巖(Z1d1－1)，厚0 ～15 m。

礫石主要由花崗片麻巖、綠泥石片巖組成，礫石大小不一，分選性及磨圓性均很差，膠結物以泥砂質為主，其次為白云質。自下而上，礫石有含量降低，滾圓度變好，膠結物增多的趨勢，且膠結物由泥砂質逐漸變?yōu)榘自瀑|。其沉積環(huán)境可能為濱岸潮上—潮下帶。

圖2 周家沖礦區(qū)地質圖Fig.2 Geologicalmap of Zhoujiachong ore district

圖3 荊襄磷礦周家沖礦段152線地質剖面圖Fig.3 Geological section of 152 line of Zhoujiachong section in Jingxiang phosphate district

角度不整合接觸

下伏地層:中元古界崆嶺群(Pt2k)，主要為花崗片麻巖，頂部常見粗晶白云巖和綠泥石片巖。

從陡山沱組的巖石組合特征上可以看出，礦區(qū)在陡山沱期總體為一海水逐漸變深的海進序列，但其間存在小規(guī)模局部性的海退。根據(jù)其內部的沉積建造及沉積構造特征，可劃分出三個由海進—海退序列構成的次級沉積旋回，①～④層為第一旋回，其底部為不整合面，頂部為假整合面;⑤～⑧層下部為第二旋回，該旋回底部為假整合面，頂部為沖刷面;⑧層上部～⑩層為第三旋回，該旋回始于沖刷面，結束于陡山沱組頂部。這三個旋回都是由局部性的小規(guī)模的海進—海退組合而成。

1.3 礦層特征

礦區(qū)共有三個礦層，自下而上分別稱之為Ph1、Ph2和Ph3，其中以Ph3礦層規(guī)模最大，分布最穩(wěn)定，而Ph1、Ph2規(guī)模相對較小，各礦層及礦體的對比特征見表1。

Ph1礦層，成似層狀、透鏡狀，分布于礦區(qū)的南部，圈出了一個工業(yè)礦體，該礦體長900 m，厚5.19～12.37 m，平均厚 7.28 m，平均品位 23.16%。Ph2 礦層，成似層狀、透鏡狀，共圈出了三個礦體，其中主礦體分布于周家沖一帶，兩個次要礦體分布在黑沖附近，規(guī)模較小。主礦體長度為1 750m，厚2.68 ～7.15m，平均厚度4.66 m，P2O5平均品位18.51%。Ph3礦層，成層狀、似層狀，圈出了一個工業(yè)礦體，該礦體長3 150 m，厚1.34 ～8.63m，平均厚4.48m，P2O5平均品位15.81%［1］。

1.4 礦石的有益有害組份

根據(jù)組合樣分析結果(表2)［2］，礦石的化學成份主要為氧化物和F，其中有益組份主要為P2O5、F;主要有害組份有MgO、SiO2、Fe2O3，其中MgO含量與 P2O5含量成負相關。SiO2含量與礦石類型有關，Ph1礦層中白云質條帶磷塊巖和致密狀磷塊巖中的SiO2含量較低，而泥質條帶磷塊巖中水云母為主要脈石礦物，SiO2含量較高，Ph3礦層中SiO2含量普遍較高。

表1 周家沖磷礦區(qū)各礦層及礦石特征對比一覽表Table 1 Schedule of characteristic contrast of each ore bed and ore in Zhoujiachong phosphate district

表2 礦石化學成份分析結果一覽表 單位:%Table 2 Schedule of analysis results of chemical composition of ore

2 礦床成因及控礦因素

2.1 礦床成因

新元古界早期，鄂西一帶由于受到南北向擠壓應力的作用，形成了一系列走向近東西向的隆起和凹陷，神農架—荊門一帶的隆起(鄂西古陸)就是其中之一(見圖4)。

新元古代南華紀，該隆起主要遭受剝蝕［3］。

震旦紀早期(Ph1沉積期)，該古陸緩慢發(fā)生沉降，形成較大規(guī)模的海侵，海水逐漸淹沒本區(qū)，鄂西古陸演化為一大的碳酸鹽臺地，其沉積環(huán)境表現(xiàn)為水體較淺、循環(huán)不暢且能量較弱，而長期的風化剝蝕作用使海水中的磷含量較高。

大峪口—周家沖一帶位于該臺地的東部邊緣，其北側為秦嶺海槽，南側為長陽淺海盆地，東側為次深海盆地，這種地理環(huán)境有利于磷的沉淀和聚集。北側從秦嶺海槽上升而來的洋流攜帶豐富的含磷物質來到大峪口—周家沖一帶時，由于升溫、降壓及CO2的大量逸出等地球化學條件的變化，促使磷酸鹽溶液的過飽和而發(fā)生沉淀。開始，在相對低凹的潮下低能帶內由膠體的聚集作用形成了泥質條帶磷塊巖;隨著沉積物的加積，沉積面升至潮間帶內，經藻生物作用形成了白云質條帶磷塊巖。二者共同組成了第一磷礦層。

陡山沱晚期(Ph3沉積成礦期)，由于地殼運動和沉積補償作用，在該區(qū)形成了臺坪淺灘，于灘外由前期所形成的磷塊巖(Ph1)軟泥或半固結磷塊巖經潮汐流的侵蝕、破碎和粒化后遷移到臺坪淺灘，而后經反復簸選形成了第三磷礦層。

2.2 控礦因素

荊襄磷礦屬沉積型磷塊巖礦床，含礦地層基本沒有發(fā)生變質，礦區(qū)地質構造比較簡單，控礦因素主要為巖相古地理條件，其對礦床的控制作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

圖4 鄂西磷礦帶陡山沱期巖相古地理圖Fig.4 Paleogeographic map of lithofacies in Doushantuo group

(1)對礦石類型的控制。不同的沉積環(huán)境所形成的磷塊巖自然類型不一樣，Ph1礦層沉積的早期，沉積成礦作用主要發(fā)生在潮下帶，沉積作用以化學沉積作用為主，所形成的磷塊巖主要為泥質條帶磷塊巖;Ph1礦層沉積的晚期，沉積作用主要發(fā)生在潮間帶，以生物化學沉積作用為主，所形成的磷塊巖主要為白云質條帶磷塊巖和致密狀磷塊巖(疊層石磷塊巖);Ph3成礦期，沉積環(huán)境主要為臺坪淺灘，沉積作用以機械沉積作用為主，所形成的磷塊巖主要為砂屑磷塊巖。

(2)對礦層分布、延展特征的控制。古地形對礦層分布的穩(wěn)定性有明顯的控制作用。

Ph1礦層沉積期，周家沖礦區(qū)一帶位于臺邊的邊緣，地形特征為西北高，東南低(見圖5)，地形起伏大，地球化學環(huán)境變化快。該環(huán)境中，促使含磷礦物質在較窄的范圍內沉積，因此所形成的磷塊巖品位較高，但在走、傾向上的變化較大。

Ph3礦層沉積期，由于沉積補償作用，古地形變得較平緩，當時，在大峪口—周家沖一帶形成一局部的小型臺坪鮞灘，灘內地形起伏較小，沉積環(huán)境變化較慢。在這種環(huán)境下形成的磷塊巖，具鮞?；蛏靶冀Y構，分布穩(wěn)定，但品位較低，且當海水循環(huán)不好時，礦石中的有機質含量較高。

2.3 找礦標志

周家沖磷礦主要受地層控制，地層和巖石為最重要的找礦標志。

圖5 鄂西陡山沱早期聯(lián)合剖面圖Fig.5 Combined profile of early Doushantuo

(1)對Ph1礦層，當陡山沱組下段各地層單元發(fā)育完整，則常指示有該礦層的發(fā)育。

(2)Ph1礦層底部含有機質頁巖(雜色頁巖)，對Ph1的發(fā)育程度有較好的指示作用。

(3)對于Ph3礦層來說，有臺坪淺灘環(huán)境的存在，是指示該磷礦層存在的最好標志。

3 結論

3.1 找礦方向

本次勘查的成果顯示，荊襄磷礦周邊找礦潛力巨大，筆者認為，以后的找礦工作應布署于以下地段:

(1)荊襄磷礦胡集礦區(qū)牛心寨礦段、王集礦段和龍會山礦段的深部有較好的找礦前景。

(2)牛心寨礦段的西北側，是荊襄磷礦和鄧家崖磷礦的過渡部位，鄧家崖磷礦的含礦層位為震旦系上統(tǒng)燈影組，該區(qū)有兩個含磷層位，即震旦系上統(tǒng)燈影組和下統(tǒng)陡山沱組，找礦前景十分優(yōu)越。

(3)胡集礦區(qū)和朱堡埠礦區(qū)之間的斷陷盆地，其長度約12 km，受斷層作用影響，地層發(fā)生沉降，磷礦層地表露頭在此斷開，此處是重要的找礦靶區(qū)。

在荊襄磷礦一帶尋找深部磷礦體時，不但要注意Ph1、Ph3礦層，同時對Ph2礦層存在的局部膨大部位也應引起重視;此外，燈影組中的含磷層也是潛在的含礦層位，也有形成大中型磷礦的條件，如南漳鄧家崖磷礦、隨州連三坡磷礦等。

3.2 主要結論

(1)荊襄磷礦的深部，Ph1、Ph2和Ph3磷礦層有較穩(wěn)定的延伸，但總體有品位降低、厚度變薄的趨勢，具體到各個礦層，這種變化規(guī)律差異明顯，Ph3變化較慢，Ph1變化較快，而Ph2則在局部變厚。

(2)Ph1礦層形成于潮下—潮間中低能環(huán)境，主要由化學沉積作用和生物化學沉積作用所形成;Ph3礦層形成于潮間中高能環(huán)境，主要由機械沉積作用所形成。

(3)Ph2礦層在深部的局部地段，可形成較大的礦體，在以后地質勘查工作中應引起注意。

(4)牛心寨礦段深部、王集礦段深部、龍會山礦段深部和南泉斷陷盆地是以后地質勘查的靶區(qū)。

［1］湖北省鄂西北地質礦產調查所.湖北省鐘祥市大峪口磷礦接替資源勘查報告［R］.襄陽:湖北省鄂西北地質礦產調查所，2010.

［2］湖北省第八地質大隊.湖北省鐘祥縣荊襄磷礦胡集礦區(qū)大峪口礦段詳細勘探地質報告［R］.襄陽:湖北省鄂西北地質礦產調查所，1979.

［3］林因明，余吉祥，張萬玉，等.湖北省荊襄磷礦地質特征及成礦規(guī)律［R］.襄陽:湖北省鄂西北地質礦產調查所，1986.