荊襄磷礦巖石學特征及成礦規律淺析

肖蛟龍，楊剛忠，向 萌，何 欽，唐 穎

(湖北省地質局第七地質大隊，湖北宜昌 443100)

荊襄磷礦巖石學特征及成礦規律淺析

肖蛟龍，楊剛忠，向 萌，何 欽，唐 穎

(湖北省地質局第七地質大隊，湖北宜昌 443100)

荊襄磷礦位于上揚子地區東北部的鄂西聚磷區，是中國重要的產磷區之一，其特點是規模大、品位富、質量高。通過分析荊襄磷礦田的地質背景、古地理環境，認為以潮汐作用為主的臺坪相是控制本礦田主礦層形成及空間展布的主要因素;同時結合礦田巖石學特征，本區磷塊巖以含有較為豐富的有機質為特點，推斷本區的有機質和稀土元素富集呈負相關;本區磷礦成礦規律具有多旋回、多期次成礦特點，成因類型上，早期磷塊巖多為原地化學、生物化學沉積類型，后期多為異地顆粒再積類型。

荊襄磷礦;磷塊巖;巖石學特征;成礦規律

荊襄磷礦發現于上世紀50年代，是中國重要的產磷區之一。該磷礦位于上揚子地區東北部的鄂西聚磷區，其礦床特點為規模大、品位富、質量高。礦田由北而南分為胡集、朱堡埠和冷水三個礦區［1］。

荊襄磷礦主要含磷巖系為震旦系上統陡山沱組(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］(代號分別為Ph1、Ph2、Ph3、Ph4)與區域(鄂西聚磷區)主要磷礦層相對應，但區內各磷礦田含磷巖系及磷礦層的劃分存在一定差異。

1 地質特征

1.1 成礦地質背景

荊襄磷礦位于上揚子地區東北部的鄂西臺隆，西南鄰接長陽臺拗，東北鄰接秦嶺地槽，并被青峰—襄廣斷裂隔開。歸屬于Ⅰ級亞奧全球性成磷區，Ⅱ級揚子成磷亞區，Ⅲ級湘鄂黔成磷帶，Ⅳ級鄂西聚磷區，Ⅴ級荊襄磷礦田成礦單元(全國成礦區劃)。

礦田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聚磷區。荊襄磷礦位于樂關鄉地壘的中部，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。

礦田共有四個主要磷礦層，自下而上分為:第一、第二、第三、第四磷礦層(代號分別為 Ph1、Ph2、Ph3、 Ph4)。其中Ph1、Ph2、Ph3構成工業礦層，Ph4由低品位磷塊巖或磷質巖組成，不具工業價值，僅能作為一個標志層。四個磷礦層構成了三個沉積旋回，第一磷礦層對應第一沉積旋回，第二、三磷礦層對應第二沉積旋回，第四磷礦層對應第三沉積旋回。顯示了荊襄磷礦具有多層結構的工業磷塊巖的特點。

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(見圖1)。

1.2 古地理環境特征

荊襄磷礦位于鄂西淺海臺地東部，屬臺地碳酸巖臺坪磷塊巖、頁巖、白云巖亞相。根據十分發育的人字形層理、透鏡狀層理、再生作用面等沉積構造及疊層石的廣泛分布，以及潮渠沉積物的出現等沉積特征，認為臺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境。

從本區含磷巖系巖相剖面上來看，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動，可劃分為3個小的沉積旋回(圖2)。每個小的旋回都賦存有磷塊巖層，因此小旋回的數目是礦層層數的指示，多旋回結構可能存在多個礦層，單一的旋回結構只存在單個礦層。然而旋回數目增多，說明振蕩運動頻繁，對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 荊襄磷礦田地質簡圖Fig.1 Geological sketch of Jingxiang orefield(圖件來源于參考文獻［3］，有改動)

1.3 巖石學特征

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，凝膠團粒磷塊巖次之，礫屑核形石磷塊巖最低;水云母頁巖平均為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，它們依白云巖、磷塊巖、頁巖、底礫巖的順序逐漸增高。

δEu值，均為銪負異常型，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巖及底礫巖，即稀土元素總量與δEu值呈負相關關系。

∑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特征及成礦規律［3］項目分別在Ph1、Ph3礦層取了少量磷酸鹽礦物樣品，進行了紅外光譜(圖4)、X-射線衍射(圖5)、差熱分析、單礦物化學分析測試，結果表明紅外光譜與X-射線衍射的結果基本一致，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］。差熱分析結果，無明顯差別，但卻都含有微量CO2。具海成磷酸鹽特征。

區內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。與國內外知名磷塊巖相比，區內磷塊巖明顯偏低。其變化特征為礦層中黑色致密磷塊巖、蠕蟲狀磷塊巖、致密狀磷塊巖含量較低，云質條帶狀磷塊巖、泥質條帶狀磷塊巖較高。前者大都由疊層石磷塊巖組成，有的含有機質較高，其形成與藻類活動有關，由此推測有機質的存在對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，均為銪負異常型，具有不同程度的銪虧損。∑Ce/∑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，屬于偏堿性的環境。唯有肉紅色條帶狀磷塊巖比值為0.87，結合該種磷塊巖中含有較多的硅質條帶，應為偏酸性的沉積環境。

圖2 荊襄磷礦田胡集礦區巖相—旋回劃分柱狀圖(圖件來源于參考文獻［3］，有改動)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(測試數據來源于參考文獻［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。

兩個礦層的稀土元素參數特征有明顯差別，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可見兩礦層磷塊巖稀土總量與∑Ce/∑Y比值存在著明顯的負消長關系，各自集中分布于兩個不同的區域，Ⅰ區磷塊巖稀土總量較低，∑Ce/∑Y比值較高;Ⅱ區磷塊巖稀土總量較高，∑Ce/∑Y比值較低。暗示兩個主要礦層在物質來源、成礦環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 礦床成因與成礦規律

陡山沱期主要磷質來源是通過洋流直接從臺溝上升到本區臺地上，由于升溫、降壓，CO2大量逸出(藻類活動也消耗部分CO2)，致使pH值升高，促成磷酸鹽溶液的過飽和沉淀［6］。陡山沱早期，首先在相對低凹的潮下低能帶內經膠體聚沉作用形成了凝膠團粒磷塊巖。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，由于地殼運動和沉積補償作用，在礦田北部的胡集礦區形成了一個局部的臺坪淺灘，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磷塊巖經潮汐流的侵蝕、破碎、粒化后遷移到臺坪淺灘，后又經反復簸選再形成了第三磷礦層。

上述兩個主要礦層，由于形成的時間、沉積環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礦層為以化學作用為主的化學、生物化學沉積型磷塊巖;Ph3礦層為以物理(機械)作用為主的再沉積型磷塊巖。不同成因的礦床，其成礦環境、成礦作用及成礦過程不盡相同。在區域古構造、古地理環境基本接近的情況下，局部微地形及水動力條件是控制不同成因磷塊巖形成的最重要因素。

區域磷塊巖礦床均分布于中低緯度帶，并與古地理、巖相關系密切。荊襄磷礦是揚子準地臺地殼演化歷史的產物，晉寧運動末期，鄂西一帶中元古代地槽褶皺回返，固結為陸，形成隆起與凹陷相間的揚子準地臺。早震旦世末，伴隨著氣溫急劇轉暖，冰川消融、地表下沉，揚子區發生大規模的海侵，遂形成水體不深、循環不暢、能量較弱的古揚子淺海。加之長期風化剝蝕作用以及海槽深海中所提供的豐富磷質，這些都是揚子準地臺眾多磷礦床形成的根本原因。本區磷礦具有多旋回、多期次成礦特點，在礦床成因類型上，早期磷塊巖多為原地化學、生物化學沉積類型，后期多為異地顆粒再積類型，而且顆粒越向上越粗。這表明，自下而上成礦水動力條件逐步加強，沉積環境的穩定性漸趨變差。本區磷礦層具有由南向北層位逐漸升高的趨勢，Ph1礦層分布全區;Ph2在冷水礦區無礦化，在朱堡埠礦區出現磷質層，而在胡集礦區則出現小型工業礦體;Ph3礦層只出現于胡集礦區，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 結語

(1)本區最為有利的成礦古地理環境為以潮汐作用為主的臺坪相，該相帶控制了區內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)區內磷塊巖中稀土元素總量少于國內外其他磷塊巖礦床，而本區磷塊巖又以含有較為豐富的有機質為特點，推斷本區的有機質和稀土元素富集呈負相關。

(3)從兩個主要磷礦層的稀土元素特征可以看出，其成礦環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、生物化學聚沉凝膠團粒磷塊巖。

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

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

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

［3］林因明，于吉祥，張萬玉，等.湖北省荊襄磷礦地質特征及成礦規律［R］.襄樊:湖北省第八地質大隊，1986.

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

［5］金光富，宋銀橋，宋秀燦，等.宜昌磷礦成礦地質條件及找礦遠景報告［R］.宜昌:湖北省第七地質大隊，1987.

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

(責任編輯: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，從事固體礦產勘查工作。E－mail:xiaojiaolong@qq.com

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151103.1501.002.html數字出版日期:2015－11－03 15:01