鄂北磷礦資源特征及成因

羅 雪, 韓 嶺, 羅紅玲, 李豐碩, 張鵬飛, 渠 婧, 董 艷, 黎冬梅

(1.湖北省地質局 第八地質大隊,湖北 襄陽 441002; 2.湖北省隨州市國土資源局,湖北 隨州 441300)

鄂北磷礦資源特征及成因

羅 雪1, 韓 嶺1, 羅紅玲1, 李豐碩1, 張鵬飛1, 渠 婧1, 董 艷2, 黎冬梅2

(1.湖北省地質局 第八地質大隊,湖北 襄陽 441002; 2.湖北省隨州市國土資源局,湖北 隨州 441300)

鄂北磷礦處于上揚子古陸塊北部邊緣的大巴山—大洪山前陸褶沖帶及其南北側附近地區,具有分布廣、層位多、礦床(點)多、儲量大等特點,主要沉積成磷期的巖相古地理環境屬淺海臺坪,磷礦石的來源有陸源和基性火山噴發,成因類型主要有化學沉積、藻結沉積、后生沉積和再沉積等四種,沉積條件及成礦作用方式主要有藻生物光合作用、藻生物的粘結捕獲作用、藻生物的阻滯抗浪作用以及顆粒再積與成巖淀晶作用等。

磷礦;資源概況;沉積環境;成因類型;鄂北

襄陽地區礦產資源以磷礦居優,早在上個世紀中葉,就被省地礦學界前輩以“三陽開泰,國泰民安”的吉慶言詞多次向外宣傳。其所說的“三陽”,是指中國中南地區的三大磷礦(昆陽、開陽、襄陽——實乃荊襄,其北端于襄陽境內)基地所在。華夏民族向來以農業立國著稱于世。磷礦加工成磷肥,有了磷肥資源,即可保豐年而“國泰民安”了。而在那時本區的保康磷礦還尚未被發現,只有荊襄磷礦被肯定為大礦。

1 鄂北地區的磷礦資源概況

經鄂北三輪區劃的匯總統計,已發現各類磷礦產地共44處,其中有礦床產地14處,小礦、零星礦產地5處,礦點24處,礦化點1處(見表1)。

表1 鄂北地區磷礦產地統計表

14處礦床中特大型1處(荊襄之胡集),大型3處(保康白竹、石草坪、朱家坡),中型8處(保康5處,南漳1處,大洪山,朱堡埠),屬于小型者僅2處,已探明資源量>1億t。潛在預測資源量還有近2億t。

由表1可見:鄂北磷礦生成期集中于元古代晚期,以Z2d期為主。礦石自然類型以磷塊巖居優,產于秦嶺造山帶南緣變質地層內者已變質生成了磷灰石。P2O5品位一般在15%～26%之間,偶爾可達到31%左右,礦石選冶性能普遍較好。

產地分布區集中出現于上揚子古陸北部的神農架、保康、南漳、大洪山和鐘祥地區,隨棗南部也有分布。其產地分布,以地質構造背景和成礦時代的不同可劃分為4處成礦帶和一處聚磷區(見圖1)。

1.1 神農架、保康聚磷區

處在NNW向之新華斷裂以西,已知礦產地14～15處,有磷塊巖礦床大型3處,中型5處,小型1處,成礦時代以Z2d為主,兼有Z2∈1和Pt2(磷灰石)。

1.2 南漳縣東部成磷帶

在漢江斷階兩側,南起南漳快活嶺,北至谷城南河,產地8處,僅鄧家崖1處為中型礦床,其余皆礦點,成礦時代為Z1d、Z2∈1和S1-2。另有2處P1期產地構成楊柳—管驛溝東西向分枝延伸入保康境內,其時代、地域跨度都較大。

1.3 荊襄磷礦帶

處于漢江斷階內的樂鄉關斷隆上,可北延至襄陽鐵帽山(礦點),胡集(特大型)磷礦、朱堡埠(中型)磷礦共三處產地,時代單一,均為Z1d期,久負盛名,仍具可以擴大的潛力,因其延深及延展帶皆被新生代陸屑沉積體所淹沒。

圖1 鄂北地區磷礦產地分布圖Fig.1 Distribution map of producing area of phosphate ore in northern Hubei1.第四系;2.新近系;3.古近系;4.白堊系;5.侏羅系;6.上三疊系;7.下中三疊系;8.三疊系;9.二疊系;10.泥盆—石炭系;11.志留系;12.奧陶系;13.寒武系;14.震旦系;15.南華系;16.新元古界;17.中—新元古界;18.中元古界;19.古元古界;20.二長花崗巖及斑狀二長花崗巖;21.斑狀二長花崗巖;22.加里東期輝綠(玢)巖、輝長輝綠巖;23.加里東期輝長巖;24.正長斑巖;25.石英正長巖;26.金伯利巖;27.花崗巖;28.斜長花崗巖;29.二長花崗巖;30.鉀長花崗巖;31.揚子期混合花崗巖;32.石英閃長巖;33.揚子期輝綠(玢)巖、輝長輝綠巖;34.揚子期輝長巖;35.輝石巖；36.超基性巖;37.印支期混合花崗巖;38.大別期輝長巖;39.基性巖;40.花崗巖(脈);41.偉晶巖(脈);42.煌斑巖(脈);43.地質界線;44.地層不整合接觸;45.斷裂(層)及編號。礦產地名稱:1.谷城南河;2.谷城馬槽嶺;3.保康過渡灣;4.谷城陰家灣;5.保康石草坪(鷂子河);6.保康喬家山;7.保康董家溝(菜子嶺、白石尖);8.保康朱家坡;9.保康蘇家坡(磷灰石);10.保康袁家溝(龍家坡);11.保康宦家坪(寺坪);12.保康寨溝;13.保康久里川(磷灰石);14.保康久里川(礦床);15.保康觀音崖;16.保康管驛溝;17.南漳楊柳;18.南漳瓦屋坪;19.南漳鄧家崖;20.南漳大紅腦;21.南漳望府山;22.南漳三道河;23.保康白竹;24.南漳五廟河(水田畈);25.南漳快活嶺;26.襄陽鐵帽山;27.鐘祥胡集;28.鐘祥朱堡埠;29.隨州關磨寨(磷灰石);30.棗陽鷹咀崖(磷灰石);31.棗陽姚灣(磷灰石);32.棗陽徐洞溝(磷灰石);33.隨州西灣(磷灰石);34.隨州新屋灣;35.隨州六合灣;36.隨州謝家店;37.隨州大洪山(張三坡);38.隨州土門;39.隨州秦家棒子(棒子坡);40.鐘祥梅樹巖(丘家灣、三槐沖);41.鐘祥檀樹嶺(銅家嶺);42.京山天寶寨(板凳嶺);43.京山天門關;44.京山張家河。

1.4 大洪山磷礦帶

呈NNW向由8處產地沿以洪山群(Pt2-3hs)為核心的大洪山背斜SW翼分布,內有中、小型礦產地,但以礦點為主。

1.5 大狼山磷礦化帶

礦化產地有8處(29-36)[1]。

2 鄂北聚磷區的大地構造位置

由前述5處成礦區帶分布可見,它們都集中出現于上揚子古陸塊北部邊緣的大巴山—大洪山前陸褶沖帶(Ⅱ2-1)及其南北側附近地區(大地構造劃分方案參見文獻[2])。

2.1 神農架、保康聚磷區

位于青峰斷裂之南,巴—洪前陸褶沖帶中部弧形折轉區西側。青峰斷裂以北即秦嶺—大別造山帶的武當陸內裂谷區(Ⅰ1-1-1);褶沖帶南為神農架—荊門臺坪褶皺帶(Ⅱ2-2-1),該褶皺帶在此又被向北突出軸近SN的黃陵臺坪變形帶(Ⅱ2-2-2)幾近分為東西兩部。該變形帶又是宜昌聚磷區之所在。故兩大聚磷區相互接近,其成磷凝集條件十分有利,賦有大、中型產地8處。

2.2 大洪山磷礦帶

處于巴—洪前陸褶沖帶的SE端的NE拱起處,是本區巴—洪前陸褶沖帶第2處聚磷區(帶),由于古地理條件的斜坡遷移效應,使該帶磷礦沉聚期延續至Z2∈1期,并呈擴充勢態,故有張三坡Z2∈d中型礦床的形成。

2.3 南漳縣東部成磷帶

也與巴—洪前陸褶沖帶密切相關,處在該帶中偏西的弧形轉換部,漢水斷陷盆地(Ⅱ2-2-6)西側,此成礦帶呈NNW向由谷城南河—南漳鄧家崖—快活嶺,南東切穿了褶沖帶,進入Ⅱ2-2-6荊門臺坪褶皺帶,這是僅有的一處獨具特性的成礦現象,此與其成磷期的古地理環境的與眾不同不無關系。

2.4 荊襄聚磷帶

處在漢水斷陷盆地(Ⅱ2-2-6)(K2)北部中心的樂鄉關斷隆(Ⅱ2-2-7)(K2)之上,可北延至鐵帽山。

2.5 隨棗南部大狼山磷礦化帶

為鄂北唯一地出現在秦嶺造山帶,隨南陸緣裂谷(Ⅰ1-1-3)(Pz1)SW邊緣的一處礦化帶,當時當地因處于東秦嶺海槽深水區而不利于磷質的凝聚和保存,僅有磷礦化而不具工業價值。

3 主要沉積成磷期的巖相古地理環境

距今7億—8億年前新元古期的晉寧造山運動造就了鄂北聚磷區的湖海山川概貌,同時也奠定了磷質來源及凝聚的基本條件,圖2即為成磷期的古地理概況。青—襄—廣古斷裂以北為東秦嶺古海槽,它是華北與上揚子兩塊古陸間的裂陷帶,水深而富含磷(硫、氟)質,因為在南華紀冰期之后,海槽裂谷之破裂已達硅鎂層,基性火山巖漿噴溢活動普發,形成耀嶺河組之雙峰式細碧—角斑巖建造,該建造以富P2O5為主并含S 、F為特色。

斷裂以南為古揚子淺海區,海底基巖由中下元古代崆嶺群楊坡雜巖(Pt1yn)、神農架群或花山群等構成,水深較淺,并于宜昌—襄陽間形成鄂西淺海臺地,西至神農架，東到大洪山,成為鄂(西)北聚磷區(見圖3),淺海與海槽海水互通互連,直至下古生界華力西期之泥盆紀之后,東秦嶺才成為揚子淺海北側之山區。

鄂西淺海臺地在早震旦世陡山沱期之巖相古地理概況(圖3、圖4)中,劃分為深海溝(Ⅱ2)、淺海盆地(Ⅰ3)和淺海臺地(Ⅰ2)三個相帶(區),主聚磷區為后者,前二者不利于磷塊巖的形成和富集,其巖性為泥巖(或含炭)灰巖和白云巖,以泥灰巖為主。

圖2 古揚子海北東部震旦紀早世陡山沱期巖相古地理圖Fig.2 Sequence paleogeographic map of Doushantuo Formation of Lower Epoch Sinian Period about Yangtze block1.古陸、古島;2.臺地;3.聚磷區;4.后期斷層;5.古斷裂;6.海侵方向;7.波浪方向;Ⅰ.淺海相區;Ⅰ1.淺海濱海相帶;Ⅰ2.淺海臺地相帶;Ⅰ3.淺海盆地相帶;Ⅱ.深海相區;Ⅱ1.深海濱海相帶;Ⅱ2.深海相帶;①.青—襄—廣斷裂;②.郯廬斷裂。

淺海臺地相中普遍成磷,但其中的碎屑巖臺坪亞相(Ⅰ2-1)則不利于成礦,如大神農架、木魚坪、古廟埡等地,其在古隆起頂面的平緩地帶。巖性為含白云巖的砂泥碎屑巖。

首先對成磷最為有利者,是臺坪碳酸鹽亞相(Ⅰ2-2),如保康石草坪、白竹、朱家坡、袁家溝及荊襄磷礦區。成磷期它們處于淺海臺之水下隆起區,巖性為磷塊巖、泥巖和白云巖,磷塊巖呈致密狀、蠕蟲狀和條帶(云、泥質)狀,由膠磷礦構成,亦見隱晶狀磷灰石。

其次為淺海臺地邊緣相(Ⅰ2-3)之含磷塊巖、泥巖、白云巖,它圍繞Ⅰ2-2臺坪碳酸鹽亞相分布于保康東蒿坪、保康、南漳、宜城、鐘祥及以西之環形帶內,可能處在水下坳陷和隆起的斜坡帶,多見及磷塊巖,然少聚集,可見礦點,難有礦床。

最后為臺溝亞相(Ⅰ2-4)含磷泥巖、白云巖、灰巖,已靠近古陸邊界古斷裂,處于斷裂斜坡底部的坳陷內,分布于谷城南河—襄陽鐵帽山—大洪山客店一帶。南漳鄧家崖及大洪山張三坡燈影組中型磷礦床當在其中,其成因類別為礫屑狀再沉積型,即先期或同期形成的富磷物質在海底多動水體的擾動下,經破碎、滾動再膠結—沉積作用而成礦,機率不多,礦床少見。目前僅見中型2處,礦點及礦化點5處,不及Z1d產地的1/2。但仍居鄂北磷礦的第二位。

圖3 鄂北地區震旦紀早世陡山沱期巖相古地理圖Fig.3 Sequence paleogeographic map of Doushantuo Formation of Lower Epoch Sinian period in northern Hubei1.碎屑巖臺坪亞相(含白云巖的砂泥巖);2.碳酸鹽臺坪亞相(磷塊巖、泥巖、白云巖);3.臺地邊緣亞相(含磷塊巖、泥巖、白云巖);4.臺溝亞相(含磷泥巖、白云巖、灰巖);5.深海相帶(含炭泥巖—碳酸鹽巖);6.淺海盆地相區(泥巖、灰巖、白云巖);7.剖面位置/陡山沱組厚度(m);8.古斷裂;9.巖相區(帶)分界線;10.海侵方向;11.陡山沱組等厚線。

圖4 鄂北聚磷區古構造古地理巖組聯剖示意圖Fig.4 Schematic diagram of combined section of sequence paleogeography of phosphorus-accumulating area in northern Hubei1.磷塊巖沉積部位;2.淺海臺地相;3.碎屑巖臺坪亞相;4.碳酸鹽臺坪亞相;5.臺地邊緣斜坡亞相;6.臺溝亞相。

4 關于磷礦來源之說

關于磷礦來源,以葉連俊的觀點[3]有代表性。他認為古揚子海周緣古陸區中—上元古界—太古界地層內的含磷物,經風化剝蝕、化學風化及分解后的磷質物溶于海水再沉淀固結而成礦,此種可能是存在的,如存于Pt2內的磷灰石礦點就有2～3處,武當巖群下巖組為以中酸性為主的雙峰式火山建造,內有細碧角斑質巖漿噴溢和變基性侵入巖,基性巖富P,南華紀冰磧層亦然。

筆者認為,鄂北地區磷礦源自南華紀耀嶺河組(Nhy)基性火山噴發,且噴發于成礦之先。證據是南華紀耀嶺河組(Nhy)火山巖內P2O5含量較高。如大洪山區花山期基性巖中含P2O50.14%～0.4%,許家寨輝綠巖為0.34%～1.27%,鉀鎂煌斑巖為0.62%～1.27%,均等于克拉克值(0.22%)1.5～3.41～4.6倍,為常態海水數十萬倍;碳氟型磷灰石中含F為克拉克值的30倍,超出常態海水15倍以上;磷塊巖之稀土元素Sm/Nd=0.16～0.24,接近于夏威夷堿性玄武之比值(0.18～0.23);荊襄磷礦Z1d礦層內見有少量陸屑(石英、長石的玻—晶屑,且具有烘烤溶蝕邊),在宜昌磷礦中陸屑含量可達2%～15%。

5 磷礦石的成因類型

依礦石的結構構造可反映其成因類型的原則,荊襄磷礦(Z1d期)磷塊巖可分為化學沉積、藻結、后生和再沉積等四個大類和11個亞類[4](見表2)。

荊襄磷礦(及其同期同類)的成因類型為:淺海沉積型磷塊巖礦床Ph1(陡山沱早亞期),礦層為化學、生物化學沉積型;Ph3(陡山沱晚亞期),礦層為再沉積型。其各自的特征歸納如表3。

6 沉積條件及成礦作用方式

6.1 沉積條件

炎熱干燥—溫暖的古氣候適宜藻類生息,有利于磷質析出和凝聚;脈動式緩慢升降及海水進退有利于沉積成礦;淺海臺坪,水深在潮間—潮下淺水區,潮汐作用為主屬有利場所;弱堿性(pH7.5～8)水質適宜磷質析出;藻類古生物繁盛,疊層石十分發育,可促使磷質聚沉、富集及保存。

6.2 成礦作用方式

有藻生物光合作用,藻生物的粘結捕獲作用,藻生物的阻滯抗浪作用以及顆粒再積與成巖淀晶作用等。

7 結語

鄂北聚磷區主要位于上揚子古陸塊北部邊緣的大巴山—大洪山前陸褶沖帶(Ⅱ2-1)及其南北側附近地區,分為神保、大洪山、南漳縣東部、荊襄、隨棗南部等聚磷成礦區帶,具有分布廣、層位多、礦床(點)多、儲量大等特點。鄂北地區的古地理環境及新元古期的晉寧造山運動為磷質來源和凝聚奠定了基礎,造就了以荊襄磷礦為代表的淺海沉積型磷礦床。

表2 磷礦石的成因分類表

注:該表分類以荊襄磷礦研究成果為例。

表3 荊襄磷礦礦床成因類型特征表

[1] 黃琦,韓中央,方旭,等.湖北省鄂北地區成礦遠景區劃報告[R].襄樊:鄂西北地質礦產調查所,2007.

[2] 湖北省地質調查院.湖北省礦產資源潛力評價成果報告[R].武漢:湖北省地質調查院,2013.

[3] 葉連俊.外生礦床陸源汲取成礦論[J].地質科學,1963(2):67-87.

[4] 林因厚,余吉祥,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.

(責任編輯：于繼紅)

Characteristics and Genesis of Phosphate Ore Resources in Northern Hubei

LUO Xue1, HAN Ling1, LUO Hongyan1, LI Fensbuo1, ZHANG Pengfei1, QU Jing1, DONG Yan2, LI Dongmei2

(1.EighthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiangyang,Hubei441002; 2.SuizhouMunicipalLandandResourcesBureau,Suizhou,Hubei441300)

Phosphate ore in northern Hubei is situated in northern margin of uooer Yangtze paleo-land of Dabashan-Hongshan foreland fold thrust belt and and south side near the region.It has characteristics of wide distribution,multiple layers and large reserves.Lithofacies paleogeographic environment belong to shallow sea terrace,Sources of phosphate ore are terrestrial sources and basic volcanic eruption.Genetic types are divided into four types including chemical deposition,algal deposition,epigenetic deposition and redeposition.

phosphate ore; resources situation; sedimentary environment; genetic type; northern Hubei

2015-03-24;改回日期:2015-07-06

羅雪(1972-),女,工程師,化探專業,從事地質礦產勘查工作。E-mail:547704481@qq.com

P619.21+3

A

1671-1211(2016)01-0034-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201601006

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151217.1333.026.html 數字出版日期:2015-12-17 13:33