湖北省鐘祥市大峪口深部磷礦地質特征及找礦遠景

王 鼎, 丁宏偉, 肖應祖, 張 聰

(湖北省地質局 第八地質大隊,湖北 襄陽 441002)

湖北大峪口深部磷礦床位于鐘祥市胡集鎮境內,荊襄磷礦胡集礦區大峪口礦段的南西部,屬荊襄磷礦田的一部分。礦段呈北西—南東方向延長,面積7.2 km2。南東與蓮花山礦段相鄰,北東與周家沖礦段相鄰,北與龍會山礦段相接。2008年原湖北省鄂西北地質礦產調查所對大峪口礦段南西深部開展了危機礦山接替資源勘查工作,找礦工作取得較大突破,截至2010年,該礦床新增資源量4 500余萬t。2012年湖北省地質局第八地質大隊在該地區開展了荊襄磷礦整裝勘查工作,對荊襄磷礦大峪口礦段(含大峪口磷礦接替資源勘查區)的磷礦層向南西深部的延伸情況進行了勘查工作。

1 礦區地質背景

本區大地構造位置屬揚子陸塊區(Ⅰ級)北緣上揚子陸塊(Ⅱ級)、上揚子陸塊褶皺帶(Ⅲ級)之樂鄉關斷隆(Ⅳ級)中部。其東側為漢江地塹,西接南漳地塹。區域構造線呈北西—南東方向分布。區內地層除侏羅系、白堊系、奧陶系外,由中元古界崆嶺群至寒武系、第四系均有出露,構造發育程度從總的來看,北部構造比較簡單,以單斜及寬緩的褶皺為主,南部構造比較復雜,褶皺及斷裂均比較發育。

1.1 地質特征

礦區地層有中元古界崆嶺群、震旦系下統陡山沱組和上統燈影組下段及寒武系地層,地表僅出露震旦系上統燈影組上段及寒武系地層。中元古界崆嶺群(Pt2k)主要為花崗片麻巖,局部見綠泥石片巖和粗晶白云巖;震旦系下統陡山沱組(Z1d)是賦礦地層,為一套海相碳酸巖夾磷酸巖的巖石組合,震旦系上統燈影組(Z2∈1d)為一套淺海相厚層白云巖及硅質條帶白云巖;寒武系(∈)為一套淺海相薄—中厚層泥質白云巖、砂質白云巖,底部發育腎狀白云巖(圖1)。

1.2 礦區構造

礦區構造為一單斜,屬于滴水崖背斜的南西翼,滴水崖背斜軸部位于大峪口礦段滴水崖—放馬山—南泉一帶,為一寬緩直立背斜,背斜東翼地層向北東傾斜,傾向70°～85°,傾角10°～30°,西翼傾向220°～240°,傾角35°。背斜核部出露中元古界崆嶺群,向兩側依次出露震旦系、寒武系、奧陶系和志留系下統地層(圖1、圖2)。

2 礦體地質特征

2.1 含磷巖系

震旦系下統陡山沱組是礦區的含磷巖系,為一套海相沉積白云巖夾磷塊巖的巖石組合,局部夾陸源碎屑巖,它發育于大的侵蝕面之上,位于海侵巖系的底部,簡要巖性特征如表1。

陡山沱組含磷巖系由海相沉積白云巖、磷塊巖、頁巖和底礫巖組成,以白云巖為主,約占85%,頁巖和底礫巖約占8%,磷塊巖約占7%。

圖1 湖北省鐘祥市大峪口深部磷礦地質圖Fig.1 Geological map of deep phosphate rock in Dayukou,Zhongxiang city1.中元古界崆嶺群;2.震旦系下統陡山沱組下段;3.震旦系下統陡山沱組上段;4.震旦系上統燈影組下段;5.震旦系上統燈影組上段;6.寒武系下統;7.第一磷礦層;8.第二磷礦層;9.第三磷礦層;10.地質界線;11.地層產狀;12.正斷層;13.逆斷層;14.性質不明斷層;15.除皮山向斜;16.張家沖向斜;17.滴水崖背斜;18.勘查線剖面;19.礦段分界線。

2.2 磷礦層特征

礦區陡山沱組含磷巖系共有四個磷塊巖相對富集的層位,由下至上依次為第一磷礦層(Ph1)、第二磷礦層(Ph2)、第三磷礦層(Ph3)和第四磷礦層(Ph4),具有工業價值的有Ph1、Ph2、Ph3磷礦層,Ph4為含磷白云巖,僅具層位意義,是礦區的標志層之一。

第一磷礦層(Ph1)分布于震旦系陡山沱組下段中部,直接底板為含錳白云巖或頁巖,直接頂板為含磷白云巖。下距陡山沱組下段底界的標志層底礫巖10～20 m之間。磷礦層在礦區相對穩定、連續,總體上南部磷礦層好于北部;Ph1磷礦層一般厚度1.29～8.10 m,P2O5質量分數18.46%～24.35%。

第二磷礦層(Ph2)分布于震旦系下統陡山沱組下段與上段的過渡部位,礦層的直接底板為厚層含硅、磷團塊的白云巖,直接頂板為薄層含磷泥晶白云巖。上距第三磷礦層底界6～22 m之間。磷礦層在礦區相對穩定、連續;Ph2磷礦層一般厚度1.14～10.69 m,P2O5質量分數17.08%～22.68%。

第三磷礦層(Ph3)產出于震旦系下統陡山沱組上段中部,在勘查區內屬次要磷礦層,直接頂、底板巖性均為含磷泥晶白云巖。上距第四磷礦層底界22～32 m。磷礦層在礦區具有延伸穩定、厚度薄、品位較低的特點。

圖2 大峪口深部磷礦136勘查線地質剖面圖Fig.2 Geological profile of 136 exploration line of deep phosphate rock in Dayukou1.震旦系下統陡山沱組下段;2.震旦系下統陡山沱組上段;3.震旦系上統燈影組下段;4.震旦系上統燈影組上段;5.寒武系下統;6.寒武系中統覃家廟組;7.第一磷礦層;8.第二磷礦層;9.第三磷礦層;10.白云巖;11.含磷白云巖;12.花紋狀白云巖;13.泥質白云巖;14.燧石條帶白云巖;15.鉆孔;16.平行不整合界線。

表1 陡山沱組地層柱狀簡表Table 1 Columnar simple table of Doushantuo Formation

地層系統系統階段代號巖性特征與下伏地層接觸關系厚度/m含礦性震旦系下統陡山沱階上段下段Z1d2-6深灰色薄層泥晶白云巖，磷含量較低整合17～23Z1d2-5灰色含硅磷結核泥晶白云巖整合5．0～14Z1d2-4深灰色薄層狀含磷條帶白云巖，硅質含量較高整合22～32Z1d2-3磷塊巖，第三磷礦層整合0～8．0次要磷礦層Z1d2-2深灰色薄層狀含磷條帶白云巖整合6．0～22Z1d2-1磷塊巖，第二磷礦層假整合0～13次要磷礦層Z1d1-5灰白色厚層狀含硅、磷質團塊白云巖整合13～30Z1d1-4磷塊巖，第一磷礦層整合0～8．0主要磷礦層Z1d1-2+3含錳白云巖，局部地段頂部見頁巖整合14～20Z1d1-1角礫巖，礫石以花崗片麻巖為主不整合10～11

Ph3磷礦層一般厚度1.05～7.32 m,P2O5質量分數15.03%～17.92%。

2.3 磷礦體特征

Ph1:礦層在勘查區內可圈出兩個磷礦體,分別稱為Ph1-Ⅰ和Ph1-Ⅱ,其中Ph1-Ⅰ磷礦體規模較大,而Ph1-Ⅱ由單工程控制,工業價值不大。

Ph1-Ⅰ:呈層狀、似層狀,礦體平面為不規則狀,沿傾向及走向均有一定變化,礦體長約1 650 m,寬約500 m,礦體平均厚5.93 m,P2O5平均品位為22.96%,礦體總體產狀為240°∠26°～33°,礦體賦存標高為-171～-848 m。

Ph1-Ⅱ:該礦體為一單工程控制的透鏡狀礦體,礦體的平面形態為菱形,長約400 m,寬約200 m,礦體厚1.29 m,P2O5品位為18.46%。

Ph2:礦層內圈出一個磷礦體,礦體呈似層狀,長2 630 m,寬約500 m,礦體平均厚4.93 m,P2O5平均品位為19.35%,礦體的總體產狀為245°∠25°～35°,礦體賦存標高為-211～-812 m。

Ph3:礦層內圈出一個磷礦體,礦體呈薄板狀,礦體長約3 100 m,寬約500 m,平均厚2.68 m,P2O5平均品位為15.72%,屬低品位薄礦體,且有向深部延伸礦體厚度變薄、品位變低的趨勢。礦體賦存標高為-40～-896.8 m。

3 礦石質量特征

3.1 礦物成分

礦石的礦物成分主要由磷酸鹽礦物、碳酸鹽礦物及硅酸鹽礦物組成。

磷酸鹽礦物主要為微晶磷灰石,一般含量30%～90%,鏡下觀察磷灰石呈膠狀集合體混以微量的粘土礦物、泥晶碳酸鹽礦物、鐵質氧化物和炭質物等雜質。單偏光鏡下呈灰褐色、灰黑色,正偏光下顯均質性弱非均質性。

碳酸鹽礦物主要以白云石為主,含少量方解石,一般含量5%～60%,是礦石中的主要脈石礦物,鏡下觀察為微晶—粉晶結構,少量為細晶結構,微晶粒徑0.01～0.03 mm,粉晶在0.03～0.06 mm,細晶在0.06～0.15 mm,以膠結物的形式充填于磷質砂屑孔隙中。硅酸鹽礦物主要為石英、玉髓、粘土礦物,含量一般為7%～60%。其中粘土礦物含量為5%～30%,玉髓、石英含量5%～30%,玉髓、石英常呈隱晶質或微晶集合體呈條帶狀與白云巖互層;石英呈微晶粒狀,粒徑0.01～0.02 mm左右,散布于磷塊巖中,局部呈不等粒鑲嵌結構,粒徑0.2～0.5 mm。粘土礦物常呈細分散狀分布于磷質砂屑表面或砂屑間,也常呈隱晶質、顯微磷片狀相對集中成條帶狀與磷質條帶互層分布。

三類礦物在礦石中所占比例互為消長,總量占礦石礦物總量的95%以上,其他微量礦物,如黃鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦、炭質等,含量甚微,呈微細粒狀、星散狀機械混入,散布在磷石粒屑間。

3.2 礦石的化學成分

(1) Ph1磷礦石的化學成分,礦石中有用組分主要為P2O5,含量為19.55%～24.13%,平均21.84%,有害組分有MgO、Al2O3、Fe2O3和SiO2。MgO含量為1.35%～9.88%,平均為5.62%;Al2O3含量為0.69%～5.12%,平均為2.91%;Fe2O3含量為0.7%～1.61%,平均為1.16%;SiO2含量為2.91%～21.56%,平均為12.24%,礦石在不同自然類型的礦石中含量差別較大(表2)。

(2) Ph2磷礦石的化學成分,礦石中有用組分主要為P2O5,含量為20.15%,有害組分有MgO、Al2O3、Fe2O3和SiO2。MgO含量為2.82%,Al2O3含量為0.36%,Fe2O3含量為0.51%,SiO2含量為34.75%。

(3) Ph3磷礦石的化學成分,礦石中有用組分主要為P2O5,含量為19.42%,有害組分有MgO、Al2O3、Fe2O3和SiO2。MgO含量為5.70%,Al2O3含量為0.65%,Fe2O3含量為0.68%,SiO2含量為23.55%。

表2 大峪口礦段深部礦床礦石化學成分表(%)Table 2 Chemical composition table of Dayukou mine deep ores

3.3 礦石的結構、構造

礦石結構主要為膠狀結構、砂巖結構。

膠狀結構:由磷酸鹽膠體沉積形成的一種質地均一結構,偏光顯微鏡下顯均質性或弱非均質性,其礦物成分主要為膠磷礦,集合體形態呈凝膠狀。具這種結構的磷礦石系由磷酸鹽溶液以化學方式直接從海水中凝聚析出而成,形成環境具有水較深、閉塞、能量較弱的特征,以潮下帶為主。

具膠狀結構的磷塊巖常呈條帶狀、條紋狀與泥質條帶或白云質條帶相間排列,分別形成泥質條帶磷塊巖或白云質條帶磷塊巖。

砂巖結構:膠磷礦集合體呈砂屑狀,粒徑0.3～0.8 mm,平均約0.4 mm,磨圓度中等,分選性好,膠結物為亮晶白云石,粒徑約0.01～0.05 mm。膠磷礦砂屑中還分布有環狀石英、玉髓,砂屑周圍分布有重結晶作用而形成的磷灰石晶粒。因后期的硅化作用,使得這種結構的礦石中硅質含量普遍較高,一般在20%以上。具砂巖結構的礦石主要產于第三磷礦層(Ph3)和第二磷礦層的頂部,它形成于潮間高能環境。

礦石構造主要為條帶(條紋)狀構造和塊狀構造。

條帶(條紋)狀構造:礦石礦物膠狀磷灰石集合體與脈石礦物(白云石、硅質礦物、粘土礦物)集合體各自相對集中,形成寬2～5 mm的條帶,沿大致平行層理方面交替重復出現;或者薄層狀磷塊巖與薄層狀含磷白云巖(硅質巖)互層。根據脈石礦物條帶成分的不同,可分為白云質條帶、泥質條帶和硅質條帶,它們是劃分礦物自然類型的重要依據。

塊狀構造:由微晶磷灰石(膠磷礦)與少量的脈石礦物均勻混生而構成,無各自相對集中的現象。礦石中膠磷礦含量為80%～95%,脈石礦物為少量的白云石、方解石和微量的石英、玉髓、水云母、鐵質等。

3.4 礦石類型

勘查區內磷礦石自然類型較多,不同的礦石類型,其礦物成分有明顯的差異。現按不同的礦石類型,對礦物成分作簡要介紹。

3.4.1 致密狀磷塊巖

產于Ph1礦層中,礦石呈紫醬色或灰黑色,弱脂肪光澤,硬度中等,性脆,邊棱處微透明,頗似玉髓,常含規則狀的白云巖團塊。具膠狀、隱晶質纖維狀、球粒狀結構,致密塊狀構造。礦石主要由膠磷礦組成,膠磷礦成纖維狀或球粒狀,其含量80%～95%,其次有少量的白云石、玉髓。

3.4.2 白云質條帶磷塊巖

產于Ph1及Ph2礦層中,Ph1礦層中所見白云質條帶磷塊巖,條帶密集,但寬度較小;而Ph2礦層中所見白云質條帶磷塊巖,條帶稀疏,但寬度較大(照片1)。

照片1 白云質條帶磷塊巖(Ph1)(紫醬色條帶為磷塊巖條帶,灰白色條帶為白云石條帶)Photo 1 Dolomitic banded phosphorite

礦石主要由致密狀磷塊巖礦條帶和含磷白云巖條帶相間排列而組成,條帶寬2～10 mm,連續性好,P2O5含量在21%～25%左右。白云質條帶磷塊巖具膠狀—隱晶質及假鮞狀結構,條帶狀構造,其中致密狀磷塊巖條帶呈深灰或紫醬色,主要由膠狀、假鮞狀膠磷礦組成,含量60%～70%,其次為白云石,另含少量的方解石及石英、玉髓、褐鐵礦、水云母等;含磷白云巖條帶呈淺灰—灰白色,主要由微晶—細晶白云石(70%～85%)、膠磷礦(10%～20%)組成。

3.4.3 泥質條帶磷塊巖

產于Ph1礦層中,由致密狀磷塊巖條帶和泥質條帶相間密集排列而成,其P2O5含量18%～33%,一般23%～28%左右。具膠狀—隱晶質結構,條帶狀構造。致密狀磷塊巖條帶呈紫醬色,寬一般2～4 mm,泥質條帶常呈土黃—黃褐色,寬一般2～3 mm;致密狀磷塊巖條帶主要由膠磷礦、細晶磷灰石組成,含量達75%～90%,其次為白云石,泥質條帶主要由水云母、絹云母構成,含量65%～80%,另含少量石英、長石、白云石、方解石、高嶺石及鐵質等(照片2)。

照片2 泥質條帶磷塊巖(Ph1)(紫醬色條帶為磷塊巖條帶,土黃色條帶為泥質條帶,灰白色條帶為硅質條帶)Photo 2 Argillaceous banded phosphorite

3.4.4 砂巖狀磷塊巖

產于Ph2及Ph3礦層中,礦石呈淺灰、灰、灰黑色,薄—中層狀,個別具交錯層理,黑色磷質細點(砂屑狀膠磷礦顆粒)與淺色脈石礦物混生構成砂巖狀結構特征,砂巖狀礦石外觀粗糙,具不等粒結構,鏡下觀察具假鮞狀—變假鮞狀結構,塊狀或條帶狀構造,以條帶狀構造為主。

3.4.5 互層狀磷塊巖

主要產于Ph3礦層中,砂巖狀磷塊巖與含磷泥晶白云巖薄層互層構成互層狀磷塊巖,砂巖狀磷塊巖條帶厚2～20 mm,所占比例為30%～40%左右(目估),P2O5含量12%～15%。

4 礦床成因

4.1 成礦時代

大峪口深部磷礦屬沉積型磷塊巖礦床,成礦與成巖同時進行,后期構造對礦層的影響微弱,只是破壞了礦層的連續性。荊襄磷礦田有三個工業磷礦層,Ph1形成于震旦紀早世陡山沱期的早期,Ph2和Ph3礦層形成于震旦紀早世陡山沱期的中、晚期。

4.2 成礦物化條件

根據前人研究[1],荊襄磷礦形成于古陸前緣的碳酸鹽臺坪環境,屬潮下—潮間帶環境,海水的鹽度為正?！⑾袒?Eh值屬還原—弱氧化,pH值屬弱堿性環境,水循環差—良好。

4.3 成礦機制及成礦作用

4.3.1 成礦機制

(1) 豐富的物質來源。陡山沱期,大峪口磷礦有著十分豐富的磷質來源。來源之一,礦田北側秦嶺造山帶在南華紀晚期產生了大規模的火山噴發活動,使大量地幔巖漿中的P2O5進入海水,然后隨洋流的活動到達礦田,資料顯示,礦田北側南華系耀嶺河組基性火山巖一般含P2O5為0.51%～0.59%,為正常海水中磷含量的數萬倍。來源之二,陸源風化聚集,華中古陸在陡山沱組磷礦形成之前,長期接受風化剝蝕,使巖石中大量的P2O5被淋濾溶解出來,并聚集于臺地周邊的較深海盆中,然后經上升洋流帶到臺地而成礦。

(2) 有利的古氣候條件。陡山沱期,礦田一帶的古緯度平均值為9.6°～37.4°,與洋流上升成磷理論關于磷礦分布的古緯度值范圍(3°～42°)一致。這種溫暖的氣候條件下,適宜藻類生物的繁衍,為磷質的析出、聚沉提供了良好的條件。

(3) 有利的古構造、古地理條件。晚震旦世陡山沱期,礦田一帶屬構造穩定期,無急劇的地殼升降運動發生。這既滿足了磷質緩慢聚沉的需要,又使含磷巖系具有多旋回結構、多期次成礦的直接原因。

陡山沱期,礦田一帶為淺海臺地(圖3),屬水深較淺的潮下—潮間帶環境,以潮汐作用為主。臺地與東側、北側及南側的深海盆地連通性好,磷質供給充裕,為磷塊巖的形成提供了良好的古地理條件。

(4) 良好的水介質條件。根據礦田一帶陡山沱期的巖石組合特征分析,成磷期的介質為弱堿性,還原—弱氧化環境,這種介質環境十分適合于膠磷礦的凝聚析出。

圖3 鄂西磷礦帶陡山沱期巖相古地理圖Fig.3 Lithofacies palaeogeographic map of Doushantuo Formation in the western Hubei phosphate rock belt1.碎屑巖臺坪亞相(含白云巖的砂泥巖);2.碎屑巖臺坪亞相(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(含磷塊巖、泥巖、灰巖);5.碎屑巖臺坪亞相(磷塊巖、泥巖、白云巖);6.深海亞相(含碳泥巖—碳酸鹽巖);7.古斷裂;8.地名(陡山沱組厚度);9.海浸方向;10.陡山沱組等厚線;11.巖相區帶分界線;12.大峪口深部磷礦區位置。

4.3.2 成礦作用

礦區中發育Ph1、Ph2和Ph3三個礦層,這三個礦層的礦石類型不同,其成礦作用也不同。

Ph1礦層的成礦作用可分為兩期:早期,以膠體凝聚作用為主,形成了分布相對穩定的泥質條帶磷塊巖和白云質條帶磷塊巖,為潮下帶環境;晚期,以生物化學沉積作用為主,形成了致密狀磷塊巖,其變化較大,為潮間帶環境。

Ph3礦層的沉積環境為臺坪淺灘,成礦作用主要為機械沉積作用,即早期所形成的磷塊巖經潮汐、波浪作用,被侵蝕、破碎和?；筮w移到臺坪淺灘,然后再沉積而形成。

Ph2礦層兼具Ph1和Ph3礦層的礦石類型,因此其成礦作用既有化學沉積作用,也有機械沉積作用。

5 找礦遠景

大峪口磷礦為海相沉積礦床,具有范圍廣、連續性好、礦層相對穩定的特點,因此,在礦區周邊范圍有新發現磷礦的可能;在礦區南東側,W136勘查線上最西側的ZK13611中,Ph1礦層見礦厚度為8.10 m,Ph2礦層見礦厚度為10.69 m,相鄰的W128勘查線,最西側的鉆孔中Ph1礦層的見礦厚度為4.2 m,說明在這一帶,磷礦層延伸穩定,厚度大,有良好的找礦前景(圖4)。

圖4 大峪口礦段深部普查區Ph1礦層深部找礦遠景區圖Fig.4 Deep prospecting area map of Ph1 ore layer in Dayukou deep census area1.鉆孔位置;2.鉆孔編號及Ph1礦層厚度;3.勘查線位置及編號;4.礦層厚度值>5 m區域;5.礦層厚度值1～5 m區域;6.礦段分界線。

6 結論

大峪口深部磷礦位于胡集礦區大峪口礦段的深部,賦礦地層為陡山沱組,共發育三個磷礦層,自下而上分別稱為Ph1、Ph2和Ph3,其中以Ph1礦層規模最大,品位最高,為主礦層。礦層呈層狀、似層狀,產狀與地層產狀一致,總體產狀約245°∠30°左右。

大峪口深部磷礦屬沉積型磷塊巖礦床,它形成于古陸前緣的碳酸鹽巖臺坪環境,有利的水深條件為潮下—潮間帶,早期以化學及生物化學沉積為主,晚期以機械沉積作用為主。

已有資料顯示,礦區的東南部磷礦層延伸穩定,厚度大,因此,這一帶有較好的找礦前景。

[1] 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律[R].襄陽:湖北省地質礦產局第八地質大隊,1986.