肖應(yīng)祖，謝家濤，秦 斌，何洪濤，廖傳義

(1.湖北省鄂西北地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所，湖北襄陽 441002;2.四川省達(dá)州鋼鐵公司，四川達(dá)州 635000)

0 引言

荊襄磷礦位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺北緣，與宜昌磷礦、興神磷礦、?？盗椎V共同組成鄂西沉積型磷礦帶。荊襄磷礦發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)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(yùn)輸條件十分便利，經(jīng)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(jī)，近年來，放馬山磷礦、大峪口磷礦先后開展了危機(jī)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(yuǎn)景儲量達(dá)大型規(guī)模的磷礦床。

1 地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

周家沖磷礦處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺中段北緣樂鄉(xiāng)關(guān)地壘中部，其東側(cè)為漢江地塹，西側(cè)為南漳地塹，區(qū)域構(gòu)造線呈北西—南東方向展布(見圖1)。樂鄉(xiāng)關(guān)地壘在后期的構(gòu)造運(yùn)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(zhì)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(yáng)子準(zhǔn)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(zhì)白云巖夾中厚層豆?fàn)畎自茙r。

1.2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造較簡單，基本形態(tài)為平緩的背向斜褶皺構(gòu)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(gòu)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(cè)略向北東傾斜，背斜東翼地層產(chǎn)狀一般在70°～85°∠10°～30°，西翼地層稍陡，產(chǎn)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(chǎn)出有三個磷礦層，這三個磷礦層可與宜昌磷礦、興神磷礦和?？盗椎V的磷礦層進(jìn)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(zhì)圖Fig.1 Regional geologic map

— —整合接觸— —

⑩泥質(zhì)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(zhì)結(jié)核白云巖(Z1d2－5)，厚8～18 m。

灰黑色，薄—中厚層狀，含黑色硅磷質(zhì)結(jié)核和磷質(zhì)砂屑，結(jié)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(zhì)砂屑及硅磷質(zhì)結(jié)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(gòu)造，沉積構(gòu)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(zhì)結(jié)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(zhì)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(tuán)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(zhì)條帶磷塊巖、白云質(zhì)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(zhì)條帶磷塊巖為水下低能環(huán)境的產(chǎn)物，而上部的白云質(zhì)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(chǎn)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(jié)物以泥砂質(zhì)為主，其次為白云質(zhì)。自下而上，礫石有含量降低，滾圓度變好，膠結(jié)物增多的趨勢，且膠結(jié)物由泥砂質(zhì)逐漸變?yōu)榘自瀑|(zhì)。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(zhì)圖Fig.2 Geologicalmap of Zhoujiachong ore district

圖3 荊襄磷礦周家沖礦段152線地質(zhì)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(jìn)序列，但其間存在小規(guī)模局部性的海退。根據(jù)其內(nèi)部的沉積建造及沉積構(gòu)造特征，可劃分出三個由海進(jìn)—海退序列構(gòu)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(jié)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(jìn)—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(jié)果(表2)［2］，礦石的化學(xué)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(fù)相關(guān)。SiO2含量與礦石類型有關(guān)，Ph1礦層中白云質(zhì)條帶磷塊巖和致密狀磷塊巖中的SiO2含量較低，而泥質(zhì)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(xué)成份分析結(jié)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(yīng)力的作用，形成了一系列走向近東西向的隆起和凹陷，神農(nóng)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(jì)，該隆起主要遭受剝蝕［3］。

震旦紀(jì)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(fēng)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(cè)為秦嶺海槽，南側(cè)為長陽淺海盆地，東側(cè)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(cè)從秦嶺海槽上升而來的洋流攜帶豐富的含磷物質(zhì)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(xué)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(nèi)由膠體的聚集作用形成了泥質(zhì)條帶磷塊巖;隨著沉積物的加積，沉積面升至潮間帶內(nèi)，經(jīng)藻生物作用形成了白云質(zhì)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(yùn)動和沉積補(bǔ)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(jié)磷塊巖經(jīng)潮汐流的侵蝕、破碎和粒化后遷移到臺坪淺灘，而后經(jīng)反復(fù)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(zhì)，礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)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(xué)沉積作用為主，所形成的磷塊巖主要為泥質(zhì)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(xué)沉積作用為主，所形成的磷塊巖主要為白云質(zhì)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(jī)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(xué)環(huán)境變化快。該環(huán)境中，促使含磷礦物質(zhì)在較窄的范圍內(nèi)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(bǔ)償作用，古地形變得較平緩，當(dāng)時，在大峪口—周家沖一帶形成一局部的小型臺坪鮞灘，灘內(nèi)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(jié)構(gòu)，分布穩(wěn)定，但品位較低，且當(dāng)海水循環(huán)不好時，礦石中的有機(jī)質(zhì)含量較高。

2.3 找礦標(biāo)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(biāo)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(dāng)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(jī)質(zhì)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(biāo)志。

3 結(jié)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(rèn)為，以后的找礦工作應(yīng)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(cè)，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(yīng)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(jié)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(xué)沉積作用和生物化學(xué)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(jī)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(zhì)勘查工作中應(yīng)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(zhì)勘查的靶區(qū)。

［1］湖北省鄂西北地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)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(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所，2010.

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

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