周家冲磷矿床地质特征及找矿方向探讨

肖应祖，谢家涛，秦 斌，何洪涛，廖传义

(1.湖北省鄂西北地质矿产调查所，湖北襄阳 441002;2.四川省达州钢铁公司，四川达州 635000)

0 引言

荆襄磷矿位于扬子准地台北缘，与宜昌磷矿、兴神磷矿、保康磷矿共同组成鄂西沉积型磷矿带。荆襄磷矿发现于上世纪50年代，由胡集、朱堡埠和冷水三个矿区组成，其中胡集矿区规模最大，为特大型矿床;而朱堡埠、冷水矿区规模较小，属中型矿床。荆襄磷矿地处江汉平原的北部，交通运输条件十分便利，经过50多年的开采，很多矿山资源储量临近枯竭。为了缓解矿山的资源危机，近年来，放马山磷矿、大峪口磷矿先后开展了危机矿山接替资源勘查工作，取得了较好的找矿效果，周家冲磷矿床是大峪口磷矿实施接替资源勘查工作过程中发现的一个远景储量达大型规模的磷矿床。

1 地质特征

1.1 区域地质背景

周家冲磷矿处于扬子准地台中段北缘乐乡关地垒中部，其东侧为汉江地堑，西侧为南漳地堑，区域构造线呈北西—南东方向展布(见图1)。乐乡关地垒在后期的构造运动中受到破坏，其东部发生沉降，被第三系、第四系所掩盖，成为汉江断陷的一部分;西部地层出露完整。其中，震旦系下统陡山沱组为该区乃至整个鄂西地区的含磷岩系，为一套浅海陆棚相含磷白云岩夹磷块岩的岩石组合。

1.2 矿区地质特征

1.2.1 地层

矿区出露地层主要为中元古界崆岭群、震旦系下统陡山沱组和上统灯影组，西北部出露有少量的寒武系下统地层(见图2)。

中元古界崆岭群(Pt2k)主要为肉红色花岗片麻岩，其顶部有少量的绿泥石片岩和粗晶白云岩，该地层属古老的表壳岩系，它是扬子准地台古陆核的一部分。震旦系下统陡山沱组在矿区为一套含磷白云岩夹磷块岩的岩石组合，其沉积特征反映为一海侵层序，根据沉积韵律特征可分为两个岩性段:震旦系上统灯影组为一套厚层白云岩及含燧石条带白云岩的岩石组合;寒武系下统为薄层泥质白云岩夹中厚层豆状白云岩。

1.2.2 构造

矿区构造较简单，基本形态为平缓的背向斜褶皱构造，主要的褶皱有滴水崖背斜和张家冲向斜，矿区主要位于滴水崖背斜的南西翼。滴水崖背斜为一直立倾伏背斜，其构造形态明显，背斜轴向南东倾伏，倾伏角6°～10°左右。背斜轴面在北部近于直立，南侧略向北东倾斜，背斜东翼地层产状一般在70°～85°∠10°～30°，西翼地层稍陡，产状一般为 220°～240°∠25°～40°，且向深部有倾角变大的趋势。

1.2.3 含磷岩系

震旦系下统陡山沱组是矿区的含磷岩系，产出有三个磷矿层，这三个磷矿层可与宜昌磷矿、兴神磷矿和保康磷矿的磷矿层进行对比。陡山沱组与上覆震旦系上统灯影组成整合接触，与下伏中元古界崆岭群成角度不整合接触。含磷岩系剖面如下(见图3):

上覆地层:震旦系上统灯影组，由中—厚层状白云岩、含燧石条带白云岩组成。

图1 区域地质图Fig.1 Regional geologic map

— —整合接触— —

⑩泥质白云岩(Z1d2－6)，厚10 ～45 m。

深灰色，薄层状，水平层理发育，属潮间中低能带。

⑨含硅磷质结核白云岩(Z1d2－5)，厚8～18 m。

灰黑色，薄—中厚层状，含黑色硅磷质结核和磷质砂屑，结核直径一般在0.5～1 cm左右，为潮下低能环境。

⑧上含磷白云岩(Z1d2－4)，厚7～39 m。

深灰色，薄—中层状，水平层理发育，具少量磷质砂屑及硅磷质结核，中部发育一冲刷面。为潮下中低能环境。

⑦第三磷矿层(Z2d2－3，Ph3)，厚3 ～41 m。

主要由砂屑状磷块岩、互层状磷块岩及夹于其间的含磷粉晶白云岩组成，具薄层状、条带状构造，沉积构造十分发育，主要有微波状层理、人字型层理、透镜状层理、微型斜层理等。属潮间中高能带环境。

⑥薄层泥晶白云岩(Z1d2－2)，厚7～37 m。

薄层状，含少量砂屑磷块岩条带及黑色硅磷质结核，属潮间中低能环境。

⑤第二磷矿层(Z1d2－1，Ph2)，厚 0 ～7.44 m，次要磷矿层。

主要由砂岩状磷块岩和互层状磷块岩组成，底部偶见泥质条带磷块岩，其底部界面为假整合面。形成于潮上—潮间带，能量为中—高能环境。

④下含磷白云岩(Z1d1－5)，厚3～80 m。

为中厚层白云岩，偶含肉红色胶磷矿团块及白色燧石，单层厚度大。

③Ph1 磷矿层(Z1d1－4)，厚0 ～12.7 m。

Ph1矿层自下而上主要由泥质条带磷块岩、白云质条带磷块岩、致密状磷块岩组成。其矿石类型的差别反映出不同的沉积环境，下部泥质条带磷块岩为水下低能环境的产物，而上部的白云质条带磷块岩、致密状磷块岩属潮间中高能。

②含锰白云岩及页岩(Z1d1－2+3)，厚0～10 m。

以含锰白云岩为主，局部相变为页岩。页岩成灰黑色，主要成份为水云母，为含锰白云岩的相变产物，分布不稳定。页岩的形成环境为台坪凹地，系水体较深，能量较弱，循环不畅的滞留缺氧环境;而含锰白云岩则形成于台坪中相对凸起的部位，系水体较浅、能量中等、水循环良好的环境。

①底砾岩(Z1d1－1)，厚0 ～15 m。

砾石主要由花岗片麻岩、绿泥石片岩组成，砾石大小不一，分选性及磨圆性均很差，胶结物以泥砂质为主，其次为白云质。自下而上，砾石有含量降低，滚圆度变好，胶结物增多的趋势，且胶结物由泥砂质逐渐变为白云质。其沉积环境可能为滨岸潮上—潮下带。

图2 周家冲矿区地质图Fig.2 Geologicalmap of Zhoujiachong ore district

图3 荆襄磷矿周家冲矿段152线地质剖面图Fig.3 Geological section of 152 line of Zhoujiachong section in Jingxiang phosphate district

角度不整合接触

下伏地层:中元古界崆岭群(Pt2k)，主要为花岗片麻岩，顶部常见粗晶白云岩和绿泥石片岩。

从陡山沱组的岩石组合特征上可以看出，矿区在陡山沱期总体为一海水逐渐变深的海进序列，但其间存在小规模局部性的海退。根据其内部的沉积建造及沉积构造特征，可划分出三个由海进—海退序列构成的次级沉积旋回，①～④层为第一旋回，其底部为不整合面，顶部为假整合面;⑤～⑧层下部为第二旋回，该旋回底部为假整合面，顶部为冲刷面;⑧层上部～⑩层为第三旋回，该旋回始于冲刷面，结束于陡山沱组顶部。这三个旋回都是由局部性的小规模的海进—海退组合而成。

1.3 矿层特征

矿区共有三个矿层，自下而上分别称之为Ph1、Ph2和Ph3，其中以Ph3矿层规模最大，分布最稳定，而Ph1、Ph2规模相对较小，各矿层及矿体的对比特征见表1。

Ph1矿层，成似层状、透镜状，分布于矿区的南部，圈出了一个工业矿体，该矿体长900 m，厚5.19～12.37 m，平均厚 7.28 m，平均品位 23.16%。Ph2 矿层，成似层状、透镜状，共圈出了三个矿体，其中主矿体分布于周家冲一带，两个次要矿体分布在黑冲附近，规模较小。主矿体长度为1 750m，厚2.68 ～7.15m，平均厚度4.66 m，P2O5平均品位18.51%。Ph3矿层，成层状、似层状，圈出了一个工业矿体，该矿体长3 150 m，厚1.34 ～8.63m，平均厚4.48m，P2O5平均品位15.81%［1］。

1.4 矿石的有益有害组份

根据组合样分析结果(表2)［2］，矿石的化学成份主要为氧化物和F，其中有益组份主要为P2O5、F;主要有害组份有MgO、SiO2、Fe2O3，其中MgO含量与 P2O5含量成负相关。SiO2含量与矿石类型有关，Ph1矿层中白云质条带磷块岩和致密状磷块岩中的SiO2含量较低，而泥质条带磷块岩中水云母为主要脉石矿物，SiO2含量较高，Ph3矿层中SiO2含量普遍较高。

表1 周家冲磷矿区各矿层及矿石特征对比一览表Table 1 Schedule of characteristic contrast of each ore bed and ore in Zhoujiachong phosphate district

表2 矿石化学成份分析结果一览表 单位:%Table 2 Schedule of analysis results of chemical composition of ore

2 矿床成因及控矿因素

2.1 矿床成因

新元古界早期，鄂西一带由于受到南北向挤压应力的作用，形成了一系列走向近东西向的隆起和凹陷，神农架—荆门一带的隆起(鄂西古陆)就是其中之一(见图4)。

新元古代南华纪，该隆起主要遭受剥蚀［3］。

震旦纪早期(Ph1沉积期)，该古陆缓慢发生沉降，形成较大规模的海侵，海水逐渐淹没本区，鄂西古陆演化为一大的碳酸盐台地，其沉积环境表现为水体较浅、循环不畅且能量较弱，而长期的风化剥蚀作用使海水中的磷含量较高。

大峪口—周家冲一带位于该台地的东部边缘，其北侧为秦岭海槽，南侧为长阳浅海盆地，东侧为次深海盆地，这种地理环境有利于磷的沉淀和聚集。北侧从秦岭海槽上升而来的洋流携带丰富的含磷物质来到大峪口—周家冲一带时，由于升温、降压及CO2的大量逸出等地球化学条件的变化，促使磷酸盐溶液的过饱和而发生沉淀。开始，在相对低凹的潮下低能带内由胶体的聚集作用形成了泥质条带磷块岩;随着沉积物的加积，沉积面升至潮间带内，经藻生物作用形成了白云质条带磷块岩。二者共同组成了第一磷矿层。

陡山沱晚期(Ph3沉积成矿期)，由于地壳运动和沉积补偿作用，在该区形成了台坪浅滩，于滩外由前期所形成的磷块岩(Ph1)软泥或半固结磷块岩经潮汐流的侵蚀、破碎和粒化后迁移到台坪浅滩，而后经反复簸选形成了第三磷矿层。

2.2 控矿因素

荆襄磷矿属沉积型磷块岩矿床，含矿地层基本没有发生变质，矿区地质构造比较简单，控矿因素主要为岩相古地理条件，其对矿床的控制作用主要表现在以下几个方面:

图4 鄂西磷矿带陡山沱期岩相古地理图Fig.4 Paleogeographic map of lithofacies in Doushantuo group

(1)对矿石类型的控制。不同的沉积环境所形成的磷块岩自然类型不一样，Ph1矿层沉积的早期，沉积成矿作用主要发生在潮下带，沉积作用以化学沉积作用为主，所形成的磷块岩主要为泥质条带磷块岩;Ph1矿层沉积的晚期，沉积作用主要发生在潮间带，以生物化学沉积作用为主，所形成的磷块岩主要为白云质条带磷块岩和致密状磷块岩(叠层石磷块岩);Ph3成矿期，沉积环境主要为台坪浅滩，沉积作用以机械沉积作用为主，所形成的磷块岩主要为砂屑磷块岩。

(2)对矿层分布、延展特征的控制。古地形对矿层分布的稳定性有明显的控制作用。

Ph1矿层沉积期，周家冲矿区一带位于台边的边缘，地形特征为西北高，东南低(见图5)，地形起伏大，地球化学环境变化快。该环境中，促使含磷矿物质在较窄的范围内沉积，因此所形成的磷块岩品位较高，但在走、倾向上的变化较大。

Ph3矿层沉积期，由于沉积补偿作用，古地形变得较平缓，当时，在大峪口—周家冲一带形成一局部的小型台坪鲕滩，滩内地形起伏较小，沉积环境变化较慢。在这种环境下形成的磷块岩，具鲕粒或砂屑结构，分布稳定，但品位较低，且当海水循环不好时，矿石中的有机质含量较高。

2.3 找矿标志

周家冲磷矿主要受地层控制，地层和岩石为最重要的找矿标志。

图5 鄂西陡山沱早期联合剖面图Fig.5 Combined profile of early Doushantuo

(1)对Ph1矿层，当陡山沱组下段各地层单元发育完整，则常指示有该矿层的发育。

(2)Ph1矿层底部含有机质页岩(杂色页岩)，对Ph1的发育程度有较好的指示作用。

(3)对于Ph3矿层来说，有台坪浅滩环境的存在，是指示该磷矿层存在的最好标志。

3 结论

3.1 找矿方向

本次勘查的成果显示，荆襄磷矿周边找矿潜力巨大，笔者认为，以后的找矿工作应布署于以下地段:

(1)荆襄磷矿胡集矿区牛心寨矿段、王集矿段和龙会山矿段的深部有较好的找矿前景。

(2)牛心寨矿段的西北侧，是荆襄磷矿和邓家崖磷矿的过渡部位，邓家崖磷矿的含矿层位为震旦系上统灯影组，该区有两个含磷层位，即震旦系上统灯影组和下统陡山沱组，找矿前景十分优越。

(3)胡集矿区和朱堡埠矿区之间的断陷盆地，其长度约12 km，受断层作用影响，地层发生沉降，磷矿层地表露头在此断开，此处是重要的找矿靶区。

在荆襄磷矿一带寻找深部磷矿体时，不但要注意Ph1、Ph3矿层，同时对Ph2矿层存在的局部膨大部位也应引起重视;此外，灯影组中的含磷层也是潜在的含矿层位，也有形成大中型磷矿的条件，如南漳邓家崖磷矿、随州连三坡磷矿等。

3.2 主要结论

(1)荆襄磷矿的深部，Ph1、Ph2和Ph3磷矿层有较稳定的延伸，但总体有品位降低、厚度变薄的趋势，具体到各个矿层，这种变化规律差异明显，Ph3变化较慢，Ph1变化较快，而Ph2则在局部变厚。

(2)Ph1矿层形成于潮下—潮间中低能环境，主要由化学沉积作用和生物化学沉积作用所形成;Ph3矿层形成于潮间中高能环境，主要由机械沉积作用所形成。

(3)Ph2矿层在深部的局部地段，可形成较大的矿体，在以后地质勘查工作中应引起注意。

(4)牛心寨矿段深部、王集矿段深部、龙会山矿段深部和南泉断陷盆地是以后地质勘查的靶区。

［1］湖北省鄂西北地质矿产调查所.湖北省钟祥市大峪口磷矿接替资源勘查报告［R］.襄阳:湖北省鄂西北地质矿产调查所，2010.

［2］湖北省第八地质大队.湖北省钟祥县荆襄磷矿胡集矿区大峪口矿段详细勘探地质报告［R］.襄阳:湖北省鄂西北地质矿产调查所，1979.

［3］林因明，余吉祥，张万玉，等.湖北省荆襄磷矿地质特征及成矿规律［R］.襄阳:湖北省鄂西北地质矿产调查所，1986.