马桥磷矿区逆冲断层特征及找矿潜力

曾德军

中化地质矿山总局湖北地质勘查院，湖北 武汉 430070

马桥磷矿区是湖北省保康磷矿聚集区的主要组成部分，是鄂西主要磷矿区之一，马桥磷矿区由于逆冲断层的作用形成多条磷矿带，划分多个矿区。20 世纪八十至九十年代，马桥矿区进行过磷矿勘查，但整体勘查程度较低；2000年以后陆续有十多家矿山进行开采，目前多数矿山已面临资源枯竭的境地。以往勘查和研究工作主要针对磷矿体，对构造与磷矿层的相关性研究较少，本文在前人对推履构造和逆冲断层研究[1-9]基础上，分析前期勘查和矿山开采现状调查成果[10-14]，重点对区内逆冲断层及其对磷矿体的影响进行研究，提出磷矿找矿方向，以期对该区磷矿寻找接替资源提供依据。

1 地质概况

湖北省保康磷矿位于扬子准地台北缘龙门-大巴台缘褶皱带东端。位于次级构造神农架断穹北沿。马桥磷矿区内出露地层有元古界天花群会龙湾组（Pth）、石家冲组（Pts）、神农架群大岩坪组（Ptd）、乱石沟组（Ptl）、上南华统南沱组（Nh2n）、上震旦统陡山沱组（Z1d）、上震旦统灯影组（Z2dn）、古生界下寒武统宝石坡组（Є1b）以及新生界古近系（E）、新近系(N)、第四系（Q）。其中天花群会龙湾组为一套泥质白云岩、白云岩；天花群石家冲组为一套石英砂岩、含叠层石白云岩、白云岩夹绢云母片岩；神农架群大岩坪组为一套绢云母板岩、含炭绢云板岩、砂砾岩；神农架群乱石沟组为一套白云岩；南沱组为角砾岩；陡山沱组为一套含锰白云岩、含磷泥岩、磷块岩、含磷白云岩、硅质白云岩等岩性组合，磷矿层主要赋存于该组下部；灯影组为一套硅质白云岩、层纹层状白云岩；宝石坡组为一套白云岩；古近系、新近系为一套砾岩、砂砾岩、钙质粉砂岩；第四系主要为粉土、砂、砾（卵）石等。

区内褶皱主要为孙溪滩背斜。断层发育有三组：近东西向、北西-南东向、北东-南西向。其中近东西向逆冲断层规模大，对磷矿体破坏严重。

区内未见岩浆岩出露。变质作用仅限于元古界地层的轻微变质。

2 逆冲断层特征

2.1 逆冲断层的平面特征

马桥磷矿区逆冲断层有6 条F1、F2、F3、F8、F10、F11，规模较大的有F1、F2、F3、F8，其中F1、F2、F8往东部与北西-南东向平移断层F21相交，并受F21断层限制（图1）。

各断层延伸规模、产状及地表地层接触特征见表（表1）。其中F3、F8推测为同一条断层，只是在中部受北东和北西向断层切割成东西两段，西段为F3，东段为F8。F8与F10断层之间发育一开阔对称、宽缓的褶皱-孙溪滩背斜，背斜轴向近东西，向东倾伏，区内延伸约7.5km。

图1 马桥磷矿区地质图Fig.1 Geological Map of phosphorus mining area of Maqiao

表1 逆冲断层特征一览表Table 1. Characteristic table of thrust faults

上述逆冲断层在平面上呈近东西向平行排列，具有相近的破坏特征，产状接近。由于逆冲断层破坏作用使得区内含磷岩系及其上、下地层多次重复，在地表形成四条近于平行的磷矿带。从地表揭露情况看，断层破碎带一般较小，其中可见断层泥、断层角砾岩、碎裂岩等；靠近断层的上盘地层形成较复杂的复式褶皱，地层变陡甚至直立或倒转；下盘地层受断层影响相对较小，一般保持原有的产状。远离断层的产状较稳定，变化小。规模较小的F10、F11断层影响范围小，破坏作用相对较弱。

2.2 逆冲断层的剖面特征

该组逆冲断层从剖面上显示从北向南逆冲，呈叠瓦状排列（图2）。

图2 马桥磷矿区A－A′剖面图Fig.2 A-A' section of phosphorus mining area of Maqiao

F1断层断距最大，推测推移距离约4000m，元古界神农架群大岩坪组压履于上震旦统灯影组第三段或下寒武统之上。F2断层推测推移距离约3000m，元古界天花群会龙湾组或石家冲组压履于上震旦统灯影组之上；F3断层推测推移距离约700m，元古界神农架群大岩坪组压履于上震旦统灯影组之上。F8断层推测推移距离约250m，元古界天花群石家冲组下部压履于上部地层之上。F10和F11断层推测推移距离30～40m。

这组逆冲断层从北至南规模逐渐变小，产状变陡，破坏程度从轻至重，显示逆冲断层的扩展顺序是从南至北，早期形成的断层由于受后期构造活动影响，断层两侧地层变形更强烈，破坏范围更大。

以逆冲断层对四条不同磷矿带的破坏情况来说，从北到南，北部洞河矿区矿体产状较稳定，有少量褶皱出现；往南至菜子内岭矿区矿体产状基本稳定，但产状变化明显增大；再往南至马桥矿区，矿体产状出现较大变化，局部变陡，层间褶皱明显增多；至南部寨沟矿区，矿体产状极不稳定，局部直立或倒转，微小褶皱非常发育。

3 逆冲断层对磷矿体的影响

（1）受逆冲断层及伴生褶皱的影响，使得含磷岩系多次重复。在压应力作用下，磷矿体及其上下地层受剪切作用被切断，并沿断层面逆冲推移，使得磷矿体抬升几十米至几千米，通过后期风化剥蚀，在平面上形成多条近于平行的磷矿带，局部形成工业磷矿体，即马桥磷矿区的洞河矿区、菜子岭矿区、马桥矿区、寨沟矿区和秦蔡垭矿区等。

（2）受逆冲断层影响，区内磷矿体产状发生较大变化，特别是往南部，磷矿体受多期应力作用，产状变化大，局部近直立，甚至倒转，或呈竖直方向的“S”型，给矿山开采带来难度。

（3）受逆冲断层的破坏使得工业磷矿体并不连续，局部厚度变化大，部分地段矿体尖灭。笔者所在团队分析局部地段矿体厚度变化及尖灭可能与逆冲断层影响有关。在逆冲断层形成的构造活动期间，由于挤压应力的不均匀性，使得能干性较弱的磷块岩在能干性较强的白云岩之间缓慢蠕动，挤压应力大的地段磷矿层厚度变小，甚至尖灭，挤压应力弱的地段磷矿层厚度会增大。在对矿山进行现状调查过程中，经常发现这种现象，磷矿体呈明显的楔形，在磷块岩与底板白云岩接触面上，形成光滑的“镜面”（不同于一般的断层面），这应该是磷块岩在层面间缓慢滑动形成的。在对勘查资料及矿山现状调查资料分析研究中也发现，一般大厚度矿体出现的地段附近往往伴随有厚度急剧变薄甚至尖灭的地段。在矿山开采过程中也发现了这样的情况，如地表未见矿，在深部300m 范围内发现十多米厚的磷矿体。这种现象的出现与逆冲断层活动有密切关系。

4 区内磷矿找矿潜力

马桥磷矿区含磷岩系完整，但工业矿体并不连续，以往调查或勘查工作显示地表含磷岩系地段存在大范围不可采区。通常认为工业磷矿体尖灭缺失是由于沉积环境的影响，与岩相古地理关系密切[15]。通过对已开采磷矿区现状调查及磷矿体分析研究，笔者推测矿体的厚度变化与尖灭除与岩相古地理环境变化有关外，可能与逆冲断层活动有关。由于逆冲断层同期构造活动的影响，磷矿体可能在顶底板间产生层间滑移，引起局部矿体变薄或尖灭，局部地方矿体变厚。

分析马桥地区目前磷矿开采利用及磷矿带分布情况，认为在马桥矿区以东、菜子岭矿段以东及以西、塞沟矿区与秦蔡垭矿区之间的范围，其成矿地质环境与现有工业磷矿体分布区域变化不大，属于成矿地质环境较好地段，其地表出现不可采区，可能由于逆冲断层活动引起。逆冲断层使得磷矿体产生层间滑移的作用，在深部可能存在工业磷矿体。

5 结论

（1）马桥磷矿区逆冲断层在平面上近东向平行排列，受其影响，地层多次重复，靠近断层的上盘地层形成较复杂的复式褶皱，地层变陡甚至直立或倒转。剖面上逆冲断层呈叠瓦状排列，从北往南地表断层产状逐渐变陡，延伸规模及断距变小。

（2）受逆冲断层及伴生褶皱的影响，使得含磷岩系多次重复，形成多个磷矿工业矿体。从北至南，逆冲断层对磷矿体的破坏程度加重；逆冲断层同期构造活动可能引起磷矿体局部厚度变薄甚至尖灭，相应的附近会有磷矿厚度变大的地段。马桥地区部分地段地表显示磷矿不可采区，其深部可能存在工业磷矿体，可作为下一步磷矿找矿方向。