宜昌磷矿聚集区矿层分布特征及成矿远景

2020-12-08曾德军

资源信息与工程 2020年4期

曾德军

（中化地质矿山总局湖北地质勘查院，湖北武汉430070）

宜昌磷矿聚集区位于湖北省宜昌市夷陵区北部至远安县东部一带，向北东延伸至保康县境内。经过多年勘查和开采，形成多个成熟矿区，特别是近几年来省地质勘查基金项目的大量投入，区内深部磷矿勘查取得了丰硕成果。前人对区内磷矿的成矿规律［1－6］与开发利用进行了大量的研究工作。本次主要是在前人研究基础上，通过分析区内采矿资料和探矿成果，进一步研究宜昌磷矿聚集区工业矿层分布规律及成矿期岩相古地理环境［7］，分析区内磷矿成矿远景和找矿方向，为深部磷矿找矿提供参考。

1 地质概况

宜昌磷矿大地构造位于扬子准地台上扬子台坪鄂中褶断区 “黄陵断穹” 北缘。

1.1 地层

区内出露的地层有中元古界神农架群（Ptsh）、崆岭群（Ptk），新元古界南华系（Nh）和震旦系，古生界寒武系（ ∈）、奥陶系（ O）、志留系（ S）、泥盆系（D）、二叠系（P），中生界三叠系（T）、白垩系（K）及新生界古近系、第四系等。见图1。

元古界神农架群主要岩性为白云岩夹石英砂岩和白云岩夹千枚岩、板岩等；崆岭群岩性为白云斜长片麻岩、黑云片岩、石墨绢云母片岩、大理岩等，构成本区基底。南华系主要冰碛砾岩、砂岩等组成；震旦系主要是含锰白云岩、含磷泥岩、磷块岩、含磷白云岩、泥质白云岩、含硅质条带白云岩等组成；为超覆于元古界地层之上的第一覆盖层；该区主要磷矿层位即位于震旦系下统地层中。寒武系主要为一套泥页岩、灰岩、白云岩、砂岩等组成。奥陶系主要是由灰岩、页岩、砂质页岩、石英粉砂岩等组成；志留系主要由一套页岩、泥岩组成；泥盆系为泥页岩、砂岩组合夹鲕状赤铁矿；二叠系为一套页岩、砂岩、灰岩组合，含煤和黄铁矿；三叠系为灰岩、页岩组合；白垩系为一套砾岩、砂岩组合；古近系由砾岩、砂砾岩、紫红色钙质粉砂岩组成；第四系为山间河流冲积物。

1.2 构造

宜昌磷矿聚集区位于 “黄陵背斜” 北缘，整体呈宽缓的背斜，地层整体倾向北东，倾角一般3° ～16°。区内断裂构造较为发育，主要为北西向、北北西、北东向及近东西向断裂。其中较为发育的是北西向断层，对区内磷矿层有一定程度的破坏。

1.3 岩浆岩

宜昌磷矿聚集区南部分布有早－晚元古界形成的石英正长岩、斜长花岗岩、石英闪长岩等岩体。区内南华纪之后的地层中暂未发现岩浆岩出露。

1.4 磷矿层

区内含磷层位共6 个（Ph6～Ph1）：Ph6赋存于寒武系下统牛蹄塘组底部（∈1n）；Ph5赋存于震旦系上统灯影组第二段底部（Z2dn2）；Ph4赋存于震旦系下统陡山沱组第四段中上部（Z1d4）；Ph3赋存于震旦系下统陡山沱组第三段底部（Z1d3）；Ph2赋存于震旦系下统陡山沱组第二段底部（Z1d2）；Ph1赋存于震旦系下统陡山沱组第一段（Z1d1），从上至下又分Ph13、Ph12、Ph11三层。 6 个含磷层位中的Ph6～Ph3及Ph1矿层中的Ph12、Ph11因厚度小、品位低、变化大，不具有工业利用价值，仅Ph2和Ph1矿层中的Ph13构成了区内工业矿体，为区域找矿和评价的主要对象。

2 磷矿层分布特征

宜昌磷矿聚集区矿床类型为沉积型磷块岩矿床，区内具有开发利用价值的磷矿层有两层Ph13和Ph2，两矿层之间为浅灰色或灰白色粉晶白云岩，厚度为几米至数十米不等，是Ph13矿层顶板也是Ph2矿层底板，Ph2矿层顶板为浅灰色粉晶白云岩夹深灰色泥质白云岩，Ph13矿层底板为深灰色含磷钾泥岩。矿层总体上呈层状或似层状产出，其产状与地层产状基本一致，整体走向北西至南东，倾向北至北东，倾角6° ～13°。

宜昌磷矿聚集区已经过勘查［8－16］或开采的矿区有数十个，地表及近地表磷矿层已有很好揭露和探明。区内具有工业价值的矿层为Ph2、Ph13，已勘查区揭露矿层（指Ph13矿层底板）埋深最深至1666.20 m，层底板标高最低至－812.88 m。从平面上看，矿层整体沿走向呈带状分布，分布范围大小及位置不一致，其中Ph13矿层北东部与Ph2矿层南西部部分重叠，重叠宽度5～10 km（见图1）。

2.1 Ph13 矿层

Ph13矿层在宜昌磷矿从北西往南东呈带状分布，长度大于60 km，平均宽度约15 km。南西部边界从树崆坪矿区后坪矿段东部－树崆坪矿段南部～樟村坪矿区以南～盐池河矿区南部～张家垭西中部～高庄坡矿区北部一带，北东部边界从竹园沟—下坪矿区东部～杉树垭东部矿区东部～高峰矿区南部～黄柏池矿区北部一带。矿层厚度0 ～12. 69 m，P2O5含量12.00% ～34.59%。从白水河～孙家墩～杉树垭～杨柳～高家岩一带矿层厚度最大，品位相对较高，在南西、北东边界附近往往出现过渡带，矿体不连续，或呈现小透镜状，厚度小，品位低。

矿层沿倾向由浅至深整体变化情况为薄～厚～薄，不同地段变化情况不尽相同。如矿带北西部（A剖面），后坪矿区西部矿体明显变薄，逐步尖灭，往后坪矿段中部一带矿层厚度增大，平均厚度约3.7 m，矿体连续；至黑良山矿区平均厚度2.82 m，略有变薄，矿体基本连续；再往深部至白水河矿区平均厚度4.74 m，最大厚度达到12.69 m，矿体连续性好；再往深部又有变薄趋势，至板城见矿厚度为2.08 m，推测往深部矿层逐渐变薄至尖灭。矿带中部（ B 剖面），樟村坪矿区矿层平均厚度约3.1 m，局部存在不可采区，往南由于断层破坏，矿层剥蚀，推断矿层厚度变薄至尖灭；至栗西矿区一带矿层平均厚度约3m，最大厚度达14.68 m，局部矿体不连续；再往北厚度逐渐减小至不可采，至七里冲矿区和何家扁一带矿层尖灭。矿带南东部（C 剖面），在张家垭南部及张家垭西矿区只见低品位矿或矿层厚度小于1 m薄矿体，往北东变厚度增加逐步变为工业矿体，至渔林溪矿区矿层平均厚度约2.2 m，再往北东至桃郁溪矿区矿层平均厚度约3.8 m，继续往北东至莲花矿区矿层平均厚度约5.9 m，至杨柳矿区～高家岩矿区南部一带厚度达到最大，往北又变薄，至黄柏池矿区平均厚度1.74 m，往北部迅速变为不可采区。

矿层从上至下具有较明显三分结构，上部为白云质条带磷块岩，中部为致密条纹状磷块岩，下为泥质条带磷块岩。

2.2 Ph2 矿层

Ph2矿层南部边界从白水河矿区西部～黑良山矿区西～云台观矿区中部～栗西矿区南部～莲花矿区南部～梁坪矿区中部一带，北部边界尚未探明。目前通过勘查了解的矿层沿倾向宽度大于10 km，预测该矿层沿倾向总宽度大于30 km。矿层厚度0～19.05 m， P2O5含量12.00% ～33.97%。矿层在南西部边缘地带矿层大多不连续，厚度小，品位较低；沿倾向往北东方向，厚度逐渐变大，连续稳定，局部出现分枝，有些矿区将其分为Ph21和Ph22矿层。矿层沿倾向由浅至深整体变化情况是由薄至厚，从目前勘查深度较大的板城～大林垭～堰边上～徐家冲等矿区看，在倾向上厚度均达到最大，且往深部仍有增大趋势。

从沿矿层走向的不同地段看，矿带北西部（A 剖面），从黑良山矿区中西部起见该矿层，矿层厚度0～5.99 m，平均厚度2.47 m；至白水河矿区矿层平均厚度9.16 m，最大厚度达17.19 m，该矿区内该矿体明显分为两层，向北东分枝逐渐复合，至板城基本合并为一层，矿区见矿厚度达16.19 m。矿带中部（B剖面），栗西矿区南部始见可采Ph2矿层，矿层平均厚度约2.8 m，矿区南部矿层厚度薄且不连续产出，往北东矿层厚度逐渐增大并连续；至何家扁一带矿层平均厚度4.74 m，并出现分枝，往北东分枝逐渐复合，至大岭垭矿区并为一层，矿区内见矿厚度达12.55 m。矿带南东部（C 剖面），在莲花矿区南部开始出现工业矿体，矿体不连续产出，平均厚度约2.2 m；至杨柳矿区南部一带厚度逐渐增大，至黄柏池矿区平均厚度达6.3m ，见矿最大厚度达9.64 m。

矿层中矿石自然类型主要为白云质条带磷块岩，夹少量块状磷块岩。块状磷块岩的分布无明显规律性。

矿层在剖面上分布特征及沿倾向变化情况见图2。

3 磷矿沉积环境及成矿远景分析

3.1 沉积环境分析

陡山沱期宜昌磷矿聚集区位于黄陵古窿起的北东部，即迎向上升洋流的一侧，是有利于磷块岩沉积的有利部位［5］。 Ph13和Ph2矿层平面分布及岩性特征显示，陡山沱期不同时间段，其岩相古地理条件存在差别。 Ph13矿层形成时期，沉积一套含磷泥岩～磷块岩组合，岩石以灰－深灰色为主，普遍含星散状黄铁矿、有机质，岩石发育水平、水平波状、透镜状层理，见丝状体微古植物组合或藻叠层石构造。沉积岩相属浅海台地相滩缘潟湖亚相，总体反映其沉积环境较闭塞，海水相对较深，水体宁静，还原条件为主的滩缘潟湖沉积环境。 Ph13矿层形成的后期海水变浅、水动力条件增强，沉积环境向浅海台地潮间混合坪转化，形成一套白云岩夹磷块岩～白云岩沉积。 Ph2矿层形成时期，沉积一套磷块岩～白云岩组合；岩石颜色主要为浅灰、灰白和灰黑灰色，底部可见粒屑白云岩及藻云岩等，微细水平层理、微波状水平层理、透镜状层理，沉积岩相属浅海台地相潮坪潟湖亚相，总体反映海水相对较浅，地势相对宽阔、夷平，水体能量低-中低，弱氧化-弱还原的浅海台地混合坪沉积环境。

3.2 成矿远景预测

根据矿层分布特征及沉积环境判断，宜昌磷矿聚集区Ph13矿层从竹园沟—下坪矿区东部～杉树垭东部矿区东部～高峰矿区南部～黄柏池矿区北部一带往北，找该矿层的可能性较小，沿矿带往北西、南东方向有一定的找矿远景，但推测延伸有限。 Ph2矿层沉积环境优越且稳定，利于磷块岩矿床重复沉积，形成厚大磷块岩矿床。从已勘查区勘查成果看，往北东未知区矿层厚度还有增大的趋势，预测该矿层往北东有非常好的成矿远景。