湖北省宜昌磷矿东部整装勘查区地质特征及找矿远景❶

刘顺强 梅婷 杨涛

中化地质矿山总局湖北地质勘查院，湖北 武汉 430070

宜昌磷矿属大型海相沉积磷块岩矿床，位于“黄陵背斜”北东缘。20 世纪以前开发利用集中在地表及浅地表区域，发现及评价对象主要为下磷层（Ph1）；21 世纪以来，根据鄂西地区晚震旦世陡山沱期岩相古地理及磷块岩成矿远景研究[1]，认为陡山沱组是一个典型的以硅质岩、页岩、磷块岩为共生组合的远硅质建造“上升流岩石组合”；磷块岩沉积环境及富集发生在次稳定陆块边缘过渡带、半开阔台地地滩缘-泻湖-潮坪（或潮间）泻湖相带上[2]。

2011 年，根据湖北省地质找矿突破战略行动总体部署，择优设置了7 个整装勘查区，宜昌磷矿东部整装勘查区为其中之一，面积约500km2，中化地质矿山总局湖北地质勘查院为项目承担单位。2011～2016 年，对勘查区内设立的9 个普查区和1 个预查区开展了地质工作[3]，同时勘查区范围内设置有多个自主矿权勘查项目，如高峰[4]、鱼林溪[5]、桃郁溪[6]、莲花[7]、堰边上[8]、团包[9]等矿区先后开展不同程度的地质勘查工作（图1），特别是堰边上矿区的特大型磷矿床及团包矿区完工钻孔控制的厚大矿层，对今后在该区域明确找矿方向、扩大资源远景具有重要意义。

1 勘查区地质背景

勘查区地处扬子准地台鄂中褶断区“黄陵背斜”北东缘。“黄陵背斜”轴向北东16°，南北长超70km，东西宽超40km，为东翼平缓、西翼较陡的二元短轴断穹构造。

1.1 地层

地表出露地层主要有志留系、奥陶系及寒武系；上震旦统灯影组、下震旦统陡山沱组、南华系南沱组及元古界崆岭群均隐伏地下。磷矿赋存层位为陡山陀组（Z1d）是一套海相沉积磷酸盐、碎屑岩和白云岩建造。

1.2 构造

整装勘查区处在黄陵背斜北东转折端，基本为一向北东-东-南东倾斜的单斜构造，略带弧形；地层倾向30°～160°，倾角5°～14°，平均9°。在区内发育有5 条规模较大的断层，由北往南，编号分别为F1、F6、F9、F8、F4，其中F1、F8 及F9 断层对深部磷矿层有一定影响。

1.3 含磷岩系

区内含磷岩系为下震旦统陡山沱组（Z1d），岩石组合为一套含硅质白云岩-含钾页岩-磷块岩-（泥质）白云岩。其上覆地层为上震旦统灯影组（Z2dn），呈整合接触关系；下覆地层为上南华统南沱组，呈平行不整合接触关系；三者分界标志层明显。陡山沱组岩石旋回结构稳定，标志层明显，可划分为四段（Z1d1、Z1d2、Z1d3、Z1d4），分别发育有四个含磷层位Ph1、Ph2、Ph3、Ph4，其中Ph1和Ph2为区内主要工业矿层，Ph3及Ph4不具工业价值。Ph1（下磷层）位于陡山沱组第一段（Z1d1），有三层磷矿，由下至上分别编号为Ph11、Ph12、Ph13，区域内以上部（Ph13）为主要工业矿层；Ph2（中磷层）位于陡山沱组第二段（Z1d2）下部，局部地段受夹石影响分为Ph21、Ph22。各磷矿层赋存层位及岩性组合见图2。

图2 整装勘查区磷矿层赋存层位及岩性组合图Fig.2 Occurrence horizon and lithologic assemblage column of phosphorite layers in the integrated exploration area

对区内含磷岩系及磷矿层沿走、倾向对比发现：沿走向，含磷岩系厚度与矿层厚度呈现负相关，由北向南，含磷岩系的厚度逐渐增大，矿层厚度逐渐减小；矿层呈由北部Ph22发育-中部Ph22、Ph21和Ph13叠加发育-南部Ph13发育的梯状结构（图3）。

图3 宜昌磷矿东部整装勘查区含磷岩系沿走向对比图Fig.3 Comparison column of the phosphorus-bearing rock series along the strike in the integrated exploration area of the eastern Yichang phosphate deposit

从倾向看，由西向东延深，含磷岩系的厚度整体相对稳定，矿层厚度呈现增大趋势；Ph13矿层结构总体变化不大，Ph2矿层局部存在尖灭区，且往东部，Ph2矿层细分为了Ph21、Ph22两小层（图4）。

图4 宜昌磷矿东部整装勘查区含磷岩系沿倾向对比图Fig.4 Comparison column of phosphate rock formations in the eastern integrated exploration area of Yichang phosphate deposit

1.4 磷矿层（体）特征

根据勘查区内所有探矿工程成果结合周边自主矿权勘查成果综合分析，区内震旦系陡山沱组发育Ph13、Ph21、Ph22三层工业磷矿层，三层矿在整装勘查区内从南至北呈梯次分布。整装勘查区以高家岩[10]、莲花、梁坪[11]一带为“中心片区”，片区以内Ph13、Ph21及少量Ph22叠加发育，“中心片区”以南发育Ph13矿层，“中心片区”以北发育Ph22矿层。

1.4.1 Ph13矿层

整装勘查区中、南部主要工业矿层赋存于陡山沱组第一段中上部，呈层状产出。区内探矿工程控制矿层最大走向长26.18km，最大倾向宽9.19km，矿层厚0.39～10.65m，平均厚度3.82m；矿石品位13.17%～27.84%，平均品位21.96%。矿层的直接顶板为浅灰色厚层状细晶白云岩夹深灰-灰黑色砂屑状磷条带，含少量燧石团块(上白云岩)，矿层的直接底板为灰黑色薄层状泥岩。

Ph13矿层矿石自然类型有块状磷块岩、白云质条带磷块岩和泥质条带磷块岩三种，其中以泥质条带磷块岩为主。发育完整时从上往下依次由①浅灰-灰色白云质条带磷块岩、②灰黑色块状磷块岩、③灰黑-黑色泥质条带磷块岩组成，通常①或②与③在本区连为一体，构成Ph13工业矿体，且矿层厚度越大其结构特征越完整。

从走向看，Ph13矿层在“中心片区”一带最为发育，矿层厚度大（6～10m），品位较高（18%～26%），矿层结构完整；向南厚度逐渐变薄，至沙泥坡[12]中部ZK808 及高庄坡[13]中部ZK612，矿层变薄至不可采，矿石品位从“中心片区”向南呈现变低-变高-变低的趋势，矿层结构从中部向南部由完整的①+②+③过渡为②+③再到③；“中心片区”以北矿层基本不发育，局部呈小型透镜体分布。从倾向看，Ph13矿层在“中心片区”往东厚度呈现增大趋势，品位呈变小趋势。

1.4.2 Ph21矿层

整装勘查区次要工业矿层，主要分布于整装勘查区中部，矿层赋存于陡山沱组第二段底部，呈层状产出。区内探矿工程控制矿层最大走向长12.77km，最大倾向宽4.78km，矿层厚0.24～8.83m，平均厚度3.87m；矿石品位12.19%～27.99%，平均品位20.40%。矿层的直接顶板为浅灰-灰色厚层状含磷泥质白云岩，底板为白云岩。

Ph21矿层主要由白云质条带磷块岩和少量块状磷块岩组成，以白云质条带磷块岩为主。发育完整时，顶部为浅灰-灰色白云质条带磷块岩，中下部为浅灰-灰色白云质条带磷块岩与灰黑色块状磷块岩互层。

从走向看，Ph21矿层在“中心片区”一带发育，矿层厚度较大(4～8m)，品位较高（18%～24%），矿层结构完整；以高家岩ZK609 为中心向南、北两个方向厚度均呈变薄趋势，矿层结构逐渐单一，仅由浅灰-灰色白云质条带磷块岩组成。向北至徐家冲[14]ZK302，矿层厚度变薄至尖灭，矿石品位呈变低-变高趋势；向南至桃郁溪北部ZK304 和郁家沟[15]中部ZK302，矿层厚度变薄至尖灭，矿石品位逐渐变低。从倾向看，Ph21矿层在“中心片区”往东厚度、品位均呈现增大趋势。

1.4.3 Ph22矿层

整装勘查区次要工业矿层，主要分布于整装勘查区中、北部，主要在北部发育。矿层赋存于陡山沱组第二段(Z1d2)下部，呈层状产出。区内探矿工程控制矿层最大走向长24.89km，最大倾向宽3.99km，矿层厚0.42～12.06m，平均厚度2.66m；矿石品位13.83%～26.95%，平均品位18.65%。矿层顶、底板均为含磷泥质白云岩或含磷白云岩。

Ph22矿层主要由白云质条带磷块岩组成，无其它自然类型。Ph22矿层在“中心片区”以南不发育，从“中心片区”开始逐渐发育，但厚度薄、品位低，如黄柏池[16]ZK102、高家岩ZK609，仅部分探矿工程厚度达可采；“中心片区”往北至高烽南部ZK1008、黄柏池北部ZK2402，矿层厚度达可采，并且向北厚度逐渐变大（堰边上最大厚度达19.05m），矿石品位从高峰南部往北呈现变低-变高-变低的趋势。从倾向看，Ph22矿层在北部往东厚度呈现增大趋势，品位呈减小趋势。

1.5 勘查成果

勘查区内共提交工业磷矿石推断及以上资源量18.47 亿t，潜在矿产资源4.98 亿t，勘查成果巨大，极大助力了地方经济发展。

2 成矿要素及找矿模型

2.1 成矿要素及成矿模式

本区磷矿属陡山沱期成磷早亚期沉积物，在次稳定地块边缘、沉积构造格局不仅总的控制磷矿带分布，而且间接控制磷块岩沉积岩相（带）分布变化。磷块岩形态、厚度、品位及稳定性直接受控于沉积岩相（环境）。其中以半开阔台地泻湖（相）为主体的过渡相带有利于磷块岩赋存；上升富矿洋流是本区磷质最主要直接来源，间接来源有陆源海解磷、火山碎屑的磷。本区磷块岩沉积具特定岩石组合，亦有多旋回、多成因的特点，即在（硅质）粉砂质页岩-磷块岩-白云岩岩石组合中，多层磷块岩相间在白云岩间。如南端高庄坡矿区仅具含“下白云岩”-含磷（钾）页岩，向北至高家岩矿区逐渐过渡到“下白云岩”-含磷（钾）页岩-泥质条带磷块岩+磷块岩+白云质条带磷块岩（Ph13）-“上白云岩”-磷块岩与白云岩互层（Ph2），北至堰边上矿区演变为“下白云岩”/“上白云岩”-磷块岩与白云岩互层（Ph2），下磷层（Ph13）及中磷层（Ph2）由南至北呈叠瓦状分布。它们各自可构成一个小韵律旋回，总体又是一个大的沉积韵律旋回。这实际就是上述诸条件（时间、构造、环境、物质成分）地质历史记录的综合反映。

磷的富集除了有丰富的上升洋流磷源供给、有利于磷质聚沉的沉积环境和使磷质受风浪和海流冲蚀的保存条件外，还需具备：①稳定的成磷条件，本区磷块岩主要分布于地台次一级褶皱隆起的碳酸盐台地上（水下高地），具有相对的稳定性；②成磷作用的多期性，即各种成磷作用的反复叠加、长期聚集；③成磷作用的分异性，本区磷块岩沉积于浅海台地台坪-潮坪带，为潮汐和波浪作用带，水动力条件总体较低，磷质沉积是在上升洋流作用下化学、机械和生物作用的一个长期分异过程；④有序的岩相变化条件，本区磷块岩主要形成于半开阔台地潮下低能向潮下高能及潮间高能环境过渡阶段。

根据整装勘查区磷块岩矿床成矿规律，总结区域成矿要素及成矿模式（表1，图5）。

表1 宜昌磷矿东部整装勘查区成矿要素表Table1 Ore-forming element list of the eastern integrated exploration area of Yichang Phosphate Deposit

图5 鄂西聚磷区早震旦世陡山沱期磷块岩沉积成矿模式图[17]Fig.5 Map of Sedimentary deposit model of the phosphorite of Doushantuo formation during the late Sinian period in the phosphor-accumulating area of the western Hubei province

2.2 找矿模型

2.2.1 地层条件及找矿标志

陡山沱组含磷岩系在大范围内厚度稳定，一般厚90～230m，四个岩性段发育齐全，无一缺失，岩性岩相稳定，旋回结构完整。

含磷岩系主要的标志层有：①黑色硅质扁豆体白云岩，位于Z1d2上部，为Z1d2与上覆Z1d3分层标志；②Ph21磷矿层，位于Z1d2底部，主要由白云质条带磷块岩、少量块状磷块岩组成，局部富含硅质团块，为Z1d2与下伏Z1d1的分层标志；③黑色薄层状含磷泥岩，位于Z1d1下部，为Ph13磷矿层底板。以上标致层均特征明显，是寻找Ph13～Ph22工业矿层的良好标志。

2.2.2 岩相条件

区内磷矿主要分布在半开阔台地相区泻湖（海湾）相内，Ph13矿层主要形成于滩缘-浅水（潮坪）泻湖沉积环境中，Ph2矿层则较集中在潮坪潮汐带浅滩相的滩间凹陷内。Ph13矿层总体分布在南部、中部，Ph2矿层分布在中、北部，其沉积中心及沉积边缘由南往北渐进。

2.2.3 综合找矿模型

依据以上分析，宜昌磷矿的矿床类型为沉积型，成矿时代为新元古代早震旦世陡山沱期，成矿作用主要为胶体化学作用，其次为生物化学作用，矿体受含矿地层控制，在特定的岩相古地理环境下富集成矿。其找矿模型如图6 所示。

图6 宜昌磷矿综合找矿模式Fig.6 Comprehensive prospecting model of Yichang phosphate deposit

3 找矿远景预测

3.1 预测依据

整装勘查区总体位于扬子准地台上扬子台坪鄂中褶断区黄陵断穹北翼与神农架断穹之间，成矿单元属扬子成磷区(I 级)、鄂黔成磷带(II 级)、鄂西聚磷区(Ⅲ级)、保康-宜昌磷矿带(IV 级)的中段、宜昌磷矿田(V 级)北东部。宜昌磷矿田与兴神保磷矿田同处大陆边缘浅水沉积成磷体系，它们构成一个完整的浅海相沉积型超大型磷块岩矿床系列，由南向北含矿岩系、矿床类型、时空分布上是连续过渡的，因此整装勘查的空白区是本次资源远景预测的重点区域。

3.1.1 岩相条件

区内磷矿主要分布在半开阔台地相区泻湖（海湾）相内，其次为内潮坪-鲕滩亚相及浅水台地边缘斜坡相。其中Ph13矿层主要形成于滩缘-浅水（潮坪）泻湖沉积环境中，Ph2矿层则较集中在潮坪潮汐带浅滩相的滩间凹陷内。Ph13矿层总体分布在勘查区南部、中部，Ph2矿层分布在勘查区中、北部。

3.1.2 矿层变化趋势

已有的勘查成果显示：

Ph13矿层为整装勘查区中、南部主要工业矿层，南部以高庄坡控制工程ZK612 为预测边界，到中部高家岩、梁坪一带为沉积中心形成富集区，厚度达10m，往北部至黄柏池控制工程ZK3008为预测边界。且已有的边界工程显示矿层沿倾向往东部空白区呈现稳定延伸且厚度、品位均呈增大趋势。

Ph21矿层为整装勘查区中部次要工业矿层，南部以郁家沟控制工程ZK302 为预测边界，到高家岩矿层厚度增大达9m，北部以黄柏池控制工程ZK3008 为预测边界。且已有的边界工程显示矿层沿倾向往东部空白区呈现稳定延伸且厚度、品位均呈增大趋势。

Ph22矿层为整装勘查区北部主要工业矿层，南部以郁家沟控制工程ZK302 为预测边界，往北矿层厚度增大，到堰边上、徐家冲一带为沉积中心形成富集区，厚度达12～19m，且现有工程未完全控制闭合，反映其向北东方向仍具有延伸规模，且矿层呈变厚趋势，矿石品位沿倾向往东呈现高品位富集。

3.2 预测深度

整装勘查东部边界已有工程控制矿体埋深基本在1400～1700m，本次预测磷矿资源位于其倾向延伸部位，考虑钻探施工技术难度及实际开发利用成本，本次仅对2000m 埋深以内的磷矿资源进行预测。

3.3 预测靶区

根据以上划分依据，综合考虑成矿条件有利程度、相邻已知矿区勘查工作程度、矿体埋藏深度、资源远景潜力等因素，本次在具有较大找矿潜力的东部空白区圈定4 个找矿靶区（表2，图7）。

表2 找矿靶区及资源潜力预测表Table 2 Prospecting target zones and resource potential prediction table

图7 湖北省宜昌磷矿东部整装勘查区成矿预测图Fig.7 Metallogenic prediction map of the eastern integrated exploration area of Yichang Phosphate deposit, Hubei Province

4 结论

宜昌磷矿东部整装勘查区内下磷层（Ph1）、中磷层（Ph2）均呈NW 向分布，其中Ph13矿层以中部高家岩一带最为富集，Ph2矿层主要分布于北部徐家冲、堰边上、团包一带，下磷层-中磷层由南向北迁移富集。整装勘查区东部未来找矿潜力巨大，圈定吴家岭、刘家坪、周家坡、高家冲找矿靶区4个，浅部已有工程控制矿体埋深基本在1400～1700m，本文预测磷矿资源位于其倾向延伸部位，2000m 埋深以内预测可新增资源量10 亿t 以上。