湖北宜昌—興神磷礦田北向延伸礦層變化研究

何 欽，陽傳金，閆 磊，盧金祥，唐 穎

(1.湖北省地質局第七地質大隊，湖北 宜昌 443100;2.興山縣國土資源局，湖北 宜昌 443700)

0 引言

宜昌—興神磷礦賦存于晚震旦世陡山沱組下部(劉智宇等，2013)，是我國兩大重要成磷期之一(東野脈興，2001)，磷礦層總體呈北西—南東向展布，主要發育在宜昌市夷陵區、興山縣及襄陽市保康縣部分區域，以品位高、厚度大的宜昌磷礦而聞名(胡綱，2006)。

2011年至今，隨著深部勘查工作的不斷驗證，原宜昌磷礦田與興神磷礦田含礦層位相同、礦床成因大致相當，區域上已連成一片，現歸并為宜昌—興神磷礦田，礦田范圍南起黃陵背斜北東翼一帶，北以陽日斷裂為界與保康磷礦田相接，西以新華斷裂為界與神農架磷礦田相接，東以通城河斷裂為界(譚文清等，2012)。礦田范圍的圈定，為今后在該區尋找隱伏礦床指明了方向。

1 區域地質背景

宜昌—興神磷礦田位于揚子準地臺中段北緣，地跨上揚子臺坪的黃陵斷穹、神農架斷穹2個Ⅳ級構造單元，北鄰青峰臺褶束，西接秭歸盆地，東迄遠安臺褶束，南至長陽—永順臺褶束。

區域地層發育較齊全，出露有新太古代、古元古代、震旦紀、寒武紀、奧陶紀及志留紀等地層。除黃陵斷穹核部分布有新太古界—古元古界變質巖和巖漿巖、神農架斷穹核部分布有震旦紀神農架群淺變質巖以外，總體屬沉積巖區。

區域斷裂構造發育，以北西向、北北東向、東西向及近南北向斷裂為主。北西向以霧渡河斷裂為代表，貫穿黃陵斷穹核部，對該區地質礦產起著重要的控制作用，該斷裂以北的陡山沱組沉積了質優量大的磷礦床，而斷裂以南則僅出現小而貧的磷礦;北北東向以新華斷裂為代表，縱貫黃陵斷穹與神農架斷穹的接合部，斷距上千米，分割宜昌—興神磷礦田與神農架磷礦田;東西向以陽日斷裂為代表，橫切神農架斷穹北翼，在該斷裂兩側的陡山沱組中賦存了大量優質磷塊巖礦床;近南北向以仙女山斷裂、遠安西部斷裂為代表，分別縱貫黃陵斷穹的西翼與東翼。后期多次地殼運動對礦床的展布和改造均有不同程度的影響，形成了宜昌—興神磷礦田的復雜特征(圖1)(冉瑞生等，2008)。

2 礦層地質特征

2.1 含礦巖系

圖1 研究區構造綱要圖Fig.1 Structural outline map of the study area

宜昌—興神磷礦田以晚震旦世陡山沱組(Z1d)為其含磷巖系，陡山沱組由上而下可分為白果園段(Z1d4)、王豐崗段(Z1d3)、胡集段(Z1d2)、樟村坪段(Z1d1)4個巖性段，各段巖性及分層標志見圖2(楊剛忠等，2010)。

2.1.1 白果園段(Z1d4) 深灰色—灰黑色薄—中層狀泥粉晶白云巖，典型特征為層面及裂隙面常見紫紅色鐵質薄膜;偶見黑色燧石扁豆體順層分布;頂部發育1層砂屑磷塊巖(Ph4)。此段厚約3～15 m。

2.1.2 王豐崗段(Z1d3) 灰—淺灰色中層狀泥粉晶白云巖夾灰黃色頁片狀白云質泥巖，泥巖單層厚5～30 mm，可見星點狀黃鐵礦浸染分布其中;底部常發育1層灰黑色豆粒狀、鮞狀含磷(Ph3)粉晶白云巖，層位較穩定，厚度薄，品位低，可作為分層標志，一般不具有經濟價值。厚約20～40 m。

2.1.3 胡集段(Z1d2) 發育完全時可二分，即上亞段(Z1)和下亞段(Z1)，巖性特征如下。

(1)上亞段(Z1)：灰黑色薄—中層狀含燧石扁豆體泥粉晶白云巖，以灰黑色燧石扁豆體或條帶為其特征，扁豆體大小如黃豆;普遍發育星點狀黃鐵礦。厚約15～30 m。

(2)下亞段(Z1)：在區內變化明顯，發育完全，可二分，即 Z1(上分層)、Z1(下分層)，巖性特征如下。

Z1(上分層)：灰白色薄—中層狀泥粉晶白云巖，偶夾灰—深灰色(風化色為灰黃色)白云質泥巖;局部可見少量灰黑色細磷條帶或磷砂屑。厚約0～10 m。

圖2 宜昌磷礦北部含礦巖系柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of the northern ore－bearing rock series in the Yichang phosphate deposit

Z1(下分層)發育完整時巖性特征：頂部為中磷層二礦層(P)，灰黑色泥晶砂屑磷塊巖、硅質磷塊巖夾條帶狀白云巖;層位穩定、磷塊巖礦石品位較高、厚度大，為主要工業礦層;厚約0～20 m。中部為淺灰色厚層狀粉晶白云巖，可見少量灰—灰黑色硅質團塊及薄層;厚約0～10 m。下部為中磷層一礦層(P)，灰黑色泥晶砂屑磷塊巖夾條帶狀白云巖，厚度、品位變化系數大，多呈透鏡狀礦體產出;厚約0～3 m。

2.1.4 樟村坪段(Z1d1) 由上而下可分成上亞段、中亞段、下亞段3個分層，特征如下。

(1)上亞段(Z1)：淺灰色—灰白色厚層狀粉晶白云巖，其間常見灰白色硅質團塊及薄層，偶夾砂屑磷塊巖條帶，俗稱“上白云巖”，湖北鐘祥地區稱為“硅磷質白云巖”(張成信等，2014)。厚度約0～15 m。

(2)中亞段(Z1)，發育完整時巖性特征：上部為下磷層三礦層(P)，灰黑色泥晶砂屑白云巖條帶狀磷塊巖、泥巖條帶狀磷塊巖，該區普遍發育，為主要工業礦層，厚約0～10 m。中下部為灰黑色(含鉀)泥巖，夾少量泥晶、砂屑磷塊巖條帶，黃鐵礦呈星散狀、團斑狀或沿裂隙普遍發育(不具有工業價值)，水平層理發育;局部地段可形成泥巖條帶狀磷塊巖即下磷層二礦層(P)和硅質條帶狀磷塊巖(P)，以頁巖將其分開，不具工業開采價值。厚3～20 m。

(3)下亞段(Z1)，發育完整可2分：① Z1(上分層)：淺灰色中厚層狀(含錳)粉晶白云巖，俗稱“下白云巖”，含星點狀黃鐵礦，層位穩定，厚約2～5 m。② Z1(下分層)：灰白色中厚層狀含礫白云巖，礫石成分主要為白云巖、綠泥石片巖、絹云母片麻巖、硅質巖等，白云質膠結。厚度2～5 m(湖北省地質礦產局，1996)。

2.2 礦層特征

宜昌—興神磷礦田屬揚子成磷區(Ⅰ級)、鄂黔成磷帶(Ⅱ級)、鄂西聚磷區(Ⅲ級)、宜昌—保康磷礦帶(Ⅳ級)范圍(楊剛忠等，2008)，由數十大小不等、成群成帶的礦區組成。近年來，隨著工作的不斷推進，認識的不斷加深，以及以中磷層Ph2為主要工業礦層的隱伏礦的不斷發現，宜昌—興神磷礦田總體走向為北西—南東、傾向北東已被大多數人所接受，礦層主要賦存于晚震旦世陡山沱組中，形態以傾角較緩的層狀－似層狀礦體為主(圖3)。

圖3 磷礦區分布略圖Fig.3 Simplified geological map showing the distribution of phosphate ore districts

礦帶總體呈南東—北西向展布，在預測的成礦帶上現已發現有深部磷塊巖礦層存在，只是礦層的厚度、品位有一定的變化。在興山縣、神農架林區及保康縣交界處，磷礦帶可能受北北東向新華大斷裂影響，目前發現的磷礦區主要為北北東向分布;保康地區地層總體傾向為北東向，因此向北東方向延伸，礦層埋深加大，給今后的找礦工作帶來了較大的困難。

近期工作可從礦帶轉向區域，如育林、礦洞埡、黃家灣、榛子嶺、雄關堡一帶尋求找礦突破，礦層埋藏深度相對較淺，亦屬于宜昌磷礦主礦帶上。

2.3 礦石自然類型

根據磷塊巖礦石結構特征和脈石礦物組成，該區磷塊巖礦石主要分為以下5類。

(1)致密塊狀磷塊巖：主要由泥晶磷塊巖，砂屑磷塊巖、砂屑泥晶磷塊巖交替重疊組成。此類礦石P2O5品位一般大于30%(圖4)。

(2)致密條帶狀磷塊巖：由泥晶磷塊巖、砂屑磷塊巖、泥晶砂屑磷塊巖、亮晶砂屑磷塊巖條帶或透鏡體緊密疊置而成，夾少量泥巖或白云巖條帶，磷條帶寬度約5～30 mm不等。此類礦石P2O5品位一般大于30%。

圖4 致密塊狀磷塊巖Fig.4 Compact and massive phosphate rock

(3)白云質條帶狀磷塊巖：多由泥晶磷塊巖、砂礫屑磷塊巖條帶與白云巖條帶(或團塊)互層組成，磷條帶寬5～20 mm不等，白云巖條帶主要為亮晶砂屑結構，寬1～10 cm不等。P2O5品位由磷條帶所占比例控制(圖5)。

圖5 白云質條帶狀磷塊巖Fig.5 Dolomitic banded phosphate rock

(4)泥質條帶狀磷塊巖：多以泥晶磷塊巖、砂礫屑磷塊巖條帶與水云母頁巖條帶互層組成，磷條帶寬3～20 mm不等，頁巖條帶寬1～5 cm不等(圖6)。

(5)硅質條帶狀磷塊巖：多由泥晶磷塊巖、砂礫屑磷塊巖條帶夾硅質薄層組成(圖7)。

條帶狀磷塊巖礦石反映沉積物、洋流的脈動性、周期性變化的特點。

3 礦層對比

圖6 泥質條帶狀磷塊巖Fig.6 Muddy banded phosphate rock

圖7 硅質條帶狀磷塊巖Fig.7 Siliceous banded phosphate rock

受收集資料及礦區跨度較大等影響，本次選取由南東至北西3個礦區(在宜昌磷礦帶所處位置見圖3)共6個典型鉆孔，以Ph22為主礦層沿走向進行對比(圖8)。

3.1 楊家扁礦區

礦區內發育有2層工業磷礦層，由上至下分述如下。

3.1.1 中磷層 頂板為中厚層狀泥粉晶白云巖夾泥質白云巖，礦層頂板地層可與區域對比為陡山沱組胡集段下亞段上分層(Z1)。底板為淺灰色厚層狀粉晶白云巖(俗稱“上白云巖”)，底板地層可與區域對比為陡山沱組樟村坪段上亞段(Z1)。區內缺失P和Z1。

根據此礦層頂、底板巖性特征，經與區域對比應為中磷層二礦層(P)，在區內普遍發育，分布連續且較穩定，為主要工業磷礦層。礦層厚度約在5～10 m之間，礦層厚度大，層位穩定，開采利用價值較高。

圖8 宜昌—興神磷礦P礦層沿走向礦層柱狀對比圖Fig.8 Statigraphic column of the Pseam extendingalong the trend in the Yichang－Xingshen phosphate deposits

3.1.2 下磷層 頂板為淺灰綠色白云質泥巖(該礦區標志層，推測為黑色含鉀頁巖相變為淺灰綠色白云質泥巖，普遍發育星點狀、條帶狀黃鐵礦)。底板巖性特征總體與頂板相同，為淺灰綠色白云質泥巖、深灰色白云質泥巖，偶夾磷塊巖團塊，厚0～2.36 m。經與區域地層對比，礦層頂、底板為陡山沱組樟村坪段中亞段(Z1)。基本巖石組合為：白云質泥巖－磷塊巖－白云質泥巖。

3.2 竹園溝—下坪礦區

礦區內發育4層磷礦層，由上至下分述如下。

3.2.1 中磷層 礦層1：頂板為中厚層狀泥粉晶白云巖，經區域對比為陡山沱組胡集段下亞段上分層(Z1)。底板為灰白色細粉晶白云巖，底板地層可與區域對比為陡山沱組胡集段下亞段下分層(Z1)。

根據礦層頂、底板巖性特征對比，此礦層應為中磷層二礦層(P)，在礦區內普遍發育，分布連續且較穩定，為主要工業磷礦層，礦層厚度10～13 m。

礦層2：頂板為灰白色細粉晶白云巖，其上為礦區主要工業磷礦層(P)，礦層頂板地層可與區域對比為陡山沱組胡集段下亞段下分層(Z1)。底板為淺灰色厚層狀粉晶白云巖(俗稱“上白云巖”)，底板地層可與區域對比為陡山沱組樟村坪段上亞段(Z1)。

根據礦層頂、底板巖性特征對比，此礦層應為中磷層一礦層(P)，在礦區內部分發育，分布不連續，為次要工業磷礦層，礦層厚度約為1～5 m。

3.2.2 下磷層 礦層3：頂板為淺灰色厚層狀粉晶白云巖(俗稱“上白云巖”)，其上為礦區次要工業磷礦層(P)，礦層頂板地層可與區域對比為陡山沱組樟村坪段上亞段(Z1)。底板為灰黑色含鉀頁巖，底板地層可與區域對比為陡山沱組樟村坪段中亞段Z1(K1)。

礦層4：頂板為灰黑色含鉀頁巖，頂板地層可與區域對比為陡山沱組樟村坪段中亞段Z1(K1)，其上為礦區次要工業磷礦層(P)。底板為灰色中厚層狀粉晶白云巖(俗稱“下白云巖”)，底板地層可與區域對比為陡山沱組樟村坪段下亞段上分層(Z1)。

根據該礦層頂、底板巖性特征，經與區域對比，此礦層應為下磷層一礦層(P)，在該區不具工業價值，僅作為層位對比。

3.3 保康兩河口礦區

礦區內發育3層工業磷礦層，由上至下分述如下(肖長喜等，2014)。

3.3.1 中磷層 頂板為中厚層狀含燧石扁豆體泥粉晶白云巖，礦層頂板地層可與區域對比為陡山沱組胡集段上亞段 (Z1)。底板為淺灰—灰白色粉晶白云巖，底板地層可與區域對比為陡山沱組樟村坪段上亞段 (Z1)。礦區內缺失P和Z1。

根據此礦層頂、底板巖性特征，經與區域對比應為中磷層二礦層(P)，在礦區內普遍發育，分布連續且較穩定，為主要工業磷礦層。礦層厚度約為8～15 m，工業價值很高。

3.3.2 下磷層 礦層1：頂板為淺灰—灰白色粉晶白云巖，頂板地層可與區域對比為陡山沱組樟村坪段上亞段(Z1)，部分鉆孔此層可能缺失，使得P與P礦層直接相連。底板為深灰色含鉀頁巖，底板地層可與區域對比為陡山沱組樟村坪段中亞段Z1(K2)。

礦層2：頂、底板均為深灰色含鉀頁巖夾少量泥晶磷塊巖條帶，區域對比為樟村坪段中亞段Z1中的K2與K1。

3個礦區礦層沿走向對比可以發現如下情況：(1)3個礦區主礦層均為P礦層，其次為P礦層及P礦層，局部地區這2個次要礦層可形成透鏡體狀工業礦體，厚度、品位與P礦層相比變化較大;(2)Z1巖性為淺灰色厚層狀粉晶白云巖(俗稱“上白云巖”)，在3個礦區均有發育，可作為上礦層與下礦層重要的分隔標志層，另外需要注意兩河口礦區也存在著Z1尖滅，使得上下磷礦層直接相連;(3)從楊家扁礦區向兩河口礦區，總體而言為南東向北西方向，Z1(含鉀頁巖)厚度有逐漸增加的趨勢，說明當時水體環境逐漸趨于穩定。

為使研究更為詳盡，本次另選取某礦區4個鉆孔沿傾向進行對比(圖9)。

礦層沿傾向對比可以發現如下情況：(1)該礦區的主要工業礦層為P礦層，總體而言較穩定;次要工業礦層為P礦層，沿傾向方向隨著礦層埋深的逐漸加大，礦層厚度逐漸變薄、品位降低，穩定性較差;(2)Z1巖性主體為淺灰色厚層狀粉晶白云巖，為上下磷礦層的分隔標志，且在礦區可相變為泥質云巖，甚至缺失，使得上下磷礦層直接相連;(3)ZK406鉆孔顯示礦層發生了急劇變化，礦層陡然變薄，且含礦巖系陡山沱組總體變薄，根據區域資料，此處為沉積相發生變化的區域，另一種可能是此處古地理環境為局部隆起地段，不利于礦床的沉積。

圖9 某礦區沿傾向礦層柱狀對比圖Fig.9 Stratigraphic correlation of the seams extending along the dip in a deposit

4 結論

(1)由南東向北西3個代表礦區的主要工業礦層為中磷層二分層(P)，礦層厚度大，品位穩定;次要工業礦層為P礦層及P礦層。成礦帶由南至北主要工業礦層由P向逐漸上部P礦層轉變，今后可在主礦帶空白區域如育林、榛子嶺、雄關堡、礦洞埡、黃家灣一帶尋求找礦突破，且礦層埋藏深度相對較淺。其次，根據海侵成礦理論，可驗證海侵方向大致為南西至北東。

(2)沿楊家扁—竹園溝—保康兩河口方向，陡山沱組樟村坪段上亞段(Z1)為上下礦層的分隔標志層，地層厚度逐漸減小，甚至出現尖滅情況，使得中磷層與下磷層直接相連。

(3)從楊家扁礦區向兩河口礦區，總體而言，Z1(含鉀頁巖)厚度有逐漸增加的趨勢，說明當時沉積環境趨于較穩定的水體環境。

(4)在保康兩河口礦區，磷礦層向深部延伸時，礦層品位降低、厚度變薄，推測此處古地理環境為局部隆起地段或者處于巖相相變區域。

東野脈興.2001.揚子地塊陡山沱期與梅樹村期磷礦區域成礦規律［J］.化工礦產地質，23(4)：193－209.

湖北省地質礦產局.1996.湖北省巖石地層［M］.湖北武漢：中國地質大學出版社.

胡綱.2006.湖北省磷礦采礦權評估現狀及價格體系研究［J］.中國礦業，15(1)：38－41.

劉智宇，肖克炎.2013.湖北樟村坪磷礦礦床三維地質建模及資源量估算［J］.地質學刊，37(4)：616－620.

冉瑞生，趙小明.2008.湖北宜昌磷礦新工業磷礦層(Ph12)的特征及地質意義［J］.地質找礦論叢，23(4)：320－324.

譚文清，譚成志，楊剛忠.2012.鄂西地區磷礦資源潛力及找礦方向研究［R］.湖北宜昌：湖北省地質礦產局第七地質大隊.

肖長喜，何欽，盧金祥，等.2014.湖北省興神保地區磷鉛鋅礦整裝勘查兩河口：花莊勘查區磷礦普查報告［R］.湖北宜昌：湖北省地質礦產局第七地質大隊.

楊剛忠，廖宗明，李方會，等.2008.宜昌磷礦北部地區中磷層(Ph2)的地質特征及富礦帶展布［J］.資源環境與工程，22(4)：406－411.

楊剛忠，宋銀橋，聶開紅，等.2010.宜昌磷礦田成礦地質特征及深部找礦模式探析［J］.礦物巖石，30(2)：50－59.

張成信，唐堯，許云光，等.2014.湖北鐘祥蓮花山磷礦床地質特征及成礦機制［J］.地質學刊，38(1)：140－146.