白庙湾地区“红安群”沉积变质型磷矿找矿研究

杨俊敏

(湖北省富硒产业研究院,湖北 武汉 430034)

白庙湾地区“红安群”沉积变质型磷矿找矿研究

杨俊敏

(湖北省富硒产业研究院,湖北 武汉 430034)

白庙湾位于大别山区的大悟县境内。区内地表出露“红安群”天台山组下段第二岩性段地层；北东向茶林寨向斜从区内穿过,茶林寨向斜北西翼有冷棚磷矿区,南东翼有余家北湾磷矿区。根据对“红安群”沉积变质型磷矿的成矿背景、层控规律与构造特点的分析研究,在白庙湾地区深部隐伏有“红安群”黄麦岭组地层,具有较好地寻找黄麦岭组沉积变质型磷矿隐伏矿体的前景。

红安群;磷矿;找矿研究;白庙湾

磷矿石是生产磷肥及磷酸盐的原料,是一种不可再生的矿产资源。随着鄂北地区磷矿资源的持续开采,其保有资源储量逐年减少,为磷矿老矿山寻找接替资源,将成为日后地质矿产工作的任务之一。

在开展《鄂北大悟地区红安群地层层序及找矿方向研究》项目的工作中,对大悟县白庙湾地区的地层、构造、层控规律、成矿背景及已有磷矿区的含矿特征、控矿因素进行了分析研究,为日后在白庙湾地区深部寻找沉积变质型磷矿提出了新的认识。

1 概况

白庙湾位于湖北省大悟县城北西305°方向约2.7 km处。

大悟地区“红安群”的地质工作程度较高,自上世纪70年代起先后有中南冶金研究所、湖北省第六地质大队、湖北省区域地质测量大队、湖北省地质调查院等多个单位,先后开展了区域地质调查、矿产调查和科学研究工作,发现了冷棚、余家北湾、黄麦岭等磷矿区,并开展了地质矿产普查、详查、勘探工作。

2 区域地质

2.1 地层

本区处于扬子陆块北缘北秦岭构造带内带东区段大别地层小区。自上而下主要出露地层有:第四系、白垩系、震旦纪灯影组、中元古界红安群和下元古界大别群。其中,中元古界红安群自上而下,又划分出七角山组、天台山组、黄麦岭组三个地层单元。区内出露岩石主要为早晋宁期变基性岩和燕山期花岗岩等。

2.2 构造

本区位于扬子板块与华北板块的交界部位,大地构造位置处于北秦岭构造带外带东区段。区内构造复杂,褶皱、断裂形迹相互交织。下元古界大别群地层形成冷棚古隆起(背斜)、大磊山古隆起(背斜)和双峰尖古隆起(背斜)。区内主体构造线呈北西和北东向,北西向构造主要有冷棚背斜、大磊山短轴背斜、芳畈向斜、双峰尖背斜、英店—青山口断裂等；北东向构造主要有茶林寨向斜、大悟压扭性断裂等。

2.3 矿产

区内矿产较为丰富,主要有磷矿、重稀土(钇)矿、黄铁矿、含钾岩石、硅石矿等。其中,磷矿矿床类型为沉积变质型,主要分布在茶林寨向斜两翼和双峰尖背斜周边,有多个磷矿区、磷矿点和磷矿化点。

3 红安群黄麦岭组含磷地层岩性与原岩恢复

依据前人对本区红安群黄麦岭组地层岩性组合特征与沉积变质型磷矿赋矿层位研究成果,将黄麦岭组划分为中上、下2个岩性段和3个岩性亚段； 磷矿层仅赋存于黄麦岭组下岩性段和中上岩性段地层中,严格受地层层位控制；磷矿床(点)分布,具有明显的围绕茶林寨向斜两翼和双峰尖背斜周边群聚性分布的特点。

3.1 黄麦岭组下岩性段(Pt2h1)

黄麦岭组下岩性段地层是区域内最重要的含磷岩系。前人多称为“下含磷岩系”。

黄麦岭组下岩性段地层所包含的岩石组合基本一致。其岩性主要为白云钠长片麻岩(变粒岩)、石墨片岩(含铁质炭质磷灰石)、磷块岩(磷矿层)、含磷灰石白云母大理岩、白云石英片岩、含铁质炭质白云石英片岩,底部为含铁锰(钠长)微斜变粒岩。通过对黄麦岭磷矿区黄麦岭组下岩性段地层中磷矿层的多个短剖面的研究,显示出黄麦岭组下岩性段地层自下而上基本层序为:锰土层—磷矿层(硅质岩、浅粒岩、变粒岩)—大理岩—白云石英片岩。

黄麦岭组下岩性段地层中的磷矿含矿性,在茶林寨向斜南东翼的大磊山地区为最好,而在茶林寨向斜北西翼的冷棚和双峰尖背斜周边地区相对较差。

原岩恢复研究表明,黄麦岭组下岩性段地层主体以碎屑沉积层岩为主,属一套含铁锰质含磷碎屑—碳酸盐岩组合,具有稳定的台缘沉积特征。

3.2 黄麦岭组中上岩性段(Pt2h2+3)

黄麦岭组中上岩性段地层是区域内次重要含磷岩系。前人多称为“上含磷岩系”。

黄麦岭组中上岩性段地层以有厚层大理岩、白云石大理岩产出为特征。自下而上基本层序为:含磷锰云母石英片岩—锰质(锰土)磷灰岩—含磷白云石英片岩—浅粒岩、变粒岩。

黄麦岭组中上岩性段岩性在不同的地段岩性组合不同,冷棚周边和黄麦岭地区以大理岩、白云石大理岩、磷矿层为主；而在大磊山北侧和南侧的岩石组合则为大理岩、白云石大理岩、磷矿层、白云钠长(二长)变粒岩、白云石英片岩。

黄麦岭组中上岩性段地层中的磷矿主要分布于茶林寨向斜北西翼的冷棚和双峰尖背斜周边地区,并以与厚层大理岩共生为特征。其含矿性次于黄麦岭组下岩性段地层中的磷矿。

原岩恢复研究表明,黄麦岭组中上岩性段地层原岩为白云岩、灰岩、白云质灰岩、陆源碎屑岩、海底斜坡沉积岩,属一套稳定的台缘钙、镁质碳酸盐沉积。

4 矿区地质

白庙湾地区处于北东向茶林寨向斜轴部,向斜北西翼有冷棚磷矿区,向斜南东翼有余家北湾磷矿区(图1)。

图1 白庙湾地区地质略图Fig.1 Geological outline of Baimiaowan area1.第四系;2.红安群天台山组上段;3.红安群天台山组下段;4.红安群黄麦岭组中上段;5.红安群黄麦岭组下段;6.下元古界大别群;7.斑状花岗岩脉;8.逆断层;9.性质不明断层;10.推测断层;11.地层产状;12.地质界线;13.不整合地质界线;14.图切剖面线;15.磷矿区范围;16.成矿预测区范围。

4.1 地层

区内出露地层自上而下分别为:第四系、中元古界红安群天台山组、中元古界红安群黄麦岭组和下元古界大别群。依据天台山组和黄麦岭组地层中的岩性组合特征,将天台山组划分为上、下2个岩性段和5个岩性亚段,将黄麦岭组划分为上、下2个岩性段和3个岩性亚段(图2)。

磷矿层赋存于黄麦岭组下岩性段(Pt2h1)和黄麦岭组中上岩性段(Pt2h2+3)地层中。

图2 白庙湾地区综合地层柱状图Fig.2 Columnar section of comprehensive formation in Baimiaowan area

4.2 构造

区内主体构造线为北西向和北东向。北西向构造主要有冷棚背斜、大磊山短轴背斜；北东向构造主要有茶林寨向斜、大悟压扭性断裂。矿区自北西向南东依次呈现主要的构造形迹有:冷棚背斜、茶林寨向斜、大悟压扭性断裂、大磊山短轴背斜。

茶林寨向斜自北东向南西穿越矿区。向斜核部为红安群天台山组(Pt2t)地层,两翼由红安群黄麦岭组(Pt2h)地层构成。向斜北西翼地层总体倾向NE115°,倾角35°～45°；向斜南东翼地层总体倾向S180°～SW220°,倾角35°～50°,局部倾角60°～80°(图3)。

北北东向大悟压扭性断裂在区内为一沿大悟河发育的隐伏断裂。

4.3 磷矿区矿产特征

4.3.1 冷棚磷矿区

冷棚磷矿区位于茶林寨向斜北西翼,由过风坳磷矿段和冷棚磷矿段构成。

过风坳磷矿段位于冷棚磷矿区北东部,出露红安群黄麦岭组中上岩性段(Pt2h2+3)地层(上含磷岩系)。该矿段地表矿体基本上由条带(或条纹)状磷灰岩(下磷矿层)—浅粒岩或含磷变粒岩(夹层)—条带状磷灰岩(上磷矿层)构成。磷矿床由下含磷层的Ⅰ-Ⅲ号矿体组成。磷矿层沿走向基本呈直线状连续分布,全长1 400 m；矿层地表厚度呈缓波状变化,最大厚度4.4 m,最小0.3 m；磷矿层产状稳定,倾向115°,倾角35°,局部变陡,一般不超过40°。P2O5平均品位13.10%。

矿石自然类型主要有条带状磷灰岩(变粒磷灰岩)、锰质磷灰岩、浅粒磷灰岩。矿石中含白云石、炭质、粘土(大理岩风化)[1]。

4.3.2 余家北湾磷矿区

余家北湾磷矿区位于茶林寨向斜南东翼,出露红安群黄麦岭组下岩性段(Pt2h1)地层(下含磷岩系),地表岩层由老而新,具有片麻岩—片岩—大理岩—磷灰岩—浅粒岩—变粒岩沉积规律。磷矿床由下含磷层的Ⅰ号矿体(层)、夹层(大理岩)和上含磷层的Ⅱ号矿体(层)组成。

Ⅰ号矿体规模小,不具工业价值。

Ⅱ号矿体是主要矿层,层位稳定,呈似层状、透镜体状,沿走向和倾向常呈分枝复合状。矿体长1 600 m,最大控制斜深180 m。矿体厚度变化大,控制厚度0.47～7.23 m,从地表向深部具逐渐变薄的总趋势。磷矿层产状较稳定,倾向180°～220°,倾角35°～ 50°,局部倾角60°～80°。P2O5含量较稳定,地表P2O5平均品位11.1%,向深部P2O5品位逐渐略有降低,P2O5品位7.77%～8.57%。

图3 白庙湾地区图切剖面图Fig.3 Profile in Baimiaowan area1.片麻岩;2.浅粒岩;3.大理岩;4.磷矿层;5.地质界线;6.断层;7.产状;8.红安群天台山组上段;9.红安群天台山组下段;10.红安群黄麦岭组中上段;11.红安群黄麦岭组下段。

矿石自然类型主要有条带状磷灰岩、变粒磷灰岩和锰质变粒磷灰岩。矿石中普遍含白云石、炭质[2]。

5 磷矿床成因研究

本区沉积变质型磷矿的形成与磷质来源、构造条件、古气候特征、古地形特征、古岩相特征密切相关。

5.1 磷质来源

本区由磷矿层、碳酸盐岩(泥岩)、粉砂岩组成含磷岩系。磷质来源具有多面性,以来自火山物质中的磷质为主,其次萃取古隆起的风化剥蚀碎屑物中的磷质,生物分解成的磷质则极有限。无论是哪种来源或哪种作用形成的磷质,都溶解于海水中,形成富磷溶液。在物理和化学条件的共同作用下,形成磷酸盐凝胶体和凝胶团沉淀,形成磷块岩[3]。

5.2 古岩相特征

含磷岩系由白云钠长石英片岩、白云石英片岩、白云钠长片麻岩、浅粒岩、变粒岩、磷灰岩、大理岩、白云质大理岩等组成。原岩为陆源碎屑岩、白云岩、灰岩、白云质灰岩、海底斜坡沉积岩,原岩岩相属海湾粉砂岩相、海湾磷块岩—粉砂岩相、海湾磷块岩—白云岩相、浅海白云岩相。含磷岩系内岩层呈层状、似层状、薄层状、透镜状产出,岩层间无断层存在现象,属逐渐过渡的连续沉积,显示出正常沉积的特点。

5.3 构造条件

大别运动使大悟地区全面褶皱上升,遭受剥蚀,呈水平方向运动,形成冷棚—大磊山—双峰尖古隆起带,给后期磷矿的堆积提供了有利的场所,垂直方向的震荡运动形成早元古代末的不整合面和沉积旋回,震荡运动控制了含磷岩系的生成与部位[4]。吕梁运动后,本地区地壳开始沉降,大规模海浸发生,接受沉积,形成了二个完整的沉积旋回。在第一旋回的海进阶段沉积了下磷矿岩系(层),在该旋回的海退阶段,则沉积了上磷矿岩系(层)。同时,由于振荡运动的差异性,引起水平方向沉积幅度不等,在区域上造成了磷矿的有无,在矿段内则出现矿层的分枝复合现象。后期运动还继承改造了前期构造形迹,形成了茶林寨向斜及大悟压扭性断裂等北东向构造形迹。

5.4 古气候特征

含磷岩系中的碳酸盐层、矿石中的白云石及炭质物形成的显微层理,说明磷矿是在温暖—炎热的气候条件下形成,属于热带和亚热带环境的沉积物。

5.5 古地形特征

含磷岩系厚度变化特征是大悟北东冷棚—大魁山一带最薄(≤40 m左右),南西青山口一带最厚(<200 m),反映了当时的古地形是北东高,南西低。说明海底地形不凹凸不平,有相间出现的水下凸地和凹地。矿层形态、厚度严格受基底地形起伏的控制而发生变化。

6 结束语

白庙湾地区位于北东向茶林寨向斜轴部南西段。茶林寨向斜自北东向南西穿越矿区,向斜核部由天台山组地层构成,向斜两翼由黄麦岭组地层构成。向斜西北翼有冷棚磷矿区,向斜东南翼有余家北湾磷矿区。

通过对白庙湾地区的区域及矿区地层、构造和茶林寨向斜两翼磷矿区的含磷岩特征的分析研究,加之参考前人对本区磷矿床成因的岩相古地理、古构造条件等研究成果,认为:在茶林寨向斜轴部的白庙湾地区深部,隐伏有黄麦岭组含磷岩系地层的赋存条件、构造条件和岩相古地理条件,具有较好地寻找中元古界红安群黄麦岭组沉积变质型磷矿隐伏矿体的前景。

[1] 张中安,苗永勤,黄平,等.湖北省应山县冷棚磷矿区详查地质报告[R].孝感:湖北省第六地质大队,1977.

[2] 严海明,余家庆.湖北省大悟县余家北湾磷矿地质普查评价报告[R].武汉:湖北省地质资料馆,1973.

[3] 赵普林,等.桐柏—大悟变质岩区成矿条件及找矿方向[R].宜昌:中南冶金地质勘探公司研究所,1983.

[4] 陈竹英,蒋礼贤.湖北省黄麦岭磷矿矿床地质特征和成矿条件简介[J].矿床地质,1989,8(4):78-84.

(责任编辑：于继红)

Prospecting Study on Sedimentary Metamorphic TypePhosphorite in Baimiaowan Area

YANG Junmin

(HubeiInstituteofSelenium-richIndustry,Wuhan,Hubei430034)

Baimiaowan is located in the territory of Dawu County in Dabie mountain area.The second lithologic section of the Tiantai Mountain formation of Hongan group exposed on the surface in the region.According to analysis and research of metallogenic background,strata-bound and construction characteristics,Huangmailing formation of Hong’an group hidden in Baimiaowan area has a better prospects of looking for concealed orebodies of sedimentary metamorphic type phosphorite in the Huangmailing formation.

Hong’an group; phosphorite; prospecting; study; Baimiaowan

2015-01-30;改回日期:2015-04-02

杨俊敏(1956-),男,高级工程师,地质力学专业,从事地质勘查工作。E-mail:997456819@qq.com

P619.21+3

A

1671-1211(2015)04-0391-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504006

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150619.1333.002.html 数字出版日期:2015-06-19 13:33