荆襄磷矿岩石学特征及成矿规律浅析

肖蛟龙，杨刚忠，向 萌，何 钦，唐 颖

(湖北省地质局第七地质大队，湖北宜昌 443100)

荆襄磷矿岩石学特征及成矿规律浅析

肖蛟龙，杨刚忠，向 萌，何 钦，唐 颖

(湖北省地质局第七地质大队，湖北宜昌 443100)

荆襄磷矿位于上扬子地区东北部的鄂西聚磷区，是中国重要的产磷区之一，其特点是规模大、品位富、质量高。通过分析荆襄磷矿田的地质背景、古地理环境，认为以潮汐作用为主的台坪相是控制本矿田主矿层形成及空间展布的主要因素;同时结合矿田岩石学特征，本区磷块岩以含有较为丰富的有机质为特点，推断本区的有机质和稀土元素富集呈负相关;本区磷矿成矿规律具有多旋回、多期次成矿特点，成因类型上，早期磷块岩多为原地化学、生物化学沉积类型，后期多为异地颗粒再积类型。

荆襄磷矿;磷块岩;岩石学特征;成矿规律

荆襄磷矿发现于上世纪50年代，是中国重要的产磷区之一。该磷矿位于上扬子地区东北部的鄂西聚磷区，其矿床特点为规模大、品位富、质量高。矿田由北而南分为胡集、朱堡埠和冷水三个矿区［1］。

荆襄磷矿主要含磷岩系为震旦系上统陡山沱组(Z1d)，其主要磷矿层自下而上分为:第一、第二、第三、第四磷矿层［2］(代号分别为Ph1、Ph2、Ph3、Ph4)与区域(鄂西聚磷区)主要磷矿层相对应，但区内各磷矿田含磷岩系及磷矿层的划分存在一定差异。

1 地质特征

1.1 成矿地质背景

荆襄磷矿位于上扬子地区东北部的鄂西台隆，西南邻接长阳台拗，东北邻接秦岭地槽，并被青峰—襄广断裂隔开。归属于Ⅰ级亚奥全球性成磷区，Ⅱ级扬子成磷亚区，Ⅲ级湘鄂黔成磷带，Ⅳ级鄂西聚磷区，Ⅴ级荆襄磷矿田成矿单元(全国成矿区划)。

矿田位于扬子准地台北缘，与宜昌磷矿、兴神磷矿、保康磷矿共同组成鄂西沉积型聚磷区。荆襄磷矿位于乐关乡地垒的中部，其东界为隐伏的胡集—沙洋大断裂，与汉江地堑相邻，西界亦为一隐伏断裂，而与荆门地堑相邻。

矿田共有四个主要磷矿层，自下而上分为:第一、第二、第三、第四磷矿层(代号分别为 Ph1、Ph2、Ph3、 Ph4)。其中Ph1、Ph2、Ph3构成工业矿层，Ph4由低品位磷块岩或磷质岩组成，不具工业价值，仅能作为一个标志层。四个磷矿层构成了三个沉积旋回，第一磷矿层对应第一沉积旋回，第二、三磷矿层对应第二沉积旋回，第四磷矿层对应第三沉积旋回。显示了荆襄磷矿具有多层结构的工业磷块岩的特点。

主要矿层呈北北西向带状出露于荆襄磷矿田的东部，倾向南西。含磷岩系沉积基底为中元古界杨坡群(见图1)。

1.2 古地理环境特征

荆襄磷矿位于鄂西浅海台地东部，属台地碳酸岩台坪磷块岩、页岩、白云岩亚相。根据十分发育的人字形层理、透镜状层理、再生作用面等沉积构造及叠层石的广泛分布，以及潮渠沉积物的出现等沉积特征，认为台坪是以潮汐为主的作用带，为荆襄磷矿最有利的成矿古地理环境。

从本区含磷岩系岩相剖面上来看，自下而上总体为一海侵层序，但又有明显的小幅度升降振荡运动，可划分为3个小的沉积旋回(图2)。每个小的旋回都赋存有磷块岩层，因此小旋回的数目是矿层层数的指示，多旋回结构可能存在多个矿层，单一的旋回结构只存在单个矿层。然而旋回数目增多，说明振荡运动频繁，对形成厚大矿层却是不利的。矿层在旋回中的位置不固定，沉积序列不一致，说明岩相是磷块岩形成和分布的重要因素，但不是唯一因素。

图1 荆襄磷矿田地质简图Fig.1 Geological sketch of Jingxiang orefield(图件来源于参考文献［3］，有改动)

1.3 岩石学特征

1.3.1 含磷岩系岩石稀土元素特征

含磷岩系稀土元素组成及总量(见表1)(图3)，白云岩在10.99×10－6～109.78×10－6，平均66.23× 10－6，其中含磷粉晶白云岩大于较纯净的白云岩;磷块岩在25.35×10－6～216.11×10－6之间，平均为105.62 ×10－6，其中砂屑磷块岩最多，凝胶团粒磷块岩次之，砾屑核形石磷块岩最低;水云母页岩平均为173.27× 10－6;底砾岩平均为294.31×10－6。稀土元素总量与岩石类型有关，它们依白云岩、磷块岩、页岩、底砾岩的顺序逐渐增高。

δEu值，均为铕负异常型，白云岩在0.62～0.84，平均为0.74;磷块岩在0.74～0.84，平均为0.77;水云母页岩平均为0.43;底砾岩平均为0.43。但白云岩及磷块岩明显大于页岩及底砾岩，即稀土元素总量与δEu值呈负相关关系。

∑Ce/∑Y，白云岩在1.81～3.06，平均为2.39;磷块岩在1～2.36，平均为1.52;水云母页岩中平均为3;底砾岩平均为2.90。均为轻稀土富集型，几种主要岩(矿)石的稀土元素模式曲线，明显表现为左高右低的右倾型(图3)。

1.3.2 磷块岩特征

磷块岩主要由24种矿物组成，可分为磷酸盐矿物及脉石矿物两大类。湖北省荆襄磷矿地质特征及成矿规律［3］项目分别在Ph1、Ph3矿层取了少量磷酸盐矿物样品，进行了红外光谱(图4)、X-射线衍射(图5)、差热分析、单矿物化学分析测试，结果表明红外光谱与X-射线衍射的结果基本一致，并将DF1、DF2两样定为碳氟磷灰石，而将DF3、DF4两样定为氟磷灰石［4］。差热分析结果，无明显差别，但却都含有微量CO2。具海成磷酸盐特征。

区内磷块岩中微量元素含量甚低，除部分磷块岩锶、硼含量高于克拉克值之外，一般均低于克拉克值。其中碘含量为0～250×10－6，除砂岩状、致密状磷块岩略大于克拉克值外，其余大多为0，与宜昌磷矿(I含量一般为1200×10－6～4200×10－6)［5］相比，本区明显偏低。

磷块岩中稀土元素总量:Ph3矿层在244.73×10－6～372.92×10－6，平均为308.83×10－6，Ph1矿层在18.9×10－6～108.66×10－6，平均为69.12×10－6。与国内外知名磷块岩相比，区内磷块岩明显偏低。其变化特征为矿层中黑色致密磷块岩、蠕虫状磷块岩、致密状磷块岩含量较低，云质条带状磷块岩、泥质条带状磷块岩较高。前者大都由叠层石磷块岩组成，有的含有机质较高，其形成与藻类活动有关，由此推测有机质的存在对稀土元素的富集可能是不利的。

δEu:Ph3矿层在0.71～0.78，平均为0.75;Ph1矿层在0.71～0.79，平均为0.73，均为铕负异常型，具有不同程度的铕亏损。∑Ce/∑Y:Ph3矿层在0.87～1.14，平均为1.01;Ph1矿层在1.97～3.39，平均为2.74。一般表现为轻稀土富集型，模式曲线为左高右低的右倾型，属于偏碱性的环境。唯有肉红色条带状磷块岩比值为0.87，结合该种磷块岩中含有较多的硅质条带，应为偏酸性的沉积环境。

图2 荆襄磷矿田胡集矿区岩相—旋回划分柱状图(图件来源于参考文献［3］，有改动)Fig.2 Lithic facies-cycle division histogram of Huji ore district in Jingxiang orefield

表1 陡山沱组岩石稀土元素组成特征表［3］Table 1 Schedule of REE composition characteristic of Doushantuo Fm

图3 陡山沱组主要岩石稀土元素模式曲线图Fig.3 Main REE mode graph of Doushantuo Formation

图4 碳氟磷灰石红外光谱曲线(测试数据来源于参考文献［3］，其中BQ2为韩秀玲资料)Fig.4 IR curve of carbon fluorapatite

Eu/Sm，Ph3矿层平均为0.25;Ph1矿层在0.19～0.25，平均0.22。

La/Yb，Ph3矿层在6.86～10.65，平均为9.76;Ph1矿层在14.06～21.44，平均为17.06。

Sm/Nd，Ph3矿层在0.23～0.29，平均为0.26，Ph1矿层在0.18～0.2，平均为0.2。

两个矿层的稀土元素参数特征有明显差别，Ph3矿层与Ph1矿层比较，稀土总量δEu、Eu/Sm、Sm/Nd较大，∑Ce/∑Y、La/Yb较小，其中以稀土总量、∑Ce/∑ Y、Sm/Nd差别最为显著。这些差别也明显地反映在稀土元素模式曲线图上(图6)。此外，从图6可见两矿层磷块岩稀土总量与∑Ce/∑Y比值存在着明显的负消长关系，各自集中分布于两个不同的区域，Ⅰ区磷块岩稀土总量较低，∑Ce/∑Y比值较高;Ⅱ区磷块岩稀土总量较高，∑Ce/∑Y比值较低。暗示两个主要矿层在物质来源、成矿环境以及磷块岩成因方面可能存在着差异。

图5 碳氟磷灰石X-射线衍射曲线Fig.5 X-ray diffraction curve of carbon fluorapatite

2 矿床成因与成矿规律

陡山沱期主要磷质来源是通过洋流直接从台沟上升到本区台地上，由于升温、降压，CO2大量逸出(藻类活动也消耗部分CO2)，致使pH值升高，促成磷酸盐溶液的过饱和沉淀［6］。陡山沱早期，首先在相对低凹的潮下低能带内经胶体聚沉作用形成了凝胶团粒磷块岩。随着沉积物的加积，沉积面升至潮间带内，经藻生物作用形成了叠层石磷块岩。二者共同组成第一磷矿层。陡山沱晚期，由于地壳运动和沉积补偿作用，在矿田北部的胡集矿区形成了一个局部的台坪浅滩，于滩外潮下带由上述两种成矿作用所形成的初始磷块岩软泥或半固结磷块岩经潮汐流的侵蚀、破碎、粒化后迁移到台坪浅滩，后又经反复簸选再形成了第三磷矿层。

上述两个主要矿层，由于形成的时间、沉积环境和主要的成矿方式不同，各自代表了不同的成因类型(亚类)。Ph1矿层为以化学作用为主的化学、生物化学沉积型磷块岩;Ph3矿层为以物理(机械)作用为主的再沉积型磷块岩。不同成因的矿床，其成矿环境、成矿作用及成矿过程不尽相同。在区域古构造、古地理环境基本接近的情况下，局部微地形及水动力条件是控制不同成因磷块岩形成的最重要因素。

区域磷块岩矿床均分布于中低纬度带，并与古地理、岩相关系密切。荆襄磷矿是扬子准地台地壳演化历史的产物，晋宁运动末期，鄂西一带中元古代地槽褶皱回返，固结为陆，形成隆起与凹陷相间的扬子准地台。早震旦世末，伴随着气温急剧转暖，冰川消融、地表下沉，扬子区发生大规模的海侵，遂形成水体不深、循环不畅、能量较弱的古扬子浅海。加之长期风化剥蚀作用以及海槽深海中所提供的丰富磷质，这些都是扬子准地台众多磷矿床形成的根本原因。本区磷矿具有多旋回、多期次成矿特点，在矿床成因类型上，早期磷块岩多为原地化学、生物化学沉积类型，后期多为异地颗粒再积类型，而且颗粒越向上越粗。这表明，自下而上成矿水动力条件逐步加强，沉积环境的稳定性渐趋变差。本区磷矿层具有由南向北层位逐渐升高的趋势，Ph1矿层分布全区;Ph2在冷水矿区无矿化，在朱堡埠矿区出现磷质层，而在胡集矿区则出现小型工业矿体;Ph3矿层只出现于胡集矿区，这主要受南低北高的地形控制，海水由南向北入侵所致。

图6 主要磷块岩稀土元素模式曲线图Fig.6 REE mode graph of the main phosphorite

3 结语

(1)本区最为有利的成矿古地理环境为以潮汐作用为主的台坪相，该相带控制了区内主要磷块岩矿床的展布，是磷块岩矿床成因的重要因素，但并非唯一因素。

(2)区内磷块岩中稀土元素总量少于国内外其他磷块岩矿床，而本区磷块岩又以含有较为丰富的有机质为特点，推断本区的有机质和稀土元素富集呈负相关。

(3)从两个主要磷矿层的稀土元素特征可以看出，其成矿环境以及成因方面可能存在着差异，从而形成了两种不同成因的磷块岩——颗粒再积砂砾屑磷块岩与化学、生物化学聚沉凝胶团粒磷块岩。

(4)陡山沱期磷块岩的岩石组合具“上升洋流岩石组合”特征。中低古纬度的信风带，干燥而温暖气候的上升洋流作用其成磷条件好。相对低凹的潮下低能带，局限台坪沉积域是巨富磷块岩的主要聚沉区。

［1］叶连俊，陈其英，赵东旭，等.中国磷块岩［M］.北京:科学出版社，1989:1－341.

［2］罗迪柯.湖北荆襄磷矿地球化学特征及其矿床成因研究［D］.北京:中国地质大学(北京)，2011.

［3］林因明，于吉祥，张万玉，等.湖北省荆襄磷矿地质特征及成矿规律［R］.襄樊:湖北省第八地质大队，1986.

［4］韩秀玲.碳氟磷灰石的红外吸收光谱［J］.地质科学，1980(2):156－166.

［5］金光富，宋银桥，宋秀灿，等.宜昌磷矿成矿地质条件及找矿远景报告［R］.宜昌:湖北省第七地质大队，1987.

［6］刘力生.湖北省钟祥市莲花山磷矿地质特征及找矿远景［J］.化工矿产地质，2011，33(4):208－214.

(责任编辑:于继红)

Analysis of Petrological Characteristics and Metallogenic Regularity in Jingxiang Phosphate Ore

XIAO Jiaolong，YANG Gangzhong，XIANG Meng，HE Qin，TANG Yin
(Seventh Geological Brigade of Hubei Geological Bureau，Yichang，Hubei 443100)

Jingxiang phosphate ore is located on the northeastern Yangtze region of phosphorus accumulating area in western Hubei，is one of China's important phosphogenetic area，its characteristics is large scale，high grade and high quality.By analyzing geological background and palaeo-geographical environment，platform facies that is dominated by tidalaction is the main factors of controlling formation of main ore bed and spatial distribution.At the same time，according to the petrological characteristics of the ore field，the paper infers organic matter and the enrichment of rare earth element is negative correlation.

Jingxiang phosphate ore;phosphorite;petrological characteristics;metallogenic regularity

P619.21+3;P58

:A

:1671－1211(2015)06－0800－05

10.16536/j.cnki.issn.1671－1211.201506008

2015－08－26;改回日期:2015－09－28

肖蛟龙 (1986－)，男，助理工程师，资源勘查工程专业，从事固体矿产勘查工作。E－mail:xiaojiaolong@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151103.1501.002.html数字出版日期:2015－11－03 15:01