神农架林区火炼坡矿区成磷时代的新认识及意义

陈冲，陈开旭

（中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北武汉 430205）

神农架林区火炼坡矿区成磷时代的新认识及意义

陈冲，陈开旭

（中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北武汉 430205）

鄂西地区作为扬子地台四大聚磷区之一，通过大量研究与勘查工作，鄂西地区磷矿为陡山沱期沉积型磷块岩矿床，并在实际工作得到验证，然而对于鄂西地区非陡山沱期磷矿鲜有报道。文章通过对鄂西地区神农架火炼坡矿区磷矿野外详细调查基础上，结合探槽、钻孔勘查工程取样分析测试及矿石薄片镜下鉴定结果，确定火炼坡磷矿为神农架群乱石沟组沉积变质型磷灰石矿床。研究认为，火炼坡磷矿床形成于浅海碳酸盐潮坪亚相带向潮下低能相带过渡的半局限台地氧化环境，之后遭受后期区域变质及构造变形作用，重结晶成以针柱状磷灰石为主的磷矿床；区域上神农架群乱石沟组磷矿发现为鄂西磷矿区增加新的找磷层位和磷矿类型，且温水河-松柏-阳日一带乱石沟组地层具有重要的找矿潜力。

鄂西；神农架林区；火炼坡矿区；沉积变质型磷矿

我国磷矿资源十分丰富，赋矿层位约24个，矿产地约500余处[1]，截至2014年底，全国磷矿查明资源储量达214.5亿吨。我国重要的工业磷矿床主要是沉积磷块岩矿床，变质型磷灰岩矿床和岩浆型磷灰石矿床居次要地位。按照已探明资源储量计算，沉积磷块岩约占75.5%，变质型和岩浆型磷灰石矿占24.0%[2]。我国最重要的工业磷矿形成于震旦纪陡山沱组和寒武纪梅树村组，陡山沱组磷矿主要分布于鄂西、湘北、湘西、黔中地区，在扬子地块东部及东南缘构成四大聚磷区[3-4]。

鄂西地区作为扬子地台四大聚磷区之一，包括荆襄、宜昌、新华、神农架和保康等磷矿区，鄂西磷矿严格受岩相古地理环境控制，主要沉积相带为浅海台地台坪-磷块岩、泥（页）岩、白云岩亚相，矿体主要分布于地台次一级褶皱隆起的碳酸盐台地上，呈层状、似层状赋存于震旦系下统陡山沱组，矿石矿物以胶磷矿为主，脉石矿物主要为白云石、方解石、石英和粘土矿物，鄂西地区磷块岩矿床为震旦纪陡山沱组海相沉积型磷块岩矿床[4-16]，并在实际工作得到较好应用。鄂西地区神农架林区火炼坡磷矿前期勘查过程中，一直被认为是陡山沱组沉积型磷块岩矿床。笔者在矿区详细地质调查、地层剖面测量、取样测试分析及矿石矿物镜下鉴定的基础上，确定该磷矿为神农架群乱石沟组沉积变质型磷灰石矿床，对矿区磷矿的勘查具有重要的指导意义，区域上不仅为鄂西地区磷矿新增找磷层位和磷矿类型，而且岩相古地理环境表明温水河-松柏-阳日一带具有良好的成矿远景，对鄂西地区磷矿勘探具有重要的意义。

1 区域地质背景

1.1区域地层

图1 神农架火炼坡地区区域地质图Fig.1 Regional geological map ofHuolianpoarea,Shennongjia,western Hubei Province

区域地层岩性总体上为碳酸盐岩-碎屑岩建造，呈近东西向展布（图1），主要出露有：乱石沟组（Pt2l）、莲沱组（Nh1l）、陡山沱组（Z1d）、灯影组（Z21d）、牛蹄塘组+石牌组（1-2n+ŝ）、天河板组+石龙洞组（2t+ŝl）、覃家庙组（2-3q）和娄山关组（3-4l）、南津关组-宝塔组（O1n-O2-3b）、南津关组-牯牛潭组（O1n-g）、宝塔组（O2-3b）、龙马溪组+新滩组（O3S1l+S1x）和罗惹坪组（S1lr）及第四系（Qha）l。区内阳日～九道大断裂以北以前寒武纪地层为主，以南主要为早古生代地层。通过纵切矿区东部及其北侧陡山沱组地层剖面（图2），可见神农架群乱石沟组第二岩性段（Pt2l2）为中厚层夹薄层泥粉晶白云岩夹云泥质板岩，可分为四个亚段，第二亚段和第四亚段底部发育有磷矿层，磷矿层下部见含云泥质板岩，且乱石沟组与上覆地层假整合接触。1.2区域构造

图2 神农架火炼坡地区地层剖面图Fig.2 Stratigraphic section map ofHuolianpoarea,Shennongjia,western Hubei Province

矿区大地构造位置处于杨子准地台上扬子台坪大巴山～大洪山台缘褶带之青峰台褶束南缘。青峰台褶束南部是近东西向的马湾复背斜，背斜轴向80°，东西长80 km，南北宽30 km，核部岩层为神农架群乱石沟组（Pt2l），岩性为轻微区域变质的碳酸盐岩～碎屑岩建造夹中基性火山岩和凝灰岩；冀部岩层为震旦系（Z）～志留系（S）沉积盖层，主要为碎屑岩～碳酸盐岩建造；复背斜两冀不对称，北冀岩层倾角较陡，一般45°～60°，南冀岩层倾角较缓，一般20°～40°，且被阳日～九道大断裂破坏而残缺不全。火炼坡磷矿位于该复背斜核部近南翼。

1.3岩相古地理

中元古代神农架沉积盆地处于扬子古板块北部，北与鄂北裂陷海槽相连通，南以黄陵古陆作为屏障，西延伸至四川广元，东通达随州大洪山，总体上形成了一个近东西向坳陷的被动大陆边缘沉积盆地。乱石沟期，全区总体上处于陆表海潮汐环境，形成了区域岩性变化甚大的潮汐沉积地层，表现为近似平行于南部黄陵古陆的近东西向的岩相分带，即潮坪相带和潮下低能相带（图3）。潮坪相带以潮间带为主，濒临古陆部分，大量的陆源碎屑物质混入形成混合潮坪亚相带；混合潮坪的外侧形成碳酸盐潮坪亚相带，碳酸盐沉积中往往含有一定数量的陆源碎屑和远火山凝灰物质，常见大型波状层理和韵律层理，叠层石丰富。潮下低能相带以潮下相为主，处于温水河-松柏-阳日一线以北，岩性多为薄-中层状泥晶-细晶白云岩，并普遍夹有硅质条带和硅质团块[17]。火炼坡矿区处于潮坪相与潮下低能相分界北侧，岩性为碳酸盐岩-碎屑岩组合，高能环境标志（同生角砾、鲕粒、交错层理、冲刷面）与低能环境标志（泥晶结构、水平层理、硅泥质条带）相互伴生并交替出现，潮汐和波浪作用较强，磷矿层形成于海水间歇动荡的潮间-潮下环境，水动力条件属于高-低能变化带，类似于震旦纪陡山沱组和寒武纪梅树村组磷矿岩相古地理环境。

图3 神农架地区乱石沟组岩相古地理略图（据文献[17]修改）Fig.3 Sketch map oflithoacies palaeogeographyofLuanshigouFormation in Shennongjia region

2 矿区地质

矿区内主要出露地层为乱石沟组第二段（Pt2l2），为一套区域浅变质的碳酸盐-碎屑岩组合，总体表现为北北西倾斜的单斜构造，区内构造较为发育，以断裂构造为主，断裂破碎带以碎裂岩、角砾岩及碎粉岩为主，断裂两侧围岩中伴生节理、劈理延伸甚远。

2.1地层特征

矿区内主要出露地层为乱石沟组第二段（Pt2l2），为一套区域浅变质的碳酸盐岩～碎屑岩组合，依据岩性特征自上而下可划分为四个岩性亚段，具体如下：

第四亚段（Pt2l24）：岩性为浅灰～灰白色薄-中-厚层状含硅质白云岩，夹有泥云质板岩，其中下部含有第三磷矿层（PhⅢ）。厚度大于100 m。

第三亚段（Pt2l23）：黄绿色砂泥质、云质板岩及黑色含炭泥质板岩，偶见黄铁矿条纹及结核，底部为第二磷矿层（PhⅡ），该层位矿体仅在矿区外坑子里沟处出现，矿体规模很小。厚度3.5～60 m。

第二亚段（Pt2l22）：灰-灰白色泥粉晶白云岩，上部为深灰色中厚层状硅质白云岩；中部为灰色薄层状泥粉晶云岩，局部夹透镜状赤铁矿；下部为浅灰色中厚层夹薄层状泥粉晶云岩。底部为第一磷矿层（PhⅠ）。厚度220 m。

第一亚段（Pt2l21）：岩性为浅灰-灰色中厚层状白云岩，进一步细分为上部、下部、底部三层。上部为浅灰色中厚状硅质白云岩；中部为浅黄色、紫红色、灰绿色薄～层状含云泥质板岩；下部为浅灰色薄～厚层状含硅质条带白云岩，未见底。

2.2构造特征

区内地层总体表现为北北西倾斜的单斜构造。地层倾角变化较大，北部地层倾角较陡，最小35°，最大55°，一般45°；南部地层倾角相对较缓，最小5°，最大40°，一般20°。

区内构造主要为北西向断层，包括F1、F3和F4断裂，特征描述如下：

F1断层：分布于矿区西南部（苦水河北东侧）山坡上，断裂北西向穿过矿区西南角，延伸长度大于2 km，断层呈舒缓波状，两侧围岩地层中节理、劈理甚为发育，岩层甚为破碎，破碎带宽度一般为1～20 m，局部可达30余米，带内岩性主要为碎裂岩、角砾岩、碎粉岩，断面倾向40°～60°，倾角60°～80°，性质为正断层，垂直断距约44 m，对PhⅠ矿层影响较大。

F3断层：分布于矿区中北部骡马沟一带，延伸长度大于2.5 km，断层两侧地层破碎，破碎带宽0.1～3 m，带内岩性主要为角砾岩、碎裂岩，断面倾向200°～210°，倾角68°～70°，性质为正断层，垂直断距30 m。

F4断层：为F3断层的分支断层，分布于矿区西部牛栏坡一带，区内延伸长570 m，断裂破碎带宽0.1～1 m，带内充填角砾岩、碎裂岩，倾向47°，倾角70°，性质为正断层，垂直断距29 m。

3 矿体地质

3.1矿体特征

矿区内有两个磷矿层，即PhⅠ、PhⅢ矿层，本次研究对象是矿区西南部PhⅠ矿层的Ⅶ号矿体。

Ⅶ号矿体位于矿区西南部，分布连续稳定，顺层延伸，顶板为第二亚段（Pt2l22）浅灰色中厚层夹薄层状泥粉晶白云岩，底板为第一亚段（Pt2l21-3）浅灰色中厚状硅质白云岩。矿体总体上呈大透镜体产出，倾向向北，倾角约20°，地表延长约1000 m，斜深大于350 m。矿体最小厚度1.51 m，最大厚度22.65 m，平均厚度为8.74 m。

图4 火炼坡矿区地质图Fig.4 Geological map ofHuolianpodistrict,Shennongjia,western Hubei Province

矿体保留了原矿石类型特征，具有明显的“二元结构”，上部为条带状磷矿，下部为白色致密块状磷矿（图5）。矿体上部是陡山沱组常见的矿石类型，P2O5品位可达36.64%，一般为15%～22%，矿体下部矿石品位最高可达39.07%，一般为20%～32%。矿体中富矿体占较大比重，总体上P2O5品位约为25%。

3.2矿石特征

矿区矿体矿石类型主要为条带状磷矿及白色致密块状磷矿，特征如下：

条带状磷矿：磷灰石集合体与脉石矿物集合体各自相对集中，形成沿层理重复交替出现的条纹状构造，表现为薄层磷块岩与薄层白云岩（或硅质岩）互层，单层厚度一般为0.5-10 cm。

白色致密块状磷矿：磷灰石、白云岩（或硅质岩）均匀分散而没有各自相对集中，形成均匀块体，层系厚度为2～10 cm，层间一般为含铁质的白云岩薄膜。

矿区矿体矿石矿物为磷灰石，脉石矿物为石英、白云石及褐铁矿等（图6），特征如下：

磷灰石：手标本上呈灰白、褐黑色。薄片中无色透明，具有浅色色调，短柱状或针状晶形，大小约30μm×100μm～50μm×200μm，大部分紧密聚合成集合体呈条带状或团块状分布，其次与白云石或石英交互成薄层状。

石英：他行粒状，粒径一般为5～20 μm，聚集形成条带状集合体，或者与磷灰石、石英交互成层，存在波状消光现象。

白云石：半自形-他行晶，粒径10～50 μm，聚集形成条带状集合体，或者与磷灰石、石英交互成层，构成薄层、微层状构造。有时白云石颗粒边缘可见次生加大边，这无疑说明白云石后期存在重结晶。

褐铁矿：褐红色、褐黄色，沿着矿体层面或者构造裂隙面分布。

3.3矿石化学成分

图5 矿体“二元结构”特征Fig.5 Ore body“dual structure”feature

图6 矿石矿物镜下特征（a、c偏光；b、d正交光）Fig.6 Microscopic characteristics ofore minerals（a,c.Polarizer.;b,d.Crossed nicols）

矿区矿石及围岩样品采样位置见图4及表1，化学成分见表2。由表可见，矿石中以富CaO、P2O5为特征，P2O5含量介于22.36%～42.87%，平均值为33.75%；CaO含量介于34.35%～48.54%，平均值为42.60%；MgO含量介于0.409%～8.8%，平均值为2.73%；CO2含量介于1.59%～19.4%，平均值为6.50%；F含量介于1.37%～3.03%，平均值为2.26%；SiO2含量介于1.39%～29.13%，平均值为10.10%；Al2O3含量介于0.533%～1.31%，平均值为0.765%；（Na2O+K2O）含量介于0.114%～0.442%，平均值为0.274%。分析结果表明矿石主要是由CaO、P2O5、F构成磷酸盐矿物，以MgO、CO2、CaO、MnO组成的碳酸盐矿物及SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3等硅质、粘土质矿物组成（图7）。根据围岩富含的主要成分特征，围岩是由CaO、MgO、CO2构成碳酸盐矿物，SiO2、Al2O3、K2O等构成的硅质、粘土矿物组成，底板围岩主要为硅质白云岩或硅质白云质板岩。

FeO/Fe2O3比值介于0.34～0.77，均值0.60，总体上为氧化环境[18]。岩层从下往上（紫色板岩、底板白云岩、条带状磷块岩）FeO/Fe2O3比值依次增大，水体逐渐变深，磷块岩具体形成于海侵过程中。虽然白色致密块状磷块岩ω（FeO）含量小于0.10%，但是相对于其上、下层位ω（Fe2O3）明显较低，根据沉积环境变化特征，其FeO/Fe2O3比值很可能位于0.58-0.77之间。

3.4矿床成因

矿区磷矿的形成类似于震旦纪陡山沱组和寒武纪梅树村组磷矿，严格受岩相古地理环境控制。矿区处于浅海潮间碳酸盐潮坪亚相带向浅海盆地边缘潮下低能相带过渡部位，为半局限的台地相环境，藻类繁盛的浅海台地波浪和潮汐作用带，不仅有丰富的上升洋流的磷源供给，而且陆源碎屑物质很少，具有适宜于磷质沉淀的温暖、低二氧化碳含量、低压、高盐度的碱性条件，有利于磷酸盐的沉积。同时间歇动荡的潮间-潮下带高-低能环境还有利于磷酸盐的颗粒化和磷质颗粒的簸选、聚集的再沉积，形成沉积型磷块岩矿床。

表1 矿区岩矿石样品采样位置及类型Table 1 Location and type of rock and Ore sample from ore district

表2 矿区岩矿石样品分析结果Table 2 Sample analytic result of rock and ore from ore district

图7 矿石主要化学成分聚类分析Fig.7 Cluster analysis result ofore main chemical component

矿区内神农架群为中-低压相系的千枚岩型低緑片岩相。阳日-九道大断裂从矿区南侧穿过，区内次级断裂较为发育，伴生的小构造（节理、劈理等）极为发育，区内岩层总体上较为破碎，赋存其中的磷矿层同样遭受区域变质作用及构造变形影响，原沉积作用形成的胶磷矿已经变质重结晶为针柱状的磷灰石，最终形成沉积变质型磷灰石矿床。

4 区域找矿意义

鄂西磷矿区磷矿勘探一直以寻找陡山沱期磷块岩为目标，以前从未报道过神农架群乱石沟组沉积变质型磷灰石矿层。这次乱石沟组磷灰石矿床的发现与确定，不仅为鄂西磷矿区增加新的找磷层位（Pt2l2）和磷矿类型（沉积变质型磷矿），而且岩相古地理研究表明温水河-松柏-阳日一带神农架群乱石沟组地层是寻找此类磷矿层的重点勘探区域。同时，在鄂西磷矿区陡山沱期磷块岩勘探中，注意下部乱石沟组磷灰石矿床的勘探。

5 结论

（1）火炼坡矿区磷矿形成于浅海潮间碳酸盐潮坪亚相带向浅海盆地边缘潮下低能相带过渡的半局限台地氧化环境，之后遭受后期区域变质及构造变形作用，重结晶成以针柱状磷灰石为主的磷矿床，为鄂西地区沉积变质型磷灰石矿床。

（2）鄂西地区神龙架群乱石沟组第二段赋存有沉积变质型的磷灰石矿床，温水河-松柏-阳日一带神农架群乱石沟组地层具有重要找矿潜力。

野外地质工作期间得到了湖北省地质局第七地质大队施国润、黎开金、罗林工程师的指导和帮助，野外工作始终得到了神农架火炼坡矿业有限责任公司各位同仁的支持与帮助，在此深表感谢。

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CHENChong，CHENKai-Xu

(Wuhan Center of China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China)

Chen C and Chen K X.New Cognition and Significance of Phosphorus-forming Age of Huolianpo district,Shennongjia forest region.

The western Hubei province is one of four big phosphorus accumulation areas in Yantze platform.The phosphorite deposit ofwestern Hubei province belongs tosedimentaryphosphorite deposit duringDoushantuoperiod,which is verified in the actual work,but the phosphate deposit in western Hubei province during non-Doushantuoan period is rarely reported.Based on detailed field survey in Shennongjia Huolianpo district of western Hubei province,combining with sample analysis from trench and drilling exploration engineering and ore slice identification results,we determine Huolianpo phosphorite deposit as sedimentary-metamorphic apatite deposit in Luanshigou Formation,Shennongjia Group.Research suggests that Huolianpo phosphorite deposit is formed in semi restricted platform oxidation environment,changing from shallow carbonate tide flat subfacies to subtidal low-energyfacies,followingregional metamorphismand tectonic deformation,finally form apatite deposit with abundant recrystallization acicular apatite;The discovery of Luanshigou Formation phosphorite deposit indicates existence of new phosphorus-bearing stratum and new phosphate type in the western Hubei province,and Luanshigou Formation in the Wenshuihe-Songbai-Yangri area owes considerable prospectingpotential.

Western Hubei province;Shennongjia forest region;Huolianpo district;sedimentary-metamorphic phosphorite deposit

P619.21+3

A 章编号：1007-3701（2016）04-366-08

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.04.006

2016-7-19；

2016-9-20.

陈冲（1987—），男，助理工程师，矿产普查与勘探专业，E-mail：183557673@qq.com.

Geology and Mineral Resources of South China,2016,32(4):366-373.