鄂北磷矿资源特征及成因

罗 雪, 韩 岭, 罗红玲, 李丰硕, 张鹏飞, 渠 婧, 董 艳, 黎冬梅

(1.湖北省地质局 第八地质大队,湖北 襄阳 441002; 2.湖北省随州市国土资源局,湖北 随州 441300)

鄂北磷矿资源特征及成因

罗 雪1, 韩 岭1, 罗红玲1, 李丰硕1, 张鹏飞1, 渠 婧1, 董 艳2, 黎冬梅2

(1.湖北省地质局 第八地质大队,湖北 襄阳 441002; 2.湖北省随州市国土资源局,湖北 随州 441300)

鄂北磷矿处于上扬子古陆块北部边缘的大巴山—大洪山前陆褶冲带及其南北侧附近地区,具有分布广、层位多、矿床(点)多、储量大等特点,主要沉积成磷期的岩相古地理环境属浅海台坪,磷矿石的来源有陆源和基性火山喷发,成因类型主要有化学沉积、藻结沉积、后生沉积和再沉积等四种,沉积条件及成矿作用方式主要有藻生物光合作用、藻生物的粘结捕获作用、藻生物的阻滞抗浪作用以及颗粒再积与成岩淀晶作用等。

磷矿;资源概况;沉积环境;成因类型;鄂北

襄阳地区矿产资源以磷矿居优,早在上个世纪中叶,就被省地矿学界前辈以“三阳开泰,国泰民安”的吉庆言词多次向外宣传。其所说的“三阳”,是指中国中南地区的三大磷矿(昆阳、开阳、襄阳——实乃荆襄,其北端于襄阳境内)基地所在。华夏民族向来以农业立国著称于世。磷矿加工成磷肥,有了磷肥资源,即可保丰年而“国泰民安”了。而在那时本区的保康磷矿还尚未被发现,只有荆襄磷矿被肯定为大矿。

1 鄂北地区的磷矿资源概况

经鄂北三轮区划的汇总统计,已发现各类磷矿产地共44处,其中有矿床产地14处,小矿、零星矿产地5处,矿点24处,矿化点1处(见表1)。

表1 鄂北地区磷矿产地统计表

14处矿床中特大型1处(荆襄之胡集),大型3处(保康白竹、石草坪、朱家坡),中型8处(保康5处,南漳1处,大洪山,朱堡埠),属于小型者仅2处,已探明资源量>1亿t。潜在预测资源量还有近2亿t。

由表1可见:鄂北磷矿生成期集中于元古代晚期,以Z2d期为主。矿石自然类型以磷块岩居优,产于秦岭造山带南缘变质地层内者已变质生成了磷灰石。P2O5品位一般在15%～26%之间,偶尔可达到31%左右,矿石选冶性能普遍较好。

产地分布区集中出现于上扬子古陆北部的神农架、保康、南漳、大洪山和钟祥地区,随枣南部也有分布。其产地分布,以地质构造背景和成矿时代的不同可划分为4处成矿带和一处聚磷区(见图1)。

1.1 神农架、保康聚磷区

处在NNW向之新华断裂以西,已知矿产地14～15处,有磷块岩矿床大型3处,中型5处,小型1处,成矿时代以Z2d为主,兼有Z2∈1和Pt2(磷灰石)。

1.2 南漳县东部成磷带

在汉江断阶两侧,南起南漳快活岭,北至谷城南河,产地8处,仅邓家崖1处为中型矿床,其余皆矿点,成矿时代为Z1d、Z2∈1和S1-2。另有2处P1期产地构成杨柳—管驿沟东西向分枝延伸入保康境内,其时代、地域跨度都较大。

1.3 荆襄磷矿带

处于汉江断阶内的乐乡关断隆上,可北延至襄阳铁帽山(矿点),胡集(特大型)磷矿、朱堡埠(中型)磷矿共三处产地,时代单一,均为Z1d期,久负盛名,仍具可以扩大的潜力,因其延深及延展带皆被新生代陆屑沉积体所淹没。

图1 鄂北地区磷矿产地分布图Fig.1 Distribution map of producing area of phosphate ore in northern Hubei1.第四系;2.新近系;3.古近系;4.白垩系;5.侏罗系;6.上三叠系;7.下中三叠系;8.三叠系;9.二叠系;10.泥盆—石炭系;11.志留系;12.奥陶系;13.寒武系;14.震旦系;15.南华系;16.新元古界;17.中—新元古界;18.中元古界;19.古元古界;20.二长花岗岩及斑状二长花岗岩;21.斑状二长花岗岩;22.加里东期辉绿(玢)岩、辉长辉绿岩;23.加里东期辉长岩;24.正长斑岩;25.石英正长岩;26.金伯利岩;27.花岗岩;28.斜长花岗岩;29.二长花岗岩;30.钾长花岗岩;31.扬子期混合花岗岩;32.石英闪长岩;33.扬子期辉绿(玢)岩、辉长辉绿岩;34.扬子期辉长岩;35.辉石岩；36.超基性岩;37.印支期混合花岗岩;38.大别期辉长岩;39.基性岩;40.花岗岩(脉);41.伟晶岩(脉);42.煌斑岩(脉);43.地质界线;44.地层不整合接触;45.断裂(层)及编号。矿产地名称:1.谷城南河;2.谷城马槽岭;3.保康过渡湾;4.谷城阴家湾;5.保康石草坪(鹞子河);6.保康乔家山;7.保康董家沟(菜子岭、白石尖);8.保康朱家坡;9.保康苏家坡(磷灰石);10.保康袁家沟(龙家坡);11.保康宦家坪(寺坪);12.保康寨沟;13.保康久里川(磷灰石);14.保康久里川(矿床);15.保康观音崖;16.保康管驿沟;17.南漳杨柳;18.南漳瓦屋坪;19.南漳邓家崖;20.南漳大红脑;21.南漳望府山;22.南漳三道河;23.保康白竹;24.南漳五庙河(水田畈);25.南漳快活岭;26.襄阳铁帽山;27.钟祥胡集;28.钟祥朱堡埠;29.随州关磨寨(磷灰石);30.枣阳鹰咀崖(磷灰石);31.枣阳姚湾(磷灰石);32.枣阳徐洞沟(磷灰石);33.随州西湾(磷灰石);34.随州新屋湾;35.随州六合湾;36.随州谢家店;37.随州大洪山(张三坡);38.随州土门;39.随州秦家棒子(棒子坡);40.钟祥梅树岩(丘家湾、三槐冲);41.钟祥檀树岭(铜家岭);42.京山天宝寨(板凳岭);43.京山天门关;44.京山张家河。

1.4 大洪山磷矿带

呈NNW向由8处产地沿以洪山群(Pt2-3hs)为核心的大洪山背斜SW翼分布,内有中、小型矿产地,但以矿点为主。

1.5 大狼山磷矿化带

矿化产地有8处(29-36)[1]。

2 鄂北聚磷区的大地构造位置

由前述5处成矿区带分布可见,它们都集中出现于上扬子古陆块北部边缘的大巴山—大洪山前陆褶冲带(Ⅱ2-1)及其南北侧附近地区(大地构造划分方案参见文献[2])。

2.1 神农架、保康聚磷区

位于青峰断裂之南,巴—洪前陆褶冲带中部弧形折转区西侧。青峰断裂以北即秦岭—大别造山带的武当陆内裂谷区(Ⅰ1-1-1);褶冲带南为神农架—荆门台坪褶皱带(Ⅱ2-2-1),该褶皱带在此又被向北突出轴近SN的黄陵台坪变形带(Ⅱ2-2-2)几近分为东西两部。该变形带又是宜昌聚磷区之所在。故两大聚磷区相互接近,其成磷凝集条件十分有利,赋有大、中型产地8处。

2.2 大洪山磷矿带

处于巴—洪前陆褶冲带的SE端的NE拱起处,是本区巴—洪前陆褶冲带第2处聚磷区(带),由于古地理条件的斜坡迁移效应,使该带磷矿沉聚期延续至Z2∈1期,并呈扩充势态,故有张三坡Z2∈d中型矿床的形成。

2.3 南漳县东部成磷带

也与巴—洪前陆褶冲带密切相关,处在该带中偏西的弧形转换部,汉水断陷盆地(Ⅱ2-2-6)西侧,此成矿带呈NNW向由谷城南河—南漳邓家崖—快活岭,南东切穿了褶冲带,进入Ⅱ2-2-6荆门台坪褶皱带,这是仅有的一处独具特性的成矿现象,此与其成磷期的古地理环境的与众不同不无关系。

2.4 荆襄聚磷带

处在汉水断陷盆地(Ⅱ2-2-6)(K2)北部中心的乐乡关断隆(Ⅱ2-2-7)(K2)之上,可北延至铁帽山。

2.5 随枣南部大狼山磷矿化带

为鄂北唯一地出现在秦岭造山带,随南陆缘裂谷(Ⅰ1-1-3)(Pz1)SW边缘的一处矿化带,当时当地因处于东秦岭海槽深水区而不利于磷质的凝聚和保存,仅有磷矿化而不具工业价值。

3 主要沉积成磷期的岩相古地理环境

距今7亿—8亿年前新元古期的晋宁造山运动造就了鄂北聚磷区的湖海山川概貌,同时也奠定了磷质来源及凝聚的基本条件,图2即为成磷期的古地理概况。青—襄—广古断裂以北为东秦岭古海槽,它是华北与上扬子两块古陆间的裂陷带,水深而富含磷(硫、氟)质,因为在南华纪冰期之后,海槽裂谷之破裂已达硅镁层,基性火山岩浆喷溢活动普发,形成耀岭河组之双峰式细碧—角斑岩建造,该建造以富P2O5为主并含S 、F为特色。

断裂以南为古扬子浅海区,海底基岩由中下元古代崆岭群杨坡杂岩(Pt1yn)、神农架群或花山群等构成,水深较浅,并于宜昌—襄阳间形成鄂西浅海台地,西至神农架，东到大洪山,成为鄂(西)北聚磷区(见图3),浅海与海槽海水互通互连,直至下古生界华力西期之泥盆纪之后,东秦岭才成为扬子浅海北侧之山区。

鄂西浅海台地在早震旦世陡山沱期之岩相古地理概况(图3、图4)中,划分为深海沟(Ⅱ2)、浅海盆地(Ⅰ3)和浅海台地(Ⅰ2)三个相带(区),主聚磷区为后者,前二者不利于磷块岩的形成和富集,其岩性为泥岩(或含炭)灰岩和白云岩,以泥灰岩为主。

图2 古扬子海北东部震旦纪早世陡山沱期岩相古地理图Fig.2 Sequence paleogeographic map of Doushantuo Formation of Lower Epoch Sinian Period about Yangtze block1.古陆、古岛;2.台地;3.聚磷区;4.后期断层;5.古断裂;6.海侵方向;7.波浪方向;Ⅰ.浅海相区;Ⅰ1.浅海滨海相带;Ⅰ2.浅海台地相带;Ⅰ3.浅海盆地相带;Ⅱ.深海相区;Ⅱ1.深海滨海相带;Ⅱ2.深海相带;①.青—襄—广断裂;②.郯庐断裂。

浅海台地相中普遍成磷,但其中的碎屑岩台坪亚相(Ⅰ2-1)则不利于成矿,如大神农架、木鱼坪、古庙垭等地,其在古隆起顶面的平缓地带。岩性为含白云岩的砂泥碎屑岩。

首先对成磷最为有利者,是台坪碳酸盐亚相(Ⅰ2-2),如保康石草坪、白竹、朱家坡、袁家沟及荆襄磷矿区。成磷期它们处于浅海台之水下隆起区,岩性为磷块岩、泥岩和白云岩,磷块岩呈致密状、蠕虫状和条带(云、泥质)状,由胶磷矿构成,亦见隐晶状磷灰石。

其次为浅海台地边缘相(Ⅰ2-3)之含磷块岩、泥岩、白云岩,它围绕Ⅰ2-2台坪碳酸盐亚相分布于保康东蒿坪、保康、南漳、宜城、钟祥及以西之环形带内,可能处在水下坳陷和隆起的斜坡带,多见及磷块岩,然少聚集,可见矿点,难有矿床。

最后为台沟亚相(Ⅰ2-4)含磷泥岩、白云岩、灰岩,已靠近古陆边界古断裂,处于断裂斜坡底部的坳陷内,分布于谷城南河—襄阳铁帽山—大洪山客店一带。南漳邓家崖及大洪山张三坡灯影组中型磷矿床当在其中,其成因类别为砾屑状再沉积型,即先期或同期形成的富磷物质在海底多动水体的扰动下,经破碎、滚动再胶结—沉积作用而成矿,机率不多,矿床少见。目前仅见中型2处,矿点及矿化点5处,不及Z1d产地的1/2。但仍居鄂北磷矿的第二位。

图3 鄂北地区震旦纪早世陡山沱期岩相古地理图Fig.3 Sequence paleogeographic map of Doushantuo Formation of Lower Epoch Sinian period in northern Hubei1.碎屑岩台坪亚相(含白云岩的砂泥岩);2.碳酸盐台坪亚相(磷块岩、泥岩、白云岩);3.台地边缘亚相(含磷块岩、泥岩、白云岩);4.台沟亚相(含磷泥岩、白云岩、灰岩);5.深海相带(含炭泥岩—碳酸盐岩);6.浅海盆地相区(泥岩、灰岩、白云岩);7.剖面位置/陡山沱组厚度(m);8.古断裂;9.岩相区(带)分界线;10.海侵方向;11.陡山沱组等厚线。

图4 鄂北聚磷区古构造古地理岩组联剖示意图Fig.4 Schematic diagram of combined section of sequence paleogeography of phosphorus-accumulating area in northern Hubei1.磷块岩沉积部位;2.浅海台地相;3.碎屑岩台坪亚相;4.碳酸盐台坪亚相;5.台地边缘斜坡亚相;6.台沟亚相。

4 关于磷矿来源之说

关于磷矿来源,以叶连俊的观点[3]有代表性。他认为古扬子海周缘古陆区中—上元古界—太古界地层内的含磷物,经风化剥蚀、化学风化及分解后的磷质物溶于海水再沉淀固结而成矿,此种可能是存在的,如存于Pt2内的磷灰石矿点就有2～3处,武当岩群下岩组为以中酸性为主的双峰式火山建造,内有细碧角斑质岩浆喷溢和变基性侵入岩,基性岩富P,南华纪冰碛层亦然。

笔者认为,鄂北地区磷矿源自南华纪耀岭河组(Nhy)基性火山喷发,且喷发于成矿之先。证据是南华纪耀岭河组(Nhy)火山岩内P2O5含量较高。如大洪山区花山期基性岩中含P2O50.14%～0.4%,许家寨辉绿岩为0.34%～1.27%,钾镁煌斑岩为0.62%～1.27%,均等于克拉克值(0.22%)1.5～3.41～4.6倍,为常态海水数十万倍;碳氟型磷灰石中含F为克拉克值的30倍,超出常态海水15倍以上;磷块岩之稀土元素Sm/Nd=0.16～0.24,接近于夏威夷碱性玄武之比值(0.18～0.23);荆襄磷矿Z1d矿层内见有少量陆屑(石英、长石的玻—晶屑,且具有烘烤溶蚀边),在宜昌磷矿中陆屑含量可达2%～15%。

5 磷矿石的成因类型

依矿石的结构构造可反映其成因类型的原则,荆襄磷矿(Z1d期)磷块岩可分为化学沉积、藻结、后生和再沉积等四个大类和11个亚类[4](见表2)。

荆襄磷矿(及其同期同类)的成因类型为:浅海沉积型磷块岩矿床Ph1(陡山沱早亚期),矿层为化学、生物化学沉积型;Ph3(陡山沱晚亚期),矿层为再沉积型。其各自的特征归纳如表3。

6 沉积条件及成矿作用方式

6.1 沉积条件

炎热干燥—温暖的古气候适宜藻类生息,有利于磷质析出和凝聚;脉动式缓慢升降及海水进退有利于沉积成矿;浅海台坪,水深在潮间—潮下浅水区,潮汐作用为主属有利场所;弱碱性(pH7.5～8)水质适宜磷质析出;藻类古生物繁盛,叠层石十分发育,可促使磷质聚沉、富集及保存。

6.2 成矿作用方式

有藻生物光合作用,藻生物的粘结捕获作用,藻生物的阻滞抗浪作用以及颗粒再积与成岩淀晶作用等。

7 结语

鄂北聚磷区主要位于上扬子古陆块北部边缘的大巴山—大洪山前陆褶冲带(Ⅱ2-1)及其南北侧附近地区,分为神保、大洪山、南漳县东部、荆襄、随枣南部等聚磷成矿区带,具有分布广、层位多、矿床(点)多、储量大等特点。鄂北地区的古地理环境及新元古期的晋宁造山运动为磷质来源和凝聚奠定了基础,造就了以荆襄磷矿为代表的浅海沉积型磷矿床。

表2 磷矿石的成因分类表

注:该表分类以荆襄磷矿研究成果为例。

表3 荆襄磷矿矿床成因类型特征表

[1] 黄琦,韩中央,方旭,等.湖北省鄂北地区成矿远景区划报告[R].襄樊:鄂西北地质矿产调查所,2007.

[2] 湖北省地质调查院.湖北省矿产资源潜力评价成果报告[R].武汉:湖北省地质调查院,2013.

[3] 叶连俊.外生矿床陆源汲取成矿论[J].地质科学,1963(2):67-87.

[4] 林因厚,余吉祥,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.

(责任编辑：于继红)

Characteristics and Genesis of Phosphate Ore Resources in Northern Hubei

LUO Xue1, HAN Ling1, LUO Hongyan1, LI Fensbuo1, ZHANG Pengfei1, QU Jing1, DONG Yan2, LI Dongmei2

(1.EighthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiangyang,Hubei441002; 2.SuizhouMunicipalLandandResourcesBureau,Suizhou,Hubei441300)

Phosphate ore in northern Hubei is situated in northern margin of uooer Yangtze paleo-land of Dabashan-Hongshan foreland fold thrust belt and and south side near the region.It has characteristics of wide distribution,multiple layers and large reserves.Lithofacies paleogeographic environment belong to shallow sea terrace,Sources of phosphate ore are terrestrial sources and basic volcanic eruption.Genetic types are divided into four types including chemical deposition,algal deposition,epigenetic deposition and redeposition.

phosphate ore; resources situation; sedimentary environment; genetic type; northern Hubei

2015-03-24;改回日期:2015-07-06

罗雪(1972-),女,工程师,化探专业,从事地质矿产勘查工作。E-mail:547704481@qq.com

P619.21+3

A

1671-1211(2016)01-0034-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201601006

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151217.1333.026.html 数字出版日期:2015-12-17 13:33