宜昌磷矿田早震旦世陡山沱期磷块岩富集规律浅析

2022-01-19 06:22聂开红牟宗玉肖长喜

资源环境与工程 2021年5期

刘银，聂开红，牟宗玉，雷雳，肖长喜，杨朋，向萌

(湖北省地质局第七地质大队，湖北宜昌 443100)

中国大型磷块岩矿床多形成于早震旦世—早寒武世，主要分布于扬子地台，包括云、鄂、贵、川、湘五省，其中早震旦世陡山沱期的磷矿石资源量占总资源量的一半以上。鄂西聚磷区位于扬子地台北缘，由宜昌、保康、兴神、荆襄等磷矿田构成，其中宜昌磷矿田规模最大，其赋矿地层为震旦系下统陡山沱组(Z1d)，具有工业价值的磷矿层包括下磷层(Ph1)和中磷层(Ph2)。据湖北省地质局第七地质大队不完全统计[1]，宜昌磷矿田共发现和评价了磷矿床73处，其中大型47处、中型22处、小型4处；累计探明磷矿石资源量82.53亿t，约占中国磷矿石总资源量的25%。宜昌磷矿田开展过大量的勘查工作，积累了丰富的探矿工程资料，特别是含磷岩系、磷矿层的厚度资料，为磷矿成矿规律研究奠定了良好基础。为研究宜昌磷矿田陡山沱组磷块岩富集规律，收集了72处矿产地257个探矿工程的工业矿层厚度资料，绘制厚度等值线图，探索厚度变化规律，进而分析区内磷块岩富集规律，为宜昌磷矿田成矿规律总结、勘查工作部署提供一定的依据。

1 区域地质背景

宜昌磷矿田大地构造位置处于上扬子陆块上扬子陆块褶皱带之黄陵背斜北部，北西与兴神磷矿田相接。黄陵背斜为一宽缓背斜，轴向NNE，核部主要出露中太古代—早元古代变质杂岩、中太古代TTG岩套、新元古代晋宁期中酸性闪长岩与花岗岩，翼部主要为南华系—三叠系地层，地层向周缘倾斜(图1)。

图1 宜昌磷矿田地质及磷矿床分布图(据参考文献[2])Fig.1 Geological and phosphorus deposit distributionmap of Yichang phosphorus ore field1.南华系、寒武系—第四系；2.震旦系上统灯影组；3.震旦系下统陡山沱组；4.变质杂岩；5.侵入岩；6.地质界线；7.断层；8.磷块岩矿床；9.磷矿田边界。

宜昌磷矿田内除石炭系、侏罗系、新近系缺失外，自前震旦系到第四系均有出露。磷矿赋存于震旦系下统陡山沱组，形成于全球两大重要成磷期之一的早震旦世陡山沱成磷期[2-6]。陡山沱组主要分布于黄陵背斜北部和东部，呈弧形展布，南起晓峰，北至孙家墩，西至胡家扁、白果园(图2)。

区内构造是在黄陵结晶基底隆升背景下形成的，拆离断层和次级皱褶呈弧形展布。本区断裂分为近EW向、NW向、近SN向和NE向四组，其中近EW向和NW向断裂形成较早，具正断层性质，常被近SN向、NE向断裂切割。上述四组断裂呈网格状交切，形成叠瓦状或小型地堑组合样式，对矿层的埋深和连续性有不同程度的影响。矿田南部部分地段受黄陵背斜核部隆起和樟村坪断裂、雾渡河断裂夹持断块的抬升影响，含磷岩系遭受后期剥蚀，该区已出露前南华纪结晶基底，无磷矿分布。

2 含磷建造及沉积环境

2.1 陡山沱组含磷岩系

陡山沱组为一套富含磷质的地台型海相磷块岩—碎屑岩—碳酸盐岩沉积建造(图2)，成岩年龄为635.2～551.1 Ma[3-6]，其底界一般以底砾岩—含锰白云岩(盖帽白云岩)为标志，角度不整合于前震旦系不同岩系之上；顶界一般为深灰色中厚层状泥晶白云岩夹灰黑色、紫红色泥质白云岩，与灯影组一段呈整合接触。陡山沱组地层厚度呈南厚北薄的趋势，在南部晓峰一带厚320 m，而在北部樟村坪—杉树垭—竹园沟一带厚120～160 m[2]。

图2 宜昌磷矿田陡山沱组含磷岩系柱状图Fig.2 Histogram map of Doushantuo phosphoric rock seriesin Yichang phosphorus ore field

陡山沱组含磷岩系具有多沉积旋回、多层次成磷的特点，包含四个含磷矿层，自下而上依次为陡山沱组樟村坪段中亚段(Ph1，下磷层)、陡山沱组胡集段下亚段(Ph2，中磷层)、陡山沱组王丰岗段底部(Ph3)、陡山沱组白果园段底部(Ph4)。

2.2 工业磷矿层

Ph1矿层分布广泛，层位稳定，是宜昌磷矿田南部的主要工业矿层。Ph2矿层是宜昌磷矿田北部的主要工业矿层。Ph3、Ph4矿层因厚度小、品位低，不具工业价值。

2.3 沉积环境

陡山沱期早期发生广泛海侵，形成的碳酸盐岩—磷块岩—黑色页岩沉积组合广泛分布于扬子地台，其影响范围广、持续时间长，导致宜昌磷矿田及相邻矿田的樟村坪段岩性、厚度及剖面结构变化近于一致。鄂西地区海侵方向总体为由南向北，造成海平面总体随时间演化由南向北逐渐抬升，进而造成宜昌磷矿田的南北沉积环境不一致。

宜昌磷矿田最重要的两个磷矿层为Ph1矿层和Ph2矿层，其聚磷成矿作用与陡山沱组樟村坪段—胡集段下亚段在沉积时所处的岩相古地理环境密切相关，主要与陡山沱期第Ⅰ、Ⅱ沉积旋回有关(图2)。矿田内岩相古地理分区总体呈现NW向延伸展布特征，主要处于浅海台地台坪相的台地泻湖与台地潮坪环境(图3)。白竹与瓦屋之间是胡集段内部南北沉积相的重要分界线，南部宜昌磷矿田分布区主要为闭塞海湾和深水泻湖，北部则是浅水泻湖边缘向潮汐带过渡的潮坪环境[1]。Ph1矿层以磷砂屑泥基磷块岩—白云基砾砂屑磷块岩—白云岩组合为主，主要形成于台地泻湖相滩缘泻湖泥(页)岩—磷块岩—含硅质白云岩亚相，并可细分为磷质叠层石—磷块岩—白云岩隆起微相、夹页岩—白云岩条带泥晶砂屑碎块岩滩缘微相、夹砂屑泥晶磷块岩条带—黑色页岩凹陷微相和硅化砾砂屑磷块岩—砂屑泥晶磷块岩泻湖边缘微相。Ph2矿层以硅化砾砂屑磷块岩—砂屑泥晶磷块岩—泥质泥晶白云岩组合为主，主要形成于台地潮坪相滩间潮坪(潮坪—鲕滩)含磷块岩条带白云岩亚相和台地泻湖相潮坪泻湖磷块岩—泥岩—白云岩亚相。樟村坪段—胡集段下亚段具有明显的分层结构，岩相组合、沉积韵律结构发育完整；胡集段上亚段在本区的含磷建造主要为含(粉砂)泥质硅质白云岩—硅质磷块岩组合，富含粉砂质、泥质、硅质[9-10]，不发育工业矿层。

图3 宜昌磷矿田陡山沱期樟村坪段—胡集段下亚段沉积时岩相古地理图(据参考文献[1])Fig.3 The lithofacies paleogeography map in Zhangcunping Section-Lower Subsection of Huji Section in Doushantuo Periodof Yichang phosphorus ore field1.岩相界线及编号；2.海侵方向；3.陆源方向；4.宜昌磷矿田范围；Ⅰ0 .大洪山、武当古岛滨岸；Ⅰ1.浅海台地台坪;台地潮坪相;岸缘潮坪(外)白云岩—粉砂岩—泥(页)岩亚相;滩间潮坪(潮坪—鲕滩)含磷块岩条带白云岩亚相;台地泻湖相;岸缘泻湖粉砂质泥岩—含磷条带白云岩—灰质白云岩亚相;潮坪泻湖磷块岩—泥岩—白云岩亚相;滩缘泻湖泥(页)岩—磷块岩—含硅质白云岩亚相;磷质叠层石—磷块岩—白云岩隆起微相;夹页岩—白云岩条带泥晶砂屑碎块岩滩缘微相;夹砂屑泥晶磷块岩条带—黑色页岩凹陷微相;硅化砾砂屑磷块岩—砂屑泥晶磷块岩泻湖边缘微相;Ⅰ2.台地边缘;浅海台地边缘滩相粒屑白云岩—藻粒白云岩—泥质白云岩相;浅滩—藻丘云质叠层石亮晶砂砾屑白云岩亚相;水下隆起粉砂质页岩—粒屑白云岩亚相;台地斜坡含磷质—粉砂质泥岩—白云岩相;Ⅱ1.鄂西盆地。