湖北宜昌—兴神磷矿田北向延伸矿层变化研究

何 钦，阳传金，闫 磊，卢金祥，唐 颖

(1.湖北省地质局第七地质大队，湖北 宜昌 443100;2.兴山县国土资源局，湖北 宜昌 443700)

0 引言

宜昌—兴神磷矿赋存于晚震旦世陡山沱组下部(刘智宇等，2013)，是我国两大重要成磷期之一(东野脉兴，2001)，磷矿层总体呈北西—南东向展布，主要发育在宜昌市夷陵区、兴山县及襄阳市保康县部分区域，以品位高、厚度大的宜昌磷矿而闻名(胡纲，2006)。

2011年至今，随着深部勘查工作的不断验证，原宜昌磷矿田与兴神磷矿田含矿层位相同、矿床成因大致相当，区域上已连成一片，现归并为宜昌—兴神磷矿田，矿田范围南起黄陵背斜北东翼一带，北以阳日断裂为界与保康磷矿田相接，西以新华断裂为界与神农架磷矿田相接，东以通城河断裂为界(谭文清等，2012)。矿田范围的圈定，为今后在该区寻找隐伏矿床指明了方向。

1 区域地质背景

宜昌—兴神磷矿田位于扬子准地台中段北缘，地跨上扬子台坪的黄陵断穹、神农架断穹2个Ⅳ级构造单元，北邻青峰台褶束，西接秭归盆地，东迄远安台褶束，南至长阳—永顺台褶束。

区域地层发育较齐全，出露有新太古代、古元古代、震旦纪、寒武纪、奥陶纪及志留纪等地层。除黄陵断穹核部分布有新太古界—古元古界变质岩和岩浆岩、神农架断穹核部分布有震旦纪神农架群浅变质岩以外，总体属沉积岩区。

区域断裂构造发育，以北西向、北北东向、东西向及近南北向断裂为主。北西向以雾渡河断裂为代表，贯穿黄陵断穹核部，对该区地质矿产起着重要的控制作用，该断裂以北的陡山沱组沉积了质优量大的磷矿床，而断裂以南则仅出现小而贫的磷矿;北北东向以新华断裂为代表，纵贯黄陵断穹与神农架断穹的接合部，断距上千米，分割宜昌—兴神磷矿田与神农架磷矿田;东西向以阳日断裂为代表，横切神农架断穹北翼，在该断裂两侧的陡山沱组中赋存了大量优质磷块岩矿床;近南北向以仙女山断裂、远安西部断裂为代表，分别纵贯黄陵断穹的西翼与东翼。后期多次地壳运动对矿床的展布和改造均有不同程度的影响，形成了宜昌—兴神磷矿田的复杂特征(图1)(冉瑞生等，2008)。

2 矿层地质特征

2.1 含矿岩系

图1 研究区构造纲要图Fig.1 Structural outline map of the study area

宜昌—兴神磷矿田以晚震旦世陡山沱组(Z1d)为其含磷岩系，陡山沱组由上而下可分为白果园段(Z1d4)、王丰岗段(Z1d3)、胡集段(Z1d2)、樟村坪段(Z1d1)4个岩性段，各段岩性及分层标志见图2(杨刚忠等，2010)。

2.1.1 白果园段(Z1d4) 深灰色—灰黑色薄—中层状泥粉晶白云岩，典型特征为层面及裂隙面常见紫红色铁质薄膜;偶见黑色燧石扁豆体顺层分布;顶部发育1层砂屑磷块岩(Ph4)。此段厚约3～15 m。

2.1.2 王丰岗段(Z1d3) 灰—浅灰色中层状泥粉晶白云岩夹灰黄色页片状白云质泥岩，泥岩单层厚5～30 mm，可见星点状黄铁矿浸染分布其中;底部常发育1层灰黑色豆粒状、鲕状含磷(Ph3)粉晶白云岩，层位较稳定，厚度薄，品位低，可作为分层标志，一般不具有经济价值。厚约20～40 m。

2.1.3 胡集段(Z1d2) 发育完全时可二分，即上亚段(Z1)和下亚段(Z1)，岩性特征如下。

(1)上亚段(Z1)：灰黑色薄—中层状含燧石扁豆体泥粉晶白云岩，以灰黑色燧石扁豆体或条带为其特征，扁豆体大小如黄豆;普遍发育星点状黄铁矿。厚约15～30 m。

(2)下亚段(Z1)：在区内变化明显，发育完全，可二分，即 Z1(上分层)、Z1(下分层)，岩性特征如下。

Z1(上分层)：灰白色薄—中层状泥粉晶白云岩，偶夹灰—深灰色(风化色为灰黄色)白云质泥岩;局部可见少量灰黑色细磷条带或磷砂屑。厚约0～10 m。

图2 宜昌磷矿北部含矿岩系柱状图Fig.2 Stratigraphic column of the northern ore－bearing rock series in the Yichang phosphate deposit

Z1(下分层)发育完整时岩性特征：顶部为中磷层二矿层(P)，灰黑色泥晶砂屑磷块岩、硅质磷块岩夹条带状白云岩;层位稳定、磷块岩矿石品位较高、厚度大，为主要工业矿层;厚约0～20 m。中部为浅灰色厚层状粉晶白云岩，可见少量灰—灰黑色硅质团块及薄层;厚约0～10 m。下部为中磷层一矿层(P)，灰黑色泥晶砂屑磷块岩夹条带状白云岩，厚度、品位变化系数大，多呈透镜状矿体产出;厚约0～3 m。

2.1.4 樟村坪段(Z1d1) 由上而下可分成上亚段、中亚段、下亚段3个分层，特征如下。

(1)上亚段(Z1)：浅灰色—灰白色厚层状粉晶白云岩，其间常见灰白色硅质团块及薄层，偶夹砂屑磷块岩条带，俗称“上白云岩”，湖北钟祥地区称为“硅磷质白云岩”(张成信等，2014)。厚度约0～15 m。

(2)中亚段(Z1)，发育完整时岩性特征：上部为下磷层三矿层(P)，灰黑色泥晶砂屑白云岩条带状磷块岩、泥岩条带状磷块岩，该区普遍发育，为主要工业矿层，厚约0～10 m。中下部为灰黑色(含钾)泥岩，夹少量泥晶、砂屑磷块岩条带，黄铁矿呈星散状、团斑状或沿裂隙普遍发育(不具有工业价值)，水平层理发育;局部地段可形成泥岩条带状磷块岩即下磷层二矿层(P)和硅质条带状磷块岩(P)，以页岩将其分开，不具工业开采价值。厚3～20 m。

(3)下亚段(Z1)，发育完整可2分：① Z1(上分层)：浅灰色中厚层状(含锰)粉晶白云岩，俗称“下白云岩”，含星点状黄铁矿，层位稳定，厚约2～5 m。② Z1(下分层)：灰白色中厚层状含砾白云岩，砾石成分主要为白云岩、绿泥石片岩、绢云母片麻岩、硅质岩等，白云质胶结。厚度2～5 m(湖北省地质矿产局，1996)。

2.2 矿层特征

宜昌—兴神磷矿田属扬子成磷区(Ⅰ级)、鄂黔成磷带(Ⅱ级)、鄂西聚磷区(Ⅲ级)、宜昌—保康磷矿带(Ⅳ级)范围(杨刚忠等，2008)，由数十大小不等、成群成带的矿区组成。近年来，随着工作的不断推进，认识的不断加深，以及以中磷层Ph2为主要工业矿层的隐伏矿的不断发现，宜昌—兴神磷矿田总体走向为北西—南东、倾向北东已被大多数人所接受，矿层主要赋存于晚震旦世陡山沱组中，形态以倾角较缓的层状－似层状矿体为主(图3)。

图3 磷矿区分布略图Fig.3 Simplified geological map showing the distribution of phosphate ore districts

矿带总体呈南东—北西向展布，在预测的成矿带上现已发现有深部磷块岩矿层存在，只是矿层的厚度、品位有一定的变化。在兴山县、神农架林区及保康县交界处，磷矿带可能受北北东向新华大断裂影响，目前发现的磷矿区主要为北北东向分布;保康地区地层总体倾向为北东向，因此向北东方向延伸，矿层埋深加大，给今后的找矿工作带来了较大的困难。

近期工作可从矿带转向区域，如育林、矿洞垭、黄家湾、榛子岭、雄关堡一带寻求找矿突破，矿层埋藏深度相对较浅，亦属于宜昌磷矿主矿带上。

2.3 矿石自然类型

根据磷块岩矿石结构特征和脉石矿物组成，该区磷块岩矿石主要分为以下5类。

(1)致密块状磷块岩：主要由泥晶磷块岩，砂屑磷块岩、砂屑泥晶磷块岩交替重叠组成。此类矿石P2O5品位一般大于30%(图4)。

(2)致密条带状磷块岩：由泥晶磷块岩、砂屑磷块岩、泥晶砂屑磷块岩、亮晶砂屑磷块岩条带或透镜体紧密叠置而成，夹少量泥岩或白云岩条带，磷条带宽度约5～30 mm不等。此类矿石P2O5品位一般大于30%。

图4 致密块状磷块岩Fig.4 Compact and massive phosphate rock

(3)白云质条带状磷块岩：多由泥晶磷块岩、砂砾屑磷块岩条带与白云岩条带(或团块)互层组成，磷条带宽5～20 mm不等，白云岩条带主要为亮晶砂屑结构，宽1～10 cm不等。P2O5品位由磷条带所占比例控制(图5)。

图5 白云质条带状磷块岩Fig.5 Dolomitic banded phosphate rock

(4)泥质条带状磷块岩：多以泥晶磷块岩、砂砾屑磷块岩条带与水云母页岩条带互层组成，磷条带宽3～20 mm不等，页岩条带宽1～5 cm不等(图6)。

(5)硅质条带状磷块岩：多由泥晶磷块岩、砂砾屑磷块岩条带夹硅质薄层组成(图7)。

条带状磷块岩矿石反映沉积物、洋流的脉动性、周期性变化的特点。

3 矿层对比

图6 泥质条带状磷块岩Fig.6 Muddy banded phosphate rock

图7 硅质条带状磷块岩Fig.7 Siliceous banded phosphate rock

受收集资料及矿区跨度较大等影响，本次选取由南东至北西3个矿区(在宜昌磷矿带所处位置见图3)共6个典型钻孔，以Ph22为主矿层沿走向进行对比(图8)。

3.1 杨家扁矿区

矿区内发育有2层工业磷矿层，由上至下分述如下。

3.1.1 中磷层 顶板为中厚层状泥粉晶白云岩夹泥质白云岩，矿层顶板地层可与区域对比为陡山沱组胡集段下亚段上分层(Z1)。底板为浅灰色厚层状粉晶白云岩(俗称“上白云岩”)，底板地层可与区域对比为陡山沱组樟村坪段上亚段(Z1)。区内缺失P和Z1。

根据此矿层顶、底板岩性特征，经与区域对比应为中磷层二矿层(P)，在区内普遍发育，分布连续且较稳定，为主要工业磷矿层。矿层厚度约在5～10 m之间，矿层厚度大，层位稳定，开采利用价值较高。

图8 宜昌—兴神磷矿P矿层沿走向矿层柱状对比图Fig.8 Statigraphic column of the Pseam extendingalong the trend in the Yichang－Xingshen phosphate deposits

3.1.2 下磷层 顶板为浅灰绿色白云质泥岩(该矿区标志层，推测为黑色含钾页岩相变为浅灰绿色白云质泥岩，普遍发育星点状、条带状黄铁矿)。底板岩性特征总体与顶板相同，为浅灰绿色白云质泥岩、深灰色白云质泥岩，偶夹磷块岩团块，厚0～2.36 m。经与区域地层对比，矿层顶、底板为陡山沱组樟村坪段中亚段(Z1)。基本岩石组合为：白云质泥岩－磷块岩－白云质泥岩。

3.2 竹园沟—下坪矿区

矿区内发育4层磷矿层，由上至下分述如下。

3.2.1 中磷层 矿层1：顶板为中厚层状泥粉晶白云岩，经区域对比为陡山沱组胡集段下亚段上分层(Z1)。底板为灰白色细粉晶白云岩，底板地层可与区域对比为陡山沱组胡集段下亚段下分层(Z1)。

根据矿层顶、底板岩性特征对比，此矿层应为中磷层二矿层(P)，在矿区内普遍发育，分布连续且较稳定，为主要工业磷矿层，矿层厚度10～13 m。

矿层2：顶板为灰白色细粉晶白云岩，其上为矿区主要工业磷矿层(P)，矿层顶板地层可与区域对比为陡山沱组胡集段下亚段下分层(Z1)。底板为浅灰色厚层状粉晶白云岩(俗称“上白云岩”)，底板地层可与区域对比为陡山沱组樟村坪段上亚段(Z1)。

根据矿层顶、底板岩性特征对比，此矿层应为中磷层一矿层(P)，在矿区内部分发育，分布不连续，为次要工业磷矿层，矿层厚度约为1～5 m。

3.2.2 下磷层 矿层3：顶板为浅灰色厚层状粉晶白云岩(俗称“上白云岩”)，其上为矿区次要工业磷矿层(P)，矿层顶板地层可与区域对比为陡山沱组樟村坪段上亚段(Z1)。底板为灰黑色含钾页岩，底板地层可与区域对比为陡山沱组樟村坪段中亚段Z1(K1)。

矿层4：顶板为灰黑色含钾页岩，顶板地层可与区域对比为陡山沱组樟村坪段中亚段Z1(K1)，其上为矿区次要工业磷矿层(P)。底板为灰色中厚层状粉晶白云岩(俗称“下白云岩”)，底板地层可与区域对比为陡山沱组樟村坪段下亚段上分层(Z1)。

根据该矿层顶、底板岩性特征，经与区域对比，此矿层应为下磷层一矿层(P)，在该区不具工业价值，仅作为层位对比。

3.3 保康两河口矿区

矿区内发育3层工业磷矿层，由上至下分述如下(肖长喜等，2014)。

3.3.1 中磷层 顶板为中厚层状含燧石扁豆体泥粉晶白云岩，矿层顶板地层可与区域对比为陡山沱组胡集段上亚段 (Z1)。底板为浅灰—灰白色粉晶白云岩，底板地层可与区域对比为陡山沱组樟村坪段上亚段 (Z1)。矿区内缺失P和Z1。

根据此矿层顶、底板岩性特征，经与区域对比应为中磷层二矿层(P)，在矿区内普遍发育，分布连续且较稳定，为主要工业磷矿层。矿层厚度约为8～15 m，工业价值很高。

3.3.2 下磷层 矿层1：顶板为浅灰—灰白色粉晶白云岩，顶板地层可与区域对比为陡山沱组樟村坪段上亚段(Z1)，部分钻孔此层可能缺失，使得P与P矿层直接相连。底板为深灰色含钾页岩，底板地层可与区域对比为陡山沱组樟村坪段中亚段Z1(K2)。

矿层2：顶、底板均为深灰色含钾页岩夹少量泥晶磷块岩条带，区域对比为樟村坪段中亚段Z1中的K2与K1。

3个矿区矿层沿走向对比可以发现如下情况：(1)3个矿区主矿层均为P矿层，其次为P矿层及P矿层，局部地区这2个次要矿层可形成透镜体状工业矿体，厚度、品位与P矿层相比变化较大;(2)Z1岩性为浅灰色厚层状粉晶白云岩(俗称“上白云岩”)，在3个矿区均有发育，可作为上矿层与下矿层重要的分隔标志层，另外需要注意两河口矿区也存在着Z1尖灭，使得上下磷矿层直接相连;(3)从杨家扁矿区向两河口矿区，总体而言为南东向北西方向，Z1(含钾页岩)厚度有逐渐增加的趋势，说明当时水体环境逐渐趋于稳定。

为使研究更为详尽，本次另选取某矿区4个钻孔沿倾向进行对比(图9)。

矿层沿倾向对比可以发现如下情况：(1)该矿区的主要工业矿层为P矿层，总体而言较稳定;次要工业矿层为P矿层，沿倾向方向随着矿层埋深的逐渐加大，矿层厚度逐渐变薄、品位降低，稳定性较差;(2)Z1岩性主体为浅灰色厚层状粉晶白云岩，为上下磷矿层的分隔标志，且在矿区可相变为泥质云岩，甚至缺失，使得上下磷矿层直接相连;(3)ZK406钻孔显示矿层发生了急剧变化，矿层陡然变薄，且含矿岩系陡山沱组总体变薄，根据区域资料，此处为沉积相发生变化的区域，另一种可能是此处古地理环境为局部隆起地段，不利于矿床的沉积。

图9 某矿区沿倾向矿层柱状对比图Fig.9 Stratigraphic correlation of the seams extending along the dip in a deposit

4 结论

(1)由南东向北西3个代表矿区的主要工业矿层为中磷层二分层(P)，矿层厚度大，品位稳定;次要工业矿层为P矿层及P矿层。成矿带由南至北主要工业矿层由P向逐渐上部P矿层转变，今后可在主矿带空白区域如育林、榛子岭、雄关堡、矿洞垭、黄家湾一带寻求找矿突破，且矿层埋藏深度相对较浅。其次，根据海侵成矿理论，可验证海侵方向大致为南西至北东。

(2)沿杨家扁—竹园沟—保康两河口方向，陡山沱组樟村坪段上亚段(Z1)为上下矿层的分隔标志层，地层厚度逐渐减小，甚至出现尖灭情况，使得中磷层与下磷层直接相连。

(3)从杨家扁矿区向两河口矿区，总体而言，Z1(含钾页岩)厚度有逐渐增加的趋势，说明当时沉积环境趋于较稳定的水体环境。

(4)在保康两河口矿区，磷矿层向深部延伸时，矿层品位降低、厚度变薄，推测此处古地理环境为局部隆起地段或者处于岩相相变区域。

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