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宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

卷(V olume)30,期(Num ber)2,总(T otal)120矿物岩石 页(Pages )50-59,2010,6,(Ju n,2010)J M INE RAL PETROL

收稿日期:2010-01-17; 改回日期:2010-04-28

作者简介:杨刚忠,男,40岁,工程师,矿产勘查专业,研究方向:固体矿产勘查及评价.

宜昌磷矿田成矿地质特征及

深部找矿模式探析

杨刚忠1, 宋银桥2, 聂开红1, 李福喜1, 罗 洪2, 廖宗明1

1.湖北省鄂西地质勘查开发院,湖北宜昌 443100;

2.湖北省宜昌地质勘探大队,湖北宜昌 443100

摘 要 宜昌磷矿田属晚震旦世陡山沱期特大型磷块岩矿床,其含磷岩系陡山沱组为硅质、泥(页)质岩 磷块岩及硅质云岩 磷块岩共生岩石组合,具工业价值的矿层为下磷层(P h 13)及中磷层(Ph 22,P h 21),矿床共生含钾页岩,伴生I 、F 元素。矿床形成受大陆边缘隆起带及!水下高地?浅水沉积体系控制,矿层中出现胶状、壳粒状、团粒状等原生结构的磷块岩,并伴有内碎屑磷块岩。磷质来源于上升洋流,经过生物化学及机械化学方式沉淀,工业矿层形成于浅海台地边缘泻湖 潮坪及台地滩间 泻湖 潮间相带,含磷岩系具有多旋回、多期次沉积成磷特征,Ph 13及Ph 22矿层聚磷沉积中心,由南向北迂移富集;认为宜昌磷矿田与兴神矿田相连,因此保康 宜昌磷矿带得以重新划分。从成矿模式分析,在黄陵地块隆起带北缘,浅海台地沉积区是形成大型矿床的有利部位,含磷岩系沉积旋回发育完整,标志层明显,次级旋回分布稳定,工业矿层产于次级旋回上部,矿层具有三端元结构类型(A B C),区域磷矿带及富矿带均呈NW 向分布样式。诸多因素共同组合的磷矿沉积富集规律的探索,对指导鄂西晚震旦世陡山沱期深部找矿具有重大的现实意义。 关键词 宜昌磷矿田;成矿地质特征;成矿单元;找矿模式;陡山沱期磷块岩中图分类号:T 588 24+4 文献标识码:A 文章编号:1001-6872(2010)02-0050-10

0 引 言

最早的海相生物化学沉积型磷矿成矿理论是上升洋流成矿说[1],20世纪50年代#60年代发展后的理论认为:气候干旱和低纬度的辐散上升地区是最有利的成磷地带,其一边是与大洋相连的深海盆地,另一边为低缓的陆缘地带,解释了成矿时的磷质

来源及磷质由深海到达陆缘的动力机制问题[1]。

宜昌磷矿田亦属大型海相沉积磷块岩矿床。20世纪60年代#90年代,开发主要集中于殷家坪、桃坪河、盐池河、樟村坪、店子坪等中部及南部区域的下磷层(Ph 1)[2];21世纪之初勘查区不断北移,先后在北部的杉树垭、云台观、江家墩等查明16个矿区(段),其中磷层Ph 2为主要工业矿层[3],新增总资源储量相当于找到了第二个!宜昌磷矿?,实现了该区

深部找矿重大突破。

近十年来,国内学者对扬子地块陡山沱期古构造、岩相古地理的研究,提出大陆边缘体系的浅水成矿理论,将鄂西#黔中划分为!陆缘坻?有利成矿带[5]。长久以来对研究区晚震旦世陡山沱期岩相古地理及磷块岩成矿远景和资源量的预测研究,认为陡山沱组是一个典型的硅质岩、页岩、磷块岩、碳酸盐岩为共生组合的远硅质建造!上升流岩石组合?;磷块岩沉积环境及富集发生在次稳定陆块边缘过渡带、半开阔台地滩缘 泻湖 潮坪(或潮间)泻湖相带上[4]

。依据含磷丰度趋势面分析,指出宜昌磷矿北丰带最有找矿前景?;并根据岩相古地理及矿层、矿石类型分析对比,将钟祥荆襄、兴神、保康磷矿视为

一个磷矿带(图1),划为神农架 钟祥磷矿带%,然这种认识和划分方案还值得进一步研究和完善。为此,研究从矿床成矿特征、含磷岩系沉积建造旋回、

矿体富集规律、矿床成因等成矿系列等方面对成矿带(单元)划分和成矿模式作深入探讨,希望对今后找矿勘查能够有所裨益。

1 成矿地质特征

1.1 地质背景

宜昌磷矿田地处扬子准地台鄂中褶断区黄陵断穹北东翼,北邻神农架断穹,西接秭归盆地,东迄远安台褶皱束(图1)

宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

图1 宜昌磷矿区域地质构造及在矿单元分布略图

F ig.1 M etallog enetic units and r egio nal tectonics of Y ichang pho sphate or e f ield

?仰土刚.湖北省西部晚震旦世陡山沱期岩相古地理及磷块岩成矿规律研究报告.湖北省地质科学研究所,1985.07.%金光富,等.宜昌磷矿成矿地质条件及找矿远景研究报告.湖北省鄂西地质大队,1987.

51

第30卷 第2期杨刚忠等:宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

黄陵断穹具典型盖层加基底的二端元结构特征,核部为太古代#元古代结晶基底,翼部为震旦#三叠纪沉积盖层。磷矿赋存于震旦系上统陡山沱组(Z 2d ),形成于世界两大重要成磷期[1]之一的晚震旦世陡山沱成磷期。其中含磷岩系发育地段主要在黄陵断穹北翼及东翼,呈北东 南西向展布,南起晓峰,北至孙家墩,西至白果园(图2)。总面积约430km 2。依附沉积微相环境、含磷性特征等,

宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

将矿田划

图2 宜昌磷矿田地质及矿区分布图

& O.寒武系#奥陶系;Z.震旦系;Ar Pt 2S.晚太古代#早元古代

水月寺群; .前震旦系花岗岩; 1.正断层; 2.逆断层; 3.以往勘查开发(Ph 13)磷矿区; 4.新发现(Ph 2)磷矿区(共16处)

Fig.2 Reg ional g eo lo gical map o f the Y ichang Phosphate

o re field

分为南部、中部和北部,依据后期构造及勘查条件,进一步划分为33个矿区(?级),其中中部和北部赋存大、中型矿床31处,南部2处为磷质岩,不具工业

意义(图2)。

根据宜昌矿田北部最新研究成果,认为宜昌磷矿田与兴神、保康矿田是连成一片的,它们的成磷地质条件与矿床类型相同或相似。已往确立的神农架 钟祥磷矿带,应划分为:保康 宜昌磷矿带,而钟祥 南漳磷矿带应予单独划分。根据重新厘定的成矿单元,本区属扬子成磷区((级)、鄂黔成磷带()级)、鄂西聚磷区(?级)、保康 宜昌磷矿带(+级),包含宜昌、兴神、保康3个磷矿田(,级)。宜昌磷矿田#兴神矿田的接合部是鄂西乃至扬子区最为有利成矿带地段(图1,表1)。1.2 含磷岩系

宜昌磷矿田陡山陀组地层自下而上被划分为4段(图3):樟村坪段、胡集段、王丰岗段、白果园段。其底界一般以区域性稳定的底砾岩###含锰白云岩(称!下白云岩?)为标志,角度不整合于前震旦系基底岩系之上;顶界一般以深色厚层泥晶云岩夹紫红色的白云质页岩、砂屑磷块岩顶面为界。上覆地层为上震旦系灯影组厚层粉晶云岩。地层在杉树垭东部矿段和江家墩矿区发育完整,其中4个含量磷层段分别为:

第四含磷层(Ph 4):位于白果园段(Z 2d 4)顶部,砂屑磷块岩,厚0 05m ~0 10m 。

第三磷层(Ph 3):位于王丰岗段(Z 2d 4)底部,为黑色豆粒状硅质磷块岩,豆粒呈滚圆状,粒度0 2cm~0 3cm,平行层理产出,厚0 05m ~0 20m 。

第二含磷层(中磷层)二矿层(Ph 22):位于胡集段下亚段上分层(Z 2d 22 2

),共有3层,上部为泥晶砂

屑磷块岩夹条带状白云岩(Ph 12 3),顶部见层间冲刷面,水平微波状层理发育;中部为致密条带状,层纹状砂屑磷块岩、胶状(泥晶)磷块岩(Ph 22 2

),夹少量层纹状或细条带状白云岩,水平层理发育,条带宽0 5m m ~10mm ;下部为胶状(泥晶)、砂屑磷块岩

表1 扬子地块晚震旦世陡山沱期磷矿成矿单元划分对比

Table 1 Classif ication of phosphorite metallogenetic units of Doushantuo Stage in the Late Sinian Period

1983年扬子地区晚震旦世陡山沱期磷块岩远景区划*2010年扬子地区晚震旦世陡山沱期磷块岩远景区划(级)级?级+级,级(()级())级(?)级(+)级(,)级扬子成磷区

鄂黔成磷带

鄂西聚磷区湘西北聚磷区

神农架 钟祥磷矿带兴山 宜昌磷矿带鹤峰 东山峰磷矿带

荆襄磷矿田

保康磷矿田兴神磷矿田宜昌磷矿田鹤峰磷矿田东山峰磷矿田

扬子成磷区

鄂黔成磷带

鄂西聚磷区湘西北聚磷区

钟祥 南漳磷矿带保康 宜昌磷矿带鹤峰 东山峰磷矿带

荆襄磷矿田

南漳磷矿田(?)保康磷矿田兴神磷矿田宜昌磷矿田鹤峰磷矿田东山峰磷矿田

*.杨子地区晚震旦在陡山沱期磷块岩成矿远景区划报告.贵州省地质局115队,1983.

52矿 物 岩 石2010

宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

图3 宜昌磷矿田杉树垭矿区东部矿段陡山沱组典型柱状剖面图

1.粉晶白云岩;

2.含燧石扁豆体粉晶云岩;

3.泥质云岩;

4.磷块岩;

5.

硅质团块; 6.含钾页岩;7.底砾岩

Fig.3 T ypical co lumna r section for t he Do ushant uo For ma tion,east or e block Shashuy a ore ar ea,Yichang phos

phate ore field

与条带状粉晶云岩互层(Ph 21),常见水平波状层理和水流搅动形成的竹叶状层理。Ph 22在矿田北部分布稳定,为主要工业矿层,矿田中部局部出现,在矿田南部完全缺失。Ph 22全层w (P 2O 5)为21%~24%,一般厚度在3m~6m 。

第二含磷层(中磷层)一矿层(Ph 21

):位于胡集段下亚段下分层(Z 2d 21 1

),上、下部为胶状(泥晶)、砂屑、磷块岩夹条带状白云岩,中部为致密条带状砂屑、胶状(泥晶)磷块岩,矿层特征与Ph 22相似,为近期发现的工业矿层,仅出现在矿田北部,w (P 2O 5)为18%~25%,一般厚度1 5m~2 0m 。

第一含磷层(下磷层)三矿层(Ph 13

):位于樟村坪段上亚段(Z 2d 13

),习称!下磷层?,上部为白云岩条带状磷块岩(Ph 13 3)顶部有层间冲刷面,见竹叶状砾屑磷块岩;中部为致密条带状磷块岩(Ph 13 2

),水平层纹理状层理发育;下部为黑色页岩或云质泥岩条带状磷块岩(Ph 13 1),常见水平波状层理,不规则条带状层理。主要发育于矿田中部,北部局部出现,南部为磷质岩w (P 2O 5)为8%~12%。Ph 13全层w (P 2O 5)为18%~23%,一般厚度2 0m~4 0m 。陡山沱组所含的4个磷矿层,其中第四磷矿层(Ph 4)及第三磷层(Ph 3)不构成工业矿层,但具有层位意义。第二磷层(Ph 2)和第一磷层(Ph 13),是具有工业价值的矿层。

含磷岩系沉积旋回十分明显,根据这4个磷矿层的分布确定其沉积旋回,可划分为4个旋回(图3)。由上而下分别为:D 旋回:为白云岩 磷块岩(Ph 4)建造。C 旋回:含硅质白云岩 硅质磷块岩(Ph 3)建造。B 旋回:包含两个次级旋回,B 2旋回为白云岩 磷块岩(Ph 22)建造;B 1旋回为硅质白云岩 磷块岩(Ph 21

)建造。A 旋回:包含两个次级旋回,A 2旋回为黑色页岩 磷块岩(Ph 12

,Ph 13

)建造;A 1旋回为底砾岩 含锰白云岩 硅质磷块岩(Ph 11

)建造。矿田中部和北部陡山沱组分布稳定,旋回发育完整,4个旋回无一缺失,处于半开阔浅海台地,含磷性好。一般厚100m ~140m 。矿田南部陡山沱组厚度达320m,仅有A 旋回,B ~D 旋回不清,岩性单一,为一套暗色硅质云岩和薄层状云岩,缺失Ph 2,Ph 3,Ph 4磷层,处于深水盆地缘斜坡环境,含磷性很差。

这4个沉积旋回均具有磷块岩沉积于海进旋回上部的共同特征,其中A 、B 旋回分布稳定,且次级旋回发育,构成主要含磷建造。说明陡山沱组成磷时期,地壳震荡运动频繁,反复接受上升洋流涌动,在陆块边缘兼备水下高地的浅海台地环境中,形成

多旋回、多期次的海相沉积型磷块岩矿床。1.3 矿层的形态、分布、厚度及品位

1.3.1 第一含磷层(Ph 1) Ph 1矿层发育齐全时由下而上可见Ph 11

,Ph 12

,Ph 13

3个矿层,层间由黑色含钾页岩所间隔,研究区内具有工业意义的是Ph 13矿层。

Ph 13矿层主要发育于矿田中部店子坪#樟村坪#丁家河#桃坪河一带,呈层状产出,厚度1 00m~11 95m ,P 2O 5品位12 23%~35 75%。矿田南部及北部多为似层状或透镜状。矿层一般具三分结构,即!下过渡带?Ph 13 1、!中富矿?Ph 13 2、!上过渡带?Ph 13 3。Ph 13沉积中心矿层总厚超过11 00m,并产出Ph 13 2富矿带,呈NW 向展布,走向长30

53

第30卷 第2期杨刚忠等:宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

km ,宽1 5km~2 0km(图4)。

2.3.2 第二含磷层(Ph 2) 杉树垭以南零星分布,矿田北则发育稳定,江家墩、孙家墩一带由下而上可见Ph 21,Ph 222个矿层,层间以灰色泥粉晶硅质白云岩所间隔。

Ph 22

矿层呈层状,层位稳定,厚度1 00m ~19 86m,w (P 2O 5)品位15 34%~34 87%,一般也具三分结构。(Ph 22 3+Ph 22 2+Ph 22 1),其沉积中心发育富矿带Ph 2

2 2

,南东起杉树垭,向北西经董家

包、云台观至江家墩、孙家墩一带,总体方向为NW 向,延伸长度>10公里,宽度1 0km ~2 0km,向NW 出研究区外仍有延伸扩大趋势,是北部的主要

宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

工业矿层。

图4 宜昌磷矿田陡山沱组中、下磷层富矿带分

布示意图

1.下磷层(Ph 13 2)富矿带;

2.中磷层(Ph 22 2)富矿带;

3.中、下磷层(Ph 2、Ph 1)贫矿带;

4.推测原始沉积磷矿层分布范围;

5.断层线;

6.后期剥蚀边界;Z 2.上震旦系(陡山沱组、灯影组);Ar 3 Pt 1S.下元古界水月寺(岩)群

F ig.4 Diag r am show ing the dist ributio n of the mid and

low er P rich layer s of the Doushantuo Fo rmatio n in the Y ichang phosphat e o re field

Ph 21矿层呈层状、透镜状,厚度0 40m ~5 97m,P 2O 5品位12 37%~35 78%,主要分布于孙家墩、江家墩一带,矿体规模小于Ph 22矿层。

矿床产出形式,南部和中部为暴露式矿床,埋深0~600m,北部为隐伏式矿床,最大埋深1084m 。1.4 矿层结构类型

两个主要工业矿层(Ph 13

,Ph 22

)的宏观结构由页岩条带状磷块岩及白云岩条带状磷块岩a 、致密条带状磷块岩b 、白云岩条带状磷块岩c 组成。这3种类型在剖面上构成规律性的序列,即自下而上为a b c 的结构序列,在空间上有2种以上(a b,b c,a b c),可单独圈定下贫矿(Ph 13 1

,Ph 1

2 1

)、中富矿

(Ph 13 2,Ph 22 2)及上贫矿(Ph 13 3,Ph 22 3),即:3端元结构a b c(下贫矿 中富矿 上贫矿);2端元结构a b (下贫矿 中富矿)、b c(中富矿 上贫矿);1端元结构为a+c(下贫矿+上贫矿)混合结构。

宜昌磷矿田南部Ph 13矿层为1端元结构类型,仅赋存贫矿和磷质岩;矿田中部和北部中磷层和下磷层均发育有3端元 2端元 1端元结构类型,可单独圈定富矿带。1.5 矿石物质组份

1.5.1 矿物组合 磷块岩矿石的矿物成分由磷酸盐矿物和脉石矿物两大类组成。磷酸盐类矿物主要为泥晶磷灰石(胶磷矿),及亮晶磷灰石,磷块岩中泥晶磷灰石含量55%~93%,亮晶磷灰石1%~5%。脉石矿物主要有白云石、石英、玉髓、钾长石,次要矿物为白云母、水云母、粘土矿物、黄铁矿、重晶石、有

机质、岩屑等。

1.5.2 矿石化学成份 主要成分为CaO +P 2O 5,按不同矿石与结构类型,从53%~80%变化不等(表2)。致密条带状矿石类型含量高,w (CaO +P 2O 5)大于80%,条带状磷块岩w (CaO +P 2O 5)小于80%,其他主要组份w (F)1 73%~2 97%,

表2 矿石化学成分.w (B)/%

Table 2 Chemical compositions of ore(in percentage)

矿层代号矿石类型P 2O 5

SiO 2

M gO Fe 2O 3Al 2O 3CaO CO 2F Cl I Bsu 样品数/个Ph 22 3白云岩条带状磷块岩25.377.11 6.080.380.5543.1414.25 2.290.02918.237.137Ph 22 2致密条带状磷块岩32.13 3.92 3.140.230.3848.638.18 2.920.02724.26 3.768Ph 22 1白云岩条带状磷块岩

22.257.407.690.330.4541.9117.92 1.960.0314.90 4.896Ph 22(全层)混合型24.759.40 6.030.370.4942.4914.07 2.230.02716.869.111Ph 21(全层)混合型20.27 4.889.430.250.3141.8821.47 1.730.02814.00 4.899Ph 13(全层)混合型

20.4222.81 2.95 1.80 3.7432.63 6.95 1.770.06134.0028.131Ph 13 3白云岩条带状磷块岩18.6815.23 6.53 1.97 2.7934.9714.69 1.670.023<1018.592Ph 13 2致密条带状磷块岩32.557.810.98 1.69 1.0746.48 3.49 2.990.02829.008.873Ph 13 1

页岩条带状磷块岩

17.9132.76

1.07

2.53

7.54

25.62

1.97

1.51

0.021<

10

42.64

3

注:据杉树垭磷矿东部矿段勘探组合样计算,Bsu 为酸不溶物;w (I)/10-6

54矿 物 岩 石2010

照片1 矿石结构类型特征

a.胶状(泥晶)磷块岩,3?2 45单偏光,见网状收缩裂纹,左侧为生物遗迹构造,

产于Ph 22 2(中富矿);b.胶状(泥晶)磷块岩,3?2 75单偏光,见龟状干裂纹被次

生杂质充填,为潮间带产物,产于Ph 22 1(下贫矿); c.团粒状磷块岩,3?2 4单偏光,由硅质砂粒(浅色)和藻菌团粒(暗色)组成,被石英玉髓胶结,藻团粒边缘模

糊不清,内部可见藻粘结构,产于Ph 22 1

(下贫矿); d.团粒磷块岩(下部)与粉晶

云岩(上部)细条带组成,3?2 4单偏光,产于Ph 22 3(上贫矿); e.壳粒磷块岩,3

?2 4单偏光,核心为磷质颗粒,壳层为垂直核心生长的纤维状磷灰石组成,次园

状,粒径0 2mm ~0 6mm,被白云石、

玉髓胶结,产于Ph 22 1(下贫矿);f.壳粒磷块岩,3?2 4单偏光,壳内有藻粒结构,被白云岩胶结,产于Ph 22 3(上贫矿);g.砂屑磷块岩,6?4 5单偏光,砂屑由胶状(泥晶)磷块岩组,分选性差,半棱角#

扁圆状,具内碎屑磨蚀特征,产于Ph 22 3(上贫矿);h.磷基质砂屑磷块岩,3?2 75正交光,磷质砂屑分选性差,被微晶磷质石胶结,产于Ph 22 2(中富矿);i.砾

屑磷块岩,3?2 4单偏光,磷质砾屑由团柱、壳粒磷块岩组成,呈椭园状,具塑性

控压变形,产于Ph 22 3

(上贫矿);j.砂砾屑磷块岩,3?2 75单偏光,砾屑团粒磷

块岩组成,分选性差,砾径3mm ~30mm,呈次棱角状,有磨损痕迹,产于(上贫

矿)、也见于Ph 22 3

(上部)

Photo 1 Features of the structu res of ore w (CO 2)6 95%~21 74%。这些化学成份主要反映磷酸盐矿物、镁质碳酸盐与粘土类矿物的特点。非磷质化学成份主要有硅、铝、镁、钾、铁等,其中w (SiO 2)在4 0%~9 4%之间,代表硅矿物成份,页岩条带状磷块岩,w (SiO 2)可高达22 8%,w (Al 2O 3)3 74%,其主要反映粘土类矿物化学成份。现以杉树垭东部矿段为例,将主要矿石类型(平均值)列表如下:

1.6 矿石结构构造

本区磷块岩有胶状(泥晶)、团粒,壳粒3种原生结构类型,还有内碎屑结构(砂屑、砂砾屑、砾屑)磷块岩。

(1)胶状(泥晶)磷块岩由超微粒(胶磷矿)构成,粒径0 001mm ~0 004mm,显微镜下表现为色浅质纯,呈均质性。常见收缩纹和龟裂纹构造,含微量粘土及有机质,有生物遗迹构造,主要见于Ph 13 2,Ph 12 2富矿中(照片1a,b)。

(2)团粒磷块岩:主要由磷质团粒或藻菌粒和泥基质、白云石基质或磷基质组成。团粒内部可见藻菌粒。团粒不均一,颗粒边缘模糊不清,颗粒呈紧密堆积,与白云岩构成条带状磷块岩,常见于Ph 22 3,Ph 22 1及Ph 13 3

矿层(照片1c,d)。

(3)壳粒磷块岩:壳粒核心为各种磷质颗粒和其他碎屑组成,核心粒径0 2m m ~0 4mm,壳层为纤维状、粒状亮晶磷灰石,或被白云石、玉髓胶结,环磷质砂屑核心周边生长。壳层厚0 2mm ~0 3mm,形成环壳状结构,主要分布于Ph 22 2,Ph 22 1,Ph 22 3(照片1e,f)。

(4)砂屑磷块岩:由胶状(泥晶)磷块岩的磷质内碎屑组成,具磨蚀痕迹,磨圆度高,呈次园状#椭圆状,分选性不好,粒径0 1m ~2 5m m,颗粒支撑,被亮晶磷灰石、细晶白云石胶结,常构成磷基质砂屑磷块岩和白云质砂屑磷块岩,此层分布于Ph 12 3,Ph 22 1,Ph 13 3

(照片1g ,h)。(5)砾屑磷块岩:由胶状(泥晶)磷块岩的磷质内碎屑组成,砾径3mm ~6m m,呈次棱角#次圆状,具塑性变形,被鳞片状粘土、白云石及微晶钾长石胶结,此层分布于Ph 13 3,Ph 13 1

矿层(照片1i,j)。

1.7 矿石自然类型

根据磷块岩矿石构造特征和脉石矿物组成,本区

矿石自然类型划分为4大类:?白云岩条带状磷块岩:由胶状(泥晶)壳粒、团粒、砂屑磷块岩条带与白

55

第30卷 第2期杨刚忠等:宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

照片2 矿石自然类型特征

a.白云条带状磷块,17cm ?7cm ,上部具波状水平层理、下部见竹叶状胶状磷块岩,

产于Ph 22

1(下贫矿); b.致密条带状磷块岩,29cm ?24cm,由胶状磷块岩(深色)与壳粒及砂屑磷块岩(浅色)组成,呈毫米#厘米级韵律层组成,产于Ph 22 2(中富矿);c.致密块状磷块岩,22cm ?14cm,主要由胶状磷块岩组成,质地均一,块状构造,产

于Ph 22

2(中富矿)Photo 2 Features show ing the natural types of ore

云岩条带相间互层组成,可见水平层理、层间冲刷面和竹叶状砾屑(照片2a);%致密条带状磷块岩:由砂屑、胶状(泥晶)、团粒、壳粒等磷块岩组成,间夹微薄层云岩及泥(页)岩,相互交替叠置组成,形成复式韵律结构(照片2b);.致密块状磷块岩:主要由胶状(泥晶)、团粒磷块岩交替叠置组成,不含夹石条带,宏观似块状(照片2c);/页岩条带状磷块岩:由砂、砾屑、胶状(泥晶)、团粒、壳粒磷块岩与黑色页岩条带互层组成。第?,%,.种矿石自然类型主要集中于中磷层Ph 2,Ph 13 3及Ph 13 2。第/种矿石类型仅见于下磷层Ph 13 1。

2 矿床成因特征

2.1 岩相条件

根据岩(矿)石类型、组构等特征,本

区磷块岩矿床主要形成于浅海台地边缘泻湖 潮坪亚相及浅海台地台坪亚相(图5);在垂向上陡山沱组下磷层Ph 1为黑色页岩 磷块岩建造,属泻湖 潮坪亚相沉积,早期为半封闭、宁静的泻湖沉积(含钾页岩),后期演变为泻湖 潮坪亚相(Ph 13 1)及潮间 潮坪亚相(Ph 13 2+Ph 13 3);中磷层(Ph 2)为硅质白云岩 磷块岩 白云岩建造,属碳酸盐台地潮坪亚相

(Ph 21)及潮间 潮坪亚相(Ph 22

)。2.2 古地理环境

本区晚震旦世陡山沱期区域古地理环境处于次稳定地块边缘过渡带,矿田中部盐池河以北至丁家河为台地边缘沉积区,矿田北部西汊河以北为半开阔碳酸盐台地沉积区,矿田南部交战垭一带为台地边缘斜坡沉积区,晓峰一带为浅海盆地边缘沉积区,莲沱以南为浅海盆地沉积区(图6)。

矿田南部(晓峰#交战垭)沉积在南沱组冰碛砾岩之上,中部沉积于太古代#早元古代水月寺群变质杂岩之上,北部沉积于中元古代西汉河组及上元古代马槽园群之上。表明含磷岩系沉积的结晶基底曾遭受强烈剥蚀,矿田中、北部缺失南华系沉积,充分显示本区磷矿沉积的古地形地貌条件,呈南低北高的特点(图6)。

2.3 磷质来源及富集成矿机制

研究区磷块岩矿床的成因及磷质来源,主要来自!上升洋流?。富磷海水随上翻洋流迁移至浅海台地及其边缘地带,经过脉动式波浪簸选、藻类生物活

宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

动及水介质条件的改变促使磷质胶体聚沉 盆内颗

图5 鄂西陡山沱期岩相古地理图

1.古陆、古岛;

2.海侵方向;

3.岩相古地理界线;

4.A A 0剖面图;

5.省界;F 1.青峰大断裂;F 2.襄樊 广济大断裂;F 3.雾渡河大断裂;F 4.白河 谷城大断裂;(1.滨岸潮坪亚相;(2.滨岸潮坪(内潮坪)鲕滩亚相;)1.浅海盆地边缘相;)2.浅海盆地碳酸盐岩泥(页)岩亚相;)3.浅海盆地碳酸盐岩亚相;?1.浅海台地边缘斜坡相;?2.浅海台地边缘泻湖 潮坪亚相;?3.浅海台地台坪亚相;+1.晚期浅海台地斜坡相;+2.晚期浅海台地台坪相

Fig.5 M ap sho wing the paleo geog ra phy and lithofacies

o f the Do ushantuo epoch in the west Hubei Pr ov ince

56矿 物 岩 石2010

图6 宜昌磷矿田震旦系A A0剖面图(剖面位置见图5)

Z2d n.灯影组;Z2d.陡山沱组;Z1n.南沱冰碛岩段;Z1l.南沱砂岩段;Ar3 Pt1s.水月寺群;1.白云岩; 2.泥质白云岩; 3.含燧石结核白云岩; 4.灰岩; 5.含泥质灰岩; 6.页岩;7.磷块岩;8.冰碛砾岩;9.含泥质砂岩;10.砂岩;11.粉砂岩;12.长石石英砂岩;

13.砾岩;14.含砾砂岩;15.不整合线;16.假整合线;Ph1.下磷层;Ph2.中磷层

Fig.6 A A0pr ofile of Sinian System in the Y ichang Phosphate o re field

粒再沉积,并按下述方式反复迭加、积累而成:

(1)相对稳定的低能浅水环境,海水因压力减低、温度增高、CO2逸出,磷质自溶液中析出,呈胶体聚沉,形成凝胶状(泥晶)结构的隐晶质磷灰石集合体,在浅水搅动条件下颗粒化,然后就地或经盆内迁移、簸选,而在不同能量的环境中再聚沉。

(2)磷酸盐的沉淀,是在还原#半氧化的介质化学条件进行的,并受约于一定的pH值高于硅质、低于碳酸盐,即在7 5~8 0的碱性条件下与页岩、白云岩相衔沉积,并决定了磷块岩的时空分布及建造组合,从而导致磷酸盐、碳酸盐、硅酸盐(页岩)三者的分异。

(3)磷质的聚沉总体处于宁静低能的浅水环境,时有上升洋流的涌动,对磷质的补给、微生物的衍生、共沉物质的分异作用都十分明显。如Ph13 1页岩条带状磷块岩,具水平层理,含有机质及黄铁矿细条纹,向上过渡具层纹状,致密条带状磷块岩(Ph13 2);再向上又转变为白云岩条带状磷块岩(Ph13 3)。见有颗粒结构、砂砾屑结构、竹叶状结构的内碎屑磷块岩及层间冲刷面,且以微波状层理为主,同时伴有积云状磷质叠层石、壳粒磷块岩、团粒磷块岩。中磷层(Ph22,Ph21)亦具有上述沉积结构序列特征。充分反映磷质聚积经历了生物化学和机械化学方式沉淀,水体能量由低能带#中高能带#递变为高能带环境。

(4)二个磷矿层的富矿层(Ph22 2,Ph13 2)为微量元素 碘(I)的主要富集层,在该层见到磷质叠层石,说明在整个成磷过程中,藻类生物及其活动,对间接提供磷质、磷质状态转化、变异介质化学条件,以及促进沉淀、粘结、稳定磷质和浓缩聚集介质中的碘(I),均起了一定的触媒作用。

3 找矿模式

3.1 构造岩相古地理样式

晋宁运动使华南隆起带褶皱造山,形成黄陵地块隆起带,其南侧为鄂西 黔中拗陷带。晚震旦世陡山沱期,由南向北的华南洋流开始大规模海侵。南部沦为鄂西浅海盆地,北部靠近武当古陆(岛),形成滨岸沉积区,黄陵地块处在中间地带,在其北缘形成半开阔浅海台地沉积区,南缘局部隆起形成!水下高地?,在有障壁岛相隔的半开阔浅海台地泻湖 潮坪相,滩间 泻湖 潮坪相环境,通过生物化学及机械化学成矿作用及沉淀方式,形成巨型磷块岩矿床。这种大陆边缘浅水沉积成磷体系,是本区聚磷沉积特定的构造岩相古地理样式(图7)。磷块岩富集聚沉,并不是均衡的,它又受微地貌及微相控制,在台地边缘及台坪凹陷带的台缘泻湖 潮坪亚相及台坪滩间泻湖 潮坪 潮间亚相则聚沉主要工业矿层;在台地凸起带的砂丘 浅滩亚相,可出现小范围的无矿带-变薄带,与海岸线方向垂直,呈NE及S N向分布。

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第30卷 第2期杨刚忠等:宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

图7 找矿模式图解

F ig.7 Diag ram demonst rating the pro specting model

3.2 沉积类型

含磷岩系物质组成:磷块岩聚沉富集地段,均为含锰白云岩 泥质岩 磷块岩及硅质白云岩 磷块岩共生组合,显示上升流岩石组合特征。

3.3 沉积旋回

含磷岩系沉积旋回清楚,发育完整,具有4个以上旋回,标志层明显,为多旋回、多期次沉积成矿,主要工业矿层均产于次级旋回上部。

3.4 沉积序列

陡山沱期海侵初始时期,在南部盆地边缘斜坡相环境,聚积下磷层Ph13磷质岩 贫矿,向北至中部台地边缘泻湖 潮坪相环境,形成聚磷沉积中心,广泛沉积Ph13矿层,构成主要工业矿层,并发育两个富矿带;伴随陆壳下沉,上升洋流继续向北入侵,聚磷沉积中心向北迁移,在北部半开阔浅海台地滩间 泻湖及潮坪 潮间相环境,沉积中磷层Ph22,构成主要工业矿层,并伴有两个富矿带和新的含磷层位Ph21,此时下磷层Ph13成磷作用减弱,递变为次要矿层,在剖面上磷矿层沉积序列与侧向变化一致,聚磷富集层位向上变新,沉积序列的规律性十分明显,构成下磷层#中磷层由南向北迁移富集的海进沉积序列。

3.5 富矿带模型

下磷层、中磷层均具有三分结构的富集特征,在剖面上形成上、下为贫矿,中间为富矿的!两贫夹一富?的沉积富集规律:即a b c3端元结构类型,当Ph13及Ph22矿层3端元结构发育完整时,在空间上则形成NW~SE向富矿带,延展方向与古海岸线平行,延伸规模:长度10km~30km,宽度1 5km ~2 0km,富矿带均形成于聚磷沉积中心,与矿层厚度呈正相关,其两侧交替出现中贫矿带。这种富矿带沉积模型,已为浅 中深部勘查成果所证实(图4)。

4 结 论

4.1 宜昌磷矿田共由33个矿区(段)组成,磷矿层产于震旦系上统陡山沱组下部,含磷矿系为硅锰质白云岩#黑色页岩#磷块岩及硅质云岩#磷块岩#白云岩建造组合,具有工业价值的矿层为下磷层Ph13、中磷层Ph22;矿床共生含钾页岩,伴生I,F。属浅海相生物化学沉积型磷块岩矿床。

4.2 古陆隆起带濒临广海一侧有!水下高地?屏障,另一侧为浅海台地沉积区;含磷岩系具有硅质、泥(页)质岩 磷块岩及硅质云岩 磷块岩共生组合特征。具有4个沉积旋回,为多旋回、多期次成矿,磷块岩聚积沉富集于次级旋回上部;下磷层Ph1形成于台地边缘泻湖 潮坪相,主要发育于矿田中部;中磷层Ph2形成于半开阔浅海碳酸盐台地潮坪 潮间相,主要发育于矿田北部。聚磷沉积中心随海侵方向,由南向北迁移,出现富磷层位变新的沉积序列;矿层三端元结构类型发育齐全地段,富矿带呈NW 方向分布样式。

4.3 从成矿模式分析,重新厘定保康 宜昌磷矿带

58矿 物 岩 石2010

宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析

(+)和钟祥 南漳磷矿带(+);宜昌磷矿田与兴神磷矿田连成一片。它包含宜昌、兴神、保康3个磷矿田。

4.4 宜昌磷矿田及兴神磷矿田接合部具有巨大找矿前景。

参考文献

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冉瑞生.湖北宜昌磷矿新工业磷矿层(Ph 21)的特征及其地质意义[J ].地质找矿论丛,2008,23(4):320 324.

IS SN 1001-6872(2010)02-0050-10; CODEN:KUYAE2

Synops is of the first author: Yang Gangzhong,male,40years old,an engineer of min eral exploration.Now he is engaged in research of th e solid mieral exploration and appraise.

ANALYSIS ON METALLOGENETIC GEOLOGICAL FEATURES

AND DEEP PROS PECTING MODEL FOR YICHANG

PHOSPHATE ORE FIELD

YANG Gang zhong 1, SONG Yin qiao 2, N IE Kai hong 1, LI Fu x i 1,

LUO H ong 2, LIAO Zong ming

1

1.I nstitute of G eological Surv ey s and Ex p lor ations of West H ubei

Pr ovince,Yichang 443100,China;

2.Yichang Geological E x p loration L eague of H ubei P rov ince,Yichang 443100,China Abstract: T he lar ge scale ore deposit o f pho spho rite in the Yinchang area occurred in the Doush antuo Fo rmation of Late Sinian System w hich is com posed o f assemblages o f siliceous,siliceo us

dolo mite,phosphorite and clay r ocks.Or es of phosphorite in the mid and low er part (Ph 22,Ph 21

)of the Doushantuo Form ation are of industrial value and symbiotic w ith potassium shale and rich in I,F elements.T he form ation of ore depo sit is controlled by shallow w ater sedim entar y sy stem character istic o f uplift o f continental margin and underw ater hig h land,evidenced by the em er g ence of amor phous particles,shell g ranular,pellet and o ther primary structures of the phosphate rock in association w ith intr aclastic pho sphate rock.The precipitation of phosphorus is the combi natio n of biochemistry and mechanical chemistr y during the upw elling o cean flow.Industrial seams m ainly o ccur in the neritic terrace margin lagoo n tidal flat,beach terr ace lag oon tide zo ne w ith m ultiphase and multistage sedimentatio n.Ph 13and Ph 22o re seams are the deposition center phosphorus w ith an enrichment trend fro m south to north.It is co nsidered that the Yichang ore depo sit should be co nnected w ith Xingshen ore deposit and the mineralized zones of phosphorus in the area should be reclassified.A prospecting m odel is established and indicated that in the north edge platform of the H uang ling block,the neritic terrace is favor able to the for mation o f larg e de posits,w here the sedimentary cy cles of phosphate rock is w ell developed,key bed is apparent,the distribution o f seco ndar y cy cles is stable.Industr ial seam s form at the upper par t o f the secondary cycle w ith thr ee terminal element ty pe (a b c)structure.T he studies of concentr ation regularity of phosphate rocks in the w est of H ubei Pro vince are significant to the deep pr ospecting in the Doushantuo Form ation o f late Sinian Sy stem.

Key words: Yichang phosphate ore field;metallogenetic geolo gical features;metallogenetic u nits;prospecting model;phosphatic rock of Doushantuo Stage

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第30卷 第2期杨刚忠等:宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析