宜昌磷矿殷家沟矿区鱼林溪矿段地质特征及磷矿层矿石特征研究

刘 林, 蔡雄威

(中南冶金地质研究所,湖北 宜昌 443000)

1 区域地质概况

研究区属于宜昌磷矿殷家沟矿区向东延续矿段,位于黄陵断穹北部东翼[1],大地构造位置属扬子准地台上扬子台褶带北缘的次一级隆起,构造体系为淮阳山字形西翼反射弧的砥柱[2](图1)。

震旦系下统陡山沱组是研究区主要含磷地层,其中磷块岩发育地段主要在黄陵断穹北东翼,呈北西—南东向弧形分布,南起晓峰、北至黑良山、西至白果园,东至高烽,延长达70多千米,面积300余平方千米[3]。宜昌磷矿自震旦系陡山沱组—寒武系共有6个含磷层位,由上而下依次为:寒武系水井沱组底部(Ph6)，震旦系上统灯影组第二岩性段底部(Ph5)，陡山沱组第四段顶部(Ph4)，陡山沱组第三段底部(Ph3)，陡山沱组第二段底部(Ph2)和陡山沱组第一段中上部(Ph1)[4]。研究区Ph2-Ph6因厚度小、品位低、变化大而不具工业利用价值,Ph1构成区内的工业磷矿层,成为勘查和研究的主要对象。

2 矿体地质

3 含磷岩系及矿层划分对比

根据宜昌磷矿区域类比,宜昌磷矿在区域上出现6个磷矿层,鱼林溪矿段内可见到3个:即王丰岗段Ph3、胡集段Ph2和樟村坪段Ph1,仅第一磷矿层樟村坪段(Ph1)具有工业意义,其他两层分布不稳定,且厚度薄,不具工业意义,但可作为地层划分对比的重要标志层(图6)。各磷(矿)层特征如下。

图1 区域地质图Fig.1 The regional geological map in research area1.元古界;2.南沱组；3.陡山沱组;4.灯影组;5.寒武系;6.奥陶系;7.断层;8.研究区。

第三磷矿层王丰岗段(Ph3):黑色豆粒状硅质磷块岩,豆粒呈滚圆状,粒度0.2～0.3 cm,平行层理产出,厚0.05 ～0.20 m,见矿地段较少,无工业价值。

第二磷矿层胡集段(Ph2):位于陡山沱组第二岩性段(Z1d2)底部,为一套含云质、硅质磷块岩—白云岩建造。由砂屑磷块岩、致密条带磷块岩夹白云岩团块、硅质团块组成,厚度0.1～0.7 m,平均厚度约0.4 m。本区Ph2磷矿层与宜昌磷矿北部其他矿区对比,最大区别在于其矿层变厚,工业意义从主要工业磷矿层递变为无工业价值。

图2 矿区地质图Fig.2 Geological map of study area

鱼林溪矿区与宜昌磷矿其他矿区矿层对比情况见矿层柱状对比图(图7)及矿层层位对比表(表1)。

4 矿石及矿物组分

4.1 矿石化学成分

图3 研究区5号勘探线剖面及钻孔柱状图Fig.3 Profile and borehole histogram of No.5 survey line1.灯影组三段;2.灯影组二段;3.灯影组一段;4.陡山沱组四段;5.陡山沱组三段;6.陡山沱组二段;7.陡山沱组一段；8.南华系上统南沱组;9.硅质条带(层纹)云岩;10.含燧石扁豆体炭泥质云岩;11.含磷炭质云岩;12.泥岩;13.粉砂质页岩;14.含磷炭质页岩;15.炭质页岩;16.冰碛砾岩;17.磷矿层。

图4 研究区矿层厚度等值线图Fig.4 Contour map of seam thickness

图5 研究区矿层品位等值线图Fig.5 Contour map of seam grade

4.2 矿物组成

矿石的矿物成分比较简单,主要矿石矿物为氟磷灰石和碳氟磷灰石,主要的脉石矿物为粘土矿物、白云石、水云母、钾长石、石英和玉髓;次为黄铁矿(风化后为褐铁矿)、钠长石、重晶石,并混入少量的有机质和岩屑等。

图6 研究区含磷层位柱状图Fig.6 Histogram of phosphate horizon in research area

4.2.1 矿石矿物

磷灰石按结晶程度、晶体形态可分为超显微晶碳氟磷灰石、纤维状碳氟磷灰石和粒状碳氟磷灰石。

超显微晶碳氟磷灰石:为磷块岩中的主要磷矿物,占矿石矿物的80%～90%,是胶状、砂屑状、团粒状等的基本组成者。含微晶有机质、铁质、水云母和硅质,构成磷质胶状、砂屑、团粒等结构,呈纹层—条带(纹)分布于磷质颗粒之中或脉石条带之中。

纤维状碳氟磷灰石:具结晶磷灰石的特征,呈纤维状或放射状晶形。纤维状碳氟磷灰石常围绕砂屑、团粒等磷质颗粒或其他陆质颗粒表面生长,并具环状构造,构成假鲕的壳边。

粒状碳氟磷灰石:呈半自形—自形粒状、板粒状出现在磷酸盐颗粒之间,为次生或重结晶形成。

4.2.2 脉石矿物

白云石:是主要脉石矿物,为有害矿物成分。微—中晶结构,半自形—他形粒状。白云石主要构成磷矿石中的白云质纹层—条带(纹)与磷酸盐纹层—条带(纹)互相产出,少数包裹于磷酸盐颗粒中,或充填于磷酸盐颗粒之间。

粘土矿物:是主要脉石矿物,以水云母为主,高岭石、蒙脱石次之。多数与石英、长石、黄铁矿、炭质等构成泥质纹层—条带(纹),少数以泥质岩屑分布于致密磷块岩之中,或呈充填基质嵌布于磷酸盐纹层—条带(纹)的磷质颗粒之间。

钾长石:该矿物不以包体形式存在,主要分布于磷质砂屑中和页岩中。薄片中为无色透明、不规则粒状,粒径约0.16 mm左右。钾长石易风化为高岭石。

硅质矿物:石英为陆源碎屑,浑圆—次棱角状,大小不一。其他硅质矿物为玉髓、蛋白石,呈微晶—细晶,或纤维状、他形粒状集合体,嵌布于泥质条带中,少数嵌布于磷酸盐颗粒中或之间。

表1 鱼林溪矿区与宜昌磷矿田矿层对比表Table 1 Comparison of ore deposits between Yulinxi ore section and Yichang phosphate ore field

图7 鱼林溪矿段与宜昌磷矿田其他矿区矿层柱状对比图Fig.7 Columnar contrast map of ore deposits between Yulinxi and another mining area in Yichang phosphate ore field

黄铁矿:粒状、自形晶—他形晶,星散状分布于泥岩条带中或嵌布于磷酸盐条带中。

其他陆屑有:硅质岩屑、泥质岩屑、海绿石、有机质、炭质等,星散分布。

4.3 矿石结构

图8 矿层结构类型饼状图Fig.8 Pie chart of ore horizon structure type1.上贫矿+富矿+下贫矿型,矿层发育齐全,三元结构明显;2.上贫矿+富矿型;3.富矿+下贫矿型;4.富矿型;5.上贫矿+下贫矿型;6.上贫矿型;7.下贫矿型。

表2 矿石化学分析及矿石工业类型划分表Table 2 Classification of ore chemical analysis and ore industry

4.4 矿石构造

矿石的主要构造类型为块状构造、条带(纹)状构造。

块状构造:是磷块岩矿石的构造类型。主要由磷酸盐颗粒和假鲕结构均匀分布组成,局部有胶状磷团块,磷质矿物含量80%以上,分布均匀。矿石外貌致密,无明显沉积纹理,是在浅滩高能环境中磷质颗粒淘洗簸选后沉积形成的。

致密条带(纹)状构造:由磷酸盐颗粒和砂(砾)屑磷块岩或泥晶砂屑，或鲕粒磷块岩相互迭置组成,矿石外貌较致密(图10)。由于二者结构及颜色上存在一定差异,其外貌呈现纹层或显微—条带状特征。

白云质条带状构造:由白云岩和磷块岩相间构成条带状(图11)。白云质与磷块岩的多少构成不同品级的磷矿石。其形态有纹层—条带,条带状,波状,分枝状。条带多不规则,连续性差,厚薄不一,波状起伏,横向上常尖灭、再现、分枝、合并。

泥质条带状构造:由条带状粉砂质泥岩与条带状磷块岩相间构成(图12)。泥质条带、磷块岩条带宽度不大,肉眼观察不明显。显微镜下条带多呈水平状、微波状,为安静—弱动荡环境中磷质与悬浮级的粉砂、粘土混杂相间排列的构造类型。

5 矿石类型

5.1 矿石自然类型

根据磷矿石的矿物成分、含量及嵌布特征,矿石的结构构造,将矿石划分为白云质条带状磷块岩、块状磷块岩(稠密条纹状磷块岩)和泥质条带状磷块岩三种矿石自然类型。

图9 矿石镜下结构特征Fig.9 Structure characteristics of ore under microscope

图10 致密条带(纹)状矿石Fig.10 Tight banded (stripe) ore

图11 白云质条带状矿石Fig.11 Dolomitic banded ore

图12 泥质条带状矿石Fig.12 Argillaceous banded ore

5.2 矿石工业类型及品级

矿石中磷酸盐矿物以胶磷矿为主,工业类型主类属磷块岩矿石。因区内不同矿层和矿层不同部位,矿石的磷酸盐矿物和脉石矿物含量的差异,进一步将区内磷块岩矿石划分为碳酸盐型、混合型和硅质及硅酸盐型三个亚类型(表2)。

根据组合分析结果,矿石自然类型为块状磷块岩(致密条纹状磷块岩),对应的矿石工业类型为混合型;泥质条带状磷块岩,对应的矿石工业类型为硅质及硅酸盐型;白云质条带状磷块岩,对应的矿石工业类型为碳酸盐型。

6 矿石特征与沉积环境关系

白云质条带状磷块岩为动荡的浅水高能带中磷质供应不充分，而碳酸盐增多沉积而成,或具阶段性沉积形成;块状磷块岩是在浅滩高能环境中磷质颗粒淘洗簸选后沉积形成的,与白云质条带状磷块岩相比同属碳酸盐建造,但磷质来源充足形成块状;泥质条带磷矿层为安静—弱动荡环境中,磷质与悬浮级的粉砂、粘土混杂相间排列形成的,交错层理发育,有波痕现象,矿层韵律结构明显。

7 结论

参考文献：

[1] 姚敬劬,刘明忠,秦元奎，等.宜昌市矿产资源[M].武汉:中国地质大学出版社,2012:168-190.

[2] 杨刚忠,杨敏,贺念慈.宜昌磷矿田划分及资源潜力预测[J].资源环境与工程,2013,27(5):620-624.

[3] 杨刚忠,廖宗明,李方会，等.宜昌磷矿北部地区中磷层(Ph2)地质特征及富矿带展布[J].资源环境与工程,2008,22(4):406-411.

[4] 熊先孝,薛天星,柴家洪，等.鄂西磷矿矿集区地质及其资源远景分析[J].化工矿产地质,2010,32(1):1-10.

[5] 杨刚忠,宋银桥,聂开红,等.宜昌磷矿田成矿地质特征及深部找矿模式探析[J].矿物岩石,2010,30(2):50-59.