湖北省安陸市張家灣釩鉬礦床地質特征、成因探討及找礦方向

陳　煒, 周文平, 周仁君, 王　彤, 賀慧艷, 宋志強, 方　明

(1.中國地質大學 地球科學學院,湖北 武漢　430074; 2.湖北省鄂東北地質大隊,湖北 孝感　432100)

0　引言

寒武紀黑色巖系含有磷、釩、鉬、鎳等豐富的礦產,該時期的黑色巖系一直是地學界關注的找礦標志層位之一,前人只注重該地層中釩礦和磷礦床的研究,但是對該層位的釩鉬礦床研究較少。湖北省安陸市張家灣釩鉬礦是近年來在勘查釩礦時新發現的釩鉬礦床,開展釩鉬礦床的特征、成因及找礦方向研究,是為尋找區域上更多的大型釩鉬礦床,以進一步指導勘查和綜合開發利用本地區中釩鉬礦產資源。

1　區域地質背景

礦區位于襄廣斷裂帶北側,屬秦嶺—大別造山帶(一級構造單元Ⅰ)、秦嶺弧盆地(二級構造單元Ⅰ1)、武當—隨南逆沖帶(三級構造單元Ⅰ1-1)、隨南陸緣裂谷(四級構造單元Ⅰ1-1-3)之南緣部位[1](見圖1)。區域上以緊密的線型褶皺為主,斷裂構造總體上呈北西向展布。

礦區屬秦嶺—大別成礦區,是隨州南部地區V、Cu、Ag、Pb、Zn、Ba地球化學富集帶的分布區。區內震旦紀、寒武紀地層廣泛分布,層控型礦床較多,沿其走向北西方向有青峰寨大型釩礦及磷礦等礦床;沿其走向南東方向有中型釩礦及眾多重晶石礦等,但是對釩鉬礦找礦方向的研究最近幾年才引起地質科學界人士的重視。

礦區區域出露地層主要有震旦紀陡山沱組、燈影組,寒武紀楊家堡組、莊子溝組、雙尖山組、立秋灣組,白堊紀及第四紀地層。其主要構造線方向與襄—廣斷裂大致平行,呈北西向展布。

圖1　研究區大地構造位置圖

早震旦世陡山沱組(Z1d)主要巖性特征為由鈣質千枚巖、千枚狀板巖夾泥質灰巖組成,有時夾透鏡狀厚層結晶白云巖。晚震旦世燈影組(Z2dn)巖性主要由灰色中厚層狀結晶灰巖、淺灰色厚層狀微晶白云巖組成,偶夾薄層燧石。

早寒武世地層(∈1)主要巖性為中厚層、厚層硅質巖;中部為黏土質板(頁)巖、硅質板巖、含磷結核及釩礦層;碳質板巖。該組地層含碳硅質板巖中普遍含釩,是區域性含釩鉬礦的主要層位。

區域構造主要為褶皺構造,其次為斷裂構造。

褶皺構造由多個平行的緊密褶曲組成,主要為背斜和向斜相間排列?？傮w軸線305°～325°,呈北西—南東向展布。

斷裂構造按其展布方向,可分為北西向和北東向兩組斷裂。北西向斷裂多平行褶皺軸展布,其規模一般2～3 km,長的約5 km,其性質多具張扭性特征;北東向斷裂多近似垂直北西向斷裂或褶皺軸面展布,規模較小,一般長300～500 m,多具平移斷層特征。

區域上巖漿巖不發育,僅見有少量的變輝綠巖脈。

2　礦區地質

2.1　地層

礦區出露地層主要有震旦紀陡山沱組、燈影組,寒武紀楊家堡組、莊子溝組、雙尖山組、立秋灣組及第四紀地層(見圖2)。其中寒武紀楊家堡組和莊子溝組是釩鉬礦賦存的主要層位。

圖2　張家灣釩鉬礦礦區地質略圖

陡山沱組(Z1d)分上、下兩個巖段：下段主要由鈣質千枚巖、千枚狀板巖夾泥質灰巖組成;上段為鈣質板巖、結晶泥質灰巖、薄—中層狀泥質灰巖、含碳灰巖,局部夾透鏡狀厚層結晶白云巖。

燈影組(Z2dn)主要巖性為碳酸鹽巖建造。巖性特征為：灰色中—厚層狀結晶灰巖,淺灰色厚層狀微晶白云巖,硅質結核較發育,偶夾薄層燧石。

寒武紀楊家堡組(∈1y)主要巖性為灰黑色中厚層—厚層硅質巖、硅質板巖,是釩鉬礦的重要層位。

寒武紀莊子溝組(∈1zh)巖性主要有黏土質板(頁)巖、含碳硅質板巖、含碳硅質板巖夾黏土巖、黏土巖、含磷結核硅質板巖等。該組地層中含碳硅質板巖、含碳硅質板巖夾黏土巖、黏土巖普遍含釩,是區域性的含釩礦層位，也是本礦區含釩鉬礦層位。

寒武紀雙尖山組(∈1shj)巖性為灰、灰黑色碳質板巖。

寒武紀立秋灣組(∈2-3l2)下段主要巖性為灰黃、灰色薄層泥灰巖、泥質條帶灰巖、薄層結晶灰巖。上段主要巖性為鈣質灰巖,夾中—薄層狀含碳質泥質灰巖。

第四紀地層(Q4)主要為沖、洪積物,殘、坡積物,由砂質黏土、砂礫石、黏土質板巖碎塊、硅質板巖碎塊等組成。

2.2　構造

礦區地層褶皺變形強烈,總體形跡表現為軸面走向北西—南東向的緊密線性褶皺。伴隨褶皺變形,形成一系列斷面向北東、南西傾的走向斷層和北東—南西向的平推斷層。

礦區位于云林寺復式褶皺的中部,主要為張家灣倒轉向斜,該倒轉向斜軸線在地表略為彎曲,軸向305°～320°,總體上呈北西—南東向展布,軸面傾向北東,傾角在55°～65°變化。在礦區內出露長4.8 km,南東較開闊。其核部為寒武紀雙尖山組地層,兩翼地層分別為寒武紀莊子溝組、楊家堡組及震旦紀燈影組。北東翼地層倒轉,由于斷層破壞,使得北東翼地層不對稱。

礦區斷裂構造較為發育,可分為前期北西向和后期北東向兩組斷裂。以北西向斷裂為主,多表現為層間滑脫性質,造成了礦區地層的重復;北東向—北北東向斷層規模均較小,多表現為平移斷層,造成了礦區地層的錯位。

2.3　巖漿巖

礦區內巖漿巖不發育,僅在震旦紀燈影組(Z2dn)與寒武紀楊家堡組(∈1y)之間侵入有一條變輝綠巖巖脈。巖脈長約3 080 m,寬約30 m左右,平行層理侵入。巖石一般為灰綠色,風化后為黃綠色,由普通輝石和鈉長石組成。由于變質作用,其鈉長石常被絹云母、黝簾石取代,輝石常被黑云母、陽起石取代。

2.4　圍巖蝕變

礦區巖石主要蝕變有：弱硅化、綠泥石化、絹云母化、釩云母化、磁鐵礦化、黃鐵礦化、黃銅礦化、釩鉬鉛礦化、碳酸鹽化及綠簾石化等。與釩、鉬礦化相密切的蝕變為釩云母化、釩鉬鉛礦化、磁鐵礦化及硅化。

3　礦體地質特征

3.1　礦帶特征

本礦區分為Ⅰ號釩鉬礦層和Ⅱ號釩礦層(圖3)。Ⅰ號釩鉬礦層主要賦存于寒武紀楊家堡組(∈1y)中上部,楊家堡組自老至新巖性為：灰黑色厚層狀硅質巖(10～25 m)—深灰色硅質(板)巖(3～5 m)—灰黑色中層狀硅質巖(5～12 m)。釩鉬礦主要賦存于深灰色硅質(板)巖中。

Ⅱ號釩礦層產于下寒武紀莊子溝組下段(∈1zh1),該段巖性從老至新為(含碳)硅質板巖(3～7 m)—含磷結核硅質板巖(1～3 m)—硅質板巖與泥質板巖互層(1～4 m)。

區域寒武紀地層為重要的釩礦和釩鉬礦層位。

3.2　礦體特征

本礦區在Ⅰ號釩鉬含礦層圈定2個釩鉬礦體和1個釩礦體;Ⅱ號釩鉬礦層圈定2個釩礦體和3個釩鉬礦體。

Ⅰ-1號釩鉬礦體控制長>1 750 m,礦體厚度0.92～2.28 m,平均1.54 m,其變化系數為47.29%,傾向北東43°～45°,傾角55°～70°,礦體產狀與地層一致。礦石類型主要為硅質板巖、泥質硅質板巖。巖中V2O5品位0.54%～0.960%,平均品位為0.71%,變化系數為66.46%;Mo品位0.035%～0.089%,平均品位為0.052%。變化系數為32.66%。

圖3　張家灣釩鉬礦區礦體分布示意圖

Ⅰ-2號釩鉬礦體控制長>300 m,礦體厚度0.87～1.27 m,平均1.05 m,其變化系數為57.48%,傾向北東43°～45°,傾角73°,礦體產狀與地層一致。礦石類型主要為含碳質硅質板巖、泥質硅質板巖。V2O5品位0.55%～1.41%,平均品位為0.75%;Mo品位0.021%～0.093%,平均品位為0.033%。變化系數為157.27%。

Ⅰ-3號釩鉬礦體控制長>600 m,礦體厚度1.02～2.35 m,平均2.35 m,其變化系數為34.30%,傾向北東20°～46°,傾角65°～67°,屬厚度穩定型礦體。礦石類型主要為含碳質硅質板巖、泥質硅質板巖。巖中V2O5含量0.51%～0.59%,平均品位為0.55%;Mo品位0.11%～0.12%,平均品位為0.12%。變化系數為66.46%。

Ⅱ-1號釩礦體控制長2 350 m,礦體厚度0.98～3.65 m,平均2.21 m,其變化系數為35.45%,傾向北東37°～42°,傾角50°～70°,屬厚度穩定型礦體。礦石類型為硅質板巖、泥質硅質板巖、含磷結核硅質板巖。V2O5品位0.54%～1.22%,平均品位0.751%,品位變化系數21.36%;其中Mo含量0.014%～0.034%,平均0.015%。

Ⅱ-2號釩鉬礦體控制長>850 m,礦體厚度1.36～7.65 m,平均2.87 m,其變化系數為77.4%,傾向北東42°～43°,傾角60°～73°,礦體產狀與地層一致。礦石類型主要為硅質板巖、含磷結核硅質板巖。V2O5品位0.55%～0.97%,平均品位為0.75%;Mo品位0.02%～0.042%,平均品位為0.033%。變化系數為73.10%。

Ⅱ-3號釩鉬礦體控制長2 100 m,礦體厚度0.99～9.98 m,平均3.98 m,其變化系數為80.17%,傾向北東37°～42°,傾角65°～80°,礦石類型為含碳硅質板巖、泥質硅質板巖、含磷結核硅質板巖。V2O5品位0.54%～1.17%,平均品位0.80%,變化系數為29.06%;伴生Mo含量0.014%～0.053%,平均品位0.031%,變化系數121.32%。

Ⅱ-4號釩鉬礦體控制長1 020 m,礦體厚度0.69～4.24 m,平均1.91 m,其變化系數為35.45%,傾向南西37°～42°,傾角47°～75°。礦石類型為硅質板巖、泥質硅質板巖、含磷結核硅質板巖。V2O5品位0.59%～1.96%,平均品位1.74%,品位變化系數33.12%。伴生Mo品位0.012%～0.12%,平均品位0.042%,品位變化系數181.32%。

Ⅱ-5號釩礦體控制長1 350 m,礦體厚度0.88～4.92 m,平均1.72 m,其變化系數為60.78%,傾向南西30°～37°,傾角50°～74°,礦石類型為硅質板巖、含磷結核硅質板巖。V2O5品位0.43%～2.55%,平均品位1.18%;伴生Mo品位0.015%～0.049%,平均品位0.02%。品位變化系數137.49%。

4　礦石特征

4.1　礦石類型及結構構造

礦石按自然類型可分為硅質板巖、含碳質硅質板巖、含磷結核硅質板巖、泥質硅質板巖礦石4大類型。

硅質板巖型礦石巖石為深灰色,隱晶質結構、變余結構,塊狀及板狀構造。主要礦物由硅質(>85%)、泥質(10%)、碳質(<3%)組成。硅質以隱晶質石英為主,玉髓、蛋白石少量。

含碳質硅質板巖型礦石呈灰黑色、灰—深灰色。隱晶質結構,板狀構造。主要礦物由硅質(75%)、泥質(15%)、碳質(3%～10%)組成。

含磷結核硅質板巖為灰—深灰色,地表顯褐灰色。隱晶結構,塊狀、結核狀構造。巖石含磷硅質結核占量約15%～30%,呈橢球體狀、渾圓球體狀,大小懸殊,直徑在0.2～8 cm,以2～4 cm者為主;基質成分以硅質為主,含有泥質、粉砂質及少量碳質。

泥質硅質板巖型礦石為灰黑色,風化后顯灰黃色,具變余泥質結構,薄板狀構造。主要礦物由泥質(>75%)、粉砂質(10%)、碳質(3%～5%)及硅質等組成,礦石具明顯的黃鐵礦化,此類礦石常以薄夾層的形式與硅質板巖互層。

4.2　礦物成分

組成上述礦石礦物的主要有：釩云母、釩鉬鉛礦及少量釩鐵礦、輝鉬礦、黃鐵礦等,從野外觀察及鏡下鑒定結果顯示,含釩礦的礦物以釩水云母為主,釩鐵礦次之。含釩硅質巖中的礦物成分主要是石英和玉髓 ,占76%～90%,碳、泥質8%,含釩水云母1%～2%,極少量的高嶺石及微量磷灰石、黃鐵礦等。

組成上述礦石的脈石礦物主要有：硅質、泥質及粉砂質,含少量碳酸鹽礦物。硅質中以蛋白石、隱晶質—微晶石英為主;泥質礦物以水云母及絹云母、綠泥石為主;粉砂質礦物主要為長石、石英等。

本礦區中含釩礦物較簡單,主要以含釩水云母為主(占80%以上),釩鉬鉛礦次之,其它含釩礦物少見。較新鮮含釩水云母為鱗片狀，主要沿巖石裂面及巖石板理面(或變余微層理面)分布;釩鉬鉛礦為淺灰色自形粒狀—半自形粒狀,呈稀疏的星點狀散布。V2O5則主要以吸附狀和類質同象兩種狀態產于黏土礦物和硅質礦物中。

鉬礦物以釩鉬鉛礦為主,見少量輝鉬礦,多呈吸附狀態賦存于黏土礦物中。

4.3　化學成分

巖石化學成分見表1,主要成分:SiO2(75.73%～96.62%),Al2O3(0.24%～9.71%) ,TFe(0.33%～1.71%),P2O5(0.03%～7.96%),CaO(0.32%～11.10%),MgO(0.09%～1.37%),K2O(0.11%～2.16%),Na2O(0.01%～1.10%),P2O5(0.013%～7.96%),MnO(0.003%～0.028%),TiO(0.03%～0.61%)等。其中微量元素:Cr 46.3×10-6～102.3×10-6,Ni 8.5×10-6～58.8×10-6,Ti 192.7×10-6～4 405.0×10-6,根據礦石中化學成分特征分析,其釩鉬礦富集可能主要與硅質、磷質和黃鐵礦等有關,其次為黏土礦物。

5　礦床成因及找礦標志

5.1　礦床成因

前人對寒武紀黑色巖系成因認識各不相同,主要有以下幾種觀點：

王廷臣等[2-3]認為釩主要來源于前寒武紀地層,尤其是區內的超基性和基性等含釩巖石,在震旦紀末期,地殼隆升后這些巖石經受了較長期風化剝蝕,隨后搬運到海槽中沉積形成釩礦床。

盧衍豪[4]及姜月華等[5]人認為分布于湖北省境內的寒武紀黑色巖系形成于震旦紀晚期—早寒武世構造拉張背景下的深水斜坡區,長期處于被動大陸邊緣,特別是在揚子區及其兩側深水斜坡發育,礦床具有微生物成礦與海底熱水沉積雙重特征,成因應屬生物地球化學沉積礦床范疇。

而翟裕生等[6]認為本區主要有兩大成礦系列,沉積成礦系列(以古生代沉積建造為主)和巖漿成礦系列(以燕山期為主)。巖漿成礦系列已發現有斑巖型金礦、金銅礦點等,沉積成礦系列有釩礦、磷礦及非金屬礦等。

表1　礦石化學全分析結果一覽表

賴群生等[7]等認為寒武紀早期海侵時,地殼持續緩慢沉降,具有較穩定的沉積環境,形成了一套厚度不大的含釩、磷的硅質、泥質、有機質—鈣鎂質碳酸鹽巖沉積,釩礦床屬濱海—淺海沉積型層控礦床。

本次通過野外工作認為,本測區為海底熱水噴射沉積成礦系列,該區釩鉬礦為海相熱水和微生物成礦相互作用沉積礦床。含釩鉬巖系的巖(礦)石化學分析結果(表1)表明，主要化學成分為SiO2、Al2O3和全鐵,其它成分一般均低于1%,并以高MgO、CaO 和P2O5為特征,比較接近于古代熱水(噴氣)沉積巖的化學成分,而MnO、Na2O等的氧化物含量與生物成因的硅質巖較接近。其化學成分的特征值Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti、I/(AI+Fe+Mn)值介于熱水(噴氣)沉積與生物成因巖石之間。鉬釩存在于碳質泥巖中,這種含鉬釩高的碳質泥巖與含碳硅質巖組合,特別是硅質巖的產出,為熱水沉積成礦作用在巖石學上的標志[8]。

湖北安陸境內所有沉積型釩鉬礦床皆賦存于寒武紀地層黑色巖系中.寒武紀地層在省內廣泛分布,以鄂西北、鄂北地區出露較為完整,其巖性橫向變化較大,沉積類型多樣。

在泥質板巖型礦石中,釩鉬主要以離子吸附狀態存在于黏土礦物中;在條帶硅質巖型礦石中,釩主要以類質同象賦存于水云母中。釩鉬礦的形成和含碳硅質巖、泥巖同時沉積而成。寒武紀地層凡有硅質巖和泥巖的存在,即有鉬釩礦的賦存。

綜上所述,本測區鉬釩礦床屬海相熱水(噴氣)和生物成礦相互作用沉積型層控礦床。

5.2　找礦標志

本區經過多年的地質勘查總結,其鉬釩礦找礦標志主要有如下四個方面：

(1) 地層標志釩鉬礦嚴格受寒武紀黑色巖系地層底部含碳硅質板巖、含碳硅質板巖夾黏土巖、黏土巖層位控制,凡有含碳硅質板巖、含碳硅質板巖夾黏土巖出露的地段,或多或少均能圈出一定規模的礦體。

(2) 巖石標志含碳硅質板巖、含碳硅質板巖夾黏土巖組合地段往往是礦化富集部位。

(3) 構造標志多為向斜構造地段,寒武紀黑色巖系硅質板巖，硅質板巖夾黏土巖的層間滑動、擠壓揉皺及碎裂處,礦化較為富集。

(4) 地球化學標志區域上在寒武紀地層中有眾多的V、Pb、Zn、Mo、Hg、Ag異常,其中以V、Mo等為主的綜合異常,寒武紀黑色巖系底部分布廣泛,延伸穩定,故找礦潛力巨大。

6　找礦方向

區域上寒武紀黑色巖系是鉬釩礦找礦的前提;在本地區張家灣的北西向響水臺和南東部云林寺一帶,有寒武紀楊家堡組和莊子溝組出露,且以V、Mo為主的綜合異常地段,其地質特征與張家灣礦區相似,經過勘查工作,已發現了多個可供開發利用的釩礦區,顯示了該復向斜區域具有良好的找礦潛力,應加強深部勘探找礦工作。

參考文獻：

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[3]王廷臣,等.河南省淅川縣鎖河口—余家莊釩礦區詳細普查地質報告[R].南陽：河南第四地質調查隊,1986.

[4]盧衍豪.中國寒武紀沉積礦產與“生物—環境控制論[M].北京:地質出版社,1979:3-57.

[5]姜月華,岳文淅,業治錚.華南下古生界缺氧事件與黑色頁巖及有關礦產[J].有色金屬礦產與勘查,1994,3(5):272-278.

[6]翟裕生,姚書振,周宗桂,等.長江中下游銅、金礦床、礦田構造[M].武漢:中國地質大學出版社,1999:20-100.

[7]賴群生,江和中,楊士輝,等.河南省淅川縣后灣釩礦床地質特征、礦床成因及找礦方向[J].華南地質與礦產,2008(1):24-28.

[8]蒙永松,甘琴,鄭援.廣西上林釩礦成礦期古地理及礦床成因淺析[J].南方國土資源,2009(11)：18-20.