湖北省興山縣白果園銀釩礦床基本特征及成礦模式

李方會，楊剛忠，姚 燕，廖宗明，劉圣德，何洪濤，田德昌

(1.湖北省宜昌地質(zhì)勘探大隊，湖北宜昌 443100;2.湖北省地質(zhì)科學研究所，湖北武漢 430034;3.湖北省鄂西北地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所，湖北襄陽 441002)

0 引言

湖北省興山縣白果園銀釩礦為產(chǎn)于震旦系下統(tǒng)陡山沱組頂部黑色頁巖中的沉積—成巖礦床。勘查工作始于1976年，并分別提交了普查、詳細普查、詳查和勘探報告。銀資源儲量達大型規(guī)模，釩為中型，伴生硒元素可綜合利用，礦石鈣鎂含量高，屬黑色頁巖中銀釩共生的新類型礦石。本文在研究基本特征的基礎上，探討成礦模式，為該省和華南尋找該類型銀釩礦提供新的思路。

1 區(qū)域賦礦層位

興山縣白果園礦區(qū)位于揚子準地臺上揚子臺坪鄂中褶斷區(qū)黃陵背斜北西翼近核部。包括白果園、茅草坪、安家河三個礦段，以白果園礦段成礦最佳［1］。

區(qū)內(nèi)出露地層有上太古界—下元古界水月寺(巖)群(Ar3Pt1)，沉積蓋層為南沱組(Nh2n)、陡山沱組(Z1d)、燈影組(Z2∈1d)、牛蹄塘組(∈1n)等。沉積蓋層不整合于水月寺(巖)群之上(圖1)。

圖1 興山白果園銀釩礦地質(zhì)略圖Fig.1 Schematic geologicalmap of Baiguoyuan silver-vanadium deposit in Xingshan County

震旦系下統(tǒng)陡山沱組第四巖性段(Z1d4)為區(qū)域銀釩巖系，為一套黑色頁巖—白云巖建造，由白云巖和黑色頁巖及其過渡型巖石組成。為碳酸鹽臺地前緣半開闊淺水陸棚瀉湖(或灘后瀉湖)沉積環(huán)境，黑色頁巖沼屑層沉積為潮下瀉湖亞相，淺色白云巖灰泥層沉積為淺水陸棚亞相。

根據(jù)巖石組合特征可分為三種剖面類型、五種巖相結構類型(表1、圖2、圖3)。

表1 區(qū)域銀釩巖系巖性剖面、巖相結構類型及其含礦性對照表Table 1 Contrast table of lithology profile，lithofacies structure types and ore potentiality of regional silver-vanadium rock series

圖2 區(qū)域銀釩巖系剖面類型示意圖Fig.2 Schematic diagram of profile types of regional rock series

圖3 區(qū)域銀釩巖系巖相結構類型示意圖Fig.3 Schematic diagram of lithofacies structure type of regional silver-vanadium rock series

2 礦層特征

2.1 礦層賦存部位

含銀(釩)巖系為下震旦統(tǒng)陡山沱組第四巖性段(Z1d4)，可分為上、下兩個亞段。上亞段底部為上礦層(AV2)，V2O5含量達工業(yè)品位要求，伴生銀;下亞段的中、下部為下礦層(AV1)，銀釩含量均達工業(yè)要求，并伴生硒元素(圖4)。

上礦層含礦巖石為黑色頁狀粘土巖，下礦層含礦巖石為含黃鐵礦黑色頁狀粘土巖和黑色頁狀白云質(zhì)粘土巖，夾粉晶白云巖和泥質(zhì)泥晶白云巖。

礦層較穩(wěn)定。其頂、底板與層位頂、底界線的間距隨地層厚度變化而變化。無論上礦層或下礦層，礦體形態(tài)均較簡單，呈層狀。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致。

2.2 礦層結構特征

本礦區(qū)銀釩礦層共有四種礦層結構(圖5)。上礦層(AV2)由單一黑色頁巖組成，礦層結構簡單。下礦層(AV1)由黑色頁巖與白云巖兩端元巖石及其過渡型巖石組成，黑色頁巖與白云巖呈韻律交替出現(xiàn)，根據(jù)交替頻繁程度，分為三種礦層結構(表2)，Ⅲ型含礦性最佳，Ⅳ型次之，Ⅱ型再次之。

3 銀釩礦礦石學

白果園礦區(qū)白果園礦段內(nèi)賦存AV1、AV2二個銀釩礦層。AV1礦層中的AV12是主要工業(yè)銀釩礦層，礦體呈層狀，分布連續(xù)，厚度穩(wěn)定，有用組分含量均勻;礦體平均厚度 3.48 m，平均含 Ag 100.77 ×10－6，V2O51.004%。

3.1 礦石類型

礦石按有用組分銀、釩的含量劃分兩個工業(yè)類型;按含礦巖石的自然組構特征劃分四個自然類型。現(xiàn)將各礦石工業(yè)類型與自然類型及其產(chǎn)出部位的對應關系列表如下(表3)。

圖4 銀釩巖系剖面及礦層賦存部位圖(白果園礦段TC9)Fig.4 Profile of silver-vanadium rock series and occurrence position of ore bed

圖5 銀釩礦層結構圖Fig.5 Structure diagram of silver-vanadium seam

表2 礦層結構特征與含礦性統(tǒng)計表Table 2 Statistics of structure characteristics of seam and ore potentiality

表3 礦石工業(yè)類型與礦石自然類型分類表Table 3 Classification table of ore industry type and ore natural types

3.2 礦石結構構造

3.2.1 礦石結構

礦石的結構主要有泥質(zhì)結構、鑲嵌結構、半自形—自形粒狀結構、它形粒狀結構、草莓結構、半自形變晶結構、交代結構等。以泥質(zhì)結構、鑲嵌結構為特點。銀釩礦石中的假像結構、鑲邊結構較之釩礦石中更加發(fā)育(照片1－照片4)。

照片1 泥質(zhì)結構正交偏光133.12×Photo 1 Pelitic texture(orthogonal polarization 133.12 ×)

照片2 鑲嵌結構正交偏光128×Photo2 Mosaic structure(orthogonal polarization 128×)

照片3 單偏光 10×20黃鐵礦呈半自形—自形晶狀結構Photo 3 Polarized light(10×20 iron ore with hypautomorphic and euhedral crystal structure)

照片4 單偏光 10×20 A、B為兩粒莓球狀黃鐵礦Photo 4 Polarized light(10×20 pyrite with framboid)

3.2.2 礦石構造

銀大都以微米級的銀礦物顯微包體存在于黃鐵礦中，故按含銀黃鐵礦在含礦巖石中的分布排列劃分為浸染狀構造、紋層狀構造、條帶狀構造、板片狀構造。銀釩礦石中以浸染狀構造為主、銀釩含量高，釩礦石中以紋層狀構造為主、銀釩含量均較低(照片5—照片8)。

3.3 礦石物質(zhì)組成與成分

礦石主要礦物是伊利石、白云石、火山凝灰(球);次要礦物有黃鐵礦、含釩伊利石、石英、輝銀礦—螺狀硫銀礦、輝硒銀礦、硒銀礦、硫銀鍺礦等。

礦石含有銀、釩、磷、金、硫、有機質(zhì)等成分，礦石中CaO含量高達8.68% ～12.08%，MgO含量為7.12%～8.15%，屬高鈣鎂型礦石。Al2O3+K2O+CaO+MgO+CO2+SiO2在礦石中的含量占84.69%，反映礦石的礦物成分主要是粘土礦物和鎂質(zhì)碳酸鹽礦物。礦石中Ag、V2O5符合工業(yè)指標要求。Ag、V2O5含量與Al2O3、K2O含量呈正相關，與 CaO、MgO含量呈反相關，說明銀、釩主要富集在泥巖中，白云巖中礦貧或無礦。

照片6 單偏光10×20黃礦呈紋層狀—浸染狀分布hoto 6 Polarized light(10×20 pyrite with lamellardisseminated distrubtion)

照片5 單偏光10×20彌浸染狀分布的細粒黃鐵礦Photo 5 Polarized light(10×20 fine pyrite)

照片7 板片狀構造單偏光37.6×Photo 7 Table-shaped structure(polarized light37.6 × )

照片8 條帶狀構造單偏光8×Photo 8 Banded structure(polarized light8×)

4 銀釩礦賦存狀態(tài)

4.1 銀的賦存狀態(tài)及富集特征

經(jīng)過對主要載銀礦物(含銀黃鐵礦)電子探針分析、電子顯微鏡觀察及穆斯堡爾參數(shù)測定，表明銀不是呈類質(zhì)同象存在于礦物中，而是以獨立礦物的形式出現(xiàn)，主要以微米級銀礦物呈顯微包體存在于黃鐵礦中。含銀黃鐵礦按形態(tài)劃分共有三種:矛狀黃鐵礦、立方體黃鐵礦、草莓狀黃鐵礦。

銀主要富集在黑色頁巖中，并構成工業(yè)礦體，其它巖石中銀僅發(fā)生礦化或貧礦。銀在黑色頁巖中的富集程度主要取決于獨立銀礦物含量和銀的載體礦物(黃鐵礦)的種類、含量。由于銀獨立礦物在礦石中的含量很低，礦石含銀量的高低就主要取決于銀的載體礦物——黃鐵礦的種類及其含量的高低。

4.2 釩的賦存狀態(tài)及富集特征

本次白果園礦區(qū)銀釩礦石的選冶流程探索試驗中，湖南有色金屬研究院對釩的價態(tài)和物相進行了分析［2］，結果見表4、表5。

表4 釩的價態(tài)分布(%)Table 4 Valence distribution of vanadium

化驗結果表明:樣品中的釩主要以低價釩(V3+、V4+)的形式存在，約占總釩量的90.64%;V5+高價釩約占9.36%。礦石中的釩主要以類質(zhì)同象的形式存在。

炭質(zhì)頁巖中的釩一般賦存于三類礦物中。釩的物相分析，一般將釩分為三相:氧化鐵礦物和高嶺土等粘土礦物為一相;云母類礦物為一相;電氣石、石榴子石為一相。

表5 釩的化學物相分析結果(%)Table 5 Analysis results of chemical phase of vanadium

化學物相分析表明，原礦中釩主要賦存于云母類礦物(伊利石)中，約占總釩量的73.83%，其次為褐鐵礦等氧化鐵礦物及高嶺石等粘土礦物中的釩，約占23.37%，電氣石、石榴子石等硅酸鹽礦物中的釩約占2.8%。有機質(zhì)中也含有少量釩。

白果園礦區(qū)釩主要賦存在伊利石中，釩的富集與有機質(zhì)吸附和成巖作用有關。含釩伊利石可能由火山灰轉(zhuǎn)化為蒙托石在孔隙水富鉀條件下形成。

5 礦床成因、成礦條件與成礦模式

5.1 成礦條件

白果園銀釩礦床屬低溫熱水沉積—成巖的黑色頁巖型礦床，礦床成因特征如下［3］:

5.1.1 巖相古地理條件

早震旦世鄂西地區(qū)和川黔滇是揚子地臺上兩個孤立的碳酸鹽臺地(圖6)，兩個臺地之間存在一長條形南北走向的狹長開闊盆地相帶。

本礦區(qū)在早震旦世處于碳酸鹽臺地與淺海陸棚交接部位，主體巖相為半開闊陸棚瀉湖環(huán)境。其沉積環(huán)境與海洋環(huán)境基本相通，隨海浸周期反復，致使銀釩巖系中下部沼屑層(亞相)與灰泥層(亞相)頻繁交互。

5.1.2 上升洋流及物質(zhì)來源

礦區(qū)在古構造位置上，處于揚子地臺北緣，在晚震旦世時處于拉張下沉狀態(tài)，在陡山沱晚期沉積了一套陸棚相的黑色頁巖。在陡山沱期區(qū)域內(nèi)存在海洋海底流與陸棚間的流動機制，上涌洋流提供的營養(yǎng)成分，造成陸棚瀉湖出現(xiàn)缺氧環(huán)境帶。

圖6 中國南方早震旦世沉積盆地古地理略圖Fig.6 Paleo-geographic contour of sedimentary basin in Early Sinian 1.古陸;2.斷裂;3.臺地界線。

5.1.3 熱水沉積標志

根據(jù)工業(yè)銀釩礦層的黑色頁巖中發(fā)現(xiàn)有少量五角十二面體黃鐵礦，含自生鉀長、鈉長石，見有重晶石和石膏板片。礦石具紋層結構。白云石的碳、氧同位素當進入含礦層范圍內(nèi)，ζ13C從正值突然降低為負值(富礦層中發(fā)現(xiàn)低負值)。REE測定結果，Ce異常不明顯，Eu有明顯異常，輕稀土(LREE)元素在曲線上斜率較大，重稀土元素(HREE)曲線平坦。上述表明，本礦床具有重要的熱水沉積證據(jù)。

礦區(qū)重晶石中的流體包裹體特征顯示出包體被捕獲時處于熱水活動相對寧靜的環(huán)境，為典型沉積成巖礦床特征。對黃鐵礦中的流體包裹體測試結果顯示成礦流體為中低溫、中低鹽度、中等密度。

5.1.4 成巖成礦作用

沉積階段，沼屑層中聚集有銀釩元素，其含量高于克拉克值，但達不到工業(yè)要求。

銀釩初始富集于成巖早期階段，早期流體為中低溫、中低鹽度、中等密度的流體，主要成礦作用為細菌氧化—硫酸鹽還原作用，層間孔隙水帶出S、Fe、有機質(zhì)、單相對聚集;此時沉積物較松散，可形成一些較典型的結構構造，如順層或斜切微層的重晶石板片、草莓狀黃鐵礦及紋層狀構造等。

銀釩主要富集在成巖晚期階段，此時成礦環(huán)境為硫逸度增多，成礦介質(zhì)條件由偏酸性向偏堿性轉(zhuǎn)化，更趨于還原環(huán)境;加上封存的層間水—成礦溶液環(huán)流增強，這樣更加有利于銀元素活化、沉淀。釩的富集與有機質(zhì)吸附和成巖作用有關，成巖晚期階段，含釩伊利石可能由火山灰轉(zhuǎn)化為蒙脫石在孔隙水富鉀條件下形成。

5.2 礦床成因

控制白果園銀釩礦床的主要地質(zhì)作用是沉積相帶和成巖作用。

(1)沉積巖相帶對銀釩礦床空間分布的控制。目前已發(fā)現(xiàn)的銀釩礦床均分布于碳酸鹽臺地與淺海陸棚交接部位。主體巖相為半開闊陸棚瀉湖環(huán)境，銀釩礦化一般出現(xiàn)在兩個巖相帶間的5～6 km范圍，工業(yè)銀釩礦一般分布在巖相帶近臺地邊緣2～3 km處。

(2)陸棚瀉湖環(huán)境中的沼屑層(亞相)與灰泥層(亞相)交互，是控制銀釩礦富集的巖相結構。礦區(qū)和區(qū)域上銀釩礦均證明，有銀釩巖系，亦有黑色頁巖存在，并不一定有工業(yè)銀釩礦，只有銀釩巖系厚度較大，剖面結構齊全，沼屑層與灰泥層頻繁交替，且黑色頁巖厚度大于白云巖厚度，礦層結構復雜—極復雜諸因素都具備的地段，才富集有工業(yè)銀釩礦體。

(3)區(qū)內(nèi)銀釩礦嚴格受地層層位控制。銀釩巖系屬陡山沱組第四巖性段(Z1d4)，上礦層(AV2)賦存銀釩巖系上亞段(Z1d42)底部，下礦層(AV1)產(chǎn)于下亞段(Z1d4

1)中、下部的黑色頁巖中。本區(qū)燈影組石板灘段(Z dn)底部及陡山沱組第一巖性段中亞段(Z d2)中

2211下部，均夾有大量黑色頁巖，但銀釩含量均很低。說明本區(qū)銀釩礦具有地層層位專屬性。

(4)成巖過程中銀釩的富集，主要表現(xiàn)在成巖階段銀在黃鐵礦中的富集，原巖中生物吸附的釩金屬離子釋放到粘土礦物中，因而，礦石結構構造亦是重要的控礦因素。礦區(qū)內(nèi)，含黃鐵礦黑色頁巖廣泛出現(xiàn)，工業(yè)銀釩礦主要與具浸染狀、板片狀構造的含黃鐵礦黑色頁巖有關。以上礦石構造是成巖階段的產(chǎn)物。

(5)本礦區(qū)銀釩礦富集中心位于5～20勘探線，向兩側(cè)銀釩巖系變薄。巖相結構，自南東至北西由沼屑層(亞相)過渡到沼屑層與灰泥層(亞相)交互，至礦區(qū)外圍麻溪河一帶全部為灰泥層，缺失沼屑層，顯示一不對稱型剖面。銀釩礦帶大致呈北西向展布，富礦帶在礦帶中呈北東向展布，后者可能與北西向凹陷帶中具有次級北東向凹陷有關。

5.3 成礦模式

綜合上述成礦特征，建立白果園式銀釩礦成礦模式圖，見圖7。

圖7 白果園式銀釩礦成礦模式圖Fig.7 Metallogenic model of Baiguoyuan type of silver-vanadium deposit

6 結語

綜合前述興山縣白果園銀釩礦的基本地質(zhì)特征及成礦條件分析，得出如下結論:

(1)興山縣白果園銀釩礦產(chǎn)于震旦系下統(tǒng)陡山沱組頂部黑色頁巖中。

(2)含銀(釩)巖系分上、下兩個亞段，上礦層含礦巖石為黑色頁狀粘土巖，下礦層含礦巖石為含黃鐵礦黑色頁狀粘土巖和黑色頁狀白云質(zhì)粘土巖，礦層較穩(wěn)定。

(3)銀主要富集在黑色頁巖中，并構成工業(yè)礦體，釩主要賦存在伊利石中，釩的富集與有機質(zhì)吸附和成巖作用有關。

(4)從巖相古地理、熱水沉積標志和成巖成礦作用分析，其礦床成因?qū)俚蜏責崴练e—成巖的黑色頁巖型礦床。

［1］李方會，等.湖北省興山縣白果園礦區(qū)銀釩礦勘探地質(zhì)報告［R］.宜昌:湖北省宜昌地質(zhì)勘探大隊，2012.

［2］魏黨生，方金東，等.湖北興山縣白果園銀釩礦選冶聯(lián)合提取銀釩試驗研究報告［R］.武漢:湖北省地質(zhì)實驗研究所，2010.

［3］劉源駿，金光富，等.湖北省興山縣白果園銀釩礦床地質(zhì)特征及成因類型研究［R］.宜昌:湖北省宜昌地質(zhì)勘探大隊，1993.