石牛釩礦礦床地質特征及控礦因素探討

劉濤　鄧波濤　蘇特

摘要：文章論述了石牛釩礦礦床的地質特征，分析了控礦因素及其成因類型。賦礦層位為寒武紀牛蹄塘組，礦床屬沉積型經輕微變質作用，釩主要賦存于硅鋁酸鹽中，釩的存在與粘土礦物有關，其穩定性及礦化特征與沉積環境、古地理、古氣候關系密切，受沉積環境及生物化學等多重因素制約。

關鍵詞：石牛釩礦； 地質特征；控礦因素

1 區域地質背景

區域出露板溪群、震旦紀、寒武紀、奧陶紀、泥盆紀、石炭紀、白堊紀及第四紀地層。寒武紀牛蹄塘組為本區沉積型釩礦賦礦層位。

區域構造為NE向漣源盆地和SN向紫云山隆起。紫云山隆起核部為印支期雜巖體，斷裂發育NE～NNE向組，主要有朝陽--金坑沖斷裂、大倫山斷裂、石牛斷裂。區域斷裂派生構造發育，主要為次級斷裂及其兩側的牽引褶皺。

區域礦產主要有石煤、磷、釩、鈾、鉬、鉛鋅、金等[ 1 ]。見圖1。

2 礦區地質

2.1 地層

區內出露第四系（Q）、奧陶系（Ob）、寒武系（∈）、震旦系地層（Z），其中寒武系地層發育最全，震旦系及奧陶系次之，第四系地層呈零星分布。區內寒武系牛蹄塘組為釩礦賦礦層位，根據巖性組合特征可劃分為上、下兩個巖性段。

上段：為礦區含釩巖系。按巖性特征大致分三部分。

中上部為灰黑至黑色炭質板巖、硅質板巖夾薄層狀含炭硅質巖，發育水平微層理，含透鏡狀釩礦（化）層二層。頂部為黑色炭質板巖、含炭板巖、含硅質炭質板巖夾鈣質板巖。

下部為灰黑至黑色薄層炭質板巖與含炭硅質巖不等厚互層或互為夾層，含透鏡狀石煤層及塊狀磷質粘土巖，含磷結核1～2層，含釩礦層二層。

底部為灰至灰黑色薄至中層狀硅質巖夾薄層含炭硅質巖及含炭硅質板巖。局部含炭硅質板巖中見透鏡狀釩礦（化），本段厚42～110m。

下段：為淺灰色、灰色、暗灰色板巖、薄至中層狀砂質板巖、含黃鐵礦板巖，經區域變質，板巖常蝕變為絹云板巖。本組與下伏震旦紀留茶坡組呈整合接觸。

2.2 構造

礦區范圍內總體為一傾向南西的單斜，受區域性逆沖斷裂F10影響，形成新立礦段中部大范圍地層倒轉的構造格局。發育EW、NE、NW、SN向四組斷裂。

2.2.1 褶皺

新立向斜位于礦區東部寧各堂，為短軸構造。褶皺長400m，褶幅300m，軸向30°，軸面直立，兩翼傾角40°～66°，軸部地層為污泥塘組，兩翼為牛蹄塘組、留茶坡組。

茶盤背形構造位于茶盤，受F10及其它派生斷裂聯合控制。褶皺長140m，軸向近SN，軸面呈“S”型，軸部地層為牛蹄塘組，西翼出露留茶坡組，東翼留茶坡組埋藏較深，兩翼傾角25°～56°。

2.2.2 斷裂

斷層按展布方向分為近EW、NE、NW及SN向四組，以近EW組規模最大，控制了含礦巖系的空間分布。主要有F10及其它派生斷裂。

F10斷裂為區域性斷裂，走向80°～85°，傾向北，傾角67°～89°。由團塊狀石英脈、碎裂化巖石及硅化體組成，蝕變具強硅化和褐鐵礦化。斷裂具逆沖性質，斷裂下盤礦層相對完整，上盤次級斷裂及褶皺發育，礦層分布零亂。

2.3 賦礦層位及含礦巖系特征

2.3.1 賦礦層位

賦礦層位為寒武系牛蹄塘組第二段，厚42～110m，釩礦賦存于牛蹄塘組上段中下部。頂部為黑色炭質板巖、含炭板巖、含硅質炭質板巖夾鈣質板巖，中上部為灰黑至黑色炭質板巖、硅質板巖夾薄層狀含炭硅質巖，含透鏡狀釩礦（化）層二層。下部為灰黑至黑色薄層炭質板巖與含炭硅質巖不等厚互層或互為夾層，含透鏡狀石煤層及塊狀磷質粘土巖，含磷結核1～2層，含釩礦層二層。底部為灰至灰黑色薄至中層狀硅質巖夾薄層含炭硅質巖及含炭硅質板巖。

3 礦層特征

3.1 礦層劃分及其對比依據

3.1.1 礦層劃分

寒武系牛蹄塘組上段含1～4個釩礦層，自上而下編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅳ礦層為主礦層，延伸較穩定；Ⅲ礦層為次要礦層，延伸不穩定—極不穩定；Ⅰ、Ⅱ礦層，全區內僅局部見。

3.1.2 礦層的對比依據

礦層對比主要以巖性標志層、礦層層間距、礦層及礦層頂底板巖性組合特征和釩礦化特征進行對比。

（1）主礦層（Ⅳ）

處于含礦巖系底部，位于標志層之上，呈層狀、似層狀。以巖石成分復雜，硅質成分較高及釩礦化較穩定為特征。

標志層特征：位于Ⅳ礦層底板之下，全區穩定，對比標志明顯。為淺灰色、灰黑色中層狀硅質巖、含炭硅質巖，厚7～38m。

巖性特征：含礦層巖性為薄層狀炭質板巖與含炭硅質板巖及含炭硅質巖呈不等厚互層，炭質板巖中夾透鏡狀石煤層，普遍見橢球狀、豆莢狀磷結核，厚1.50～15.05m。磷結核一般1～3cm，指示Ⅳ礦層富礦部位。礦層頂板為中層狀炭質板巖，延伸不穩定，可作用間接標志層。Ⅳ礦層厚5.00～11.60m，品位0.71～1.21×10-2。礦層呈層狀產出。

（2）次要礦層（Ⅲ）

位于Ⅳ礦層之上，距Ⅳ礦層3.78～17.90m，無穩定的標志層存在。

礦層巖性特征：以硅質成分相對較少為特征。為炭質板巖、含炭硅質板巖夾薄層含炭硅質巖，偶見磷結核。

礦層底板巖性特征：炭質板巖、硅質板巖夾薄層狀硅質巖。

釩礦化特征：礦化不連續，礦體延伸不穩定，呈似層狀產出。Ⅲ礦層礦層厚1.30～10.90m，品位0.71～1.14×10-2。

（3）其它礦層（Ⅱ、Ⅰ）

分布于含礦巖系上部，巖性對比標志不明顯，以巖性較單一為特征。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石物質成分、結構構造

據分析結果，釩主要賦存于硅鋁酸鹽礦物晶格中。V2O5主要賦存于硅鋁酸鹽（含釩水云母）中，釩礦石氧化帶、混合帶、原生帶中，V2O5在硅鋁酸鹽中的含量占全釩量的79%、94%、90%（見表1）。

據張愛云等人為：釩礦床炭質板巖中粘土礦物中60%～80%為含釩伊利石，同類型礦床中含釩伊利石釩的配分率高達80%[2]，含釩伊利石是釩的最重要的載體礦物。

由表2可以的出：炭質板巖主要成分為有機質（80～99%）及少量泥質（<5%）、石英，白云石。石英隱晶—顯微晶質，細小團粒狀分布。黃鐵礦星點分布。白云石粉晶—細晶星點狀分布。

含炭硅質巖主要由隱晶質石英（77～80%）及有機質（20～23%）組成，偶見黃鐵礦、紅柱石。

3.2.2 礦石化學成分

礦石化學成分以si 為主量元素， 含量58.83%～69.83%，其次為鋁、鐵、鈣含量各占1%～7%。

礦石中有害元素含量低，對礦石的選冶性能影響不大，其它有益組份含量低，無綜合利用價值。區內根據組合分析結果，主要礦層和次要礦層礦石次要組分中無可利用伴生組分。

3.3 礦石類型

3.3.1礦石自然類型

根據礦石特征，分為炭質板巖型釩礦和含炭硅質巖型釩礦兩類。

炭質板巖型釩礦：由炭質板巖夾少量含炭硅質巖組成。成分以有機質為主，含少量粘土礦物及石英。V2O5含量一般0.50～1.50×10-2。

含炭硅質巖型釩礦：以含炭硅質巖為主或由炭質板巖、含炭板巖和薄層硅質巖呈不等厚互層組成，V2O5含量一般0.7～2.60×10-2。釩礦主要賦存于炭質板巖中。對礦石化學分析樣按不同巖性分別采樣，炭質板巖、含炭板巖為V2O5的主要含礦巖類，而含炭硅質巖中V2O5含量較低（表3）。

4 礦床控礦因素

4.1 層位控礦

釩礦嚴格受地層控制，由于沉積環境的變異而形成地層的差異，夾層、互層多等、 透水層和隔水層呈互層、脆性巖石和柔性巖石呈互層對控礦最有利， 礦源層和賦礦層為同一層位，礦層與圍巖呈整合接觸關系，表現為同時性、連續性。 釩礦賦存于特定層位，礦體呈層狀—似層狀成帶展布，范圍廣、規模大。區內尚未發現侵入體和明顯的熱液蝕變現象，圍巖蝕變較弱。

4.2 巖性控礦

釩礦體集中于特定的巖性段，含礦巖性主要是寒武系下統牛蹄塘組第二段的灰黑色炭質板巖夾薄層含炭硅質巖中。該套巖石富含粘土、有機質、黃鐵礦等釩的吸附劑和還原劑。對釩的富集有利，釩與粘土礦物的比值穩定，呈正相關關系。

4.3 古地理控礦

據沉積物特征，巖相古地理的過渡帶是釩礦分布的主要古地理單元[5]，釩礦處于特定的還原條件下閉塞海灣環境，為一套灰黑色含炭硅質巖、炭質板巖沉積建造。

4.4 古氣候和地殼振蕩及物化條件的控制作用

礦層中巖層基本為薄層和微層，富含有機質，具水平層理，炭質板巖中含磷結核，反映海水相對比較平靜。礦石中含白云質，反映氣候較干旱。不同巖性呈不等厚互層或互為夾層反映地殼振蕩周期變化特征。古生物、地球化學作用及有機質起著主導作用[3～4]。

5 結論

5.1：釩礦主要賦存在含炭硅質巖、炭質板巖中，以炭質板巖為主。在有含炭硅質巖和炭質板巖的情況下，才可能存在釩礦，單一的巖石組合則沒有。釩主要賦存于硅鋁酸鹽中（含釩水云母），極少量分布是鐵鋁石及電氣石石榴石中。

5.2：釩的存在與粘土礦物有關。有機質和菌藻類生物的關系十分密切，生物活動和生物地球化學富集作用對釩礦的成礦起了重要作用。

5.3：該礦床工業類型為沉積型釩礦。呈層狀、似層狀、透鏡狀產出，經輕微的變質作用。釩主要呈類質同象及吸附狀態存在。

5.4：釩礦層穩定性及其礦化特征與沉積環境、古地理、古氣候關系密切，受沉積環境及生物化學等多重因素制約。

參考文獻：

[1]湖南省地質礦產局.湖南省區域地質志[M].北京地質出版社，1988：41-52.

[2] 張愛云，翁成敏.黑色頁巖型釩礦提釩的主導礦物[J].地球化學，1989，14（4）：391-397.

[3]肖家飛，胡瑞忠，宋謝炎，等.貴州早寒武世的缺氧事件沉積[J].礦產與地質，2006，20 （425）：3662373.

[4]葉杰，范德廉.黑色巖系型礦床的形成作用及其在我國的產出特征[J].礦物巖石地球化學通報，2000，19（2）：952102.

[5]夏文杰，杜森官，徐新煌，等.中國南方震旦紀巖相古地理與成礦作用[M].北京：地質出版社，1994.10-23.

作者簡介： 劉濤（1985- ）， 男，助理工程師，在讀工程碩士，長期從事地質勘查、地質找礦與勘探工作。

據分析結果，釩主要賦存于硅鋁酸鹽礦物晶格中。V2O5主要賦存于硅鋁酸鹽（含釩水云母）中，釩礦石氧化帶、混合帶、原生帶中，V2O5在硅鋁酸鹽中的含量占全釩量的79%、94%、90%（見表1）。

據張愛云等人為：釩礦床炭質板巖中粘土礦物中60%～80%為含釩伊利石，同類型礦床中含釩伊利石釩的配分率高達80%[2]，含釩伊利石是釩的最重要的載體礦物。

由表2可以的出：炭質板巖主要成分為有機質（80～99%）及少量泥質（<5%）、石英，白云石。石英隱晶—顯微晶質，細小團粒狀分布。黃鐵礦星點分布。白云石粉晶—細晶星點狀分布。

含炭硅質巖主要由隱晶質石英（77～80%）及有機質（20～23%）組成，偶見黃鐵礦、紅柱石。

3.2.2 礦石化學成分

礦石化學成分以si 為主量元素， 含量58.83%～69.83%，其次為鋁、鐵、鈣含量各占1%～7%。

礦石中有害元素含量低，對礦石的選冶性能影響不大，其它有益組份含量低，無綜合利用價值。區內根據組合分析結果，主要礦層和次要礦層礦石次要組分中無可利用伴生組分。

3.3 礦石類型

3.3.1礦石自然類型

根據礦石特征，分為炭質板巖型釩礦和含炭硅質巖型釩礦兩類。

炭質板巖型釩礦：由炭質板巖夾少量含炭硅質巖組成。成分以有機質為主，含少量粘土礦物及石英。V2O5含量一般0.50～1.50×10-2。

含炭硅質巖型釩礦：以含炭硅質巖為主或由炭質板巖、含炭板巖和薄層硅質巖呈不等厚互層組成，V2O5含量一般0.7～2.60×10-2。釩礦主要賦存于炭質板巖中。對礦石化學分析樣按不同巖性分別采樣，炭質板巖、含炭板巖為V2O5的主要含礦巖類，而含炭硅質巖中V2O5含量較低（表3）。

4 礦床控礦因素

4.1 層位控礦

釩礦嚴格受地層控制，由于沉積環境的變異而形成地層的差異，夾層、互層多等、 透水層和隔水層呈互層、脆性巖石和柔性巖石呈互層對控礦最有利， 礦源層和賦礦層為同一層位，礦層與圍巖呈整合接觸關系，表現為同時性、連續性。 釩礦賦存于特定層位，礦體呈層狀—似層狀成帶展布，范圍廣、規模大。區內尚未發現侵入體和明顯的熱液蝕變現象，圍巖蝕變較弱。

4.2 巖性控礦

釩礦體集中于特定的巖性段，含礦巖性主要是寒武系下統牛蹄塘組第二段的灰黑色炭質板巖夾薄層含炭硅質巖中。該套巖石富含粘土、有機質、黃鐵礦等釩的吸附劑和還原劑。對釩的富集有利，釩與粘土礦物的比值穩定，呈正相關關系。

4.3 古地理控礦

據沉積物特征，巖相古地理的過渡帶是釩礦分布的主要古地理單元[5]，釩礦處于特定的還原條件下閉塞海灣環境，為一套灰黑色含炭硅質巖、炭質板巖沉積建造。

4.4 古氣候和地殼振蕩及物化條件的控制作用

礦層中巖層基本為薄層和微層，富含有機質，具水平層理，炭質板巖中含磷結核，反映海水相對比較平靜。礦石中含白云質，反映氣候較干旱。不同巖性呈不等厚互層或互為夾層反映地殼振蕩周期變化特征。古生物、地球化學作用及有機質起著主導作用[3～4]。

5 結論

5.1：釩礦主要賦存在含炭硅質巖、炭質板巖中，以炭質板巖為主。在有含炭硅質巖和炭質板巖的情況下，才可能存在釩礦，單一的巖石組合則沒有。釩主要賦存于硅鋁酸鹽中（含釩水云母），極少量分布是鐵鋁石及電氣石石榴石中。

5.2：釩的存在與粘土礦物有關。有機質和菌藻類生物的關系十分密切，生物活動和生物地球化學富集作用對釩礦的成礦起了重要作用。

5.3：該礦床工業類型為沉積型釩礦。呈層狀、似層狀、透鏡狀產出，經輕微的變質作用。釩主要呈類質同象及吸附狀態存在。

5.4：釩礦層穩定性及其礦化特征與沉積環境、古地理、古氣候關系密切，受沉積環境及生物化學等多重因素制約。

參考文獻：

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[3]肖家飛，胡瑞忠，宋謝炎，等.貴州早寒武世的缺氧事件沉積[J].礦產與地質，2006，20 （425）：3662373.

[4]葉杰，范德廉.黑色巖系型礦床的形成作用及其在我國的產出特征[J].礦物巖石地球化學通報，2000，19（2）：952102.

[5]夏文杰，杜森官，徐新煌，等.中國南方震旦紀巖相古地理與成礦作用[M].北京：地質出版社，1994.10-23.

作者簡介： 劉濤（1985- ）， 男，助理工程師，在讀工程碩士，長期從事地質勘查、地質找礦與勘探工作。

據分析結果，釩主要賦存于硅鋁酸鹽礦物晶格中。V2O5主要賦存于硅鋁酸鹽（含釩水云母）中，釩礦石氧化帶、混合帶、原生帶中，V2O5在硅鋁酸鹽中的含量占全釩量的79%、94%、90%（見表1）。

據張愛云等人為：釩礦床炭質板巖中粘土礦物中60%～80%為含釩伊利石，同類型礦床中含釩伊利石釩的配分率高達80%[2]，含釩伊利石是釩的最重要的載體礦物。

由表2可以的出：炭質板巖主要成分為有機質（80～99%）及少量泥質（<5%）、石英，白云石。石英隱晶—顯微晶質，細小團粒狀分布。黃鐵礦星點分布。白云石粉晶—細晶星點狀分布。

含炭硅質巖主要由隱晶質石英（77～80%）及有機質（20～23%）組成，偶見黃鐵礦、紅柱石。

3.2.2 礦石化學成分

礦石化學成分以si 為主量元素， 含量58.83%～69.83%，其次為鋁、鐵、鈣含量各占1%～7%。

礦石中有害元素含量低，對礦石的選冶性能影響不大，其它有益組份含量低，無綜合利用價值。區內根據組合分析結果，主要礦層和次要礦層礦石次要組分中無可利用伴生組分。

3.3 礦石類型

3.3.1礦石自然類型

根據礦石特征，分為炭質板巖型釩礦和含炭硅質巖型釩礦兩類。

炭質板巖型釩礦：由炭質板巖夾少量含炭硅質巖組成。成分以有機質為主，含少量粘土礦物及石英。V2O5含量一般0.50～1.50×10-2。

含炭硅質巖型釩礦：以含炭硅質巖為主或由炭質板巖、含炭板巖和薄層硅質巖呈不等厚互層組成，V2O5含量一般0.7～2.60×10-2。釩礦主要賦存于炭質板巖中。對礦石化學分析樣按不同巖性分別采樣，炭質板巖、含炭板巖為V2O5的主要含礦巖類，而含炭硅質巖中V2O5含量較低（表3）。

4 礦床控礦因素

4.1 層位控礦

釩礦嚴格受地層控制，由于沉積環境的變異而形成地層的差異，夾層、互層多等、 透水層和隔水層呈互層、脆性巖石和柔性巖石呈互層對控礦最有利， 礦源層和賦礦層為同一層位，礦層與圍巖呈整合接觸關系，表現為同時性、連續性。 釩礦賦存于特定層位，礦體呈層狀—似層狀成帶展布，范圍廣、規模大。區內尚未發現侵入體和明顯的熱液蝕變現象，圍巖蝕變較弱。

4.2 巖性控礦

釩礦體集中于特定的巖性段，含礦巖性主要是寒武系下統牛蹄塘組第二段的灰黑色炭質板巖夾薄層含炭硅質巖中。該套巖石富含粘土、有機質、黃鐵礦等釩的吸附劑和還原劑。對釩的富集有利，釩與粘土礦物的比值穩定，呈正相關關系。

4.3 古地理控礦

據沉積物特征，巖相古地理的過渡帶是釩礦分布的主要古地理單元[5]，釩礦處于特定的還原條件下閉塞海灣環境，為一套灰黑色含炭硅質巖、炭質板巖沉積建造。

4.4 古氣候和地殼振蕩及物化條件的控制作用

礦層中巖層基本為薄層和微層，富含有機質，具水平層理，炭質板巖中含磷結核，反映海水相對比較平靜。礦石中含白云質，反映氣候較干旱。不同巖性呈不等厚互層或互為夾層反映地殼振蕩周期變化特征。古生物、地球化學作用及有機質起著主導作用[3～4]。

5 結論

5.1：釩礦主要賦存在含炭硅質巖、炭質板巖中，以炭質板巖為主。在有含炭硅質巖和炭質板巖的情況下，才可能存在釩礦，單一的巖石組合則沒有。釩主要賦存于硅鋁酸鹽中（含釩水云母），極少量分布是鐵鋁石及電氣石石榴石中。

5.2：釩的存在與粘土礦物有關。有機質和菌藻類生物的關系十分密切，生物活動和生物地球化學富集作用對釩礦的成礦起了重要作用。

5.3：該礦床工業類型為沉積型釩礦。呈層狀、似層狀、透鏡狀產出，經輕微的變質作用。釩主要呈類質同象及吸附狀態存在。

5.4：釩礦層穩定性及其礦化特征與沉積環境、古地理、古氣候關系密切，受沉積環境及生物化學等多重因素制約。

參考文獻：

[1]湖南省地質礦產局.湖南省區域地質志[M].北京地質出版社，1988：41-52.

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[3]肖家飛，胡瑞忠，宋謝炎，等.貴州早寒武世的缺氧事件沉積[J].礦產與地質，2006，20 （425）：3662373.

[4]葉杰，范德廉.黑色巖系型礦床的形成作用及其在我國的產出特征[J].礦物巖石地球化學通報，2000，19（2）：952102.

[5]夏文杰，杜森官，徐新煌，等.中國南方震旦紀巖相古地理與成礦作用[M].北京：地質出版社，1994.10-23.

作者簡介： 劉濤（1985- ）， 男，助理工程師，在讀工程碩士，長期從事地質勘查、地質找礦與勘探工作。