湖北省鄖縣何家墁釩礦成礦地質特征及控礦因素淺析

郝仁紅, 胡 飛, 張 眾, 艾智龍, 周 鼎, 魏四華, 黎方云

(湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034)

何家墁釩礦床位于湖北省鄖縣北部,2005年湖北省區域地質礦產調查所發現并初步評價,2007年湖北省地質調查院開展了普查工作,初步認為該礦床為沉積型小型釩礦床。2013年該院對礦區進行了詳查工作。由于前人對鄖縣北部地區的區域地質構造、火山巖、侵入巖、變質巖及地球化學特征等進行了較為詳細地不同程度、不同角度的研究。故本文僅對何家墁釩礦床地質特征和控礦因素進行初步探討。

1 礦區地質背景

礦區位于南秦嶺—大別山中生代造山帶東段,武當—隨州陸內裂谷之兩鄖—應山逆推構造帶西北端(1)郝仁紅、艾智龍、李一鳴等，湖北省鄖縣何家墁礦區釩礦地質詳查報告,湖北省地質調查院,2015。,武當復背斜北東翼之鮑魚嶺穹隆北西翼(2)西安地質學院區域調查隊，1∶5萬南化塘幅地質圖說明書，1995。。區域中部為武當復背斜(穹隆)核部,廣泛分布南華系武當群雙臺組中淺變質巖系(基底),以一套中基性—酸性火山沉積建造為主,其下部為變質火山巖巖組,上部為變質沉積巖巖組。武當穹隆四周由里向外則依次分布南華系耀嶺河組綠片巖相變基性火山巖系、早震旦世陡山沱組、晚震旦世燈影組碳酸鹽巖、下寒武統黑色巖系、上寒武—下奧陶統碳酸鹽巖等沉積地層(蓋層),基底與蓋層之間存在大型深層滑脫構造[1]。區內在早寒武世構造拉張背景下的陸棚或陸棚外斜坡—陸棚邊緣斜坡相還原條件下的滯留盆地相,沉積了一套富含P、Ba、V、Ni、Mo、Cu、U、Se、Au、Ag等元素的黑色巖系。該區巖漿活動強烈,以前震旦紀武當群雙臺組酸性火山巖和耀嶺河組基性火山噴溢為主。研究表明,早寒武世是中國成礦作用的一個重要時期(3)任明、張生奇、程文厚等，鄂西北下寒武統黑色巖系中的釩礦床,河南省有色金屬地質礦產局第三地質大隊，2012。,目前已發現的規模較大的礦產有:磷礦、重晶石礦、釩礦、石煤礦等;規模較小的礦產有鎳礦、鉬礦、銅礦、鈾礦、硒礦、金礦、銀礦、稀土及鉑族元素等數十種之多。

區域斷裂構造屬華南北緣(南秦嶺—大別)斷裂系,斷裂構造以北西向為主。其中發育在礦區南部的兩鄖斷裂呈NW向展布,斷裂主要活動時期為印支—燕山期,是區域內重要控巖控礦構造帶[2]。何家墁釩礦區位于兩鄖斷裂的北緣。

2 礦區地質特征

礦區地層屬華南地層大區南秦嶺—大別山地層區,十堰—隨州地層分區兩鄖地層小區的北緣。區內廣泛發育南華紀沉積變質巖和火山變質巖以及古生代沉積地層。由南華系武當群雙臺組和耀嶺河組構成結晶基底,上震旦統、寒武系地層則組成沉積蓋層(礦區位于蓋層區)。出露的地層[3]主要是南華系耀嶺河組、震旦系燈影組及寒武系楊家堡組、莊子溝組、岳家坪組及石甕子組(圖1)。

何家墁釩礦區賦礦地層主要為下寒武統莊子溝組(∈1z),根據巖性特征分為上、下兩段。上段為深灰色薄層狀灰巖、薄片狀灰巖夾灰黃色粉砂質板巖、粉砂質板巖夾薄層灰巖透鏡體或鈣質板巖組成;下段為一套灰黑色—深灰色含碳硅質板巖、炭質板巖、含碳粉砂質板巖、粘土質板巖等。下部含有較多的含磷結核,其結核分布極不均勻,大小懸殊。礦區只有一個含礦層位即:莊子溝組(∈1z)下段,亦是重要的區域性含釩、鉬、銀礦的層位。

圖1 何家墁釩礦地形地質圖Fig.1 Topographic and geological map of Hejiaman vanadium mine1.沖積層:礫石,淺棕色亞砂土;2.殘積層:棕色、暗棕色亞粘土、亞砂土;3.寒武系上統—奧陶系下統石甕子組上段;4.寒武系上統—奧陶系下統石甕子組下段;5.寒武系中統岳家坪組上段;6.寒武系中統岳家坪組中段;7.寒武系中統岳家坪組下段;8.寒武系下統莊子溝組上段;9.寒武系下統莊子溝組下段;10.寒武系下統楊家堡組;11.震旦系上統燈影組;12.南華系耀嶺河組;13.中—上元古界武當山群;14.變基性巖脈;15.實測地質界線;16.斷層;17.壓扭性斷層;18.正常產狀;19.倒轉產狀;20.片理產狀;21.釩礦體及編號;22.地層剖面及編號;23.勘查許可證范圍;24.詳查范圍。

礦區處于武當復背斜北東翼之鮑魚嶺穹隆北西翼,荊紫關—師崗復向斜南西翼,滔河倒轉復式背斜兩翼。

區內褶皺構造主要為復式背、向斜,受鮑魚嶺穹隆構造影響,背、向斜軸向總體呈北東向,礦體形態受褶皺控制。區域性北東向滑覆斷裂的多次活動對礦(化)體的連續性起到較大的破壞作用(圖2)。

3 礦體地質特征

3.1 含釩巖系特征

礦區內莊子溝組下段為含釩地層,巖性組合主要為:含碳硅質板巖、含碳硅質板巖夾絹(釩)云母頁巖—炭質板巖、含硅質粘土質板巖、含硅質碳質板巖夾薄層硅質板巖—雜色粘土質板巖、含碳粉砂質板巖—含碳粘土質板巖夾薄層硅質巖—雜色粉砂質板巖、含碳粘土質板巖。釩礦層位于莊子溝組下段底部,厚度為1.46～36.51 m。礦層結構由上至下為:

⑤ 雜色粉砂質板巖、含碳粘土質板巖:厚度為7.64～21.84 m,品位(V2O5)一般0.50%～1.04%。該含礦層厚度、品位均較穩定,品位與炭質含量成正比。

④ 含碳粘土質板巖夾薄層硅質巖:厚度為1.32～4.43 m,品位(V2O5)一般0.50%～1.21%。該含礦層厚度出露較穩定,品位主要與硅質含量呈正相關。

③ 雜色粘土質板巖、含碳粉砂質板巖:厚度為2.9～13.16 m,品位(V2O5)一般0.50%～1.28%。該含礦層厚度出露極不穩定,品位與炭質含量呈正相關,含碳巖性品位相對較好,但不穩定,單純的粉砂質板巖含礦性相對較差。

② 炭質板巖、含硅質粘土質板巖、含硅質碳質板巖夾薄層硅質板巖:厚度為0.46～8.69 m,品位(V2O5)一般0.62%～1.32%,最高達2.50%。該層底部普遍見有粒徑不等、數量不一的含磷結核,含磷結核的板巖品位相對較高,該含礦層不穩定。

圖2 何家墁—黃家臺子信手剖面圖Fig.2 Profile of Hejiaman-Huangjiataizi1.寒武系上統—奧陶系下統石甕子組上段;2.寒武系下統莊子溝組;3.寒武系上統—奧陶系下統石甕子組下段;4.寒武系下統楊家堡組;5.寒武系中統岳家坪組上段;6.震旦系上統燈影組;7.寒武系中統岳家坪組中段;8.南華系耀嶺河組;9.寒武系中統岳家坪組下段;10.中—上元古界武當山群。

上述含礦巖性組合與成礦關系密切。含礦巖性自下而上:硅質板巖厚度逐漸減小,所夾絹(釩)云母板巖亦逐漸減少直至消失,含泥質板巖厚度逐漸增大,含磷結核之上的粉砂質、粘土質板巖逐漸由薄層變為厚層,其所夾薄層含碳硅質板巖逐漸減少至消失。含礦層品位(V2O5)隨著硅質、絹(釩)云母、炭質的逐漸減少,粘土質、粉砂質成分的逐漸增加而降低。隨著硅質、炭質的減少,釩的礦化逐漸減少消失。這與含釩礦物:釩云母(含釩水云母、含釩絹云母)、鈣釩榴石主要產于硅、炭、泥質巖性組合中是一致的。

3.2 礦體特征

礦區劃分為何家墁—黃寺溝口和黃家臺2個礦段,其中在何家墁—黃寺溝口礦段圈定了Ⅴ-1、Ⅴ-2、Ⅵ-1、Ⅵ-2 共4個釩礦體;在黃家臺礦段圈定了Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅱ、Ⅲ、Ⅲ1共6個釩礦體(圖3)(4)李鈞、陳少君、余建國等,湖北省大冶市銅山口區銅礦床礦產資源儲量結算地質報告,湖北省鄂東南地質大隊,2006。。其中Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3號礦體為同一含礦帶;Ⅱ礦體應為黃家臺子復向斜的西翼,經深部鉆孔控制,黃家臺子復向斜東、西兩翼的礦體在礦體東部的區域性滑覆斷層F1的影響下,成為兩個獨立的同斜礦體(圖4);Ⅲ號釩礦體由于靠近區域性滑覆斷裂帶F1,受其拖拽導致Ⅲ號釩礦體在東側發生彎曲,出露地表形成Ⅲ號釩礦體東翼。這樣Ⅲ號釩礦體就形成了Ⅲ號西釩礦體與Ⅲ號東釩礦體兩條。Ⅲ1號釩礦體位于Ⅲ號西釩礦體南端,屬Ⅲ號西釩礦體所在含礦帶的南延部分,由于其與Ⅲ號西釩礦體為同一個連續的含礦帶,故編號Ⅲ1。各礦體特征詳見表1。

圖3 何家墁釩礦區黃家臺子礦段地質略圖Fig.3 Geological sketch of Huangjiataizi sectionin Hejiaman vanadium mining area1.第四系;2.寒武系中—下統岳家坪組;3.寒武系下統莊子溝組上段;4.寒武系下統莊子溝組下段;5.寒武系下統楊家堡組;6.震旦系上統燈影組;7.南華系耀嶺河組;8.礦體;9.正常地層產狀;10.倒轉地層產狀;11.鮑魚溝壓扭性斷層。

表1 何家墁釩礦區礦體特征一覽表Table 1 Characteristic list of ore bodies in Hejiaman vanadium mining area

3.3 礦體形態

礦區寒武系底部釩礦的產出位置和空間形態完全受地層控制,呈陡傾斜層狀、似層狀產出,產狀與圍巖一致,礦體與圍巖為漸變關系,經取樣化驗分析才能確定礦體邊界。礦區內一般為一層礦體,偶爾含有夾層(圖5),根據巖性及其組合特征,在相鄰工程之間各礦體地層巖性柱狀圖上進行對比連接,具有明顯的沉積礦床特征。

總體來看,何家墁礦區各單礦體形態較簡單,品位穩定,但連續性較差,在區域性斷裂、褶皺構造的強烈影響下礦體破壞程度較大,導致礦區內同一含礦層反復多次出露,形成了規模不等、形態不一的多個礦體。

3.4 礦石類型

依據礦石礦物成分、結構、構造特征,釩礦石的自然類型為硅質—含釩粉砂質板巖型釩礦。

3.5 礦石特征

3.5.1礦物成分

經X衍射分析、顯微鏡下鑒定和電子探針分析,礦石中含釩礦物為釩云母(含釩水云母、含釩絹云母)、含釩粘土巖(含釩高嶺石、蒙托石)、鈣釩榴石等。脈石礦物為水云母(不含釩)、石英、絹云母及少量高嶺石、伊利石、炭質、白云母、方解石等。此外還見極少量磷灰石、磷釔石、石墨、蒙脫石、磁鐵礦、褐鐵礦等。

釩云母是礦區內最主要的釩礦物,淡綠色為主、鱗片狀,少量呈片狀,鱗片大小一般0.001 mm×0.003 mm～0.002 mm×0.004 mm,解理極完全,與絹(釩)云母、硅質緊密共生,共同形成板狀構造。較大片的釩云母與次生石英常共同組成細脈狀,形成定向板理。

圖4 何家墁釩礦區W0勘探線剖面圖Fig.4 Profile of W0 exploration line in Hejiaman vanadium mining area1.第四系;2.寒武系岳家坪組;3.寒武系莊子溝組下段;4.寒武系莊子溝組上段;5.寒武系楊家堡組;6.震旦系燈影組;7.南華系耀嶺河組;8.斷層及編號;9.礦體及編號。

鈣釩榴石多為不規則粒狀,翠綠色,玻璃光澤,透明—半透明,無解理,常聚集成寬窄不一的細脈充填于炭質集合體的空隙間,并伴生少量次生石英,可見二者應為同時期形成,且晚于炭質板理的生成期。

3.5.2礦石結構構造

主要為隱晶—微晶結構、泥質結構、變余泥砂質結構等結構類型。

主要構造類型有:頁理構造、板狀構造、變余層狀構造、條帶狀構造等。

3.6 礦石化學成分

通過對釩礦體中的原礦采取化學樣品進行多項分析,原礦主要成分為硅,主要可利用元素為釩。其試驗樣品化學多項分析結果列于表2。

圖5 何家墁釩礦區黃家臺子礦段Ⅱ礦體地表、深部地層巖性柱狀圖Fig.5 Lithologic column map of surface and deep strata of No.2 ore body in Huangjiataizi section of Hejiaman vanadium mining area1.殘坡積;2.含礫亞粘土;3.灰巖;4.含泥質灰巖;5.白云質灰巖;6.條帶狀灰巖;7.泥質條帶灰巖;8.條帶狀白云質灰巖;9.碎裂白云質灰巖;10.白云巖;11.含泥質白云巖;12.泥質白云巖;13.灰質白云巖;14.硅質白云巖;15.碎裂狀白云巖;16.碎裂狀硅質白云巖;17.硅質巖;18.板巖;19.鈣質板巖;20.泥質鈣質板巖;21.硅質板巖;22.泥質板巖;23.粉砂質板巖;24.粘土質、粉砂質板巖;25.砂質板巖;26.砂質泥質板巖;27.泥質硅質板巖;28.硅質鈣質板巖;29.砂質鈣質板巖;30.炭質板巖;31.鋁土質板巖;32.鈣質鋁土質板巖;33.白云質板巖;34.大理巖;35.礦層對比線;36.地層對比線;37.礦層及代號;38.探槽編號;39.鉆孔編號;40.地層代號。

表2 原礦化學多項分析結果Table 2 Multivariate analysis of raw ore chemistry

分析項目V2O5SiO2Al2O3CaOMgOTiO2K2ONa2OP2O5Fe2O3燒失含量/%1.2385.115.220.620.730.281.540.030.462.242.44

3.7 有用組分及伴生有益、有害組分

礦石中主要有用組分為V2O5。

與釩伴生元素種類較多,主要有Mo、Cu,Pb、Zn,Ti、Ag等,根據光譜全分析、組合分析及礦石多項分析結果可知,元素含量均低于伴生有益組分評價指標。

根據組合分析結果,有害組分P2O5平均<0.50%,有害組分影響甚微。

3.8 礦化及蝕變特征

礦區礦層中僅見釩礦化一種。釩礦化分布于整個寒武系莊子溝組下段,不同的巖性其礦化程度不同,通過施工探礦工程系統取樣結果統計,含磷結核含碳硅質板巖夾絹(釩)云母頁巖最強,V2O5平均含量一般>1.20%以上,最高可達2.56%;其次為含硅質碳質板巖夾薄層硅質板巖,V2O5含量一般在0.62%～1.32%;而雜色粘土質板巖、含碳泥質板巖礦化相對較弱,V2O5含量一般<1.0%。

主要蝕變有:絹(釩)云母化、釩云母化、弱硅化及碳酸鹽化等。與釩礦化關系密切的蝕變為釩云母化。其中絹(釩)云母主要為含釩高嶺石蛻變而來。

4 礦床成因和礦床控礦因素

4.1 礦床成因

何家墁釩礦床屬華南板塊北緣南秦嶺印支褶皺帶內,寒武紀早期海侵時,地殼持續緩慢沉降,形成較穩定的沉積環境,從而保證本區地下水位波動小,具有較充分的時間在封閉—半封閉的系統內循環,有利于成礦物質的溶解—飽和—沉淀作用的持續進行,形成了一套厚度不大的斜坡—盆地體系的滯留盆地相含釩、磷的硅質、泥質、有機質到鈣鎂質碳酸鹽巖沉積。根據地層沉積旋回、古生物及巖相特征等,礦區成礦環境為靜水還原條件下,氣候溫濕,生物繁茂時期形成。

在硅質巖內,釩呈吸附狀態賦存于粘土礦物中或呈離子狀態吸附在硅氧中;粘土巖內釩主要賦存于粘士礦物中,呈含釩高嶺石、蒙托石等粘土礦物出現,據此認為釩的生成是和硅質巖、粘土巖或炭質粘土巖同時沉積而成。寒武系下統地層中凡有硅質巖和粘土巖的存在,即有釩礦的賦存。可能由于蝕源區巖石中除釩外,其它有用元素含量較低,故導致釩礦石中共生或伴生有用元素含量亦低。

綜上所述,本區釩礦屬滯留盆地相沉積型礦床。

4.2 控礦因素

在何家墁釩礦區內,莊子溝組地層雖經受了輕微的變質作用,根據現有資料,變質作用與礦化富集之間并無必然聯系,成礦主要與沉積環境有關,其空間分布則與后期構造作用有關[4]。根據礦床地質特征,何家墁釩礦床控礦因素主要有以下幾點。

4.2.1地層控礦

礦區成礦時間為寒武紀早期,空間分布嚴格受寒武系下統莊子溝組下段含碳硅質板巖、含碳雜色粘土巖層控制,具明顯的層控特點。根據相關的研究成果,早古生代早期礦區所在的南秦嶺區,海域活動性加強,形成早古生代陸緣裂谷,在陸塊邊緣裂解及海侵背景下,形成一套深水滯流盆地相硅質碳質碎屑巖沉積(∈1z),故早寒武紀地層沉積環境為板塊擴張背景下的斜坡—盆地體系的滯留盆地相,區域上該時代沉積巖石類型以含碳黑色巖系為特征,普遍具有較高的V、Mo、Ag等親生物元素與超基性、基性巖有關的元素組合特征[5]。因此,認為釩主要來源于前寒武紀地層,尤其是其內的超基性或基性等含釩火山巖,在震旦紀末期,早期裂陷槽漸變抬升,地殼隆升后這些巖石經受了較長期風化剝蝕,隨后搬運到海槽中形成釩礦體。

在礦區內,含釩地層雖經受了輕微的變質作用而形成一套板巖,但變質作用與礦化富集間并無必然聯系,成礦主要與沉積環境有關,地層(寒武系下統莊子溝組下段)控礦特征明顯,其空間分布主要與后期構造作用有關。

4.2.2巖性控礦

在礦區內,含礦層位于寒武系莊子溝組下段,主要巖石類型為含碳硅質板巖、雜色含碳泥巖和板巖,并且在空間上多為互層狀或似層狀交替出現,在平面上具有一定的穩定性,礦體主要產出于硅質板巖與泥質板巖中,說明釩元素的富集與兩種巖性的關系十分密切。而從礦體內不同巖性含礦性對比中可以看出,元素V的富集成礦與含碳硅質板巖和含碳泥質板巖緊密相關,在上述兩種巖石中有更高的富集程度。

4.2.3巖相古地理控礦

下寒武統莊子溝組下段黑色巖系控制著礦區釩礦床的分布,表明莊子溝組下段地層是釩礦床形成的基本條件。早寒武世早期廣海陸棚或陸棚外斜坡—陸棚邊緣斜坡區還原滯流及海盆緩慢沉降環境,是釩礦床發生沉積成礦作用的古地理環境和古構造條件。黑色巖系中特定的含碳、磷、硅的巖性組合序列是釩礦床形成的必須具備的巖相條件,其厚度越大,巖性序列發育越完整,所形成的礦床規模相應越大。

4.2.4熱液控礦

根據前人對鄰近同類礦山中含礦巖性的巖石化學和微量元素綜合分析,表明V在沉積成礦時并非完全處于正常的外生條件下的沉積環境,而是一個與內生作用及其產物密切相關的非正常沉積環境—海底熱水(噴流)沉積成礦作用所代表的環境[6]。在何家墁礦區外圍西部早寒武系莊子溝組地層中見到火山沉積夾層[7],礦區鄰近的郭溝釩礦區內,局部含釩碳質頁巖中有不穩定的似層狀重晶石脈等均說明了這一點。顯示出噴流熱水沉積礦床的特點。可見釩礦床的形成一定程度上受到了海底熱水活動控制。

4.2.5構造控礦

斷裂破碎帶既可以成為成礦熱液運移通道,亦可為成礦物質的富集、沉淀空間。由于本礦區釩礦以沉積成礦為主,礦區內北東向的斷裂破碎帶為成礦期后斷裂,對礦體完整性起破壞作用,但構造造成礦體重復,抬升,有利于現階段勘探。

5 結語

何家墁釩礦成礦主要與沉積環境有關,其空間分布則與后期構造作用有關。其礦床控礦因素主要為地層控礦,巖性控礦、巖相古地理控礦,其次為熱液控礦,斷裂破碎帶為成礦期后斷裂,斷裂控礦表現為與礦區釩礦體的產出形態與空間分布有關,主要對礦體完整性起破壞作用。