賀令邦，楊紹祥

(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局405隊(duì)，湖南 吉首 406007)

張家界市三岔鎳鉬礦位于湖南省張家界市永定區(qū)三岔鄉(xiāng)、西溪坪鄉(xiāng)境內(nèi)。目前，通過開展普查地質(zhì)工作，發(fā)現(xiàn)6個(gè)鎳鉬礦體，探明資源量達(dá)中型規(guī)模。本文旨在對三岔鎳鉬礦床地質(zhì)特征和成礦的巖相古地理環(huán)境進(jìn)行分析探討，為區(qū)域同類型礦床找礦及勘查評價(jià)提供依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景

張家界市三岔鎳鉬礦位于位于上揚(yáng)子地塊東南緣的武陵山弱變形帶，天門山向斜北東端。三岔鎳鉬礦與汪家寨、桿子坪、大坪、小坪等地鎳鉬礦相鄰，是湖南省鎳鉬礦主要分布區(qū)之一。三岔鎳鉬礦產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組黑色炭質(zhì)頁巖底部，為典型的沉積礦床。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層巖性

區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀平緩，傾角北西翼地層傾角5°～10°，南東翼地層傾角10°～15°。

元古界五強(qiáng)溪組：灰黃色厚層狀石英砂巖、夾灰綠色條帶砂質(zhì)板巖、板巖。厚度大于50m。

震旦系下統(tǒng)南沱組：灰綠色含礫泥砂巖、含礫泥巖，巖石層狀構(gòu)造不發(fā)育，分選性極差；由礫石、泥、砂混雜組成。礫石成分主要為石英砂巖。礫石直徑一般在1～3cm，有圓度；為次圓狀，厚度大于30m。

震旦系上統(tǒng)陡山沱組：灰色薄至中厚層灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、夾灰色鈣質(zhì)頁巖，中部有一層深灰色鈣質(zhì)頁巖夾泥灰?guī)r、灰?guī)r。厚度在190m左右，與下伏震旦系下統(tǒng)南沱組假整合接觸。

震旦系上統(tǒng)燈影組：以一套淺灰色白云巖為主要特征，厚度140m左右。與下伏震旦系上統(tǒng)陡山沱組整合接觸。

寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組：黑色炭質(zhì)頁巖夾黑色粉砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖，下部15m夾黑色硅質(zhì)炭質(zhì)頁巖、白云質(zhì)炭質(zhì)頁巖，間夾黑色炭泥質(zhì)硅質(zhì)巖。風(fēng)化后呈灰白色。巖石中炭質(zhì)含量從下往上有降低的趨勢。底部為一層黑色硅質(zhì)磷塊巖或硅質(zhì)巖，厚度10～40cm。硅質(zhì)磷塊巖或硅質(zhì)巖之上有一層黑色含硅質(zhì)磷結(jié)核炭質(zhì)頁巖，炭質(zhì)頁巖中含白云質(zhì)粉砂、硅質(zhì)、磷質(zhì)等，厚度0.5m左右，磷結(jié)核為圓狀，直徑在1～5cm，含量在10%～30%。是鎳鉬礦的主要含礦層。本組厚度40～65m左右。與下伏震旦系上統(tǒng)燈影組整合接觸。

寒武系下統(tǒng)石牌組：上部灰綠色、灰色頁巖，夾鈣質(zhì)頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r、順層透鏡狀灰?guī)r，風(fēng)化后黃綠色、灰黃色，碎片狀。厚度在110m左右。下部灰綠色、灰色頁巖，夾灰黑色頁巖，底部20m范圍內(nèi)夾2～3層灰色巖屑細(xì)砂巖、粉砂巖，風(fēng)化后呈黃色、灰黃色，厚度0.3～0.8m。厚度在70m左右。本組厚度在180m左右。與下伏寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組整合接觸。以最下一層細(xì)砂巖以及巖石顏色為分層標(biāo)志。

寒武系下統(tǒng)清虛洞組：灰色-深灰色薄至中厚層狀粉晶云巖、鈣質(zhì)頁巖夾灰色薄層狀灰?guī)r、紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r、中厚層狀泥晶灰?guī)r、薄層狀泥晶灰?guī)r。厚度300m。

寒武系中統(tǒng)敖溪組：僅見下部約50m厚度，由一套深灰色-灰黑色鈣質(zhì)頁巖組成。與下伏地層寒武系下統(tǒng)清虛洞組整合接觸。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

2.2.1 褶皺

礦區(qū)地處湘西帚狀弧形構(gòu)造帶北東收斂端，屬于區(qū)域性天門山向斜北東揚(yáng)起端。礦區(qū)范圍次一級褶皺明顯，從西往東分別有：

①松木灣-桐木山向斜：軸向約35°，微向北東揚(yáng)起，揚(yáng)起角6°～7°，軸面微向SE傾斜。北西翼地層傾向S，傾角5°～10°左右，南東翼地層傾向SW，傾角8°～12°。兩翼最老地層為震旦系上統(tǒng)陡山沱組，軸部最新地層為寒武系中統(tǒng)敖溪組。兩翼地層完整連續(xù)。

②池塌-汪家山背斜：軸向35°～45°，微向北東揚(yáng)起，軸面微向SE傾斜。北西翼地層傾向SW，傾角8°～12°，南東翼地層傾向S，傾角5°～10°。兩翼最新地層北西翼寒武系中統(tǒng)敖溪組，南東翼為寒武系下統(tǒng)清虛洞組，軸部最老地層為震旦系上統(tǒng)陡山沱組。兩翼地層完整連續(xù)。

③轎頂山-茶場向斜：軸向約65°，轎頂山以南軸向逐漸往南偏轉(zhuǎn)為35°，微向北東揚(yáng)起。北西翼地層傾向基本為正S，傾角5°～10°左右，南東翼地層傾向?yàn)镹W，傾角8°～15°。兩翼最老地層為震旦系上統(tǒng)燈影組和陡山沱組，軸部地層為寒武系下統(tǒng)清虛洞組。

2.2.2 斷裂

礦區(qū)主要斷層有兩條：

莊家峪斷層：分布在礦區(qū)北西角，莊家峪-兩岔一帶；主要切割地層為震旦系上統(tǒng)燈影組和陡山沱組，發(fā)育擠壓褶皺破碎帶；主要見尖梭褶皺和破碎巖，破碎巖中見炭質(zhì)鏡面，擠壓褶皺破碎帶寬度10～20m。斷層走向NEE，傾向約170°，傾角65°～85°。斷層面呈舒緩波狀，北盤上升，南盤下降。

三岔斷層：分布在礦區(qū)南東部，銀杏溪-三岔-郭家溪。主要切割地層為震旦系上統(tǒng)燈影組、陡山沱組，震旦系下統(tǒng)南沱組以及板溪群五強(qiáng)溪組。斷層規(guī)模較大，南沱組地層只有零星分布，個(gè)別地段已經(jīng)缺失。有兩個(gè)破碎面，一個(gè)破碎面在板溪群與震旦系之間，另一個(gè)面在震旦系上統(tǒng)燈影組、陡山沱組和南沱組之間，在地表走向上有明顯的分支復(fù)合現(xiàn)象。斷層破碎帶不發(fā)育。斷層走向50°～60°，傾向NW，傾角大概40°～50°

3 礦床地質(zhì)

3.1 含礦巖層特征

礦層產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組底部，最底部是黑色硅質(zhì)磷塊巖或硅質(zhì)，往上是一層厚度約0.5m黑色含硅質(zhì)磷結(jié)核炭質(zhì)頁巖，再往上為黑色炭質(zhì)頁巖。其中黑色含硅質(zhì)磷結(jié)核炭質(zhì)頁巖是鎳鉬礦的主要含礦層位。

含礦巖層的巖性組合從下往上：

①白云巖：為礦層底板巖層。

②硅質(zhì)磷塊巖、硅質(zhì)巖：嚴(yán)格地講，應(yīng)該是兩層，硅質(zhì)磷塊巖是上層，民間采礦者稱為“磷礦”，開采鎳鉬礦時(shí)部分可以回收，磷礦層較穩(wěn)定，但厚度薄，一般在0.1～0.4m,由西往東厚度有變薄的趨勢，P2O5含量一般在10%～30%。大部分含鎳鉬,但品位不高，Mo含量在0.1%以下。

③含磷結(jié)核白云質(zhì)炭質(zhì)頁巖：本層是礦區(qū)鎳鉬礦的主要含礦位置，磷結(jié)核的直徑1～5cm，呈園狀或扁園狀，厚度比較穩(wěn)定，一般在0.3～0.6m之間。

④白云質(zhì)炭質(zhì)頁巖：在結(jié)核層之上，巖石層紋平直，白云質(zhì)含量高者可定為含炭質(zhì)泥質(zhì)白云巖。

3.2 礦體特征

鎳鉬礦體呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致，以鉬為主，鎳伴生。根據(jù)工程控制程度和礦體的連續(xù)性，將層狀鎳鉬礦體劃分為六個(gè)礦體：

Ⅰ號礦體：礦體控制長度1190m，控制傾向?qū)挾?50～850m，厚度0.87～0.95m，品位Ni 0.258%～0.398%，Mo 0.386%～0.666%。Ⅱ號礦體：礦體控制長度1230m，控制傾向?qū)挾?40～360m，厚度0.92～1.25 mm，品位Mo 0.148%～0.198%。Ⅲ號礦體：礦體控制長度3050m，控制傾向?qū)挾?10～430m，厚度0.81～1.06m，品位Ni 0.12%～0.373%，Mo 0.14%～0.315%。Ⅳ號礦體：礦體控制長度970m，控制傾向?qū)挾?3～450m，平均厚度0.87m，平均品位Ni 0.159%，Mo 0.166%。Ⅴ號礦體：礦體控制長度890m，控制傾向?qū)挾?1～110m，平均厚度0.96m，平均品位Ni 0.196%，Mo 0.341%。Ⅵ礦體：礦體控制長度380m，控制傾向?qū)挾?0～79m，平均厚度1.17m，平均品位Ni 0.182%，Mo 0.21%。

3.3 礦石成份、結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.3.1 礦石的礦物成分

主要的礦石礦物有黃鐵礦、硫鉬礦、二硫鎳礦、輝鎳礦，次要礦物有砷黝銅礦、針鎳礦、輝砷鎳礦、黃銅礦、閃鋅礦，少見礦物有紫硫鎳鐵礦、方硫鐵鎳礦、輝銅礦、黝銅礦、白鐵礦、方鉛礦、銅蘭等。

黃鐵礦(FeS2)：有晶粒狀和膠狀兩種，可富集成條帶狀或透鏡狀，礦石中含星散分布的黃鐵礦，立方晶形發(fā)育，含量低，在1%以下。但分布相當(dāng)廣泛，有典型的沉積環(huán)境指示意義。

硫鉬礦(MoS2)：是礦石中的主要鉬礦物，膠狀結(jié)構(gòu)，肉眼觀察為鐵灰色，堅(jiān)而脆，硫鉬礦一般與黃鐵礦等緊密共生，與瀝青質(zhì)等混雜，形態(tài)一般呈條帶狀或碎屑狀。

二硫鎳礦(NiS2)：呈膠狀球粒，或球柱集合體，也呈它形晶?；蚣?xì)脈狀,粒度細(xì)小,一般在0.05mm以下，與其他鎳礦物和黃鐵礦連生,也可與其他硫化礦物一起呈斑點(diǎn)狀分布在礦石中。

輝鎳礦(Ni3S4)：銀白色，多數(shù)情況下與黃鐵礦混在一起而呈黃白色，膠狀、球粒狀或它形晶粒狀，后者粒度細(xì)，呈侵染狀分布。

脈石礦物有炭泥質(zhì)類黏土礦物和白云石、膠磷礦，其次是方解石、石英粉砂、重晶石、石英、隱晶石英玉髓、纖維石英、瀝青等，再次為電氣石、鋯石、磷灰石、菱鎂礦、螢石等。

黏土礦物：顆粒微細(xì)，鏡下很難觀察到結(jié)構(gòu)，與炭質(zhì)很難區(qū)分，考慮到化學(xué)分析碳含量一般在3%～8%之間，因此定為炭泥質(zhì)。炭泥質(zhì)是礦石的主要成分，約占總量的50%～90%不等。

白云石：一般以自形、菱形以及它形或不規(guī)則粒狀存在，晶體細(xì)小，其直徑大多在0.1mm以下,白云石一般分布于暗色的炭泥質(zhì)物中。白云石對礦石的硬度影響較大，含量愈高硬度愈大。礦石中的含量在5%～50%之間變化。

膠磷礦：在鏡下呈淺黃色、均質(zhì)，局部有磷灰石晶體。膠磷礦一般具不等粒碎屑結(jié)構(gòu)，碎屑大小在0.2～1mm之間,部分膠磷礦以結(jié)核狀、透鏡狀形勢出現(xiàn)。膠磷礦在富礦石中的含量1%～10%。

根據(jù)各成分的含量變化，主要有以下幾種含礦巖石：炭質(zhì)頁巖、白云質(zhì)炭質(zhì)頁巖、炭泥質(zhì)白云巖、硅質(zhì)磷塊巖、炭質(zhì)磷塊巖以及夾在上述各類巖石中的磷質(zhì)結(jié)核。

3.3.2 礦石的化學(xué)成分

通過對礦區(qū)的礦石7個(gè)礦石樣品分析,礦石主要化學(xué)成分是SiO2占總質(zhì)量的33.3%～58.1%；其次是Al2O3含量5.7%～13.9%；P2O5含量5.4%～12.5%，CaO含量5.2%～10.5%，C含量4%～8%，F(xiàn)e含量3%～6.2%，S含量2%～5%，MgO含量1%～2.8%。礦石燒失量9.53%～17.61%，易燒失成分較高。

礦石的主要化學(xué)成分見表1。

表1 三岔鎳鉬礦礦石分析結(jié)果表

從表1中可以看出，礦區(qū)礦石化學(xué)成分較穩(wěn)定。在區(qū)域上礦石的化學(xué)成分也相對穩(wěn)定，表1中最后列出相鄰的天門山礦區(qū)選礦試驗(yàn)樣品化學(xué)分析結(jié)果加以對比，樣品為實(shí)采混合選礦大樣。

3.3.3 礦石類型

炭質(zhì)頁巖型鎳鉬礦石：黑色，含炭質(zhì)較高。富礦石可見很細(xì)的金黃色、灰色金屬礦物，手感重，含炭質(zhì)特高者；質(zhì)軟、易碎、層紋不發(fā)育、有時(shí)呈鱗片狀特征，金屬硫化礦物呈星散狀，可見少量磷結(jié)核。該類型富礦石厚度較大，一般在20cm以上。是礦區(qū)主要富礦石之一。

白云質(zhì)炭質(zhì)頁巖型鎳鉬礦石：黑色,層紋平直，含斷線狀黃鐵礦。富礦石可見鎳鉬礦條帶。個(gè)別白云質(zhì)高者為炭質(zhì)泥質(zhì)白云巖，塊狀、質(zhì)硬、層紋不發(fā)育，有少量磷結(jié)核，金屬硫化礦物呈星散狀。礦區(qū)富礦石以該類型居多。

含磷結(jié)核炭質(zhì)頁巖型鎳鉬礦石：黑色，較松散，含磷結(jié)核較多者；易碎、層紋隨結(jié)核呈波狀彎曲、金屬硫化礦物呈斑點(diǎn)狀或星散狀。該類礦石是礦區(qū)內(nèi)的主要礦石(圖1)。

炭質(zhì)硅質(zhì)磷塊巖型鎳鉬礦石：黑色，塊狀，較硬，是礦區(qū)內(nèi)次要礦石，多為貧礦石。

3.3.4 礦層頂、底板

礦層產(chǎn)于牛蹄塘組底部黑色含硅質(zhì)磷結(jié)核炭質(zhì)頁巖中。礦層頂板是黑色炭質(zhì)頁巖，厚度大于20m。直接底板震旦系上統(tǒng)燈影組淺灰色中至厚層狀白云巖，厚度大于20m。

圖1 含磷結(jié)核炭質(zhì)頁巖型鎳鉬礦石鎳鉬礦呈灰色、灰色條帶，圓狀斑點(diǎn)為磷結(jié)構(gòu)

4 鎳鉬礦伴生元素

在黑色含硅質(zhì)磷結(jié)核炭質(zhì)頁巖與鎳鉬礦共生的其他元素十分豐富。主要有：V、P、U、稀土、Se、鉑族元素(Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os)、S、As、Cd、Cu、Ag等。

4.1 釩(V)

Ni、Mo、V是區(qū)內(nèi)含礦巖層中主要金屬成礦元素，它們此消彼長互為共(伴)生組分關(guān)系，Ni、Mo共生較穩(wěn)定，因此在區(qū)域上有鎳鉬礦與釩礦的分帶特征。釩主要以分散狀態(tài)存在，主要分布于水云母與有機(jī)質(zhì)中，硫鉬礦含釩也較高。通過對區(qū)內(nèi)已經(jīng)圈定的Ni、Mo礦體中V2O5化學(xué)分析數(shù)據(jù)隨機(jī)抽取102個(gè)樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，鎳鉬礦層的V2O5平均品位0.33%，一般在0.2%～0.5%之間，最高可達(dá)1%以上，其含量變化系數(shù)83.44%，較穩(wěn)定。

4.2 磷(P)、鈾(U)和稀土

磷有兩種存在形式；一種為由膠磷礦組成的磷塊巖或硅質(zhì)磷塊巖，在鎳鉬礦礦層下部，厚度一般0.1～0.4m較穩(wěn)定,厚度小不夠單獨(dú)圈礦體，P2O5含量11.39%～34.08%,平均含量在25%左右。鎳鉬含量均很低，一般在萬分之幾。這一部分磷礦石,可以在礦山生產(chǎn)出窿礦石中經(jīng)人工手選單獨(dú)回收。磷的另一種存在形式是以分散的膠磷礦碎屑和結(jié)核體、透鏡體分布于礦層中，P2O5含量8%左右。

鈾和稀土主要以吸附狀態(tài)含在膠磷礦中，未發(fā)現(xiàn)獨(dú)立礦物存在。因此磷塊巖和富礦(金屬層)中鈾和稀土含量較高。經(jīng)采樣分析礦石樣2個(gè)：U含量0.014%、0.03%(邊界品位0.03%)，分析組合樣3個(gè)；U含量0.009%、0.037%、0.009%，有綜合回收的價(jià)值。對鄰區(qū)天門山43個(gè)鉆孔進(jìn)行過放射性測井工作，對不同的巖性進(jìn)行了大致放射性了解，其結(jié)果列于表2。

表2 天門山主要巖礦層放射性強(qiáng)度測量表

通過對天門山分布的磷礦石采樣測試，稀土總量0.045%(礦區(qū)Y2O3含量0.012%～0.022%), P2O526.44%,U 0.021%～0.025%。

4.3 稀散元素硒(Se)

區(qū)內(nèi)測試了5件樣品，其中3件礦層組合樣，2件礦石樣，Se含量為0.009%～0.037%(工業(yè)品位為0.08%)。表3顯示了硒和鎳含量呈正相關(guān)關(guān)系。

表3 三岔礦區(qū)礦石稀散元素Se與Ni、Mo含量對比表/%

表4 三岔礦區(qū)鎳鉬礦石鉑族元素含量化驗(yàn)結(jié)果表

4.4 鉑族元素

通過8件鎳鉬礦石及礦石組合分析樣品對鉑族元素Pt(鉑)、Pd(鈀)、Rh(銠)、Ir(銥)、Ru(釕)、Os(鋨)進(jìn)行測試結(jié)果于表4。從表4中可以看出，鉑族元素含量在富礦石(金屬層)中明顯偏高，特別是鉑和鈀，說明其與鎳鉬含量呈正相關(guān)關(guān)系。

4.5 金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)

在礦區(qū)對6件礦石樣品進(jìn)行了測試，含量均較低：Au：0.001×10-6；Ag：5～10×10-6(邊界品位50×10-6)；Cu：0.01%～0.05%。

4.6 其他元素硫(S)、砷(As)、(鎘Cd)

S：對 7件礦層組合樣進(jìn)行分析，含量0.39%～5.73%不等，平均3%左右。

As：對14件礦層組合樣進(jìn)行分析，含量0.02%～0.1%不等，一般在0.07%左右。

Cd：對14件礦層組合樣進(jìn)行分析，含量5～30×10-6不等，一般在15×10-6左右。

5 礦床形成的巖相古地理環(huán)境及找礦標(biāo)志

5.1 礦床形成的巖相古地理環(huán)境

礦床產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組下部，產(chǎn)出層位穩(wěn)定，含礦巖層中頁理、層紋等沉積構(gòu)造發(fā)育，礦層厚度穩(wěn)定、有用組分分布較均勻，屬于典型的沉積礦床。

關(guān)于鎳鉬釩礦的成礦沉積環(huán)境：寒武系下統(tǒng)黑色頁巖在我國南方普遍存在，并且指相礦物黃鐵礦隨處可見，說明從晚震旦世晚期到早寒武世早期，沉積環(huán)境是一個(gè)由淺海陸棚向較封閉的淺海隔絕盆地的轉(zhuǎn)化過程，有明顯的海進(jìn)特征。這一時(shí)期，也應(yīng)是北東向的保靖-張家界深大斷裂活動(dòng)較為強(qiáng)烈的時(shí)期。斷裂活動(dòng)控制了淺海盆地的性質(zhì)，同時(shí)伴隨深大斷裂的海底礦泉，加大了海洋與地球深處的聯(lián)系，為成礦物質(zhì)的運(yùn)輸和富集創(chuàng)造了條件。

關(guān)于鎳鉬礦的成礦條件：①遠(yuǎn)岸淺海隔絕盆地，陸源物質(zhì)干擾很小，沉積速度小，有利于成礦物質(zhì)的富集。②海底礦泉發(fā)育，有利于成礦物質(zhì)的運(yùn)移。③穩(wěn)定的低硅質(zhì)高磷質(zhì)的還原環(huán)境以及適宜的膠體地球化學(xué)作用，加強(qiáng)了成礦物質(zhì)的吸附富集和停留沉淀。

關(guān)于鎳鉬礦的物質(zhì)來源，有資料表明，湘西及湘西北地區(qū)牛蹄塘組底部黑色頁巖其鎳鉬含量均為高背景，有理由相信鎳鉬的直接來源是來自環(huán)境本身?？赡艿闹苯觼碓从校汉５椎V泉、噴流、火山等。

5.2 找礦標(biāo)志

初步研究與分析認(rèn)為：該礦床的控礦因素主要是寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組底部黑色含硅質(zhì)磷結(jié)核炭質(zhì)頁巖地層以及特定的巖石組合。當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境為遠(yuǎn)岸淺海隔絕(斷陷)盆地。綜合各項(xiàng)賦礦特征總結(jié)出如下幾點(diǎn)找礦標(biāo)志：

1)地層標(biāo)志：寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組地層發(fā)育完整，以及保存含礦地層的有利構(gòu)造。

2)巖性標(biāo)志：把握含礦巖系高碳低硅高磷的巖石特征，以及底部硅質(zhì)磷塊巖和富礦石中一般有磷結(jié)核的典型標(biāo)志。

3)金屬層(富礦石)特征明顯,金屬硫化物含量高、手感重，是找礦的直接標(biāo)志。

[1] 湖南省張家界市永定區(qū)三岔礦區(qū)鎳鉬礦普查報(bào)告[R].2001,4.