周丁根, 王 平, 周先軍, 王廣友

(江西有色地質(zhì)勘查一隊(duì),江西 鷹潭 33500)

1 成礦地質(zhì)背景

上村釩礦床位于萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂帶北側(cè)、懷玉山地體南緣,信江盆地東部,成礦帶隸屬于欽杭成礦帶[1](圖1)。區(qū)域地層出露較齊全,自南華系至白堊系除志留系和泥盆系地層缺失外均有出露,其中與釩礦有密切成因聯(lián)系的為寒武系底—下統(tǒng)荷塘組地層。區(qū)內(nèi)地層多以北東—南西走向展布,總體構(gòu)造輪廓為震旦系和古生界地層構(gòu)成的一復(fù)式向斜。該復(fù)式向斜兩側(cè)發(fā)育有一系列次級(jí)褶皺,由北向南分布有暖水—銀尖關(guān)次級(jí)向斜、銀尖山次級(jí)背斜、鄭家坊次級(jí)向斜、樟石橋次級(jí)背斜。上村釩多金屬礦即位于樟石橋次級(jí)背斜南翼。區(qū)域構(gòu)造以北東向、北北東向?yàn)橹?其次是北西向。區(qū)域巖漿活動(dòng)多為酸性巖漿侵入,呈大小不一的巖體產(chǎn)出；其次為零星的基性巖呈脈狀產(chǎn)出。時(shí)代以燕山期為主。

區(qū)域礦產(chǎn)豐富,其分布具有一定的規(guī)律性。與沉積作用有關(guān)的石煤、釩、金、重晶石、石灰?guī)r、磷、白云巖等礦產(chǎn)主要分布在煌固—姜村—童坊一帶,受地層層位控制。與花崗巖有關(guān)的螢石、鎢、錫、銅、鉛、鋅、鈮、鉭、稀土等礦產(chǎn),主要分布在礦區(qū)北部的懷玉山巖體及西部靈山巖體的內(nèi)外接觸帶中。不同的礦產(chǎn)均受各自不同的地質(zhì)構(gòu)造條件所控制。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)出露地層由老到新依次有震旦系陡山沱組(Z1d)、燈影組(Z2d)的白云巖、灰?guī)r等碳酸鹽巖。寒武系底—下統(tǒng)荷塘組(∈0-1h)的炭質(zhì)硅質(zhì)板巖夾石煤層,楊柳崗組(∈2y)、華嚴(yán)寺組(∈3hy)、西陽(yáng)山組(∈3x)的泥頁(yè)巖夾灰?guī)r。奧陶系印渚埠組(O1y)的雜色頁(yè)巖夾薄層粉砂巖。侏羅系水北組(J1s)的雜色頁(yè)巖、砂礫巖以及白堊系河口組(K2h)紅層(圖2),出露地層特征見(jiàn)表1。

其中含釩地層為寒武系底—下統(tǒng)荷塘組一套還原環(huán)境的陸表海盆相的含釩碳硅泥巖建造[1]。巖性為黑色薄層含碳硅質(zhì)巖、炭質(zhì)板巖、含碳硅質(zhì)板巖及底部石煤層,釩礦體主要分布在底部石煤層中(圖3)。石煤層有機(jī)質(zhì)含量偏高,碳泥質(zhì)的強(qiáng)烈吸附作用,造成釩、鉬、鎢、鈾等金屬元素相對(duì)富集。

礦區(qū)地處單斜構(gòu)造的一翼,區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷層為主,褶皺不發(fā)育。斷層規(guī)模大小不一,多為破礦構(gòu)造,切割地層和礦體。其中F1規(guī)模較大,其南段呈北東(20°～40°)走向,北段近南北走向,傾向南東,傾角34°左右,下盤(pán)為寒武系地層,上盤(pán)為奧陶系地層。F2、F3、F4規(guī)模不大,但都為破礦斷層,切割含釩石煤層。

礦區(qū)內(nèi)未見(jiàn)巖漿巖出露,僅個(gè)別鉆孔在深部見(jiàn)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖體和花崗斑巖脈侵入。

圖1 大地構(gòu)造位置略圖Fig.1 Sketch of geotectonic location

表1 上村礦區(qū)地層特征表Table 1 Stratigraphic characteristics of Shangcun mining area

地層劃分系統(tǒng)組(地層代號(hào))厚度/m主要巖性特征有用礦產(chǎn)第四系(Q)2～45河流沖積物、坡積殘積物。白堊系中統(tǒng)河口組(K2h)200～450磚紅色巨厚層狀砂礫巖。侏羅系下統(tǒng)水北組(J1s)300～1 000雜色頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾劣質(zhì)煤,粉砂巖、砂巖,局里含礫,砂巖顆粒由上而下由細(xì)變粗。劣煤奧陶系下統(tǒng)印渚埠組(O1y)200～750雜色頁(yè)巖夾薄層粉砂巖。寒武系上統(tǒng)中統(tǒng)底—下統(tǒng)西陽(yáng)山組(∈3x)20～105鈣質(zhì)頁(yè)巖夾灰?guī)r透鏡體。華嚴(yán)寺組(∈3hy)45～90條帶狀鈣質(zhì)頁(yè)巖、灰?guī)r。楊柳崗組(∈2y)30～130灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層頁(yè)巖。荷塘組(∈0-1h)90～470上部為硅質(zhì)巖夾薄層碳硅質(zhì)板巖,中部為炭質(zhì)板巖夾含碳硅質(zhì)板巖,下部為含碳硅質(zhì)板巖夾薄層炭質(zhì)板巖,底部為含釩石煤層。釩多金屬震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2d)120～510上部為淺灰—灰白色白云質(zhì)、泥質(zhì)、硅質(zhì)灰?guī)r,下部為深灰色白云巖夾薄層炭質(zhì)硅質(zhì)巖。下統(tǒng)陡山沱組(Z1d)200～1 200深灰色—灰白色灰?guī)r夾黑色頁(yè)巖、鈣質(zhì)粉砂巖。

2.2 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共圈定釩礦體6條,礦床規(guī)模達(dá)中型以上。礦體長(zhǎng)度140～4 100 m,厚度1.01～13.50 m,最大控制延深500 m,深部未見(jiàn)尖滅。以V1、V2礦體為主,V2分布于V1礦體上部,相距5 m左右,相互平行產(chǎn)出,其他礦體規(guī)模不大(詳見(jiàn)圖4),釩礦體總體呈層狀、似層狀平行產(chǎn)出[2],走向上被斷層錯(cuò)成數(shù)段,沿傾向延伸穩(wěn)定。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致,走向北東—南北向,傾向南東—東西向,傾角13°～53°,礦體主要賦存在寒武系底—下統(tǒng)荷塘組(∈0-1h)底部石煤層中,下伏地層為震旦系燈影組白云質(zhì)灰?guī)r。礦體與圍巖之間無(wú)明顯劃分界限,均為荷塘組石煤、含碳硅質(zhì)巖、含碳硅質(zhì)板巖及炭質(zhì)板巖等,具碳酸鹽化、黃鐵礦化及硅化,局部可見(jiàn)黃銅礦、銅藍(lán),區(qū)內(nèi)釩品位0.575%～1.167%,伴生元素有鎢、鉬、鋅等。

圖2 上村礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of Shangcun mining area1.第四系；2.白堊系河口組；3.侏羅系水北組；4.奧陶系印渚埠組；5.寒武系西陽(yáng)山組；6.寒武系華嚴(yán)寺組；7.寒武系楊柳崗組；8.寒武系底—下統(tǒng)荷塘組；9.震旦系燈影組；10.震旦系陡山沱組；11.斷層及編號(hào)；12.地質(zhì)界線；13.不整合接觸界線；14.釩礦體及編號(hào)；15.礦區(qū)范圍。

圖3 含釩碳硅泥巖建造Fig.3 Schematic diagram of vanadium-bearing carbon-silica mudstone formation

2.3 礦石特征

礦石自然類(lèi)型較簡(jiǎn)單,以原生礦石為主,依據(jù)礦石成分不同可分為含釩石煤礦石、含釩硅質(zhì)巖礦石、含釩碳(硅)質(zhì)板巖礦石三種類(lèi)型。含釩石煤礦石:呈灰黑—黑色,顯微鱗片結(jié)構(gòu),層理、板狀構(gòu)造。主要礦物成分為泥質(zhì)(80%～90%)。泥質(zhì)主要由水云母組成,炭質(zhì)呈微粒狀,含量6%～17%。石英粉砂呈他形粒狀,含量1%～5%,白云母碎片約1%左右。釩主要賦存云母類(lèi)礦物中。含釩硅質(zhì)巖礦石:呈灰白色,致密堅(jiān)硬,隱晶—微晶結(jié)構(gòu),碎裂構(gòu)造,層狀及石英條帶狀構(gòu)造。主要礦物成分為硅質(zhì)(石英)占90%～95%。少量的泥質(zhì)(水云母)、炭質(zhì)粉末、白云母碎片、褐鐵礦、次生方解石等,釩主要賦存于水云母中。含釩碳(硅)質(zhì)板巖礦石:呈灰黑色,膠狀結(jié)構(gòu)、變余鱗片結(jié)構(gòu),碎裂構(gòu)造、塊狀構(gòu)造,主要礦物為硅質(zhì),呈膠狀、隱晶及微晶結(jié)構(gòu),含量占70%左右,炭質(zhì)約10%,有少量泥質(zhì),次生方解石和石英常見(jiàn)。釩主要賦存在云母類(lèi)礦物中。上述三種礦石中釩主要賦存在云母類(lèi)礦物中,云母類(lèi)礦物釩占70%～85%,其次泥質(zhì)高嶺土占5%～20%。

礦石主要有用金屬元素為V2O5,礦石伴生金屬元素為Mo、WO3、Zn,有害組分有S、P。

據(jù)釩的物相分析顯示,釩元素主要賦存于與炭質(zhì)共生的含釩水云母、釩云母中,大多以類(lèi)質(zhì)同象形式存在于釩系云母的晶格當(dāng)中,少部分被粘土礦物、炭質(zhì)所吸附。其它有益組分賦存以硫化物形式,或呈吸附狀態(tài)存在于炭質(zhì)和泥質(zhì)物中。

3 成礦作用與成因模式探討

3.1 成礦作用

3.1.1同生沉積作用

礦體無(wú)一例外地賦存于寒武系底—下統(tǒng)荷塘組底部的含釩石煤層中,荷塘組含釩建造形成于早寒武世陸棚的強(qiáng)還原滯流及海盆緩慢沉降環(huán)境,盆地沉積物相對(duì)滯留聚集,水體穩(wěn)定、封閉性好,形成滯留缺氧的還原條件,適逢冰期后氣候變暖,藻類(lèi)、海綿生物及細(xì)菌等大量繁殖,這些有機(jī)生物死亡后與細(xì)碎屑物質(zhì)、泥質(zhì)、硅質(zhì)等一同堆積沉淀下來(lái),由于炭泥質(zhì)的強(qiáng)烈吸附作用,造成釩鉬等金屬元素相對(duì)富集。形成了區(qū)內(nèi)含釩、鉬等金屬元素的黑色炭質(zhì)泥頁(yè)巖層(石煤層)。

圖4 Ⅰ11—Ⅰ3線聯(lián)合剖面圖Fig.4 Combined profile of Line Ⅰ11-Line Ⅰ31.奧陶系印渚埠組；2.寒武系楊柳崗組；3.寒武系底—下統(tǒng)荷塘組；4.震旦系燈影組；5.地層分界線；6.斷層；7.釩工業(yè)礦體及編號(hào)；8.釩低品位礦；9.民采區(qū)；10.鉆線及編號(hào)；11.勘探線方位。

也就是說(shuō),成礦元素大部分為沉積作用時(shí)期聚集沉淀的,在沉積成巖過(guò)程中,成礦元素以有機(jī)碳質(zhì)、泥質(zhì)吸附狀態(tài),或以有機(jī)微生物結(jié)合形式,或進(jìn)入金屬硫化物晶格內(nèi)以類(lèi)質(zhì)同象形式,或溶解于建造封存水中等方式沉積下來(lái),并富集成礦。

3.1.2生物及生物化學(xué)作用

釩的富集與菌、藻類(lèi)生物作用有著直接的關(guān)系,在其生命活動(dòng)過(guò)程中,菌、藻類(lèi)不斷地從介質(zhì)中選擇性地吸收、吸附V、U、Au、Ag、Mo、W等元素,一方面在生物體內(nèi)聚集,另一方面,某些生物體還具有膠體特征,吸附各種成礦物質(zhì)使之遷移和富集[3](研究表明,釩元素在藻類(lèi)和細(xì)菌組成的海洋生物群中的富集系數(shù)達(dá)到1 000倍,遠(yuǎn)超海水中的富集濃度)。菌藻類(lèi)生物的代謝活動(dòng),可以使沉積環(huán)境的物理化學(xué)條件(Eh值、pH值)發(fā)生變化,從而影響古海水中成礦物質(zhì)的穩(wěn)定性,使其沉淀富集。生物死亡后,金屬元素伴隨遺體沉積于海底。生物遺體在下降沉積過(guò)程中部分發(fā)生分解,形成帶負(fù)電的有機(jī)質(zhì),由于有機(jī)質(zhì)的帶電性(負(fù)電荷)和吸附性,能夠選擇性地吸附海水中的V、U、Au、Ag、Mo、W等元素,并結(jié)合成較穩(wěn)定的含釩等金屬有機(jī)絡(luò)合物,在一定的條件下遷移并富集沉積下來(lái)。此外,在地史演化和成巖作用中,一方面因溫度、壓力和酸堿度的變化,含釩等金屬有機(jī)絡(luò)合物和化合物發(fā)生離解,放出金屬元素和形成金屬硫化物沉淀下來(lái),從而使釩及其伴生元素進(jìn)一步富集;另一方面,含釩的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)細(xì)菌降解、轉(zhuǎn)化、并與粘土礦物結(jié)合,成為主要含釩礦物即含釩水云母。

3.1.3海底熱水噴流沉積作用

上村釩礦通過(guò)巖礦鑒定,礦石礦物成分中的硅質(zhì)礦物以隱晶質(zhì)石英和玉髓為主,具噴流熱水沉積巖石組合特點(diǎn)。礦石除V2O5外,伴有Mo、W、Zn、Cu、P等,顯示出噴流熱水沉積礦床成礦物質(zhì)復(fù)雜和深源、多源的特點(diǎn)。礦石中發(fā)育大量石英、方解石脈也說(shuō)明了熱液活動(dòng)的存在。巖石化學(xué)及微量元素地球化學(xué)特征說(shuō)明,本區(qū)釩在沉積成礦時(shí)處于一個(gè)與內(nèi)生作用及其產(chǎn)物密切相關(guān)的非正常沉積環(huán)境——海底熱水(噴流)沉積成礦作用所代表的環(huán)境。

海底噴流熱液活動(dòng)帶來(lái)了大量的硅質(zhì),對(duì)已形成的含礦層進(jìn)行疊加改造,同時(shí),海底熱水噴流沉積作用帶來(lái)了大量成礦物質(zhì),即深部及構(gòu)造通道巖系中的V、Mo、W、Ni、Cu、Zn等成礦元素隨熱液一同帶出[4]。在強(qiáng)還原缺氧、大量有機(jī)質(zhì)和粘土質(zhì)堆積的海底,成礦元素發(fā)生沉淀富集。海底熱水噴流沉積作用既豐富了成礦元素種類(lèi),又使礦體進(jìn)一步富集。

3.2 成因模式

上村釩礦的成礦主要發(fā)生在早寒武世陸棚的強(qiáng)還原滯流及海盆緩慢沉降環(huán)境,在菌、藻類(lèi)等微生物遷移、富集作用下聚集沉淀,形成含釩的碳硅泥巖建造。沉積成巖過(guò)程中,海底熱液活動(dòng)既帶來(lái)了豐富的成礦物質(zhì),也使釩礦進(jìn)一步富集。釩礦層的成巖和成礦是同時(shí)進(jìn)行的,屬同生沉積成因,同時(shí)疊加了生物作用和海底噴流熱液作用,礦床成因類(lèi)型可歸為海相生物作用形成的并有噴流熱液參與的同生沉積礦床。區(qū)內(nèi)成礦物質(zhì)來(lái)源有陸源風(fēng)化剝蝕區(qū)、海盆內(nèi)源沉積(包括海底水下基底隆起與海水流體中的來(lái)源)、海底熱液沉積、生物遺體堆積及生物化學(xué)沉積等。通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)地層、巖性、巖相古地理及成礦作用的分析研究,建立了釩礦成因模式圖(見(jiàn)圖5)。

圖5 礦床成因模式圖Fig.5 Pattern diagram of genesis of the deposit1.含釩的碳硅泥巖層(石煤層)；2.微生物遺體和細(xì)碎屑堆積沉淀區(qū)及沉積方向；3.菌、藻類(lèi)等微生物活動(dòng)區(qū)；4.斷裂及熱液運(yùn)移通道；5.含礦熱液運(yùn)移及擴(kuò)散方向。

4 成礦規(guī)律與找礦遠(yuǎn)景分析

4.1 成礦規(guī)律

通過(guò)對(duì)礦床形成的巖相古地理、古氣候、古構(gòu)造條件分析,及對(duì)含礦地層、巖性、釩的富集規(guī)律及地球化學(xué)特征等方面的研究,發(fā)現(xiàn)上村石煤型釩礦床具有其獨(dú)特的成礦環(huán)境和特定的成礦規(guī)律,主要表現(xiàn)為以下幾方面:

(1) 空間上,石煤層與釩礦化主要分布于較深水、富硅質(zhì)、有機(jī)質(zhì)(石煤)的淺海陸棚、邊緣海斜坡及次深海盆地,呈與盆地延長(zhǎng)方向一致的帶狀分布。

(2) 含釩的石煤層都形成于相對(duì)滯留缺氧的還原環(huán)境,當(dāng)時(shí)氣候濕熱,水體穩(wěn)定,大量藻類(lèi)、菌類(lèi)迅速繁殖,并吸收、吸附海水中的釩等金屬元素,死亡后隨細(xì)碎屑物、泥質(zhì)、硅質(zhì)一同沉積,在缺氧環(huán)境中有機(jī)質(zhì)得到較好的保存,形成了最初的含礦建造。

(3) 具有非常明顯的時(shí)控性和層控性,即受寒武系特定層位和沉積相帶控制,層位十分穩(wěn)定,分布廣泛,釩礦體多呈層狀、似層狀產(chǎn)出,沿走向和傾向均有較大延伸,厚度較穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的該類(lèi)釩礦床主要集中于下寒武統(tǒng)底部的一套黑色炭質(zhì)泥頁(yè)巖夾硅質(zhì)巖含礦建造中[4-7]；在江西、貴州、湖南、湖北、廣西、陜西等省均有分布。

(4) 具有相似的巖性組合,巖石組合類(lèi)型以碳硅泥質(zhì)巖類(lèi)為主,硅泥質(zhì)巖類(lèi)次之。含礦巖石主要有炭質(zhì)泥頁(yè)巖型(石煤層)、碳硅質(zhì)巖與炭質(zhì)泥巖互層型、碳硅質(zhì)巖型。礦石主要為隱晶—微晶結(jié)構(gòu)；顯微平行—紋層狀、互層狀(條帶狀)構(gòu)造。有用組分分布均勻,礦體與圍巖的界線不明顯,主要依據(jù)樣品分析結(jié)果確定。

(5) 釩的賦存形式基本相同:主要有三種,最主要是富集在炭質(zhì)泥頁(yè)巖或硅質(zhì)巖的粘土礦物水云母中,形成釩云母等；其次是富集在有機(jī)質(zhì)中(主要為結(jié)構(gòu)膠質(zhì)體和腐泥基質(zhì)體),以膠體狀態(tài)存在；或以獨(dú)立的釩礦物形式存在(只出現(xiàn)于含釩建造與火成巖接觸的熱變質(zhì)帶內(nèi)或穿層熱液脈中),如鈦釩石榴石、鉻釩石榴石、砷硫釩銅礦、含釩鍺石、鈣釩石榴石、釩鐵礦、釩鈦礦等。

(6) 礦床為同生沉積,成巖和成礦同時(shí)進(jìn)行。在礦床形成過(guò)程中,生物及生物化學(xué)作用對(duì)成礦元素的遷移和富集起了十分重要的作用；同時(shí),海底熱水活動(dòng),對(duì)礦床的富集成礦也起到一定的作用。

4.2 找礦遠(yuǎn)景分析

(1) 從完工鉆孔見(jiàn)礦情況看,區(qū)內(nèi)主要礦體沿傾向均有較大延伸,V1礦體最大控制深度達(dá)500 m,V2礦體最大控制深度達(dá)400 m,礦體仍未尖滅,且礦石品位、礦體厚度沿傾向變化不大,含礦層分布面積大且穩(wěn)定,礦體深部仍具較大找礦潛力。隨著勘查工作的繼續(xù)進(jìn)行,本區(qū)釩礦資源量有望得到進(jìn)一步擴(kuò)大。

(2) 目前勘查程度為預(yù)查,多數(shù)勘探線僅施工一個(gè)鉆孔,沿傾向控制不深,多在200～400 m,估算的V2O5資源量達(dá)中型規(guī)模。通過(guò)對(duì)本區(qū)釩礦體地質(zhì)特征的分析,若沿傾向追加鉆孔,礦床規(guī)模將達(dá)大型以上。

(3) 釩礦體產(chǎn)在寒武系底—下統(tǒng)荷塘組底部的石煤層中,該含釩建造廣泛分布于贛東北地區(qū),含礦層層位穩(wěn)定、釩礦體沿走向和傾向均有穩(wěn)定延伸,厚度變化小,品位較均勻穩(wěn)定。礦區(qū)外圍大面積出露的荷塘組地層也具有巨大找礦遠(yuǎn)景。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,上村釩礦具有其獨(dú)特的成礦地質(zhì)條件和典型的礦床特征,釩礦體賦存于寒武系底—下統(tǒng)荷塘組底部的黑色碳硅泥巖建造中；含礦層位具有非常明顯的時(shí)控性和層控性。礦體多呈層狀、似層狀產(chǎn)出,沿走向和傾向均有較大延伸、厚度變化穩(wěn)定。礦石類(lèi)型有炭質(zhì)泥頁(yè)巖型(石煤層)、碳硅質(zhì)巖與炭質(zhì)泥巖互層型、碳硅質(zhì)巖型。礦床的形成受到同生沉積、生物及生物地球化學(xué)及海底熱水噴流沉積的共同作用,成因類(lèi)型屬海相生物作用形成的并有噴流熱液參與的同生沉積礦床。當(dāng)?shù)貙油瑫r(shí)具備:①形成時(shí)代為寒武系;②巖相古地理?xiàng)l件為缺氧的淺海陸棚、邊緣海相還原環(huán)境;③存在碳硅泥巖建造,往往可作為尋找該類(lèi)釩礦的首選區(qū)域。通過(guò)對(duì)礦床地質(zhì)特征及成礦規(guī)律研究,本礦區(qū)深部及外圍大面積出露的寒武系底—下統(tǒng)荷塘組地層都具有良好的找礦遠(yuǎn)景,找礦潛力巨大。