龍?zhí)页?尤靜靜,鄒院兵,陳松,宋威方,許歡

(1.湖北省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊,湖北 孝感 432000;2.資源與生態(tài)環(huán)境地質(zhì)湖北省重點實驗室(孝感),湖北 孝感 432000)

0 引言

釩是一種重要的戰(zhàn)略性金屬資源,在當今社會經(jīng)濟發(fā)展中需求量很大且應用廣泛,如鋼鐵、合金、化工以及航天等領域[1-3];釩還是許多工業(yè)國家重點關注和爭奪的資源,已被部分國家列為關鍵金屬[4-5]。

湖北省的釩礦類型較為單一,主要為沉積型,主要賦礦層位為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、莊子溝組“黑色巖系”[3,6-7]。煙棵沖釩礦位于鄂東北地區(qū)安陸市王義貞鎮(zhèn)境內(nèi),該礦于1970年在開展煤礦普查地質(zhì)工作時發(fā)現(xiàn),2010年鄂東北地質(zhì)大隊對其進行了為期2年的普查工作,找礦勘查中發(fā)現(xiàn)該礦賦存于區(qū)內(nèi)的下寒武統(tǒng)楊家堡組及莊子溝組下段中,與黑色巖系關系密切。但是,煙棵沖礦區(qū)整體工作程度還較低。本文基于前人開展釩礦找礦勘探工作的成果,并結合對該礦區(qū)的野外地質(zhì)調(diào)查工作,力圖總結煙棵沖釩礦床地質(zhì)特征及成因類型、找礦標志,以期為鄂東北地區(qū)乃至湖北省內(nèi)釩礦勘查尋找同類礦床提供借鑒。

1 成礦地質(zhì)背景

煙棵沖釩礦區(qū)大地構造位置屬于秦嶺—大別造山帶(I)秦嶺弧盆地(I1)武當—隨南逆沖帶(I1-1)隨南陸緣裂谷(I1-1-3)的南緣部位。區(qū)內(nèi)主要出露地層有震旦系、寒武系、奧陶-志留系及白堊系(圖1)。其中,下寒武統(tǒng)發(fā)育一套黑色巖系,該巖系由硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖、含磷結核硅質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖、泥質(zhì)粉砂質(zhì)板巖層組成,屬于盆地相陸棚碎屑巖亞相的產(chǎn)物;該層位具有很大的釩(鉬)礦資源找礦潛力[8]。

圖1 煙棵沖釩礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1 Regional geological sketch of Yankechong V deposit1.第四系;2.上白堊統(tǒng);3.下白堊統(tǒng);4.泥盆系;5.奧陶系-志留系;6.中上寒武統(tǒng);7.下寒武統(tǒng);8.上震旦統(tǒng)燈影組;9.上震旦統(tǒng)陡山沱組上段;10.上震旦統(tǒng)陡山沱組下段;11.元古界柳林組;12.變玄武玢巖;13.變正長斑巖;14.地質(zhì)界線;15.不整合界限;16.斷層;17.倒轉(zhuǎn)巖層產(chǎn)狀;18.巖層產(chǎn)狀;19.片理產(chǎn)狀;20.煙棵沖釩礦區(qū)

區(qū)域構造發(fā)育,以緊密的線型褶皺為主,其次為斷裂構造。褶皺構造主要有大狼山-陳家凹褶皺帶、白林寨倒轉(zhuǎn)向斜、三門河背斜、云林寺復式褶皺及回龍店背斜等,其中云林寺復式褶皺中的煙棵沖倒轉(zhuǎn)向斜為礦區(qū)的控礦構造。

區(qū)域上巖漿巖活動較為頻繁,種類及生成時代、環(huán)境各不相同,其中以火山巖為主,與釩、鉬成礦作用關系不明顯。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)出露地層主要有新元古界上震旦上統(tǒng)陡山沱組、燈影組,下寒武統(tǒng)楊家堡組、莊子溝組、雙尖山組,中上寒武統(tǒng)立秋灣組及第四系。受襄樊-廣濟斷裂北東邊緣的云林寺復式褶皺的影響,礦區(qū)地層褶皺變形強烈,總體構造線方向與襄樊-廣濟斷裂、云林寺復式褶皺帶構造線方向一致,表現(xiàn)為軸面走向NW-SE向的緊密線性褶皺,伴隨褶皺形成一系列斷面向NE、SW傾的走向斷層(正斷層)和小規(guī)模的NE-SW向的平推斷層。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育,未見有火山巖及明顯的脈巖。

2.1 含礦層特征

經(jīng)野外地質(zhì)調(diào)查和綜合研究認為,煙棵沖釩礦區(qū)具有兩個較明顯的含礦層,即寒武系楊家堡組(Ⅰ號)和莊子溝組(Ⅱ號)。根據(jù)含礦層在地表的分布,以煙棵沖向斜及葉家灣背斜的軸線為界將本區(qū)劃分為3個礦段,即白果樹灣礦段、林場礦段和楊家灣礦段,地表在平面上呈不規(guī)則反“Z”字形排列(圖2)。3個礦段的地質(zhì)特征基本一致,含礦地層呈帶狀分布,礦化體長度大于2200 m,礦化強度較好,含礦層的厚度由于受古地理及褶皺構造的影響沿走向及傾向均有較大的變化。

圖2 煙棵沖礦區(qū)含礦層分布平面圖Fig.2 Distribution plan of ore-hosting horizon of Yankechong property1.含釩鉬礦層;2.含釩礦層;3.斷層;4.礦段界線

Ⅰ號含礦層。位于下寒武統(tǒng)楊家堡組(∈1y)的中上部,為釩鉬礦層。該段地層巖性自老→新為灰黑色厚層狀硅質(zhì)巖(10～25 m)→碎裂狀深灰色硅質(zhì)(板)巖(3～5 m)→灰黑色中層狀硅質(zhì)巖(5～12 m)。釩鉬礦化主要賦存于碎裂狀深灰色硅質(zhì)(板)巖中,該巖層裂隙較為發(fā)育,具一定程度的碳酸鹽化,局部見黃鐵礦化。經(jīng)鉆孔采樣測試表明,w(V2O5)平均=0.34%,最高可達0.96%;w(Mo)平均=0.025%,最高達0.096%;且?guī)r石光譜樣顯示該層銅、鋅、鎳普遍含量較高。綜合地質(zhì)信息研判認為,該巖層含礦性較好,釩、鉬的含量呈正相關關系,局部的釩、鉬已達到一般工業(yè)指標要求。

Ⅱ號含礦層。賦存于下寒武統(tǒng)莊子溝組的下段中-上部(∈1zh1),以釩礦層為主。該段地層巖性從老→新總體為(含碳)硅質(zhì)板巖(3～7 m)→含磷結核硅質(zhì)板巖(1～3 m)→硅質(zhì)板巖與泥質(zhì)板巖互層(1～4 m)。在煙棵沖向斜的南西翼,以上部含礦亞層(Ⅱ2)為主體,下礦亞層(Ⅱ1)次之;在煙棵沖向斜的北東翼,則以下釩礦層(Ⅱ1)為主。

表1為本次工作野外采集巖(礦)石樣品含礦性測試數(shù)據(jù)。結果表明,(含碳)硅質(zhì)板巖、含磷結核硅質(zhì)板巖中地表與鉆孔w(V2O5)和w(Ag)變化不大,而w(Mo)向深部礦化明顯增強;(含碳)硅質(zhì)板巖樣品中,w(V2O5)平均=0.219%,最高達1.409%;含磷結核硅質(zhì)板巖樣品w(V2O5)平均=0.443%,最高2.549%,其33%樣品可達工業(yè)品位要求;硅質(zhì)板巖夾泥質(zhì)板巖(含泥質(zhì)硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)泥質(zhì)板巖)樣品w(V2O5)平均=0.298%,最高可達1.674%?？偟膩碚f,整個含礦層均具不同程度的釩礦化,其中含磷結核硅質(zhì)板巖含礦性較好,次為硅質(zhì)板巖夾泥質(zhì)板巖層。

表1 煙棵沖釩礦床各類巖(礦)石的含礦性測試數(shù)據(jù)Table 1 Test results of all kinds of rock (ore) in Yankechong V deposit

2.2 礦體特征

煙棵沖釩礦床目前按礦體空間分布特征,礦區(qū)內(nèi)共圈出13個礦體,其中楊家堡組含礦層中圈出3個釩鉬礦體,即Ⅴ、Ⅵ、Ⅺ號礦體,均為隱伏釩鉬礦體;在莊子溝組含礦層中圈定10個釩礦體,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅻ、ⅩⅢ號礦體。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出,少量呈透鏡狀,其產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致,在地層中沿走向V2O5礦化較連續(xù),含礦層位穩(wěn)定。其中規(guī)模較大的礦體為Ⅶ號礦體,次為Ⅷ、Ⅰ、Ⅺ。表2為煙棵沖釩礦床主要礦體特征數(shù)據(jù)。下面以Ⅶ號礦體為例,對礦體特征進行論述。

表2 煙棵沖釩礦床主要礦體特征數(shù)據(jù)Table 2 Characteristic data of main ore bodies in Yankechong V deposit

Ⅶ號釩礦體位于白果樹灣礦段的北段,分布在煙棵沖倒轉(zhuǎn)向斜南西翼,產(chǎn)于莊子溝組下段的上部,與Ⅷ號礦體平行分布。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出,產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致,總體走向310°,傾向NE,傾角65°～80°,上部礦體傾角較陡,向下變緩,平均傾角70°左右。賦礦巖石為含磷結核硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)板巖及泥質(zhì)板巖,泥質(zhì)板巖呈薄的互層狀與硅質(zhì)板巖一同產(chǎn)出,礦體與圍巖呈過渡關系。

經(jīng)6個深部鉆探工程和9個地表槽探工程揭露顯示:目前已控制礦體地表長度大于2100 m,地表出露最大標高為357.8 m,最低標高為208.73 m;鉆孔控制最深標高為-51.38 m,控制的最大寬度為1550 m,最大斜深為289 m,礦體平均厚度3.98 m,其厚度變化系數(shù)為80.17%,屬厚度較穩(wěn)定型礦體。礦體品位w(V2O5)平均=0.798%,其品位變化系數(shù)為29.06%,屬較均勻型礦體;伴生w(Mo)平均=0.014%。

總的來說,Ⅶ礦體沿走向上北西段礦體較厚,南東段較薄;礦體在剖面上呈透鏡狀(圖3),釩鉬礦化往深部具有明顯延伸趨勢。

2.3 礦石類型和組構特征

基于賦礦原巖性質(zhì)及含礦層分析,可將該礦床礦石類型劃分為:硅質(zhì)(板)巖型釩鉬礦石、(含碳)硅質(zhì)板巖型釩礦石、含磷結核硅質(zhì)板巖型釩礦石、泥質(zhì)板巖型釩礦石。硅質(zhì)板巖型釩鉬礦石中物質(zhì)組分主要有硅質(zhì)(>85%)、泥質(zhì)(10%)、碳質(zhì)(<3%);(含碳)硅質(zhì)板巖型釩礦石中物質(zhì)組分主要有硅質(zhì)(75%)、泥質(zhì)(15%)、碳質(zhì)(3%～10%)及少量粉砂質(zhì)等;含磷結核硅質(zhì)板巖型釩礦石中基質(zhì)成分以硅質(zhì)為主,含有泥質(zhì)、粉砂質(zhì)及少量碳質(zhì);泥質(zhì)板巖型釩礦石中物質(zhì)組分主要為泥質(zhì)(>75%)、粉砂質(zhì)(10%)、碳質(zhì)(3%～5%)及硅質(zhì)?？傮w而言,礦石V2O5品位最好的為含磷結核硅質(zhì)板巖型,泥質(zhì)板巖型釩礦石次之。

礦石結構主要為隱晶-微晶結構、變余砂泥質(zhì)結構、膠狀結構,次為碎裂結構。礦石構造以板狀構造、條帶狀構造、變余層狀構造為主,局部為角礫狀構造。

2.4 礦石成分特征

(1)礦石的礦物成分

礦石主要礦物有含釩水云母、釩鉬鉛礦、釩磁鐵礦、輝鉬礦等,經(jīng)野外觀察及巖礦鑒定結果表明,含釩水云母為主要的含釩礦物,釩磁鐵礦次之。含釩水云母呈鱗片狀,粒度小于0.1 mm,占含釩礦物總量60%～80%,其含量依不同礦石類型而定。

脈石礦物有硅質(zhì)隱晶質(zhì)-微晶石英、水云母、絹云母、綠泥石、粉砂質(zhì)礦物等,局部地方含少量玉髓、蛋白石及碳酸鹽礦物。

(2)礦石的化學成分

表3為礦石化學成分測試數(shù)據(jù)。礦石中的硅質(zhì)成分較高,w(SiO2)=75.73%～94.26%,平均為82.94%;礦石w(V2O5)=0.849%～1.242%,含量最高的為含磷結核硅質(zhì)板巖型釩礦石。區(qū)內(nèi)各類型礦石中總體具有較低的w(CaO)、w(MgO)、w(Al2O3)、w(MnO)及鐵氧化物,V2O5、Mo總體與地殼中各元素的豐度(克拉克值)相比含量較高,而有害物質(zhì)SO3、P2O5也偏高,反映了V、Mo為本區(qū)高背景元素,P、S有害雜質(zhì)含量偏高。

表3 礦石化學成分測試數(shù)據(jù)Table 3 Chemical analysis of ore

2.5 圍巖及夾石特征

本區(qū)礦體的直接頂、底板圍巖與礦體一樣,同屬于寒武系楊家堡組和莊子溝組的硅質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖、含磷結核硅質(zhì)板巖及硅質(zhì)巖,兩者成漸變過渡關系,其邊界僅依據(jù)通過野外取樣、化驗分析等工作詳細而定。

夾石的存在通常是由于成巖過程中沉積環(huán)境或釩物質(zhì)來源的變化而使釩的含量或分布存在差異[9]而形成。在本礦區(qū)中,夾石通常不均勻分布在較為厚大的礦體內(nèi),夾石的礦物成分和化學成分與礦體相一致,也具一定程度的釩礦化現(xiàn)象,但沒有達到邊界品位,剔除厚度為1.02～4.64 m。

3 礦床成因及找礦標志

3.1 礦床成因

根據(jù)以往區(qū)內(nèi)地質(zhì)工作可知,湖北省安陸境內(nèi)釩的賦存層位為下寒武統(tǒng)莊子溝組、楊家堡組,均與黑色巖系、特別是有機質(zhì)巖石有不可分割的關系[10];

與黑色巖系有關的釩礦普遍認為是在海相缺氧、還原的沉積環(huán)境中形成的[11-13],發(fā)育于廣海陸棚、被動大陸邊緣斜坡的沉積盆地中[14-16];此外有學者統(tǒng)計認為,已發(fā)現(xiàn)的黑色巖系沉積環(huán)境共同特點就是生物、微生物的大量死亡和堆積[17],物源與熱水沉積、陸源碎屑、生物沉積密切相關。

區(qū)內(nèi)釩礦的成礦期,正是早寒武世“成磷期”,豐富的磷質(zhì)表明當時氣候溫暖,水體營養(yǎng)度高,有大量低等生物出現(xiàn),所以本區(qū)釩及釩鉬礦的成礦環(huán)境可能為低能、缺氧還原的淺水臺地邊緣沉積環(huán)境。

震旦紀至寒武紀時期,研究區(qū)地理位置屬于揚子地塊北緣的被動大陸邊緣,揚子陸塊與華北陸塊處于強烈的拉伸階段[18],逐漸形成北高南低的地理格局,在揚子淺海盆地與華北陸塊接觸地帶,頻繁的海底火山運動所派生的熱水沉積為硅質(zhì)巖的沉積提供了充足的礦物質(zhì),對釩的形成提供了物質(zhì)基礎,礦區(qū)含礦層中(含碳)硅質(zhì)-含磷結核硅質(zhì)-硅、泥質(zhì)巖性組合局部夾有沉積成因的薄層或透鏡體狀重晶石,也顯示其具熱水噴流沉積成因特征。此外在鄰區(qū)該層位已現(xiàn)大型柳林重晶石礦床、大型白兆山釩礦床、老虎溝大型重稀土礦床等,顯示出噴流熱水沉積礦床的成礦物質(zhì)復雜、深源、多源的特點。需要指出的是,雖然本區(qū)黑色巖系釩礦床物質(zhì)來源具有多樣性,但是釩礦層在空間上往往與含碳層共存、與含磷結核層共生,指示釩礦床的形成和生物沉積密切相關。

綜上所述,從本區(qū)沉積環(huán)境、礦物來源、共生組合等特征分析,認為煙棵沖釩礦區(qū)成因類型應屬于海相熱水(噴氣)和生物化學沉積相互作用沉積型層控礦床。

3.2 找礦標志

通過野外的找礦勘查和綜合研究工作,認為該類釩礦床的找礦標志主要有以下四個方面:

(1)釩(鉬)礦體嚴格受控于下寒武統(tǒng)楊家堡組與莊子溝組,早寒武系黑色巖系分布地段是重要的宏觀找礦標志。

(2)碎裂狀硅質(zhì)(板)巖、磷結核硅質(zhì)板巖及硅質(zhì)板巖夾泥質(zhì)板巖分布較多的地段往往是含礦性較好的地段,是尋找釩礦的直接找礦標志。

(3)釩礦的富集與泥質(zhì)、含磷結核、碳質(zhì)的含量關系密切,一般來說含磷結核、泥、碳質(zhì)增多,釩含量也相應增高。因此,泥、碳質(zhì)含量高的地段也是尋找釩礦床的生物學找礦標志。

(4)V、Mo、Ag、Pb等多金屬元素的化探異常與鉛族、雄黃礦物重砂異常相吻合的地區(qū),是該類型釩(鉬)礦床的找礦有利地段。

4 結語

(1)釩鉬礦(化)體賦存于下寒武統(tǒng)楊家堡組黑色硅質(zhì)巖中,釩礦(化)體主要賦存于下寒武統(tǒng)莊子溝組黑色巖系中,表現(xiàn)為礦床與黑色巖系的空間相關性。

(2)礦區(qū)釩(鉬)礦呈層狀、似層狀和透鏡狀產(chǎn)出,產(chǎn)狀與圍巖一致,受層位控制明顯,主要礦體在走向上V2O5礦化較連續(xù),含礦層位穩(wěn)定。

(3)通過巖石的含礦性測試分析認為,在楊家堡組中其碎裂狀硅質(zhì)(板)巖含礦性較好,在莊子溝組下段磷結核硅質(zhì)板巖為重要的含釩巖類,次為硅質(zhì)板巖夾泥質(zhì)板巖。

(4)釩(鉬)礦主要分布于揚子地塊北緣的被動大陸邊緣斜坡區(qū),為低能、缺氧還原的淺水臺地邊緣環(huán)境,成因為海相熱水(噴氣)和生物化學的沉積相互作用的沉積型層控礦床。

致謝：本文野外工作期間安陸市煙棵沖詳查項目組成員給予了很多的支持,湖北省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊領導、首席專家劉興平、區(qū)劃負責人周新琪、中國地質(zhì)大學(武漢)專家教授給予了野外地質(zhì)調(diào)查過程中對釩礦找礦勘查工作的耐心指導和幫助,在此一并表示衷心的感謝!