陜西省商南縣煙城溝釩礦床地質(zhì)與地球化學(xué)特征

李賽賽，魏剛鋒，李小兵，伍學(xué)恒

（長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710054）

0 引言

在秦嶺造山帶的黑色巖系中，有釩、金－釩、鎳－鉬、石煤、重晶石等金屬、非金屬礦產(chǎn)出，找礦潛力巨大，備受地勘單位和科研單位的關(guān)注。近幾年來，在南秦嶺下寒武統(tǒng)黑色巖系中，先后發(fā)現(xiàn)了山陽中村—銀花超大型釩礦床、夏家店中型釩－金礦床、商南千家坪大型釩礦床、商南汪家店中型釩礦床和紫陽超大型毒重石－重晶石礦床等多種類型的大規(guī)模礦床［1］。陜西省商南縣煙城溝釩礦也是近年來發(fā)現(xiàn)的一處釩礦床。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

陜西省商南縣煙城溝釩礦位于南秦嶺東段冷水河—白浪倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜的北翼。早寒武世時(shí)期，南秦嶺作為揚(yáng)子陸塊北部被動(dòng)大陸邊緣，由于拉張作用形成了島、盆相間的構(gòu)造格局，如武當(dāng)、陡嶺、小磨嶺、平利、佛坪等前寒武紀(jì)地塊隆起成為孤島，其間為廣闊的古揚(yáng)子海，海侵規(guī)模最大，炎熱干旱的氣候條件和富CO2的大氣，以及海平面的波動(dòng)、上升洋流的強(qiáng)烈活動(dòng)、海底熱液的活動(dòng)、生物的高繁殖率等諸因素的耦合，導(dǎo)致了缺氧事件，控制了黑色巖系的發(fā)育和分布，形成有機(jī)質(zhì)、釩、磷、鎳、鈷、銅、鈾、金等多元素的聚集［2－3］。古生代以來，揚(yáng)子與華北兩大陸在板塊構(gòu)造活動(dòng)機(jī)制下，南北相對(duì)持續(xù)俯沖－碰撞對(duì)接，在華北大陸強(qiáng)有力的砥柱下，產(chǎn)生了對(duì)揚(yáng)子大陸北緣的擠壓動(dòng)力，使揚(yáng)子大陸前緣產(chǎn)生隆升帶。加里東末期表現(xiàn)強(qiáng)烈，形成了南秦嶺東段耀嶺河背斜及冷水河—白浪倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜，同時(shí)形成鳳鎮(zhèn)斷裂、鎮(zhèn)板斷裂，并發(fā)生了酸性巖漿活動(dòng)［4－6］。在中生代，整個(gè)秦嶺進(jìn)入陸內(nèi)造山，區(qū)域上形成了以鎮(zhèn)板斷裂為主的一系列逆沖推覆構(gòu)造［7］（圖1）。

南秦嶺下寒武統(tǒng)黑色巖系可分為南北2個(gè)帶，北帶位于寧陜—柞水—山陽—商南一線，小磨嶺—陡嶺古隆起周圍，發(fā)育寒武系水溝口組黑色巖系，以產(chǎn)出中－大型的釩礦床為特點(diǎn)，商南縣煙城溝釩礦產(chǎn)于該帶中；南帶位于安康—平利—紫陽一帶，分布寒武系魯家坪組黑色巖系，以產(chǎn)出大型毒重石－重晶石礦床及石煤為特點(diǎn)。

2 礦區(qū)地質(zhì)

圖1 南秦嶺東段大地構(gòu)造背景［2］Fig．1 Geotetonic background for east part of the south Qinling area

礦區(qū)位于冷水河—白浪倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜北翼。區(qū)內(nèi)出露的地層有下元古界陡嶺巖群樓房溝角閃片巖巖組、上震旦統(tǒng)陡山沱組、上震旦統(tǒng)燈影組、下寒武統(tǒng)水溝口組、中寒武統(tǒng)岳家坪組、上寒武—中奧陶統(tǒng)石翁子組（圖2）。

2．1 賦礦地層

下寒武統(tǒng)水溝口組為區(qū)內(nèi)釩礦的賦礦層位，平行不整合于上震旦統(tǒng)燈影組之上，總體展布于礦區(qū)中部，走向近EW向。中部較薄，厚度8～20m；東、西兩側(cè)逐漸變厚，厚度＞50m。根據(jù)巖性組合，可分為2個(gè)巖段。

2．2 構(gòu)造

圖2 煙城溝釩礦地質(zhì)略圖Fig．2 Geological sketch of Yanchenggou vanadium deposit

2．2．1 褶皺構(gòu)造

礦區(qū)位于冷水河—白浪倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜的北翼，總體表現(xiàn)為一向S傾斜的單斜構(gòu)造，西部局部地層倒轉(zhuǎn)。礦區(qū)褶皺構(gòu)造以次級(jí)褶皺和由層間滑動(dòng)而形成的層間褶皺為主要特征。

（1）冷水河向斜：橫跨商南縣境，為一規(guī)模較大的長軸向斜（長逾50km）。軸向近EW，軸面N傾。兩翼基本對(duì)稱，南翼略陡（55°），北翼略緩（50°）。該向斜為區(qū)內(nèi)大型控礦構(gòu)造，釩礦帶賦存于該構(gòu)造南北兩翼寒武系下統(tǒng)水溝口組第一巖性段，分別稱北礦帶和南礦帶。向斜北翼為向S傾的復(fù)式單斜構(gòu)造（局部倒轉(zhuǎn)），是直接控制煙城溝釩礦產(chǎn)出的次級(jí)構(gòu)造。

（2）次級(jí)褶皺：只在局部出露，如礦區(qū)西部岳家坪組白云巖夾泥巖發(fā)生了褶曲，形成次級(jí)背斜、向斜，局部地層發(fā)生了倒轉(zhuǎn)。次級(jí)小褶皺為水平擠壓形成的縱彎褶皺，在水溝口組地層中，既有泥巖透鏡體，又有泥巖夾薄層硅質(zhì)巖構(gòu)造透鏡體。

（3）層間褶皺：主要發(fā)育于水溝口組與燈影組平行不整合面附近的水溝口組硅質(zhì)巖夾碳硅質(zhì)泥巖中。由不整合面及結(jié)晶灰?guī)r與泥巖之間的層間滑動(dòng)形成。震旦系燈影組頂部的厚層白云巖與水溝口組上部的厚層灰?guī)r（泥灰?guī)r）能干性較強(qiáng)，二者之間所夾的碳硅質(zhì)泥巖及硅質(zhì)巖能干性較弱。在冷水河—白浪鎮(zhèn)向斜形成時(shí)，由于不整合面的重新活動(dòng)，致使能干層之間的軟弱層發(fā)生了褶皺。由于褶皺規(guī)模較小，對(duì)含礦地層厚度變化影響不大。

2．2．2 斷裂

斷裂構(gòu)造主要位于礦帶北部的前寒武系中，對(duì)釩礦體影響不大。F1斷裂總體呈EW向，橫貫礦區(qū)北部，斷裂面總體向S傾，傾角60°～70°；斷裂切割上震旦統(tǒng)，造成地層的重復(fù)與缺失；斷裂上盤為上震旦統(tǒng)燈影組，下盤為上震旦統(tǒng)陡山沱組和陡嶺巖群。F2斷裂呈NW走向，傾向SW，傾角70°，為左行平移斷層，將F1斷裂錯(cuò)斷，斷距約200m。

3 礦床地質(zhì)特征

3．1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共圈定釩礦體1條，賦存于下寒武統(tǒng)水溝口組第一段b巖性層內(nèi)，含礦巖性主要由深灰色－灰黑色薄層硅質(zhì)巖夾黑色硅質(zhì)泥巖組成。礦體由探槽、平硐和鉆孔等工程控制。工程控制長度8．17km，礦體在平面上呈EW向蛇曲形條帶狀展布。礦體地表出露標(biāo)高為464．0～1 054．0m，鉆孔控制礦體見礦最低點(diǎn)標(biāo)高為－2．60 m，傾向上延深230．0～560．0m。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，傾向一般在133°～190°；在礦體的西段局部由于地層倒轉(zhuǎn)，傾向?yàn)?°～15°，傾角33°～78°，呈層狀產(chǎn)出。礦體厚度1．30～24．08m，平均11．51m，厚度變化系數(shù)48%，屬厚度變化較穩(wěn)定型；礦石的品位w（V2O5）＝0．79%～1．51%，平均1．02%，品位變化系數(shù)18%，屬品位分布均勻型；礦體連續(xù)性好，無分支復(fù)合現(xiàn)象，僅少數(shù)地段有薄層夾石，未發(fā)現(xiàn)礦體被斷裂破壞的跡象。

3．2 礦石特征

礦石礦物成分以硅質(zhì)礦物、黏土礦物為主，次為方解石、白云石等，金屬礦物較少。硅質(zhì)礦物以小于0．01mm的隱晶質(zhì)石英和玉髓為主（約占硅質(zhì)總量的80%），次為0．01～0．02mm的微晶質(zhì)（約占硅質(zhì)總量的20%）。黏土礦物主要為高嶺石和水云母。地表巖石中常見膠狀褐鐵礦污染。金屬礦物主要有褐鐵礦，次為黃鐵礦、釩鐵礦、鐵釩銳鈦礦及少量釩云母等。

礦石結(jié)構(gòu)主要為隱晶－微晶結(jié)構(gòu)、變余細(xì)粉砂結(jié)構(gòu)，次為粒狀、膠狀、假晶結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造有顯微平行－紋層狀、互層狀（條帶狀）、結(jié)核狀、板狀構(gòu)造等。

3．3 礦石類型

礦區(qū)內(nèi)礦體主要由薄層狀硅質(zhì)巖與硅質(zhì)泥巖夾互層組成。事實(shí)上，在賦礦地層內(nèi)的工業(yè)礦體中，有硅質(zhì)巖集中部位，亦有硅質(zhì)泥巖集中分布地段，且沿走向既無確切界線，又存在逐漸發(fā)生變化的關(guān)系，但其中各自不同程度存在著硅質(zhì)泥巖、硅質(zhì)巖夾層。因此，該釩礦床的礦石類型應(yīng)劃分為硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)泥巖型。

3．4 釩的賦存狀態(tài)

根據(jù)陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究所對(duì)該區(qū)釩礦提釩試驗(yàn)研究結(jié)果，釩主要以類質(zhì)同象形式置換6次配位的Al3＋而存在于硅鋁酸鹽礦物中，其次以吸附狀態(tài)存在于碳硅泥巖建造的巖石中。

另外，根據(jù)電子探針、衍射及物相分析等手段對(duì)釩的賦存狀態(tài)研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)釩礦石中存在有少量釩的獨(dú)立礦物，如釩鐵礦（w（V2O5）＝9．75%～10．16%）、釩鈦礦（w（V2O5）＝24．26%）。

4 礦床地球化學(xué)特征

4．1 巖石化學(xué)特征

從表1可見，硅質(zhì)巖以高SiO2為特征，含碳硅質(zhì)泥巖以SiO2為主，次為Al2O3，BaO。礦石中BaO含量較高，通過光薄片鑒定及物相分析發(fā)現(xiàn)礦石中 存在重晶石，重晶石是熱水沉積的典型產(chǎn)物，說明該礦床與熱水沉積作用有關(guān)［8－10］。

n（SiO2）／n（Al2O3）值是區(qū)分巖石物源的重要標(biāo)志，Taylor，et al提 出 的 陸 殼 值 中n（SiO2）／n（Al2O3）＝3．6［11］，與此比值接近的巖石其物源應(yīng)以陸源為主，超過此值的則多是由于生物或熱水作用的補(bǔ)充。本礦區(qū)采集的2件硅質(zhì)巖類樣品n（SiO2）／n（Al2O3）值分別為89．14和34．24，平均61．69；3 件 含 碳 硅 質(zhì) 泥 巖 類 樣 品n（SiO2）／n（Al2O3）＝7．49～32．71，平均19．38。兩類巖石n（SiO2）／n（Al2O3）值均＞3．6，間接表明其物源有大量海水中的熱水沉積產(chǎn)物補(bǔ)充。

由于陸源物質(zhì)富鋁，而大洋熱水沉積物富鐵、錳，因此三者的含量關(guān)系可以用于示蹤沉積巖的物源。Jewell et al提出沉積巖中n（Al）／n（Al＋Fe＋Mn）值＞0．5時(shí)，其物源應(yīng)為陸源，而此比值＜0．35時(shí)為熱水的注入［12］。礦區(qū)所采集2件硅質(zhì)巖類樣品n（Al）／n（Al＋Fe＋Mn）值分別為0．5和0．56，平均0．53；3件含碳硅質(zhì)泥巖類樣品的n（Al）／n（Al＋Fe＋Mn）＝0．65～0．76，平均0．72。兩類巖石n（Al）／n（Al＋Fe＋Mn）值均＞0．5，其物源應(yīng)為陸源和海底熱水沉積物兩者混合組成。

Rangin et al及 Aitchison et al提出巖石中n（Si）／n（Si＋Al＋Fe）值可以提供其物質(zhì)來源的信息，即此值為0．9～1時(shí)反映物源主要為生物硅，此值＜0．9時(shí)則反映其更接近碎屑物源區(qū)［13－14］。礦區(qū)2件硅質(zhì)巖類樣品n（Si）／n（Si＋Al＋Fe）值分別為0．98和0．94，平均0．96；3件含碳硅質(zhì)泥巖類樣品n（Si）／n（Si＋Al＋Fe）值0．83～0．95，平均0．9。反映出本區(qū)沉積物源來自海底熱水及近陸源剝蝕區(qū)混合。

Murray用n（Al2O3）／n（Al2O3＋Fe2O3）值來確定沉積巖的沉積大地構(gòu)造環(huán)境，n（Al2O3）／n（Al2O3＋Fe2O3）為0．6～0．9時(shí)屬大陸邊緣環(huán)境，該值為0．4～0．7時(shí)屬遠(yuǎn)洋深海環(huán)境，為0．1～0．4時(shí)屬洋脊 海 嶺 環(huán) 境［15－16］。 礦 區(qū) 2 件 硅 質(zhì) 巖 類 樣 品n（Al2O3）／n（Al2O3＋Fe2O3）值分別為0．45和0．62，平均0．54；3件含碳硅質(zhì)泥巖類樣品n（Al2O3）／n（Al2O3＋Fe2O3）＝0．7～0．91，平均0．81。介于大陸邊緣地質(zhì)背景（0．6～0．9）和深海沉積環(huán)境（0．4～0．7）過渡地帶的環(huán)境，恰為黑色巖系發(fā)育的地質(zhì)背景環(huán)境。

離陸較近的大陸坡和邊緣海沉積的硅巖，n（MnO）／n（TiO2）比值偏低，一般＜0．5，大洋中的硅質(zhì)沉積物的n（MnO）／n（TiO2）＝0．5～3．5。礦區(qū)2件硅質(zhì)巖樣品n（MnO）／n（TiO2）值分別為0．20和0．80，平均0．50，反映該區(qū)黑色巖系主要形成于大陸邊緣與深海環(huán)境過渡帶上。

4．2 稀土元素特征

2件硅質(zhì)巖樣品的REE總量最低，分別為41．918×10－6和59．773×10－6；3件含碳硅質(zhì)泥巖類樣品REE總量高于硅質(zhì)巖，介于200×10－6～300×10－6之間。兩類巖石的LREE／HREE主要在1．57～3．07范圍內(nèi)，LaN／YbN＝5．01～8．57，兩類巖石均表現(xiàn)為強(qiáng)烈的LREE富集型。圖3為煙城溝釩礦樣品的REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式［17］，所有樣品的REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式均為LREE與HREE強(qiáng)烈分餾的向右傾斜的圖形；并且，硅質(zhì)巖樣品有微弱的Ce正異常（δ（Ce）＝1．10）和明顯的Eu正異常 （δ（Eu）為1．97和2．47），含碳硅質(zhì)泥巖類樣品有微弱的 Ce負(fù)異常（δ（Ce）＝0．6～0．81）、明顯的Eu正異常（δ（Eu）＝2．81～6．04）。

表1 煙城溝釩礦巖石化學(xué)成分及相關(guān)參數(shù)Table 1 Petrochemical analysis and related parameters of Yanchenggou vanadium deposit

表2 煙城溝釩礦稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及相關(guān)參數(shù)Table 2 REE analysis for Yanchenggou vanadium deposit

圖3 煙城溝釩礦稀土元素分配模式Fig．3 Chondrite－normalized REE patterns of Yanchenggou vanadium deposit

EPR和MAR熱水活動(dòng)區(qū)的研究表明，噴流流體相對(duì)海水而言富集REE，且更為富集LREE。在MAR中，噴流流體相對(duì)于海水分別富集了50～100倍的LREE和5～30倍的 HREE［17］。Bau et al研究了MAR熱水活動(dòng)區(qū)的稀土元素，得出了球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的Eu正異常曲線（圖4）［18－19］。煙城溝釩礦5件樣品的稀土元素特征與熱水流體的稀土元素特征相似，說明該礦床與熱水活動(dòng)有關(guān)。

5 結(jié)論

（1）商南縣煙城溝釩礦產(chǎn)于南秦嶺下寒武統(tǒng)水溝口組的黑色巖系中。礦體形態(tài)簡單，與地層產(chǎn)狀一致，嚴(yán)格受層位控制，礦體沿走向、傾向的品位、厚度較穩(wěn)定。礦體受后期構(gòu)造影響較小。釩礦石類型為硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)泥巖型。礦石礦物主要為隱晶質(zhì)石英、玉髓以及高嶺石、水云母等黏土礦物。釩主要以類質(zhì)同象形式和吸附狀態(tài)存在于碳硅泥巖建造的巖石中。

圖4 熱水流體稀土元素分配模式Fig．4 Chondrite－normalized REE Patterns of hydrothermal fluids

（2）對(duì)釩礦石的巖石化學(xué)特征研究表明，煙城溝釩礦形成于大陸邊緣與深海環(huán)境的過渡帶中，其沉積物源來自海底熱水及近陸源剝蝕區(qū)混合。這與該礦床在早寒武世時(shí)位于揚(yáng)子陸塊北部被動(dòng)大陸邊緣的區(qū)域構(gòu)造背景相一致。

（3）礦石的稀土元素分配模式為“右傾”的輕稀土富集型，且具有明顯的Eu正異常，與熱水流體的稀土元素特征相似，表明該釩礦床與海底熱水活動(dòng)有關(guān)。

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