江西武寧縣桐梓嶺釩礦地質(zhì)特征與成因淺析

吳文鈞，熊 燃

（1.江西省地礦資源勘查開發(fā)中心，江西 南昌 330001 ；2.江西地勘局贛西地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，江西 南昌 330030）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

桐梓嶺釩礦區(qū)地處贛北修武成礦區(qū)內(nèi)。其中，北部九宮復(fù)式背斜、南部九嶺復(fù)式背斜及中部修武復(fù)式向斜構(gòu)成了近東西向的區(qū)域構(gòu)造格架。

區(qū)內(nèi)地層從中元古界到新生界，除缺失侏羅系、白堊系、泥盆系、石炭系的部分地層外，其它各系均較發(fā)育。其中，新元古界雙橋山群組成了該區(qū)淺變質(zhì)褶皺基底，以近東西向緊閉同斜復(fù)式褶皺（麒麟山復(fù)向斜和石溪—阮家復(fù)背斜）疊加近南北向圓滑褶皺為特征。震旦系-下三疊統(tǒng)組成近東西向復(fù)式褶皺（修武復(fù)式向斜大椿—柘林復(fù)向斜之遼姑源向斜）與滑脫構(gòu)造系統(tǒng)為主體的蓋層構(gòu)造型式。晚白堊世表現(xiàn)為陸相紅色斷陷盆地[1]。

區(qū)域范圍內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅局部見有少量花崗斑巖脈露頭，與該區(qū)釩礦成礦關(guān)系不密切。

區(qū)域范圍內(nèi)礦床或礦（化）點(diǎn)不多，主要有釩礦、石煤、建筑板巖等。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層由老到新依次為新元古界雙橋山群、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系和第四系（圖1）。其中，雙橋山群安樂林組第二至第五巖性段主要分布于礦區(qū)西、南緣，由淺海相變質(zhì)碎屑巖組成，為本區(qū)最古老的基底層。礦區(qū)中部出露震旦紀(jì)地層，為一套濱海河流相石英砂巖建造、冰河相碎屑巖建造以及局限臺(tái)盆相泥質(zhì)、碳酸鹽巖建造，與雙橋山群呈不整合接觸。下古生界寒武系、奧陶系、志留系出露于礦區(qū)中、南部，為一套半封閉潮坪-潟湖相炭質(zhì)泥頁巖建造、淺海相碳酸鹽巖-碎屑巖建造，奧陶紀(jì)、志留紀(jì)地層多呈帶狀出露于礦區(qū)南部，與成礦關(guān)系不大[2]。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，北部由新元古界雙橋山群區(qū)域淺變質(zhì)巖組成近東西向緊閉同斜復(fù)式褶皺，為本區(qū)褶皺基底；中部—南部由震旦系-志留系組成以近東西向復(fù)式褶皺（大椿—柘林復(fù)向斜之遼姑源向斜北翼）與滑脫構(gòu)造系統(tǒng)為主體的蓋層構(gòu)造型式，總體呈一單斜構(gòu)造。

（1）褶皺

基底構(gòu)造以近東西向緊閉同斜復(fù)式褶皺為主，發(fā)育有近東西向麒麟山復(fù)向斜和石溪—阮家復(fù)背斜。蓋層褶皺主體為遼姑源向斜（屬于區(qū)域性近東西向大椿-武寧復(fù)向斜西段主要組成部分）, 翼部地層為震旦系-志留系，呈單斜構(gòu)造，走向近東西向，傾向南，傾角50°左右[3]。

（2）斷裂

區(qū)內(nèi)發(fā)育一套完整的滑脫構(gòu)造系統(tǒng)，由下伏系統(tǒng)、主滑脫帶和滑動(dòng)系統(tǒng)三部分組成：①下伏系統(tǒng)由新元古界雙橋山群淺變質(zhì)碎屑巖組成，表現(xiàn)出一定的柔性，以近東西向緊密同斜復(fù)式褶皺為特征，并發(fā)育小規(guī)模脆韌性剪切帶；②主滑脫帶(一級(jí)滑脫帶)呈近東西向沿基底與蓋層之間的接觸界面展布，區(qū)內(nèi)出露長(zhǎng)度12km，寬5～100m，主滑面傾向南（蓋層），傾角50°左右。主滑脫帶靠基底一盤，往往發(fā)育脆韌性變形，或疊加由基底巖系組成的構(gòu)造角礫巖。主滑脫帶上盤地層發(fā)生不同程度的滑失，巖石常見硅化或發(fā)育石英脈；③礦區(qū)范圍內(nèi)的滑動(dòng)系統(tǒng)由震旦系—志留系組成，具有依次控制的多級(jí)別滑脫構(gòu)造特征，在平剖面上可劃分為兩個(gè)Ⅱ級(jí)滑脫帶及其所分隔的三個(gè)滑動(dòng)層系，各Ⅱ級(jí)滑脫帶的滑面產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致。

礦區(qū)除發(fā)育順層滑脫斷裂外，還發(fā)育二條規(guī)摸較大的北東向斷裂帶（F1、F2），其中F1破碎帶傾向南東，傾角約60°，寬約10m～30m，延伸大于10km（向南西延伸出礦區(qū)范圍），斷層性質(zhì)為壓、壓扭性，斷距大于1000m。F2破碎帶傾向南東，傾角約65°，寬約5m～10m，延伸2.5km，斷層性質(zhì)為壓、壓扭性，平面上發(fā)生明顯的左旋平移運(yùn)動(dòng)，斷距約500米。

圖1 桐梓嶺釩礦區(qū)地質(zhì)略圖

表1 釩礦層劃分表

2.3 巖漿巖

礦區(qū)范圍內(nèi)僅在個(gè)別鉆孔中見有花崗斑巖脈，圍巖為硅質(zhì)巖，兩者呈侵入接觸關(guān)系，與區(qū)內(nèi)釩礦體無關(guān)系[4]。

3 礦床地質(zhì)

3.1 賦礦地層

底-下寒武統(tǒng)荷塘組(∈0-1h)是本區(qū)釩礦的重要賦礦層位，巖性主要由黑色薄-中厚層狀炭質(zhì)泥（頁）巖、石煤層及少量硅質(zhì)頁巖組成。其下部主要為炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)泥（頁）巖及石煤層。炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖單層厚5cm~10cm，在泥（頁）巖及石煤層中常含有結(jié)核，結(jié)核呈球形或扁球形，直徑10mm~20mm，大者為100mm~200mm，底部結(jié)核較大，往上變小，成分為硅質(zhì)、泥質(zhì)、磷質(zhì)。中部為灰黑色薄-中厚層狀炭質(zhì)泥巖（頁）巖夾石煤，局部地段（中下部）石煤層夾炭質(zhì)泥（頁）巖，偶夾炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖及數(shù)層薄層狀灰黑色、灰白色灰?guī)r、鈣質(zhì)頁巖。在巖石中見有黃鐵礦結(jié)核及磷結(jié)核。上部為中厚層狀炭質(zhì)泥（頁）巖，頂部見薄層硅質(zhì)巖。該組地層與下覆地層呈滑脫斷層接觸。

3.2 礦體特征

區(qū)內(nèi)礦體主要為含釩炭質(zhì)頁巖層，根據(jù)其產(chǎn)出層位的不同，并結(jié)合礦體形態(tài)、礦石類型特點(diǎn)，由下至上可劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ層（圖2）。其中Ⅰ號(hào)礦體所占資源量比例大（約占43.84%），為主礦體；Ⅱ號(hào)礦體所占資源量約為33.42%；Ⅲ號(hào)礦體為次要礦體（占資源量22.74%）。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)礦體的頂?shù)装寮捌涓浇话惆l(fā)育1-2層低品位礦層。各釩礦層劃分見表1。

三層釩礦體均賦存于荷塘組中、下段，受層位控制而呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖地層一致，走向總體北西西—南東東向，傾向南，傾角40°～60°，走向上和傾向上均呈舒緩波狀展布。礦石和圍巖均為炭質(zhì)頁巖，兩者之間無明顯劃分界線。各礦體特征詳見表2。

表2 礦體特征表

圖2 桐梓嶺礦區(qū) 24線勘探線剖面圖

3.3 礦石類型

區(qū)內(nèi)礦石類型因含釩礦石母巖不同分為含釩石煤礦石、含釩炭質(zhì)頁巖礦石、含釩炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖礦石三種類型，這三種礦石類型在礦石選冶性能方面無明顯差異。此三種礦石類型在區(qū)內(nèi)已查明的三層釩礦體中均有分布，所占比重略有差異，其中：Ⅰ號(hào)釩礦體以含釩石煤礦石、含釩炭質(zhì)頁巖礦石為主，含釩炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖礦石次之，三種礦石類型沿礦體垂向上有一定的分帶性；Ⅱ號(hào)釩礦體以含釩炭質(zhì)頁巖礦石為主，含釩炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖礦石次之，僅局部為含釩石煤礦石，此三種類型礦石在空間分布上呈漸變過渡，無明顯規(guī)律性；Ⅲ號(hào)釩礦體以含釩炭質(zhì)頁巖為主，含釩石煤礦次之，局部為含釩炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖，此三種礦石類型在空間分布上也無明顯規(guī)律性。

4 釩礦富集機(jī)制及礦床成因

4.1 釩礦富集機(jī)制

（1）釩礦富集程度與沉積物顆粒度有關(guān)。沉積物顆粒越小，其所具有的比表面積越大，對(duì)金屬陽離子（如釩、鈾、鎢、鉬等）的吸附力越強(qiáng)。如區(qū)內(nèi)炭質(zhì)頁巖、石煤中V2O5含量較荷塘組組上段及觀音堂組粉砂質(zhì)泥巖中V2O5含量要高許多。

（2）釩礦富集程度與巖石礦物成分有關(guān)。釩含量因巖石中炭質(zhì)、泥質(zhì)及硫、磷含量高低而隨之變化。如炭-泥質(zhì)及硫-磷含量在炭質(zhì)頁巖中較炭-硅質(zhì)頁巖中高，則前者更富釩。

（3）釩礦富集程度與層位有關(guān)。釩礦主要賦存于底-下寒武統(tǒng)荷塘組中下段，且品位富、層位穩(wěn)定。如Ⅰ、Ⅱ號(hào)工業(yè)礦層V2O5平均品位0.80%～0.82%；往上部礦層的品位則逐漸變貧，礦層規(guī)模變小，如Ⅲ號(hào)礦層V2O5平均品位0.74%，再往上則過渡到無釩礦層位。

4.2 礦床成因淺析

區(qū)內(nèi)釩礦體主要產(chǎn)于底-下寒武統(tǒng)荷塘組中下段黑色頁巖中，該層普遍含磷質(zhì)、炭質(zhì)、黃鐵礦結(jié)核，且該層位賦釩礦在修武地區(qū)具普遍性和區(qū)域性特點(diǎn)，如武寧縣硐門釩礦、修水縣大椿釩礦、都昌縣南山釩礦等均產(chǎn)于此層位。同時(shí)，該層也是潛在的頁巖氣層。

寒武紀(jì)早期，區(qū)內(nèi)屬贛湘內(nèi)陸海北部海域，低洼的次深海沉積環(huán)境。含釩石煤礦石在鏡下可見0.05mm的球粒結(jié)構(gòu)和鮞粒結(jié)構(gòu)，成分主要為炭質(zhì)和磷灰石，可能為藻類植物化石遺跡，同時(shí)礦石中還常見有黃鐵礦、白云石等指示成生環(huán)境的標(biāo)志礦物，可以推斷，區(qū)內(nèi)在早寒武紀(jì)時(shí)期氣候溫暖濕熱、水體寧靜停滯，藻類生物的空前繁盛使水體發(fā)生缺氧事件，大量藻類尸體得以在還原條件下保存，同時(shí)與陸源碎屑沉積物混合形成有機(jī)軟泥，經(jīng)堆積-埋藏-石化形成黑色巖系。

陸源向海域補(bǔ)給大量碎屑物的同時(shí)，也攜入了大量的硅質(zhì)、磷質(zhì)以及釩、鈾、鎢、鉬等金屬元素。

由于泥質(zhì)、粘土質(zhì)和有機(jī)質(zhì)膠體具吸附性，能夠吸附鈾、釩、鈷、鎢、鉬、銀、金、汞等元素，使其隨有機(jī)質(zhì)磷、硫、硅結(jié)核和粘土一起賦存于黑色巖系中，其中鈾、釩、鈷、鎢、鉬等局部富集便形成工業(yè)礦床或伴生礦床。

由上所述，礦體的形成既受底-下寒武統(tǒng)這一穩(wěn)定時(shí)序的控制，又與當(dāng)時(shí)的古地理與淺海-次深海海區(qū)缺氧古氣候沉積環(huán)境相關(guān)，桐梓嶺釩礦屬沉積變質(zhì)型礦床。

[1]江西省地礦資源勘查開發(fā)有限公司.江西省武寧縣桐梓嶺礦區(qū)釩礦詳查地質(zhì)報(bào)告[R],2009.

[2]葉少貞,孔凡兵.修武地區(qū)黑色巖系型釩礦地質(zhì)特征及成因淺析[J].資源環(huán)境與工程,2006,10(5):501-504.

[3]熊玉生,李旭輝,楊述旭,等.江西硐門礦區(qū)沉積型釩礦地質(zhì)特征及成礦因素分析[J].資源環(huán)境與工程,2009,23(6):767-770.

[4]陳浩文,劉進(jìn)先,熊寬.江西修水地區(qū)釩礦淺析及其成因探討[J].“資源保障環(huán)境安全——地質(zhì)工作使命”華東六省一市地學(xué)科技論壇文集,2011:371-375.