湖南省沅陵縣橋頭釩礦地質(zhì)特征、控礦因素及成礦淺析

楊志剛 符長亮 蔣惠林

摘 要? 橋頭釩礦是近年查明的一個中-大型釩礦床，位于揚子準地臺中段南緣，釩礦體賦存于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組底部一套富含有機質(zhì)的黑色巖系中，巖性主要為硅質(zhì)炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、黑色頁巖，炭質(zhì)、硅質(zhì)含量越高，釩品位往往越高，礦體厚度大，連續(xù)性好，地層、巖性控礦作用明顯。通過對橋頭釩礦成礦地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征、控礦規(guī)律的分析，初步認為：在寒武紀缺氧大環(huán)境下，釩被粘土質(zhì)、有機質(zhì)吸附，后因環(huán)境變化以類質(zhì)同象形式取代Al3+，進而形成含釩的礦物。在釩的形成過程中生物地球化學作用起著主導作用，因此將橋頭釩礦歸屬為化學沉積與生物地球化學沉積成因。

關鍵詞? 橋頭釩礦;地質(zhì)特征;控礦因素;礦床成因;沅陵縣

中圖分類號：P618.61 文獻標識碼：A

Geological Characteristics， Ore-Controlling Factors and Metallogenesis of Qiaotou Vanadium Deposits in Yuanling County in Hunan Province

Yang Zhigang， Fu Changliang， Jiang Huilin

（Team 407， Hunan Geology and Mineral Resources Exploration and Development Bueau，

Huaihua Hunan 418000）

Abstract： The Qiaotou vanadium deposit is a medium-large vanadium deposit identified in recent years. It is located in the southern margin of the middle section of the Yangtze River. The vanadium ore body is located in the black rock series rich in organic matter at the bottom of the Cambrian Niutitang Formation. The lithology is mainly composed of siliceous carbonaceous slate， carbonaceous slate and black shale. The higher the siliceous content， the higher the vanadium grade， the larger the ore body thickness， the better continuity， and the stratum and lithology control effect. Based on the analysis of the ore-forming geological background， geological characteristics and ore-controlling rules of Qiaotou vanadium ore， it is preliminarily believed that in the Cambrian anoxic environment， vanadium is adsorbed by clay and organic matter， and then the environmental similarity is similar. Form replaces Al3+ to form vanadium-containing minerals. Biogeochemistry plays a leading role in the formation of vanadium， so the bridgehead vanadium ore is attributed to chemical deposition and biogeochemical deposition.

Keywords： Qiaotou vanadium mine; geological characteristics; ore-controlling factors; deposit genesis; YuanLing county

橋頭釩礦位于著名的江南金-銻-鎢-銅-鉛-鋅-釩-錫多金屬成礦帶上 [1-2]，該區(qū)寒武系下統(tǒng)黑色巖系分布廣泛，是釩礦賦存最為有利的層位之一，其中產(chǎn)出的釩礦儲量占國內(nèi)釩總儲量的87% [3-4]。近年來，在湘西北該套黑色巖系中發(fā)現(xiàn)了一批中-大型釩礦床，如橋頭、用坪、西村釩礦等，顯示出較好的找釩前景。橋頭釩礦床位于湘西北沅陵縣城南約42公里，湖南省地勘局四〇七隊對其進行了勘查工作，圈定釩礦體29個，共獲得釩礦石量（333+334）17569×104t，V2O5金屬量158×104t，規(guī)模達大型[1]，而前人對該礦床進行的研究基本為空白。本文在野外觀察的基礎上，主要對地質(zhì)特征、控礦因素及礦床成因進行初步總結(jié)，以期為本區(qū)同類型礦床的找礦工作提供有益的參考。

1? 區(qū)域地質(zhì)概況

橋頭釩礦地處揚子準地臺南緣，位于安化-黎平與慈利-鳳凰兩大斷裂之間挾持的沅陵-辰溪凹陷內(nèi)，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造作用強烈。

區(qū)內(nèi)地層出露較全，從上元古界冷家溪群至第四系均有分布，其中震旦系、寒武系分布最為廣泛。釩礦主要賦存于中寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組黑色巖系中，是一套富含有機質(zhì)的泥質(zhì)巖建造，巖性主要為硅質(zhì)炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、黑色頁巖組成，大致呈NE向展布。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造線總體走向北東和北北東，斷層面傾向南東，主要有安化-黎平、慈利-鳳凰兩個深大斷裂，它們聯(lián)合構(gòu)成了該區(qū)的構(gòu)造格架，并對釩礦有一定控制作用（圖1）。區(qū)內(nèi)巖漿巖不甚發(fā)育，僅在局部見輝綠巖，如竹園-胡山灣一帶。

2? 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

1、地層

礦區(qū)呈北東-南西向狹長分布，區(qū)內(nèi)出露地層從老至新有青白口系多益塘組（Ptd）、震旦系下統(tǒng)南沱組（Zan）、上統(tǒng)陡山沱組（Zbd）、留茶坡組（Zbl）、寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組（∈1n）、中統(tǒng)污泥塘組（∈w）和第四系（Q）。其中，陡山沱組、留茶坡組、牛蹄塘組分布最為廣泛。

2、構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造較簡單，以褶皺為主，主要為同口向斜，其次是走向與褶皺軸向一致的次級斷層。

①褶皺

礦區(qū)褶皺構(gòu)造主要為同口向斜，軸向北東30°，長數(shù)千米，寬300-500m，核部地層為石炭系中統(tǒng)黃龍組（C2h），兩翼依次為污泥塘組（∈w）、小煙溪組（∈1x）、留茶坡組（Zbl）、陡山沱組（Zbd）和南沱組（Zan）等地層。礦區(qū)主要位于同口向斜北西翼及揚起端，南東翼地層受后期構(gòu)造破壞，未在礦區(qū)出露。地層小型褶皺發(fā)育，呈北東向展布。

②斷層

礦區(qū)內(nèi)規(guī)模斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅見次級小規(guī)模斷裂，走向北東，傾角一般30-50°。緊鄰礦區(qū)外圍東西兩側(cè)分布1條斷層，為區(qū)域性大斷層，呈北東向展布，具壓扭性，為逆斷層，傾向南東，傾角較緩，一般30-50°，局部陡達81°，斷距大，地層缺失和重復現(xiàn)象明顯，控制了礦區(qū)的含礦地層的分布。

3、變質(zhì)作用及巖漿巖

區(qū)內(nèi)地層、巖石經(jīng)受區(qū)域淺變質(zhì)作用，形成以黃鐵礦、絹云母、綠泥石等低溫變質(zhì)礦物為主的低綠片巖相巖石，為淺變質(zhì)巖系。圍巖與釩礦體巖性特征基本一致。區(qū)內(nèi)未出現(xiàn)巖漿巖。

2.2? 賦礦地層

橋頭礦區(qū)釩礦主要賦存于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組中，主要為一套炭泥質(zhì)沉積的黑色巖系，其中上部見一套薄層狀透鏡狀灰?guī)r，該套巖石在礦區(qū)大面積分布。根據(jù)巖石組合分上、下兩個巖性段，現(xiàn)簡述如下：

1、下段：厚283.11-304.30m。

下部：為釩礦化層，厚度82.77-170.90m。由黑色炭質(zhì)板巖、硅質(zhì)炭質(zhì)板巖、砂質(zhì)炭質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖及灰?guī)r等組成。巖石中硅質(zhì)成分較高，富含鈣質(zhì)，方解石、石英脈、黃鐵礦發(fā)育，偶見黃鐵礦、硅泥質(zhì)結(jié)核。方解石、石英脈多呈細脈狀、網(wǎng)脈狀;黃鐵礦呈星點狀、線理狀、斑點狀及大團塊（圖2）狀產(chǎn)出，其中斑點狀黃鐵礦主要分布于本層下部的炭質(zhì)板巖內(nèi)，該層斑點狀黃鐵礦化炭質(zhì)板巖在鉆孔中出露穩(wěn)定，易于識別，據(jù)此將其建立為釩礦體對比連接的標志層之一。層內(nèi)揉褶發(fā)育，巖層破碎，見壓碎及角礫狀構(gòu)造。

上部：厚178.25-233.9m。為一套灰黑色砂質(zhì)炭質(zhì)板巖，巖石中富含砂質(zhì)，見星點狀、線理狀黃鐵礦化，巖層較穩(wěn)定，發(fā)育水平層理，以中厚層狀為主，為釩礦化層頂板巖系。

2、上段：厚107.10-274.7m。巖石由灰色碳酸鹽巖與黑色炭泥質(zhì)板巖組成。

下部：為灰色灰?guī)r，以薄層狀為主，夾薄層炭質(zhì)板巖，沿走向上延伸不穩(wěn)定，呈透鏡體狀零星產(chǎn)出，厚約50-60m。

上部：為黑色炭質(zhì)板巖，水平層理發(fā)育，局部見擠壓破碎現(xiàn)象。沿礦區(qū)南東邊呈帶狀分布，厚約57-220m。

2.3 礦化層特征

礦區(qū)共圈定釩礦化層1層，編號V， 賦存于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組下段下部。巖性主要為硅質(zhì)炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、砂質(zhì)炭質(zhì)板巖，夾少量硅質(zhì)巖及灰?guī)r。礦區(qū)出露水平長約12km， 寬158-620m，厚82.77-170.90m。走向總體北東，傾向總體南東（僅在礦區(qū)0線以東受同口向斜影響，傾向北西，傾角約10°）傾角10—60°，平均37°。本次劃分主要依據(jù)留茶坡組條帶狀硅質(zhì)巖、牛蹄塘組斑點狀黃鐵礦化炭質(zhì)板巖及灰?guī)r來進行劃分，該巖性標志特征明顯，肉眼易于區(qū)分，共劃分為4個礦組，從下往上依次編號為V1、V2、V3、V4，主要工業(yè)釩礦體分布于V2、V3礦組。

2.4 礦床規(guī)模

通過本次普查地質(zhì)評價工作，礦區(qū)圈定釩礦體29個，共獲得V2O5礦石量221761.6千t，資源量1863694t。其中礦石量（333+334）175692.1千t，資源量（333+334）為1580154t;礦石量（333低+334低）46069.5千t，資源量（333低+334低）283540t，礦床規(guī)模達大型。

2.5 礦體特征

區(qū)內(nèi)釩礦體主要產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組組下段釩礦化層中的黑色硅質(zhì)炭質(zhì)板巖和炭質(zhì)板巖中。主要成分是硅質(zhì)、炭質(zhì)、泥質(zhì)，彼此以隱晶質(zhì)-顯微粒狀互相連生，緊密結(jié)合。礦石的礦物組成和頂?shù)装鍑鷰r基本相同，礦石中未見獨立釩礦或含釩礦物，而以分散狀態(tài)或膠體礦物形式存在，肉眼無法識別，只能通過分析測試和釩礦體一般工業(yè)指標來確定礦與非礦。

礦區(qū)共圈定釩礦體29個，工業(yè)釩礦體主要分布于V2、V3礦組中，其中V2-①、V3-⑤為礦區(qū)主釩礦體（圖3）。V2-①主釩礦體：長約8600m，走向北東，傾向南東，傾角10—53°，平均31°?？刂谱畲笮鄙?57m，礦體厚3.84—16.74m，平均厚9.13m，厚度變化系數(shù)35%，厚度穩(wěn)定;V2O5品位0.52—1.13%，平均品位0.91%，品位變化系數(shù)16%，分布均勻，估算V2O5（333+334）資源量840317t。V3-⑤主釩礦體：長約5210m，走向北東，傾向南東，傾角15—60°，平均37°?？刂谱畲笮鄙?44m，礦體厚0.92—21.35m，平均厚7.72m，厚度變化系數(shù)91%，厚度不穩(wěn)定;V2O5品位0.70—1.20%，平均品位0.98%，品位變化系數(shù)19%，分布均勻。估算V2O5（333+334）資源量371674t。

2.6 礦石特征

礦石的礦物成分主要為硅質(zhì)、炭質(zhì)、泥質(zhì)，彼此以隱晶質(zhì)-顯微粒狀互相連生，緊密結(jié)合。其次含少量黃鐵礦、絹云母等。脈石礦物主要為石英、方解石等。礦石結(jié)構(gòu)主要為硅質(zhì)泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，其次為碎裂結(jié)構(gòu)，鏡下呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)—顯微微粒結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為塊狀、薄層狀和板狀構(gòu)造，其次為條帶狀和水平層理構(gòu)造等。

根據(jù)礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，將礦石分為2類，含釩硅質(zhì)炭質(zhì)板巖：礦物成分以炭泥質(zhì)（約40%）和硅質(zhì)（約35%）為主，次為絹云母和粘土類礦物（約16%）、方解石（約6%）和黃鐵礦（約3%）。常見網(wǎng)脈狀石英脈、方解石脈。含釩炭質(zhì)板巖：礦物成分以炭泥質(zhì)（約66%）和硅質(zhì)（約15%）為主，次為絹云母和粘土類礦物（約9%）、方解石（約7%）和黃鐵礦（約3%）。黃鐵礦多以星點狀、線理狀產(chǎn)出，方解石、石英脈多以細脈、網(wǎng)脈狀分布。

3? 控礦因素

1、地層、巖性控礦

釩礦體產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組底部，嚴格受層位控制。釩礦化分布于一套黑色、灰黑色的富硅質(zhì)、炭質(zhì)板巖中。炭質(zhì)、硅質(zhì)含量越高，釩品位往往越高，礦體厚度大，連續(xù)性好;砂質(zhì)含量越高釩品位往往越低，局部見低品位礦。地層、巖性控礦作用明顯。

2、變質(zhì)作用控礦

區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要為區(qū)域淺變質(zhì)作用，巖石中主要見黃鐵礦，呈星點狀、線理狀、斑點狀和大團塊狀，偶見黃鐵礦結(jié)核，黃鐵礦越發(fā)育，釩礦化越差。

3、構(gòu)造作用控礦

后期構(gòu)造活動對礦體具有一定改造富集作用，在裂隙發(fā)育處，釩礦體明顯變富。

4? 礦床成因淺析

以往學者對于黑色巖系中釩礦的成因說法不一，主要有同生沉積多金屬礦床、熱水沉積成巖礦床、生物地球化學沉積礦床[3-5]。

從橋頭礦區(qū)的礦床特征、成礦規(guī)律來看，礦區(qū)并未發(fā)現(xiàn)巖漿巖，雖然含釩巖石在一定程度上受到區(qū)域變質(zhì)作用影響，見星點狀、線理狀、斑點狀和大團塊狀黃鐵礦，偶見黃鐵礦結(jié)核，局部造成釩礦的貧化，但整體上表現(xiàn)出沉積礦床的特征。且寒武系富含有機質(zhì)的含炭、磷、硅泥質(zhì)的黑色巖系是釩礦形成的必備巖石組合。

有機質(zhì)往往在經(jīng)歷了細菌降解、轉(zhuǎn)化后，與黏土礦物結(jié)合，形成含釩的礦物。本區(qū)釩礦石含炭泥質(zhì)（約40%）、硅質(zhì)（約35%），粘土類礦物（約16%），有些礦石含炭泥質(zhì)超70%，富含有機碳。礦層中局部見藻類結(jié)核，側(cè)面說明為生物成因有機質(zhì)。另外，黑色巖系TOC測試結(jié)果顯示[7]，含硅炭質(zhì)板巖TOC含量最高（4.51%～13.4%）、炭質(zhì)板巖中等（2.12%～3.43%）、硅質(zhì)巖次之（0.24%～1.62%），與之相對應的V2O5含量含硅炭質(zhì)板巖（1.00%～2.27%）、炭質(zhì)板巖中等（0.60%～0.95%）、硅質(zhì)巖次之（0.18%～0.22%），隨著有機碳含量的升高，V2O5含量也隨之升高，野外同樣觀察到炭質(zhì)含量增多時，釩礦品位變高，厚度變大，反映了生物有機質(zhì)對釩礦的形成起著重要的作用。

據(jù)含釩巖系上部黃鐵礦的硫同位素測定結(jié)果，δ34S值介于16.1～24.8×10-3，平均值18.14×10-3（9件），接近海水硫酸鹽中的硫值（δ34S=25～30×10-3）。含釩巖系的微量元素測定結(jié)果[6]，Ni、Mo、V2O5、U、Se、Cd、Ti、Ag、Cu、Zn均有不同程度的富集，比泰勒值高出數(shù)倍-數(shù)十倍，表明釩的形成富集與沿深大斷裂運移的海底熱水有關。

根據(jù)橋頭釩礦床特定的大地構(gòu)造位置、礦床地質(zhì)特征，并結(jié)合前人的研究成果，我們初步認為：該區(qū)由于寒武紀早期的海侵，深層富含營養(yǎng)鹽類的海水被注入沉積盆地，微生物迅速繁殖，導致水體營養(yǎng)化，造成生態(tài)平衡發(fā)生破環(huán)，進而形成缺氧環(huán)境[8]，生物體大量死亡，有機質(zhì)得以保存、演化，此時大量的釩被粘土質(zhì)、有機質(zhì)吸附，與沿深大斷裂上升的熱水混合，形成了有機質(zhì)、粘土質(zhì)和硅質(zhì)的膠態(tài)腐泥沉入海底，在成巖過程中，云母類、粘土礦物發(fā)生重結(jié)晶，原本呈吸附態(tài)的釩以類質(zhì)同象形式取代Al3+，進而形成含釩的礦物[9-10]。由此來看，生物地球化學作用對釩的形成起著主導作用，因而將橋頭釩礦歸屬為化學沉積與生物地球化學沉積成因。

5? 結(jié)論

橋頭釩礦區(qū)礦體賦存于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組中，巖性主要為硅質(zhì)炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、黑色頁巖，嚴格受地層、巖性控制，當巖石中炭質(zhì)、硅質(zhì)含量變高，釩品位隨之變高，礦體厚度變大，連續(xù)性好。礦石類型為含釩硅質(zhì)炭質(zhì)板巖和含釩炭質(zhì)板巖兩種，礦石中的礦物成分主要為硅質(zhì)、炭質(zhì)、泥質(zhì)、黃鐵礦、絹云母、石英等。礦床成因是化學沉積與生物地球化學沉積型礦床。

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