甘肅文縣石坊—臨江地區(qū)地化特征及釩礦找礦潛力分析

藺強(qiáng)強(qiáng)

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅天水 741020)

0 引言

我國(guó)早寒武世黑色巖系分布廣泛，層位較為穩(wěn)定，是許多大型、超大型金屬和非金屬礦床的主要賦存層位。國(guó)內(nèi)對(duì)黑色巖系的研究早期主要集中在南方地區(qū)，近年來(lái)陜西、新疆、甘肅等地區(qū)對(duì)黑色巖系的報(bào)道越來(lái)越多，但甘肅省對(duì)與黑色巖系有關(guān)的多金屬礦床的研究主要集中于北山地區(qū)，西秦嶺地區(qū)黑色巖系的研究程度程度極低。近年來(lái)在文縣石坊—臨江一帶寒武系干溝組黑色炭質(zhì)板巖中發(fā)現(xiàn)V、Ag、Mo等元素的化探異常，部分撿塊樣釩礦化達(dá)到工業(yè)品位，這給甘肅省西秦嶺地區(qū)黑色巖系找礦突破帶來(lái)了前景和希望。

1 區(qū)域成礦背景

研究區(qū)經(jīng)晉寧末期強(qiáng)烈的構(gòu)造變動(dòng)后，揚(yáng)子板塊與碧口古陸實(shí)現(xiàn)碰撞拼接，揚(yáng)子板塊西北緣地殼劇烈增厚，揚(yáng)子板塊南移[1-9]。而在揚(yáng)子板塊北緣南秦嶺南側(cè)穩(wěn)定大陸邊緣形成晚元古代以關(guān)家溝組為代表的邊緣海盆類復(fù)理石沉積建造、末期以臨江組和寒武系干溝組為代表的穩(wěn)定淺海碳酸鹽巖、碎屑巖建造。這些強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和后期地層穩(wěn)定沉積為石坊—臨江一帶釩礦的形成奠定了基礎(chǔ)(圖1)。我國(guó)寒武系黑色巖系是層控型釩礦床的重要礦源層及儲(chǔ)礦層位[10-12]。

區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列NEE向深大斷裂及次級(jí)斷裂，其中以石坊-蒿子店-臨江一線斷裂為主，該斷裂帶的形成是沿先期的沉積構(gòu)造界面發(fā)育的，即沿上志留統(tǒng)石坊群與下寒武統(tǒng)干溝組之間的沉積間斷面形成，區(qū)域上亦具順層斷裂特征，并具多期活動(dòng)的特點(diǎn)。早期該斷裂帶受華力西-印支期擠壓褶皺之影響，表現(xiàn)為沿巖性界面的逆沖擠壓特征，沿界面形成高角度逆沖斷裂破碎帶，在斷裂帶中下盤干溝組斷續(xù)狀分布，局部構(gòu)造缺失，早期主要表現(xiàn)為淺構(gòu)造層次上的逆沖、走滑活動(dòng)的疊加改造，該期變形與燕山期成山作用關(guān)系密切。

區(qū)內(nèi)釩礦整體研究程度較低，已發(fā)現(xiàn)的釩礦產(chǎn)地較少，在斷裂東延帶上陜西省境內(nèi)山陽(yáng)—商南—鄖西一帶黑色巖系中連續(xù)產(chǎn)出中—大型釩礦床[13-15]，賦礦巖石多為下寒武統(tǒng)水溝口組的硅質(zhì)巖[16-19]，含磷結(jié)核硅質(zhì)巖及炭質(zhì)泥巖等，嚴(yán)格層控，沿走向及傾向比較穩(wěn)定。2015—2018年，甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院通過(guò)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查在區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)3處釩礦化線索，且區(qū)內(nèi)寒武系干溝組出露巖性與陜西境內(nèi)水溝口組巖性一致。推測(cè)區(qū)內(nèi)釩礦找礦潛力較大。

圖1 石坊—臨江一帶區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 The geological and regional sketch map of Shifang-Linjiang area1—第四系 2—白堊系 3—三疊系光蓋山組 4—三疊系郭家山組 5—石炭系益哇溝組 6—泥盆系屯寨巖組 7—泥盆系橋頭巖組 8—泥盆系 9—志留系石坊群 10—寒武系干溝組 11—震旦系臨江組 12—震旦系關(guān)家溝組 13—震旦系草河壩組 14—青白口系秧田壩巖組 15—整合界線 16—角度不整合 17—斷層 18—韌性剪切帶 19—滑覆斷層 20—逆沖推覆斷層 21—背斜軸跡 22—向斜軸跡

2 工作區(qū)地球化學(xué)特征

2.1 地球化學(xué)參數(shù)特征

工作區(qū)地球化學(xué)景觀屬甘肅省東南部中、高山區(qū)，屬秦嶺山系西段，東與陜西、南西與四川接壤，面積5.4萬(wàn)km2。海拔一般為1200～2500 m，山高溝深，高差多在1000 m以上，屬暖溫帶濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候，氣候溫和，多雨濕潤(rùn)，山高坡陡，水系發(fā)育。物理風(fēng)化作用也較強(qiáng)，風(fēng)化與剝蝕處于動(dòng)態(tài)平衡，多數(shù)元素在次生作用中富集。元素表生地球化學(xué)活性較強(qiáng)。

本次1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)源于甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，共采集樣品6226件，采樣粒級(jí)-10目～60目，分析元素為Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、W、Mo、Bi、Mn、V、Cr、Co、Ni、Hg、Ba、Cd、Sn共計(jì)19種。

原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征(表1)顯示，變異系數(shù)>1的有Au、Ag、Cd、Mo、Ba、Sb、Hg、Mn、V、As十種元素，在工作區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為不均勻分布特征，說(shuō)明這些元素在地質(zhì)作用過(guò)程中發(fā)生了明顯分異富集，尤其是Au、Ag、Cd、Mo這4種元素，呈現(xiàn)出極不均勻分布的狀態(tài)，具有極強(qiáng)的遷移富集能力，并在局部成礦條件有利部位富集成礦。

區(qū)內(nèi)富集系數(shù)≥1.2的元素有Au、Cd、Ag、Mo、As、Bi、Ba、V、Zn等，其中Au、Cd、Ag、Mo、As、Bi元素富集系數(shù)≥1.5，處于強(qiáng)富集狀態(tài)。

結(jié)合元素變異系數(shù)及富集系數(shù)分析，區(qū)內(nèi)Au、Ag、Ba、V、As等元素不僅處于富集分布，而且還屬于極不均勻分布的元素，是工作區(qū)特征元素組合，這與目前區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的眾多金礦床、黑色巖系沉積型大型重晶石礦床相吻合。

2.2 V、Ag、Mo元素異常特征

元素在不同地質(zhì)時(shí)代的分布、分配具有一定的專屬性，不同地質(zhì)時(shí)代的地層和巖漿巖中元素分布、分配有明顯差異，對(duì)全區(qū)各地層V、Ag、Mo元素地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)(表2)發(fā)現(xiàn)，寒武系干溝組(∈g)中，V、Ag、Mo元素富集系數(shù)為分別為2.22、1.90、3.08(>1.5)，變異系數(shù)分別為1.53、1.22、1.25(>1)，且背景值均遠(yuǎn)高于區(qū)內(nèi)其他地層，表明該地區(qū)寒武系干溝組中V、Ag、Mo元素處于強(qiáng)分異、強(qiáng)富集狀態(tài)，成礦可能性較大。鑒于篇幅有限，文章只討論V元素異常特征。

石坊—臨江一帶V異常有10處，其中具有一定成礦遠(yuǎn)景的5處(表3、圖2)，異常主要分布于石坊—臨江一帶，異常呈NE向展布，與區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造線及地層展布方向基本一致，V高值區(qū)主要分布于寒武系干溝組和震旦系臨江組中，異常強(qiáng)度高，分帶性好，數(shù)量多，是研究區(qū)黑色巖系主要成礦元素，成礦潛力較大。

表1 工作區(qū)水系沉積物地球化學(xué)特征參數(shù)Table 1 Geochemical parameter of trace elements of stream sedimentary samples in the study area

表2 研究區(qū)各地層V、Ag、Mo元素地球化學(xué)參數(shù)Table 2 Geochemical parameters of V，Ag，Mo elements of the strata in the study area

表3 研究區(qū)V元素異常統(tǒng)計(jì)Table 3 List of V element anomaly in the study area

圖2 研究區(qū)V元素異常分布圖Fig.2 Distribution map of V element anomaly in the study area1—第四系 2—白堊系 3—三疊系光蓋山組 4—三疊系郭家山組 5—石炭系益哇溝組 6—泥盆系屯寨巖組 7—泥盆系橋頭巖組 8—泥盆系 9—志留系石坊群 10—寒武系干溝組 11—震旦系臨江組 12—震旦系關(guān)家溝組 13—震旦系草河壩組 14—青白口系秧田壩巖組 15—整合界線 16—角度不整合 17—斷層 18—韌性剪切帶 19—滑覆斷層 20—逆沖推覆斷層

3 區(qū)內(nèi)釩礦化特征及控礦因素分析

3.1 含礦巖系分布與巖性組合特征

區(qū)內(nèi)釩礦化線索和釩元素地球化學(xué)特征顯示，釩礦賦存于寒武系干溝組黑色巖系中，整體呈NEE向分布于揚(yáng)子板塊北緣，寒武系干溝組總體為一套薄層含炭硅質(zhì)巖、硅質(zhì)巖、含磷結(jié)核硅質(zhì)巖、硅質(zhì)巖、炭質(zhì)板巖的巖性序列。其下伏地層為震旦系臨江組，區(qū)域上兩者為超覆不整合接觸或斷層接觸，兩者緊密共生，為一套潮坪-瀉湖相的碎屑巖、碳酸鹽巖沉積。

工作區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的3處礦化線索分述如下：

1)蒿子店釩礦化線索。在蒿子店黑色炭質(zhì)泥巖中有兩層釩礦化體厚度均約為1 m，V2O5的品位分別為0.20%和0.21%。顯示弱釩礦化，初步判斷其受層位控制，與構(gòu)造、熱液關(guān)系不明顯。

2)鄧家山釩礦化線索。在鄧家山黑色炭質(zhì)板巖中發(fā)現(xiàn)1處釩礦化線索，通過(guò)野外實(shí)地采樣及快速分析儀分析發(fā)現(xiàn)，在含磷結(jié)核硅質(zhì)巖和炭質(zhì)板巖中V2O5的品位為0.12%～0.54%。含磷結(jié)核硅質(zhì)巖中結(jié)核呈橢圓狀、圓狀，大小0.3～4 cm，該層厚度為0.8～3.5 m。

3)槐樹村釩礦化線索。在槐樹村黑色炭質(zhì)板巖中發(fā)現(xiàn)1處釩礦化線索，V2O5的品位為0.11%～0.13%。主要巖性為黑色炭質(zhì)板巖，厚度0.～1.5 m。

3.2 礦石類型

依據(jù)寒武系干溝組的巖性特征，下部以炭硅質(zhì)巖為主夾少量炭質(zhì)板巖(泥巖)，由下至上，泥質(zhì)含量逐漸增多，巖性漸變?yōu)楣栀|(zhì)巖與炭質(zhì)板巖互層，頂部硅質(zhì)巖逐漸消失，以炭質(zhì)板巖為主。就目前筆者野外實(shí)地踏勘發(fā)現(xiàn)，在所有釩礦化線索部位，既有硅質(zhì)巖集中部位，也有炭質(zhì)板巖集中分布部位，且沿走向無(wú)明確界線，又存在逐漸發(fā)生變化的關(guān)系，雖然硅質(zhì)巖中V2O5品位較低，但是局部也具有弱礦化，釩礦化主要集中在炭質(zhì)板巖中，且分布不均勻。所以區(qū)內(nèi)礦石類型為炭質(zhì)板巖(泥巖)型和硅質(zhì)巖與炭質(zhì)板巖(泥巖)互層型。

3.3 釩礦賦存狀態(tài)

沉積型釩礦床一般不見(jiàn)釩的自身獨(dú)立礦物，釩礦石中主要礦物成分為石英、云母、高嶺石、伊利石、綠泥石、鉀長(zhǎng)石、重晶石等，釩主要賦存于云母類礦物中。在云母類礦物中，釩主要以三價(jià)釩代替硅酸鹽礦物中的三價(jià)鋁等進(jìn)入晶格中，即類質(zhì)同象置換[20-21]。

3.4 控礦因素分析

從上述礦化線索及巖石組合可以看出，區(qū)內(nèi)釩礦化的形成與黑色巖系關(guān)系密切，釩礦控礦層位為寒武系干溝組，巖性主要是含炭質(zhì)硅質(zhì)巖及炭質(zhì)板巖(泥巖)，釩礦主要賦存于炭質(zhì)板巖(泥巖)中，表現(xiàn)出明顯的層控特點(diǎn)，故黑色巖系是重要的含礦建造。

對(duì)比全國(guó)黑色巖系有關(guān)礦床發(fā)現(xiàn)[22-30]：

1)與黑色巖系有關(guān)的釩礦化主要分布于深水、富硅有機(jī)質(zhì)的盆地內(nèi)，且礦化體分布與盆地延長(zhǎng)方向一致，呈帶狀分布。

2)賦礦的黑色巖系是海侵序列，具有低緯度區(qū)上升洋流影響的特征。

3)黑色巖系的沉積和成礦序列反應(yīng)了他們都是形成于不同程度的缺氧環(huán)境中。

微量元素的比值能反應(yīng)地層沉積環(huán)境[31-32]，由于釩在還原的酸性條件下(典型的靜海盆地中)，V4+最穩(wěn)定，而鎳的溶解度不受氧化還原條件的影響，在靜海缺氧環(huán)境中V/(V+Ni)值>0.5，氧化條件下，該比值<0.4[33]。在全區(qū)水系沉積物樣品中有80件寒武系干溝組樣品，其V/(V+Ni)為0.65～0.94，平均值為0.81，表明其沉積時(shí)為缺氧環(huán)境；

V和Cr的地球化學(xué)性質(zhì)有較大區(qū)別，V3+多與自身有機(jī)質(zhì)有關(guān)，而Cr3+多吸附在陸源黏土上，不受氧化還原條件的影響，所以V/Cr值也可以反映古環(huán)境的氧化還原條件，比值越大表明缺氧越嚴(yán)重。Krejei-Graf(1964)和Dill(1986)提出V/Cr值<2時(shí)表示氧化環(huán)境[34-36]，>2時(shí)表示缺氧環(huán)境。研究區(qū)80件寒武系干溝組樣品V/Cr值為1.21～11.93，平均比值為2.64，其中31件樣品的V/Cr值<2，表明其成巖環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，總體上為缺氧的還原環(huán)境。

4)黑色巖系的礦床成因多為生物或生物化學(xué)沉積成因[30]、海底熱水(噴流)沉積成因、后期熱液疊加改造成因。

4 釩礦找礦潛力分析

4.1 蒿子店—王家溝一帶找礦潛力分析

蒿子店—王家溝一帶含釩巖系分布于關(guān)家溝背斜的北西翼，呈NE向展布，在該地區(qū)的水系沉積物測(cè)量結(jié)果顯示，V、Mo、Ba、Ag、Cu等元素異常套合較好(圖3、表4)，異常展布方向與地層走向高度吻合，各元素異常強(qiáng)度高，規(guī)模大，異常具有很好的組分分帶和濃集分帶，異常面積8.2 km2，其中V元素最大值為1425×10-6，平均值581×10-6，異常規(guī)模達(dá)到42.07。含礦地層為寒武系干溝組，巖性為硅質(zhì)巖、炭質(zhì)板巖(泥巖)，干溝組地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)較為復(fù)雜，局部層間褶皺及斷層極為發(fā)育，構(gòu)造樣式反映當(dāng)時(shí)為擠壓應(yīng)力狀態(tài)。

在異常檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在V異常高值點(diǎn)附近采集的化學(xué)樣V2O5的品位為0.11%～0.54%，厚度為0.8～3.5 m，礦化不均勻，含礦巖性為炭質(zhì)板巖(泥巖)，炭質(zhì)板巖(泥巖)總厚度為30～65 m，延伸較好，故推測(cè)區(qū)釩礦找礦潛力較好。

4.2 郭家壩一槐樹村一帶找礦潛力分析

郭家壩—槐樹村一帶含釩巖系為蒿子店—王家溝西延段上，含礦地層同樣是寒武系干溝組，該地區(qū)分散流異常較好，異常呈條帶狀分布(圖4、表5)，異常面積為6.13 km2。異常元素組合為Ag、Ba、V、Mo、Cu等，異常套合好，各元素異常強(qiáng)度高，規(guī)模大，異常具有很好的組分分帶和濃集分帶，其中V元素最大值為1283×10-6，平均值為698.4×10-6，異常規(guī)模達(dá)到50.88。

在異常檢查過(guò)程中，局部顯示釩礦化，在異常區(qū)內(nèi)采集化學(xué)樣3件，V2O5的品位為0.11%～0.13%，反映弱礦化。結(jié)合異常區(qū)地球化學(xué)特征及地質(zhì)特征，初步推測(cè)該異常區(qū)釩礦成礦潛力較好。

圖3 蒿子店—王家溝一帶異常剖析圖Fig.3 Comprehensive map of element anomalies in Haozidian-Wangjiagou area1—第四系黃土 2—第四系洪積物 3—志留系石坊群 4—寒武系干溝組 5—震旦系臨江組 6—震旦系關(guān)家溝組 7—整合接觸 8—平行不整合 9—逆沖推覆斷層 10—綜合異常

表4 蒿子店—王家溝一帶綜合異常統(tǒng)計(jì)Table List of comprehensive anomalies in Haozidian-Wangjiagou area

5 結(jié)論

1)石坊—臨江一帶寒武系干溝組黑色巖系呈NE向展布，1∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量成果表明，除Ag、Mo異常外，還有V元素表現(xiàn)為強(qiáng)分異、強(qiáng)富集地球化學(xué)特征。

2)石坊—臨江一帶寒武系干溝組黑色巖系是釩礦化主要賦存地層，表現(xiàn)出明顯的層控特點(diǎn)。所代表的成巖環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，總體上為缺氧的還原環(huán)境。

3)研究區(qū)石坊—臨江一帶寒武系干溝組黑色巖系具有較好的找礦潛力，現(xiàn)階段以蒿子店—王家溝一帶、郭家壩—槐樹村一帶釩礦的找礦潛力表現(xiàn)較佳。

圖4 郭家壩—槐樹村一帶異常剖析圖Fig.4 Comprehensive map of element anomalies in Guojiaba-Huaishucun area1—志留系石坊群 2—寒武系干溝組 3—震旦系臨江組 4—整合接觸 5—平行不整合 6—逆沖推覆斷層 7—綜合異常

表5 郭家壩—槐樹村一帶一帶綜合異常統(tǒng)計(jì)Table 5 List of comprehensive anomalies in Guojiaba-Huaishucun area