湖北省安陸市煙棵沖釩礦床地質(zhì)特征及其成因分析

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(dāng)今社會經(jīng)濟發(fā)展中需求量很大且應(yīng)用廣泛,如鋼鐵、合金、化工以及航天等領(lǐng)域[1-3];釩還是許多工業(yè)國家重點關(guān)注和爭奪的資源,已被部分國家列為關(guān)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(guān)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(jié)合對該礦區(qū)的野外地質(zhì)調(diào)查工作,力圖總結(jié)煙棵沖釩礦床地質(zhì)特征及成因類型、找礦標(biāo)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(gòu)造位置屬于秦嶺—大別造山帶(I)秦嶺弧盆地(I1)武當(dāng)—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(jié)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(gòu)造發(fā)育,以緊密的線型褶皺為主,其次為斷裂構(gòu)造。褶皺構(gòu)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(fù)式褶皺及回龍店背斜等,其中云林寺復(fù)式褶皺中的煙棵沖倒轉(zhuǎn)向斜為礦區(qū)的控礦構(gòu)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(guān)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(fù)式褶皺的影響,礦區(qū)地層褶皺變形強烈,總體構(gòu)造線方向與襄樊-廣濟斷裂、云林寺復(fù)式褶皺帶構(gòu)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(rèn)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(gòu)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(rèn)為,該巖層含礦性較好,釩、鉬的含量呈正相關(guān)關(guān)系,局部的釩、鉬已達到一般工業(yè)指標(biāo)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(jié)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(jié)果表明,(含碳)硅質(zhì)板巖、含磷結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(guān)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(biāo)高為357.8 m,最低標(biāo)高為208.73 m;鉆孔控制最深標(biāo)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(gòu)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(jié)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(jié)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(jié)核硅質(zhì)板巖型,泥質(zhì)板巖型釩礦石次之。

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

表3為礦石化學(xué)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(jié)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(xué)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(jié)核硅質(zhì)板巖及硅質(zhì)巖,兩者成漸變過渡關(guān)系,其邊界僅依據(jù)通過野外取樣、化驗分析等工作詳細(xì)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(xué)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(biāo)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(guān)系[10];

與黑色巖系有關(guān)的釩礦普遍認(rèn)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(xué)者統(tǒng)計認(rèn)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(guān)。

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(dāng)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(jì)至寒武紀(jì)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(chǔ),礦區(qū)含礦層中(含碳)硅質(zhì)-含磷結(jié)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(fù)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(jié)核層共生,指示釩礦床的形成和生物沉積密切相關(guān)。

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(rèn)為煙棵沖釩礦區(qū)成因類型應(yīng)屬于海相熱水(噴氣)和生物化學(xué)沉積相互作用沉積型層控礦床。

3.2 找礦標(biāo)志

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

(1)釩(鉬)礦體嚴(yán)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(biāo)志。

(2)碎裂狀硅質(zhì)(板)巖、磷結(jié)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(biāo)志。

(3)釩礦的富集與泥質(zhì)、含磷結(jié)核、碳質(zhì)的含量關(guān)系密切,一般來說含磷結(jié)核、泥、碳質(zhì)增多,釩含量也相應(yīng)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(xué)找礦標(biāo)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(jié)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(guān)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(rèn)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(jié)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(xué)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(lǐng)導(dǎo)、首席專家劉興平、區(qū)劃負(fù)責(zé)人周新琪、中國地質(zhì)大學(xué)(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(dǎo)和幫助,在此一并表示衷心的感謝!