湖南张家界市三岔镍钼矿成矿地质特征

2011-01-22贺令邦杨绍祥

中国矿业 2011年7期

关键词：炭质硅质钼矿

贺令邦，杨绍祥

(湖南省地质矿产勘查开发局405队，湖南吉首 406007)

张家界市三岔镍钼矿位于湖南省张家界市永定区三岔乡、西溪坪乡境内。目前，通过开展普查地质工作，发现6个镍钼矿体，探明资源量达中型规模。本文旨在对三岔镍钼矿床地质特征和成矿的岩相古地理环境进行分析探讨，为区域同类型矿床找矿及勘查评价提供依据。

1 成矿地质背景

张家界市三岔镍钼矿位于位于上扬子地块东南缘的武陵山弱变形带，天门山向斜北东端。三岔镍钼矿与汪家寨、杆子坪、大坪、小坪等地镍钼矿相邻，是湖南省镍钼矿主要分布区之一。三岔镍钼矿产于寒武系下统牛蹄塘组黑色炭质页岩底部，为典型的沉积矿床。

2 矿区地质

2.1 地层岩性

区内地层产状平缓，倾角北西翼地层倾角5°～10°，南东翼地层倾角10°～15°。

元古界五强溪组：灰黄色厚层状石英砂岩、夹灰绿色条带砂质板岩、板岩。厚度大于50m。

震旦系下统南沱组：灰绿色含砾泥砂岩、含砾泥岩，岩石层状构造不发育，分选性极差；由砾石、泥、砂混杂组成。砾石成分主要为石英砂岩。砾石直径一般在1～3cm，有圆度；为次圆状，厚度大于30m。

震旦系上统陡山沱组：灰色薄至中厚层灰岩、泥质灰岩、夹灰色钙质页岩，中部有一层深灰色钙质页岩夹泥灰岩、灰岩。厚度在190m左右，与下伏震旦系下统南沱组假整合接触。

震旦系上统灯影组：以一套浅灰色白云岩为主要特征，厚度140m左右。与下伏震旦系上统陡山沱组整合接触。

寒武系下统牛蹄塘组：黑色炭质页岩夹黑色粉砂质炭质页岩，下部15m夹黑色硅质炭质页岩、白云质炭质页岩，间夹黑色炭泥质硅质岩。风化后呈灰白色。岩石中炭质含量从下往上有降低的趋势。底部为一层黑色硅质磷块岩或硅质岩，厚度10～40cm。硅质磷块岩或硅质岩之上有一层黑色含硅质磷结核炭质页岩，炭质页岩中含白云质粉砂、硅质、磷质等，厚度0.5m左右，磷结核为圆状，直径在1～5cm，含量在10%～30%。是镍钼矿的主要含矿层。本组厚度40～65m左右。与下伏震旦系上统灯影组整合接触。

寒武系下统石牌组：上部灰绿色、灰色页岩，夹钙质页岩、泥质灰岩、顺层透镜状灰岩，风化后黄绿色、灰黄色，碎片状。厚度在110m左右。下部灰绿色、灰色页岩，夹灰黑色页岩，底部20m范围内夹2～3层灰色岩屑细砂岩、粉砂岩，风化后呈黄色、灰黄色，厚度0.3～0.8m。厚度在70m左右。本组厚度在180m左右。与下伏寒武系下统牛蹄塘组整合接触。以最下一层细砂岩以及岩石颜色为分层标志。

寒武系下统清虚洞组：灰色-深灰色薄至中厚层状粉晶云岩、钙质页岩夹灰色薄层状灰岩、纹层状泥质灰岩、中厚层状泥晶灰岩、薄层状泥晶灰岩。厚度300m。

寒武系中统敖溪组：仅见下部约50m厚度，由一套深灰色-灰黑色钙质页岩组成。与下伏地层寒武系下统清虚洞组整合接触。

2.2 矿区构造

2.2.1 褶皱

矿区地处湘西帚状弧形构造带北东收敛端，属于区域性天门山向斜北东扬起端。矿区范围次一级褶皱明显，从西往东分别有：

①松木湾-桐木山向斜：轴向约35°，微向北东扬起，扬起角6°～7°，轴面微向SE倾斜。北西翼地层倾向S，倾角5°～10°左右，南东翼地层倾向SW，倾角8°～12°。两翼最老地层为震旦系上统陡山沱组，轴部最新地层为寒武系中统敖溪组。两翼地层完整连续。

②池塌-汪家山背斜：轴向35°～45°，微向北东扬起，轴面微向SE倾斜。北西翼地层倾向SW，倾角8°～12°，南东翼地层倾向S，倾角5°～10°。两翼最新地层北西翼寒武系中统敖溪组，南东翼为寒武系下统清虚洞组，轴部最老地层为震旦系上统陡山沱组。两翼地层完整连续。

③轿顶山-茶场向斜：轴向约65°，轿顶山以南轴向逐渐往南偏转为35°，微向北东扬起。北西翼地层倾向基本为正S，倾角5°～10°左右，南东翼地层倾向为NW，倾角8°～15°。两翼最老地层为震旦系上统灯影组和陡山沱组，轴部地层为寒武系下统清虚洞组。

2.2.2 断裂

矿区主要断层有两条：

庄家峪断层：分布在矿区北西角，庄家峪-两岔一带；主要切割地层为震旦系上统灯影组和陡山沱组，发育挤压褶皱破碎带；主要见尖梭褶皱和破碎岩，破碎岩中见炭质镜面，挤压褶皱破碎带宽度10～20m。断层走向NEE，倾向约170°，倾角65°～85°。断层面呈舒缓波状，北盘上升，南盘下降。

三岔断层：分布在矿区南东部，银杏溪-三岔-郭家溪。主要切割地层为震旦系上统灯影组、陡山沱组，震旦系下统南沱组以及板溪群五强溪组。断层规模较大，南沱组地层只有零星分布，个别地段已经缺失。有两个破碎面，一个破碎面在板溪群与震旦系之间，另一个面在震旦系上统灯影组、陡山沱组和南沱组之间，在地表走向上有明显的分支复合现象。断层破碎带不发育。断层走向50°～60°，倾向NW，倾角大概40°～50°

3 矿床地质

3.1 含矿岩层特征

矿层产于寒武系下统牛蹄塘组底部，最底部是黑色硅质磷块岩或硅质，往上是一层厚度约0.5m黑色含硅质磷结核炭质页岩，再往上为黑色炭质页岩。其中黑色含硅质磷结核炭质页岩是镍钼矿的主要含矿层位。

含矿岩层的岩性组合从下往上：

①白云岩：为矿层底板岩层。

②硅质磷块岩、硅质岩：严格地讲，应该是两层，硅质磷块岩是上层，民间采矿者称为“磷矿”，开采镍钼矿时部分可以回收，磷矿层较稳定，但厚度薄，一般在0.1～0.4m,由西往东厚度有变薄的趋势，P2O5含量一般在10%～30%。大部分含镍钼,但品位不高，Mo含量在0.1%以下。

③含磷结核白云质炭质页岩：本层是矿区镍钼矿的主要含矿位置，磷结核的直径1～5cm，呈园状或扁园状，厚度比较稳定，一般在0.3～0.6m之间。

④白云质炭质页岩：在结核层之上，岩石层纹平直，白云质含量高者可定为含炭质泥质白云岩。

3.2 矿体特征

镍钼矿体呈层状产出，产状与岩层产状一致，以钼为主，镍伴生。根据工程控制程度和矿体的连续性，将层状镍钼矿体划分为六个矿体：

Ⅰ号矿体：矿体控制长度1190m，控制倾向宽度250～850m，厚度0.87～0.95m，品位Ni 0.258%～0.398%，Mo 0.386%～0.666%。Ⅱ号矿体：矿体控制长度1230m，控制倾向宽度240～360m，厚度0.92～1.25 mm，品位Mo 0.148%～0.198%。Ⅲ号矿体：矿体控制长度3050m，控制倾向宽度110～430m，厚度0.81～1.06m，品位Ni 0.12%～0.373%，Mo 0.14%～0.315%。Ⅳ号矿体：矿体控制长度970m，控制倾向宽度93～450m，平均厚度0.87m，平均品位Ni 0.159%，Mo 0.166%。Ⅴ号矿体：矿体控制长度890m，控制倾向宽度81～110m，平均厚度0.96m，平均品位Ni 0.196%，Mo 0.341%。Ⅵ矿体：矿体控制长度380m，控制倾向宽度30～79m，平均厚度1.17m，平均品位Ni 0.182%，Mo 0.21%。

3.3 矿石成份、结构构造

3.3.1 矿石的矿物成分

主要的矿石矿物有黄铁矿、硫钼矿、二硫镍矿、辉镍矿，次要矿物有砷黝铜矿、针镍矿、辉砷镍矿、黄铜矿、闪锌矿，少见矿物有紫硫镍铁矿、方硫铁镍矿、辉铜矿、黝铜矿、白铁矿、方铅矿、铜兰等。

黄铁矿(FeS2)：有晶粒状和胶状两种，可富集成条带状或透镜状，矿石中含星散分布的黄铁矿，立方晶形发育，含量低，在1%以下。但分布相当广泛，有典型的沉积环境指示意义。

硫钼矿(MoS2)：是矿石中的主要钼矿物，胶状结构，肉眼观察为铁灰色，坚而脆，硫钼矿一般与黄铁矿等紧密共生，与沥青质等混杂，形态一般呈条带状或碎屑状。

二硫镍矿(NiS2)：呈胶状球粒，或球柱集合体，也呈它形晶粒或细脉状,粒度细小,一般在0.05mm以下，与其他镍矿物和黄铁矿连生,也可与其他硫化矿物一起呈斑点状分布在矿石中。

辉镍矿(Ni3S4)：银白色，多数情况下与黄铁矿混在一起而呈黄白色，胶状、球粒状或它形晶粒状，后者粒度细，呈侵染状分布。

脉石矿物有炭泥质类黏土矿物和白云石、胶磷矿，其次是方解石、石英粉砂、重晶石、石英、隐晶石英玉髓、纤维石英、沥青等，再次为电气石、锆石、磷灰石、菱镁矿、萤石等。

黏土矿物：颗粒微细，镜下很难观察到结构，与炭质很难区分，考虑到化学分析碳含量一般在3%～8%之间，因此定为炭泥质。炭泥质是矿石的主要成分，约占总量的50%～90%不等。

白云石：一般以自形、菱形以及它形或不规则粒状存在，晶体细小，其直径大多在0.1mm以下,白云石一般分布于暗色的炭泥质物中。白云石对矿石的硬度影响较大，含量愈高硬度愈大。矿石中的含量在5%～50%之间变化。

胶磷矿：在镜下呈浅黄色、均质，局部有磷灰石晶体。胶磷矿一般具不等粒碎屑结构，碎屑大小在0.2～1mm之间,部分胶磷矿以结核状、透镜状形势出现。胶磷矿在富矿石中的含量1%～10%。

根据各成分的含量变化，主要有以下几种含矿岩石：炭质页岩、白云质炭质页岩、炭泥质白云岩、硅质磷块岩、炭质磷块岩以及夹在上述各类岩石中的磷质结核。

3.3.2 矿石的化学成分

通过对矿区的矿石7个矿石样品分析,矿石主要化学成分是SiO2占总质量的33.3%～58.1%；其次是Al2O3含量5.7%～13.9%；P2O5含量5.4%～12.5%，CaO含量5.2%～10.5%，C含量4%～8%，Fe含量3%～6.2%，S含量2%～5%，MgO含量1%～2.8%。矿石烧失量9.53%～17.61%，易烧失成分较高。

矿石的主要化学成分见表1。

表1 三岔镍钼矿矿石分析结果表

从表1中可以看出，矿区矿石化学成分较稳定。在区域上矿石的化学成分也相对稳定，表1中最后列出相邻的天门山矿区选矿试验样品化学分析结果加以对比，样品为实采混合选矿大样。

3.3.3 矿石类型

炭质页岩型镍钼矿石：黑色，含炭质较高。富矿石可见很细的金黄色、灰色金属矿物，手感重，含炭质特高者；质软、易碎、层纹不发育、有时呈鳞片状特征，金属硫化矿物呈星散状，可见少量磷结核。该类型富矿石厚度较大，一般在20cm以上。是矿区主要富矿石之一。

白云质炭质页岩型镍钼矿石：黑色,层纹平直，含断线状黄铁矿。富矿石可见镍钼矿条带。个别白云质高者为炭质泥质白云岩，块状、质硬、层纹不发育，有少量磷结核，金属硫化矿物呈星散状。矿区富矿石以该类型居多。

含磷结核炭质页岩型镍钼矿石：黑色，较松散，含磷结核较多者；易碎、层纹随结核呈波状弯曲、金属硫化矿物呈斑点状或星散状。该类矿石是矿区内的主要矿石(图1)。

炭质硅质磷块岩型镍钼矿石：黑色，块状，较硬，是矿区内次要矿石，多为贫矿石。

3.3.4 矿层顶、底板

矿层产于牛蹄塘组底部黑色含硅质磷结核炭质页岩中。矿层顶板是黑色炭质页岩，厚度大于20m。直接底板震旦系上统灯影组浅灰色中至厚层状白云岩，厚度大于20m。

图1 含磷结核炭质页岩型镍钼矿石镍钼矿呈灰色、灰色条带，圆状斑点为磷结构

4 镍钼矿伴生元素

在黑色含硅质磷结核炭质页岩与镍钼矿共生的其他元素十分丰富。主要有：V、P、U、稀土、Se、铂族元素(Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os)、S、As、Cd、Cu、Ag等。

4.1 钒(V)

Ni、Mo、V是区内含矿岩层中主要金属成矿元素，它们此消彼长互为共(伴)生组分关系，Ni、Mo共生较稳定，因此在区域上有镍钼矿与钒矿的分带特征。钒主要以分散状态存在，主要分布于水云母与有机质中，硫钼矿含钒也较高。通过对区内已经圈定的Ni、Mo矿体中V2O5化学分析数据随机抽取102个样品进行统计，镍钼矿层的V2O5平均品位0.33%，一般在0.2%～0.5%之间，最高可达1%以上，其含量变化系数83.44%，较稳定。

4.2 磷(P)、铀(U)和稀土

磷有两种存在形式；一种为由胶磷矿组成的磷块岩或硅质磷块岩，在镍钼矿矿层下部，厚度一般0.1～0.4m较稳定,厚度小不够单独圈矿体，P2O5含量11.39%～34.08%,平均含量在25%左右。镍钼含量均很低，一般在万分之几。这一部分磷矿石,可以在矿山生产出窿矿石中经人工手选单独回收。磷的另一种存在形式是以分散的胶磷矿碎屑和结核体、透镜体分布于矿层中，P2O5含量8%左右。

铀和稀土主要以吸附状态含在胶磷矿中，未发现独立矿物存在。因此磷块岩和富矿(金属层)中铀和稀土含量较高。经采样分析矿石样2个：U含量0.014%、0.03%(边界品位0.03%)，分析组合样3个；U含量0.009%、0.037%、0.009%，有综合回收的价值。对邻区天门山43个钻孔进行过放射性测井工作，对不同的岩性进行了大致放射性了解，其结果列于表2。

表2 天门山主要岩矿层放射性强度测量表

通过对天门山分布的磷矿石采样测试，稀土总量0.045%(矿区Y2O3含量0.012%～0.022%), P2O526.44%,U 0.021%～0.025%。

4.3 稀散元素硒(Se)

区内测试了5件样品，其中3件矿层组合样，2件矿石样，Se含量为0.009%～0.037%(工业品位为0.08%)。表3显示了硒和镍含量呈正相关关系。

表3 三岔矿区矿石稀散元素Se与Ni、Mo含量对比表/%

表4 三岔矿区镍钼矿石铂族元素含量化验结果表

4.4 铂族元素

通过8件镍钼矿石及矿石组合分析样品对铂族元素Pt(铂)、Pd(钯)、Rh(铑)、Ir(铱)、Ru(钌)、Os(锇)进行测试结果于表4。从表4中可以看出，铂族元素含量在富矿石(金属层)中明显偏高，特别是铂和钯，说明其与镍钼含量呈正相关关系。

4.5 金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)

在矿区对6件矿石样品进行了测试，含量均较低：Au：0.001×10-6；Ag：5～10×10-6(边界品位50×10-6)；Cu：0.01%～0.05%。

4.6 其他元素硫(S)、砷(As)、(镉Cd)

S：对 7件矿层组合样进行分析，含量0.39%～5.73%不等，平均3%左右。

As：对14件矿层组合样进行分析，含量0.02%～0.1%不等，一般在0.07%左右。

Cd：对14件矿层组合样进行分析，含量5～30×10-6不等，一般在15×10-6左右。

5 矿床形成的岩相古地理环境及找矿标志

5.1 矿床形成的岩相古地理环境

矿床产于寒武系下统牛蹄塘组下部，产出层位稳定，含矿岩层中页理、层纹等沉积构造发育，矿层厚度稳定、有用组分分布较均匀，属于典型的沉积矿床。

关于镍钼钒矿的成矿沉积环境：寒武系下统黑色页岩在我国南方普遍存在，并且指相矿物黄铁矿随处可见，说明从晚震旦世晚期到早寒武世早期，沉积环境是一个由浅海陆棚向较封闭的浅海隔绝盆地的转化过程，有明显的海进特征。这一时期，也应是北东向的保靖-张家界深大断裂活动较为强烈的时期。断裂活动控制了浅海盆地的性质，同时伴随深大断裂的海底矿泉，加大了海洋与地球深处的联系，为成矿物质的运输和富集创造了条件。

关于镍钼矿的成矿条件：①远岸浅海隔绝盆地，陆源物质干扰很小，沉积速度小，有利于成矿物质的富集。②海底矿泉发育，有利于成矿物质的运移。③稳定的低硅质高磷质的还原环境以及适宜的胶体地球化学作用，加强了成矿物质的吸附富集和停留沉淀。

关于镍钼矿的物质来源，有资料表明，湘西及湘西北地区牛蹄塘组底部黑色页岩其镍钼含量均为高背景，有理由相信镍钼的直接来源是来自环境本身。可能的直接来源有：海底矿泉、喷流、火山等。