湖北省安陆市张家湾钒钼矿床地质特征、成因探讨及找矿方向

陈　炜, 周文平, 周仁君, 王　彤, 贺慧艳, 宋志强, 方　明

(1.中国地质大学 地球科学学院,湖北 武汉　430074; 2.湖北省鄂东北地质大队,湖北 孝感　432100)

0　引言

寒武纪黑色岩系含有磷、钒、钼、镍等丰富的矿产,该时期的黑色岩系一直是地学界关注的找矿标志层位之一,前人只注重该地层中钒矿和磷矿床的研究,但是对该层位的钒钼矿床研究较少。湖北省安陆市张家湾钒钼矿是近年来在勘查钒矿时新发现的钒钼矿床,开展钒钼矿床的特征、成因及找矿方向研究,是为寻找区域上更多的大型钒钼矿床,以进一步指导勘查和综合开发利用本地区中钒钼矿产资源。

1　区域地质背景

矿区位于襄广断裂带北侧,属秦岭—大别造山带(一级构造单元Ⅰ)、秦岭弧盆地(二级构造单元Ⅰ1)、武当—随南逆冲带(三级构造单元Ⅰ1-1)、随南陆缘裂谷(四级构造单元Ⅰ1-1-3)之南缘部位[1](见图1)。区域上以紧密的线型褶皱为主,断裂构造总体上呈北西向展布。

矿区属秦岭—大别成矿区,是随州南部地区V、Cu、Ag、Pb、Zn、Ba地球化学富集带的分布区。区内震旦纪、寒武纪地层广泛分布,层控型矿床较多,沿其走向北西方向有青峰寨大型钒矿及磷矿等矿床;沿其走向南东方向有中型钒矿及众多重晶石矿等,但是对钒钼矿找矿方向的研究最近几年才引起地质科学界人士的重视。

矿区区域出露地层主要有震旦纪陡山沱组、灯影组,寒武纪杨家堡组、庄子沟组、双尖山组、立秋湾组,白垩纪及第四纪地层。其主要构造线方向与襄—广断裂大致平行,呈北西向展布。

图1　研究区大地构造位置图

早震旦世陡山沱组(Z1d)主要岩性特征为由钙质千枚岩、千枚状板岩夹泥质灰岩组成,有时夹透镜状厚层结晶白云岩。晚震旦世灯影组(Z2dn)岩性主要由灰色中厚层状结晶灰岩、浅灰色厚层状微晶白云岩组成,偶夹薄层燧石。

早寒武世地层(∈1)主要岩性为中厚层、厚层硅质岩;中部为黏土质板(页)岩、硅质板岩、含磷结核及钒矿层;碳质板岩。该组地层含碳硅质板岩中普遍含钒,是区域性含钒钼矿的主要层位。

区域构造主要为褶皱构造,其次为断裂构造。

褶皱构造由多个平行的紧密褶曲组成,主要为背斜和向斜相间排列。总体轴线305°～325°,呈北西—南东向展布。

断裂构造按其展布方向,可分为北西向和北东向两组断裂。北西向断裂多平行褶皱轴展布,其规模一般2～3 km,长的约5 km,其性质多具张扭性特征;北东向断裂多近似垂直北西向断裂或褶皱轴面展布,规模较小,一般长300～500 m,多具平移断层特征。

区域上岩浆岩不发育,仅见有少量的变辉绿岩脉。

2　矿区地质

2.1　地层

矿区出露地层主要有震旦纪陡山沱组、灯影组,寒武纪杨家堡组、庄子沟组、双尖山组、立秋湾组及第四纪地层(见图2)。其中寒武纪杨家堡组和庄子沟组是钒钼矿赋存的主要层位。

图2　张家湾钒钼矿矿区地质略图

陡山沱组(Z1d)分上、下两个岩段：下段主要由钙质千枚岩、千枚状板岩夹泥质灰岩组成;上段为钙质板岩、结晶泥质灰岩、薄—中层状泥质灰岩、含碳灰岩,局部夹透镜状厚层结晶白云岩。

灯影组(Z2dn)主要岩性为碳酸盐岩建造。岩性特征为：灰色中—厚层状结晶灰岩,浅灰色厚层状微晶白云岩,硅质结核较发育,偶夹薄层燧石。

寒武纪杨家堡组(∈1y)主要岩性为灰黑色中厚层—厚层硅质岩、硅质板岩,是钒钼矿的重要层位。

寒武纪庄子沟组(∈1zh)岩性主要有黏土质板(页)岩、含碳硅质板岩、含碳硅质板岩夹黏土岩、黏土岩、含磷结核硅质板岩等。该组地层中含碳硅质板岩、含碳硅质板岩夹黏土岩、黏土岩普遍含钒,是区域性的含钒矿层位，也是本矿区含钒钼矿层位。

寒武纪双尖山组(∈1shj)岩性为灰、灰黑色碳质板岩。

寒武纪立秋湾组(∈2-3l2)下段主要岩性为灰黄、灰色薄层泥灰岩、泥质条带灰岩、薄层结晶灰岩。上段主要岩性为钙质灰岩,夹中—薄层状含碳质泥质灰岩。

第四纪地层(Q4)主要为冲、洪积物,残、坡积物,由砂质黏土、砂砾石、黏土质板岩碎块、硅质板岩碎块等组成。

2.2　构造

矿区地层褶皱变形强烈,总体形迹表现为轴面走向北西—南东向的紧密线性褶皱。伴随褶皱变形,形成一系列断面向北东、南西倾的走向断层和北东—南西向的平推断层。

矿区位于云林寺复式褶皱的中部,主要为张家湾倒转向斜,该倒转向斜轴线在地表略为弯曲,轴向305°～320°,总体上呈北西—南东向展布,轴面倾向北东,倾角在55°～65°变化。在矿区内出露长4.8 km,南东较开阔。其核部为寒武纪双尖山组地层,两翼地层分别为寒武纪庄子沟组、杨家堡组及震旦纪灯影组。北东翼地层倒转,由于断层破坏,使得北东翼地层不对称。

矿区断裂构造较为发育,可分为前期北西向和后期北东向两组断裂。以北西向断裂为主,多表现为层间滑脱性质,造成了矿区地层的重复;北东向—北北东向断层规模均较小,多表现为平移断层,造成了矿区地层的错位。

2.3　岩浆岩

矿区内岩浆岩不发育,仅在震旦纪灯影组(Z2dn)与寒武纪杨家堡组(∈1y)之间侵入有一条变辉绿岩岩脉。岩脉长约3 080 m,宽约30 m左右,平行层理侵入。岩石一般为灰绿色,风化后为黄绿色,由普通辉石和钠长石组成。由于变质作用,其钠长石常被绢云母、黝帘石取代,辉石常被黑云母、阳起石取代。

2.4　围岩蚀变

矿区岩石主要蚀变有：弱硅化、绿泥石化、绢云母化、钒云母化、磁铁矿化、黄铁矿化、黄铜矿化、钒钼铅矿化、碳酸盐化及绿帘石化等。与钒、钼矿化相密切的蚀变为钒云母化、钒钼铅矿化、磁铁矿化及硅化。

3　矿体地质特征

3.1　矿带特征

本矿区分为Ⅰ号钒钼矿层和Ⅱ号钒矿层(图3)。Ⅰ号钒钼矿层主要赋存于寒武纪杨家堡组(∈1y)中上部,杨家堡组自老至新岩性为：灰黑色厚层状硅质岩(10～25 m)—深灰色硅质(板)岩(3～5 m)—灰黑色中层状硅质岩(5～12 m)。钒钼矿主要赋存于深灰色硅质(板)岩中。

Ⅱ号钒矿层产于下寒武纪庄子沟组下段(∈1zh1),该段岩性从老至新为(含碳)硅质板岩(3～7 m)—含磷结核硅质板岩(1～3 m)—硅质板岩与泥质板岩互层(1～4 m)。

区域寒武纪地层为重要的钒矿和钒钼矿层位。

3.2　矿体特征

本矿区在Ⅰ号钒钼含矿层圈定2个钒钼矿体和1个钒矿体;Ⅱ号钒钼矿层圈定2个钒矿体和3个钒钼矿体。

Ⅰ-1号钒钼矿体控制长>1 750 m,矿体厚度0.92～2.28 m,平均1.54 m,其变化系数为47.29%,倾向北东43°～45°,倾角55°～70°,矿体产状与地层一致。矿石类型主要为硅质板岩、泥质硅质板岩。岩中V2O5品位0.54%～0.960%,平均品位为0.71%,变化系数为66.46%;Mo品位0.035%～0.089%,平均品位为0.052%。变化系数为32.66%。

图3　张家湾钒钼矿区矿体分布示意图

Ⅰ-2号钒钼矿体控制长>300 m,矿体厚度0.87～1.27 m,平均1.05 m,其变化系数为57.48%,倾向北东43°～45°,倾角73°,矿体产状与地层一致。矿石类型主要为含碳质硅质板岩、泥质硅质板岩。V2O5品位0.55%～1.41%,平均品位为0.75%;Mo品位0.021%～0.093%,平均品位为0.033%。变化系数为157.27%。

Ⅰ-3号钒钼矿体控制长>600 m,矿体厚度1.02～2.35 m,平均2.35 m,其变化系数为34.30%,倾向北东20°～46°,倾角65°～67°,属厚度稳定型矿体。矿石类型主要为含碳质硅质板岩、泥质硅质板岩。岩中V2O5含量0.51%～0.59%,平均品位为0.55%;Mo品位0.11%～0.12%,平均品位为0.12%。变化系数为66.46%。

Ⅱ-1号钒矿体控制长2 350 m,矿体厚度0.98～3.65 m,平均2.21 m,其变化系数为35.45%,倾向北东37°～42°,倾角50°～70°,属厚度稳定型矿体。矿石类型为硅质板岩、泥质硅质板岩、含磷结核硅质板岩。V2O5品位0.54%～1.22%,平均品位0.751%,品位变化系数21.36%;其中Mo含量0.014%～0.034%,平均0.015%。

Ⅱ-2号钒钼矿体控制长>850 m,矿体厚度1.36～7.65 m,平均2.87 m,其变化系数为77.4%,倾向北东42°～43°,倾角60°～73°,矿体产状与地层一致。矿石类型主要为硅质板岩、含磷结核硅质板岩。V2O5品位0.55%～0.97%,平均品位为0.75%;Mo品位0.02%～0.042%,平均品位为0.033%。变化系数为73.10%。

Ⅱ-3号钒钼矿体控制长2 100 m,矿体厚度0.99～9.98 m,平均3.98 m,其变化系数为80.17%,倾向北东37°～42°,倾角65°～80°,矿石类型为含碳硅质板岩、泥质硅质板岩、含磷结核硅质板岩。V2O5品位0.54%～1.17%,平均品位0.80%,变化系数为29.06%;伴生Mo含量0.014%～0.053%,平均品位0.031%,变化系数121.32%。

Ⅱ-4号钒钼矿体控制长1 020 m,矿体厚度0.69～4.24 m,平均1.91 m,其变化系数为35.45%,倾向南西37°～42°,倾角47°～75°。矿石类型为硅质板岩、泥质硅质板岩、含磷结核硅质板岩。V2O5品位0.59%～1.96%,平均品位1.74%,品位变化系数33.12%。伴生Mo品位0.012%～0.12%,平均品位0.042%,品位变化系数181.32%。

Ⅱ-5号钒矿体控制长1 350 m,矿体厚度0.88～4.92 m,平均1.72 m,其变化系数为60.78%,倾向南西30°～37°,倾角50°～74°,矿石类型为硅质板岩、含磷结核硅质板岩。V2O5品位0.43%～2.55%,平均品位1.18%;伴生Mo品位0.015%～0.049%,平均品位0.02%。品位变化系数137.49%。

4　矿石特征

4.1　矿石类型及结构构造

矿石按自然类型可分为硅质板岩、含碳质硅质板岩、含磷结核硅质板岩、泥质硅质板岩矿石4大类型。

硅质板岩型矿石岩石为深灰色,隐晶质结构、变余结构,块状及板状构造。主要矿物由硅质(>85%)、泥质(10%)、碳质(<3%)组成。硅质以隐晶质石英为主,玉髓、蛋白石少量。

含碳质硅质板岩型矿石呈灰黑色、灰—深灰色。隐晶质结构,板状构造。主要矿物由硅质(75%)、泥质(15%)、碳质(3%～10%)组成。

含磷结核硅质板岩为灰—深灰色,地表显褐灰色。隐晶结构,块状、结核状构造。岩石含磷硅质结核占量约15%～30%,呈椭球体状、浑圆球体状,大小悬殊,直径在0.2～8 cm,以2～4 cm者为主;基质成分以硅质为主,含有泥质、粉砂质及少量碳质。

泥质硅质板岩型矿石为灰黑色,风化后显灰黄色,具变余泥质结构,薄板状构造。主要矿物由泥质(>75%)、粉砂质(10%)、碳质(3%～5%)及硅质等组成,矿石具明显的黄铁矿化,此类矿石常以薄夹层的形式与硅质板岩互层。

4.2　矿物成分

组成上述矿石矿物的主要有：钒云母、钒钼铅矿及少量钒铁矿、辉钼矿、黄铁矿等,从野外观察及镜下鉴定结果显示,含钒矿的矿物以钒水云母为主,钒铁矿次之。含钒硅质岩中的矿物成分主要是石英和玉髓 ,占76%～90%,碳、泥质8%,含钒水云母1%～2%,极少量的高岭石及微量磷灰石、黄铁矿等。

组成上述矿石的脉石矿物主要有：硅质、泥质及粉砂质,含少量碳酸盐矿物。硅质中以蛋白石、隐晶质—微晶石英为主;泥质矿物以水云母及绢云母、绿泥石为主;粉砂质矿物主要为长石、石英等。

本矿区中含钒矿物较简单,主要以含钒水云母为主(占80%以上),钒钼铅矿次之,其它含钒矿物少见。较新鲜含钒水云母为鳞片状，主要沿岩石裂面及岩石板理面(或变余微层理面)分布;钒钼铅矿为浅灰色自形粒状—半自形粒状,呈稀疏的星点状散布。V2O5则主要以吸附状和类质同象两种状态产于黏土矿物和硅质矿物中。

钼矿物以钒钼铅矿为主,见少量辉钼矿,多呈吸附状态赋存于黏土矿物中。

4.3　化学成分

岩石化学成分见表1,主要成分:SiO2(75.73%～96.62%),Al2O3(0.24%～9.71%) ,TFe(0.33%～1.71%),P2O5(0.03%～7.96%),CaO(0.32%～11.10%),MgO(0.09%～1.37%),K2O(0.11%～2.16%),Na2O(0.01%～1.10%),P2O5(0.013%～7.96%),MnO(0.003%～0.028%),TiO(0.03%～0.61%)等。其中微量元素:Cr 46.3×10-6～102.3×10-6,Ni 8.5×10-6～58.8×10-6,Ti 192.7×10-6～4 405.0×10-6,根据矿石中化学成分特征分析,其钒钼矿富集可能主要与硅质、磷质和黄铁矿等有关,其次为黏土矿物。

5　矿床成因及找矿标志

5.1　矿床成因

前人对寒武纪黑色岩系成因认识各不相同,主要有以下几种观点：

王廷臣等[2-3]认为钒主要来源于前寒武纪地层,尤其是区内的超基性和基性等含钒岩石,在震旦纪末期,地壳隆升后这些岩石经受了较长期风化剥蚀,随后搬运到海槽中沉积形成钒矿床。

卢衍豪[4]及姜月华等[5]人认为分布于湖北省境内的寒武纪黑色岩系形成于震旦纪晚期—早寒武世构造拉张背景下的深水斜坡区,长期处于被动大陆边缘,特别是在扬子区及其两侧深水斜坡发育,矿床具有微生物成矿与海底热水沉积双重特征,成因应属生物地球化学沉积矿床范畴。

而翟裕生等[6]认为本区主要有两大成矿系列,沉积成矿系列(以古生代沉积建造为主)和岩浆成矿系列(以燕山期为主)。岩浆成矿系列已发现有斑岩型金矿、金铜矿点等,沉积成矿系列有钒矿、磷矿及非金属矿等。

表1　矿石化学全分析结果一览表

赖群生等[7]等认为寒武纪早期海侵时,地壳持续缓慢沉降,具有较稳定的沉积环境,形成了一套厚度不大的含钒、磷的硅质、泥质、有机质—钙镁质碳酸盐岩沉积,钒矿床属滨海—浅海沉积型层控矿床。

本次通过野外工作认为,本测区为海底热水喷射沉积成矿系列,该区钒钼矿为海相热水和微生物成矿相互作用沉积矿床。含钒钼岩系的岩(矿)石化学分析结果(表1)表明，主要化学成分为SiO2、Al2O3和全铁,其它成分一般均低于1%,并以高MgO、CaO 和P2O5为特征,比较接近于古代热水(喷气)沉积岩的化学成分,而MnO、Na2O等的氧化物含量与生物成因的硅质岩较接近。其化学成分的特征值Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti、I/(AI+Fe+Mn)值介于热水(喷气)沉积与生物成因岩石之间。钼钒存在于碳质泥岩中,这种含钼钒高的碳质泥岩与含碳硅质岩组合,特别是硅质岩的产出,为热水沉积成矿作用在岩石学上的标志[8]。

湖北安陆境内所有沉积型钒钼矿床皆赋存于寒武纪地层黑色岩系中.寒武纪地层在省内广泛分布,以鄂西北、鄂北地区出露较为完整,其岩性横向变化较大,沉积类型多样。

在泥质板岩型矿石中,钒钼主要以离子吸附状态存在于黏土矿物中;在条带硅质岩型矿石中,钒主要以类质同象赋存于水云母中。钒钼矿的形成和含碳硅质岩、泥岩同时沉积而成。寒武纪地层凡有硅质岩和泥岩的存在,即有钼钒矿的赋存。

综上所述,本测区钼钒矿床属海相热水(喷气)和生物成矿相互作用沉积型层控矿床。

5.2　找矿标志

本区经过多年的地质勘查总结,其钼钒矿找矿标志主要有如下四个方面：

(1) 地层标志钒钼矿严格受寒武纪黑色岩系地层底部含碳硅质板岩、含碳硅质板岩夹黏土岩、黏土岩层位控制,凡有含碳硅质板岩、含碳硅质板岩夹黏土岩出露的地段,或多或少均能圈出一定规模的矿体。

(2) 岩石标志含碳硅质板岩、含碳硅质板岩夹黏土岩组合地段往往是矿化富集部位。

(3) 构造标志多为向斜构造地段,寒武纪黑色岩系硅质板岩，硅质板岩夹黏土岩的层间滑动、挤压揉皱及碎裂处,矿化较为富集。

(4) 地球化学标志区域上在寒武纪地层中有众多的V、Pb、Zn、Mo、Hg、Ag异常,其中以V、Mo等为主的综合异常,寒武纪黑色岩系底部分布广泛,延伸稳定,故找矿潜力巨大。

6　找矿方向

区域上寒武纪黑色岩系是钼钒矿找矿的前提;在本地区张家湾的北西向响水台和南东部云林寺一带,有寒武纪杨家堡组和庄子沟组出露,且以V、Mo为主的综合异常地段,其地质特征与张家湾矿区相似,经过勘查工作,已发现了多个可供开发利用的钒矿区,显示了该复向斜区域具有良好的找矿潜力,应加强深部勘探找矿工作。

参考文献：

[1]夏天齐,等.湖北省安陆市烟棵冲普查报告[R].孝感：湖北省鄂东北地质大队,2013.

[2]王廷臣,等.河南省内乡范沟—淅川西簧寒武系底部钒矿初步普查地质报告[R].南阳：河南第四地质调查队,1982.

[3]王廷臣,等.河南省淅川县锁河口—余家庄钒矿区详细普查地质报告[R].南阳：河南第四地质调查队,1986.

[4]卢衍豪.中国寒武纪沉积矿产与“生物—环境控制论[M].北京:地质出版社,1979:3-57.

[5]姜月华,岳文淅,业治铮.华南下古生界缺氧事件与黑色页岩及有关矿产[J].有色金属矿产与勘查,1994,3(5):272-278.

[6]翟裕生,姚书振,周宗桂,等.长江中下游铜、金矿床、矿田构造[M].武汉:中国地质大学出版社,1999:20-100.

[7]赖群生,江和中,杨士辉,等.河南省淅川县后湾钒矿床地质特征、矿床成因及找矿方向[J].华南地质与矿产,2008(1):24-28.

[8]蒙永松,甘琴,郑援.广西上林钒矿成矿期古地理及矿床成因浅析[J].南方国土资源,2009(11)：18-20.