湖南安化球甲仑钒矿床地质特征及矿床成因探讨

张进富 郑好

摘 要：球甲仑钒矿是在开展1：5万江南、洞市幅区域矿产调查时新发现的一处矿产地。通过估算共获V2O5资源量（334）18.74万吨，达到中型以上规模，在球甲仑及周边地区寻找钒矿潜力巨大。笔者结合野外调查，总结了球甲仑钒矿的地质特征，并对该类型矿床的成矿物质来源、成矿条件、成矿作用等方面进行了分析与研究，探讨了矿床成因机制，总结了成矿模式，指出了区域钒矿的找矿方向。

关键词：矿床地质特征；成矿模式；海底喷气沉积矿床；沉积型钒矿；牛蹄塘组地层；球甲仑

湖南安化江南、洞市地区矿产资源丰富，其中钒矿分布范围最广，规模最大。笔者在对该区域进行矿产调查过程中，新发现了球甲仑钒矿，并对其矿床地质特征及矿床成因进行了初步探讨，认为其远景资源量非常丰富。

1 区域地质背景

球甲仑钒矿床位于扬子地体与华南地体拼贴带北侧，江南地轴之雪峰弧形构造带由北东向东西方向转折部位。

区域经历了多次构造运动，产生了一系列的构造形迹，形成了复杂的构造格局。地壳演化和岩石圈板块运动特点显示经历了武陵、雪峰、加里东、海西—印支、燕山—喜马拉雅几个大的发展阶段。相应造就了武陵（Jx）、雪峰（Qb）、加里东（Nh-S）、海西—印支（D）、燕山（J-K）等五个构造层。区域构造以北东东向及北东向断裂、褶皱发育为特征。褶皱形态主体为开阔—中常型线状或长轴状褶皱。与褶皱方向一致的走向逆断裂发育，断裂常具多期活动特征。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质概况

矿区内地层自青白口系多益塘组（Qb2 d）至奥陶系桥亭子组（O1-2q）均有出露（图1）。总体上为一套陆源碎屑复理石夹硅质、炭泥质沉积，岩石均已浅变质。

寒武系牛蹄塘组底部地层为沉积型钒矿的赋矿层位。该组下部为黑色炭质板状页岩夹灰黑色薄层状硅质岩、硅质页岩；上部为黑色薄层状炭质板状页岩、粉砂质炭质板状页岩，发育有不清晰的水平微细层理。该组下部含炭质较高的板状页岩可作石煤利用，且含V、Ni、Mo、Co、Cu、U及稀土等元素较丰富，其底部富含磷结核和星点状、草莓状、结核状黄铁矿。本组属水流不畅、宁静，具还原环境的闭塞海盆沉积。

矿区内经历了多次构造运动，产生了一系列的构造形迹，形成了复杂的构造格局。总体上为大树坳—火烧洞复向斜，该向斜轴迹走向约60°，区内次级褶皱发育。其中规模相对较大的褶皱有2个向斜和2个背斜，轴向与地层走向基本一致。矿区内断裂以北东向断裂为主，构造形迹与地层走向近一致，近于平行排列且切割不同时代地层，使其产生重复或缺失。

该矿床为沉积型层控矿床，矿体赋存于寒武系牛蹄塘组地层中，北东向断裂切割了不同时代地层，错断矿体，为破矿构造（图1）。

2.2 矿体特征

球甲仑矿区钒矿体位于大树坳—董家园—百人坪—火烧洞一线，顺寒武系牛蹄塘组（∈1n）下部地层产出，延伸长约7.95千米，形成一巨大矿带（图1）。多条北东向的断层切割矿化带，断层虽为破矿构造，但只对矿体产生位移，对矿体影响不大。矿体厚度比较稳定，变化不大。

矿区目前已发现四个矿体，其特征如下（表1）：

Ⅰ号矿体：位于大树坳附近，为镍钼钒矿体。呈似层状，总体倾向北，倾角39°～45°，已知东西长2092米，矿体平均厚度9.58米，平均品位（V2O5）：0.654%。

Ⅱ号矿体：位于董家园附近，为铀钒矿体。呈似层状，因褶曲发育导致倾向变化大，呈150°～230°～350°变化，倾角呈8°～60°～43°变化，已知矿体长3100米，矿体平均厚度5.92米，平均品位（V2O5）：0.871%。

Ⅲ号矿体：位于百人坪附近，為铜钒矿体。呈似层状，总体倾向北北西，倾角27°～30°，已知矿体长940米，矿体平均厚度3.68米，平均品位（V2O5）：0.754%。

Ⅳ号矿体：位于火烧洞附近，为铜钒矿体。呈似层状，总体倾向北北西，倾角27°～30°，已知矿体长1820米，矿体平均厚度3.68米，平均品位（V2O5）：0.754%。

通过对此四个块段矿体资源量进行估算，共获334V2O5矿石量2507.26万吨，V2O5金属量18.74万吨（表2），达到中型矿床规模。

综合分析矿区地质资料认为，该区寒武纪地层分布广泛，矿区内褶皱发育，含矿层与含矿岩系经构造运动形成褶曲的内核，含矿层厚大的部位往往揉皱构造特别发育，向、背斜发育地段往往也是钒矿富集部位。综上所述，在球甲仑及其周边地区寻找沉积型钒矿潜力巨大。

2.3 矿石特征

（1） 矿石的矿物组分

据岩矿鉴定：矿石由有机质（炭质）、少许粘土矿物、石英、绢云母、粉砂碎屑、微量自生石英共同组成。有机质（炭质）具定向分布，粘土矿物呈团粒状聚集，石英、绢云母分布不均匀作定向排列分布。

（2） 矿石结构构造

泥质结构，板状构造。

（3） 矿石类型

按钒矿石中伴生元素含量多少，可分为铀钒矿、镍钼钒矿、铜钒矿三个类型。

4 主要有益组分和伴生组分

（1） 主要有益组分含量特征及赋存状态

矿石中主要有益组分为V2O5，次为石煤。独立钒矿体中V2O5品位0.70×10-2～1.40×10-2，，矿区平均品位0.747×10-2。石煤中伴生钒矿（V2O5）品位一般在0.20×10-2以上，全区平均伴生钒（V2O5）品位0.38×10-2。

根据化学分析及岩矿鉴定结果，矿石中主要有益组分V2O5，V2O5多呈分散状态赋存于炭质（硅质）板状页岩和煤层中，因而矿化比较均匀，矿体品位变化不大。

（2）伴生组分

矿石伴生元素有18种，它们是钛（Ti）、镍（Ni）、钼（Mo）、硒（Se）、钡（Ba）、砷（As）、硼（B）、锑（Sb）、铅（Pb）、锡（Sn）、镓（Ga）、锰（Mn）、钴（Co）、铀（U）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、银（Ag）、铍（Be）、硅（Si）等。超出地壳平均含量的元素有V、Ag，其中V、Ag正相关。

3 矿床成因

3.1 成矿作用

在早寒武世浅海陆棚的滞留海湾还原环境下，沉积物以炭质页岩为主，同生沉积了大量的硅质、磷、钒、钼、镍、铀等矿物质夹杂其中。火山活动、陆源碎屑物提供了物质来源。

李有禹等人从岩石学、地球化学等方面对含矿岩系、矿床的物质来源进行了研究。岩石化学方面，含矿岩系底部分布有典型的硅质岩，且SiO2含量与V、Mo、Ni呈现相一致的演化规律， 成因上与海底喷气作用有关； 地球化学方面，有益元素V、Mo、Ni以及P、TR、U、P t 族元素R 型聚类分析呈现出亲硫亲生物元素和以贵金属为主的元素两大类；矿床矿石δ34S（-13.0‰～17.9‰）与围岩δ34S（+16.6‰～+24.9‰）截然不同，是硫源不同所致。硅岩的氧同位素值iδ18OSMOW 为18.12‰～22.5‰。矿石的REE值比围岩高数十倍， 属亏Ce、亏Eu、弱富LREE型。上述特征反映出有益组分如V、Mo、Ni等元素的来源和富集，是与海底喷气作用密切相关，并非陆源搬运沉积产物。在低能、缺氧还原的浅水台地边缘环境，生物活动作用强，并对金属物质产生强烈吸附富集作用、络合作用。

3.2 矿床成因机制

区域上为一滞流海盆，为陆棚相沉积的（硅）炭质页岩建造，含矿岩系由磷块岩透镜体和富含金属层（多金属层）的硅质岩、硅质页岩、炭质页岩组成。

矿床形成于沉降区和相对隆起区的边缘过渡带，并是其中次一级较稳定的地段，也是岩相转化的地带。沉积以胶体化学—化学沉积为主。大量同生沉积硫化物以及大量岩矿具有平直微细层理构造的特点，说明矿床处于浅海陆棚的滞留海湾中，钒矿层中同生竹叶状碎屑状构造，说明水动力条件有周期性的变化。含矿岩系含有大量有机炭、海绵骨针、古孢子化石。说明生物作用的存在，并对成矿作用有所影响。震旦纪后期，本区地壳曾一度隆起。寒武纪早期沉积基底地形的起伏、介质、环境的更替，形成有利于成矿的条件之一。

钒矿床产于寒武系牛蹄塘期黑色页岩系中，呈层状、似层状、透镜状产出的沉积型钒矿床。推测成矿物质主要来源于海底火山喷发。因此，矿床成因应为海底喷气沉积矿床。

3.3 矿床成矿模式

根据球甲仑钒矿床特征，结合矿床成因分析，归纳总结区域成矿模式（图2）如下：

1、作为重要矿源的含矿地质体是早寒武世地壳拉张裂陷（裂谷）时期的沉积产物。

2、成矿物质主要来源于海底火山喷发，或沿深大断裂向上运移。

（3） 成矿物质在滞流海盆偏碱性还原环境下，与硫化氢反应而沉淀聚积而成矿。

5 找矿标志

据前述矿床特征和矿床成因及成矿模式分析，该处及周边区域钒矿找矿标志如下：

（1）钒矿体赋存于寒武系牛蹄塘组（∈1n）下部地层中。含矿层与含矿岩系为黑色炭质板状页岩夹灰黑色薄层状硅质岩、硅质页岩。故寒武系牛蹄塘组（∈1n）下部地层是寻找该类型钒矿的最主要找矿标志。

（2）区域牛蹄塘组发育较好，但牛蹄塘组含矿岩系沉积型钒矿富集者， 都分布在近濱——远滨相和过渡区的斜坡相区内，岩相古地理环境对含矿岩系的分布起着控制作用。

（3）矿区内褶皱发育，含矿层厚度的变化与原始沉积作用、构造（特别是揉皱构造）作用有关。含矿层厚大的部位往往揉皱构造特别发育，次级褶皱（向、背斜）构造发育地段往往是钒矿富集部位。

6 结论

（1）岩石学、地球化学特征表明，成矿元素Ni、Mo、V等的来源和富集，与海底喷气作用密切相关，矿床成因为海底喷气沉积矿床。

（2）沉积环境和岩相特征显示，钒矿主要分布于广海陆棚相区，为低能、偏碱性、缺氧还原的浅水台地边缘环境，生物活动作用强。

（3）矿区沉积型钒矿产出于寒武纪牛蹄塘组底部黑色岩系中，表现为矿床与黑色岩系的空间相关性。

（4）钒矿呈似层状和透镜状沿层产出，产状与围岩一致。矿体与围岩的界线需靠化学分析来确定。

（5）区域找矿方向应主要放在控制牛蹄塘组含矿岩系产出分布的褶皱构造上，重点查明含矿岩系的保留分布面积、含矿岩系厚度， 岩性组合特征及其含矿性的变化规律。

参考文献

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