湖北省兴山县白果园银钒矿床基本特征及成矿模式

2014-07-05李方会杨刚忠廖宗明刘圣德何洪涛田德昌

资源环境与工程 2014年3期

李方会，杨刚忠，姚燕，廖宗明，刘圣德，何洪涛，田德昌

(1.湖北省宜昌地质勘探大队，湖北宜昌 443100;2.湖北省地质科学研究所，湖北武汉 430034;3.湖北省鄂西北地质矿产调查所，湖北襄阳 441002)

0 引言

湖北省兴山县白果园银钒矿为产于震旦系下统陡山沱组顶部黑色页岩中的沉积—成岩矿床。勘查工作始于1976年，并分别提交了普查、详细普查、详查和勘探报告。银资源储量达大型规模，钒为中型，伴生硒元素可综合利用，矿石钙镁含量高，属黑色页岩中银钒共生的新类型矿石。本文在研究基本特征的基础上，探讨成矿模式，为该省和华南寻找该类型银钒矿提供新的思路。

1 区域赋矿层位

兴山县白果园矿区位于扬子准地台上扬子台坪鄂中褶断区黄陵背斜北西翼近核部。包括白果园、茅草坪、安家河三个矿段，以白果园矿段成矿最佳［1］。

区内出露地层有上太古界—下元古界水月寺(岩)群(Ar3Pt1)，沉积盖层为南沱组(Nh2n)、陡山沱组(Z1d)、灯影组(Z2∈1d)、牛蹄塘组(∈1n)等。沉积盖层不整合于水月寺(岩)群之上(图1)。

图1 兴山白果园银钒矿地质略图Fig.1 Schematic geologicalmap of Baiguoyuan silver-vanadium deposit in Xingshan County

震旦系下统陡山沱组第四岩性段(Z1d4)为区域银钒岩系，为一套黑色页岩—白云岩建造，由白云岩和黑色页岩及其过渡型岩石组成。为碳酸盐台地前缘半开阔浅水陆棚泻湖(或滩后泻湖)沉积环境，黑色页岩沼屑层沉积为潮下泻湖亚相，浅色白云岩灰泥层沉积为浅水陆棚亚相。

根据岩石组合特征可分为三种剖面类型、五种岩相结构类型(表1、图2、图3)。

表1 区域银钒岩系岩性剖面、岩相结构类型及其含矿性对照表Table 1 Contrast table of lithology profile，lithofacies structure types and ore potentiality of regional silver-vanadium rock series

图2 区域银钒岩系剖面类型示意图Fig.2 Schematic diagram of profile types of regional rock series

图3 区域银钒岩系岩相结构类型示意图Fig.3 Schematic diagram of lithofacies structure type of regional silver-vanadium rock series

2 矿层特征

2.1 矿层赋存部位

含银(钒)岩系为下震旦统陡山沱组第四岩性段(Z1d4)，可分为上、下两个亚段。上亚段底部为上矿层(AV2)，V2O5含量达工业品位要求，伴生银;下亚段的中、下部为下矿层(AV1)，银钒含量均达工业要求，并伴生硒元素(图4)。

上矿层含矿岩石为黑色页状粘土岩，下矿层含矿岩石为含黄铁矿黑色页状粘土岩和黑色页状白云质粘土岩，夹粉晶白云岩和泥质泥晶白云岩。

矿层较稳定。其顶、底板与层位顶、底界线的间距随地层厚度变化而变化。无论上矿层或下矿层，矿体形态均较简单，呈层状。矿体产状与地层产状基本一致。

2.2 矿层结构特征

本矿区银钒矿层共有四种矿层结构(图5)。上矿层(AV2)由单一黑色页岩组成，矿层结构简单。下矿层(AV1)由黑色页岩与白云岩两端元岩石及其过渡型岩石组成，黑色页岩与白云岩呈韵律交替出现，根据交替频繁程度，分为三种矿层结构(表2)，Ⅲ型含矿性最佳，Ⅳ型次之，Ⅱ型再次之。

3 银钒矿矿石学

白果园矿区白果园矿段内赋存AV1、AV2二个银钒矿层。AV1矿层中的AV12是主要工业银钒矿层，矿体呈层状，分布连续，厚度稳定，有用组分含量均匀;矿体平均厚度 3.48 m，平均含 Ag 100.77 ×10－6，V2O51.004%。

3.1 矿石类型

矿石按有用组分银、钒的含量划分两个工业类型;按含矿岩石的自然组构特征划分四个自然类型。现将各矿石工业类型与自然类型及其产出部位的对应关系列表如下(表3)。

图4 银钒岩系剖面及矿层赋存部位图(白果园矿段TC9)Fig.4 Profile of silver-vanadium rock series and occurrence position of ore bed

图5 银钒矿层结构图Fig.5 Structure diagram of silver-vanadium seam

表2 矿层结构特征与含矿性统计表Table 2 Statistics of structure characteristics of seam and ore potentiality

表3 矿石工业类型与矿石自然类型分类表Table 3 Classification table of ore industry type and ore natural types

3.2 矿石结构构造

3.2.1 矿石结构

矿石的结构主要有泥质结构、镶嵌结构、半自形—自形粒状结构、它形粒状结构、草莓结构、半自形变晶结构、交代结构等。以泥质结构、镶嵌结构为特点。银钒矿石中的假像结构、镶边结构较之钒矿石中更加发育(照片1－照片4)。

照片1 泥质结构正交偏光133.12×Photo 1 Pelitic texture(orthogonal polarization 133.12 ×)

照片2 镶嵌结构正交偏光128×Photo2 Mosaic structure(orthogonal polarization 128×)

照片3 单偏光 10×20黄铁矿呈半自形—自形晶状结构Photo 3 Polarized light(10×20 iron ore with hypautomorphic and euhedral crystal structure)

照片4 单偏光 10×20 A、B为两粒莓球状黄铁矿Photo 4 Polarized light(10×20 pyrite with framboid)

3.2.2 矿石构造

银大都以微米级的银矿物显微包体存在于黄铁矿中，故按含银黄铁矿在含矿岩石中的分布排列划分为浸染状构造、纹层状构造、条带状构造、板片状构造。银钒矿石中以浸染状构造为主、银钒含量高，钒矿石中以纹层状构造为主、银钒含量均较低(照片5—照片8)。

3.3 矿石物质组成与成分

矿石主要矿物是伊利石、白云石、火山凝灰(球);次要矿物有黄铁矿、含钒伊利石、石英、辉银矿—螺状硫银矿、辉硒银矿、硒银矿、硫银锗矿等。

矿石含有银、钒、磷、金、硫、有机质等成分，矿石中CaO含量高达8.68% ～12.08%，MgO含量为7.12%～8.15%，属高钙镁型矿石。Al2O3+K2O+CaO+MgO+CO2+SiO2在矿石中的含量占84.69%，反映矿石的矿物成分主要是粘土矿物和镁质碳酸盐矿物。矿石中Ag、V2O5符合工业指标要求。Ag、V2O5含量与Al2O3、K2O含量呈正相关，与 CaO、MgO含量呈反相关，说明银、钒主要富集在泥岩中，白云岩中矿贫或无矿。

照片6 单偏光10×20黄矿呈纹层状—浸染状分布hoto 6 Polarized light(10×20 pyrite with lamellardisseminated distrubtion)

照片5 单偏光10×20弥浸染状分布的细粒黄铁矿Photo 5 Polarized light(10×20 fine pyrite)

照片7 板片状构造单偏光37.6×Photo 7 Table-shaped structure(polarized light37.6 × )

照片8 条带状构造单偏光8×Photo 8 Banded structure(polarized light8×)

4 银钒矿赋存状态

4.1 银的赋存状态及富集特征

经过对主要载银矿物(含银黄铁矿)电子探针分析、电子显微镜观察及穆斯堡尔参数测定，表明银不是呈类质同象存在于矿物中，而是以独立矿物的形式出现，主要以微米级银矿物呈显微包体存在于黄铁矿中。含银黄铁矿按形态划分共有三种:矛状黄铁矿、立方体黄铁矿、草莓状黄铁矿。

银主要富集在黑色页岩中，并构成工业矿体，其它岩石中银仅发生矿化或贫矿。银在黑色页岩中的富集程度主要取决于独立银矿物含量和银的载体矿物(黄铁矿)的种类、含量。由于银独立矿物在矿石中的含量很低，矿石含银量的高低就主要取决于银的载体矿物——黄铁矿的种类及其含量的高低。

4.2 钒的赋存状态及富集特征

本次白果园矿区银钒矿石的选冶流程探索试验中，湖南有色金属研究院对钒的价态和物相进行了分析［2］，结果见表4、表5。

表4 钒的价态分布(%)Table 4 Valence distribution of vanadium

化验结果表明:样品中的钒主要以低价钒(V3+、V4+)的形式存在，约占总钒量的90.64%;V5+高价钒约占9.36%。矿石中的钒主要以类质同象的形式存在。

炭质页岩中的钒一般赋存于三类矿物中。钒的物相分析，一般将钒分为三相:氧化铁矿物和高岭土等粘土矿物为一相;云母类矿物为一相;电气石、石榴子石为一相。

表5 钒的化学物相分析结果(%)Table 5 Analysis results of chemical phase of vanadium

化学物相分析表明，原矿中钒主要赋存于云母类矿物(伊利石)中，约占总钒量的73.83%，其次为褐铁矿等氧化铁矿物及高岭石等粘土矿物中的钒，约占23.37%，电气石、石榴子石等硅酸盐矿物中的钒约占2.8%。有机质中也含有少量钒。

白果园矿区钒主要赋存在伊利石中，钒的富集与有机质吸附和成岩作用有关。含钒伊利石可能由火山灰转化为蒙托石在孔隙水富钾条件下形成。

5 矿床成因、成矿条件与成矿模式

5.1 成矿条件

白果园银钒矿床属低温热水沉积—成岩的黑色页岩型矿床，矿床成因特征如下［3］:

5.1.1 岩相古地理条件

早震旦世鄂西地区和川黔滇是扬子地台上两个孤立的碳酸盐台地(图6)，两个台地之间存在一长条形南北走向的狭长开阔盆地相带。

本矿区在早震旦世处于碳酸盐台地与浅海陆棚交接部位，主体岩相为半开阔陆棚泻湖环境。其沉积环境与海洋环境基本相通，随海浸周期反复，致使银钒岩系中下部沼屑层(亚相)与灰泥层(亚相)频繁交互。

5.1.2 上升洋流及物质来源

矿区在古构造位置上，处于扬子地台北缘，在晚震旦世时处于拉张下沉状态，在陡山沱晚期沉积了一套陆棚相的黑色页岩。在陡山沱期区域内存在海洋海底流与陆棚间的流动机制，上涌洋流提供的营养成分，造成陆棚泻湖出现缺氧环境带。

图6 中国南方早震旦世沉积盆地古地理略图Fig.6 Paleo-geographic contour of sedimentary basin in Early Sinian 1.古陆;2.断裂;3.台地界线。

5.1.3 热水沉积标志

根据工业银钒矿层的黑色页岩中发现有少量五角十二面体黄铁矿，含自生钾长、钠长石，见有重晶石和石膏板片。矿石具纹层结构。白云石的碳、氧同位素当进入含矿层范围内，ζ13C从正值突然降低为负值(富矿层中发现低负值)。REE测定结果，Ce异常不明显，Eu有明显异常，轻稀土(LREE)元素在曲线上斜率较大，重稀土元素(HREE)曲线平坦。上述表明，本矿床具有重要的热水沉积证据。

矿区重晶石中的流体包裹体特征显示出包体被捕获时处于热水活动相对宁静的环境，为典型沉积成岩矿床特征。对黄铁矿中的流体包裹体测试结果显示成矿流体为中低温、中低盐度、中等密度。

5.1.4 成岩成矿作用

沉积阶段，沼屑层中聚集有银钒元素，其含量高于克拉克值，但达不到工业要求。

银钒初始富集于成岩早期阶段，早期流体为中低温、中低盐度、中等密度的流体，主要成矿作用为细菌氧化—硫酸盐还原作用，层间孔隙水带出S、Fe、有机质、单相对聚集;此时沉积物较松散，可形成一些较典型的结构构造，如顺层或斜切微层的重晶石板片、草莓状黄铁矿及纹层状构造等。

银钒主要富集在成岩晚期阶段，此时成矿环境为硫逸度增多，成矿介质条件由偏酸性向偏碱性转化，更趋于还原环境;加上封存的层间水—成矿溶液环流增强，这样更加有利于银元素活化、沉淀。钒的富集与有机质吸附和成岩作用有关，成岩晚期阶段，含钒伊利石可能由火山灰转化为蒙脱石在孔隙水富钾条件下形成。

5.2 矿床成因

控制白果园银钒矿床的主要地质作用是沉积相带和成岩作用。

(1)沉积岩相带对银钒矿床空间分布的控制。目前已发现的银钒矿床均分布于碳酸盐台地与浅海陆棚交接部位。主体岩相为半开阔陆棚泻湖环境，银钒矿化一般出现在两个岩相带间的5～6 km范围，工业银钒矿一般分布在岩相带近台地边缘2～3 km处。

(2)陆棚泻湖环境中的沼屑层(亚相)与灰泥层(亚相)交互，是控制银钒矿富集的岩相结构。矿区和区域上银钒矿均证明，有银钒岩系，亦有黑色页岩存在，并不一定有工业银钒矿，只有银钒岩系厚度较大，剖面结构齐全，沼屑层与灰泥层频繁交替，且黑色页岩厚度大于白云岩厚度，矿层结构复杂—极复杂诸因素都具备的地段，才富集有工业银钒矿体。

(3)区内银钒矿严格受地层层位控制。银钒岩系属陡山沱组第四岩性段(Z1d4)，上矿层(AV2)赋存银钒岩系上亚段(Z1d42)底部，下矿层(AV1)产于下亚段(Z1d4

1)中、下部的黑色页岩中。本区灯影组石板滩段(Z dn)底部及陡山沱组第一岩性段中亚段(Z d2)中

2211下部，均夹有大量黑色页岩，但银钒含量均很低。说明本区银钒矿具有地层层位专属性。

(4)成岩过程中银钒的富集，主要表现在成岩阶段银在黄铁矿中的富集，原岩中生物吸附的钒金属离子释放到粘土矿物中，因而，矿石结构构造亦是重要的控矿因素。矿区内，含黄铁矿黑色页岩广泛出现，工业银钒矿主要与具浸染状、板片状构造的含黄铁矿黑色页岩有关。以上矿石构造是成岩阶段的产物。

(5)本矿区银钒矿富集中心位于5～20勘探线，向两侧银钒岩系变薄。岩相结构，自南东至北西由沼屑层(亚相)过渡到沼屑层与灰泥层(亚相)交互，至矿区外围麻溪河一带全部为灰泥层，缺失沼屑层，显示一不对称型剖面。银钒矿带大致呈北西向展布，富矿带在矿带中呈北东向展布，后者可能与北西向凹陷带中具有次级北东向凹陷有关。