湖北郧县郭沟钒矿成矿地质特征及找矿方向❶

郝仁红, 艾智龙, 祝莉玲, 李 东, 张 众, 黎方云

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

湖北郧县郭沟钒矿成矿地质特征及找矿方向❶

郝仁红, 艾智龙, 祝莉玲, 李 东, 张 众, 黎方云

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

郭沟钒矿区位于秦岭—大别造山带秦岭弧盆系东段,武当穹窿北缘。矿体主要赋存于寒武系下统庄子沟组底部,呈层状、似层状。直接找矿标志为黑色岩系,即黑色炭硅质板岩,含磷质结核。矿体严格受地层控制。

钒矿;地质特征;找矿方向;郭沟

郭沟钒矿区位于鄂、陕、豫三省交界的郧县白浪镇郭沟村。2005年原湖北省区域地质调查所在综合研究前人地质矿产资料的基础上,对矿区进行了现场踏勘,大致了解了含矿层的分布及其含矿性,发现了该矿。后经普查—详查地质工作,共圈出了6个钒矿体,求得332+333矿石量9 739.61×103t,V2O5资源量123 112.09 t,达到中型钒矿床规模。

1 区域地质背景

矿床位于秦岭—大别造山带(秦祁昆造山系)秦岭弧盆系[1]东段,武当—随南逆推带之白桑关—殷店高压变质岩系折返带北西端,武当复背斜穹窿带北侧之高庙穹窿[2]北西缘,矿区位于紫荆关—师岗复向斜南西翼。属武当山—大别山前寒武纪、中生代金铅锌银磷滑石硫铁矿金红石重晶石萤石成矿带(Ⅲ1),郧西—丹江口贵金属锑成矿带[3](Ⅳ1)内,是成矿条件较为有利的地段之一。

区域地层主要为华南地层大区南秦岭—大别山地层区,十堰—随州地层分区之两郧地层小区[4]北段。区内广泛发育元古界沉积变质岩和火山变质岩以及古生界沉积地层。由元古界武当山岩群和南华系耀岭河组构成结晶基底,上震旦系与寒武系地层则组成盖层区(矿体位于盖层区)。出露的地层主要为震旦系灯影组及寒武系杨家堡组、庄子沟组及岳家坪组。本区含矿地层为寒武系底部庄子沟组,总体呈近东西向带状展布,区域上毗邻有位于丹江口市习家店和大沟乡著名的杨家堡大型沉积型钒矿床(见图1)。

图1 郧县郭沟钒矿区域大地构造位置图[5]

Fig.1 Location map of regional geotectonics of Guogouvanadium ore in Yunxian

1.中—新生界;2.古生界;3.震旦纪;4.南华纪(耀岭河组);5.中—上元古界(武当山岩群);6.主干断层及编号;7.丹江口水库库区;①.青峰断裂;②.公路断裂;③.两郧断裂;④.竹山断裂。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露的地层[6]有:上元古界震旦系上统灯影组(Z2∈1d);下古生界寒武系下统杨家堡组(∈1y)、庄子沟组(∈1z)、中—下统岳家坪组(∈1-2y)及新生界第四系(Q4)地层(图2)。地层总体走向北西—南东向,倾向南东和北东。钒矿赋存于寒武系下统庄子沟组下段地层中,与上覆岳家坪组呈整合接触关系。

寒武系下统庄子沟组(∈1z):岩性较复杂,变化大,地层揉皱发育,由于褶皱构造关系,导致矿区地层倒转,总体走向30°～60°,倾角30°～70°不等。根据其岩性组合特征,可分为二个岩性段。

庄子沟组下段(∈1z1) 灰黑色—深灰色含碳硅质板岩,杂色(紫红色、灰黄色、灰白色)含碳粉砂质板岩夹黑色硅质板岩,或两者互层产出,灰白略带淡绿色粘土质板岩等,往下部硅质含量增加。顶部夹白云质灰岩透镜体。底部含有少量的磷质结核,其结核分布极不均匀,大小悬殊。为重要的区域性含钒、钼矿层位。厚度0～25 m。

庄子沟组上段(∈1z2) 主要为深灰色厚层状白云质灰岩夹泥砂质板岩,灰色灰岩夹灰黄色泥质白云岩等组成。厚度5～40 m。

2.2 构造

受秦岭造山带多期次碰撞造山作用的影响,矿区地层褶皱变形强烈,总体形迹上与秦岭褶皱带构造线方向一致,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,形成一系列断面向南倾的压扭性断层及由南向北的逆冲推覆构造。

本区构造总体略呈北北西向—近东西向展布,由于受褶皱影响,构造线在矿区东部略明显偏转。转向北西方向,与区域构造线近于一致。因此在矿区内主要以褶皱、断裂构造为主。

2.2.1 褶皱

矿区总体呈一简单的倒转单斜构造,走向呈波状起伏,地层总体倾向南偏东,倾角较陡(60°～75°),南面大部为震旦系上统灯影组,往北依次为寒武系下统杨家堡组、庄子沟组和中—下统岳家坪组组成,出露较完整。层序倒转,产状一般为130°～165°∠40°～75°,往东地层逐渐发生偏转,产状逐渐变为200°～230°∠35°～70°。

2.2.2 断层

区内断层较发育,按方向大致可分为二组,即早期北西向断裂和后期北东向断裂,二组断层以后期北东向断裂对矿层影响较大,主要是改造和破坏(如错断、尖灭、加厚等)。

(1) 北东向断裂。F1:走向约55°,分布长约1 200 m,该断层破碎带宽约0.5 m,断层上盘岩性为泥砂质板岩,下盘为硅质板岩。带中由断层泥、破碎角砾岩和岩粉组成,风化后呈白色粉末状,角砾成分以硅质板岩和泥砂质板岩为主,角砾多呈大小不一的不规则透镜状,断面硅化较强,较平直光滑,局部见擦痕或石英细脉,产状150°∠71°,性质为压性逆断层。属成矿期后断层,该断层切割Ⅱ矿体所在的含矿层,导致含矿层与Ⅱ矿体尖灭。

F2:走向约45°,分布可见长约240 m,该断层破碎带宽约0.3 m,断层上盘岩性为泥砂质板岩,下盘为厚层白云岩。带中由断层泥和岩粉组成,断面平直光滑,顺倾向断面略呈舒缓波状,产状135°∠78°,性质为压性逆断层。属成矿期后断层,受该断层影响,Ⅱ矿体所在的含矿层发生褶皱,导致含矿层与Ⅱ矿体明显加厚。

F3:走向约45°,分布可见长约230 m,该断层破碎带宽约0.2～0.5 m,断层带中由断层泥和岩粉组成,断面平直,偶见擦痕,产状135°∠80°,性质为压性逆断层。属成矿期后断层,受该断层影响,Ⅲ矿体所在的含矿层被错断,错距<1 m,并导致含矿层与Ⅲ矿体局部变薄。

F4:出露在杨庄南西,呈60°～75°方向展布,长约310 m,在杨庄南可见该断层破碎带宽余米,带中为破碎角砾岩组成,角砾成分为大理岩,断面凹凸不平,产状200°∠70°,部分地段见有断层水流出,流量<0.2 L/s。属张性断层。

(2) 北西向断裂。F5:呈北北西向展布于洞子沟、翻家岔—阎王扁一线,长约0.69 km,破碎带宽近1.0 m,带内发育构造角砾岩、碎裂岩及断层泥,其中角砾岩主要为白云岩,胶结物为铁质和钙质,并有大量方解石脉沿破碎带贯入充填,断面产状55°～65°∠65°～75°。该断层性质属张性或张扭性正断层。

2.3 变质岩

区内下寒武系庄子沟组地层发生了不同程度的变质,主要为区域低温动力变质作用形成的低绿片岩相中—低压变质相系[7]。此外,断裂带中亦发生了不同程度的动力变质,形成了构造角砾岩、碎裂岩等。

3 矿体地质特征

区内见有三个主要含矿层,从西北往南东分别称为第一、二、三含矿层。上述地表三个含矿层呈三条近于相互平行的带状产出。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ矿体产出于第一含矿层中,在区内分布最长,长约2 145 m,该含矿层在矿区中部受到一组北东向断层(F1、F2、F3)影响,导致该含矿层被错断重叠,含矿层重复出现(见图2、图3)。含矿层宽一般3～15 m,最宽可达61 m,含矿层西段总体走向约50°～70°,倾向140°～160°;含矿层东段总体走向约120°～140°,倾向210°～230°,该含矿层倾角普遍>70°,局部近直立。该含矿层西起洋溪沟以西,呈条带状往北东东方向延伸,至三岔东之后折向南东方向,于阎王扁以东延伸出矿区范围以外。该含矿层中通过工程控制,共圈出四个矿体,分别编号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ矿体,矿体均赋存于庄子沟组第一岩性段内。

第二、三含矿层分别位于三岔南与叶庄南西。由于区域构造影响,仅残留有少量庄子沟组的含矿岩性,含矿层地表均呈北北东向的细条状,长度分别约为380 m、405 m,走向一致约为40°～60°,第二含矿层(Ⅴ号矿体所在)倾向130°～150°,倾角一般>60°～70°;第三含矿层(Ⅵ号矿体所在)倾向反转230°～250°,倾角一般>70°,局部近于直立。上述两含矿层位直接顶、底板岩性均为震旦系上统灯影组灰白色中厚层—块状白云岩、含燧石条带或团块白云岩、角砾状白云岩。由于含矿层规模小,仅通过地表槽探工程进行了稀疏控制,分别圈出Ⅴ、Ⅵ号矿体(见图1)。

图2 郧县郭沟钒矿区地质图

Fig.2 Geological map of Guogou vanadium mining area in Yunxian

3.1 矿体地质特征

Ⅰ矿体:分布于矿区西部洋溪沟—秕屋洞沟一带。在平面上呈北北东向不规则的细带状分布,走向上出露全长约770 m。矿体呈似层状产出,产状与含矿层产状一致,西段总体走向50°～80°,倾向北北西,倾向240°～260°,倾角普遍>70°,局部近直立;东段倾向南南东,倾向150°～170°,倾角一般>70°,局部近直立。矿体真厚度3.52～24.38 m,品位0.82%～1.68%,矿化连续,有用组分分布较均匀。

Ⅰ矿体的直接底板为震旦系上统灯影组厚层白云岩,在矿体东段由于地层发生反转,地层层序倒转,故Ⅰ矿体的底板为岳家坪组灰色厚层白云岩、白云质灰岩等,顶板为震旦系上统灯影组厚层白云岩。

Ⅱ矿体:在平面上呈“S”形条带状分布于矿区北部,走向上出露全长约628 m,控制长度约300 m。呈似层状产出,产状与含矿层产状一致,总体倾向140°～170°,倾角>70°。真厚度1.31～36.60 m,品位0.82%～2.00%。

由于Ⅱ矿体所在的含矿层地层层序倒转,故Ⅱ矿体的底板为庄子沟组上段,主要为深白色厚层状或块状白云岩、深灰色白云质灰岩等。顶板为震旦系上统灯影组厚层白云岩。向东被断层F1切割尖灭。

Ⅲ矿体:西段总体走向北北东,东段矿体转向南东走向。在平面上呈不规则的“7”字形细带状分布,该矿体为该矿区主矿体,矿体厚度、品位在地表和深部均较稳定、连续。矿体走向上出露全长约1 185 m,矿体呈层状产出,产状与含矿层产状一致,W2-W40线之间总体走向约50°～70°,倾向140°～160°,局部倾向100°～120°,倾角一般50°～75°;在W40以后(南东)含矿层总体走向约120°～140°,倾向210°～230°,倾角普遍>70°,局部近直立。真厚度1.02～37.63 m,品位0.71%～1.75%,矿化连续,有用组分分布均匀。

图3 郧县郭沟钒矿区A-B剖面图

Fig.3 A-B profile Guogou vanadium mining area in Yunxian

1.第四系残坡积物;2.含泥砾粘土;3.角砾岩;4.灰岩;5.白云质灰岩;6.白云岩;7.硅质岩;8.硅质板岩;9.泥质板岩;10.砂质板岩;11.铝土质板岩;12.含铝土质砂质板岩;13.钙质砂岩;14.分层界线;15.岩石地层代号;16.矿层及编号;17.采样位置及编号;18.钻孔位置及编号;19.探槽位置及编号;20.岩层产状;21.断层产状。

由于Ⅲ矿体与Ⅱ矿体一样,其所在的含矿层地层层序倒转,故Ⅲ矿体的底板为庄子沟组上段,主要为深灰色厚层状白云质灰岩夹泥砂质板岩,灰色灰岩夹灰白色白云岩等,其中在矿体中部由于受F2、F3地层影响,导致庄子沟组上段缺失,其底板直接为庄子沟组下段粘土质板岩,顶板为震旦系上统灯影组厚层白云岩。

Ⅳ矿体:位于详查区东南部,属Ⅲ矿体含矿带的东南端,呈拉长的透镜状。矿体长约200 m,倾向为230°,倾角58°。矿体厚1.30 m,矿石品位(V2O5)为0.85%。含矿岩性为灰白色、浅黄色、灰紫色砂质板岩。矿体顶、底板岩性为庄子沟组第一岩性段(∈1z1)粘土岩夹薄层硅质岩。矿体向南、北两端自然尖灭。

Ⅴ矿体:呈不规则带状。矿体走向上出露全长约394 m,矿体呈似层状产出,产状与含矿层产状一致,总体矿体倾角陡,70°～80°,倾向不稳定,南西端倾向160°,北东端倾向320°,矿层厚度3.15～4.70 m,矿石品位(V2O5)0.56%～1.50%。矿化较连续,有用组分分布均匀。矿体顶、底板岩性为庄子沟组下段粘土岩夹薄层硅质岩。矿体向东、西两端自然尖灭。

Ⅵ矿体:呈条带状展布,矿体厚度、品位在地表和深部均较稳定、连续,矿体走向上出露全长约350 m,矿体呈似层状产出,产状与含矿层产状一致,总体倾向150°～170°,倾角55°～70°。真厚度2.50～2.63 m,品位0.75%～0.87%,品位变化系数10%,矿化较连续,有用组分分布均匀。矿体顶、底板岩性为庄子沟组下段粘土岩夹薄层硅质岩。矿体向北西、南东两端自然尖灭。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石结构构造

主要结构类型有隐晶—微晶结构、泥质结构、变余泥砂质结构等。

主要构造类型有页理构造、板状构造、变余层状构造、条带状构造等。

3.2.2 矿石物质成分

矿石物质成分:通过对矿石的X射线衍射分析,发现矿石主要由水云母、绢云母、石英及少量高岭石等组成,分析结果见图4。该矿石原矿的X射线衍射定性半定量分析结果为:石英54%,水云母和绢云母44%,高岭石2%。

矿石原岩为泥质岩石,在中—低温变质条件下,泥、硅质重结晶为绢云母、石英等变晶矿物,后期又经热液并伴有局部动力作用改造形成,矿物组合具有不同地质作用时期特点。

中—低温变质条件下,矿物组合以原岩的泥质矿物水云母为主,重结晶矿物有绢云母、石英等;热液作用形成石英等以脉状产出为主的矿物。

图4 原矿X射线衍射图谱

Fig.4 X-ray diffraction spectrum of raw ore

经X射线衍射分析、显微镜下鉴定及电子探针分析,矿石中含钒矿物为含钒水云母、含钒绢云母、水云母。脉石矿物为水云母(不含钒)、石英、绢云母及少量高岭石、方解石、褐铁矿等。

矿物嵌布特征:水云母、绢云母在矿石中含量约为47%,其中水云母不同程度地含钒,二者常混杂分布在一起,较难区分,沿构造方向定向分布。

含钒水云母为主要含钒矿物,在矿石中含量约为5%,集合体状分布,晶体呈浅绿色,薄片中呈亮绿色,正低—中突起。干涉色鲜艳、明亮,二级中—顶,近平行消光,正延性。

含钒绢云母为主要钒矿物,在矿石中含量较少,仅为1%左右,呈细纤维状、丝绢状,晶体呈浅橄榄绿色,薄片中呈亮绿色,正低—中突起。干涉色鲜艳、明亮,二级中—顶,近平行消光,正延性。

石英为主要脉石矿物之一,在矿石中含量约为43%,呈他形粒状,与水云母、绢云母等混杂在一起,常沿板理呈细条状定向分布。大致有三个世代期次类型或成因类型。

一是粒度<0.01 mm 以下、与水云母、绢云母混杂产出的,为原生化学沉积—生物化学沉积形成并经浅变质作用改造形成;

二是矿石受动力作用过程中,构造热液活化原岩中SiO2近原地重结晶、充填作用形成,多呈微细网脉状产出,部分矿石中以原地重结晶产出;

三是后期较强烈热液活动充填交代硅化产物,呈半自形、它形不等粒状的细条状、脉带状产出,粒度通常在0.05～0.2 mm不等。

高岭石为矿石中次要粘土矿物,含量约为3%,呈纤维鳞片状,混杂分布于水云母、绢云母之间。

方解石为矿石中次要脉石矿物,含量约为0.2%,呈他形—半自形粒状,零星分布。

褐铁矿为矿石中次要金属氧化物,在矿石中含量约为1%,呈隐晶状渲染或质点状散布,粒度较细小,常渲染于水云母、绢云母之中。

3.2.3 钒矿物赋存状态

通过本次研究以及结合前人研究资料,基本查明该矿矿石中钒主要赋存于含钒水云母、含钒绢云母中,其次为水云母、高岭石及铁质矿物中。

3.2.4 矿石的化学成分

通过对钒矿体中的原矿采取化学样品进行多项分析,其试验样品化学多项分析结果列于表1。

表1 原矿化学多项分析结果

从化学多项分析可以看出,原矿主要成分为硅,主要可利用元素为钒。

有用组分:矿石中主要有用组分为V2O5,全矿区矿石中V2O5最高2.99%,最低0.70%。

伴生有益组分:与钒伴生元素种类较多,主要有Mo、Cu、Pb、Zn、Ti、Ag等,根据光谱全分析、组合分析及矿石多项分析结果可知,元素含量均低于伴生有益组分评价指标。

有害组分:根据组合分析结果,P2O5含量0.075%～2.39%,有害组分影响甚微。

3.3 矿石类型

区内赋存矿体岩性层主要为庄子沟组一段薄层含碳硅质板岩与杂色含碳粉砂质板岩互层,依据矿石矿物成分、结构、构造特征,钒矿石的自然类型为含碳泥硅质板岩互层型钒矿。

4 矿床类型及找矿标志

4.1 矿床类型

4.1.1 成矿物质来源

矿床位于扬子陆块北缘南秦岭地层区,成矿时间为寒武纪早期,空间分布严格受寒武系下统庄子沟组下段硅质板岩、杂色粘土岩层控制,根据相关的研究成果[8],早寒武纪地层沉积环境为板块扩张背景下的斜坡—盆地体系的滞留盆地相,区域上该时代沉积岩石类型以含碳质的黑色岩系为特征,普遍具有较高的V、Mo、Ag、Cu、Pb、Zn、Au、As、Sb、Ni、Co、Pt族等亲生物元素与超基性、基性岩有关的元素组合特征。因此,认为钒主要来源于前寒武系地层,尤其是其内的超基性和基性等含钒火山岩,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,随后搬运到海槽中形成钒矿体。在邻近省外该层位还见有火山沉积夹层,局部地方含矿的炭质页岩夹有不稳定的层状重晶石岩等,显示出喷流热水沉积矿床的成矿物质复杂、深源、多源的特点。

4.1.2 矿床成因

本区寒武纪早期海侵时,地壳持续缓慢沉降,具有较稳定的沉积环境[9],形成了一套厚度不大的斜坡—盆地体系的滞留盆地相含钒、磷的硅质、泥质、有机质—钙镁质碳酸岩沉积。根据地层沉积旋回、古生物及岩相厚度、含矿规律等,认为本区成矿环境为静水还原条件下,气候温湿、生物繁茂时期形成。

在硅板质岩内,钒呈吸附状态赋存于粘土矿物中或呈离子状态吸附在硅氧中;粘土岩内钒主要赋存于粘士矿物中,呈含钒高岭石、蒙托石等粘土矿物出现,据此认为钒的生成是和硅质板岩、粘土岩或炭质粘土岩同时沉积而成。寒武系下统地层中凡有硅板质岩和粘土岩的存在,即有钒矿的赋存。可能因为蚀源区岩石中除钒外,其它有用元素含量较低,所以钒矿石中共生或伴生有用元素含量亦低。

综上所述,本区钒矿属滞留盆地相沉积型矿床。

4.2 找矿标志

4.2.1 时代标志

时代标志为早寒武纪。

4.2.2 地层标志

据现有工作对含矿层认识,钒矿化主要矿化层为寒武系庄子沟组下段,岩性组合均为灰黑色薄层硅质岩与杂色(黄褐色、褐红色、黄绿色、灰白色)粘土质板岩互层,含矿层底部局部有一层含结核硅质板岩,结核成分为磷质、萤石等。寒武系庄子沟组下岩性段含结核硅质板岩及杂色粘土岩可作为找矿的直接标志。

4.2.3 岩性组合标志

黑色岩系,即黑色炭质硅质岩,炭质页岩、石煤组合。

4.2.4 地球化学标志

上述岩性组合分布区,具有V、P、Mo、U、Ag、Al、Ni等的地化异常,且V、Mo、Ag等含量高的地段,是寻找该类钒矿的优选位置。蚀变标志:硅化可作为直接找矿标志。

4.2.5 地化标志

水系沉积物异常、原生晕异常等是直接找矿的标志。

5 找矿方向探讨

综上所述,郧县北部地区地质构造复杂,寒武系地层分布较广,钒银钼多元素异常发育,具有有利的成矿地质条件。本区通过少数矿点的检查或零星的普查工作发现了多个钒矿床,表明该区找矿潜力巨大。故今后工作中应根据区内钒矿的成矿规律,重点应以武当穹窿(即武当山复背斜)西部外缘寒武系地层分布区域为重点找矿地段,尤其应集中在两郧断裂(即汉江断裂)北西侧庄子沟组地层中V异常发育的地段寻找新的矿床;同时应对已知矿床、点及其外围开展进一步工作,扩大矿床规模。结合成矿地质条件、找矿标志、异常分布等因素考虑,可重点在杜家营—里四沟—松树湾—大柳树一带、楼房沟—李家塆—长里坪一带、天桥—白鲁础—梁家坟—岳家坪一带、向家井—园门—大柳一带、黄云铺—六斗—东沟一带、湘河、大坪、大桑树、董坪、习家店等地开展找矿工作。

[1] 李文渊,张照伟,高永宝,等.秦祁昆造山带重要成矿事件与构造响应[J].中国地质,2011,38(5):1135-1149

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(责任编辑：于继红)

Metallogenic Geological Characteristics and Prospecting Direction of GuogouVanadium Ore in Yunxian,Hubei Province

HAO Renhong, AI Zhilong, ZHU Liling, LI Dong, ZHANG Zhong, LI Fangyun

(HubeiGeolgicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

Guogou vanadium mine is located in east section of Qinling-Dabie orogenic belt in Qinling arc basin system and the northern margin of Wudang dome.Ore bodies mainly occur in the Cambrian system under the bottom of Chuang-tzu formation.Ore bodies are bedded and stratified.The direct prospecting marks are black rock series.The ore bodies are strictly controlled by strata.

vanadium ore; geological characteristics; prospecting direction; Guogou

2016-05-26;改回日期:2016-07-22

郝仁红(1969-),男,高级工程师,地质矿产专业,从事地质找矿和地质勘查工作。E-mail:hrhyx1@163.com

P618.61

A

1671-1211(2017)01-0006-07

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.01.002

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161208.1457.040.html 数字出版日期:2016-12-08 14:57

❶ 本文系以湖北省地质调查院《湖北省郧县郭沟矿区钒矿地质详查报告》的主要成果资料编汇而成,属该项目组成员集体成果。除作者外,参加该项目的主要人员还有金尊胜、常能玉、舒国庆、吴娟娟、周文龙、潘松青等。