新疆哈密大水西地区钒矿矿床地质特征及成矿作用分析

彭明鸿

摘要：本文主要叙述了新疆哈密沙泉子南部大水西地区钒矿的矿床类型、成矿地质条件及控矿构造，对比其他相关矿床的成因，探讨其成矿规律及成矿模式，为该地区下一步的勘探工作提供理论支持和依据。新疆哈密大水西地区钒矿位于下寒武统西大山组，属于黑色岩系层控一改造型矿床。该研究区钒矿具海相沉积成因的特点，经历了较复杂成矿期后的变质改造富集作用和后期次生氧化改造。沉积成岩阶段是本区钒矿床形成的初级阶段，该阶段生物作用对钒的初始富集起了重要作用。钒元素在地壳中呈分散状态存在，在水体中容易被许多生物吸收而浓集后期的构造运动和热液活动使矿源层中钒元素活化、萃取和再富集，并使其最终形成工业矿床。

关键词：钒矿；成矿作用；地质背景；大水西地区；新疆

矿区位于新疆北山地区，属于沉积层控型矿床，含矿层位为下寒武统西大山组。本文主要研究新疆哈密沙泉子南部大水西地区钒矿的矿床类型、成矿地质条件及控矿构造，对比研究其他相关矿床的成因，探讨其成矿规律及成矿模式。

1.研究区地质特征

矿区出露的地层主要为震旦系、寒武系、志留系的一套浅海滨海相正常沉积的碎屑岩及第四系冲洪积砂砾石。研究区内未见有明显的大断裂存在，在该区西北角有两条平推断层存在。另外在研究区内地层中普遍出现较明显的变形和褶皱现象，褶皱主要发生在震旦系及寒武系地层中，褶皱处地层挤压强烈，产状较复杂，局部地段见有地层倒转现象。说明本区地层受较强烈的构造变形作用。区内侵入岩较发育，约占勘查区面积的1/10，为华力西晚期（γ43）的一套酸性侵入岩，呈岩枝状产出，分布于勘查区北部。

2.矿床地质特征

2.1矿石特征

（1）矿石及矿物成分

在研究区内含钒矿物有含钒绢云母、含钒白云母和钡钒云母、钒电气石以及褐铁矿；其中脉石矿物以红柱石和石英以及炭质为主，次要矿物为石膏和碳酸盐以及长石等，有少量绿泥石。

（2）矿石结构与构造

矿石结构：矿石结构主要为显微鳞片花岗变晶结构，但是其中也偶见纤状变晶—粒状变晶结构、显微花岗变晶结构、变斑晶结构、残余砂状结构、变余泥质结构等。

矿石构造：矿区内矿石最主要的构造是层状构造，次要构造有瘤状构造、斑点状构造、板状构造、平行构造、块状构造或称揉皱构造、片状构造等。

2.2矿体特征

按照钒矿工业指标V205≥0.5%的标准，研究区目前地表共圈定38个钒矿体，以I号钒矿带控制的矿体最多（28个）、长度最长（1000米以上）、厚度最大（单孔160米）、连续性较好，主要矿体特征见表1。

3.成矿作用分析

在沉积类型矿床中，钒主要富集在黏土中，生物作用对矿床的形成起了重要作用。V在地壳中呈分散状态存在，在水体中容易被许多生物吸收而浓集。V虽然不能被生物大量吸收，但生物产生的有机质具有从海水中吸取V的能力，在地壳运动相当稳定时期处于缺氧的强还原环境下，富含V的生物大量死亡后聚集，经成岩作用形成矿床。而地层的岩性证据也支持这一理论，该套地层从顶部到底部，碳质的含量逐渐增多，硅质的含量逐渐减少，顶部SiO₂的含量最高95%。据矿石化学分析，全岩中碳的含量为8.95×10^-2、有机质碳含量为7.52×10^-2，固体碳含量为8.95×10^-2-7.52×10^-2=1.43×10^-2，说明该研究区的沉积环境总体来说是由泻湖，或者闭塞海盆的浅水一弱氧化环境向浅海一弱还原环境变化。

海生生物的大量繁盛，从海水中吸取了钒以构成其组织。当含钒生物死亡后，可以在底部的泥岩中进行堆积。有大量生物的死亡就肯定有大量生物的发育，在这其中可以包含为两大类：一类是狭生性生物生长。在这种环境的泻湖和滞流海中，主要是狭生性生物，其物種比较单调并且出现异常发育的情况，从而引起某种生物数量的暴涨。而在半深海——深海这个环境中，其特征为厌氧生物和微生物大量繁殖，在这个环境中沉积物补给不足，在这个环境下盆地处于一个较饥饿的状态，在很长的时期都是沉积比较薄的沉积物，也有大量生物和微生物的死亡。实际上，泻湖和滞流海以及深海半都主要是狭生性生物，对于深海，其生物的大量死亡和巨量堆积的实现都是某些生物的大量繁殖。另一类是广生性生物生长：其中包括湖泊和滨浅海以及海陆交互相，在这种环境中生物物种多样化异常的高，大多数都是喜氧生物，并有大个体生物的出现。生物的更新换代特别快而造成大量生物的死亡。上述两种环境下的生物大量死亡后，在遇到有利埋藏的条件下就可以保存形成沉积型钒矿。综上所述，沉积一成岩阶段是本区钒矿床形成的开始积累阶段。

4.成矿规律

结合矿床的成因及其成矿条件，不难看出大水西地区钒矿床具有如下规律：

（1）该研究区钒矿具有层控的特征。其钒矿体主要存在于寒武系的地层里，它的分布受到了地层严格的控制。该矿石中通常含有炭质（有机碳型）2%，含有磷，硅质含量很高，偶见斑点状黄铁矿。说明早期沉积是在还原环境下发生且海盆较宁静。

（2）该研究区的钒矿石中微石英脉较发育，是热液活动之后的产物。在仔细观察后认为：早期的石英脉有弱重结晶的现象，经常被错动或被晚期石英脉体穿切从而形成不规则网脉状。微脉一般来说占整个矿石体积的15%～35%，在其局部可占矿石体积的65%～85%，V₂O₅在矿石中的含量也会在一定程度上增加。

综上所述，该矿床为沉积-热液并经过后期改造（构造热液活动）形成的层控-改造型矿床。

结论

（1）新疆哈密大水西地区钒矿位于下寒武统西大山组，属于黑色岩系层控一改造型矿床。该矿床的赋矿岩石主要是碳质板岩、含碳硅质岩、含碳泥质板岩。在研究区地表共圈出38个矿体，最高品位为1.25%，最低品位为0.50%，平均品位为0.67%。由块段法推求钒金属量为0.8172万吨，为一中小型钒矿。

（2）该矿具海相沉积成因特点，在经历了较复杂成矿期后的变质改造富集作用和后期次生氧化改造成矿。沉积成岩阶段是本区钒矿床形成的初级阶段，后期的构造运动和热液活动使矿源层中钒元素活化、萃取和再富集，并使其最终形成工业矿床。

（3）在沉积成岩阶段，生物作用对钒的初始富集起了重要作用。V在地壳中呈分散状态存在，在水体中容易被许多生物吸收而浓集。早寒武世时该区海进进入一个平稳阶段，为还原环境，生物大量繁殖，Mn、P、V等不断被生物遗体（有机碳）及粘土矿物吸附沉积，形成钒的储集层，同时也是后期改造成矿作用的矿源层。

（4）一方面，矿床严格受地层控制；另一方面，后期的构造活动也会对矿床的规模、品位等有很大影响。钒矿的成因与地层有着千丝万缕的联系，它的分布范围、产状直接受控于地层。而区域上又受红柳河大断裂控制，研究区内平移断层和背斜的存在具体限制着矿床的产出及品位变化。