甘肃文县石坊—临江地区地化特征及钒矿找矿潜力分析

蔺强强

(甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院，甘肃天水 741020)

0 引言

我国早寒武世黑色岩系分布广泛，层位较为稳定，是许多大型、超大型金属和非金属矿床的主要赋存层位。国内对黑色岩系的研究早期主要集中在南方地区，近年来陕西、新疆、甘肃等地区对黑色岩系的报道越来越多，但甘肃省对与黑色岩系有关的多金属矿床的研究主要集中于北山地区，西秦岭地区黑色岩系的研究程度程度极低。近年来在文县石坊—临江一带寒武系干沟组黑色炭质板岩中发现V、Ag、Mo等元素的化探异常，部分捡块样钒矿化达到工业品位，这给甘肃省西秦岭地区黑色岩系找矿突破带来了前景和希望。

1 区域成矿背景

研究区经晋宁末期强烈的构造变动后，扬子板块与碧口古陆实现碰撞拼接，扬子板块西北缘地壳剧烈增厚，扬子板块南移[1-9]。而在扬子板块北缘南秦岭南侧稳定大陆边缘形成晚元古代以关家沟组为代表的边缘海盆类复理石沉积建造、末期以临江组和寒武系干沟组为代表的稳定浅海碳酸盐岩、碎屑岩建造。这些强烈构造运动和后期地层稳定沉积为石坊—临江一带钒矿的形成奠定了基础(图1)。我国寒武系黑色岩系是层控型钒矿床的重要矿源层及储矿层位[10-12]。

区内发育一系列NEE向深大断裂及次级断裂，其中以石坊-蒿子店-临江一线断裂为主，该断裂带的形成是沿先期的沉积构造界面发育的，即沿上志留统石坊群与下寒武统干沟组之间的沉积间断面形成，区域上亦具顺层断裂特征，并具多期活动的特点。早期该断裂带受华力西-印支期挤压褶皱之影响，表现为沿岩性界面的逆冲挤压特征，沿界面形成高角度逆冲断裂破碎带，在断裂带中下盘干沟组断续状分布，局部构造缺失，早期主要表现为浅构造层次上的逆冲、走滑活动的叠加改造，该期变形与燕山期成山作用关系密切。

区内钒矿整体研究程度较低，已发现的钒矿产地较少，在断裂东延带上陕西省境内山阳—商南—郧西一带黑色岩系中连续产出中—大型钒矿床[13-15]，赋矿岩石多为下寒武统水沟口组的硅质岩[16-19]，含磷结核硅质岩及炭质泥岩等，严格层控，沿走向及倾向比较稳定。2015—2018年，甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院通过矿产地质调查在区内发现3处钒矿化线索，且区内寒武系干沟组出露岩性与陕西境内水沟口组岩性一致。推测区内钒矿找矿潜力较大。

图1 石坊—临江一带区域地质简图Fig.1 The geological and regional sketch map of Shifang-Linjiang area1—第四系 2—白垩系 3—三叠系光盖山组 4—三叠系郭家山组 5—石炭系益哇沟组 6—泥盆系屯寨岩组 7—泥盆系桥头岩组 8—泥盆系 9—志留系石坊群 10—寒武系干沟组 11—震旦系临江组 12—震旦系关家沟组 13—震旦系草河坝组 14—青白口系秧田坝岩组 15—整合界线 16—角度不整合 17—断层 18—韧性剪切带 19—滑覆断层 20—逆冲推覆断层 21—背斜轴迹 22—向斜轴迹

2 工作区地球化学特征

2.1 地球化学参数特征

工作区地球化学景观属甘肃省东南部中、高山区，属秦岭山系西段，东与陕西、南西与四川接壤，面积5.4万km2。海拔一般为1200～2500 m，山高沟深，高差多在1000 m以上，属暖温带湿润、半湿润气候，气候温和，多雨湿润，山高坡陡，水系发育。物理风化作用也较强，风化与剥蚀处于动态平衡，多数元素在次生作用中富集。元素表生地球化学活性较强。

本次1∶5万水系沉积物测量数据来源于甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院，共采集样品6226件，采样粒级-10目～60目，分析元素为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、W、Mo、Bi、Mn、V、Cr、Co、Ni、Hg、Ba、Cd、Sn共计19种。

原始数据统计特征(表1)显示，变异系数>1的有Au、Ag、Cd、Mo、Ba、Sb、Hg、Mn、V、As十种元素，在工作区内表现为不均匀分布特征，说明这些元素在地质作用过程中发生了明显分异富集，尤其是Au、Ag、Cd、Mo这4种元素，呈现出极不均匀分布的状态，具有极强的迁移富集能力，并在局部成矿条件有利部位富集成矿。

区内富集系数≥1.2的元素有Au、Cd、Ag、Mo、As、Bi、Ba、V、Zn等，其中Au、Cd、Ag、Mo、As、Bi元素富集系数≥1.5，处于强富集状态。

结合元素变异系数及富集系数分析，区内Au、Ag、Ba、V、As等元素不仅处于富集分布，而且还属于极不均匀分布的元素，是工作区特征元素组合，这与目前区内已发现的众多金矿床、黑色岩系沉积型大型重晶石矿床相吻合。

2.2 V、Ag、Mo元素异常特征

元素在不同地质时代的分布、分配具有一定的专属性，不同地质时代的地层和岩浆岩中元素分布、分配有明显差异，对全区各地层V、Ag、Mo元素地球化学参数统计(表2)发现，寒武系干沟组(∈g)中，V、Ag、Mo元素富集系数为分别为2.22、1.90、3.08(>1.5)，变异系数分别为1.53、1.22、1.25(>1)，且背景值均远高于区内其他地层，表明该地区寒武系干沟组中V、Ag、Mo元素处于强分异、强富集状态，成矿可能性较大。鉴于篇幅有限，文章只讨论V元素异常特征。

石坊—临江一带V异常有10处，其中具有一定成矿远景的5处(表3、图2)，异常主要分布于石坊—临江一带，异常呈NE向展布，与区内的主要构造线及地层展布方向基本一致，V高值区主要分布于寒武系干沟组和震旦系临江组中，异常强度高，分带性好，数量多，是研究区黑色岩系主要成矿元素，成矿潜力较大。

表1 工作区水系沉积物地球化学特征参数Table 1 Geochemical parameter of trace elements of stream sedimentary samples in the study area

表2 研究区各地层V、Ag、Mo元素地球化学参数Table 2 Geochemical parameters of V，Ag，Mo elements of the strata in the study area

表3 研究区V元素异常统计Table 3 List of V element anomaly in the study area

图2 研究区V元素异常分布图Fig.2 Distribution map of V element anomaly in the study area1—第四系 2—白垩系 3—三叠系光盖山组 4—三叠系郭家山组 5—石炭系益哇沟组 6—泥盆系屯寨岩组 7—泥盆系桥头岩组 8—泥盆系 9—志留系石坊群 10—寒武系干沟组 11—震旦系临江组 12—震旦系关家沟组 13—震旦系草河坝组 14—青白口系秧田坝岩组 15—整合界线 16—角度不整合 17—断层 18—韧性剪切带 19—滑覆断层 20—逆冲推覆断层

3 区内钒矿化特征及控矿因素分析

3.1 含矿岩系分布与岩性组合特征

区内钒矿化线索和钒元素地球化学特征显示，钒矿赋存于寒武系干沟组黑色岩系中，整体呈NEE向分布于扬子板块北缘，寒武系干沟组总体为一套薄层含炭硅质岩、硅质岩、含磷结核硅质岩、硅质岩、炭质板岩的岩性序列。其下伏地层为震旦系临江组，区域上两者为超覆不整合接触或断层接触，两者紧密共生，为一套潮坪-泻湖相的碎屑岩、碳酸盐岩沉积。

工作区内已发现的3处矿化线索分述如下：

1)蒿子店钒矿化线索。在蒿子店黑色炭质泥岩中有两层钒矿化体厚度均约为1 m，V2O5的品位分别为0.20%和0.21%。显示弱钒矿化，初步判断其受层位控制，与构造、热液关系不明显。

2)邓家山钒矿化线索。在邓家山黑色炭质板岩中发现1处钒矿化线索，通过野外实地采样及快速分析仪分析发现，在含磷结核硅质岩和炭质板岩中V2O5的品位为0.12%～0.54%。含磷结核硅质岩中结核呈椭圆状、圆状，大小0.3～4 cm，该层厚度为0.8～3.5 m。

3)槐树村钒矿化线索。在槐树村黑色炭质板岩中发现1处钒矿化线索，V2O5的品位为0.11%～0.13%。主要岩性为黑色炭质板岩，厚度0.～1.5 m。

3.2 矿石类型

依据寒武系干沟组的岩性特征，下部以炭硅质岩为主夹少量炭质板岩(泥岩)，由下至上，泥质含量逐渐增多，岩性渐变为硅质岩与炭质板岩互层，顶部硅质岩逐渐消失，以炭质板岩为主。就目前笔者野外实地踏勘发现，在所有钒矿化线索部位，既有硅质岩集中部位，也有炭质板岩集中分布部位，且沿走向无明确界线，又存在逐渐发生变化的关系，虽然硅质岩中V2O5品位较低，但是局部也具有弱矿化，钒矿化主要集中在炭质板岩中，且分布不均匀。所以区内矿石类型为炭质板岩(泥岩)型和硅质岩与炭质板岩(泥岩)互层型。

3.3 钒矿赋存状态

沉积型钒矿床一般不见钒的自身独立矿物，钒矿石中主要矿物成分为石英、云母、高岭石、伊利石、绿泥石、钾长石、重晶石等，钒主要赋存于云母类矿物中。在云母类矿物中，钒主要以三价钒代替硅酸盐矿物中的三价铝等进入晶格中，即类质同象置换[20-21]。

3.4 控矿因素分析

从上述矿化线索及岩石组合可以看出，区内钒矿化的形成与黑色岩系关系密切，钒矿控矿层位为寒武系干沟组，岩性主要是含炭质硅质岩及炭质板岩(泥岩)，钒矿主要赋存于炭质板岩(泥岩)中，表现出明显的层控特点，故黑色岩系是重要的含矿建造。

对比全国黑色岩系有关矿床发现[22-30]：

1)与黑色岩系有关的钒矿化主要分布于深水、富硅有机质的盆地内，且矿化体分布与盆地延长方向一致，呈带状分布。

2)赋矿的黑色岩系是海侵序列，具有低纬度区上升洋流影响的特征。

3)黑色岩系的沉积和成矿序列反应了他们都是形成于不同程度的缺氧环境中。

微量元素的比值能反应地层沉积环境[31-32]，由于钒在还原的酸性条件下(典型的静海盆地中)，V4+最稳定，而镍的溶解度不受氧化还原条件的影响，在静海缺氧环境中V/(V+Ni)值>0.5，氧化条件下，该比值<0.4[33]。在全区水系沉积物样品中有80件寒武系干沟组样品，其V/(V+Ni)为0.65～0.94，平均值为0.81，表明其沉积时为缺氧环境；

V和Cr的地球化学性质有较大区别，V3+多与自身有机质有关，而Cr3+多吸附在陆源黏土上，不受氧化还原条件的影响，所以V/Cr值也可以反映古环境的氧化还原条件，比值越大表明缺氧越严重。Krejei-Graf(1964)和Dill(1986)提出V/Cr值<2时表示氧化环境[34-36]，>2时表示缺氧环境。研究区80件寒武系干沟组样品V/Cr值为1.21～11.93，平均比值为2.64，其中31件样品的V/Cr值<2，表明其成岩环境相对复杂，总体上为缺氧的还原环境。

4)黑色岩系的矿床成因多为生物或生物化学沉积成因[30]、海底热水(喷流)沉积成因、后期热液叠加改造成因。

4 钒矿找矿潜力分析

4.1 蒿子店—王家沟一带找矿潜力分析

蒿子店—王家沟一带含钒岩系分布于关家沟背斜的北西翼，呈NE向展布，在该地区的水系沉积物测量结果显示，V、Mo、Ba、Ag、Cu等元素异常套合较好(图3、表4)，异常展布方向与地层走向高度吻合，各元素异常强度高，规模大，异常具有很好的组分分带和浓集分带，异常面积8.2 km2，其中V元素最大值为1425×10-6，平均值581×10-6，异常规模达到42.07。含矿地层为寒武系干沟组，岩性为硅质岩、炭质板岩(泥岩)，干沟组地质构造相对较为复杂，局部层间褶皱及断层极为发育，构造样式反映当时为挤压应力状态。

在异常检查过程中发现，在V异常高值点附近采集的化学样V2O5的品位为0.11%～0.54%，厚度为0.8～3.5 m，矿化不均匀，含矿岩性为炭质板岩(泥岩)，炭质板岩(泥岩)总厚度为30～65 m，延伸较好，故推测区钒矿找矿潜力较好。

4.2 郭家坝一槐树村一带找矿潜力分析

郭家坝—槐树村一带含钒岩系为蒿子店—王家沟西延段上，含矿地层同样是寒武系干沟组，该地区分散流异常较好，异常呈条带状分布(图4、表5)，异常面积为6.13 km2。异常元素组合为Ag、Ba、V、Mo、Cu等，异常套合好，各元素异常强度高，规模大，异常具有很好的组分分带和浓集分带，其中V元素最大值为1283×10-6，平均值为698.4×10-6，异常规模达到50.88。

在异常检查过程中，局部显示钒矿化，在异常区内采集化学样3件，V2O5的品位为0.11%～0.13%，反映弱矿化。结合异常区地球化学特征及地质特征，初步推测该异常区钒矿成矿潜力较好。

图3 蒿子店—王家沟一带异常剖析图Fig.3 Comprehensive map of element anomalies in Haozidian-Wangjiagou area1—第四系黄土 2—第四系洪积物 3—志留系石坊群 4—寒武系干沟组 5—震旦系临江组 6—震旦系关家沟组 7—整合接触 8—平行不整合 9—逆冲推覆断层 10—综合异常

表4 蒿子店—王家沟一带综合异常统计Table List of comprehensive anomalies in Haozidian-Wangjiagou area

5 结论

1)石坊—临江一带寒武系干沟组黑色岩系呈NE向展布，1∶5万水系沉积物测量成果表明，除Ag、Mo异常外，还有V元素表现为强分异、强富集地球化学特征。

2)石坊—临江一带寒武系干沟组黑色岩系是钒矿化主要赋存地层，表现出明显的层控特点。所代表的成岩环境相对复杂，总体上为缺氧的还原环境。

3)研究区石坊—临江一带寒武系干沟组黑色岩系具有较好的找矿潜力，现阶段以蒿子店—王家沟一带、郭家坝—槐树村一带钒矿的找矿潜力表现较佳。

图4 郭家坝—槐树村一带异常剖析图Fig.4 Comprehensive map of element anomalies in Guojiaba-Huaishucun area1—志留系石坊群 2—寒武系干沟组 3—震旦系临江组 4—整合接触 5—平行不整合 6—逆冲推覆断层 7—综合异常

表5 郭家坝—槐树村一带一带综合异常统计Table 5 List of comprehensive anomalies in Guojiaba-Huaishucun area