“内生外成”论贵州省黑色岩系钒矿成矿特征

2020-06-07马力克杨忠贵朱和书

有色金属（矿山部分） 2020年3期

马力克，杨涛，黄波，3，杨忠贵，朱和书

(1.贵州省地质资料馆，贵阳 550002；2.贵州理工学院资源与环境工程学院，贵阳 550003；3.贵州省有色金属和核工业地质勘查局物化探总队，贵州都匀 558000)

贵州省黔东(北)地区蕴藏的黑色岩系中钒矿资源属喷流—沉积型矿床[1-6]①，分布范围广，含矿层位稳定，资源潜力大。主要有用组分为V2O5，品位多在0.50%～1.27%，平均在0.8%以上，根据《矿产工业要求参考手册》[7]，工业品位0.7%，1%即为富矿，大多数满足工业经济指标。随着岑巩注溪、湘西吉首超百万吨大型—超大型钒矿的发现[1]，显示了极高的找矿前景。

1 岩相古地理环境

贵州地处扬子地台西南缘，早寒武世分为扬子区、过渡区及江南区，广泛分布了以陆源碎屑为主的广海型沉积(图1[1-6、8-9]①)，扬子区在威宁一带属于滨海相沉积(Ⅰ1)，纳雍—余庆一带属后滨—前滨相(Ⅰ2)，局部为礁滩相(Ⅰ3)；往东以都匀—石阡一线为界的过渡区黑色含碳钙质页岩、泥质页岩斜坡相(Ⅱ)，在分布范围上呈NE—NNE向展布；江南区以三都—台江一线东部的薄层碳硅质岩的广海盆地相(Ⅲ)。下寒武统以牛蹄塘底部为主广泛分布的黑色岩系中产出镍钼钒矿(南西部缺失)，镍钼主要分布于杨子区的后滨—前滨相，往东的过渡区以钒为主，主要分布于黔东(北)的黄平—铜仁一带。

1—扬子区(滨海相)；2—后滨—前滨相；3—近滨—远滨相；4—礁滩相；5—过渡区(斜坡相)； 6—江南区(盆地相)；7—主要镍钼钒矿床(点)图1 贵州省早寒武世早期大地构造位置及岩相古地理图Fig.1 Structural position and lithofacies palaeogeography in Early Cambrian of Guizhou province

2 矿床地质特征

贵州省黑色岩系中钒矿资源主要产于下寒武统底部富含有机质的硅质、碳酸盐及泥质页岩类碳酸盐岩—碎屑岩沉积建造，属喷流沉积型，具备沉积型矿床特征。

2.1 矿体产出特征

含钒矿岩系主要产于寒武系下统底部，属震旦—寒武系海相为主的连续沉积建造，矿体产状与地层一致呈层状—似层状的较稳定产出，部分地段随着构造的影响甚至破坏而发生变化，广泛分布于黔东(北)地区，随着岑巩注溪大型钒矿的发现，远景资源量预计达到超大型规模。

2.2 矿层顶底板岩石特征

区内含钒岩系上覆地层为下寒武统金顶山组—明心寺组中厚层状灰绿色粉砂质泥岩，下伏地层为上震旦统灯影组中厚层状灰白色细晶白云岩，与黑色岩系界线较为清晰。

2.3 含钒岩系特征

区内含钒岩系主要赋存于下寒武统牛蹄塘组、九门冲组等薄—中层状碳质页岩中，在完整剖面上多为3个矿层(Ⅰ—Ⅲ号矿层)，不同地段因地质背景差异形成不同的矿床类型，根据不同地理位置、赋矿地层及岩性组合等，分为三种主要矿床类型(表1，据邓鑫楠[8]、刘玉红[9]及贵州区域地质志[1]①等资料综合整理)：黄平上塘型、镇远两路口型及三穗吉洞型，往东(南)的江南区逐步变薄至尖灭；其中黄平上塘型和镇远两路口型是贵州重要钒矿类型。

表1 贵州省含钒岩系中主要的矿床类型

3 岩石化学特征

邓鑫楠[8]、刘玉红[9]分别在岑巩、镇远、天柱、黄平、三穗等主要钒矿区采集了21个钒矿样品，进行了X射线衍射与物相分析、化学全分析与相关分析、光谱分析及放射性分析，结果见表2至表5。

表2 钒矿石的物相分析结果Table 2 Phase analysis results of vanadium ore

1)X射线衍射和物相分析：矿石内主要矿物为石英、长石及伊利石云母类黏土矿物等组合；未发现钒的独立矿物，主要以V2O5的离子吸附态、类质同象等赋存于黏土类(或云母类)矿物中(表2)，多与有机质形成有机络合物——含钒伊利石(水云母)，其次为铁铝氧化物，少量为硅酸盐矿物。

2)化学全分析：化学成分主要为Si、Al、Fe、K的氧化物及有机碳等(表3)，同时也分析了V2O5与其他成分相关性(表4)，V2O5与Al2O3、FeO、MgO、K2O、P2O5、S、C正相关，与MnO几乎不相关，其他的为负相关，V2O5与有机碳的关系最为密切，有机碳含量高，V2O5也高。

3)光谱分析：V、Cr、Ni、Co、Mo、Cu、Pb、Zn等元素(表5)，相对于地壳丰度除Co外，具不同程度富集，尤其是V从5～140倍不等，平均约40倍；其次Mo富集了约20倍，其他的2～5倍不等。

表3 化学全分析结果

表4 V2O5与其他成分相关系数表

表 5 原子吸收光谱分析结果

注：地壳丰度参考陈道公等(2014)[11]。

4)放射性分析：对矿石样和钠化焙烧提炼钒后的尾渣进行放射性测试分析，矿石中放射性来源以铀为主，平均含量为0.018%，部分略高，尾渣平均0.008%，明显低于边界品位的0.03%。分析表明：(1)原样中未发现铀的原生矿物，趋向均匀分布；(2)铀平均含量比原样低，可能是矿石经焙烧提炼及水浸尾渣后；(3)与世界平均页岩对比，矿石中铀的富集程度达数倍至十余倍，可能与海底火山喷流提供的深部物源有关。

4 成矿模式

4.1 成矿环境

黑色含钒岩系的物质来源、沉积环境、生物成矿作用等方面可以从地球化学研究中常用的主量元素含量及比值来研究，分析了样品中硅铝铁锰氧化物及比值(表6)[8-9]。

表6 黔东地区钒矿样品中主量元素分析结果Table 6 Analysis results of major elements in vanadium ore samples from eastern Guizhou

1)(SiO2)/(Al2O3)值是区分岩石物源的重要标志，陆壳值中(SiO2)/(Al2O3)为3.6，与此接近的物源以陆源为主，超过则多由于生物或热水作用的补充，区内(SiO2)/(Al2O3)为3.76～15.42，反映了物源以生物和热水作用为主，天柱附近主要为陆源物质。

2)用(Al2O3)/(Al2O3+Fe2O3)来判断沉积环境，(Al2O3)/(Al2O3+Fe2O3)在0.7～0.9为大陆边缘环境，0.4～0.7为远洋深海环境，0.1～0.4为洋脊海岭环境。区内为0.42～0.85，反映了主要沉积于远洋深海—大陆边缘环境，黄平为0.81和0.85，推断为大陆边缘环境，与古地理环境对应。

3)沉积岩中(Al)/(Al+Fe+Mn)>0.5时物源为陆源，而<0.35时为热水注入，区内为0.42～0.85，兼有陆源和少量热水物质。

4)岩石中(Si)/(Si+Al+Fe)反映物源，在0.9～1.0时主要为生物硅，小于0.9时更接近碎屑物源。表中0.6～0.91，表明主要为碎屑物源，少量生物沉积作用。

因此，黔东地区钒矿主要沉积于海洋环境，往西逐渐过渡到大陆边缘环境，主要为陆源碎屑物质和少量热水、生物沉积作用。

4.2 成矿模式

贵州地势在寒武纪早期具有西高东低的康滇古陆—台缘—斜坡—深水盆地格局，东侧华南残留洋盆随着陆源碎屑物质沉积、海底火山喷发形成的热水物质，带来了以钒为主的成矿元素和生物所需的营养元素；在深海洋流和海底火山喷流产生热动力形成的上升流作用下，部分钒因生物的吸附及其活动产生的弱酸—还原环境中，以及黏土矿物吸附而沉淀的成矿系统，并在斜坡—台缘地段造就了早寒武世广泛黑色以钒为主的多金属沉积建造—喷流沉积型矿床(图2)[8]。

图2 贵州省钒矿成矿模式图Fig.2 Metallogenic model of vanadium deposits in Guizhou province

5 讨论

1)地球经历了数十亿年的演化，地壳平均密度2.8 g/cm3，地幔平均4.5 g/cm3[11-12]，地壳主要以低密度相关的浅源性元素组合；地幔为高密度的深源性元素组合，是深源性有关的有色金属、黑色金属、贵金属、稀有稀土分散元素等的富集处[13]；在特定地质作用下，多以岩浆和热液方式上涌，带来深源性成矿物质和热动力作用，在海相环境中进行喷流沉积作用形成相关矿床。区内黑色含钒岩系中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg、K、P、S及有机碳等主元素组合特征，具明显浅源性元素组合。因此，贵州省含钒岩系无论是野外观察，还是X射线衍射、物相及化学全分析中显示了的海相沉积特征，是较典型的沉积型矿产。

2)在X射线衍射和物相分析结果中未发现钒的独立矿物，主要以V2O5的离子吸附态、类质同象等赋存于黏土类(或云母类)矿物中，多与有机质形成有机络合物——含钒伊利石(水云母)，其次为铁铝氧化物中。从V2O5与其他成分相关性分析中，与有机碳存在密切的内在关系。李赛赛等[14]认为是黏土类矿对金属的吸附作用，加上生物活动可以与金属元素形成有机络合物及腐殖酸与金属离子结合而产生吸附作用；表明古生物活动和黏土的吸附作用对V2O5的富集具重要作用。

3)从光谱分析的V、Cr、Ni、Co、Mo、Cu、Pb、Zn等元素来看，除Co外，相对于地壳丰度有不同程度的富集，尤其是V从5～140倍不等，平均约40倍；其次Mo富集了约20倍，其他2～5倍不等，具有深源性特点。(Al)/(Al+Fe+Mn)值表明有少量热水加入，也是除V较高外，其他深源性成矿物质相对较低。此外，谢再波[15]在对瓮安新河钒矿的REE—La/Yb图解上认为少量来自于大陆拉斑玄武岩，与贵州新元古代—早古生代岩浆活动带来的深源性物源对应[1-6，16]。

4)黔东地区含钒岩系主要矿床类型有3种，剖面上具3个矿层(Ⅰ—Ⅲ号钒矿)，可能最少有3期(次)海底火山喷发，含钒岩系在黔东地区呈NE—NNE向展布，向江南区过渡变薄至尖灭，因此，黔东地区的斜坡相古地理环境中黄平上塘型和镇远两路口型是贵州重要钒矿岩系产出地。

5)前人对黔东地区下寒武统黑色含钒岩系的研究较多，如高长林等认为在缺氧条件下形成的一套黑色碳、硅质岩中同生沉积钒矿床。涂光炽等[16]认为前寒武与早寒武纪转折期环境波动与稀罕事件耦合产物，与晚震旦世发育一系列拉张构造的裂陷槽背景，以及海底火山活动，其中黑色沉积岩系伴有生物大爆发和生物缺氧环境下的灭绝事件。毛景文等[17]认为华南地区新远古代—早古生代曾发生过大规模的热液事件，形成了东西向分布的下寒武统的P、S、Ba、V、Ni-Mo、Mn的黑色页岩及其中的多金属、贵金属矿化。因此，黔东地区在下寒武统早期沉积系统中完成钒成矿作用不是孤立事件，成矿物源包含了陆缘碎屑、海底(火山)喷流、热卤水(热液)的海相环境中在物理化学及生物活动等共同作用下的含钒岩系沉积建造，并在有利地段富集形成钒矿床。

6)贵州地处扬子陆块西南缘，南华系—早古生代中期扬子陆块与江南古陆的汇聚，华南裂谷盆地洋壳向江南古陆俯冲，出现的沟—弧—盆格局及多期次级裂陷[1，4-5]，伴随的多期次岩浆活动，带来的深源性成矿物质，为喷流沉积作用提供了前提条件。在南华系的黔东北松桃形成了大型—超大型锰矿集中区[18]；随着震旦系陡山沱组(洋水组)—下寒武统牛蹄塘时期所表现的盆地次级裂陷扩展期，形成了与陡山沱组—灯影组磷矿[19]、重晶石[1、20]、镍钼钒及碳酸盐岩中铅锌—汞矿成矿期[1、4-5、21-22]，造就了贵州重要的“内生外成”大型—超大型成矿系统(图3，据游先军[23]修编；表6，据黄波等[4-5]及贵州区域地质志[1]综合整理)。

图3 贵州省“内生外成”钒矿成矿示意图Fig.3 Metallogenic diagram of “the upper mantle origin and exogenous mineralization” vanadium ore in Guizhou province

6 结论

1)贵州黑色含钒岩系主要为陆源碎屑和少量火山(热液)喷流提供，钒的富集与黏土矿物的吸附作用和后期生物活动密切相关，为喷流沉积型矿床。

2)贵州含钒岩系在斜坡相古地理环境的黔东(北)地区呈NE—NNE向展布，往东(南)的江南区逐步变薄至尖灭；主要的钒矿类型有3种，其中黄平上塘型和镇远两路口型是重要钒矿产出地。

3)下寒武统黑色岩系是南华系—早古生代中期扬子陆块与江南古陆的汇聚背景下表现的盆地次级裂陷扩展期，产生的沟—弧—盆格局，随着多期次的岩浆活动带来的丰富深源性成矿物质，造就了不同地质背景、时期及成矿物源的“内生外成”成矿系统—锰、磷、重晶石、铅锌、汞及镍钼钒矿等的大型—超大型矿集区；是下寒武统陆缘碎屑、海底(火山)喷流、热卤水及后期古生物活动等共同作用下的含钒岩系沉积建造，并在有利地段富集形成的钒矿床。