江西彭泽县阳家山钒矿床地质特征及找矿方向

邓友国，徐亚男，孟德磊，欧阳永棚

(江西省地质局第十地质大队，江西 鹰潭 335000)

0 引言

钒是一种重要的战略性金属资源，先后被日本、欧盟、美国、澳大利亚、加拿大等国列为关键矿产。钒广泛应用于冶金、钢铁、化工、航空航天、国防军工等领域[1-3]，近年来，在储能领域的应用研究也取得很大进展[4-5]。随着钒在相关领域应用的逐渐扩大，未来钒需求将呈稳定增长趋势[3，6]。因此，对典型钒矿床的综合研究可以为钒矿的找矿勘查提供依据，有利于扩大钒矿资源储量，具有十分重要的意义。

我国钒矿资源丰富，主要的钒矿类型为沉积型，约占钒矿总储量的87%，主体赋存于寒武系黑色炭质页岩中[3，7]。文章对发育于赣北地区寒武系黑色岩系中的典型钒矿床——阳家山钒矿床进行研究，通过分析其矿床地质特征，初步探讨矿床成因及找矿方向，以期为同类型矿床的勘查及研究提供借鉴。

1 成矿地质背景

阳家山钒矿区大地构造位置处于扬子板块东南缘，长江中下游坳陷带之九江坳陷(图1)。九江坳陷是在晋宁期弧后盆地基础上发展起来的沉积坳陷盆地[8]，以新元古代青白口纪早期的双桥山群、星子岩群为变质基底，以南华纪以来的地层为盖层[9]。盖层沉积物表现为次稳定型沉积特点，有利于沉积型矿床的形成。

图1 江西北部地质构造区划图(a)与阳家山钒矿区区域地质图(b)

区内地层分布广泛，出露的新元古代青白口纪双桥山群构成变质基底，其上新元古代南华—震旦纪及早古生代地层组成沉积盖层。沉积盖层地层发育较全，多为连续沉积，其中晚古生界大面积出露于湖口—彭泽一带，其底部寒武系荷塘组(∈0-1h)发育一套黑色页岩系，该层位内具有很大的钒矿资源潜力，同时具有一定规模铀、钼等金属资源。

区内基底及盖层均发育褶皱，基底褶皱轴迹呈NEE向、NE向，后期叠加改造明显。盖层褶皱发育有大港周—老屋饶复向斜及花尖山—黄岭背斜，展布方向以近EW向、NE向及NNE向为主。区内断裂较发育，以近EW向及NNE向为主。其中近EW向断裂表现为一系列的层面滑动构造，与地层走向基本一致，NNE向断裂则属赣江断裂带的组成部分，为多期活动的产物[10]。

区内整体岩浆活动较弱，西南角五里街地区有横山岩体侵入，属燕山早期酸性花岗岩。

2 矿床地质特征

矿区及外围出露的地层较为简单，由老至新主要有新元古界下震旦统皮园村组(Z2p)，上古生界下寒武统荷塘组(∈0-1h)、观音堂组(∈1g)和第四系(Q)等。地层整体走向近EW向，向南缓倾角倾伏。矿区内褶皱与断层不太发育，未见岩浆岩出露(图2)。

图2 阳家山钒矿区地质及勘探工程图

2.1 含矿层位

矿区内钒矿化呈层状，主要赋存于下寒武统荷塘组底部，赋矿岩石主要为黑色、灰黑色炭质页岩、含炭质页岩，次为灰黑色硅质页岩。该层位在区域上呈带状断续延伸，且普遍具有钒矿化。总体上，赋矿地层上段主要为页岩、含炭质页岩、炭质页岩，钒矿化较弱；中段主要为炭质页岩、含炭质页岩，钒矿体厚而集中；下段随着岩石硅质含量增高，钒矿体薄而分散；底部随着向皮园村组硅质岩过渡，钒矿化逐渐变弱(图3)。

图3 阳家山钒矿区23线地质剖面图

2.2 矿体特征

阳家山钒矿床钒矿资源量达中型规模，按矿体空间分布特征，矿区内共圈定19个工业矿体，各矿体均产于下寒武统荷塘组底部，赋矿高程为 +198～-64 m，矿体多呈层状、似层状平行产出，少数呈透镜状产出。矿体产状与地层一致，总体为EW走向，向南缓倾。各工业矿体总体厚度较稳定，有用组分分布均匀。矿区内主矿体共3个，分别为 V12-1、V9-2 和 V8-2号矿体。主矿体均呈层状产出，连续性较好，形态简单，局部具分支复合。走向上均稳定延伸至研究区范围外，倾向上向深部延伸尚未封边。其特征见表1。

表1 阳家山钒矿区主矿体特征

2.3 矿石特征

2.3.1 矿石类型

矿区内矿石赋存于荷塘组底部黑色页岩系中，矿石工业类型为炭硅泥岩型钒矿石。根据矿石中主要组分分布特征，又可将矿石类型划分为炭质-钒矿石、含炭质-钒矿石和硅质-钒矿石三类。炭质-钒矿石中物质组分主要为黏土矿物(60%～80%)和炭质(15%～25%)和粉砂质(5%～10%)；含炭质-钒矿石中物质组分主要为黏土矿物(65%～85%)、粉砂质(5%～20%)和炭质(5%～10%)；硅质-钒矿石中物质组分主要为硅质(60%～85%)、有机质(5%～20%)和炭质(1%～5%)。其中炭质-钒矿石为矿区主要的矿石类型(图4a)，次之为含炭质-钒矿石(图4b)。硅质-钒矿石往往位于含矿层下部，与其余两者互层产出。不同类型矿石的钒矿化程度多具细微差别，总体而言，矿石 V2O5品位有炭质-钒矿石>含炭质-钒矿石>硅质-钒矿石的规律。

图4 阳家山钒矿床典型矿石特征及矿物镜下特征

2.3.2 矿石成分

矿石中金属钒不以独立矿物形式存在，也未见其他含钒矿物。矿石中主要矿物为黏土矿物、炭质、石英、白云母、方解石及少量的黄铁矿、磁黄铁矿等金属矿物。其中黄铁矿呈细粒浸染状分布，方解石及石英细脉常穿插于岩矿石裂隙中。

原生矿石薄片中，黏土矿物以水云母为主，呈显微鳞片状，片径为5～10 μm，具明显层理构造。炭质粉晶呈尘点状均匀分布，与黏土矿物混杂。粉砂质为石英及少量白云母碎片，石英以不规则细粒状或细条带状平行层理面分布，粒径为20～100 μm。黄铁矿呈自形—半自形状浸染状不均匀分布，粒径为10～100 μm，局部沿层理面富集(图4c、4d)。

2.3.3 矿石化学组分

区内各矿石类型化学成分基本一致，含量相差不显著，但 Al2O3、Fe2O3、K2O、CaO 显示出与 V2O5具有强相关性的特征：V较富的矿石中总体具有较高的 Al、Fe、K 与较低的 Ca(表2、图5)。矿石中主要有用组分为 V2O5，与钒伴生元素种类较多，如 Pb、Zn、Cr、Cd、Mo 等，但元素含量均较低。值得注意的是，三种矿石类型中w(Mo)=0.01%～0.05%，虽尚未达到综合回收利用价值，但结合光谱全分析结果及样品空间分布范围可知，矿区荷塘组底部向南延深方向钼金属含量有富集趋势。

图5 阳家山钒矿区组合样V与Al、Fe、K、Ca相关性

表2 阳家山钒矿区组合样化学全分析结果

2.3.4 矿石结构构造

矿石结构主要为泥质结构、粉砂泥质结构，次为隐晶质结构。矿石构造以层理构造为主，水云母类等片状矿物定向排列形成层理。局部地段受构造影响矿石发生揉皱形成皱纹构造。

2.3.5 矿石围岩和夹石

矿石围岩岩性主要为炭质页岩、含炭质页岩和硅质页岩，荷塘组底部与皮园村组接触面附近夹有少量硅质岩。钒矿体顶、底板围岩与矿体之间岩性并无明显差别，且大多界线不清晰，其颜色、矿物成分、结构构造、体重等都相似，肉眼不易区分，只有通过系统采样进行测试分析才能将其确定。围岩钒矿化较普遍，但根据岩性的不同，矿化程度具有差别。矿区内围岩的 V2O5分析结果表明，总体而言，围岩中钒含量有炭质页岩>含炭质页岩>硅质页岩>硅质岩的变化规律(表3)。根据各围岩样品分布特征，并结合岩矿石 V2O5品位等值线图(图3)可看出，一般越接近矿体，钒矿化程度越高。

表3 阳家山钒矿区围岩V2O5品位统计

夹石的存在主要是由于成岩过程中沉积环境或钒物质来源的变化而使钒的含量或分布存在差异，矿区中夹石通常不均匀分布在较为厚大的矿体内，岩性均为炭质页岩，V2O5平均品位达0.38%，厚度一般为2～3 m。

3 矿床成因

通过对其矿床地质特征的综合分析可以认为，阳家山钒矿床为典型的沉积成因。矿体的赋矿层位为寒武系荷塘组底部的一套黑色页岩系，矿体产状受层位控制。寒武系黑色岩系型钒矿床在我国分布较广，主要集中于北方的塔里木地区、南秦岭地区[11-13]及我国南方的赣北、湖南、湖北、贵州等地[14-19]。黑色岩系型钒矿普遍认为是在海相缺氧、还原的沉积环境中形成的[16]，发育于广海陆棚、被动大陆边缘斜坡的沉积盆地中[20-21]，且与有机质关系密切[7]。

对于黑色岩系型钒矿中钒的物质来源，主流观点普遍认为原始成矿物质来源于海底热液，地壳深部富钒热液通过裂隙通道进入海底[21-25]；也有观点认为成矿物质来源于海水自身沉积[15，26]、陆源碎屑沉积[27-28]或多来源沉积[19，29]。但不论哪种物质来源，原始V元素都是从海水中进行富集成矿的。

钒在水体中的富集和迁移主要受到氧化还原状态和吸附作用的影响[30]。寒武纪生命大爆发，汇集在大陆边缘的海洋生物死亡后降解消耗大量氧气，加剧了海洋缺氧还原环境的形成[31]，使海水中溶解的大量 V5+被还原为 V4+和 V3+[7]。同时，不易溶于水的 V4+和 V3+与有机质通过腐殖酸吸附固定、离子交换作用、离子螯合作用等方式发生沉淀[32]，并受到来自陆源的黏土矿物对其产生的强烈吸附作用[24]，最终为黑色岩系型钒矿提供了良好的形成条件。

青白口纪晚期，华南发生广泛的裂谷活动，导致了扬子地块东南缘地区长江中下游裂谷的发育，并伴随强烈的火山活动[33]。受裂陷活动和热液活动的影响，地壳深部富钒流体沿断裂喷出至海水中。寒武纪，赣北地区形成水流不畅的潮下深水盆地，海绵生物渐趋繁盛，有机物大量堆积[34]。在深海缺氧、还原的环境下，海水中的以来源于海底热液为主的钒元素被还原、吸附、沉淀，最终在赣北地区黑色岩系中发生高度富集，形成了荷塘组底部黑色页岩系中以阳家山钒矿床为代表的钒矿化。

4 找矿方向

矿区内钒矿体赋存于荷塘组底部的黑色、灰黑色炭质页岩、含炭质页岩及灰黑色硅质页岩中，该层位在赣北的修水—武宁—永修—彭泽及赣东北的德兴—上饶等地分布较广，具有较大的钒矿资源潜力，是有利的找矿层位，应加大对这套地层的综合研究，同时注意钼、铀矿的综合找矿。

黑色岩系型钒矿严格受层位控制，且多为炭-硅-泥质组合[7]，在钒的富集成矿过程中，泥质和有机炭的吸附作用都起着重要贡献[24，35]，阳家山钒矿床中不同类型矿石钒矿化程度的差别及矿石成分特征均表明，钒的富集与黏土矿物及炭质密切相关。组合样的化学分析结果显示，富矿石普遍具有较高的铝、钾、铁和较低的钙，这与其他黑色岩系型钒矿床有相似之处[21，36]，指示了钒可能是以吸附态形式赋存于黏土矿物中。不同岩性围岩之间 V2O5总体含量的差异进一步揭示了炭质含量与钒含量的密切关系(表3)：随着岩石中炭质含量的减少，钒矿化程度呈降低趋势。这些证据为区域钒矿找矿提供了线索，在荷塘组底部的黑色页岩系中炭质含量较高的地段可能会有较好的钒矿化，对其重点关注有助于找矿勘查的靶区选定。

矿区内钒矿体走向上EW向延伸稳定，倾向上向南延深较好，矿区周围有荷塘组出露，可见除矿区内已控制的钒矿体规模外，在其南部延深处仍具有较大的找矿前景。

5 结论

1)矿区内钒矿体赋存于寒武系底部黑色页岩系中，产状受地层的严格约束，三条主矿体在走向及倾向上均延伸较稳定，有用组分分布均匀。

2)矿区内划分了三种不同的矿石类型，围岩及夹石与矿石间并无明显区分特征，且普遍具钒矿化。岩石矿化程度与炭质含量相关，且钒与铝、钾、铁存在较为密切的化学共生关系。

3)来源于以海底热液为主的V元素在缺氧、还原的海相沉积环境下被还原、吸附、沉淀，最终在赣北地区黑色岩系中发生高度富集，形成阳家山钒矿床。

4)区域内荷塘组底部黑色岩系层具有良好的钒矿找矿潜力，炭质含量较高的地段可能有较好的钒矿化程度，在本矿区南部延深处具有较大的找矿前景。