湖北省興山縣白果園銀釩礦床基本特征及成礦模式

李方會，楊剛忠，姚 燕，廖宗明，劉圣德，何洪濤，田德昌

(1.湖北省宜昌地質(zhì)勘探大隊(duì)，湖北宜昌 443100;2.湖北省地質(zhì)科學(xué)研究所，湖北武漢 430034;3.湖北省鄂西北地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所，湖北襄陽 441002)

0 引言

湖北省興山縣白果園銀釩礦為產(chǎn)于震旦系下統(tǒng)陡山沱組頂部黑色頁巖中的沉積—成巖礦床?？辈楣ぷ魇加?976年，并分別提交了普查、詳細(xì)普查、詳查和勘探報(bào)告。銀資源儲量達(dá)大型規(guī)模，釩為中型，伴生硒元素可綜合利用，礦石鈣鎂含量高，屬黑色頁巖中銀釩共生的新類型礦石。本文在研究基本特征的基礎(chǔ)上，探討成礦模式，為該省和華南尋找該類型銀釩礦提供新的思路。

1 區(qū)域賦礦層位

興山縣白果園礦區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺上揚(yáng)子臺坪鄂中褶斷區(qū)黃陵背斜北西翼近核部。包括白果園、茅草坪、安家河三個(gè)礦段，以白果園礦段成礦最佳［1］。

區(qū)內(nèi)出露地層有上太古界—下元古界水月寺(巖)群(Ar3Pt1)，沉積蓋層為南沱組(Nh2n)、陡山沱組(Z1d)、燈影組(Z2∈1d)、牛蹄塘組(∈1n)等。沉積蓋層不整合于水月寺(巖)群之上(圖1)。

圖1 興山白果園銀釩礦地質(zhì)略圖Fig.1 Schematic geologicalmap of Baiguoyuan silver-vanadium deposit in Xingshan County

震旦系下統(tǒng)陡山沱組第四巖性段(Z1d4)為區(qū)域銀釩巖系，為一套黑色頁巖—白云巖建造，由白云巖和黑色頁巖及其過渡型巖石組成。為碳酸鹽臺地前緣半開闊淺水陸棚瀉湖(或?yàn)┖鬄a湖)沉積環(huán)境，黑色頁巖沼屑層沉積為潮下瀉湖亞相，淺色白云巖灰泥層沉積為淺水陸棚亞相。

根據(jù)巖石組合特征可分為三種剖面類型、五種巖相結(jié)構(gòu)類型(表1、圖2、圖3)。

表1 區(qū)域銀釩巖系巖性剖面、巖相結(jié)構(gòu)類型及其含礦性對照表Table 1 Contrast table of lithology profile，lithofacies structure types and ore potentiality of regional silver-vanadium rock series

圖2 區(qū)域銀釩巖系剖面類型示意圖Fig.2 Schematic diagram of profile types of regional rock series

圖3 區(qū)域銀釩巖系巖相結(jié)構(gòu)類型示意圖Fig.3 Schematic diagram of lithofacies structure type of regional silver-vanadium rock series

2 礦層特征

2.1 礦層賦存部位

含銀(釩)巖系為下震旦統(tǒng)陡山沱組第四巖性段(Z1d4)，可分為上、下兩個(gè)亞段。上亞段底部為上礦層(AV2)，V2O5含量達(dá)工業(yè)品位要求，伴生銀;下亞段的中、下部為下礦層(AV1)，銀釩含量均達(dá)工業(yè)要求，并伴生硒元素(圖4)。

上礦層含礦巖石為黑色頁狀粘土巖，下礦層含礦巖石為含黃鐵礦黑色頁狀粘土巖和黑色頁狀白云質(zhì)粘土巖，夾粉晶白云巖和泥質(zhì)泥晶白云巖。

礦層較穩(wěn)定。其頂、底板與層位頂、底界線的間距隨地層厚度變化而變化。無論上礦層或下礦層，礦體形態(tài)均較簡單，呈層狀。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致。

2.2 礦層結(jié)構(gòu)特征

本礦區(qū)銀釩礦層共有四種礦層結(jié)構(gòu)(圖5)。上礦層(AV2)由單一黑色頁巖組成，礦層結(jié)構(gòu)簡單。下礦層(AV1)由黑色頁巖與白云巖兩端元巖石及其過渡型巖石組成，黑色頁巖與白云巖呈韻律交替出現(xiàn)，根據(jù)交替頻繁程度，分為三種礦層結(jié)構(gòu)(表2)，Ⅲ型含礦性最佳，Ⅳ型次之，Ⅱ型再次之。

3 銀釩礦礦石學(xué)

白果園礦區(qū)白果園礦段內(nèi)賦存AV1、AV2二個(gè)銀釩礦層。AV1礦層中的AV12是主要工業(yè)銀釩礦層，礦體呈層狀，分布連續(xù)，厚度穩(wěn)定，有用組分含量均勻;礦體平均厚度 3.48 m，平均含 Ag 100.77 ×10－6，V2O51.004%。

3.1 礦石類型

礦石按有用組分銀、釩的含量劃分兩個(gè)工業(yè)類型;按含礦巖石的自然組構(gòu)特征劃分四個(gè)自然類型?，F(xiàn)將各礦石工業(yè)類型與自然類型及其產(chǎn)出部位的對應(yīng)關(guān)系列表如下(表3)。

圖4 銀釩巖系剖面及礦層賦存部位圖(白果園礦段TC9)Fig.4 Profile of silver-vanadium rock series and occurrence position of ore bed

圖5 銀釩礦層結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure diagram of silver-vanadium seam

表2 礦層結(jié)構(gòu)特征與含礦性統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of structure characteristics of seam and ore potentiality

表3 礦石工業(yè)類型與礦石自然類型分類表Table 3 Classification table of ore industry type and ore natural types

3.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.2.1 礦石結(jié)構(gòu)

礦石的結(jié)構(gòu)主要有泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、半自形—自形粒狀結(jié)構(gòu)、它形粒狀結(jié)構(gòu)、草莓結(jié)構(gòu)、半自形變晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等。以泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)為特點(diǎn)。銀釩礦石中的假像結(jié)構(gòu)、鑲邊結(jié)構(gòu)較之釩礦石中更加發(fā)育(照片1－照片4)。

照片1 泥質(zhì)結(jié)構(gòu)正交偏光133.12×Photo 1 Pelitic texture(orthogonal polarization 133.12 ×)

照片2 鑲嵌結(jié)構(gòu)正交偏光128×Photo2 Mosaic structure(orthogonal polarization 128×)

照片3 單偏光 10×20黃鐵礦呈半自形—自形晶狀結(jié)構(gòu)Photo 3 Polarized light(10×20 iron ore with hypautomorphic and euhedral crystal structure)

照片4 單偏光 10×20 A、B為兩粒莓球狀黃鐵礦Photo 4 Polarized light(10×20 pyrite with framboid)

3.2.2 礦石構(gòu)造

銀大都以微米級的銀礦物顯微包體存在于黃鐵礦中，故按含銀黃鐵礦在含礦巖石中的分布排列劃分為浸染狀構(gòu)造、紋層狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、板片狀構(gòu)造。銀釩礦石中以浸染狀構(gòu)造為主、銀釩含量高，釩礦石中以紋層狀構(gòu)造為主、銀釩含量均較低(照片5—照片8)。

3.3 礦石物質(zhì)組成與成分

礦石主要礦物是伊利石、白云石、火山凝灰(球);次要礦物有黃鐵礦、含釩伊利石、石英、輝銀礦—螺狀硫銀礦、輝硒銀礦、硒銀礦、硫銀鍺礦等。

礦石含有銀、釩、磷、金、硫、有機(jī)質(zhì)等成分，礦石中CaO含量高達(dá)8.68% ～12.08%，MgO含量為7.12%～8.15%，屬高鈣鎂型礦石。Al2O3+K2O+CaO+MgO+CO2+SiO2在礦石中的含量占84.69%，反映礦石的礦物成分主要是粘土礦物和鎂質(zhì)碳酸鹽礦物。礦石中Ag、V2O5符合工業(yè)指標(biāo)要求。Ag、V2O5含量與Al2O3、K2O含量呈正相關(guān)，與 CaO、MgO含量呈反相關(guān)，說明銀、釩主要富集在泥巖中，白云巖中礦貧或無礦。

照片6 單偏光10×20黃礦呈紋層狀—浸染狀分布hoto 6 Polarized light(10×20 pyrite with lamellardisseminated distrubtion)

照片5 單偏光10×20彌浸染狀分布的細(xì)粒黃鐵礦Photo 5 Polarized light(10×20 fine pyrite)

照片7 板片狀構(gòu)造單偏光37.6×Photo 7 Table-shaped structure(polarized light37.6 × )

照片8 條帶狀構(gòu)造單偏光8×Photo 8 Banded structure(polarized light8×)

4 銀釩礦賦存狀態(tài)

4.1 銀的賦存狀態(tài)及富集特征

經(jīng)過對主要載銀礦物(含銀黃鐵礦)電子探針分析、電子顯微鏡觀察及穆斯堡爾參數(shù)測定，表明銀不是呈類質(zhì)同象存在于礦物中，而是以獨(dú)立礦物的形式出現(xiàn)，主要以微米級銀礦物呈顯微包體存在于黃鐵礦中。含銀黃鐵礦按形態(tài)劃分共有三種:矛狀黃鐵礦、立方體黃鐵礦、草莓狀黃鐵礦。

銀主要富集在黑色頁巖中，并構(gòu)成工業(yè)礦體，其它巖石中銀僅發(fā)生礦化或貧礦。銀在黑色頁巖中的富集程度主要取決于獨(dú)立銀礦物含量和銀的載體礦物(黃鐵礦)的種類、含量。由于銀獨(dú)立礦物在礦石中的含量很低，礦石含銀量的高低就主要取決于銀的載體礦物——黃鐵礦的種類及其含量的高低。

4.2 釩的賦存狀態(tài)及富集特征

本次白果園礦區(qū)銀釩礦石的選冶流程探索試驗(yàn)中，湖南有色金屬研究院對釩的價(jià)態(tài)和物相進(jìn)行了分析［2］，結(jié)果見表4、表5。

表4 釩的價(jià)態(tài)分布(%)Table 4 Valence distribution of vanadium

化驗(yàn)結(jié)果表明:樣品中的釩主要以低價(jià)釩(V3+、V4+)的形式存在，約占總釩量的90.64%;V5+高價(jià)釩約占9.36%。礦石中的釩主要以類質(zhì)同象的形式存在。

炭質(zhì)頁巖中的釩一般賦存于三類礦物中。釩的物相分析，一般將釩分為三相:氧化鐵礦物和高嶺土等粘土礦物為一相;云母類礦物為一相;電氣石、石榴子石為一相。

表5 釩的化學(xué)物相分析結(jié)果(%)Table 5 Analysis results of chemical phase of vanadium

化學(xué)物相分析表明，原礦中釩主要賦存于云母類礦物(伊利石)中，約占總釩量的73.83%，其次為褐鐵礦等氧化鐵礦物及高嶺石等粘土礦物中的釩，約占23.37%，電氣石、石榴子石等硅酸鹽礦物中的釩約占2.8%。有機(jī)質(zhì)中也含有少量釩。

白果園礦區(qū)釩主要賦存在伊利石中，釩的富集與有機(jī)質(zhì)吸附和成巖作用有關(guān)。含釩伊利石可能由火山灰轉(zhuǎn)化為蒙托石在孔隙水富鉀條件下形成。

5 礦床成因、成礦條件與成礦模式

5.1 成礦條件

白果園銀釩礦床屬低溫?zé)崴练e—成巖的黑色頁巖型礦床，礦床成因特征如下［3］:

5.1.1 巖相古地理?xiàng)l件

早震旦世鄂西地區(qū)和川黔滇是揚(yáng)子地臺上兩個(gè)孤立的碳酸鹽臺地(圖6)，兩個(gè)臺地之間存在一長條形南北走向的狹長開闊盆地相帶。

本礦區(qū)在早震旦世處于碳酸鹽臺地與淺海陸棚交接部位，主體巖相為半開闊陸棚瀉湖環(huán)境。其沉積環(huán)境與海洋環(huán)境基本相通，隨海浸周期反復(fù)，致使銀釩巖系中下部沼屑層(亞相)與灰泥層(亞相)頻繁交互。

5.1.2 上升洋流及物質(zhì)來源

礦區(qū)在古構(gòu)造位置上，處于揚(yáng)子地臺北緣，在晚震旦世時(shí)處于拉張下沉狀態(tài)，在陡山沱晚期沉積了一套陸棚相的黑色頁巖。在陡山沱期區(qū)域內(nèi)存在海洋海底流與陸棚間的流動機(jī)制，上涌洋流提供的營養(yǎng)成分，造成陸棚瀉湖出現(xiàn)缺氧環(huán)境帶。

圖6 中國南方早震旦世沉積盆地古地理略圖Fig.6 Paleo-geographic contour of sedimentary basin in Early Sinian 1.古陸;2.斷裂;3.臺地界線。

5.1.3 熱水沉積標(biāo)志

根據(jù)工業(yè)銀釩礦層的黑色頁巖中發(fā)現(xiàn)有少量五角十二面體黃鐵礦，含自生鉀長、鈉長石，見有重晶石和石膏板片。礦石具紋層結(jié)構(gòu)。白云石的碳、氧同位素當(dāng)進(jìn)入含礦層范圍內(nèi)，ζ13C從正值突然降低為負(fù)值(富礦層中發(fā)現(xiàn)低負(fù)值)。REE測定結(jié)果，Ce異常不明顯，Eu有明顯異常，輕稀土(LREE)元素在曲線上斜率較大，重稀土元素(HREE)曲線平坦。上述表明，本礦床具有重要的熱水沉積證據(jù)。

礦區(qū)重晶石中的流體包裹體特征顯示出包體被捕獲時(shí)處于熱水活動相對寧靜的環(huán)境，為典型沉積成巖礦床特征。對黃鐵礦中的流體包裹體測試結(jié)果顯示成礦流體為中低溫、中低鹽度、中等密度。

5.1.4 成巖成礦作用

沉積階段，沼屑層中聚集有銀釩元素，其含量高于克拉克值，但達(dá)不到工業(yè)要求。

銀釩初始富集于成巖早期階段，早期流體為中低溫、中低鹽度、中等密度的流體，主要成礦作用為細(xì)菌氧化—硫酸鹽還原作用，層間孔隙水帶出S、Fe、有機(jī)質(zhì)、單相對聚集;此時(shí)沉積物較松散，可形成一些較典型的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，如順層或斜切微層的重晶石板片、草莓狀黃鐵礦及紋層狀構(gòu)造等。

銀釩主要富集在成巖晚期階段，此時(shí)成礦環(huán)境為硫逸度增多，成礦介質(zhì)條件由偏酸性向偏堿性轉(zhuǎn)化，更趨于還原環(huán)境;加上封存的層間水—成礦溶液環(huán)流增強(qiáng)，這樣更加有利于銀元素活化、沉淀。釩的富集與有機(jī)質(zhì)吸附和成巖作用有關(guān)，成巖晚期階段，含釩伊利石可能由火山灰轉(zhuǎn)化為蒙脫石在孔隙水富鉀條件下形成。

5.2 礦床成因

控制白果園銀釩礦床的主要地質(zhì)作用是沉積相帶和成巖作用。

(1)沉積巖相帶對銀釩礦床空間分布的控制。目前已發(fā)現(xiàn)的銀釩礦床均分布于碳酸鹽臺地與淺海陸棚交接部位。主體巖相為半開闊陸棚瀉湖環(huán)境，銀釩礦化一般出現(xiàn)在兩個(gè)巖相帶間的5～6 km范圍，工業(yè)銀釩礦一般分布在巖相帶近臺地邊緣2～3 km處。

(2)陸棚瀉湖環(huán)境中的沼屑層(亞相)與灰泥層(亞相)交互，是控制銀釩礦富集的巖相結(jié)構(gòu)。礦區(qū)和區(qū)域上銀釩礦均證明，有銀釩巖系，亦有黑色頁巖存在，并不一定有工業(yè)銀釩礦，只有銀釩巖系厚度較大，剖面結(jié)構(gòu)齊全，沼屑層與灰泥層頻繁交替，且黑色頁巖厚度大于白云巖厚度，礦層結(jié)構(gòu)復(fù)雜—極復(fù)雜諸因素都具備的地段，才富集有工業(yè)銀釩礦體。

(3)區(qū)內(nèi)銀釩礦嚴(yán)格受地層層位控制。銀釩巖系屬陡山沱組第四巖性段(Z1d4)，上礦層(AV2)賦存銀釩巖系上亞段(Z1d42)底部，下礦層(AV1)產(chǎn)于下亞段(Z1d4

1)中、下部的黑色頁巖中。本區(qū)燈影組石板灘段(Z dn)底部及陡山沱組第一巖性段中亞段(Z d2)中

2211下部，均夾有大量黑色頁巖，但銀釩含量均很低。說明本區(qū)銀釩礦具有地層層位專屬性。

(4)成巖過程中銀釩的富集，主要表現(xiàn)在成巖階段銀在黃鐵礦中的富集，原巖中生物吸附的釩金屬離子釋放到粘土礦物中，因而，礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造亦是重要的控礦因素。礦區(qū)內(nèi)，含黃鐵礦黑色頁巖廣泛出現(xiàn)，工業(yè)銀釩礦主要與具浸染狀、板片狀構(gòu)造的含黃鐵礦黑色頁巖有關(guān)。以上礦石構(gòu)造是成巖階段的產(chǎn)物。

(5)本礦區(qū)銀釩礦富集中心位于5～20勘探線，向兩側(cè)銀釩巖系變薄。巖相結(jié)構(gòu)，自南東至北西由沼屑層(亞相)過渡到沼屑層與灰泥層(亞相)交互，至礦區(qū)外圍麻溪河一帶全部為灰泥層，缺失沼屑層，顯示一不對稱型剖面。銀釩礦帶大致呈北西向展布，富礦帶在礦帶中呈北東向展布，后者可能與北西向凹陷帶中具有次級北東向凹陷有關(guān)。

5.3 成礦模式

綜合上述成礦特征，建立白果園式銀釩礦成礦模式圖，見圖7。

圖7 白果園式銀釩礦成礦模式圖Fig.7 Metallogenic model of Baiguoyuan type of silver-vanadium deposit

6 結(jié)語

綜合前述興山縣白果園銀釩礦的基本地質(zhì)特征及成礦條件分析，得出如下結(jié)論:

(1)興山縣白果園銀釩礦產(chǎn)于震旦系下統(tǒng)陡山沱組頂部黑色頁巖中。

(2)含銀(釩)巖系分上、下兩個(gè)亞段，上礦層含礦巖石為黑色頁狀粘土巖，下礦層含礦巖石為含黃鐵礦黑色頁狀粘土巖和黑色頁狀白云質(zhì)粘土巖，礦層較穩(wěn)定。

(3)銀主要富集在黑色頁巖中，并構(gòu)成工業(yè)礦體，釩主要賦存在伊利石中，釩的富集與有機(jī)質(zhì)吸附和成巖作用有關(guān)。

(4)從巖相古地理、熱水沉積標(biāo)志和成巖成礦作用分析，其礦床成因?qū)俚蜏責(zé)崴练e—成巖的黑色頁巖型礦床。

［1］李方會，等.湖北省興山縣白果園礦區(qū)銀釩礦勘探地質(zhì)報(bào)告［R］.宜昌:湖北省宜昌地質(zhì)勘探大隊(duì)，2012.

［2］魏黨生，方金東，等.湖北興山縣白果園銀釩礦選冶聯(lián)合提取銀釩試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.武漢:湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所，2010.

［3］劉源駿，金光富，等.湖北省興山縣白果園銀釩礦床地質(zhì)特征及成因類型研究［R］.宜昌:湖北省宜昌地質(zhì)勘探大隊(duì)，1993.