楊家堡礦區(qū)莊子溝組底部黑色巖系中釩礦成因探討

徐志濤, 羅 勇, 胡 明, 楊 瀟, 馮久林

(湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊(duì),湖北 襄陽(yáng) 441002)

楊家堡釩礦區(qū)位于湖北省丹江口市北西部。大地構(gòu)造位置位于秦嶺—大別造山帶(Ⅰ),秦嶺弧盆系(Ⅰ1),武當(dāng)—隨南逆推帶(Ⅰ1-1),武當(dāng)陸內(nèi)裂谷(Ⅰ1-1-1)。礦區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育,釩礦體展布主要受控于寒武系下統(tǒng)莊子溝組[1]。

1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)出露地層以新元古界震旦系燈影組(Z2∈1dn),早古生界寒武系下統(tǒng)楊家堡組(∈1y)、莊子溝組(∈1z),中統(tǒng)岳家坪組(∈1-2y),上統(tǒng)孟川組(∈3m)為主。

燈影組為碳酸鹽巖,巖性為白色—淺灰色白云巖。楊家堡組巖性以灰黑色中層硅質(zhì)巖夾薄層硅質(zhì)巖及薄層粉砂質(zhì)板巖為主。莊子溝組下段為含釩礦巖系,上段依次為硅質(zhì)板巖夾黑色含碳泥灰?guī)r、黑色薄層含碳粉砂質(zhì)板巖、灰黑色紫紅色泥質(zhì)板巖和黑色含碳粉砂質(zhì)板巖。岳家坪組為碳酸鹽巖,巖性為從下向上依次為灰黑色中層灰?guī)r、灰黃色薄層泥質(zhì)灰?guī)r、灰黑色薄層細(xì)晶灰?guī)r夾泥質(zhì)條帶灰?guī)r。孟川組為碳酸鹽巖,巖性為灰色中層泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r(圖1)。

礦區(qū)位于楊家堡—唐家山倒轉(zhuǎn)向斜西段,軸面傾向南,向斜軸線近東西。向斜核部為寒武系中、上統(tǒng),兩翼為寒武系下統(tǒng)和震旦系上統(tǒng)地層。南翼地層倒轉(zhuǎn),巖層傾角一般50°,最大80°。北翼地層出露正常,巖層傾角一般12°～51°,含礦巖系出露完整。斷裂構(gòu)造主要發(fā)育于主體向斜的兩翼及邊緣,走向主要有EW向和NW向兩組,多為脆性斷裂。礦區(qū)楊家堡附近還發(fā)育有一組走向近東西的次級(jí)箱狀背向斜,嚴(yán)格控制著莊子溝—楊家堡礦段釩礦體的展布。

圖1 丹江口楊家堡釩礦礦區(qū)地質(zhì)略圖(據(jù)湖北省丹江口市楊家堡礦區(qū)石煤釩礦勘查報(bào)告,1996,簡(jiǎn)化)Fig.1 Geological sketch map of Yangjiabao vanadium ore district1.第四系全新統(tǒng);2.早古生界寒武系上統(tǒng)孟川組;3.早古生界寒武系中統(tǒng)岳家坪組;4.早古生界寒武系下統(tǒng)莊子溝組;5.早古生界寒武系下統(tǒng)楊家堡組;6.新元古界震旦系上統(tǒng)燈影組;7.平行不整合界線;8.滑塌界線;9.斷層;10.正斷層;11.勘探線剖面;12.釩礦體。

2 礦床地質(zhì)[2]

2.1 礦床特征

莊子溝組下段賦礦巖系可分出3個(gè)次級(jí)賦礦層,從下向上可圈出Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3等7個(gè)礦體,其中Ⅰ2、Ⅱ2、Ⅲ2為較穩(wěn)定的礦體,Ⅱ2為主要礦體,Ⅰ1、Ⅱ1、Ⅲ1、Ⅲ3等為厚度變化極大、延伸極度不穩(wěn)定的小礦體。第一含礦層以薄層硅質(zhì)巖夾粉砂質(zhì)板巖及少量石煤,含少量磷結(jié)核,賦存Ⅰ1、Ⅰ2兩個(gè)礦體,含礦層厚度4.6～6.2 m。第二含礦層中上部主要為石煤,夾少量薄層硅質(zhì)巖,含大量磷結(jié)核,夾數(shù)層透閃石灰?guī)r。下部主要是薄層硅質(zhì)巖夾石煤、砂質(zhì)板巖,含少量磷結(jié)核,賦存Ⅱ1、Ⅱ2兩個(gè)礦體,其中Ⅱ2為礦區(qū)主礦體,含礦層厚度7.0～32.9 m。第三含礦層上部以炭質(zhì)板巖為主,下部炭質(zhì)粉砂質(zhì)板巖夾石煤及數(shù)層透閃石灰?guī)r,石煤中含少量磷結(jié)核,賦存Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3等3個(gè)礦體,含礦層厚度7.7～20.9 m。

3個(gè)賦礦層依據(jù)巖性組合可分為5個(gè)沉積韻律,韻律以較純的含碳粉砂質(zhì)板巖開(kāi)始,向上過(guò)渡為有機(jī)質(zhì)及粘土質(zhì)石煤,再向上有機(jī)質(zhì)及粘土質(zhì)逐漸減少形成成分較純的粉砂質(zhì)板巖終止,而后再進(jìn)入下一個(gè)沉積韻律。第一含礦層處于第一韻律,主要礦體Ⅰ2形成于韻律的中部。第二含礦層處于第二、三、四韻律中,主要礦體Ⅱ2形成于第二韻律上部和第三韻律下部。第三含礦層處于第五韻律中,主要礦體Ⅲ2形成于韻律的中部(圖2)。

2.2 主要礦體特征

Ⅰ2礦體下距Ⅰ1礦體1.74～8.10 m,平均3.83 m。礦體厚度、品位沿走向和傾向變化大,呈7個(gè)透鏡體狀斷續(xù)分布。透鏡狀礦體長(zhǎng)度88.5～835 m,厚度0.70～6.55 m、平均3.14 m。V2O50.50%～0.93%,平均0.818%。礦體厚度變化系數(shù)78.75%,品位變化系數(shù)17.33%。Ⅰ2礦體屬厚度不穩(wěn)定型,品位屬均勻型。礦體受向斜構(gòu)造控制傾向南東或南西,傾角15°～69°。工程控制最低標(biāo)高240～550 m,控制礦體傾向延伸120～650 m。

圖2 礦區(qū)莊子溝組下段賦礦巖系及沉積韻律示意圖Fig.2 Sketch map of the lower part of the Zhuangzigou formation in the mining area and sedimentary rhythm

Ⅱ2礦體呈層狀,下距Ⅱ1礦體1.55～5.05 m,平均3.25 m。礦體長(zhǎng)度3 635 m,厚度1.30～24.76 m、平均9.3 m,總體上有東薄(4 m)西厚(6 m),傾向延伸上較地表厚(深部厚度10 m以上)。V2O50.68%～1.27%,平均0.876%。礦體厚度變化系數(shù)60.94%,品位變化系數(shù)16.30%。Ⅱ2礦體屬厚度較穩(wěn)定—不穩(wěn)定型,品位屬均勻型。礦體受向斜構(gòu)造控制傾向南東或南西,中東部受次級(jí)褶皺構(gòu)造影響,傾角在7°～55°變化,西部地表傾角在26°～36°,深部變緩,一般<23°。工程控制最低標(biāo)高181 m,控制礦體傾向延伸1 575 m。

Ⅲ2礦體下距Ⅱ2礦體3.70～19.48 m,平均5.41 m。礦體長(zhǎng)度3 635 m,厚度1.15～14.69 m、平均3.37 m。V2O50.56%～1.05%,平均0.804%。礦體厚度變化系數(shù)68.25%,品位變化系數(shù)15.19%。Ⅲ2礦體屬厚度較穩(wěn)定型,品位屬均勻型。礦體受向斜構(gòu)造控制傾向南東或南西,西部地表傾角26°～36°,中部>40°,深部<23°。工程控制最低標(biāo)高239 m,控制礦體傾向延伸1 430 m。

礦區(qū)主要礦體空間位置關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 楊家堡礦區(qū)A-B地質(zhì)剖面圖Fig.3 A-B geological profile of Yangjiabao ore district1.早古生界寒武系上統(tǒng)孟川組;2.早古生界寒武系中統(tǒng)岳家坪組;3.早古生界寒武系下統(tǒng)莊子溝組;4.早古生界寒武系下統(tǒng)楊家堡組;5.新元古界震旦系上統(tǒng)燈影組;6.第四系全新統(tǒng)松散堆積物;7.構(gòu)造角礫巖;8.硅質(zhì)條帶泥質(zhì)灰?guī)r;9.含硅質(zhì)條帶灰?guī)r;10.炭質(zhì)粉砂質(zhì)板巖;11.炭質(zhì)板巖;12.硅質(zhì)巖;13.白云巖;14.釩礦體及編號(hào);15.角度不整合界線;16.平行不整合界線;17.逆推斷層;18.鉆孔及編號(hào)。

2.3 小礦體特征

礦區(qū)小礦體長(zhǎng)度普遍<100 m,沿走向和傾向厚度很快變薄直至尖滅,分布極不穩(wěn)定。小礦體其他特征詳見(jiàn)表1。

表1 楊家堡礦區(qū)其他小礦體特征一覽表Table 1 List of characteristics of other small ore bodies in Yangjiabao ore district

礦區(qū)釩礦的形成與有機(jī)質(zhì)石煤礦具有緊密的相關(guān)關(guān)系,與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系首先表現(xiàn)在海生生物從海洋中初步吸收釩元素和死亡后軀體內(nèi)釩的初步堆集,再次表現(xiàn)在生物有機(jī)殘骸的腐解造成海底富含H2S的強(qiáng)還原背景,促進(jìn)了釩(陽(yáng)離子)的進(jìn)一步被陰離子吸附沉淀富集。有機(jī)質(zhì)參與了釩元素富集成礦的進(jìn)程,富含有機(jī)質(zhì)石煤的成礦地質(zhì)背景同時(shí)也是釩成礦的有利環(huán)境,石煤的形成原因和釩的富集成礦有密切的內(nèi)在聯(lián)系。礦區(qū)一般情況是煤發(fā)育的部位釩礦也發(fā)育,二者呈正相關(guān)關(guān)系。

礦區(qū)石煤、釩礦和石煤釩礦三者之間在空間展布范圍上和品位變化幅度上基本保持一致,釩礦體可賦存在石煤之中構(gòu)成石煤釩礦,也可賦存在石煤層的頂?shù)装鍘r層中。含釩石煤和釩兩礦種之間為緊密共生加伴生的關(guān)系,且普遍規(guī)律是石煤厚度大、品質(zhì)好的地段釩礦體一定是厚度大和品位高。

2.4 礦石特征

礦石按巖性組合及結(jié)構(gòu)構(gòu)造劃分為炭質(zhì)板巖型、石煤型和硅質(zhì)巖—粉砂巖型三個(gè)自然類(lèi)型(表2)。

2.5 主要礦體圍巖及夾石

Ⅰ2礦體底板為薄層硅質(zhì)巖、粉砂質(zhì)板巖及少量石煤,平均厚度3.83 m。頂板為炭質(zhì)板巖,厚度1.79～8.48 m,平均4.48 m。在地表見(jiàn)1層厚度0.7～1.3 m粉砂質(zhì)板巖夾硅質(zhì)板巖夾層,鉆孔中見(jiàn)2層厚度0.84～2.75 m含碳硅質(zhì)板巖及硅質(zhì)板巖夾層。

Ⅱ2礦體底板為炭質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖及少量透閃石灰?guī)r,厚度1.55～5.05 m,平均3.57 m。頂板為炭質(zhì)板巖、含碳粉砂質(zhì)板巖,少量石煤及透閃石灰?guī)r,厚度2.2～14.98 m,平均8.28 m。在地表見(jiàn)有1層厚度0.3～1.3 m含碳粉砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖夾層,平硐中見(jiàn)1層1.55 m含碳粉砂質(zhì)板巖及含碳硅質(zhì)板巖夾層,鉆孔中見(jiàn)有3層厚度0.22～2.74 m,夾層巖性為粘土質(zhì)板巖夾硅質(zhì)板巖、薄層硅質(zhì)板巖夾石煤、薄層硅質(zhì)巖、薄層硅質(zhì)巖夾粉砂質(zhì)板巖、薄層硅質(zhì)板巖夾粘土質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖、石煤。

表2 楊家堡釩礦礦石自然類(lèi)型及特征一覽表Table 2 List of natural types and characteristics of list of natural types and characteristics of Yangjiabao vanadium ore

Ⅲ2礦體底板為炭質(zhì)板巖、含碳硅質(zhì)板巖、含碳粉砂質(zhì)板巖及少量石煤,厚度1.5～4.5 m,平均2.54 m。頂板為炭質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖,少量石煤及透閃石灰?guī)r,厚度1.1～4.29 m,平均2.86 m。夾石少見(jiàn),地表局部見(jiàn)有1層厚度0.68 m粘土質(zhì)板巖,在鉆孔中見(jiàn)有2層夾層,厚度0.4～1.0 m,夾層巖性為粘土質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、薄層硅質(zhì)板巖。

3 礦床成因

楊家堡釩礦目前認(rèn)為是海底熱水(噴流)沉積礦床[3]成因。

海底熱水(噴流)沉積成礦的主要依據(jù)是區(qū)域上寒武系莊子溝組中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有釩、鉬、重晶石等規(guī)模大、品位高的礦床,礦體及礦體底板中伴有磷、鎳、鈷、銅、鈾、金、銀等多元素的富集,這一多元素礦化現(xiàn)象與黑色巖系非補(bǔ)償性沉積特征是相矛盾的(黑色巖系形成階段是陸源碎屑供應(yīng)不足或沉積物供應(yīng)處于饑餓狀態(tài))。噴流沉積成因認(rèn)為地層建造中硅質(zhì)巖是海底熱水噴流的沉積記錄,大量硅質(zhì)是海底火山從地球深部帶出的。莊子溝組下部賦存的釩礦體與下伏楊家堡組硅質(zhì)巖密切的時(shí)空展布關(guān)系為礦物質(zhì)來(lái)源及供應(yīng)等提供了理想的解釋。海底深源熱(鹵)水噴流沉積主導(dǎo)了“黑色頁(yè)巖型”礦床的成礦作用,成礦物質(zhì)與硅質(zhì)同源,均來(lái)源于熱水噴流沉積,泥巖的吸附作用是釩富集成礦的主要因素。

4 楊家堡礦床形成推測(cè)

寒武紀(jì)早世筇竹寺期,礦區(qū)處于古揚(yáng)子被動(dòng)大陸北緣裂陷帶部位,在拉張—離散構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)下?tīng)I(yíng)造了鄂北外陸棚深水盆地斜坡帶的沉積環(huán)境(圖4)。隨著盆地的發(fā)展演化,形成以硅碳泥質(zhì)為主要成分的含釩黑色層建造。當(dāng)時(shí)海水中大量硅質(zhì)、釩及伴生元素是以海底高角度同生地塹式斷裂作通道將深源含礦熱鹵水導(dǎo)出的結(jié)果,從而改變了海水的溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、酸堿度和氧逸度。適宜的溫度和豐富的營(yíng)養(yǎng),促進(jìn)海洋生物爆發(fā)式繁殖生長(zhǎng),以釩為主的元素在生物機(jī)體中初步富集。以海底同生斷裂為通道的周期性噴流又導(dǎo)致周期性物、化條件變化,使生物在海底形成富含炭質(zhì)的生物機(jī)體堆積,由于厭氧生物分解機(jī)體,產(chǎn)生CO2、CH4、NH3、H2S,從而降低海水的Eh值,形成成礦作用地球化學(xué)障,引起硫化物、碳酸鹽及釩等元素的沉淀。又因外陸棚深水盆地遠(yuǎn)離古陸剝蝕區(qū),導(dǎo)致陸源碎屑物補(bǔ)償不足,進(jìn)一步導(dǎo)致碎屑物中釩等元素的富集成礦。推測(cè)礦床成因模式見(jiàn)圖5。

5 找礦方向

通過(guò)對(duì)楊家堡釩礦床勘查成果進(jìn)行總結(jié),筆者認(rèn)為今后類(lèi)似礦床的找礦方向應(yīng)重視巖相古地理環(huán)境對(duì)成礦的控制作用,烏龍寺盆內(nèi)深水斜坡帶控制區(qū),即鄂西北地區(qū)丹江口市—鄖縣—鄖西縣一線以北、鄖縣南化塘鎮(zhèn)—梅鋪鎮(zhèn)以南莊子溝組展布范圍是該類(lèi)礦床今后的主要找礦方向。

圖4 區(qū)域早寒武世筇竹寺期巖相古地理圖Fig.4 Lithofacies palaeogeographic map of Early Cambrian period during Qiongzhusian Age1.含釩地層建造等厚線及等厚值;2.推測(cè)含釩地層建造等厚線及等厚值;3.巖性組合區(qū)界線;4.砂頁(yè)巖組合;5.炭質(zhì)頁(yè)巖—硅質(zhì)頁(yè)巖(含釩)組合;6.硅質(zhì)巖—泥質(zhì)頁(yè)巖(含釩)組合。

6 結(jié)論

(1) 楊家堡組硅質(zhì)巖是海底熱水噴流形成的巖性記錄。

圖5 楊家堡釩礦成因模式圖Fig.5 Genetic pattern diagram of Yangjiabao vanadium ore

(2) 楊家堡釩礦成因是海底熱水(噴流)沉積形成的礦床。

(3) 巖相古地理環(huán)境—深水斜坡帶是控制礦床的重要成礦環(huán)境。

(4) 硅質(zhì)巖與黑色巖系組合是重要的賦礦地層格架。

[1] 郭子福,劉瑜,徐志揚(yáng),等.湖北均縣楊家堡釩礦詳查報(bào)告[R].丹江口:湖北省第五地質(zhì)大隊(duì),1975.

[2] 孫三才,楊軍,奉欣,等.湖北省丹江口市楊家堡礦區(qū)石煤釩礦勘查報(bào)告[R].襄樊:湖北省鄂西北地質(zhì)勘查調(diào)查所,1996.

[3] 呂向志,渠婧,王宗合,等.1∶100000湖北省礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)成果報(bào)告之湖北省鄖縣—丹江口地區(qū)楊家堡式釩礦區(qū)域預(yù)測(cè)工作區(qū)(4231101001)[R].襄陽(yáng):湖北省鄂西北地質(zhì)勘查調(diào)查所,2012.