河南內(nèi)鄉(xiāng)縣黃金坡釩礦成礦特征及找礦方向

王云鵬，王海軍，李 欣，薛杉杉

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016；2.舞陽礦業(yè)有限責(zé)任公司，河南 舞鋼 462500；3.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160)

0 引 言

釩是一種過渡金屬元素，應(yīng)用十分廣泛，在鋼鐵、有色金屬、化工、合金、超導(dǎo)材料、汽車等工業(yè)領(lǐng)域都是不可或缺的重要元素，國際、國內(nèi)對釩的需求與日俱增，加快釩礦資源的勘查開發(fā)，符合我國國民經(jīng)濟(jì)和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。因此，研究各類型釩礦的地質(zhì)特征，并對礦床進(jìn)行綜合研究有利于擴(kuò)大釩礦資源儲量，有十分重要的意義。本文通過對內(nèi)鄉(xiāng)縣黃金坡釩礦區(qū)成礦條件、礦體特征、礦石質(zhì)量等方面的研究，指出礦區(qū)成礦模式及其找礦方向，為尋找類似礦床提供依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)條件

內(nèi)鄉(xiāng)縣黃金坡釩礦區(qū)內(nèi)位于秦嶺褶皺系南秦嶺褶皺帶東段，荊紫關(guān)-師崗復(fù)向斜北翼，主構(gòu)造線呈北西西向展布[1]。

區(qū)內(nèi)出露地層屬秦嶺地層區(qū)南秦嶺分區(qū)淅川小區(qū)[2]。以區(qū)域性淅川斷裂帶為界，以北為元古界結(jié)晶基底，為一套淺-中深變質(zhì)的基性火山巖-火山碎屑巖系，出露地層主要有下元古界陡嶺雜巖(Pt1dl)、中元古界薊縣系姚營寨組(Pt2y)、上元古界青白口系耀嶺河巖群(Pt3y)；以南為沉積蓋層，主要有震旦系及古生界濱海-淺海相沉積碳酸鹽巖夾碎屑巖、火山碎屑巖等，主要出露有震旦系的陡山沱組(Z2d)和燈影組(Z2dn)、上古生界寒武系下統(tǒng)水溝口組(∈1s)、中統(tǒng)岳家坪組(∈2y)、上統(tǒng)石甕子組(∈3s)、奧陶系下統(tǒng)白龍廟組(O1b)及牛尾巴組(O1n)、中統(tǒng)岞山曲組(O2z)及上統(tǒng)蠻子營組(O2-3m)、志留系下統(tǒng)張灣組(S1z)、上古生界泥盆系上統(tǒng)白山溝組(D3b)、王冠溝組(D3w)、葫蘆山組(D3h)、石炭系下統(tǒng)下集組(C1x)、梁溝組(C1l)中統(tǒng)三關(guān)埡組(C2s)；區(qū)域東北部覆蓋在元古界基底的是一套白堊系亞熱帶氣候條件下淺湖沉積的巖系，主要出露地層為中生界白堊系下統(tǒng)白灣組(K1b)及上統(tǒng)高溝組(K2g)、馬家村組(K2m)、寺溝組(K2s)[3]。區(qū)域上釩礦賦存于寒武系水溝口組底部硅質(zhì)巖和黏土巖中。

以淅川斷裂為界，劃分為元古界基底和蓋層兩大構(gòu)造層?；讟?gòu)造由元古界構(gòu)造-巖漿雜巖-地層單元組成，發(fā)育一系列巨型北西西向韌性剪切帶，分割了不同構(gòu)造地層單元。蓋層構(gòu)造由晚震旦紀(jì)-古生代沉積地層組成，構(gòu)造變形簡單，荊紫關(guān)-師崗復(fù)式向斜為主控構(gòu)造架，褶皺總體走向北西西，南翼北傾，北翼南傾，傾角30～70°，核部相對較為開闊，為一向西低角度翹起的開闊近直立復(fù)式向斜構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)侵入巖主要分布在淅川斷裂帶以北地區(qū)，火山巖主要有武當(dāng)巖群中酸性火山巖與耀嶺河群中基性火山巖，形成呈北西西向展布的復(fù)雜巖漿巖帶。巖漿活動強(qiáng)烈，從大面積海底火山噴溢到淺成、深成侵入巖均有分布。

2 礦體地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)簡介

礦區(qū)地質(zhì)比較簡單,主要為丘陵地區(qū),地層出露較好，出露巖層主要為上元古界震旦系燈影組(Z2dn)、下古生界寒武系下統(tǒng)水溝口組(∈1s)、中統(tǒng)岳家坪組(∈2y)、上統(tǒng)石甕子組(∈3s)、奧陶系下統(tǒng)白龍廟組(O1b)和新生界第四系(Q)等。礦區(qū)位于荊紫關(guān)-師崗復(fù)向斜北翼，區(qū)內(nèi)未見斷層及巖漿巖出露(圖1)。

1-第四系；2-奧陶系白龍廟組下段；3-寒武系上統(tǒng)石甕子組；4-寒武系中統(tǒng)岳家坪組上段；5-寒武系中統(tǒng)岳家坪組下段；6-寒武系下統(tǒng)水溝口組上段；7-寒武系下統(tǒng)水溝口組中段；8-寒武系下統(tǒng)水溝口組下段；9-震旦系燈影組上段；10-震旦系燈影組中段；11-震旦系燈影組下段；12.黏土巖型釩礦；13-硅質(zhì)巖型釩礦；14-地質(zhì)界線；15-平行不整合接觸界線；16-采坑及編號；17-探槽及編號；18-勘探線及編號圖1 內(nèi)鄉(xiāng)縣黃金坡釩礦地質(zhì)圖(資料來源：文獻(xiàn)[2])

2.1.1 含礦巖系

含釩巖系主要賦存于寒武系下統(tǒng)水溝口組中段(∈1s2)，為一套石煤、黏土巖組合，局部夾有薄層硅質(zhì)巖。厚度一般為4～13 m，最大厚度22.4 m。炭質(zhì)黏土巖與雜色黏土巖沿走向和傾向均為相變過渡關(guān)系，一般分布在雜色黏土巖上部，有時夾在其中，有的部位甚至以炭質(zhì)黏土巖為主直接與硅質(zhì)巖接觸。地表由于氧化作用，使炭質(zhì)逸掉，巖石呈白色，似泥巖，深部為墨黑色，染手，與雜色黏土巖界線不規(guī)則，厚度一般是3～10 m，最大厚度17.5 m。產(chǎn)狀：傾向5～40°，傾角45～85°。雜色黏土巖與炭質(zhì)黏土巖同時出露時最大厚度為23 m。

雜色黏土巖。呈土黃、灰白、灰綠、紫紅色等色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁片狀-塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為黏土礦物、含少量方解石、硅質(zhì)及氧化鐵等。黏土礦物呈顯微磷片狀集合體定向分布，鏡下粒度細(xì)小，大小為0.02 mm×(0.005～0.01) mm×0.08 mm，個別顆粒粒度相對較大，為0.08 mm×0.2 mm，鱗片間結(jié)合緊密，相互混雜，無定向分布，黏土礦物含量占礦物總成分的99%；被氧化鐵渲染，有些氧化鐵聚成斑點(diǎn)，呈粒狀或團(tuán)狀聚集，大小為0.02～0.4 mm，局部呈不規(guī)則線紋狀，不均勻分布，鐵質(zhì)含量占礦物總成分的1%；方解石為隱晶質(zhì)粒狀呈交錯的薄層狀集中。該巖層疏松破碎，風(fēng)化后呈土狀，局部鈣質(zhì)增多變成鈣質(zhì)黏土巖，下部有時夾有硅質(zhì)巖細(xì)條帶及小碎塊，中下部夾有磷結(jié)核，但量少無工業(yè)價值。

炭質(zhì)黏土巖。黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物是黏土礦物和炭質(zhì)，含少量鐵質(zhì)及長英礦物粉砂，副礦物有鋯石、磷灰石等。黏土礦物呈顯微鱗片狀，被炭質(zhì)混染，一級灰白干涉色,含量占礦物總成分的70%～75%；炭質(zhì)呈黑色不透明，無晶形,含量占礦物總成分的25%～30%；鐵質(zhì)呈紅褐色，浸染狀分布，他形粒狀，顆粒細(xì)小，粒徑大部分小于0.01 mm,含量占礦物總成分的1%～2%；長英質(zhì)粉砂分布較分散，棱角狀，粒徑0.03～0.15 mm。

石煤。黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物是煤、黏土礦物、含少量鐵質(zhì)等，煤為黑色不透明，無晶形，含量占礦物總成分的60%～65%；黏土礦物呈顯微鱗片狀，結(jié)晶程度較好，鱗片大小一般0.02～0.15 mm，一級灰白干涉色，近定向排列，含量占礦物總成分的30%～35%；鐵質(zhì)呈紅褐色，含量占礦物總成分的4%～6%。

2.1.2 含礦層出露及特征

釩礦層賦存于寒武系下統(tǒng)水溝口組下段的泥質(zhì)硅質(zhì)互層及中段的黏土巖巖層中。該段在區(qū)域上層位穩(wěn)定，總體上近于北西西-南東東向延伸，局部產(chǎn)狀有所變化。含礦層頂板為寒武系下統(tǒng)水溝口組上段灰黑色結(jié)晶灰?guī)r或紫紅色泥質(zhì)條帶灰?guī)r；含礦層底板為寒武系下統(tǒng)水溝口組下段的厚層硅質(zhì)巖，含礦層頂?shù)装迮c含礦層界線清楚。含礦層中泥硅質(zhì)巖互層和黏土巖釩含量變化較大，一般泥硅質(zhì)巖的上部和黏土巖的下部釩含量較高，形成礦體，礦體與頂、底板界線不清，只能據(jù)化驗(yàn)分析結(jié)果區(qū)分。

2.2 礦體特征

全區(qū)共劃分出3個釩礦體，編號為Ⅰ號、Ⅱ1號、Ⅱ2號釩礦體，其特征見表1。

表1 礦體特征一覽表

資料來源：文獻(xiàn)[2]。

3 礦石特征

3.1 礦石類型

釩礦石主要為黏土巖型釩礦石及泥硅質(zhì)巖互層型釩礦石。

3.1.1 黏土巖型釩礦石

呈土黃、灰白、灰綠、紫紅色等色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁片狀-塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為黏土礦物、含少量方解石、硅質(zhì)及氧化鐵等。該巖層疏松破碎，風(fēng)化后呈土狀，局部鈣質(zhì)增多變成鈣質(zhì)黏土巖，下部有時夾有硅質(zhì)巖細(xì)條帶及小碎塊，中下部夾有磷結(jié)核。

3.1.2 泥硅質(zhì)巖互層型釩礦石

灰綠色，隱晶-微晶結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，主要礦物成分為硅質(zhì)、黏土礦物及鐵質(zhì)等，硅質(zhì)部分為隱晶-微晶狀玉髓，大小小于0.01，由于粒度細(xì)小而混濁不清，顆粒間界線模糊，不易分辨。石英與玉髓、黏土礦物相間呈層狀分布，含量占礦物總成分的80%～90%；黏土礦物呈顯微鱗片狀集合體，成分為高嶺石和伊利石，兩者混雜，整體呈定向性與石英相間呈層狀構(gòu)造，含量占礦物總成分的10%～20%；鐵質(zhì)呈塵點(diǎn)狀或線紋狀，不均勻分布，含量約占礦物總成分的1%。

3.2 礦石成分

3.2.1 礦石的物質(zhì)成份

本礦區(qū)釩礦物主要有用礦物為含釩水云母、鋇釩云母、鈣釩榴石等。脈石礦物主要為泥質(zhì)、炭質(zhì)等。其中，云母類礦物可占礦石中釩總量的80%以上，含釩水云母呈顯微鱗片狀富集于炭質(zhì)黏土巖或黏土巖中，一般與炭質(zhì)密切共生；而鋇釩云母呈鱗片狀與硅質(zhì)密切共生。

3.2.2 礦石的化學(xué)組分

各主礦體礦石的主要化學(xué)成分基本一致，相對而言SiO2、Fe2O3、Na2O、CaO、MnO、Fe含量變化不大；Al2O3、MgO、K2O、TiO2的含量，黏土巖型釩礦比泥硅質(zhì)巖互層型釩礦含量要高；V2O5含量，泥硅質(zhì)巖互層型釩礦相對于黏土巖型釩礦要高。有用組分為釩，由礦石的化學(xué)成分可知(表2)，礦區(qū)內(nèi)釩礦石屬于酸性礦石類型。

表2 黃金坡釩礦區(qū)化學(xué)全分析結(jié)果表

注：國土資源部鄭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心河南省巖石礦物測試中心檢測。

3.2.3 礦石的礦物特征

根據(jù)礦體礦石組合特征分析，礦石差異較小。主要特征如下所述。

1) 橢圓球狀磷結(jié)核在釩礦層中的出現(xiàn)對V2O5品位有指示作用，含礦層中磷結(jié)核數(shù)量較少，V2O5品位則低；磷結(jié)核含量高，V2O5品位亦高。

對于糖尿病患者給予強(qiáng)化健康教育，可以提高糖尿病患者的治療依從性，進(jìn)而改善糖尿病治療效果，值得參考借鑒。

2) 黃綠色鋇釩云母、釩水云母是標(biāo)志礦物，釩云母、釩水云母呈顯微鱗片狀，與硅質(zhì)、黏土質(zhì)礦物緊密共生，釩云母、釩水云母含量高，則V2O5品位亦高。

3.2.4 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1) 礦石結(jié)構(gòu)：主要為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、顯微粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)等。

2) 礦石構(gòu)造：主要為塊狀構(gòu)造或微層狀、定向構(gòu)造或千枚狀構(gòu)造、頁理構(gòu)造等。由于受構(gòu)造的影響，礦石(高嶺石黏土巖)有時為碎裂結(jié)構(gòu)，由石英硅質(zhì)沿破碎的細(xì)小裂隙充填，呈網(wǎng)狀分布而顯示破碎結(jié)構(gòu)的特征。

3.2.5 礦體圍巖和夾石

礦體夾石有2個顯著特點(diǎn)：①礦體總厚度愈大則夾石層數(shù)愈多，一般為1層,局部見有2層；②夾石巖性均含礦，含礦夾石有黏土巖及泥硅質(zhì)巖等，V2O5含量多數(shù)大于0.25%～0.35%。

礦體的夾石率與礦體總厚度一般呈正比關(guān)系，即多見于礦體厚大部位，個別多見于礦體邊部系由礦體貧化分岔尖滅造成。圈入礦體的夾石率小于32%，剔除于礦體外的夾石占68%，一般1層，局部見有2層。單層夾石厚度一般2.07～11.03 m，大多夾石厚度在3～4 m。夾石層位不穩(wěn)定，沿走向和傾向變化均較大(圖2)。

1-第四系；2-寒武系下統(tǒng)水溝口組上段；3-寒武系下統(tǒng)水溝口組中段；4-寒武系下統(tǒng)水溝口組下段；5-震旦系燈影組上段；6-黏土巖型釩礦；7-硅質(zhì)巖型釩礦；8-泥質(zhì)條帶灰?guī)r；9-黏土巖；10-硅質(zhì)巖；11-白云巖；12-硅質(zhì)白云巖；13-石煤圖2 內(nèi)鄉(xiāng)縣黃金坡釩礦30號勘探線剖面圖(資料來源：文獻(xiàn)[2])

而礦體的直接圍巖與礦體一樣，同為寒武系下統(tǒng)水溝口組的黏土巖、硅質(zhì)巖，由于受原始沉積環(huán)境的復(fù)雜變化，含礦層內(nèi)包括釩元素在內(nèi)的物質(zhì)組分顯得不夠穩(wěn)定，所以釩礦體與頂?shù)装鍑鷰r的分界多呈過渡關(guān)系，只能依靠取樣化驗(yàn)確定礦體與圍巖的界限。

4 礦床成因類型

翟裕生等[4]認(rèn)為本區(qū)釩礦床為沉積型礦床。根據(jù)本礦床所處的大地構(gòu)造位置及含礦巖系地質(zhì)特征，結(jié)合礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等綜合分析，本區(qū)釩礦成因?yàn)槌练e海相還原環(huán)境下的沉積產(chǎn)物[5-7]。釩礦床的形成經(jīng)歷了黏土吸附-后期活化富集兩個階段。

4.1 黏土礦物的吸附作用

早寒武世時期，隨著全球海平面的上升，火山噴發(fā)的豐富的營養(yǎng)物質(zhì)隨海水從東南部侵入揚(yáng)子陸棚海，西北部古陸被剝蝕的陸源物質(zhì)隨海水從西北方向侵入楊子海，他們都帶來了豐富的釩元素和生物需要的營養(yǎng)物質(zhì)；在上升流的促進(jìn)下，這些物質(zhì)與海水相互作用，海水中一部分釩被黏土吸附漸漸沉淀下來。

4.2 成巖后生階段的活化富集作用

在震旦紀(jì)南沱冰期之后，氣候回暖，生物活動頻繁，富氧水域中存在大量的浮游生物，它們汲取釩等微量元素，生物死后，釩從生物體中釋放出來，一部分沉淀，一部分繼續(xù)進(jìn)入生物鏈中，而生物遺體分解生成的有機(jī)酸與硫化氫造成的酸性還原環(huán)境，又是促進(jìn)釩的富集與沉淀的重要因素。

5 找礦標(biāo)志

地層。釩礦分布于寒武系下統(tǒng)水溝口組泥硅質(zhì)巖互層和黏土巖中，該組地層在區(qū)域上穩(wěn)定，近東西向延伸近40 km，礦體頂板為灰黑色結(jié)晶灰?guī)r或紫紅色泥質(zhì)條帶灰?guī)r，局部相變?yōu)樽霞t色頁巖，底板為寒武系下統(tǒng)水溝口組厚層硅質(zhì)巖。

黑色巖系。礦層底板為深灰色、灰黑色硅質(zhì)巖，局部為炭質(zhì)黏土巖；頂板為深灰色、灰黑色含粉砂質(zhì)炭質(zhì)黏土巖[8-10]。

伴生元素。主要為鎳、磷，礦體內(nèi)磷多呈結(jié)核狀產(chǎn)于含炭較高的巖石中。

地理環(huán)境。原沉積環(huán)境是具有寧靜的半封閉環(huán)境的淺水海灣-深海湖。

6 找礦方向

6.1 礦床成礦基本規(guī)律

礦體賦存于寒武系下統(tǒng)水溝口組的黑色薄層硅質(zhì)巖、黏土巖及石煤中，礦體成因?yàn)槌练e海相還原環(huán)境下的沉積產(chǎn)物。礦體嚴(yán)格受地層控制，為較穩(wěn)定沉積礦層。小型褶皺發(fā)育地段是礦體較易富集的地段。

6.2 找礦方向

黃金坡釩礦為沉積型礦床，賦存于一套黑色巖系地層中，找礦標(biāo)志明顯。這套黑色巖層中的釩、鉬等元素含量普遍偏高，是尋找釩礦、鉬礦的有利地段，應(yīng)加大對這套黑色地層的綜合研究，同時注重鈾、磷、鉬礦的綜合找礦。此外，黃金坡釩礦區(qū)前期工作時間緊張，除已控制的釩礦體規(guī)模外，在其傾向上礦體的找礦前景仍然較大。

綜上，在黃金坡釩礦區(qū)，無論從找礦廣度或者找礦深度而言，都存在較大的找礦遠(yuǎn)景。