“內(nèi)生外成”論貴州省黑色巖系釩礦成礦特征

馬力克，楊 濤，黃 波，3，楊忠貴，朱和書

(1.貴州省地質(zhì)資料館，貴陽 550002；2.貴州理工學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽 550003；3.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì)，貴州 都勻 558000)

貴州省黔東(北)地區(qū)蘊(yùn)藏的黑色巖系中釩礦資源屬噴流—沉積型礦床[1-6]①，分布范圍廣，含礦層位穩(wěn)定，資源潛力大。主要有用組分為V2O5，品位多在0.50%～1.27%，平均在0.8%以上，根據(jù)《礦產(chǎn)工業(yè)要求參考手冊(cè)》[7]，工業(yè)品位0.7%，1%即為富礦，大多數(shù)滿足工業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。隨著岑鞏注溪、湘西吉首超百萬噸大型—超大型釩礦的發(fā)現(xiàn)[1]，顯示了極高的找礦前景。

1 巖相古地理環(huán)境

貴州地處揚(yáng)子地臺(tái)西南緣，早寒武世分為揚(yáng)子區(qū)、過渡區(qū)及江南區(qū)，廣泛分布了以陸源碎屑為主的廣海型沉積(圖1[1-6、8-9]①)，揚(yáng)子區(qū)在威寧一帶屬于濱海相沉積(Ⅰ1)，納雍—余慶一帶屬后濱—前濱相(Ⅰ2)，局部為礁灘相(Ⅰ3)；往東以都勻—石阡一線為界的過渡區(qū)黑色含碳鈣質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖斜坡相(Ⅱ)，在分布范圍上呈NE—NNE向展布；江南區(qū)以三都—臺(tái)江一線東部的薄層碳硅質(zhì)巖的廣海盆地相(Ⅲ)。下寒武統(tǒng)以牛蹄塘底部為主廣泛分布的黑色巖系中產(chǎn)出鎳鉬釩礦(南西部缺失)，鎳鉬主要分布于楊子區(qū)的后濱—前濱相，往東的過渡區(qū)以釩為主，主要分布于黔東(北)的黃平—銅仁一帶。

1—揚(yáng)子區(qū)(濱海相)；2—后濱—前濱相；3—近濱—遠(yuǎn)濱相；4—礁灘相；5—過渡區(qū)(斜坡相)； 6—江南區(qū)(盆地相)；7—主要鎳鉬釩礦床(點(diǎn))圖1 貴州省早寒武世早期大地構(gòu)造位置及巖相古地理圖Fig.1 Structural position and lithofacies palaeogeography in Early Cambrian of Guizhou province

2 礦床地質(zhì)特征

貴州省黑色巖系中釩礦資源主要產(chǎn)于下寒武統(tǒng)底部富含有機(jī)質(zhì)的硅質(zhì)、碳酸鹽及泥質(zhì)頁巖類碳酸鹽巖—碎屑巖沉積建造，屬噴流沉積型，具備沉積型礦床特征。

2.1 礦體產(chǎn)出特征

含釩礦巖系主要產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)底部，屬震旦—寒武系海相為主的連續(xù)沉積建造，礦體產(chǎn)狀與地層一致呈層狀—似層狀的較穩(wěn)定產(chǎn)出，部分地段隨著構(gòu)造的影響甚至破壞而發(fā)生變化，廣泛分布于黔東(北)地區(qū)，隨著岑鞏注溪大型釩礦的發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)景資源量預(yù)計(jì)達(dá)到超大型規(guī)模。

2.2 礦層頂?shù)装鍘r石特征

區(qū)內(nèi)含釩巖系上覆地層為下寒武統(tǒng)金頂山組—明心寺組中厚層狀灰綠色粉砂質(zhì)泥巖，下伏地層為上震旦統(tǒng)燈影組中厚層狀灰白色細(xì)晶白云巖，與黑色巖系界線較為清晰。

2.3 含釩巖系特征

區(qū)內(nèi)含釩巖系主要賦存于下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、九門沖組等薄—中層狀碳質(zhì)頁巖中，在完整剖面上多為3個(gè)礦層(Ⅰ—Ⅲ號(hào)礦層)，不同地段因地質(zhì)背景差異形成不同的礦床類型，根據(jù)不同地理位置、賦礦地層及巖性組合等，分為三種主要礦床類型(表1，據(jù)鄧鑫楠[8]、劉玉紅[9]及貴州區(qū)域地質(zhì)志[1]①等資料綜合整理)：黃平上塘型、鎮(zhèn)遠(yuǎn)兩路口型及三穗吉洞型，往東(南)的江南區(qū)逐步變薄至尖滅；其中黃平上塘型和鎮(zhèn)遠(yuǎn)兩路口型是貴州重要釩礦類型。

表1 貴州省含釩巖系中主要的礦床類型

3 巖石化學(xué)特征

鄧鑫楠[8]、劉玉紅[9]分別在岑鞏、鎮(zhèn)遠(yuǎn)、天柱、黃平、三穗等主要釩礦區(qū)采集了21個(gè)釩礦樣品，進(jìn)行了X射線衍射與物相分析、化學(xué)全分析與相關(guān)分析、光譜分析及放射性分析，結(jié)果見表2至表5。

表2 釩礦石的物相分析結(jié)果Table 2 Phase analysis results of vanadium ore

1)X射線衍射和物相分析：礦石內(nèi)主要礦物為石英、長石及伊利石云母類黏土礦物等組合；未發(fā)現(xiàn)釩的獨(dú)立礦物，主要以V2O5的離子吸附態(tài)、類質(zhì)同象等賦存于黏土類(或云母類)礦物中(表2)，多與有機(jī)質(zhì)形成有機(jī)絡(luò)合物——含釩伊利石(水云母)，其次為鐵鋁氧化物，少量為硅酸鹽礦物。

2)化學(xué)全分析：化學(xué)成分主要為Si、Al、Fe、K的氧化物及有機(jī)碳等(表3)，同時(shí)也分析了V2O5與其他成分相關(guān)性(表4)，V2O5與Al2O3、FeO、MgO、K2O、P2O5、S、C正相關(guān)，與MnO幾乎不相關(guān)，其他的為負(fù)相關(guān)，V2O5與有機(jī)碳的關(guān)系最為密切，有機(jī)碳含量高，V2O5也高。

3)光譜分析：V、Cr、Ni、Co、Mo、Cu、Pb、Zn等元素(表5)，相對(duì)于地殼豐度除Co外，具不同程度富集，尤其是V從5～140倍不等，平均約40倍；其次Mo富集了約20倍，其他的2～5倍不等。

表3 化學(xué)全分析結(jié)果

表4 V2O5與其他成分相關(guān)系數(shù)表

表 5 原子吸收光譜分析結(jié)果

注：地殼豐度參考陳道公等(2014)[11]。

4)放射性分析：對(duì)礦石樣和鈉化焙燒提煉釩后的尾渣進(jìn)行放射性測(cè)試分析，礦石中放射性來源以鈾為主，平均含量為0.018%，部分略高，尾渣平均0.008%，明顯低于邊界品位的0.03%。分析表明：(1)原樣中未發(fā)現(xiàn)鈾的原生礦物，趨向均勻分布；(2)鈾平均含量比原樣低，可能是礦石經(jīng)焙燒提煉及水浸尾渣后；(3)與世界平均頁巖對(duì)比，礦石中鈾的富集程度達(dá)數(shù)倍至十余倍，可能與海底火山噴流提供的深部物源有關(guān)。

4 成礦模式

4.1 成礦環(huán)境

黑色含釩巖系的物質(zhì)來源、沉積環(huán)境、生物成礦作用等方面可以從地球化學(xué)研究中常用的主量元素含量及比值來研究，分析了樣品中硅鋁鐵錳氧化物及比值(表6)[8-9]。

表6 黔東地區(qū)釩礦樣品中主量元素分析結(jié)果Table 6 Analysis results of major elements in vanadium ore samples from eastern Guizhou

1)(SiO2)/(Al2O3)值是區(qū)分巖石物源的重要標(biāo)志，陸殼值中(SiO2)/(Al2O3)為3.6，與此接近的物源以陸源為主，超過則多由于生物或熱水作用的補(bǔ)充，區(qū)內(nèi)(SiO2)/(Al2O3)為3.76～15.42，反映了物源以生物和熱水作用為主，天柱附近主要為陸源物質(zhì)。

2)用(Al2O3)/(Al2O3+Fe2O3)來判斷沉積環(huán)境，(Al2O3)/(Al2O3+Fe2O3)在0.7～0.9為大陸邊緣環(huán)境，0.4～0.7為遠(yuǎn)洋深海環(huán)境，0.1～0.4為洋脊海嶺環(huán)境。區(qū)內(nèi)為0.42～0.85，反映了主要沉積于遠(yuǎn)洋深?！箨戇吘壄h(huán)境，黃平為0.81和0.85，推斷為大陸邊緣環(huán)境，與古地理環(huán)境對(duì)應(yīng)。

3)沉積巖中(Al)/(Al+Fe+Mn)>0.5時(shí)物源為陸源，而<0.35時(shí)為熱水注入，區(qū)內(nèi)為0.42～0.85，兼有陸源和少量熱水物質(zhì)。

4)巖石中(Si)/(Si+Al+Fe)反映物源，在0.9～1.0時(shí)主要為生物硅，小于0.9時(shí)更接近碎屑物源。表中0.6～0.91，表明主要為碎屑物源，少量生物沉積作用。

因此，黔東地區(qū)釩礦主要沉積于海洋環(huán)境，往西逐漸過渡到大陸邊緣環(huán)境，主要為陸源碎屑物質(zhì)和少量熱水、生物沉積作用。

4.2 成礦模式

貴州地勢(shì)在寒武紀(jì)早期具有西高東低的康滇古陸—臺(tái)緣—斜坡—深水盆地格局，東側(cè)華南殘留洋盆隨著陸源碎屑物質(zhì)沉積、海底火山噴發(fā)形成的熱水物質(zhì)，帶來了以釩為主的成礦元素和生物所需的營養(yǎng)元素；在深海洋流和海底火山噴流產(chǎn)生熱動(dòng)力形成的上升流作用下，部分釩因生物的吸附及其活動(dòng)產(chǎn)生的弱酸—還原環(huán)境中，以及黏土礦物吸附而沉淀的成礦系統(tǒng)，并在斜坡—臺(tái)緣地段造就了早寒武世廣泛黑色以釩為主的多金屬沉積建造—噴流沉積型礦床(圖2)[8]。

圖2 貴州省釩礦成礦模式圖Fig.2 Metallogenic model of vanadium deposits in Guizhou province

5 討論

1)地球經(jīng)歷了數(shù)十億年的演化，地殼平均密度2.8 g/cm3，地幔平均4.5 g/cm3[11-12]，地殼主要以低密度相關(guān)的淺源性元素組合；地幔為高密度的深源性元素組合，是深源性有關(guān)的有色金屬、黑色金屬、貴金屬、稀有稀土分散元素等的富集處[13]；在特定地質(zhì)作用下，多以巖漿和熱液方式上涌，帶來深源性成礦物質(zhì)和熱動(dòng)力作用，在海相環(huán)境中進(jìn)行噴流沉積作用形成相關(guān)礦床。區(qū)內(nèi)黑色含釩巖系中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg、K、P、S及有機(jī)碳等主元素組合特征，具明顯淺源性元素組合。因此，貴州省含釩巖系無論是野外觀察，還是X射線衍射、物相及化學(xué)全分析中顯示了的海相沉積特征，是較典型的沉積型礦產(chǎn)。

2)在X射線衍射和物相分析結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)釩的獨(dú)立礦物，主要以V2O5的離子吸附態(tài)、類質(zhì)同象等賦存于黏土類(或云母類)礦物中，多與有機(jī)質(zhì)形成有機(jī)絡(luò)合物——含釩伊利石(水云母)，其次為鐵鋁氧化物中。從V2O5與其他成分相關(guān)性分析中，與有機(jī)碳存在密切的內(nèi)在關(guān)系。李賽賽等[14]認(rèn)為是黏土類礦對(duì)金屬的吸附作用，加上生物活動(dòng)可以與金屬元素形成有機(jī)絡(luò)合物及腐殖酸與金屬離子結(jié)合而產(chǎn)生吸附作用；表明古生物活動(dòng)和黏土的吸附作用對(duì)V2O5的富集具重要作用。

3)從光譜分析的V、Cr、Ni、Co、Mo、Cu、Pb、Zn等元素來看，除Co外，相對(duì)于地殼豐度有不同程度的富集，尤其是V從5～140倍不等，平均約40倍；其次Mo富集了約20倍，其他2～5倍不等，具有深源性特點(diǎn)。(Al)/(Al+Fe+Mn)值表明有少量熱水加入，也是除V較高外，其他深源性成礦物質(zhì)相對(duì)較低。此外，謝再波[15]在對(duì)甕安新河釩礦的REE—La/Yb圖解上認(rèn)為少量來自于大陸拉斑玄武巖，與貴州新元古代—早古生代巖漿活動(dòng)帶來的深源性物源對(duì)應(yīng)[1-6，16]。

4)黔東地區(qū)含釩巖系主要礦床類型有3種，剖面上具3個(gè)礦層(Ⅰ—Ⅲ號(hào)釩礦)，可能最少有3期(次)海底火山噴發(fā)，含釩巖系在黔東地區(qū)呈NE—NNE向展布，向江南區(qū)過渡變薄至尖滅，因此，黔東地區(qū)的斜坡相古地理環(huán)境中黃平上塘型和鎮(zhèn)遠(yuǎn)兩路口型是貴州重要釩礦巖系產(chǎn)出地。

5)前人對(duì)黔東地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色含釩巖系的研究較多，如高長林等認(rèn)為在缺氧條件下形成的一套黑色碳、硅質(zhì)巖中同生沉積釩礦床。涂光熾等[16]認(rèn)為前寒武與早寒武紀(jì)轉(zhuǎn)折期環(huán)境波動(dòng)與稀罕事件耦合產(chǎn)物，與晚震旦世發(fā)育一系列拉張構(gòu)造的裂陷槽背景，以及海底火山活動(dòng)，其中黑色沉積巖系伴有生物大爆發(fā)和生物缺氧環(huán)境下的滅絕事件。毛景文等[17]認(rèn)為華南地區(qū)新遠(yuǎn)古代—早古生代曾發(fā)生過大規(guī)模的熱液事件，形成了東西向分布的下寒武統(tǒng)的P、S、Ba、V、Ni-Mo、Mn的黑色頁巖及其中的多金屬、貴金屬礦化。因此，黔東地區(qū)在下寒武統(tǒng)早期沉積系統(tǒng)中完成釩成礦作用不是孤立事件，成礦物源包含了陸緣碎屑、海底(火山)噴流、熱鹵水(熱液)的海相環(huán)境中在物理化學(xué)及生物活動(dòng)等共同作用下的含釩巖系沉積建造，并在有利地段富集形成釩礦床。

6)貴州地處揚(yáng)子陸塊西南緣，南華系—早古生代中期揚(yáng)子陸塊與江南古陸的匯聚，華南裂谷盆地洋殼向江南古陸俯沖，出現(xiàn)的溝—弧—盆格局及多期次級(jí)裂陷[1，4-5]，伴隨的多期次巖漿活動(dòng)，帶來的深源性成礦物質(zhì)，為噴流沉積作用提供了前提條件。在南華系的黔東北松桃形成了大型—超大型錳礦集中區(qū)[18]；隨著震旦系陡山沱組(洋水組)—下寒武統(tǒng)牛蹄塘?xí)r期所表現(xiàn)的盆地次級(jí)裂陷擴(kuò)展期，形成了與陡山沱組—燈影組磷礦[19]、重晶石[1、20]、鎳鉬釩及碳酸鹽巖中鉛鋅—汞礦成礦期[1、4-5、21-22]，造就了貴州重要的“內(nèi)生外成”大型—超大型成礦系統(tǒng)(圖3，據(jù)游先軍[23]修編；表6，據(jù)黃波等[4-5]及貴州區(qū)域地質(zhì)志[1]綜合整理)。

圖3 貴州省“內(nèi)生外成”釩礦成礦示意圖Fig.3 Metallogenic diagram of “the upper mantle origin and exogenous mineralization” vanadium ore in Guizhou province

6 結(jié)論

1)貴州黑色含釩巖系主要為陸源碎屑和少量火山(熱液)噴流提供，釩的富集與黏土礦物的吸附作用和后期生物活動(dòng)密切相關(guān)，為噴流沉積型礦床。

2)貴州含釩巖系在斜坡相古地理環(huán)境的黔東(北)地區(qū)呈NE—NNE向展布，往東(南)的江南區(qū)逐步變薄至尖滅；主要的釩礦類型有3種，其中黃平上塘型和鎮(zhèn)遠(yuǎn)兩路口型是重要釩礦產(chǎn)出地。

3)下寒武統(tǒng)黑色巖系是南華系—早古生代中期揚(yáng)子陸塊與江南古陸的匯聚背景下表現(xiàn)的盆地次級(jí)裂陷擴(kuò)展期，產(chǎn)生的溝—弧—盆格局，隨著多期次的巖漿活動(dòng)帶來的豐富深源性成礦物質(zhì)，造就了不同地質(zhì)背景、時(shí)期及成礦物源的“內(nèi)生外成”成礦系統(tǒng)—錳、磷、重晶石、鉛鋅、汞及鎳鉬釩礦等的大型—超大型礦集區(qū)；是下寒武統(tǒng)陸緣碎屑、海底(火山)噴流、熱鹵水及后期古生物活動(dòng)等共同作用下的含釩巖系沉積建造，并在有利地段富集形成的釩礦床。

表6 貴州省南華系—早古生代中期主要“內(nèi)生外成”礦床特征

注釋：①貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，《貴州省鎳鉬釩資源潛力調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》，2015。