江西彭澤縣陽家山釩礦床地質(zhì)特征及找礦方向

鄧友國，徐亞男，孟德磊，歐陽永棚

(江西省地質(zhì)局第十地質(zhì)大隊，江西 鷹潭 335000)

0 引言

釩是一種重要的戰(zhàn)略性金屬資源，先后被日本、歐盟、美國、澳大利亞、加拿大等國列為關(guān)鍵礦產(chǎn)。釩廣泛應用于冶金、鋼鐵、化工、航空航天、國防軍工等領(lǐng)域[1-3]，近年來，在儲能領(lǐng)域的應用研究也取得很大進展[4-5]。隨著釩在相關(guān)領(lǐng)域應用的逐漸擴大，未來釩需求將呈穩(wěn)定增長趨勢[3，6]。因此，對典型釩礦床的綜合研究可以為釩礦的找礦勘查提供依據(jù)，有利于擴大釩礦資源儲量，具有十分重要的意義。

我國釩礦資源豐富，主要的釩礦類型為沉積型，約占釩礦總儲量的87%，主體賦存于寒武系黑色炭質(zhì)頁巖中[3，7]。文章對發(fā)育于贛北地區(qū)寒武系黑色巖系中的典型釩礦床——陽家山釩礦床進行研究，通過分析其礦床地質(zhì)特征，初步探討礦床成因及找礦方向，以期為同類型礦床的勘查及研究提供借鑒。

1 成礦地質(zhì)背景

陽家山釩礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚子板塊東南緣，長江中下游坳陷帶之九江坳陷(圖1)。九江坳陷是在晉寧期弧后盆地基礎(chǔ)上發(fā)展起來的沉積坳陷盆地[8]，以新元古代青白口紀早期的雙橋山群、星子巖群為變質(zhì)基底，以南華紀以來的地層為蓋層[9]。蓋層沉積物表現(xiàn)為次穩(wěn)定型沉積特點，有利于沉積型礦床的形成。

圖1 江西北部地質(zhì)構(gòu)造區(qū)劃圖(a)與陽家山釩礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(b)

區(qū)內(nèi)地層分布廣泛，出露的新元古代青白口紀雙橋山群構(gòu)成變質(zhì)基底，其上新元古代南華—震旦紀及早古生代地層組成沉積蓋層。沉積蓋層地層發(fā)育較全，多為連續(xù)沉積，其中晚古生界大面積出露于湖口—彭澤一帶，其底部寒武系荷塘組(∈0-1h)發(fā)育一套黑色頁巖系，該層位內(nèi)具有很大的釩礦資源潛力，同時具有一定規(guī)模鈾、鉬等金屬資源。

區(qū)內(nèi)基底及蓋層均發(fā)育褶皺，基底褶皺軸跡呈NEE向、NE向，后期疊加改造明顯。蓋層褶皺發(fā)育有大港周—老屋饒復向斜及花尖山—黃嶺背斜，展布方向以近EW向、NE向及NNE向為主。區(qū)內(nèi)斷裂較發(fā)育，以近EW向及NNE向為主。其中近EW向斷裂表現(xiàn)為一系列的層面滑動構(gòu)造，與地層走向基本一致，NNE向斷裂則屬贛江斷裂帶的組成部分，為多期活動的產(chǎn)物[10]。

區(qū)內(nèi)整體巖漿活動較弱，西南角五里街地區(qū)有橫山巖體侵入，屬燕山早期酸性花崗巖。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)及外圍出露的地層較為簡單，由老至新主要有新元古界下震旦統(tǒng)皮園村組(Z2p)，上古生界下寒武統(tǒng)荷塘組(∈0-1h)、觀音堂組(∈1g)和第四系(Q)等。地層整體走向近EW向，向南緩傾角傾伏。礦區(qū)內(nèi)褶皺與斷層不太發(fā)育，未見巖漿巖出露(圖2)。

圖2 陽家山釩礦區(qū)地質(zhì)及勘探工程圖

2.1 含礦層位

礦區(qū)內(nèi)釩礦化呈層狀，主要賦存于下寒武統(tǒng)荷塘組底部，賦礦巖石主要為黑色、灰黑色炭質(zhì)頁巖、含炭質(zhì)頁巖，次為灰黑色硅質(zhì)頁巖。該層位在區(qū)域上呈帶狀斷續(xù)延伸，且普遍具有釩礦化?？傮w上，賦礦地層上段主要為頁巖、含炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖，釩礦化較弱；中段主要為炭質(zhì)頁巖、含炭質(zhì)頁巖，釩礦體厚而集中；下段隨著巖石硅質(zhì)含量增高，釩礦體薄而分散；底部隨著向皮園村組硅質(zhì)巖過渡，釩礦化逐漸變?nèi)?圖3)。

圖3 陽家山釩礦區(qū)23線地質(zhì)剖面圖

2.2 礦體特征

陽家山釩礦床釩礦資源量達中型規(guī)模，按礦體空間分布特征，礦區(qū)內(nèi)共圈定19個工業(yè)礦體，各礦體均產(chǎn)于下寒武統(tǒng)荷塘組底部，賦礦高程為 +198～-64 m，礦體多呈層狀、似層狀平行產(chǎn)出，少數(shù)呈透鏡狀產(chǎn)出。礦體產(chǎn)狀與地層一致，總體為EW走向，向南緩傾。各工業(yè)礦體總體厚度較穩(wěn)定，有用組分分布均勻。礦區(qū)內(nèi)主礦體共3個，分別為 V12-1、V9-2 和 V8-2號礦體。主礦體均呈層狀產(chǎn)出，連續(xù)性較好，形態(tài)簡單，局部具分支復合。走向上均穩(wěn)定延伸至研究區(qū)范圍外，傾向上向深部延伸尚未封邊。其特征見表1。

表1 陽家山釩礦區(qū)主礦體特征

2.3 礦石特征

2.3.1 礦石類型

礦區(qū)內(nèi)礦石賦存于荷塘組底部黑色頁巖系中，礦石工業(yè)類型為炭硅泥巖型釩礦石。根據(jù)礦石中主要組分分布特征，又可將礦石類型劃分為炭質(zhì)-釩礦石、含炭質(zhì)-釩礦石和硅質(zhì)-釩礦石三類。炭質(zhì)-釩礦石中物質(zhì)組分主要為黏土礦物(60%～80%)和炭質(zhì)(15%～25%)和粉砂質(zhì)(5%～10%)；含炭質(zhì)-釩礦石中物質(zhì)組分主要為黏土礦物(65%～85%)、粉砂質(zhì)(5%～20%)和炭質(zhì)(5%～10%)；硅質(zhì)-釩礦石中物質(zhì)組分主要為硅質(zhì)(60%～85%)、有機質(zhì)(5%～20%)和炭質(zhì)(1%～5%)。其中炭質(zhì)-釩礦石為礦區(qū)主要的礦石類型(圖4a)，次之為含炭質(zhì)-釩礦石(圖4b)。硅質(zhì)-釩礦石往往位于含礦層下部，與其余兩者互層產(chǎn)出。不同類型礦石的釩礦化程度多具細微差別，總體而言，礦石 V2O5品位有炭質(zhì)-釩礦石>含炭質(zhì)-釩礦石>硅質(zhì)-釩礦石的規(guī)律。

圖4 陽家山釩礦床典型礦石特征及礦物鏡下特征

2.3.2 礦石成分

礦石中金屬釩不以獨立礦物形式存在，也未見其他含釩礦物。礦石中主要礦物為黏土礦物、炭質(zhì)、石英、白云母、方解石及少量的黃鐵礦、磁黃鐵礦等金屬礦物。其中黃鐵礦呈細粒浸染狀分布，方解石及石英細脈常穿插于巖礦石裂隙中。

原生礦石薄片中，黏土礦物以水云母為主，呈顯微鱗片狀，片徑為5～10 μm，具明顯層理構(gòu)造。炭質(zhì)粉晶呈塵點狀均勻分布，與黏土礦物混雜。粉砂質(zhì)為石英及少量白云母碎片，石英以不規(guī)則細粒狀或細條帶狀平行層理面分布，粒徑為20～100 μm。黃鐵礦呈自形—半自形狀浸染狀不均勻分布，粒徑為10～100 μm，局部沿層理面富集(圖4c、4d)。

2.3.3 礦石化學組分

區(qū)內(nèi)各礦石類型化學成分基本一致，含量相差不顯著，但 Al2O3、Fe2O3、K2O、CaO 顯示出與 V2O5具有強相關(guān)性的特征：V較富的礦石中總體具有較高的 Al、Fe、K 與較低的 Ca(表2、圖5)。礦石中主要有用組分為 V2O5，與釩伴生元素種類較多，如 Pb、Zn、Cr、Cd、Mo 等，但元素含量均較低。值得注意的是，三種礦石類型中w(Mo)=0.01%～0.05%，雖尚未達到綜合回收利用價值，但結(jié)合光譜全分析結(jié)果及樣品空間分布范圍可知，礦區(qū)荷塘組底部向南延深方向鉬金屬含量有富集趨勢。

圖5 陽家山釩礦區(qū)組合樣V與Al、Fe、K、Ca相關(guān)性

表2 陽家山釩礦區(qū)組合樣化學全分析結(jié)果

2.3.4 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，次為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造以層理構(gòu)造為主，水云母類等片狀礦物定向排列形成層理。局部地段受構(gòu)造影響礦石發(fā)生揉皺形成皺紋構(gòu)造。

2.3.5 礦石圍巖和夾石

礦石圍巖巖性主要為炭質(zhì)頁巖、含炭質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖，荷塘組底部與皮園村組接觸面附近夾有少量硅質(zhì)巖。釩礦體頂、底板圍巖與礦體之間巖性并無明顯差別，且大多界線不清晰，其顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、體重等都相似，肉眼不易區(qū)分，只有通過系統(tǒng)采樣進行測試分析才能將其確定。圍巖釩礦化較普遍，但根據(jù)巖性的不同，礦化程度具有差別。礦區(qū)內(nèi)圍巖的 V2O5分析結(jié)果表明，總體而言，圍巖中釩含量有炭質(zhì)頁巖>含炭質(zhì)頁巖>硅質(zhì)頁巖>硅質(zhì)巖的變化規(guī)律(表3)。根據(jù)各圍巖樣品分布特征，并結(jié)合巖礦石 V2O5品位等值線圖(圖3)可看出，一般越接近礦體，釩礦化程度越高。

表3 陽家山釩礦區(qū)圍巖V2O5品位統(tǒng)計

夾石的存在主要是由于成巖過程中沉積環(huán)境或釩物質(zhì)來源的變化而使釩的含量或分布存在差異，礦區(qū)中夾石通常不均勻分布在較為厚大的礦體內(nèi)，巖性均為炭質(zhì)頁巖，V2O5平均品位達0.38%，厚度一般為2～3 m。

3 礦床成因

通過對其礦床地質(zhì)特征的綜合分析可以認為，陽家山釩礦床為典型的沉積成因。礦體的賦礦層位為寒武系荷塘組底部的一套黑色頁巖系，礦體產(chǎn)狀受層位控制。寒武系黑色巖系型釩礦床在我國分布較廣，主要集中于北方的塔里木地區(qū)、南秦嶺地區(qū)[11-13]及我國南方的贛北、湖南、湖北、貴州等地[14-19]。黑色巖系型釩礦普遍認為是在海相缺氧、還原的沉積環(huán)境中形成的[16]，發(fā)育于廣海陸棚、被動大陸邊緣斜坡的沉積盆地中[20-21]，且與有機質(zhì)關(guān)系密切[7]。

對于黑色巖系型釩礦中釩的物質(zhì)來源，主流觀點普遍認為原始成礦物質(zhì)來源于海底熱液，地殼深部富釩熱液通過裂隙通道進入海底[21-25]；也有觀點認為成礦物質(zhì)來源于海水自身沉積[15，26]、陸源碎屑沉積[27-28]或多來源沉積[19，29]。但不論哪種物質(zhì)來源，原始V元素都是從海水中進行富集成礦的。

釩在水體中的富集和遷移主要受到氧化還原狀態(tài)和吸附作用的影響[30]。寒武紀生命大爆發(fā)，匯集在大陸邊緣的海洋生物死亡后降解消耗大量氧氣，加劇了海洋缺氧還原環(huán)境的形成[31]，使海水中溶解的大量 V5+被還原為 V4+和 V3+[7]。同時，不易溶于水的 V4+和 V3+與有機質(zhì)通過腐殖酸吸附固定、離子交換作用、離子螯合作用等方式發(fā)生沉淀[32]，并受到來自陸源的黏土礦物對其產(chǎn)生的強烈吸附作用[24]，最終為黑色巖系型釩礦提供了良好的形成條件。

青白口紀晚期，華南發(fā)生廣泛的裂谷活動，導致了揚子地塊東南緣地區(qū)長江中下游裂谷的發(fā)育，并伴隨強烈的火山活動[33]。受裂陷活動和熱液活動的影響，地殼深部富釩流體沿斷裂噴出至海水中。寒武紀，贛北地區(qū)形成水流不暢的潮下深水盆地，海綿生物漸趨繁盛，有機物大量堆積[34]。在深海缺氧、還原的環(huán)境下，海水中的以來源于海底熱液為主的釩元素被還原、吸附、沉淀，最終在贛北地區(qū)黑色巖系中發(fā)生高度富集，形成了荷塘組底部黑色頁巖系中以陽家山釩礦床為代表的釩礦化。

4 找礦方向

礦區(qū)內(nèi)釩礦體賦存于荷塘組底部的黑色、灰黑色炭質(zhì)頁巖、含炭質(zhì)頁巖及灰黑色硅質(zhì)頁巖中，該層位在贛北的修水—武寧—永修—彭澤及贛東北的德興—上饒等地分布較廣，具有較大的釩礦資源潛力，是有利的找礦層位，應加大對這套地層的綜合研究，同時注意鉬、鈾礦的綜合找礦。

黑色巖系型釩礦嚴格受層位控制，且多為炭-硅-泥質(zhì)組合[7]，在釩的富集成礦過程中，泥質(zhì)和有機炭的吸附作用都起著重要貢獻[24，35]，陽家山釩礦床中不同類型礦石釩礦化程度的差別及礦石成分特征均表明，釩的富集與黏土礦物及炭質(zhì)密切相關(guān)。組合樣的化學分析結(jié)果顯示，富礦石普遍具有較高的鋁、鉀、鐵和較低的鈣，這與其他黑色巖系型釩礦床有相似之處[21，36]，指示了釩可能是以吸附態(tài)形式賦存于黏土礦物中。不同巖性圍巖之間 V2O5總體含量的差異進一步揭示了炭質(zhì)含量與釩含量的密切關(guān)系(表3)：隨著巖石中炭質(zhì)含量的減少，釩礦化程度呈降低趨勢。這些證據(jù)為區(qū)域釩礦找礦提供了線索，在荷塘組底部的黑色頁巖系中炭質(zhì)含量較高的地段可能會有較好的釩礦化，對其重點關(guān)注有助于找礦勘查的靶區(qū)選定。

礦區(qū)內(nèi)釩礦體走向上EW向延伸穩(wěn)定，傾向上向南延深較好，礦區(qū)周圍有荷塘組出露，可見除礦區(qū)內(nèi)已控制的釩礦體規(guī)模外，在其南部延深處仍具有較大的找礦前景。

5 結(jié)論

1)礦區(qū)內(nèi)釩礦體賦存于寒武系底部黑色頁巖系中，產(chǎn)狀受地層的嚴格約束，三條主礦體在走向及傾向上均延伸較穩(wěn)定，有用組分分布均勻。

2)礦區(qū)內(nèi)劃分了三種不同的礦石類型，圍巖及夾石與礦石間并無明顯區(qū)分特征，且普遍具釩礦化。巖石礦化程度與炭質(zhì)含量相關(guān)，且釩與鋁、鉀、鐵存在較為密切的化學共生關(guān)系。

3)來源于以海底熱液為主的V元素在缺氧、還原的海相沉積環(huán)境下被還原、吸附、沉淀，最終在贛北地區(qū)黑色巖系中發(fā)生高度富集，形成陽家山釩礦床。

4)區(qū)域內(nèi)荷塘組底部黑色巖系層具有良好的釩礦找礦潛力，炭質(zhì)含量較高的地段可能有較好的釩礦化程度，在本礦區(qū)南部延深處具有較大的找礦前景。