夏節(jié)華, 陳德康, 葉少貞, 高 任, 卜 濤, 張明華

(江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 贛西北大隊,江西 九江 332000)

修水—武寧地區(qū)(簡稱修武地區(qū))位于江西省西北部(圖1-a),下寒武統(tǒng)王音鋪組黑色巖系分布廣泛,層位穩(wěn)定,蘊含豐富的釩、鉬、鈾等礦產(chǎn)資源[1-3],近年來探明了廟嶺釩礦、湘竹釩礦等一批釩礦床(圖1-b)。本文以廟嶺釩礦為例,研究修武地區(qū)的釩礦地質(zhì)特征,并對其成因作一探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地層

修武地區(qū)地層發(fā)育較全,自中元古界到新生界,除侏羅系、白堊系缺失,奧陶系、泥盆系、石炭系和三疊系部分缺失外,其它各系均有發(fā)育,特別是震旦系—志留系下統(tǒng)發(fā)育最為完全(圖1-b)。

中元古界雙橋山群構(gòu)成區(qū)內(nèi)的褶皺基底,震旦系和下古生界分布最廣,構(gòu)成修水—武寧復(fù)式向斜(簡稱修武向斜)的兩翼和核部,上古生界和三疊系僅零星出露于向斜核部,新生界主要分布在修河流域和柘林水庫一帶。

中元古界雙橋山群由一套淺海相變質(zhì)碎屑巖組成,主要分布在九宮復(fù)式背斜核部和九嶺復(fù)式背斜大部。

震旦系主要為濱海河流相石英砂巖建造、冰川相碎屑巖建造以及淺海相泥硅質(zhì)、碳酸鹽巖建造。主要分布在修武向斜南北兩翼。

下古生界主要為一套海灣—瀉湖相炭質(zhì)泥(頁)巖建造、淺海相碳酸鹽巖建造和淺海相碎屑巖建造。下古生界寒武系王音鋪組是釩礦賦礦層位,主要分布于修武向斜南北兩翼。奧陶系、志留系大面積分布于修武向斜的中心部位。

上古生界缺失泥盆系下統(tǒng)、中統(tǒng)和石炭系上統(tǒng)、下統(tǒng),主要為濱海相砂礫巖建造、淺海相碳酸鹽巖建造和海陸交互相含煤建造。其主要分布于修武復(fù)式向斜核部。

中生界僅有三疊系下統(tǒng)和中統(tǒng),主要為淺海相泥質(zhì)頁巖和碳酸鹽巖建造，其分布于修武復(fù)式向斜核部。

新生界主要為新余群,屬湖泊—河流相紅色碎屑巖建造,堆積于各斷陷盆地中。第四系主要為河流松散泥、砂、礫質(zhì)堆積物,分布于修河及支流河谷中。

1.2 構(gòu)造

修武地區(qū)位于揚子古板塊南側(cè),江南隆褶帶北緣,為一近東西向構(gòu)造隆起帶。由兩個復(fù)式背斜(九宮復(fù)式背斜即九宮山隆起、九嶺復(fù)式背斜即九嶺隆起),一個復(fù)式向斜(修武復(fù)式向斜即修武坳陷)組成(圖1-a)。復(fù)式背斜由中元古界雙橋山群區(qū)域淺變質(zhì)巖系組成,是本區(qū)的褶皺基底。震旦系—三疊系下統(tǒng)組成復(fù)式向斜,是區(qū)域蓋層褶皺(圖1-b)。

圖1 江西北部區(qū)域構(gòu)造略圖(a)及修武地區(qū)地質(zhì)略圖(b)Fig.1 Regional tectonic sketch map in the north of Jiangxi (a) and geological sketch map of Xiuwu area (b)1.第四系;2.第三系;3.三疊系;4.二疊系;5.石炭系泥盆系合并;6.志留系;7.奧陶系;8.寒武系;9.震旦系;10.中元古界;11.燕山早期二長花崗巖;12.加里東中期花崗巖;13.晉寧期富斜花崗巖;14.釩礦區(qū);15.向斜;16.斷層.17.地質(zhì)界線。

1.2.1褶皺

修武復(fù)式向斜(簡稱修武向斜)是區(qū)域內(nèi)主要的褶皺構(gòu)造,展布于修水—武寧一帶,以大椿—武寧向斜為主體,其南部由于樞紐起伏與地層剝蝕,從北東到南西大致定向排列了廟嶺向斜、東津向斜和東渡港向斜。

(1) 修武向斜:西自修水的大椿,經(jīng)溪口、三都和武寧的船灘、甫田,東至柘林,全長130 km,寬15 km(圖1-b)。軸向近東西,核部主要由志留系組成,兩翼為奧陶系—震旦系。向斜開闊,核部地層產(chǎn)狀平緩,北翼較陡(40°～70°),南翼略緩(30°～40°)。

(2) 廟嶺向斜:位于修武向斜南側(cè),是修武向斜的次一級向斜(圖1-b)。西起修水縣范坑,經(jīng)大坪、廟嶺到武寧縣的花棚,長約60 km,寬約4～7 km。軸向近東西,核部由下奧陶統(tǒng)組成,兩翼為寒武系—震旦系,北翼傾角20°～40°,南翼傾角一般30°～70°,西端大坪一帶地層倒轉(zhuǎn),傾角50°～70°。受北東向廟嶺—上高莊斷裂影響,地層在廟嶺一帶左錯達(dá)10 km以上,且廟嶺以東北翼缺失。廟嶺釩礦位于廟嶺向斜北翼。

1.2.2斷裂

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育,主要有順層的滑脫構(gòu)造和切層的陡傾斜斷裂。

(1) 滑脫構(gòu)造。滑脫構(gòu)造是本區(qū)域的主要構(gòu)造形式之一,由北部大椿—溪口—南嶺及南部東津—杭口—修水兩個滑動系統(tǒng)組成?；瑒酉到y(tǒng)內(nèi)部存在兩個次級滑脫帶和三個滑動層系。下部次級滑脫帶由下寒武統(tǒng)底部炭質(zhì)頁巖和石煤層組成,上部次級滑脫帶由上奧陶統(tǒng)上部和下志留統(tǒng)底部的灰黑色硅質(zhì)頁巖和灰黑色粉砂質(zhì)頁巖組成。三個滑動層系分別是志留系組成的上部滑動層系、奧陶系—寒武系組成的中部滑動層系及震旦系組成的下部滑動層系。震旦系組成的下部滑動層系整體上能干性強,底部蓮沱組變形較弱,陡山沱組及皮園村組層內(nèi)褶皺相對發(fā)育,滑脫斷層附近的皮園村硅質(zhì)巖較破碎。奧陶系—寒武系組成的中部滑動層系一般表現(xiàn)為正常褶皺,局部出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)褶皺,寒武系底部含炭質(zhì)頁巖常大量滑失?；摌?gòu)造對釩礦層會造成不同程度破壞。

(2) 陡傾斜斷裂。陡傾斜斷裂主要分布在廟嶺、東津和東渡港三個次級向斜中,主要有北東東向及北東向斷裂帶。北東東斷裂延長一般>40 km,常以5 km等距平行產(chǎn)出,以扭性為主,兼有壓性;斷層面多傾向北西西,傾角70°～80°,一般為左型切錯,錯距可達(dá)數(shù)千米—十幾千米。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 含釩巖系特征

廟嶺釩礦區(qū)位于廟嶺向斜大路—廟嶺段北翼(圖1-b)。巖層總體北東—南西走向,傾向一般為120°～155°,傾角20°～40°(圖2-a、2-b)。

寒武系不對稱出露在廟嶺向斜兩翼,廣泛分布于礦區(qū)中南部及東北角。與下伏震旦系地層呈斷層接觸,與上覆奧陶系印渚埠組呈整合接觸。自下而上分為:王音鋪組、觀音堂組、楊柳崗組、華嚴(yán)寺組和西陽山組。各組之間呈整合接觸。

圖2 廟嶺礦區(qū)地質(zhì)圖(a)及3線地質(zhì)剖面圖(b)Fig.2 Geological map of Miaoling mining area (a) and geological profile (b) of line 31.第四系;2.奧陶系下統(tǒng)印渚埠組上段;3.印渚埠組下段;4.寒武系上統(tǒng)西陽山組;5.華嚴(yán)寺組;6.中統(tǒng)楊柳崗組;7.下統(tǒng)觀音堂組;8.王音鋪組;9.震旦系上統(tǒng)皮園村組;10.陡山沱組;11.下統(tǒng)南沱組;12.蓮沱組中段;13.蓮沱組下段;14.中元古界雙橋山群修水組第六段;15.修水組第五段;16.修水組第四段;17.修水組第二段;18.釩礦體;19.地質(zhì)界線;20.斜沖斷層;21.滑脫逆斷層;22.完工探槽;23.完工鉆孔;24.勘探線。

圖3 廟嶺釩礦野外露頭及礦石標(biāo)本照片F(xiàn)ig.3 Photographs of outcrop and ore samples in Miaoling vanadium mine(a).王音鋪組下段黑色薄—中層狀炭質(zhì)泥巖露頭;(b).王音鋪組下段風(fēng)化為土黃色的薄層狀炭質(zhì)泥巖夾灰黑色薄層狀硅質(zhì)巖露頭;(c).王音鋪組底部第一含磷結(jié)核層露頭;(d).王音鋪組底部的Ⅳ礦體露頭;(e).含釩碳質(zhì)泥巖型釩礦石巖心標(biāo)本;(f).含釩含硅質(zhì)碳質(zhì)泥巖型釩礦石巖心標(biāo)本。

(1) 王音鋪組(∈1w)：是本區(qū)釩礦賦礦層位,大致可分為三個巖性段,總厚度45～190 m。

下段:本段巖性變化較大,以黑色(地表風(fēng)化,炭質(zhì)流失,常呈白色、灰白色,或殘留有灰黑色和黑色花斑)薄—中層狀炭質(zhì)泥巖為主(圖3-a),夾炭質(zhì)頁巖、薄層狀及透鏡狀硅質(zhì)巖(圖3-b),或夾含碳泥質(zhì)灰?guī)r和灰?guī)r透鏡體,局部地段含碳量很高,形成石煤層。本段下部普遍見一層含磷結(jié)核層(區(qū)域上稱之為第一含磷結(jié)核層)[1],結(jié)核呈圓形,大小一般為0.5～2 cm,小者僅1～2 mm,大者可達(dá)20～30 cm,個別最大的直徑在1 m以上,沿層面稀疏分布(圖3-c)。含磷結(jié)核層在礦區(qū)分布較穩(wěn)定,在地表及鉆孔中均可見到,但含磷結(jié)核層厚度及磷結(jié)核含量有較大差異。礦區(qū)內(nèi)含磷結(jié)核層厚度一般1～5 m,最大可達(dá)十幾米。含磷結(jié)核層是尋找釩礦的重要標(biāo)志,也是釩礦的重要賦礦層位。

中段:黑色薄層狀炭質(zhì)泥(頁)巖夾薄層硅質(zhì)巖,局部地段兩者呈互層出現(xiàn)。硅質(zhì)巖單層厚3～5 cm。在前人研究中,本段下部有一層區(qū)域上分布較穩(wěn)定,厚度在1.10～3.89 m的含磷結(jié)核層(區(qū)域上稱之為第二含磷結(jié)核層)。但本次礦區(qū)勘查工作并未發(fā)現(xiàn)第二含磷結(jié)核層。

上段:為黑色中厚層板狀高炭質(zhì)頁巖,單層厚一般為0.3～0.5 m,局部地段夾有薄板狀高炭質(zhì)頁巖或硅質(zhì)炭質(zhì)頁巖。

(2) 觀音堂組(∈1g)：巖性為深灰色、灰黑色含碳泥巖夾頁巖。巖石風(fēng)化后呈灰白色,多發(fā)育楔形節(jié)理。局部含鈣質(zhì)、硅質(zhì),下部常見大小5～10 cm的黃鐵礦結(jié)核，厚度90～100 m。

(3) 楊柳崗組(∈2y)：巖性主要為深灰色紋層狀層狀含泥質(zhì)粉砂質(zhì)粉屑—泥屑灰?guī)r,夾含鈣質(zhì)頁巖,厚度約165 m。

(4) 華嚴(yán)寺組(∈3h)：巖性為灰及灰黃色條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r與紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r互層,厚280 m±。

(5) 西陽山組(∈3x)：巖性為灰或灰黃色厚層透鏡狀泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層狀透鏡狀泥質(zhì)灰?guī)r,含黃鐵礦晶粒及團(tuán)塊,普遍發(fā)育水平紋層，厚287 m。

2.2 礦體特征

礦區(qū)圈定工業(yè)釩礦體1個,另有單線、單孔控制的低品位礦體12個。1V主礦體賦存在王音鋪組底部或近底部(圖3-d)。呈層狀、似層狀產(chǎn)出,礦體產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致,總體北東—南西走向,傾向120°～155°,傾角20°～40°。走向上礦體延伸較穩(wěn)定,因10線未見礦體,故將1V礦體分成1V-1、1V-2東西兩段。礦體傾向延深總體較穩(wěn)定,但也存在厚度變小甚至尖滅的現(xiàn)象。礦體走向控制長度約4 000 m,礦體傾向延深最大380 m。礦體厚度1.00～13.60 m,平均厚度4.98 m(圖2-a、2-b)。V2O5平均品位0.91%。

2.3 礦石特征

2.3.1礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦石類型

礦石為泥質(zhì)結(jié)構(gòu),主要為塊狀構(gòu)造和結(jié)核狀構(gòu)造,次要構(gòu)造為頁理構(gòu)造和土狀構(gòu)造。礦石自然類型主要為含釩碳質(zhì)泥巖型釩礦石(圖3-e),次要為含釩含硅質(zhì)碳質(zhì)泥巖型釩礦石(圖3-f)。

2.3.2礦石物質(zhì)組分和化學(xué)成分

礦石X衍射分析結(jié)果見表1,從中可以看出,組成礦石的礦物主要是石英,其次是絹云母、綠泥石、鉀長石、黃鐵礦、磷灰石、重晶石、非晶相等。

礦石多元素分析結(jié)果見表2,從中可知,組成礦石的主要成分為SiO2,其次為C、Al2O3、K2O等。特別是C含量高,非晶相的存在對提釩極為不利。

表1 礦石X衍射分析結(jié)果(%)Table 1 X-ray diffraction analysis result of ores

表2 礦石多元素分析結(jié)果(%)Table 2 Analysis result of ore multielement

2.3.3礦石伴生組分

從表3可以看出,伴生組分Mo平均含量0.024%,可以綜合利用,Ag、Zn等元素具明顯富集,有害組分U含量較高。

表3 礦石伴生組分含量一覽表(%)Table 3 List of the contents of associated components in ores

注:Au、Ag單位為10-6。

2.3.4釩的賦存狀態(tài)

研究表明,在寒武系黑色巖系釩礦床中,釩的賦存狀態(tài)主要有兩種：一是賦存在橙釩鈣石、釩鐵礦和鈣釩榴石等獨立釩礦物中；二是以類質(zhì)同象的方式賦存在粘土礦物中,還有少量的釩被粘土、褐鐵礦等吸附[4-7]。本區(qū)釩的物相分析(表4)顯示,V2O5在云母類礦物中占83.43%,氧化鐵及鋁土礦物中占14.3%,電氣石和石榴石中占2.27%,說明釩主要在云母類礦物中賦存,但未發(fā)現(xiàn)獨立釩礦物,屬于上述第2種類型。

表4 釩物相分析結(jié)果(%)Table 4 Analysis result of vanadium phase

3 成因分析及找礦標(biāo)志

3.1 礦床成因

本區(qū)礦層產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)王音鋪組下部的石煤、炭質(zhì)泥(頁)巖中,且該層位釩的富集在贛北地區(qū)及湖北、湘西、浙西等地都存在,說明該層位釩的富集具有普遍性和區(qū)域性。這些地區(qū)在寒武紀(jì)早期(即王音鋪期)處于潮坪—瀉湖沉積環(huán)境,而大量的海綿骨針化石存在,說明該區(qū)域當(dāng)時處于濕熱氣候條件,深海底棲動物和藻類生物繁盛。大量的藻類生物死亡后,與沉積的細(xì)屑物質(zhì)混積成有機軟泥,經(jīng)過埋藏石化,即演變?yōu)楹寄?頁)巖和石煤。此時,陸蝕區(qū)地表物理、化學(xué)風(fēng)化充分,不僅向海域補給了大量的泥質(zhì)物,而且也從中分離出大量的硅質(zhì)、磷質(zhì)以及V、Mo、U、Ag、Cu等多種金屬元素。由于有機質(zhì)和粘土質(zhì)膠體具有帶電性(負(fù)電荷)和吸附性,能夠選擇性的吸附海水中的V、Mo、U、Ag、Cu、Zn、W、Ni、Co、Au等元素,使其隨著有機質(zhì)和粘土一起形成含碳泥(頁)巖和石煤,其中V、Mo、U等可能局部富集成工業(yè)礦床或伴生礦床。因此,本區(qū)礦床成因?qū)俪逼骸獮a湖相沉積炭質(zhì)泥(頁)巖型釩礦床[6-7]。

3.2 成礦控制因素及釩礦富集規(guī)律

(1) 本區(qū)釩礦為沉積盆地中還原環(huán)境下的沉積產(chǎn)物。礦體呈層狀或似層狀產(chǎn)出,嚴(yán)格受下寒武統(tǒng)王音鋪組地層層位、巖相的控制,屬典型還原環(huán)境下生物和化學(xué)成因沉積的黑色巖系沉積礦床[8]。

(2) 釩的品位貧富與沉積物顆粒度有關(guān)。因為沉積物粒度越小,其所具有的比表面積越大,故對金屬陽離子(如V、Mo、U、W、Zn等)的吸附力越強。如區(qū)內(nèi)炭質(zhì)泥(頁)巖、石煤中釩品位較高,而王音鋪組上部及觀音堂組粉砂質(zhì)泥巖中釩品位很低。

(3) 釩的品位貧富與巖石物質(zhì)成分有關(guān)。在炭質(zhì)泥(頁)巖中,炭質(zhì)及磷、硫含量高,碳酸鹽類含量低,品位較富;在炭質(zhì)泥(頁)巖中,炭、磷、硫含量低,品位較貧。

(4) 釩含量的多少與黑色巖系中有機質(zhì)含量有關(guān),有機質(zhì)含量越高,釩越富集。釩含量與SiO2則呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系[9-10]。

(5) 區(qū)內(nèi)伴生有益組分的成因類型與釩礦體相同,故其控制因素和富集規(guī)律也相同。

3.3 找礦標(biāo)志

由于區(qū)內(nèi)釩礦為潮坪—瀉湖相沉積炭質(zhì)泥(頁)巖型釩礦床,礦體主要賦存于下寒武統(tǒng)王音鋪組下部的炭質(zhì)泥(頁)巖、石煤層中。該層位富釩特點在贛北地區(qū)具有普遍性和區(qū)域性,如修水縣的廟嶺釩礦、湘竹釩礦、北岸釩礦、大椿釩礦,武寧縣的大坑釩礦、大源鋪釩礦、橫路釩礦,都昌縣南山釩礦,德興市皈大釩礦等均產(chǎn)于該層位中,故今后只需在區(qū)內(nèi)尋找王音鋪組下部炭質(zhì)泥(頁)巖、石煤層,就有可能找到此類釩礦床。

王音鋪組底部的含磷結(jié)核炭質(zhì)泥(頁)巖層是本區(qū)主要的含釩層位,也是最明顯的找釩標(biāo)志層。

4 結(jié)論

(1) 修武地區(qū)寒武系王音鋪組黑色巖系分布廣泛,層位穩(wěn)定,蘊含豐富的釩、鉬、鈾等礦產(chǎn)資源。廟嶺釩礦是近年來在該區(qū)探明的系列釩礦床之一。

(2) 王音鋪組是釩礦賦礦層位,主要分布于修武向斜南北兩翼。廟嶺釩礦即位于修武向斜的次一級廟嶺向斜北翼。王音鋪組下段是本區(qū)主要賦礦層位,以黑色炭質(zhì)泥巖為主,夾炭質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖,局部夾石煤層。

(3) 1V主礦體賦存在王音鋪組底部或近底部,呈層狀、似層狀產(chǎn)出,與巖層產(chǎn)狀一致。礦體在走向和傾向上延伸總體較穩(wěn)定,礦體平均厚度4.98 m。

(4) 礦石類型以含釩碳質(zhì)泥(頁)巖型釩礦石為主,次為含釩含硅質(zhì)碳質(zhì)泥(頁)巖型釩礦石。有用組分V2O5平均品位0.91%,伴生組分Mo平均含量0.024%。釩主要以類質(zhì)同象方式賦存在粘土礦物中。

(5) 本區(qū)釩礦為沉積盆地還原環(huán)境下沉積形成,礦床成因?qū)俪逼骸獮a湖相沉積炭質(zhì)泥(頁)巖型釩礦床。

(6) 釩礦層嚴(yán)格受王音鋪組地層層位控制,王音鋪組下部炭質(zhì)泥(頁)巖、石煤層是此類釩礦直接的找礦標(biāo)志;王音鋪組底部的含磷結(jié)核炭質(zhì)泥(頁)巖層在礦區(qū)分布穩(wěn)定,是本區(qū)主要的含釩層位,也是最明顯的找釩標(biāo)志層。