于 洋，朱雪菡，徐 剛

(1．河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450000；2．河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450016)

0 引言

釩是一種重要的戰(zhàn)略資源，應(yīng)用前景廣泛。受礦產(chǎn)品開發(fā)需求，大柳釩礦床于2011年至2013年完成了詳查工作，礦體數(shù)量和級別已達(dá)到了中型，火星廟向斜作為大柳釩礦床的首采區(qū)，具有埋藏淺、礦體厚、品位高的特點。但總體研究程度尚低。查明本區(qū)地質(zhì)特征及控礦因素標(biāo)志對湖北乃至全國釩礦找礦無疑是一項重大的補充，可為區(qū)域內(nèi)同類型礦床的找礦勘探提供參考。

1 地質(zhì)背景概述

研究區(qū)構(gòu)造劃分位于青峰—襄樊—廣濟(jì)斷裂帶以北，秦嶺褶皺系，南秦嶺印支冒地槽褶皺帶，金雞嶺復(fù)向斜，兩鄖斷裂以北(圖1)，廟川褶皺束[1-2]。本區(qū)晚震旦世—早寒武世是短暫的地臺型沉積階段，其沉積的一套黑色海相頁巖、炭硅質(zhì)巖建造，控制區(qū)內(nèi)沉積型釩、釩鉬、磷、重晶石礦的分布武當(dāng)山—大別山前寒武紀(jì)、中生代金鉛鋅銀磷滑石硫鐵礦金紅石重晶石螢石成礦帶。在與早古生代海相黑色頁巖、硅質(zhì)巖有關(guān)的釩鉬銀礦床成礦亞系列中，以丹江口市楊家堡釩礦床最為典型。這類賦存在下寒武統(tǒng)楊家堡組和莊子溝組黑色炭質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖中的沉積型釩礦床，多受前寒武紀(jì)復(fù)背斜周緣由古生界組成的向斜構(gòu)造控制。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地層

大柳釩礦區(qū)位于南化塘穹窿南西次級構(gòu)造張家廠—陡嶺溝背斜的傾伏部位，出露地層主要為上震旦統(tǒng)燈影組(Z2dy)、下寒武統(tǒng)莊子溝組(∈1z)、中寒武統(tǒng)岳家坪組(∈2y)，莊子溝組為釩礦主要賦存層位，而下寒武統(tǒng)下部的楊家堡組在本區(qū)基本缺失。研究區(qū)巖性為一套濱?！獪\海陸緣碎屑巖及碳酸巖沉積巖系[3-4]，主要有砂礫屑狀泥晶白云巖、細(xì)晶白云巖、硅質(zhì)板巖、含炭硅質(zhì)板巖、還有含炭質(zhì)粉砂質(zhì)板巖及雜色黏土質(zhì)板巖、泥質(zhì)灰?guī)r等。

2.2 構(gòu)造

研究區(qū)所在區(qū)域位于南秦嶺印支褶皺帶武當(dāng)復(fù)背斜北翼，金雞嶺復(fù)向斜廟川褶皺束的東端。受華力西—印支期先伸展滑脫后陸陸碰撞造山作用，區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺均有發(fā)育。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線總體以近EW向為主，地層傾角15°～85°。

研究區(qū)地處大柳礦床南部，為陡嶺溝—張家廠倒轉(zhuǎn)背斜的傾伏端與正常地層構(gòu)成的向斜構(gòu)造。大柳礦床中北部為一NNE向的倒轉(zhuǎn)背斜，背斜的北翼變化多端，中間部位為背斜的正常翼，呈NNE向展布；兩端倒轉(zhuǎn)、南傾，呈近EW向，地層傾角為25°～64°。

2.2.1 褶皺

大柳礦床主體構(gòu)造為兩部分，中北部的倒轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造和南部火星廟向斜構(gòu)造。首先含礦地層在中北部表現(xiàn)為一NNE向的倒轉(zhuǎn)背斜。南翼為正常翼，產(chǎn)狀平緩。背斜的核部為燈影組(Z2dy)白云巖，背斜的兩翼向西延伸出區(qū)外，在大溝一帶傾伏，歸屬于區(qū)域上的張家廠—陡嶺溝背斜建造。

背斜的南翼與火星廟南部的莊子溝組(∈1z)含礦層構(gòu)成一NEE向的向斜構(gòu)造形態(tài)，向斜的核部為岳家坪組(∈2y)下段，兩翼為莊子溝組(∈1z)(含礦層)，軸面南傾，向斜的揚起端出露于干溝口北，向斜的兩翼向西延伸出區(qū)外，歸屬于區(qū)域上的七里匾—火星廟向斜建造(圖2)。

圖2 火星廟釩礦區(qū)域地質(zhì)圖Fig.2 Regional and geological map of Huoxingmiao vanadium mining area1—石甕子組上段 2—石甕子組中段 3—石甕子組下段 4—岳家坪組上段上部 ；5—岳家坪組上段中部 6—岳家坪組上段下部 7—岳家坪組下段 8—莊子溝組 9—燈影組七段 10—燈影組六段 11—燈影組五段 12—燈影組四段 13—燈影組三段14—燈影組二段 15—燈影組一段 16—地質(zhì)界線 17—張家廠—陡嶺溝背斜軸線 18—七里匾—火星廟向斜軸線 19—滑脫面及其產(chǎn)狀 20—巖層產(chǎn)狀 21—倒轉(zhuǎn)巖層產(chǎn)狀 22—褶皺樞紐產(chǎn)狀 23—逆斷層及其產(chǎn)狀 24—平移斷層 25—碎裂巖帶 26—大柳釩礦床 27—研究區(qū)

受區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造影響，發(fā)生以層理面為主要變形面的層間褶皺，第一期是以層理為變形面的平臥褶皺(圖3a)，在賦礦巖層莊子溝組(∈1z)中尤為發(fā)育，莊子溝組下部硅質(zhì)板巖受早期推覆作用影響，使含礦層局部發(fā)生揉皺，并使含礦層構(gòu)造加厚，同時又增加有用組分的富集；第二期仍以層理為變形面，其構(gòu)造樣式表現(xiàn)為緊閉同斜或斜歪褶皺(圖3b)，從露頭到區(qū)域尺度均可見及，此期褶皺奠定了礦床構(gòu)造格架。

圖3 礦區(qū)露頭照片F(xiàn)ig.3 Photograph of outcrop in the mining area(a)莊子溝組硅質(zhì)板巖與粉砂質(zhì)板巖互層構(gòu)成層間揉皺 (b)岳家坪組泥質(zhì)白云巖構(gòu)成的斜歪褶皺

2.2.2 順層滑脫斷層

該斷層(F1)是遍及區(qū)內(nèi)的面狀斷層，屬拉張構(gòu)造環(huán)境下的伸展構(gòu)造。地表傾向在120°～357°，傾角為33°～80°。它是下寒武統(tǒng)與上震旦統(tǒng)之間形成的一條對含礦層影響較大的斷裂。順層滑脫斷層主活動期是在褶皺變形之前，變形結(jié)果導(dǎo)致軟弱地層被拉薄，脆性地層被拉斷缺失，乃至尖滅。在造山時期，該斷層又可復(fù)活，成為擠壓—推覆型構(gòu)造體系的構(gòu)造成分，造成下寒武統(tǒng)莊子溝組含釩黑色巖系厚度出現(xiàn)明顯變化，該地層內(nèi)普遍發(fā)育順層剪切帶的剪切褶皺以及相應(yīng)的拉伸線理。根據(jù)區(qū)域資料顯示，滑脫系統(tǒng)形成于晚海西期—印支期，是南秦嶺構(gòu)造帶東段近EW向拉伸機制下的多層次順層滑脫斷層——“韌—韌脆性”剪切帶。主要表現(xiàn)：滑脫過程中造成兩盤地層缺失或減薄(楊家堡組全部缺失，燈影組及莊子溝組的部分缺失)，同時造成地層(莊子溝組)構(gòu)造疊加和改造；深部施工的鉆孔巖心中發(fā)現(xiàn)明顯的斷層擦痕，擦痕具發(fā)亮顯示，手摸具光滑感?；搸Ы佑|面兩側(cè)巖層產(chǎn)狀趨于一致，強應(yīng)變帶(莊子溝組)沿走向與弱應(yīng)變帶(燈影組)呈過渡關(guān)系；該地層內(nèi)普遍發(fā)育順層剪切帶的剪切褶皺以及相應(yīng)的拉伸線理，致使礦層厚度在走向與傾向上發(fā)生較大變化，出露也不連續(xù)。

3 向斜地質(zhì)特征

3.1 地層特征

火星廟向斜北翼含礦層出露長度約2200m，出露最大厚度達(dá)50m，傾向130°～250°，傾角15°～80°；向斜南翼含礦層出露長度約2100m，出露最大厚度達(dá)142m，傾向297°～357°，傾角26°～88°。受褶皺和滑脫構(gòu)造影響，向斜內(nèi)含釩地層出現(xiàn)拉薄、缺失、推覆和倒轉(zhuǎn)；向斜內(nèi)釩礦體即受構(gòu)造影響，出現(xiàn)不連續(xù)、斷裂、富集。研究區(qū)內(nèi)火星廟向斜含礦層，整體呈南厚北薄，南陡北緩的態(tài)勢，向斜軸面南傾。在走向上，向斜軸面由西向東，南傾角度逐步加大。以中部為分界，向斜以東含礦層和礦體連續(xù)性好，向斜北翼形態(tài)穩(wěn)定，南翼傾角逐步加大，由傾角直立至仰起端南翼產(chǎn)狀倒轉(zhuǎn)；向斜以西受構(gòu)造影響，含礦層和礦體推覆、富集在南翼。由向斜平面圖(圖4)可見，南北翼含礦層的差別(綠色部分)。

在野外工作中，通過大量的工程驗證和數(shù)據(jù)收集，對礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀、變化、連續(xù)性都有了較為深刻的認(rèn)識。以下將通過代表性礦體的描述、聯(lián)合剖面的對比，來展示向斜的特征。

3.2 釩礦體特征

3.2.1 礦體形態(tài)

釩礦體形態(tài)大體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，少量由單工程控制的礦體呈似層狀、透鏡狀，產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，釩礦體大體分為以分支復(fù)合狀、串珠狀形態(tài)產(chǎn)出。

3.2.2 礦體特征

火星廟向斜釩礦體控制長度4240 m(向斜北翼控制長度2190 m，南翼控制長度2050 m)，控制厚度為1.48～41.03 m，V2O5的品位為0.54%～1.45%，由多個地表工程和多個深部工程控制，控制深度21～906 m。釩礦體賦存高程為+301～+787 m，礦體埋深在0～486 m。厚度變化屬于較穩(wěn)定型，V2O5的品位變化屬于均勻型。

從礦體厚度、品位及礦體形態(tài)來看，厚度變化較大，而品位變化比穩(wěn)定，釩礦體在火星廟向斜地表出露完整，礦體在17線南部處受地表褶皺影響局部變厚，累計厚度>50.00 m。礦體形態(tài)與火星廟向斜一致，軸面南傾，以9線為例，礦體延伸近千米。含礦層富集于向斜南翼，北翼受滑脫構(gòu)造影響，產(chǎn)狀較陡，南翼緩(南翼傾角65°±；北翼傾角45°±)，含礦層厚度較薄，品位高低變化與含礦層傾向延伸無關(guān)。礦體形態(tài)在走向上，9線以東，受推覆構(gòu)造影響，于5線附近南翼產(chǎn)狀近乎直立，至1線向斜仰起端南翼產(chǎn)狀倒轉(zhuǎn)。9線以西，受推覆構(gòu)造影響，含礦層堆集于向斜南翼，北翼產(chǎn)狀平緩，深部礦體大部缺失。雖然礦體受推覆構(gòu)造影響于向斜南翼迅速膨大，但13線因受推覆擠壓影響，礦層向東西兩側(cè)填充，13線向斜南翼深部工程大部缺失，15線處于擠壓填充的過渡部位，17線處于填充容礦的膨大部位。以至于造成局部膨大，深部工程17線南部累計真厚度>70.00 m，且都具有分支復(fù)合現(xiàn)象(圖5)。其余礦體特征見表1。

圖5 火星廟向斜橫切剖面圖Fig.5 Cross section map of the Huoxingmiao syncline1—釩礦體 2—含礦層界線

表1 火星廟向斜釩礦體特征Table 1 List of vanadium orebody characteristics in the Huoxingmiao syncline

3.3 釩礦石特征

3.3.1 礦石的物質(zhì)組成

礦石的主要礦物組成基本相同，為硅質(zhì)、炭質(zhì)、有機質(zhì)和釩云母等。經(jīng)薄片鑒定、光片鑒定、電子探針波譜分析、X-射線衍射分析表明，有用礦物主要為釩云母、鈣釩榴石、含釩黏土礦物等，其中，云母類礦物中的釩可占礦石中釩總量的50%～80%，含量依不同礦石類型略有變化。

3.3.2 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)：鱗片—顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)、顯微鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)、變余隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、聚粒狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)。

礦石構(gòu)造：細(xì)脈浸染狀構(gòu)造、板狀構(gòu)造、千枚狀構(gòu)造。

3.3.3 礦石的工業(yè)類型

本區(qū)屬淺變質(zhì)的海相沉積巖類，其下寒武統(tǒng)莊子溝組黑色巖系是沉積變質(zhì)型釩礦的賦存層位。釩礦的工業(yè)類型屬于黑色頁巖型。

3.3.4 釩的賦存狀態(tài)

釩的賦存狀態(tài)是多種多樣和復(fù)雜的，釩礦物以釩云母為主，鈣釩榴石次之。該礦區(qū)的礦石中富硅，當(dāng)富硅、富鋁又多釩、多水時，容易形成釩云母；而富硅、富鈣、多釩又貧鋁、缺水(往往炭質(zhì)含量較高)時，則容易形成鈣釩榴石。

3.4 礦床品位

大柳礦床V2O5的平均品位為0.84%?；鹦菑R向斜作為首采段，求得控制的資源量(332)礦石量為379.6萬噸，V2O5的資源量為32706 t；推斷的資源量(333)礦石量為2128.1萬噸，V2O5的資源量為186561 t；預(yù)測的資源量(334)？礦石量為637.0萬噸，V2O5的資源量為55598 t?；鹦菑R向斜V2O5的平均品位為0.85%。

4 控礦因素分析

4.1 地層控礦

含釩(礦)層底板為上震旦統(tǒng)燈影組(Z2dy)上部的泥晶、粉晶白云巖，頂板為中寒武統(tǒng)岳家坪組(∈2y)中厚層細(xì)晶白云巖，頂?shù)装迮c含釩(礦)層界線明顯。釩礦體賦存于下寒武統(tǒng)莊子溝組(∈1z)中，為一套淺變質(zhì)硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)板巖夾薄層泥質(zhì)巖、炭質(zhì)板巖、硅質(zhì)板巖與粉砂質(zhì)板巖互層、含硅粉砂質(zhì)板巖、含硅黏土質(zhì)板巖、雜色黏土質(zhì)板巖等一套黑色炭、硅、泥質(zhì)建造。莊子溝組為本區(qū)乃至區(qū)域上的含釩巖系，含釩層位呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與地層產(chǎn)狀一致。

莊子溝組作為下寒武統(tǒng)的組成部分，產(chǎn)狀與上覆、下伏地層基本一致，含礦層與頂板岳家坪組灰色中厚層狀細(xì)晶白云巖呈整合接觸，與底板燈影組細(xì)晶白云巖呈斷層和不整合接觸(缺失楊家堡組硅質(zhì)巖)，含礦層莊子溝組下部的下寒武統(tǒng)楊家堡組硅質(zhì)巖缺失?；鹦菑R向斜釩礦體嚴(yán)格受含釩地層控制(圖6)。

圖6 火星廟向斜9號勘探線礦體對比圖Fig.6 Comparison map of the orebodies of exploration line No.9 in the Huoxingmiao syncline1—工業(yè)釩礦體 2—低品位釩礦體 3—地層界線 4—滑脫構(gòu)造線

4.2 構(gòu)造控礦

研究區(qū)火星廟向斜，由于多期次的構(gòu)造變動，致使燈影組(Z2dy)與上覆地層(莊子溝組(∈1z)呈滑脫斷面接觸，造成燈影組白云巖局部呈碎裂狀、節(jié)理發(fā)育?？傮w上看，區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺較發(fā)育，斷層不同程度地破壞了礦層的連續(xù)性，致使含礦層出現(xiàn)不同程度增厚和缺失現(xiàn)象[7-8](圖7)。

圖7 火星廟向斜9號勘探線剖面圖Fig.7 Sectional map of exploration line No.9 in the Huoxingmiao syncline1—釩礦體 2—地層界線 3—滑脫構(gòu)造線

研究區(qū)內(nèi)含礦層的連續(xù)性受構(gòu)造的破壞作用，尤其是順層滑脫斷層可導(dǎo)致界面上下地層缺失。礦體形態(tài)受斷裂構(gòu)造的影響變化較復(fù)雜，受順層滑脫斷層的影響造成含礦層發(fā)生斷裂、拉薄甚至缺失；受構(gòu)造應(yīng)力影響，不同構(gòu)造部位礦層厚度變化也不一樣[9-10]。褶皺構(gòu)造影響礦層厚度及品位的變化，下寒武統(tǒng)硅質(zhì)巖、粉砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖和泥質(zhì)巖的層間滑動，擠壓褶皺及碎裂處，含礦層構(gòu)造運動越是強烈、褶皺越發(fā)育、對容礦有利的空間就大，就會加大含礦層的厚度，V2O5的品位相對較高(圖8)。

圖8 火星廟17勘探線剖面圖Fig.8 Sectional map of exploration line No.17 in the Huoxingmiao syncline1—釩礦體 2—地層界線 3—滑脫構(gòu)造線

5 礦床成因

南秦嶺寒武系普遍含硅質(zhì)沉積，炭質(zhì)含量高，屬釩的高背景層位。大柳釩礦床位于南秦嶺造山帶東段，成礦時代為寒武紀(jì)早期，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，含礦層屬于地層組成的一部分[5-6]。含礦的炭-硅-泥巖夾有少量的沉積成因的重晶石巖，具熱水噴流沉積成因特征。礦床主量、微量元素以及Si、O同位素地球化學(xué)特征亦說明硅質(zhì)巖為熱水沉積成因。礦石除V、Au、Ag外，伴有Cu、Pb、Zn、As、Sb、Ni、Co、Pt族等元素。顯示噴流熱水沉積礦床的成礦物質(zhì)復(fù)雜。成礦物質(zhì)來源具有深源、多源的特點，釩的富集層位與中國華南黑色巖系中的Mo、Ni、Pt族金屬層位相同。其成因與火山碎屑、噴氣硅質(zhì)沉積有密切成因聯(lián)系。南秦嶺下寒武統(tǒng)炭、硅、泥質(zhì)巖建造屬板塊擴張背景下的半深海滯留沉積盆地，由于秦嶺區(qū)正處于擴張期，構(gòu)造活動頻繁，噴流作用帶來了大量物質(zhì)Si、V、Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Ni、Co、Pt族等，為礦床的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。黏土礦物對金屬離子具有強烈的吸附性能，成為聚集金屬元素的重要因素。南秦嶺從寧陜到商南一帶黑色巖系沉積層厚度有限，為南秦嶺地層格架中的“饑餓”段，陸緣碎屑供給不足，盆地內(nèi)部硅質(zhì)、炭質(zhì)及釩等成礦物質(zhì)相對占一定優(yōu)勢，形成了該區(qū)大規(guī)模具較高品位的優(yōu)質(zhì)釩礦床[11-16]。

從本區(qū)古地理環(huán)境、礦物共生組合和元素賦存特征分析，大柳釩礦床成因類型屬于生物化學(xué)沉積變質(zhì)改造型釩礦床。

6 結(jié)論

1)火星廟向斜釩礦體賦存于下寒武統(tǒng)莊子溝組一套炭、硅、泥質(zhì)組合中，該地層為一套吸附性較強的海相沉積“黑色巖系”。其產(chǎn)出嚴(yán)格受地層、構(gòu)造控制。硅質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)巖、黏土質(zhì)板巖是黑色巖系中釩礦富集特有的巖石標(biāo)志，在硅質(zhì)板巖與粉砂質(zhì)和炭質(zhì)板巖接觸部位往往是礦化富集部位。黃綠、灰綠色釩云母是礦層中的主要標(biāo)志礦物，釩云母明顯地段，巖石的含礦性就好，V2O5的品位較高。

2)火星廟向斜是由陡嶺溝—張家廠倒轉(zhuǎn)背斜的傾伏端與正常地層構(gòu)成向斜構(gòu)造。賦存釩礦體的形態(tài)與向斜一致，軸面南傾，傾向上富集于南翼，北翼受滑脫構(gòu)造影響產(chǎn)狀較陡南翼緩且薄；走向上受推覆構(gòu)造影響，由中部至東部仰起端，南翼產(chǎn)狀變化由正常趨近于直立，直至倒轉(zhuǎn)，礦體連續(xù)性較為穩(wěn)定；中部至西部傾伏端，受推覆擠壓影響，局部填充容礦的膨大和相鄰空間礦體的缺失并存，礦體連續(xù)性較差。

致謝：本文涉及的野外及繪圖工作，得到我隊湖北項目組同志的幫助，同時本文涉及報告中的一些內(nèi)容，在報告評審中評審專家給出了寶貴的意見，在此一并表示感謝。