馬雁飛，曹 淵，馬紅義，吳林濤，趙玉龍，孔德成

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第二地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450053；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第二地質(zhì)環(huán)境院，河南 鄭州 451464)

釩被列為戰(zhàn)略金屬，在鋼材、冶金、化工、醫(yī)學(xué)和新能源等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，其主要用于煉鋼方面，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼材不可或缺的金屬材料；近年來(lái)，釩在清潔能源方面的研究取得很大進(jìn)展，全釩氧化還原液流電池(VRFB)在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、通信基站等領(lǐng)域擁有廣闊的市場(chǎng)前景，已經(jīng)開(kāi)始用于商業(yè)能源存儲(chǔ)系統(tǒng)[1]。

2010年6月—2015年12月，河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)勘查院開(kāi)展了《河南省境內(nèi)白浪幅、荊紫關(guān)幅、西峽縣幅、七峪幅、寺灣幅、淅川縣幅、袁店幅1∶5萬(wàn)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查》[2]項(xiàng)目。通過(guò)調(diào)查遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)已查明有：石槽溝釩礦床、寨溝釩礦床、西簧礦區(qū)釩礦床、后灣釩礦床等多處釩礦床[3-8]。

老君埡釩礦床[9]位于淅川縣寺灣鄉(xiāng)東北約15 km。筆者曾在該區(qū)開(kāi)展過(guò)詳查工作，老君埡釩礦賦存于寒武系水溝口組的炭質(zhì)泥巖、含炭泥巖和雜色泥巖中，受水溝口組地層控制，屬典型的沉積型釩礦。本文從成礦地質(zhì)背景、礦床特征、礦床成因及找礦標(biāo)志等方面加以總結(jié)，為該區(qū)尋找該類(lèi)型礦床提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

老君埡釩礦床位于秦嶺造山帶東段南支，屬秦嶺—大別沉積區(qū)。以商丹斷裂帶(圖1)為界，北為南秦嶺褶皺基底，出露有古元古界大溝巖組(Pt1d)、中新元古界武當(dāng)巖群(Pt2-3w2)、新元古界耀嶺河巖群下巖段(Pt3y1)。南為震旦系—古生界沉積蓋層。震旦系出露有陡山沱組(Z2d)和燈影組(Z2dn)。古生界地層出露有寒武系(∈)、奧陶系(O)、泥盆系(D)和石炭系(C)。區(qū)域構(gòu)造褶皺及斷層裂較發(fā)育，總體走向北西西。主要褶皺為荊紫關(guān)—師崗復(fù)向斜，該向斜南翼北傾，北翼南傾，傾角30°～70°，向斜控制了該區(qū)鐵礦、磷礦和釩礦含礦層的分布。主要斷裂為淅川斷裂帶，分布于馬灣—大王山—石槽溝—八龍山一帶，有多條近平行展布的斷裂組成，帶寬十至數(shù)百米。傾向北，傾角60°～80°。已知的金、銅多金屬礦化點(diǎn)主要分布于斷裂帶內(nèi)。區(qū)域上巖漿巖發(fā)育，主要分布在淅川斷裂以北的元古界基底構(gòu)造單元中。

圖1 構(gòu)造單元?jiǎng)澐趾蛥^(qū)域地質(zhì)Fig.1 Tectonic unit division and regional geology

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)位于荊紫關(guān)—師崗復(fù)向斜北翼震旦系—古生界沉積蓋層區(qū)。出露地層有古生界寒武系(∈)、奧陶系(O)和泥盆系(D)(圖2(a))，另在鉆孔中可見(jiàn)震旦系燈影組(Z2dn)，溝谷中分布有新生界第四系(Q)。地層總體走向?yàn)楸蔽魑?，傾角25°～50°。老君埡釩礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 老君埡釩礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological sketch of Laojunya vanadium deposit

礦區(qū)構(gòu)造以褶皺為主，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。褶皺主要有：將軍寨—朝陽(yáng)洞背斜，老君埡背斜、老君埡向斜。將軍寨—朝陽(yáng)洞背斜，整體走向280°，南翼地層傾角25°～30°，北翼10°～15°。該背斜對(duì)含礦層的控制作用明顯(圖3)。

圖3 05線勘探線剖面Fig.3 Profile of exploration line of line 05

3 礦床地質(zhì)

3.1 含礦層特征

區(qū)內(nèi)含礦層為一套古生界寒武系下統(tǒng)水溝口組以炭質(zhì)泥巖和含炭泥巖組合為主，局部為下部雜色泥巖組合的沉積巖系，炭質(zhì)泥巖多位于下部，向上漸變?yōu)楹磕鄮r或二者互層。將軍寨—朝陽(yáng)洞背斜的核部及兩翼均有分布，地表僅在礦區(qū)東北角CK1處有出露，大部分隱伏。最大厚度30.06 m，最小厚度5.90 m。厚度變化總體為兩端厚、中間薄和近背斜軸部厚。微層狀及薄層狀，部分結(jié)核狀。

3.2 礦體特征

K1礦體呈層狀，多隱伏分布。礦體走向北西西，以ZK900南—ZK301—CK1一帶的背斜軸部為界，以南傾向190°，傾角25°～30°；以北傾向10°，傾角10°～15°。走向長(zhǎng)2 495 m，最大斜深1 066 m，埋深0～594 m。單工程見(jiàn)礦厚度2.44～22.59 m，平均厚度11.12 m，厚度變化系數(shù)為53%，為穩(wěn)定型。單樣品位0.50%～4.57%，單工程品位0.84%～3.44%，礦體平均品位1.46%，品位變化系數(shù)為48%，為較均勻型。礦體厚度與含礦層厚度呈正相關(guān)性，具有兩端厚、中間薄、近背斜軸部厚的特征。礦體品位與厚度亦呈正相關(guān)性。品位變化具有下部高、上部低，黏土礦物和炭質(zhì)含量高則品位高，以及含結(jié)核的礦石品位高之特征。

3.3 礦石特征

(1)礦石礦物成分。礦物成分以黏土礦物(高嶺石、水云母)為主，次為炭質(zhì)(石煤)、硅質(zhì)(石英)，少量釩云母、微晶方解石、黃鐵礦、硫釩銅礦及褐鐵礦等。在炭質(zhì)泥巖和含炭質(zhì)泥巖中，黏土礦物和硅質(zhì)含量相對(duì)低，但炭質(zhì)含量明顯偏高；在雜色泥巖中則相反。礦物含量見(jiàn)表1。

表1 礦物含量統(tǒng)計(jì)Tab.1 Mineral content statistics

礦物間共生關(guān)系如圖4所示。黏土礦物和釩云母是礦石中主要的含釩礦物，呈浸染狀分布在礦石中(圖4(a))。石煤在礦石中含量為10%～30%，粒度極細(xì)，與黏土礦物和釩云母緊密共生(圖4(d))。石英在礦石中含量為5%～20%，一般以微細(xì)粒集合體形態(tài)與黏土礦物共同產(chǎn)出(圖4(b))。黃鐵礦在礦石中含量為0.90%，呈他形粒狀分布在泥質(zhì)灰?guī)r中(圖4(c))。硫釩銅礦在礦石中含量極低，其主要分布在石英脈及重晶石脈中(圖4(e))。褐鐵礦在礦石中含量為1.70%，主要沿巖石碎裂裂隙分布(圖4(f))。

圖4 礦石中礦物組合關(guān)系Fig.4 Mineral assemblage relationship in the ore

(2)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)、泥粉晶結(jié)構(gòu)，局部可見(jiàn)碎裂結(jié)構(gòu)，偶見(jiàn)包含結(jié)構(gòu)。構(gòu)造主要有浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、微層狀、薄層狀構(gòu)造，局部見(jiàn)結(jié)核狀構(gòu)造(圖5)。

(3)礦石化學(xué)成分。礦石的基本成分為SiO2，次為C、Al2O3和Fe2O3，少量CaO、K2O、FeO、MgO等；有用組分為V2O5。礦石類(lèi)型不同，有用組分V2O5的含量差異不大，但SiO2和C含量差別明顯。在主要礦石類(lèi)型炭質(zhì)泥巖中，SiO2、C平均含量分別為55.57%和15.43%，而在次要礦石類(lèi)型雜色泥巖中平均含量分別為74.66%和0.60%。

圖5 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造Fig.5 Ore structure

(4)釩的賦存狀態(tài)。根據(jù)區(qū)域上同一含礦層和同類(lèi)型的淅川縣石槽溝釩礦資料，礦石中含釩礦物主要有黏土礦物、釩云母和硫釩銅礦3種礦物。其中黏土礦物中釩主要以吸附狀態(tài)存在，釩云母中釩則進(jìn)入晶格呈結(jié)晶態(tài)。礦石中黏土礦物和釩云母含量為29.70%和3.40%，其釩含量(電子探針結(jié)果)分別為0.62%和18.11%，黏土礦物中釩占礦石中釩總量的22.46%，釩云母中釩占礦石中釩總量的75.09%。黏土礦物和釩云母均呈微細(xì)粒集合體與石煤等礦物共生，兩者中的釩占礦石中釩總量的97.55%[3]。

(5)礦石類(lèi)型及品級(jí)。依據(jù)礦石礦物成分和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征劃分，礦石自然類(lèi)型主要為炭質(zhì)泥巖型，少量泥巖型。工業(yè)類(lèi)型主要為石煤型釩礦，少量泥巖型釩礦。區(qū)域上已探明的釩礦床中，V2O5品位一般1%左右，而該礦床V2O5品位為1.46%，屬相對(duì)高品位礦石。

3.4 礦體圍巖與夾石

(1)礦體圍巖。礦體頂板圍巖為寒武系中統(tǒng)岳家坪組一段地層底部的泥質(zhì)灰?guī)r、白云泥質(zhì)灰?guī)r和含礦層內(nèi)的含炭泥巖及雜色泥巖。圍巖為含炭泥巖及雜色泥巖時(shí)，V2O5含量一般0.22%～0.48%。礦體的底板圍巖主要為震旦系燈影組頂部的白云巖，局部有含礦層內(nèi)的含炭泥巖及雜色泥巖。

(2)夾石。礦體中的夾石(層)見(jiàn)于部分鉆探工程中，無(wú)固定層位。僅個(gè)別鉆孔內(nèi)大于夾石剔除厚度，其余均小于夾石剔除厚度，厚度為0.96～1.98 m，V2O5含量為0.03%～0.49%。

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

寒武系底部的海相黑色炭質(zhì)頁(yè)(泥)巖在揚(yáng)子地臺(tái)廣泛分布，富集釩、鈾、鎳、鉬、銅、銀、磷、稀土等元素，形成一系列多金屬礦床。有的地區(qū)以釩鈾為主，有的地區(qū)以鎳鉬為主，有的地區(qū)以磷、稀土元素為主[10-12]。在河南淅川縣及陜西商南縣[13]有眾多釩礦床。

4.1 礦床成因及類(lèi)型

礦床位于秦嶺造山帶東段南支，成礦時(shí)間為寒武紀(jì)早期，空間分布嚴(yán)格受寒武系下統(tǒng)水溝口組黏土巖或炭質(zhì)黏土巖層位控制，賦礦巖石主要為含炭黑色巖系，礦石中普遍含有V、Mo、Ni、Co、Cr、W、Cu、Pb、Zn、Ti、Mn、Ag、Y、P等親生物元素和與超基性、基性巖有關(guān)的元素[14-16]。因此，認(rèn)為釩主要來(lái)源于前寒武系地層(陸源)，尤其是其內(nèi)的超基性和基性等含釩巖石，在震旦紀(jì)末，由于地層隆起，經(jīng)受較長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕，含礦物質(zhì)被搬運(yùn)到海槽中。

本區(qū)寒武紀(jì)早期海浸時(shí)，地殼處于持續(xù)緩慢沉降，具有較穩(wěn)定的沉積環(huán)境，主要發(fā)育一套厚度不大的濱海至淺海相含釩、磷、鐵及其他金屬元素的硅質(zhì)、泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)到鈣、鎂質(zhì)碳酸鹽沉積物，為海浸沉積旋廻。根據(jù)地層沉積旋回、古生物及巖相厚度、含礦特征等，認(rèn)為成礦環(huán)境是在濱海至淺海、靜水還原條件下，氣候溫濕，生物繁茂時(shí)期形成。沉積環(huán)境pH值為7.8左右，一般小于7.8，SiO2濃度大于120×10-6，沉積了薄層狀硅質(zhì)巖，可能有時(shí)pH值大于7.8，所以有薄層狀碳酸鹽巖夾層存在。來(lái)源于生物的有機(jī)質(zhì)經(jīng)炭化，均勻分布于泥質(zhì)巖中，形成炭質(zhì)黏土巖。

釩主要以離子吸附狀態(tài)存在于黏土礦物(高嶺石)中，占29.70%，賦存于釩云母中者占3.40%。據(jù)此認(rèn)為釩的生成是和硅質(zhì)巖、黏土巖或炭質(zhì)黏土巖同時(shí)沉積而成。寒武系下統(tǒng)若有硅質(zhì)巖和黏土巖存在，即有釩的賦存。物源區(qū)巖石中除釩外，其他有用元素含量較低，所以釩礦石中共生或伴生有用元素含量亦低。

綜上所述，本區(qū)釩礦屬濱海至淺海沉積型層狀釩礦床。

4.2 控礦因素及釩礦富集規(guī)律

釩礦主要受下寒武統(tǒng)水溝口組控制，與該層各段泥質(zhì)、含水云母、炭質(zhì)、硅質(zhì)膠體結(jié)晶度，磷質(zhì)、鐵質(zhì)富集度有關(guān)，白云質(zhì)巖石層不含礦，說(shuō)明成礦受氣候濕熱，水動(dòng)力減弱，處于相對(duì)平靜的還原條件下的濱海至淺海相沉積控制。

(1)釩的品位貧富與沉積物顆粒度有關(guān)，因?yàn)槌练e物粒度越小，其所具有的表面積越大，故對(duì)金屬陽(yáng)離子(如 V、U、W、Mo、Cu 等)的吸附力越強(qiáng)，如區(qū)內(nèi)炭質(zhì)泥(頁(yè))巖中釩品位較高。

(2)釩的品位貧富與巖石物質(zhì)成分有關(guān)，在炭質(zhì)泥巖中，炭質(zhì)、泥質(zhì)含量高，碳酸鹽類(lèi)含量低，品位較富，在含炭質(zhì)泥(頁(yè))巖中，炭含量低，品位較貧，而在硅質(zhì)巖、碳酸鹽巖中，炭含量極低，則釩的品位也極低。

(3)根據(jù)礦石物相分析結(jié)果可知，釩主要賦存于黏土礦物及云母類(lèi)礦物中(占33.1%)，而云母類(lèi)礦物，從巖礦鑒定資料看，是水云母黏土礦物，水云母含量高者礦石品位富。

(4)從K1礦體的展布特征看，厚度變化總體有兩端厚、中間薄和近背斜軸部厚之特征。含礦層厚度的變化，表明其形成過(guò)程中不但受當(dāng)時(shí)古地貌的控制，而且后期背斜形成過(guò)程中其層間滑動(dòng)也有使含礦層厚度增大的作用。

(5)釩的品位往往與礦體厚度呈正向變化關(guān)系，在同一種圍巖、同一構(gòu)造環(huán)境下，往往厚度大的礦體品位相對(duì)較富。

(6)含礦層中以炭質(zhì)泥巖和含炭泥巖組合為主，次為雜色泥巖。不同巖性組合中均有下部含礦性較好之特征。

4.3 找礦標(biāo)志

(1)層位標(biāo)志。區(qū)域上釩礦體均賦存于寒武系下統(tǒng)水溝口組地層中，水溝口組地層的存在與否是尋找同類(lèi)型礦床的關(guān)鍵，層位是找礦的主要標(biāo)志。

(2)構(gòu)造標(biāo)志。區(qū)域上已探明的石槽溝釩礦床等，位于馬灣—獅子溝—石槽溝—小泉溝一帶，其含礦層傾角大于70°(南傾為主)，一般情況下傾向上延至該區(qū)應(yīng)有較大的深度，但因次級(jí)將軍寨—朝陽(yáng)洞背斜使含礦層隆起，才得以發(fā)現(xiàn)和探明該礦床。因此，荊紫關(guān)—師崗復(fù)向斜北翼中次級(jí)的背斜構(gòu)造是找礦的構(gòu)造標(biāo)志。

(3)巖性標(biāo)志。賦礦巖石主要為黑色巖系。礦層頂板為深灰色、灰黑色含粉砂質(zhì)炭質(zhì)黏土巖；礦層為炭質(zhì)泥巖、含炭質(zhì)泥巖和雜色泥巖；底板為深灰色、灰黑色硅質(zhì)巖，局部為炭質(zhì)黏土巖；故此巖性是找礦的直接標(biāo)志。

(4)地形標(biāo)志。水溝口組底部的硅質(zhì)巖為該組地層獨(dú)有，由于硅質(zhì)巖堅(jiān)硬，常突出地表形成正地形，突出地表的硅質(zhì)巖是良好的找礦標(biāo)志；炭質(zhì)泥巖及含炭質(zhì)泥巖巖性松軟，容易風(fēng)化，常形成負(fù)地形，含礦巖系出露于山脊突然降低的部位，沿礦層走向常風(fēng)化呈溝谷且因巖性松軟植被發(fā)育，往往開(kāi)拓有梯田，成為找礦重要標(biāo)志。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)老君埡釩礦床地質(zhì)特征及成礦規(guī)律，以及區(qū)域上同類(lèi)型礦床的研究總結(jié)，認(rèn)為釩礦床為形成于寒武紀(jì)早期的濱海至淺海沉積型層狀釩礦床。

(2)寒武系下統(tǒng)水溝口組地層為含釩特定層位，層位是找礦的主要標(biāo)志。

(3)賦礦巖石主要為黑色巖系，故此該區(qū)炭質(zhì)泥巖、含炭質(zhì)泥巖和雜色泥巖是找礦的直接標(biāo)志。

(4)地形由高到低突變的低凹處可作為尋找該類(lèi)型釩礦的重要標(biāo)志。