鮑振襄，萬(wàn)溶江，鮑玨敏

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二四五隊(duì)，湖南 吉首 416007）[1]

摘 要：湘西北釩礦床產(chǎn)于下寒武統(tǒng)木昌組底部或下部。礦體呈層狀，產(chǎn)狀穩(wěn)定。礦石主要由水云母（伊利石）和硅質(zhì)組成。并含有機(jī)質(zhì)及藻類(lèi)化石等。釩礦的形成與海底熱水沉積及生物化學(xué)沉積作用密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：湘西北；釩礦；地質(zhì)特征；成因

0 引言

湖南西北部，下寒武統(tǒng)木昌組黑色巖系中的釩礦帶，長(zhǎng)達(dá)180km，東北延伸到湖北境內(nèi)，西南進(jìn)入貴州省，是我國(guó)沉積型釩礦的重要產(chǎn)區(qū)之一。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

本區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)東南緣的揚(yáng)子臺(tái)褶帶與江南地軸接合部。在地層分區(qū)上，早寒武世基本屬于武陵山過(guò)渡區(qū)，揚(yáng)子型生物較多，江南型的較少。區(qū)域出露地層有上前寒武系、下古生界寒武系、奧陶系及志留系等。賦礦地層為下寒武統(tǒng)木昌組（舊稱(chēng)牛蹄塘組）黑色巖系。

區(qū)域構(gòu)造主要為NE向的古丈復(fù)背斜褶皺，其軸部地層為新元古界板溪群一套巨厚的淺海相淺變質(zhì)碎屑巖系，但褶皺構(gòu)造的兩翼地層不對(duì)稱(chēng)，局部被白堊系超覆。區(qū)內(nèi)釩礦床主要位于古丈復(fù)背斜之北西翼（圖1），南部地段則位于木江坪 水田復(fù)背斜北西翼。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，NE向的花垣 大庸深大斷裂從本區(qū)西北部通過(guò)，對(duì)區(qū)內(nèi)地層分區(qū)有明顯的控制作用，并在某種程度上也對(duì)成礦作用有一定的影響。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)微弱，僅在古丈龍鼻嘴一帶相當(dāng)于下震旦統(tǒng)的江口組內(nèi)，有橄欖玄武巖、輝綠巖及橄欖輝石巖體（床），從所處的構(gòu)造位置和巖石化學(xué)特征分析表明，代表了弧后盆地火山活動(dòng)的產(chǎn)物。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 賦礦巖層及巖石組合

湘西北釩礦床主要賦存于下寒武統(tǒng)木昌組底部或下部的一套富含有機(jī)質(zhì)的碳硅泥質(zhì)黑色巖系中，包括碳質(zhì)頁(yè)巖、黑色頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖、碳泥質(zhì)硅質(zhì)巖和硅質(zhì)巖等，厚40～107m；南部鳳凰一帶厚達(dá)180m。下伏地層為上震旦統(tǒng)留茶坡組硅質(zhì)巖，上覆地層為下寒武統(tǒng)杷榔組黑色頁(yè)巖；其間均為連續(xù)過(guò)渡沉積關(guān)系，呈整合接觸。

圖1 湘西北釩礦床區(qū)域地質(zhì)略圖

Pt—Z.板溪群—震旦系；∈—S.寒武系—志留系；∈—T.寒武系—三疊系；K.白堊系；

1.下寒武統(tǒng)木昌組；2.基性巖體；3.斷層；4.背斜、向斜；5.不整合界線(xiàn)；6.鎳鉬礦產(chǎn)地；7.釩礦產(chǎn)地；8.石煤產(chǎn)地

綜合區(qū)內(nèi)木昌組釩礦層巖性序列自下而上為：碳質(zhì)頁(yè)巖或含磷結(jié)核碳質(zhì)頁(yè)巖夾薄層硅質(zhì)巖或互層→碳質(zhì)頁(yè)巖→黑色頁(yè)巖或含粉砂質(zhì)頁(yè)巖。含礦層厚度一般7～10m，南部鳳凰一帶厚度較大，約25m。以永順中山坪釩礦為例，含礦巖層自上而下為：

（4）含硅質(zhì)結(jié)核黑色頁(yè)巖夾少量硅質(zhì)巖，含V2O50.54%～0.75%，平均0.60%。厚2.0～2.5m。

（3）薄層—中厚層狀含粉砂質(zhì)頁(yè)巖，偶夾扁豆?fàn)钅噘|(zhì)白云巖，為主要釩礦層的頂板巖石，含V2O5 0.22%～0.56%，平均0.46%。厚1.5～2.0m。

（2）含磷結(jié)核碳質(zhì)頁(yè)巖夾薄層硅質(zhì)巖，是釩礦層賦存的主要部位，其中硅質(zhì)巖在巖層中的分布率占10%～20%，V2O51.10%～2.29%。厚l～4.9m，一般2～2.5m，平均2.7m。

（1）底部為薄層硅質(zhì)巖夾少量大結(jié)核頁(yè)巖，其上為厚0.1～0.2m的泥質(zhì)白云巖，層位穩(wěn)定，特征明顯，是主要釩礦層的底板及找礦標(biāo)志層。含V2O50.53%～0.78%，平均0.61%。厚0.5～1.5m。

2.2 礦床構(gòu)造

區(qū)內(nèi)釩礦床地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，基本上為單斜構(gòu)造（圖2）。巖層產(chǎn)狀比較穩(wěn)定，走向NNE—NE，傾向NWW—NW，傾角10°～30°，部分地段出現(xiàn)舒緩波狀褶皺，但其幅度較小。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，多為正斷層和平移斷層，對(duì)成礦無(wú)明顯破壞作用。

圖2 東方釩礦床地質(zhì)圖（據(jù)湖南四〇五地質(zhì)隊(duì)，1988）

K1.白堊系下統(tǒng)；∈1q.下寒武統(tǒng)清虛洞組；∈1p.下寒武統(tǒng)杷榔組；∈1m.下寒武統(tǒng)木昌組；Z2l.震旦系留茶坡組；

Z2j.震旦系金家洞組；Z1h.震旦系洪江組；1.地質(zhì)界線(xiàn)；2.礦層露頭線(xiàn)；3.不整合界線(xiàn)；4.斷層及編號(hào)

2.3 礦層產(chǎn)狀形態(tài)

區(qū)內(nèi)釩礦層主要為緩傾斜的層狀礦體（圖3），礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致。一般與圍巖無(wú)明顯界線(xiàn)。多數(shù)礦床為一層礦，也有兩層或多層的，彼此平行分布，在地層—巖石柱狀剖面上可以對(duì)比（圖4），具有典型沉積礦床的地質(zhì)特征。礦層產(chǎn)狀穩(wěn)定，形態(tài)簡(jiǎn)單，且基本上沒(méi)有受到后期構(gòu)造破壞。地表出露長(zhǎng)3000～7000m，礦層長(zhǎng)450～1500m，最長(zhǎng)2100～2800m。厚1.63～2.45m，最厚可達(dá)7.01～11.98m，厚度變化系數(shù)24%～39.5%。礦床平均含V2O50.90%～1.50%，最高達(dá)2.21%，品位變化系數(shù)10%～23%。礦層向深部品位變化穩(wěn)定，據(jù)中山坪礦床資料，由地表向深部（斜深）600m，V2O5含量?jī)H下降0.05%。

圖3 古丈排口釩礦床地質(zhì)剖面圖

1.杷榔組頁(yè)巖；2.木昌組碳質(zhì)頁(yè)巖；3.留茶坡組硅質(zhì)巖；4.陡山沱組泥質(zhì)白云巖；

5.南沱組冰磧礫巖；6.含磷結(jié)核層；7.釩礦層；8.地層界線(xiàn)；9.假整合接觸線(xiàn)

圖4 永順中山坪下寒武統(tǒng)牛蹄塘組釩礦層柱狀對(duì)比圖

1.黑色頁(yè)巖；2.含磷結(jié)核黑色頁(yè)巖；3.含磷結(jié)核硅質(zhì)巖；4.硅質(zhì)巖；5.白云巖；6.釩礦層

2.4 礦石物質(zhì)成分及類(lèi)型

據(jù)鳳凰東方釩礦床檢測(cè)資料[1]，經(jīng)高倍顯微鏡鑒定和差熱分析結(jié)果表明，礦石中有用礦物主要為含釩水云母（即含釩伊利石），占總量的60%～80%，其含量根據(jù)不同礦石類(lèi)型而定。其次為有機(jī)質(zhì)（可見(jiàn)瀝青），占總量的10%，石英占總量的3%～5%。此外還有極少量磷灰石、白云石、方解石、黃鐵礦等。

本區(qū)釩礦石的化學(xué)成分主要為Si O2和Al2O3、C，其次為Mg O、Ca O、P2O5和S等（表1）。主要成分Si O2，因含有機(jī)質(zhì)高而呈現(xiàn)黑色，除C、S外尚含其他氣相或揮發(fā)分（As0.003%，Sb0.005%，Hg 0.0003%）等，礦石化學(xué)成分的組成，基本反映了熱水沉積特征。

依據(jù)礦石礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造，可將礦石類(lèi)型劃分為硅質(zhì)板狀釩礦石、碳泥質(zhì)頁(yè)片狀釩礦石和含磷結(jié)核釩礦石3類(lèi)。其V2O5含量一般在1%左右或＞1%。有害成分S、As、Cr、Cd等含量都很低。經(jīng)湖南有色金屬研究所（1989）做選礦試驗(yàn)，表明冶煉性能良好，V2O5提取率達(dá)73%。

表1 礦石化學(xué)成分分析結(jié)果（%）

注：資料來(lái)源分別見(jiàn)[1]和[2]。

2.5 釩的賦存狀態(tài)

本隊(duì)大量化學(xué)分析結(jié)果表明，釩主要產(chǎn)在含礦層的碳質(zhì)頁(yè)巖中。如古丈排口釩礦，在平均含V2O51.16%的礦層中（碳質(zhì)頁(yè)巖與硅質(zhì)巖之比約為1.62∶1），碳質(zhì)頁(yè)巖平均含V2O51.54%，而硅質(zhì)巖平均含V2O5僅0.36%，表明釩的存在與黏土礦物有關(guān)。根據(jù)本區(qū)釩礦石電滲析分析資料[2]，其速度常數(shù)K值很低，僅為（2.76～4.6）×10-4，接近或小于釩鈦磁鐵礦中釩的K值（4.15× 10-4），表明釩不是以吸附狀態(tài)存在于頁(yè)巖中，而是呈類(lèi)質(zhì)同象混入物存在于水云母中。此外，還有少量的釩卟啉等。

同樣，湖北某地產(chǎn)于下寒武統(tǒng)黑色頁(yè)巖中的釩鉬礦床，經(jīng)電滲析分析、擴(kuò)散分離試驗(yàn)、黏土礦物溶解試驗(yàn)以及單礦物分析等，初步認(rèn)為該區(qū)含釩鉬碳質(zhì)頁(yè)巖中的釩，主要分布在黏土礦物中，以低價(jià)態(tài)的陽(yáng)離子（V3+或V4+）與Al3+呈類(lèi)質(zhì)同象，很少部分的釩呈金屬有機(jī)化合物、離子吸附和存在其他礦物里①。這和產(chǎn)于揚(yáng)子區(qū)外緣同層位的釩礦床一樣，根據(jù)釩的分布形式、重液分離和酸浸等最新試驗(yàn)結(jié)果[3]表明，釩主要賦存于伊利石礦物中，并經(jīng)X射線(xiàn)衍射分析結(jié)果，計(jì)算伊利石中釩的配分率高達(dá)80%，足以證明黑色頁(yè)巖型釩礦床中的釩主要是存在于伊利石類(lèi)礦物中，差熱分析結(jié)果表明，釩在伊利石晶格中以V3+或V4+置換八面體層的Al3+的形式存在。所以，伊利石是黑色頁(yè)巖中釩礦床提取釩的主導(dǎo)礦物。

此外，從釩的地球化學(xué)和晶體化學(xué)性質(zhì)來(lái)看，由于V3+或V4+的離子半徑與Al3+的離子半徑很接近（RV3+=0.63?，RV4+=0.61?，RAl3+=0.57?），因此，在鋁為六配位的礦物里，V3+或V4+可以與Al3+發(fā)生類(lèi)質(zhì)同象。這便從理論上很好地解釋了釩是以類(lèi)質(zhì)同象形式存在于伊利石類(lèi)礦物晶格中。

3 礦床成因探討

湘西北寒武紀(jì)的沉積盆地是在晚元古代裂谷盆地之上發(fā)育起來(lái)的斷陷盆地，也就是說(shuō)早寒武世早期本區(qū)為繼承性的裂谷盆地。由于同生斷裂作用的影響，使位于盆地邊緣的構(gòu)造斜坡帶，為釩礦床的形成創(chuàng)造了有利條件。湘西北的釩礦床就是在臺(tái)地東部邊緣斷陷盆地西北側(cè)的構(gòu)造斜坡相這樣一個(gè)古構(gòu)造古地理環(huán)境中沉積形成的。

大量地質(zhì)勘查資料表明，湘西北黑色巖系中的釩礦床無(wú)一例外地產(chǎn)于下寒武統(tǒng)木昌組底部或下部的碳硅泥質(zhì)巖系中。釩礦的富集與有機(jī)質(zhì)和菌藻類(lèi)生物的關(guān)系十分密切，生物活動(dòng)和生物地球化學(xué)富集作用對(duì)釩礦的成礦起到了重要的作用。在地質(zhì)演化過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)經(jīng)歷了細(xì)菌降解和熱解、縮合與聚合，致使與有機(jī)質(zhì)結(jié)合的釩不斷地被解離出來(lái)，并與黏土礦物結(jié)合而成為主要含釩礦物。因此說(shuō)本區(qū)的釩是在有機(jī)質(zhì)（生物地球化學(xué)）直接參與下發(fā)生聚集的。

根據(jù)鳳凰東方釩礦床資料，釩礦石中含有豐富的有機(jī)質(zhì)（瀝青10%左右）和無(wú)機(jī)碳質(zhì)（1.16×10-6～2.85×10-6），特別是其中的烷類(lèi)、三萜類(lèi)是細(xì)菌和陸源有機(jī)質(zhì)的有價(jià)值的生物標(biāo)志化合物，其中干酪根代表了黑色頁(yè)巖中的主要有機(jī)成分。礦層中發(fā)現(xiàn)大量藻類(lèi)生物（席狀藻）也證明有機(jī)碳屬生物成因， P-U-V-Mo-Corg元素組合的顯著相關(guān)特征表明，釩與生物地球化學(xué)富集作用至關(guān)重要。

該區(qū)釩礦的形成除有機(jī)質(zhì)在成礦元素聚集成礦過(guò)程中起主導(dǎo)作用外，黏土礦物也起了一定的作用。由礦石中V2O5與Al2O5、K2O含量呈正相關(guān)關(guān)系表明，釩與黏土礦物關(guān)系也很密切。這種含釩黏土礦物主要為含釩伊利石，釩在礦石中以類(lèi)質(zhì)同象形式產(chǎn)于伊利石晶格中。此外，含釩碳質(zhì)頁(yè)巖中以吸附狀態(tài)和金屬有機(jī)化合物狀態(tài)存在的，以及生物體中釋放出來(lái)的釩，在成巖過(guò)程中，以V3+或V4+的形式進(jìn)入伊利石晶格中，置換Al3+而形成類(lèi)質(zhì)同象，對(duì)釩的進(jìn)一步富集亦起了一定的作用。

綜上所述，湘西北黑色巖系中的層狀釩礦床，是在有機(jī)質(zhì)（生物地球化學(xué)）參與下成礦的，屬于有機(jī)成礦作用礦床范疇?？梢哉J(rèn)為，原始沉積盆地是一種富含微生物的沉積環(huán)境，這些微生物群與海底噴氣通道有關(guān)，海底熱水交換作用為微生物的活動(dòng)提供了良好的環(huán)境，這種環(huán)境使嗜熱細(xì)菌大量繁殖與聚集，微生物群又起了吸取、吸附、聚集、還原成礦元素的作用。以海底熱水交換作用為媒介，淺海盆地（斜坡）沉積環(huán)境和大量有機(jī)碳與硫酸鹽的產(chǎn)出，為礦床的形成起了關(guān)鍵作用。所以，本區(qū)黑色巖系中的釩礦床具有海底熱水沉積和微生物成礦雙重作用的結(jié)果，屬于生物地球化學(xué)沉積礦床。

縱觀湘西北黑色巖系，它是釩、鎳、鉬、硒、REE、PGE等沉積成礦的有利環(huán)境，還蘊(yùn)藏著極其豐富的石煤資源[4]。已有資料表明，湘西北黑色巖系中的鎳、鉬多金屬礦床，含Ni3.01%，Mo3.48%，并共（伴）生Pt0.282%，Pd0.32096%，Os0.073%，Se0.28%，Au0.034×10-6，Ag7.20×10-6，以及REE高達(dá)1220.61×10-6等。由此不難看出，湘西北黑色巖系具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。建議進(jìn)一步開(kāi)展湘西北、鄂西南、黔東北等地區(qū)黑色巖系中相關(guān)礦床的找礦研究工作。

成文過(guò)程中，參考了本隊(duì)有關(guān)地質(zhì)資料，順致謝意。

參考文獻(xiàn)

[1]劉金山.鳳凰縣東方釩礦床地質(zhì)特征和礦床成因探討[J].湖南地質(zhì)，1989，8（4）：25-31.

[2]陳南生，等.我國(guó)南方下寒武統(tǒng)黑色巖系及其中的層狀礦床[J].礦床地質(zhì)，1982，1（2）：39-48.

[3]張愛(ài)云，等.黑色頁(yè)巖型釩礦提釩的主導(dǎo)礦物[J].地球科學(xué)（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)），1989，14（4）：391-397.

[4]鮑振襄，等.湘西北石煤地質(zhì)及煤質(zhì)特征[J].湖南地質(zhì)，1988，7（3）：42-49.

[1]文章來(lái)源：《湖北地礦》，1998年第2期。作者簡(jiǎn)介：鮑振襄（1933—），男，湖北襄陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事金屬礦床找礦勘探、綜合研究。

[2] 中南冶金地質(zhì)研究所.湖北某地下寒武統(tǒng)黑色頁(yè)巖中釩鉬賦存狀態(tài)的初步研究.湖北冶金地質(zhì)，1979，（2）.