河南淅川寨溝釩礦床地質特征與礦床成因研究

盧清月

（河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院，河南 南陽473000）

釩具有良好的化學性質，廣泛用于汽車、航空、鐵路、電子技術、國防工業等部門，有“化學面包”之稱。但地殼中釩的分布太分散了，很難形成獨立的礦床。淅川寨溝釩礦是我國為數不多的以釩為單一礦種的礦床。因此對該礦床基礎地質特征及礦床成因的研究顯得極為重要，正確認識這些問題對總結此類礦床的控礦條件、預測和尋找同類型礦床以及對該礦床今后的開采工作是十分必要的。

1 區域成礦地質背景

研究區位于秦嶺復雜造山帶東段南支，揚子陸塊北緣，北西西向荊紫關—師崗復向斜北翼，為我國兩個一級構造單元的銜接部位，該區是我國中部重要的釩多金屬成礦區[1]。以北西西向淅川斷裂為界，研究區出露地層可劃分為基底和蓋層兩部分，斷裂以北為元古界變質結晶基底，出露地層主要有下元古界大溝巖組（Pt1d），中上元古界武當巖群（Pt2-3w），上元古界耀嶺河巖組下巖段（Pt3y1）；斷裂以南為沉積蓋層，出露地層主要有震旦系及古生界寒武系、石炭系等，為一套陸源碎屑—碳酸鹽巖沉積地層。區域上釩礦賦存于寒武系水溝口組底部硅質巖和泥巖中[2]。區域性荊紫關—師崗復向斜為主控構造格架，向斜北翼主體南傾，南翼北傾，核部陡立，軸面近直立，東西兩端翹起，測區位于向斜北翼。區內斷裂構造發育，主控斷裂為淅川斷裂帶，由一系列北西西向斷裂組成，具有多期活動的特點，主體表現為自南向北的逆沖推覆，其主體北傾，傾角50°～80°。區內巖漿活動頻繁，從元古代到中生代均有活動，具多旋回、多期次特征，總體展布方向與區域構造線方向一致，以中酸性巖漿活動最為強烈[3]。

圖1 寨溝釩礦礦區地質圖

2 礦區地質背景

礦區位于荊紫關—師崗復向斜北翼，受次級將軍寨背斜控制，構造線呈北西西向展布。礦區內出露地層有震旦系上統燈影組、寒武系水溝口組、岳家坪組及新生界第四系，受地形影響，從地形低洼處到較高處依次出露雜色泥巖、紫紅色泥巖、條帶灰巖、白云巖，巖性界線呈環狀（圖1）。震旦系上統燈影組（Z2dn3）位于將軍寨背斜核部，巖性為灰白色厚層微晶白云巖，與上伏寒武系水溝口組平行不整合接觸。寒武系分布于背斜兩翼，自下而上分為下統水溝口組、中統岳家坪組。水溝口組與上伏岳家坪組整合接觸，為一套濱海—淺海相泥砂質—碳酸鹽巖沉積建造[4]，礦區內分三個巖性段，下段（∈1s1）由硅質巖、雜色泥巖、炭質泥巖、結晶灰巖、紫紅色泥巖組成，中段（∈1s2）巖性為條帶灰巖，上段（∈1s3）巖性為細晶白云巖。釩礦賦存在水溝口組下段硅質巖和泥巖中。岳家坪組分上、下兩段,下段（∈2y1）：巖性為泥質白云巖，上段（∈2y2）巖性為微晶白云巖。新生界第四系(Q)主要分布于溝谷中，巖性為礫石、砂、粘土、亞粘土等。

礦區內褶皺構造發育，其中將軍寨背斜是礦區的主體構造，該背斜位于大寺—吳埡斷裂南側將軍寨—玉皇頂一帶。在礦區范圍內，背斜樞紐總體近于水平，略具波狀起伏；軸面為一復雜的曲面，總體傾向為 5°～15°，傾角 60°～80°。背斜核部為震旦系上統燈影組地層，兩翼為寒武系下統水溝口組、中統岳家坪組地層。核部產狀平緩，兩翼不對稱；北翼產狀較陡，傾向為5°～20°，傾角30°～65°；南翼產狀較緩，傾向為170°～200°，傾角10°～45°；背斜兩翼總體產狀從東向西由陡變緩。

背斜轉折端的形態因組成巖石的物理力學性質不同而各異，在較剛性的厚層狀硅質巖、白云巖中呈現寬緩的半月形，在較塑性的泥巖中則呈棱狀。塑性泥巖夾于剛性白云巖與條帶灰巖之間，在背斜的形成過程中，由于彎滑—彎流褶皺作用，泥巖在局部轉折端加厚并形成膨大部位，在翼部逐漸變薄。該構造控制著礦體的產狀，并對礦化富集有重要影響。

3 礦體地質

3.1 礦體特征

釩礦體賦存于寒武系下統水溝口組硅質巖、泥巖中，礦體的產狀受將軍寨背斜控制，礦床由兩個含礦層構成，下層為硅質巖含礦層（K2），上層為泥巖含礦層（K1），硅質巖層由下部厚層狀硅質巖和上部條帶狀硅質巖組成，在條帶狀硅質巖中圈出K2-1、K2-2礦體。泥巖由各色泥巖組成，下部為雜色泥巖、炭質泥巖，上部為紫紅色泥巖；紫紅色泥巖與雜色泥巖及炭質泥巖沿走向和傾向均為相變過渡關系且界線不規則，在泥巖層中圈出 K1-1礦體（圖2）。

K1-1礦體賦存于泥巖含礦層（K1）中，為一半隱伏礦體，礦體的空間分布嚴格受泥巖層礦帶及背斜雙重控制，呈鞍狀、層狀分布于將軍寨背斜的轉折端及兩翼，礦體形態和背斜形態基本一致，局部轉折端因泥巖層礦帶增厚而膨大，沿走向、傾向均呈舒緩波狀。受泥巖層控制，礦體產狀與地層產狀基本一致。轉折端處產狀平緩，膨大部位上陡下緩，兩翼傾角近于一致，南翼傾向185～195°，傾角20～30°，北翼傾向5°～15°，傾角20°～30°，從東向西兩翼傾角有變緩趨勢。

K1-1貫穿整個泥巖含礦層（K1），向礦區東西兩側沿走向仍穩定延伸，并在礦區西側陳炭溝、東側黨院溝地形低洼處出露，依據控制及沿走向追索結果，礦體長度可達1 800m。在礦區范圍內，礦體長度900m，控制長度600m；賦存標高570～692m（背斜南翼～背斜核部），高差122m，埋深0～180m，控制最低標高611m（背斜南翼），控制最大斜深104m(背斜北翼)。礦體最厚處31.41m(背斜核部)，最薄6.36m(背斜南翼)，平均厚度11.06m，變化系數75.61%。單樣V2O5品位最高3.66%，最低0.084%，平均品位1.12%，變化系數65.24%。單工程礦體V2O5平均品位最高1.58%，最低0.72%，平均品位1.12%，變化系數25.79%。

K1-1礦體為礦區內主要礦體，其資源儲量礦石量309.43萬t，五氧化二釩34706.98噸t，分別占總資源儲量的92.08%、91.01%。礦石類型為泥巖型。

K2-1礦體賦存于硅質巖含礦層（K2）中，為隱伏礦體。礦體的空間分布嚴格受硅質巖含礦層及背斜雙重控制，呈層狀分布于將軍寨背斜南翼，位于K1-1礦體之下，相距0～3.2m。受條帶硅質巖控制，礦體產狀與地層產狀基本一致，傾向185°～195°，傾角15°～25°，從東向西傾角有變緩趨勢。

圖2 寨溝釩礦床礦體形態空間展布圖

礦體長度600m，控制長度200m，賦存最低標高562～648m（背斜南翼-近轉折端處），相對高差86m，埋深30～168m，控制最低標高605m,。礦體厚度1.99～4.18m，平均厚度3.09m。單樣V2O5品位最高2.03%，最低0.64%，平均品位1.26%，變化系數43.16%。單工程礦體V2O5平均品位最高1.57%，最低0.72%，平均品位1.26%。

K2-2礦體賦存于硅質巖含礦層（K2）中，為隱伏礦體。礦體的空間分布嚴格受硅質巖層礦帶及背斜雙重控制，呈層狀分布于將軍寨背斜北翼，位于 K1-1礦體之下，相距8.5m。受條帶硅質巖控制，礦體產狀與地層產狀基本一致，傾向5°～15°，傾角10°～30°。

礦體長度300m，賦存標高592～641m，高差49m，埋深62～142m，控制最低標高635m。礦體厚度3.78m。單樣V2O5品位最高1.71%，最低0.52%，平均品位0.84%。K2-1、K2-2礦體的礦石類型均為條帶硅質巖型。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石類型、結構及構造

釩礦賦存于寒武系下統水溝口組下段泥巖、硅質巖中，其它巖石類型均不含釩。礦石巖性為泥巖、條帶硅質巖，其中泥巖為雜色泥巖和炭質泥巖；因而礦石類型劃分為泥巖型礦石、條帶硅質巖型礦石兩種。泥巖型礦石的結構主要具泥質結構、顯微鱗片結構，塊狀構造、定向構造。條帶硅質巖型礦石的結構主要具隱晶～微晶結構、粒狀結構、碎裂結構，條帶狀構造、塊狀構造、碎裂構造。

3.2.2 礦石物質成分

泥巖型礦石又可細分為雜色泥巖型和炭質泥巖型兩類，雜色泥巖型礦石主要由高嶺石、水云母、鐵質、石英粉砂、石膏、重晶石、炭質等組成，高嶺石含量55%～80%，呈顯微鱗片狀定向、弱定向分布，水云母含量20%～40%，呈顯微鱗片狀或細小條帶狀分布在高嶺石之間，鐵質含量1%～3%，呈塵點狀分布在高嶺石、水云母之間，石英粉砂、石膏、重晶石、炭質微量，呈細脈狀不均勻散布。炭質泥巖型礦石主要由炭質、粘土礦物、硅質、鈣質、鐵質等組成。炭質含量8%～25%，粘土礦物含量75%～90%，主要為高嶺石、水云母，硅質、鈣質微量，呈細脈狀不均勻散布，鐵質微量，主要為黃鐵礦，呈星點狀散布。

條帶硅質巖型礦石主要由隱晶—微晶玉髓、微晶石英、重晶石、鐵質等組成。隱晶—微晶玉髓含量30%～80%，微晶石英含量20%～70%，重晶石微量，呈細脈狀不均勻散布，鐵質微量，呈塵點狀分布在玉髓、石英之間。

礦石中主要有用組分為釩，泥巖型礦石中單樣品V2O5品位最高3.66%，最低0.084%，平均品位1.12%，變化系數65.24%；條帶硅質巖型礦石中單樣品V2O5品位最高2.03%，最低0.52%，平均品位1.15%，變化系數52.50%；全礦區礦石V2O5品位最高3.66%，最低0.084%，平均品位1.12%，變化系數64.21%。V2O5的富集受巖層控制，靠近泥巖與硅質巖接觸附近較富集，尤其是靠泥巖一側V2O5普遍較富，雜色泥巖和條帶硅質巖內釩含量較高，而紫紅色泥巖和厚層硅質巖釩含量較低。

根據區域上釩的物相分析資料顯示，在泥巖型礦石中釩以離子吸附狀態存在于粘土礦物中（高嶺石、水云母）者占66.38%，類質同象者占33.62%，條帶硅質巖型礦石釩以吸附狀態存在于硅質巖中占25.83%，以類質同象賦存于水云母中者占74.17%。

礦床伴生有益組分主要有 Mo、Ni、Co、W、Y、Yb、Cu、Pb、Zn、Sn、Ti、Mn、Au、Ag等，根據光譜分析、組合分析，以上各元素含量均較低，遠低于伴生有益組分評價指標。礦石中有害組分S和P2O5及Cu、Pb、As等重金屬的含量比較低，對釩的提煉以及對環境無影響。

3.3 礦體圍巖及夾石

礦體頂板為泥巖，近地表為紫紅色泥巖，中深部為含炭泥巖、炭質泥巖，局部具直接頂板，巖性為灰巖，厚度2.20～4.40m，層位不穩定。頂板與礦體呈漸變過渡關系，產狀基本一致，礦體圈定依據基本分析。礦體底板為白云巖，具碎裂巖化；局部具直接底板，巖性為厚層狀硅質巖，具碎裂巖化；礦體與底板、直接底板分界明顯，產狀基本一致。礦體及頂底板圍巖均受背斜控制，呈北西西向層狀分布且延伸穩定。

K2-1、K2-2礦體內無夾石，K1-1礦體內有三層夾石。夾石巖性為雜色泥巖、硅質巖，厚度1.39～16.22m，形態為透鏡狀，產狀與礦體基本一致，雜色泥巖與礦體呈漸變過渡關系。礦體內夾石為達不到邊界品位的含釩巖石，夾石中均有一定的釩含量，單樣V2O5品位0.14%～0.42%，部分夾石品位接近邊界品位，可混入富礦石中加以回收利用，提高礦床開發效益。

4 礦床成因及找礦標志

翟裕生等[5]認為本區主要有兩大成礦系列，沉積成礦系列（以古生代沉積建造為主）和巖漿成礦系列（以燕山期為主）。其中沉積成礦系列有釩、金、銀及非金屬礦等。礦床位于秦嶺復雜造山帶東段南支，揚子陸塊北緣，成礦時間為寒武紀早期，礦體的空間分布嚴格受寒武系下統水溝口組硅質巖層、泥巖層控制，呈鞍狀、層狀分布于將軍寨背斜的轉折端及兩翼。礦體產狀與地層產狀基本一致。礦石由多種元素組合，普遍含有 V、Ag、Mo、Ni、Co、Cu、Pb、Zn、Ti、Mn、Y、P等親生物元素和與超基性、基性巖有關的元素。

釩主要來源于前寒武系地層，尤其是其內的超基性和基性等含釩巖石，在震旦紀末期，由于構造運動，本區地殼開始隆升，早先形成的含釩類巖石經受了較長期風化剝蝕，形成富含釩元素的沉積物。寒武紀早期海侵時，地殼持續緩慢沉降，具有較穩定的沉積環境，形成了一套厚度不大的含釩、磷的硅質、泥質、有機質到鈣鎂質碳酸鹽巖沉積。根據地層沉積旋回、古生物及巖相厚度、含礦規律等，本區成礦環境是在濱海至淺海靜水還原條件下，氣候溫濕，生物繁茂時期形成的，成礦時PH值為7.8左右，當PH值小于7.8，SiO2濃度大于120PPm時，沉積了薄層狀硅質巖；當PH值大于7.8時，沉積了薄層狀碳酸鹽巖。沉積過程中由生物帶來的有機質經炭化，均勻分布于泥質巖中，形成炭質泥巖。

根據區域上物相分析顯示，在泥巖型礦石中，釩主要以離子吸附狀態存在于粘土礦物中；在條帶硅質巖型礦石中，釩主要以類質同象賦存于水云母中。釩礦的形成和硅質巖、泥巖同時沉積而成。寒武系下統凡有硅質巖和泥巖的存在，即有釩礦的賦存。蝕源區巖石中除釩外，其它有用元素含量較低，所以釩礦石中共生或伴生有用元素含量亦低。綜上所述，該礦床屬濱海至淺海沉積型層控礦床。

5 結 論

1）淅川寨溝釩礦床屬濱海至淺海沉積型層控礦床。，礦體的空間分布嚴格受寒武系下統水溝口組硅質巖層、泥巖層控制，呈鞍狀、層狀分布于將軍寨背斜的轉折端及兩翼。礦體產狀與地層產狀基本一致。

2）礦體形態復雜程度為簡單。礦體以層狀、似層狀產出，分枝復合少。釩主要來源于前寒武系地層，礦石由多種元素組合，普遍含有 V、Ag、Mo、Ni、Co、Cu、Pb、Zn、Ti、Mn、Y、P等親生物元素和與超基性、基性巖有關的元素。

3）礦床形成于成礦時間為寒武紀早期，成礦環境屬濱海至淺海靜水還原環境。

4）總結了該類礦床的特征及成因，有望發現相同類型的礦床，具有良好的找礦前景，找礦潛力巨大。

[1 ]姚書振, 周宗桂, 呂新彪. 秦嶺成礦帶特征和找礦方向[J]. 西北地質,2006,39(2):156～178.

[2] 唐紅松, 徐文杰, 謝世業. 我國下寒武統黑色巖系的礦產類型[J].礦產與地質, 2005 ,19 (4):341～344.

[3]夏林圻, 夏祖春, 徐學義. 南秦嶺中新元古代火山巖性質與前寒武紀大陸裂解[J]. 中國科學(D輯) , 1996, 26(3): 237～243.

[4]河南省地礦廳.河南省巖石地層[M]. 武漢: 中國地質大學出版社, 1997:200～240.

[5]翟裕生. 區域構造、地球化學與成礦(Ⅰ)[J]. 地質調查與研究, 2003 ,26(1):1～7.