江西省上饒縣上村釩礦成礦作用及找礦遠(yuǎn)景分析

周丁根, 王 平, 周先軍, 王廣友

(江西有色地質(zhì)勘查一隊,江西 鷹潭 33500)

1 成礦地質(zhì)背景

上村釩礦床位于萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂帶北側(cè)、懷玉山地體南緣,信江盆地東部,成礦帶隸屬于欽杭成礦帶[1](圖1)。區(qū)域地層出露較齊全,自南華系至白堊系除志留系和泥盆系地層缺失外均有出露,其中與釩礦有密切成因聯(lián)系的為寒武系底—下統(tǒng)荷塘組地層。區(qū)內(nèi)地層多以北東—南西走向展布,總體構(gòu)造輪廓為震旦系和古生界地層構(gòu)成的一復(fù)式向斜。該復(fù)式向斜兩側(cè)發(fā)育有一系列次級褶皺,由北向南分布有暖水—銀尖關(guān)次級向斜、銀尖山次級背斜、鄭家坊次級向斜、樟石橋次級背斜。上村釩多金屬礦即位于樟石橋次級背斜南翼。區(qū)域構(gòu)造以北東向、北北東向為主,其次是北西向。區(qū)域巖漿活動多為酸性巖漿侵入,呈大小不一的巖體產(chǎn)出；其次為零星的基性巖呈脈狀產(chǎn)出。時代以燕山期為主。

區(qū)域礦產(chǎn)豐富,其分布具有一定的規(guī)律性。與沉積作用有關(guān)的石煤、釩、金、重晶石、石灰?guī)r、磷、白云巖等礦產(chǎn)主要分布在煌固—姜村—童坊一帶,受地層層位控制。與花崗巖有關(guān)的螢石、鎢、錫、銅、鉛、鋅、鈮、鉭、稀土等礦產(chǎn),主要分布在礦區(qū)北部的懷玉山巖體及西部靈山巖體的內(nèi)外接觸帶中。不同的礦產(chǎn)均受各自不同的地質(zhì)構(gòu)造條件所控制。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)出露地層由老到新依次有震旦系陡山沱組(Z1d)、燈影組(Z2d)的白云巖、灰?guī)r等碳酸鹽巖。寒武系底—下統(tǒng)荷塘組(∈0-1h)的炭質(zhì)硅質(zhì)板巖夾石煤層,楊柳崗組(∈2y)、華嚴(yán)寺組(∈3hy)、西陽山組(∈3x)的泥頁巖夾灰?guī)r。奧陶系印渚埠組(O1y)的雜色頁巖夾薄層粉砂巖。侏羅系水北組(J1s)的雜色頁巖、砂礫巖以及白堊系河口組(K2h)紅層(圖2),出露地層特征見表1。

其中含釩地層為寒武系底—下統(tǒng)荷塘組一套還原環(huán)境的陸表海盆相的含釩碳硅泥巖建造[1]。巖性為黑色薄層含碳硅質(zhì)巖、炭質(zhì)板巖、含碳硅質(zhì)板巖及底部石煤層,釩礦體主要分布在底部石煤層中(圖3)。石煤層有機(jī)質(zhì)含量偏高,碳泥質(zhì)的強(qiáng)烈吸附作用,造成釩、鉬、鎢、鈾等金屬元素相對富集。

礦區(qū)地處單斜構(gòu)造的一翼,區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷層為主,褶皺不發(fā)育。斷層規(guī)模大小不一,多為破礦構(gòu)造,切割地層和礦體。其中F1規(guī)模較大,其南段呈北東(20°～40°)走向,北段近南北走向,傾向南東,傾角34°左右,下盤為寒武系地層,上盤為奧陶系地層。F2、F3、F4規(guī)模不大,但都為破礦斷層,切割含釩石煤層。

礦區(qū)內(nèi)未見巖漿巖出露,僅個別鉆孔在深部見輝長閃長巖體和花崗斑巖脈侵入。

圖1 大地構(gòu)造位置略圖Fig.1 Sketch of geotectonic location

表1 上村礦區(qū)地層特征表Table 1 Stratigraphic characteristics of Shangcun mining area

地層劃分系統(tǒng)組(地層代號)厚度/m主要巖性特征有用礦產(chǎn)第四系(Q)2～45河流沖積物、坡積殘積物。白堊系中統(tǒng)河口組(K2h)200～450磚紅色巨厚層狀砂礫巖。侏羅系下統(tǒng)水北組(J1s)300～1 000雜色頁巖、炭質(zhì)頁巖夾劣質(zhì)煤,粉砂巖、砂巖,局里含礫,砂巖顆粒由上而下由細(xì)變粗。劣煤奧陶系下統(tǒng)印渚埠組(O1y)200～750雜色頁巖夾薄層粉砂巖。寒武系上統(tǒng)中統(tǒng)底—下統(tǒng)西陽山組(∈3x)20～105鈣質(zhì)頁巖夾灰?guī)r透鏡體。華嚴(yán)寺組(∈3hy)45～90條帶狀鈣質(zhì)頁巖、灰?guī)r。楊柳崗組(∈2y)30～130灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層頁巖。荷塘組(∈0-1h)90～470上部為硅質(zhì)巖夾薄層碳硅質(zhì)板巖,中部為炭質(zhì)板巖夾含碳硅質(zhì)板巖,下部為含碳硅質(zhì)板巖夾薄層炭質(zhì)板巖,底部為含釩石煤層。釩多金屬震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2d)120～510上部為淺灰—灰白色白云質(zhì)、泥質(zhì)、硅質(zhì)灰?guī)r,下部為深灰色白云巖夾薄層炭質(zhì)硅質(zhì)巖。下統(tǒng)陡山沱組(Z1d)200～1 200深灰色—灰白色灰?guī)r夾黑色頁巖、鈣質(zhì)粉砂巖。

2.2 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共圈定釩礦體6條,礦床規(guī)模達(dá)中型以上。礦體長度140～4 100 m,厚度1.01～13.50 m,最大控制延深500 m,深部未見尖滅。以V1、V2礦體為主,V2分布于V1礦體上部,相距5 m左右,相互平行產(chǎn)出,其他礦體規(guī)模不大(詳見圖4),釩礦體總體呈層狀、似層狀平行產(chǎn)出[2],走向上被斷層錯成數(shù)段,沿傾向延伸穩(wěn)定。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致,走向北東—南北向,傾向南東—東西向,傾角13°～53°,礦體主要賦存在寒武系底—下統(tǒng)荷塘組(∈0-1h)底部石煤層中,下伏地層為震旦系燈影組白云質(zhì)灰?guī)r。礦體與圍巖之間無明顯劃分界限,均為荷塘組石煤、含碳硅質(zhì)巖、含碳硅質(zhì)板巖及炭質(zhì)板巖等,具碳酸鹽化、黃鐵礦化及硅化,局部可見黃銅礦、銅藍(lán),區(qū)內(nèi)釩品位0.575%～1.167%,伴生元素有鎢、鉬、鋅等。

圖2 上村礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of Shangcun mining area1.第四系；2.白堊系河口組；3.侏羅系水北組；4.奧陶系印渚埠組；5.寒武系西陽山組；6.寒武系華嚴(yán)寺組；7.寒武系楊柳崗組；8.寒武系底—下統(tǒng)荷塘組；9.震旦系燈影組；10.震旦系陡山沱組；11.斷層及編號；12.地質(zhì)界線；13.不整合接觸界線；14.釩礦體及編號；15.礦區(qū)范圍。

圖3 含釩碳硅泥巖建造Fig.3 Schematic diagram of vanadium-bearing carbon-silica mudstone formation

2.3 礦石特征

礦石自然類型較簡單,以原生礦石為主,依據(jù)礦石成分不同可分為含釩石煤礦石、含釩硅質(zhì)巖礦石、含釩碳(硅)質(zhì)板巖礦石三種類型。含釩石煤礦石:呈灰黑—黑色,顯微鱗片結(jié)構(gòu),層理、板狀構(gòu)造。主要礦物成分為泥質(zhì)(80%～90%)。泥質(zhì)主要由水云母組成,炭質(zhì)呈微粒狀,含量6%～17%。石英粉砂呈他形粒狀,含量1%～5%,白云母碎片約1%左右。釩主要賦存云母類礦物中。含釩硅質(zhì)巖礦石:呈灰白色,致密堅硬,隱晶—微晶結(jié)構(gòu),碎裂構(gòu)造,層狀及石英條帶狀構(gòu)造。主要礦物成分為硅質(zhì)(石英)占90%～95%。少量的泥質(zhì)(水云母)、炭質(zhì)粉末、白云母碎片、褐鐵礦、次生方解石等,釩主要賦存于水云母中。含釩碳(硅)質(zhì)板巖礦石:呈灰黑色,膠狀結(jié)構(gòu)、變余鱗片結(jié)構(gòu),碎裂構(gòu)造、塊狀構(gòu)造,主要礦物為硅質(zhì),呈膠狀、隱晶及微晶結(jié)構(gòu),含量占70%左右,炭質(zhì)約10%,有少量泥質(zhì),次生方解石和石英常見。釩主要賦存在云母類礦物中。上述三種礦石中釩主要賦存在云母類礦物中,云母類礦物釩占70%～85%,其次泥質(zhì)高嶺土占5%～20%。

礦石主要有用金屬元素為V2O5,礦石伴生金屬元素為Mo、WO3、Zn,有害組分有S、P。

據(jù)釩的物相分析顯示,釩元素主要賦存于與炭質(zhì)共生的含釩水云母、釩云母中,大多以類質(zhì)同象形式存在于釩系云母的晶格當(dāng)中,少部分被粘土礦物、炭質(zhì)所吸附。其它有益組分賦存以硫化物形式,或呈吸附狀態(tài)存在于炭質(zhì)和泥質(zhì)物中。

3 成礦作用與成因模式探討

3.1 成礦作用

3.1.1同生沉積作用

礦體無一例外地賦存于寒武系底—下統(tǒng)荷塘組底部的含釩石煤層中,荷塘組含釩建造形成于早寒武世陸棚的強(qiáng)還原滯流及海盆緩慢沉降環(huán)境,盆地沉積物相對滯留聚集,水體穩(wěn)定、封閉性好,形成滯留缺氧的還原條件,適逢冰期后氣候變暖,藻類、海綿生物及細(xì)菌等大量繁殖,這些有機(jī)生物死亡后與細(xì)碎屑物質(zhì)、泥質(zhì)、硅質(zhì)等一同堆積沉淀下來,由于炭泥質(zhì)的強(qiáng)烈吸附作用,造成釩鉬等金屬元素相對富集。形成了區(qū)內(nèi)含釩、鉬等金屬元素的黑色炭質(zhì)泥頁巖層(石煤層)。

圖4 Ⅰ11—Ⅰ3線聯(lián)合剖面圖Fig.4 Combined profile of Line Ⅰ11-Line Ⅰ31.奧陶系印渚埠組；2.寒武系楊柳崗組；3.寒武系底—下統(tǒng)荷塘組；4.震旦系燈影組；5.地層分界線；6.斷層；7.釩工業(yè)礦體及編號；8.釩低品位礦；9.民采區(qū)；10.鉆線及編號；11.勘探線方位。

也就是說,成礦元素大部分為沉積作用時期聚集沉淀的,在沉積成巖過程中,成礦元素以有機(jī)碳質(zhì)、泥質(zhì)吸附狀態(tài),或以有機(jī)微生物結(jié)合形式,或進(jìn)入金屬硫化物晶格內(nèi)以類質(zhì)同象形式,或溶解于建造封存水中等方式沉積下來,并富集成礦。

3.1.2生物及生物化學(xué)作用

釩的富集與菌、藻類生物作用有著直接的關(guān)系,在其生命活動過程中,菌、藻類不斷地從介質(zhì)中選擇性地吸收、吸附V、U、Au、Ag、Mo、W等元素,一方面在生物體內(nèi)聚集,另一方面,某些生物體還具有膠體特征,吸附各種成礦物質(zhì)使之遷移和富集[3](研究表明,釩元素在藻類和細(xì)菌組成的海洋生物群中的富集系數(shù)達(dá)到1 000倍,遠(yuǎn)超海水中的富集濃度)。菌藻類生物的代謝活動,可以使沉積環(huán)境的物理化學(xué)條件(Eh值、pH值)發(fā)生變化,從而影響古海水中成礦物質(zhì)的穩(wěn)定性,使其沉淀富集。生物死亡后,金屬元素伴隨遺體沉積于海底。生物遺體在下降沉積過程中部分發(fā)生分解,形成帶負(fù)電的有機(jī)質(zhì),由于有機(jī)質(zhì)的帶電性(負(fù)電荷)和吸附性,能夠選擇性地吸附海水中的V、U、Au、Ag、Mo、W等元素,并結(jié)合成較穩(wěn)定的含釩等金屬有機(jī)絡(luò)合物,在一定的條件下遷移并富集沉積下來。此外,在地史演化和成巖作用中,一方面因溫度、壓力和酸堿度的變化,含釩等金屬有機(jī)絡(luò)合物和化合物發(fā)生離解,放出金屬元素和形成金屬硫化物沉淀下來,從而使釩及其伴生元素進(jìn)一步富集;另一方面,含釩的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過細(xì)菌降解、轉(zhuǎn)化、并與粘土礦物結(jié)合,成為主要含釩礦物即含釩水云母。

3.1.3海底熱水噴流沉積作用

上村釩礦通過巖礦鑒定,礦石礦物成分中的硅質(zhì)礦物以隱晶質(zhì)石英和玉髓為主,具噴流熱水沉積巖石組合特點。礦石除V2O5外,伴有Mo、W、Zn、Cu、P等,顯示出噴流熱水沉積礦床成礦物質(zhì)復(fù)雜和深源、多源的特點。礦石中發(fā)育大量石英、方解石脈也說明了熱液活動的存在。巖石化學(xué)及微量元素地球化學(xué)特征說明,本區(qū)釩在沉積成礦時處于一個與內(nèi)生作用及其產(chǎn)物密切相關(guān)的非正常沉積環(huán)境——海底熱水(噴流)沉積成礦作用所代表的環(huán)境。

海底噴流熱液活動帶來了大量的硅質(zhì),對已形成的含礦層進(jìn)行疊加改造,同時,海底熱水噴流沉積作用帶來了大量成礦物質(zhì),即深部及構(gòu)造通道巖系中的V、Mo、W、Ni、Cu、Zn等成礦元素隨熱液一同帶出[4]。在強(qiáng)還原缺氧、大量有機(jī)質(zhì)和粘土質(zhì)堆積的海底,成礦元素發(fā)生沉淀富集。海底熱水噴流沉積作用既豐富了成礦元素種類,又使礦體進(jìn)一步富集。

3.2 成因模式

上村釩礦的成礦主要發(fā)生在早寒武世陸棚的強(qiáng)還原滯流及海盆緩慢沉降環(huán)境,在菌、藻類等微生物遷移、富集作用下聚集沉淀,形成含釩的碳硅泥巖建造。沉積成巖過程中,海底熱液活動既帶來了豐富的成礦物質(zhì),也使釩礦進(jìn)一步富集。釩礦層的成巖和成礦是同時進(jìn)行的,屬同生沉積成因,同時疊加了生物作用和海底噴流熱液作用,礦床成因類型可歸為海相生物作用形成的并有噴流熱液參與的同生沉積礦床。區(qū)內(nèi)成礦物質(zhì)來源有陸源風(fēng)化剝蝕區(qū)、海盆內(nèi)源沉積(包括海底水下基底隆起與海水流體中的來源)、海底熱液沉積、生物遺體堆積及生物化學(xué)沉積等。通過對區(qū)內(nèi)地層、巖性、巖相古地理及成礦作用的分析研究,建立了釩礦成因模式圖(見圖5)。

圖5 礦床成因模式圖Fig.5 Pattern diagram of genesis of the deposit1.含釩的碳硅泥巖層(石煤層)；2.微生物遺體和細(xì)碎屑堆積沉淀區(qū)及沉積方向；3.菌、藻類等微生物活動區(qū)；4.斷裂及熱液運(yùn)移通道；5.含礦熱液運(yùn)移及擴(kuò)散方向。

4 成礦規(guī)律與找礦遠(yuǎn)景分析

4.1 成礦規(guī)律

通過對礦床形成的巖相古地理、古氣候、古構(gòu)造條件分析,及對含礦地層、巖性、釩的富集規(guī)律及地球化學(xué)特征等方面的研究,發(fā)現(xiàn)上村石煤型釩礦床具有其獨(dú)特的成礦環(huán)境和特定的成礦規(guī)律,主要表現(xiàn)為以下幾方面:

(1) 空間上,石煤層與釩礦化主要分布于較深水、富硅質(zhì)、有機(jī)質(zhì)(石煤)的淺海陸棚、邊緣海斜坡及次深海盆地,呈與盆地延長方向一致的帶狀分布。

(2) 含釩的石煤層都形成于相對滯留缺氧的還原環(huán)境,當(dāng)時氣候濕熱,水體穩(wěn)定,大量藻類、菌類迅速繁殖,并吸收、吸附海水中的釩等金屬元素,死亡后隨細(xì)碎屑物、泥質(zhì)、硅質(zhì)一同沉積,在缺氧環(huán)境中有機(jī)質(zhì)得到較好的保存,形成了最初的含礦建造。

(3) 具有非常明顯的時控性和層控性,即受寒武系特定層位和沉積相帶控制,層位十分穩(wěn)定,分布廣泛,釩礦體多呈層狀、似層狀產(chǎn)出,沿走向和傾向均有較大延伸,厚度較穩(wěn)定。國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的該類釩礦床主要集中于下寒武統(tǒng)底部的一套黑色炭質(zhì)泥頁巖夾硅質(zhì)巖含礦建造中[4-7]；在江西、貴州、湖南、湖北、廣西、陜西等省均有分布。

(4) 具有相似的巖性組合,巖石組合類型以碳硅泥質(zhì)巖類為主,硅泥質(zhì)巖類次之。含礦巖石主要有炭質(zhì)泥頁巖型(石煤層)、碳硅質(zhì)巖與炭質(zhì)泥巖互層型、碳硅質(zhì)巖型。礦石主要為隱晶—微晶結(jié)構(gòu)；顯微平行—紋層狀、互層狀(條帶狀)構(gòu)造。有用組分分布均勻,礦體與圍巖的界線不明顯,主要依據(jù)樣品分析結(jié)果確定。

(5) 釩的賦存形式基本相同:主要有三種,最主要是富集在炭質(zhì)泥頁巖或硅質(zhì)巖的粘土礦物水云母中,形成釩云母等；其次是富集在有機(jī)質(zhì)中(主要為結(jié)構(gòu)膠質(zhì)體和腐泥基質(zhì)體),以膠體狀態(tài)存在；或以獨(dú)立的釩礦物形式存在(只出現(xiàn)于含釩建造與火成巖接觸的熱變質(zhì)帶內(nèi)或穿層熱液脈中),如鈦釩石榴石、鉻釩石榴石、砷硫釩銅礦、含釩鍺石、鈣釩石榴石、釩鐵礦、釩鈦礦等。

(6) 礦床為同生沉積,成巖和成礦同時進(jìn)行。在礦床形成過程中,生物及生物化學(xué)作用對成礦元素的遷移和富集起了十分重要的作用；同時,海底熱水活動,對礦床的富集成礦也起到一定的作用。

4.2 找礦遠(yuǎn)景分析

(1) 從完工鉆孔見礦情況看,區(qū)內(nèi)主要礦體沿傾向均有較大延伸,V1礦體最大控制深度達(dá)500 m,V2礦體最大控制深度達(dá)400 m,礦體仍未尖滅,且礦石品位、礦體厚度沿傾向變化不大,含礦層分布面積大且穩(wěn)定,礦體深部仍具較大找礦潛力。隨著勘查工作的繼續(xù)進(jìn)行,本區(qū)釩礦資源量有望得到進(jìn)一步擴(kuò)大。

(2) 目前勘查程度為預(yù)查,多數(shù)勘探線僅施工一個鉆孔,沿傾向控制不深,多在200～400 m,估算的V2O5資源量達(dá)中型規(guī)模。通過對本區(qū)釩礦體地質(zhì)特征的分析,若沿傾向追加鉆孔,礦床規(guī)模將達(dá)大型以上。

(3) 釩礦體產(chǎn)在寒武系底—下統(tǒng)荷塘組底部的石煤層中,該含釩建造廣泛分布于贛東北地區(qū),含礦層層位穩(wěn)定、釩礦體沿走向和傾向均有穩(wěn)定延伸,厚度變化小,品位較均勻穩(wěn)定。礦區(qū)外圍大面積出露的荷塘組地層也具有巨大找礦遠(yuǎn)景。

5 結(jié)語

綜上所述,上村釩礦具有其獨(dú)特的成礦地質(zhì)條件和典型的礦床特征,釩礦體賦存于寒武系底—下統(tǒng)荷塘組底部的黑色碳硅泥巖建造中；含礦層位具有非常明顯的時控性和層控性。礦體多呈層狀、似層狀產(chǎn)出,沿走向和傾向均有較大延伸、厚度變化穩(wěn)定。礦石類型有炭質(zhì)泥頁巖型(石煤層)、碳硅質(zhì)巖與炭質(zhì)泥巖互層型、碳硅質(zhì)巖型。礦床的形成受到同生沉積、生物及生物地球化學(xué)及海底熱水噴流沉積的共同作用,成因類型屬海相生物作用形成的并有噴流熱液參與的同生沉積礦床。當(dāng)?shù)貙油瑫r具備:①形成時代為寒武系;②巖相古地理條件為缺氧的淺海陸棚、邊緣海相還原環(huán)境;③存在碳硅泥巖建造,往往可作為尋找該類釩礦的首選區(qū)域。通過對礦床地質(zhì)特征及成礦規(guī)律研究,本礦區(qū)深部及外圍大面積出露的寒武系底—下統(tǒng)荷塘組地層都具有良好的找礦遠(yuǎn)景,找礦潛力巨大。