陜西省商南縣—山陽縣下寒武統(tǒng)黑色巖系中釩礦田地質(zhì)構(gòu)造特征及成因探討.pdf

1、南秦嶺早寒武世廣泛發(fā)育富含有機質(zhì)的黑色巖系，按空間分布可分為南北兩個帶：北帶位于山陽—商南—鄖西一帶，以產(chǎn)出中—大型的釩、金礦床為特點；南帶位于安康—紫陽—平利—鎮(zhèn)坪一帶，以產(chǎn)出大型毒重石—重晶石礦床及石煤為特征。本文選擇北帶下寒武統(tǒng)水溝口組黑色巖系中的釩礦田為研究對象，運用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、礦床學(xué)、巖石學(xué)及地球化學(xué)等方法，系統(tǒng)研究了釩礦田的地質(zhì)構(gòu)造特征、釩的賦存狀態(tài)，并對釩礦床的成因進(jìn)行了探討，重建了研究區(qū)的構(gòu)造演化過程，建立了南秦嶺黑色巖

2、系型釩礦床的成因模式，取得主要成果和認(rèn)識可以概括為以下幾點：
　?。?）研究區(qū)位于南秦嶺加里東—印支褶皺帶中段武當(dāng)?shù)貕K的北緣，東部與陡嶺地塊毗鄰。釩礦床產(chǎn)于研究區(qū)中部水草坪—白浪倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜的兩翼，賦礦地層為下寒武統(tǒng)水溝口組。水溝口組分為兩個巖性段：下巖段巖性主要為硅質(zhì)巖、炭質(zhì)泥巖，并夾有磷結(jié)核、重晶石巖，而且下巖段巖性從下往上具有明顯的規(guī)律性，即下部以硅質(zhì)巖為主，向上泥巖逐漸增多，硅質(zhì)巖逐漸減少；上巖段巖性主要為灰?guī)r，夾少量泥巖

3、。
　　（2）對研究區(qū)內(nèi)典型的釩礦床進(jìn)行了研究，總結(jié)出黑色巖系中釩的成礦特征。釩礦體嚴(yán)格受層位控制，賦存于下寒武統(tǒng)水溝口組下巖段，含礦巖石主要為硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)泥巖。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，沿走向、傾向上延伸均較穩(wěn)定。釩主要分布于炭質(zhì)泥巖中，但產(chǎn)出有釩礦體的巖性組合中必夾有硅質(zhì)巖。釩在地層中富集具有明顯的規(guī)律性，從下往上硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)泥巖—富磷結(jié)核過渡層—炭質(zhì)泥巖—碳酸鹽巖，在磷結(jié)核過渡結(jié)核層V2O5含量最高。
　?。?）通過物相

4、分析、X-射線衍射測試及電子探針分析，釩的賦存狀態(tài)有三種：存在于釩云母中、以膠體狀態(tài)存在的V-Fe、以V-Ti氧化物集合體的形式存在。釩云母呈片狀、條帶狀產(chǎn)出，寬度一般在10μm±，長一般大于100μm，長軸方向與層理或紋層理方向一致，其中含釩最高可達(dá)到22.68％。釩云母有兩種標(biāo)型：一種標(biāo)型為2M1型，化學(xué)式為K(Al,V)2(Si,Al)4O10(OH)2或(K,Ba,Na)0.75(Al,Mg,Cr,V)2(Si,Al,V)4O1

5、0(OH,O)2，釩不僅取代了位于六次配位的八面體層中的鋁，還取代了位于 Si-O四面體層中的鋁，形成了2M1型釩云母；另一種標(biāo)型為1M型，其化學(xué)式為KV2(Si3Al)O10(OH)2，釩位于云母結(jié)構(gòu)層之間。膠體狀態(tài)存在的V、Fe，呈草莓狀、圓球狀、星點狀、環(huán)狀產(chǎn)出，顆粒直徑小于10μm，多在3～5μm，其排列方向大致與層理或方向一致，表明其為同沉積期生成的礦物，周圍多為云母、粘土礦物及石英，化學(xué)組成主要為V、Fe、O，不含或僅含痕量

6、的Ti、Mg，其中含釩最高可達(dá)到10.09%，不含水，為膠體老化后形成的非晶質(zhì)體，炭硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)泥巖型釩礦石中釩以該賦存狀態(tài)為主。V-Ti氧化物集合體主要產(chǎn)出于炭質(zhì)泥巖型釩礦石中，呈浸染狀、星散狀分布于巖石基質(zhì)中，其長軸方向與層理或紋層理方向一致，為同沉積期生成的礦物；結(jié)合衍射分析結(jié)果，筆者認(rèn)為該混合物為細(xì)粒的釩、鈦氧化物的集合體，它最初是以膠體形式沉積，后期鈦的氧化物結(jié)晶形成銳鈦礦、板鈦礦等。
　　目前，研究區(qū)內(nèi)黑色巖系型釩礦石

7、選礦回收率低、選礦成本高且污染大，通過本文對下寒武統(tǒng)黑色巖系中釩賦存狀態(tài)及分布形式的研究，有助于選礦工藝的改進(jìn)，對礦山節(jié)約成本、提高選礦回收率、降低環(huán)境污染等方面有一定的實際意義。
　?。?）研究區(qū)位于南秦嶺構(gòu)造帶，總體由四條近東西向北傾的逆沖斷裂劃分為四個次一級的構(gòu)造單位。北部由三個由北向南的逆沖推覆構(gòu)造帶組成，即太子坪巖片推覆構(gòu)造帶、耀嶺河逆沖推覆構(gòu)造帶、湘河構(gòu)造混雜巖帶；南部為由武當(dāng)山隆起而形成的武當(dāng)山地塊北緣滑脫構(gòu)造帶。各

8、構(gòu)造帶均經(jīng)歷了多期變形。通過對各構(gòu)造單元構(gòu)造特征的研究，結(jié)合秦嶺造山帶的構(gòu)造演化，研究區(qū)大致經(jīng)歷了五個構(gòu)造演化階段：中元古代揚子地塊北緣裂陷噴發(fā)；早晉寧運動武當(dāng)山巖群褶皺；晚元古代早期至早古生代，揚子地塊北緣被動大陸邊緣再次裂陷，竹林關(guān)—青山斷裂帶（F1）、偏頭山—豆腐尖斷裂帶（F2）、樓房溝—耀嶺河斷裂帶（F3）、湘河—月亮灣斷裂帶（F4）四條斷裂帶在該階段均表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)，且切割深度大，攜帶成礦元素的熱水及火山活動沿這些斷裂帶運移

9、至海底沉積形成了下寒武統(tǒng)水溝口組黑色巖系型釩礦床；晚海西—印支期，由于北側(cè)商丹帶的強烈碰撞作用使F1～F4四條斷裂帶轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏀鄬?，形成一系列的逆沖推覆構(gòu)造及伸展滑脫構(gòu)造體系；燕山期及喜山期伸展、抬升及斷陷活動，位于水草坪—白浪倒轉(zhuǎn)向斜兩翼水溝口組中的釩礦床由于風(fēng)化剝蝕作用出露于地表。
　?。?）通過地層、巖性、巖相古地理、古構(gòu)造、釩的富集規(guī)律及地球化學(xué)特征等方面研究，表明該區(qū)早寒武世黑色巖系中的釩來源于海底熱水、火山活動，釩礦體在

10、原生沉積時形成，其成因既與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景、海底熱水及火山活動、生物活動及有機質(zhì)降解有關(guān)，又與海平面升降有關(guān)。
　　早寒武世，研究區(qū)位于揚子地塊北緣的被動大陸邊緣，處于板塊構(gòu)造的擴張期，裂陷發(fā)育，沿斷裂活動的熱液及火山活動將硅質(zhì)、重晶石及釩、金等金屬元素帶入海底。該時期廣泛的海侵作用使區(qū)內(nèi)海水加深，活躍的上升洋流攜帶洋底的磷、營養(yǎng)物質(zhì)等進(jìn)入陸棚區(qū)，使藻類浮游生物大量繁殖，生物活動本身可以富集海水中的釩，生物死亡后遺體下沉至海底的過

11、程中，有機質(zhì)腐爛分解消耗了水體下部的氧，使底層水變成缺氧狀態(tài)，有利于富含釩的有機質(zhì)在海底保存。同時由于生物活動改變了水體的化學(xué)環(huán)境，導(dǎo)致海水中吸附釩的泥質(zhì)、硅質(zhì)、火山灰等沉積于底部缺氧層中，與有機質(zhì)一同保存下來，形成黑色巖系型釩礦床。因此，筆者認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)釩礦床屬于生物—熱水沉積成因類型。
　?。?）綜合已有的成因證據(jù)，結(jié)合當(dāng)時的巖相古地理環(huán)境，筆者首次按早寒武世早、中、晚期三個階段還原了水溝口組含礦黑色巖系的形成過程，即南秦嶺黑

12、色巖系型釩礦床的成因模式。這對南秦嶺乃至國內(nèi)外黑色巖系中釩礦床成因研究具有一定的參考意義。
　?。?）筆者對南秦嶺早寒武世的地層進(jìn)行了對比，結(jié)合本文對黑色巖系型釩礦床成因的研究，預(yù)測南秦嶺造山帶南部的三個地層分區(qū)（鄖西—均縣分區(qū)、安康—平利分區(qū)、高灘—兵房街分區(qū)）是尋找黑色巖系型釩礦床的有利靶區(qū)。
　　本文創(chuàng)新點有如下兩點：
　?、傩掳l(fā)現(xiàn)了釩的兩種賦存狀態(tài)：以膠體狀態(tài)存在的V-Fe，以氧化物集合體的形式存在的V-Ti；