湖北咸寧地區寒武紀牛蹄塘組釩礦床成因淺析

袁玉平, 劉家祥, 曾桂英, 沈晚仁, 胡金旺

(湖北省地質局 第四地質大隊，湖北 咸寧　437100)

1　概況

咸寧地區釩資源蘊藏豐富，從方山—大幕山復式背斜一帶，為銻、汞、金、釩多金屬成礦帶。除嘉魚外，其他五縣(市、區)均分布有釩礦床(點)。已發現釩礦床(點)十余處。較具規模的釩礦床(點)自北向南分布有：泉山口釩礦、杉木章釩礦、煙竹坳釩礦、小源沖釩礦、石門釩礦、萬家口釩礦、獅古尖釩礦7個礦床，礦床規模為小—中型釩礦床。除煙竹坳釩礦床為普查程度外，其他釩礦床均達到詳查程度。

2　成礦地質背景

本區大地構造為揚子陸塊區(Ⅰ級)下揚子陸塊(Ⅱ級)幕阜山被動邊緣褶沖帶(Ⅲ級)[1]。由北到南共劃分三個Ⅳ級構造單元——咸寧臺坪褶皺帶、通山臺緣褶沖帶、九宮山后碰撞巖漿雜巖。前南華系為基底，南華系以上為蓋層。以崇陽路口—通山楠林橋—大畈—陽新富水一帶為界，北部為揚子型沉積，南部為江南沉積。受印支運動的影響，區內以近東西向大幕山復式背斜為主體，核部出露前震旦系冷家溪群，兩翼由南華系—三疊系組成。南部見燕山期巖漿巖侵入體，另有煌斑巖脈、輝綠巖脈(見圖1)。

3　礦床地質特征

3.1　主要控礦構造

區內構造主要為方山背斜—大幕復背斜等組成，大幕復背斜由大幕山背斜、黃石洞向斜、坑口背斜組成，軸跡走向60°～80°，向東變為100°，褶皺軸面總體南傾，兩背斜南翼轉折端較完整，分別向東西傾伏[2]。其核部為前震旦系基底，兩翼不對稱分布有震旦系—志留系地層，局部倒轉。南部高枧—黃洋灣背斜與黃家嶺—外魯灣向斜，呈“S”形彎曲，卷入地層為寒武系—志留系地層，兩翼地層一般傾角18°～40°，局部倒轉，少數達50°[3]。礦體受褶皺構造控制，主要產于褶皺傾伏端及臨近轉折端翼部，呈似層狀、層狀，與地層產狀一致。礦體出露于地表，常為成礦期后北東向斷裂切割并錯位。

3.2　賦礦圍巖特征

礦床賦礦地層為寒武紀牛蹄塘組下段黑色巖系，巖性為含結核炭質頁巖、含炭泥巖、炭質頁巖，局部夾硅質條帶，偶夾石煤層[4]。礦體頂板為含炭頁巖、含炭泥質灰巖、灰巖等，結核或硅質條帶可作為頂板圍巖劃分標志。底板是泥灰巖、白云巖或硅質巖。含釩巖系自下而上可分為兩個巖性層：

第一巖性層為灰黑色含炭頁巖、含炭粉砂質頁巖、炭質頁巖，中下部見石煤層，局部含磷質結核。為區內含釩層。厚度13～36 m。

第二巖性層為灰黑色含炭頁巖、含結核炭質頁巖、含炭泥巖，頂部可見硅質條帶，為區內主要含釩層。厚度8～25 m。

北部與南部含釩層及頂底板圍巖因沉積環境變化而略有差異。由北向南，隨著海水深度的加深，牛蹄塘組的厚度變大，含釩層厚度呈漸增趨勢(見圖2)。

3.3　礦床特征

礦體主要賦存于寒武紀牛蹄塘組中下部，巖性為灰黑色含炭泥巖、炭質頁巖，局部含磷質、炭質結核。

3.3.1礦體空間分布

礦體產于褶皺的傾伏端及翼部，空間分布與地層較一致。在方山背斜近轉折端北翼主要有煙竹坳釩礦區，南翼有小源沖、石門釩礦區；在大幕背斜轉折端有泉山口釩礦；在坑口背斜北翼中段有杉木章釩礦區；在黃家嶺—外魯灣向斜近傾伏端有獅古山釩礦區，其南東翼有萬家口釩礦區。主要礦床特征如下：

(1) 石門礦床釩礦體產于牛蹄塘組中段第二巖性層，礦體走向長度2 400 m，礦體呈似層狀、層狀順層分布。走向20°～25°，傾向南東，一般傾角9°～29°，控制最大斜深達300 m。礦體平均厚度6.53 m，具地表厚、深部薄，南區厚、北區薄趨勢；礦體平均品位0.79%，地表向深部變富，北部較南部富。地表氧化帶一般厚度7～13 m，局部達32 m。

(2) 杉木章礦床主要釩礦體產于牛蹄塘組中段第二巖性層，礦體走向長度1 440 m，礦體呈似層狀，在平面及剖面上呈“S”型彎曲。走向85°～95°，傾向北，一般傾角54°～78°，向深部變陡?？刂谱畲笮鄙?8 m。礦體平均厚度5.76 m，中間厚，東西兩端薄，礦體平均品位0.76%，走向上呈中間低，兩端較富，向深部品位較穩定。

另有小規模釩礦體產于牛蹄塘組中段第一巖性層，礦體走向長度108～836 m，呈似層狀、透鏡體狀產出，斷續分布，礦體平均厚度3.90 m，走向上由西到東由薄變厚再變薄。礦體平均品位1.07%，走向上品位較穩定，變化小。

圖1　咸寧地區寒武紀牛蹄塘組釩礦床區域地質略圖Fig.1　Regional geological outline of Niutitang Formation of Cambrian,Xianning region1.第四系；2.白堊系；3.侏羅系；4.香溪群；5.三疊系；6.二疊系；7.石炭系；8.泥盆系；9.志留系；10.奧陶系；11.江南地層寒武系西陽山組；12.江南地層寒武系華嚴寺組、楊柳崗組并層；13.江南地層寒武系牛蹄塘組；14.揚子地層寒武系婁山關組；15.揚子地層寒武系高臺組；16.揚子地層寒武系石龍洞組、天河板組石牌組、牛蹄塘組并層；17.震旦系；18.南華系；19.中元古界；20.燕山期侵入體二長花崗巖；21.釩礦床(點)；22.實測正斷層；23.實測逆斷層；24.實測平推斷層；25.實測及推測性質、不明斷層。

圖2　咸寧地區寒武紀牛蹄塘組釩礦床含釩層柱狀對比圖Fig.2　Correlation column of containing vanadium of vanadium deposit in Xianning1.頁巖；2.鈣質頁巖；3.粉砂質頁巖；4.泥巖(粘土巖)；5.炭質頁巖；6.粉砂巖；7.硅質巖；8.泥灰巖；9.灰巖；10.含藻類灰巖；11.含炭泥質灰巖；12.白云巖；13.石煤層；14.硅板巖；15.含炭硅板巖；16.千板巖；17.角巖；18.結核；19.釩礦體及厚度(m);20.整合地質界線。

(3) 泉山口礦床礦體牛蹄塘組中段第二巖性層，走向長度1 675 m，礦體形態為似層狀，局部膨大。礦體走向82°～105°，傾向向北，傾角為18°～51°，平均傾角33°?？刂谱畲笮鄙?80 m。礦體平均厚度2.81 m，礦體走向上呈波狀起伏，厚度由西向東由厚變薄，再由薄到厚交替變化，由地表向深部變薄，局部膨大。礦體品位0.53%～1.35%，該礦體平均品位0.71%。自西到東品位逐漸增高，由地表向深部變貧。地表氧化帶一般厚度5～12 m，局部達20 m。

(4) 獅古尖礦床礦體牛蹄塘組中段第二巖性層主要釩礦體走向長度1 438 m，礦體形態為似層狀，局部膨大，走向上呈北西向展布，舒緩波狀起伏，傾向上礦體較平穩，局部呈弧形彎曲的。礦體走向150°～171°，局部受巖脈侵入影響變為285°，傾向南西，一般傾角51°～61°，局部變緩為45°，平均傾角57°。礦體控制傾向斜深50～323 m，礦體平均厚度5.27 m，礦體厚度走向上自北西到南東呈由厚到薄、由薄到厚起伏變化趨勢；傾向上在北西側+514.06 m標高以上礦體厚度較穩定，在中部于+514.06 m標高地段礦體厚度變薄。礦體平均品位0.81%，礦體品位走向上由北向南變化穩定，局部較貧，由地表向深部自北西向中部品位變化幅度小，到南東深部變低。

3.3.2礦石類型

主要礦石類型為原生的含磷質結核炭質頁巖釩礦石、薄板狀炭質頁巖釩礦石、含炭粉砂質頁巖釩礦石，硅質炭板巖釩礦石，其次在淺地表部可見次生的氧化釩礦石。

受區域變質作用影響，礦石經變質為含炭—炭質板巖釩礦石、含炭—炭質硅板巖釩礦石、含鈣釩榴石黑色硅板巖釩礦石。

3.3.3礦石礦物組合

主要礦石礦物為水云母(伊利石)、釩鈦礦、釩云母，脈石礦物主要有高嶺石，另有少量石英、重晶石、黃鐵礦、白云石、方解石、磷灰石、膠磷礦、綠簾石等。泥質、泥晶結構，層狀構造、條紋狀構造。次生礦物水云母(伊利石)95%以上，其他為少量石英、褐鐵礦。

主要金屬礦物為含釩水云母、黃鐵礦、磁黃鐵礦，次要金屬礦物為鉻鈣釩榴石、鈦鈣釩榴石、黃銅礦、含鎘閃鋅礦、含釩白云母，微量礦物為變釩鈣鈾礦、釩鈣鈾礦、銅鈾云母、磷釔礦、輝鉬礦、針鎳礦、斑銅礦、輝銅礦、銅蘭、方鉛礦、鉻鐵礦、磁鐵礦、銳鈦礦、黃鉀鐵釩礦。脈石礦物主要礦物為石英、炭質，次為綠簾石、透閃石、重晶石，微量礦物為磷灰石、電氣石、透輝石、水鋁石英、蛋白石、白鈦石、螢石、白云母、方解石、紅柱石、玉髓、鋇長石、剛玉、尖晶石、榍石、石榴子石等。另有特征礦物鈣釩榴石。具顯微(鱗片)粒狀變晶結構、隱晶結構、變余泥結構，板狀構造、斑點狀構造及多孔狀構造。

圖4　咸寧地區寒武紀牛蹄塘組沉積期巖相古地理沉積模式圖Fig.4　Sedimentary model of lithofacies paleogeography during deposition of Niutitang formation

鈣釩榴石礦物手標本觀察為暗綠色，顯微鏡下觀察為翠綠色，常見為圓形及橢圓形切面，由于放射狀炭質構成車輪狀外形，糙面顯著多裂紋，均質體，N≈1.85，具弱電磁性，性脆，硬度6.5±，比重為3.68(顯微比重法實測)。新鮮翠綠色鈣釩榴石礦物在常溫下兩小時后可漸變為淡黃色—灰白色。其礦石礦物特征(見照片1)。

照片1　鈣釩榴石在標本中產出特征(d=2～3 mm)Photo 1　Characteristics of production of goldmanite

3.4　礦床類型

獅古尖釩礦床含礦巖系為含炭硅板巖，變質作用有利于釩礦富集，礦床成因類型為受變質沉積型礦床。

其他礦床(點)受控于寒武紀牛蹄塘組中下部炭質頁巖、含炭粉砂質頁巖地層中，與石煤層伴生，礦床成因類型為沉積型釩礦床。其中泉山口釩礦床，因淺地表次生作用，地表氧化礦比深部原生礦厚度大，品位高，對釩的富集作用明顯，該礦床成因類型又是具有次生富集特點的沉積型礦床。

上述各類礦床，因其發熱量一般為2.80～5.47 MJ/kg，灼失量13.43%～20.92%，工業類型定為石煤型釩礦床。

4　巖相古地理

區內寒武紀牛蹄塘組沉積期主要處于海侵階段，南北區巖相古地理略有差異?？偟奶卣鳛闇\水—半深水環境沉積(圖3)[5]。

圖3　咸寧地區寒武紀牛蹄塘組沉積期巖相古地理圖Fig.3　Sedimentary model of lithofacies paleogeography during deposition of Niutitang formation in Cambrian1.灰巖；2.泥灰巖；3.白云巖；4.頁巖；5.含炭頁巖；6.粉砂巖；7.寒武系下統牛蹄塘組；8.釩礦床(點)；9.臺地邊緣；10.盆地邊緣；11.揚子臺地碳酸鹽巖沉積；12.揚子臺地碎屑巖沉積；13.斜坡帶碎屑巖沉積；14.江南盆地碎屑巖沉積；15.咸寧地區行政區范圍。

北部揚子臺地以碳酸鹽沉積為主，古地理為淺海環境，以灰泥質碳酸鹽巖建造為主，另有含炭頁巖建造。

南部江南盆地則以頁巖為主，屬泥質巖沉積，古地理為淺海陸棚過渡到半深水環境沉積。為含炭泥頁巖建造。

在揚子臺地與江南盆地之間有一個斜坡帶，為臺地前緣斜坡，為含炭頁巖—粉砂質頁巖建造。

由圖4反映，從揚子區到江南區表現為臺盆格局，其間為一緩坡，區內自北向南由碳酸鹽巖建造變為粉砂質頁巖—含炭泥頁巖建造，其巖層中含釩特征江南區優于揚子區。

5　成礦機制

在前震旦紀間冰期，古陸早震旦世及前震旦紀的基底發生風化剝蝕作用，提供了釩物質來源。早寒武世海侵時，在臺地邊緣的高能條件下發生沉積，形成大量結核黑色頁巖可見少量海綿骨針。在海侵到海退的沉積過程中，寒武紀沉積屬富氧水底環境，見藻類及大量浮游生物。隨著海平面上升減慢到相對靜止，水動力由強變弱，沉積環境由水下隆起向陸岸一側轉變，晚寒武世海水繼續變淺，以碳酸鹽巖沉積為主，表現為鈣質型陸棚內源相沉積。沉積、成巖作用發生在炎熱、干旱氣候，但海水含鹽度比較正常，比較高的硫、炭含量顯示為還原作用強烈的半閉塞的濱?！獪\海海灣環境，即由淺?！肷钏练e向陸棚—濱海過渡，轉為半封閉海灣相對平靜環境，形成的含釩巖系廣泛分布于江南盆地臺緣相區與揚子臺地相區，其形成環境以半封閉海盆環境對成礦最為有利。

釩礦床由沉積成礦作用而形成，其成巖成礦時代基本一致，即是同生沉積的產物，因此賦礦地層的時代就是成礦時代。成礦作用主要是沉積成礦，但后期印支運動發生褶皺，在褶皺傾伏端及臨近轉折端的翼部發生層間滑動，產生虛脫構造，有利于熱力或熱流導入，使含釩巖系發生低溫熱液蝕變，普遍重晶石化，易使釩富集。

成礦期后受區域變質作用的影響，在變質作用過程中含釩巖系產生了變晶釩礦物，使釩活化而富集。變質成礦作用對沉積型釩礦床進行了后期的疊加改造。

裸露淺地表的含釩巖系，發生次生富集成礦作用，產生大量高嶺石，有利于釩的富集，一般可提高釩含量0.02%～0.24%。

6　找礦前景

(1) 區內廣泛分布有寒武系地層，在褶皺分布區，其翼部為寒武系地層時，找礦前景較好。尤其是在褶皺的傾伏端或轉折端，是釩礦賦存的有利部位，有利于找尋沉積型釩礦床。

(2) 寒武系下統的黑色巖系地層是直接找礦標志。

(3) 地表翠綠色、淡黃—灰白色鈣釩榴石礦物，是尋找受變質沉積型釩礦的特征礦物。

(4) Cu-Ag-Zn-Ba(Mo)地球化學異常是重要找礦標志。

參考文獻：

[1]李均權,譚秋明，李江洲,等.湖北省礦床成礦系列[M].武漢：湖北科學技術出版社，2005：16-20.

[2]湖北省地質礦產局.1∶5萬區域地質調查報告——馬橋幅、黃砂鋪幅等[R].咸寧：湖北省第四地質大隊，1984.

[3]湖北省地質礦產局.1∶5萬區域礦產圖說明書——趙李橋(東南)幅、大沙坪幅等[R].咸寧：湖北省第四地質大隊，1992.

[4]湖北省地質礦產勘查開發局.湖北省區域地質志[M].北京：地質出版社，2003:75-80.

[5]許效松.層序地層學研究進展[J].巖相古地理，1994(1)：34-39.