黄祥芝,韦顺林,陈晓林,刘幼萍

(1.湖北省地质调查院,湖北武汉 430034;2.湖北省地质科学研究所,湖北武汉 430034)

郧县郭沟钒矿基本特征及找矿意义

黄祥芝1,韦顺林1,陈晓林1,刘幼萍2

(1.湖北省地质调查院,湖北武汉 430034;2.湖北省地质科学研究所,湖北武汉 430034)

郭沟钒矿处于秦岭地层区两郧小区,区域构造上处于秦岭褶皱系武当山复背斜北缘。含矿地层为早寒武世庄子沟组的一套浅变质黑色板岩,含3个矿带,11个矿体,矿石中V2O5含量最高为2.01%,一般在0.80%～1.05%左右,属富矿型,矿体主要受沉积变质作用控制。黑色岩系是重要的找矿标志,通过对这套黑色地层含矿性的研究,对于在鄂西北地区寻找同类矿产具有积极的指导意义。

黑色岩系;沉积变质作用;庄子沟组;郧县郭沟钒矿

1 区域成矿地质背景

在秦岭褶皱系南秦岭冒地槽褶皱带武当山复背斜西缘和北缘,广泛分布着一套下寒武统黑色含钒岩系,为湖北省、乃至中南地区重要的含矿层位。郭沟钒矿位于武当山复背斜北缘之庙川褶皱束[1],紫荆关—师岗复式向斜西南翼、南庙穹窿北侧。区内广泛发育元古界沉积变质岩和火山变质岩以及古生界沉积地层,出露的地层有中晚元古界武当山群、震旦系,早古生界寒武系、奥陶系、志留系、新生界第三系等。区域含矿地层为下寒武世杨家堡组、庄子沟组[2],由炭质板岩、含碳硅质板岩、粉砂质板岩等组成(图1)。

图1 区域成矿地质背景及杨家堡组、庄子沟组分布图Fig.1 Distribution map of Yangjiabao Formation and Zhuangzigou Formation and regionalmetallogenesis

区内岩石普遍遭受区域变质作用,主要表现为灯影组钙镁变质岩类和庄子沟组泥质及长英质变质岩类。明显可见的岩石类型为含石英绢(白)云板岩、砂质含硅泥板岩、变粉砂岩等。岩石主要由鳞片变晶的绢云母和少量片状变晶的白云母作定向排列形成板状构造,为浅变质作用而形成。

2 矿床地质

2.1 含矿岩系特征

矿层受地层及北西西向断层及褶皱控制,属沉积(变质)型钒矿。

含矿地层为寒武系下统庄子沟组,呈条带状,总体呈北东东—南西西向展布(图2)。岩性从下到上为浅灰—灰白色砂质板岩、灰白带绿色铝土质板岩、灰黄色或灰紫色砂质板岩。向上有时夹薄—中层或条带状硅质岩。不同颜色的砂质板岩多为含钒母岩,尤以灰白带绿色铝土质板岩含矿较好,浅灰—灰白色砂质板岩次之,其他颜色砂质板岩更次之。V2O5含量不稳定,高者达2.01%,低者<0.10%。其含矿岩系不稳定,呈似层状、透镜状,无论在走向上还是在倾向上变化都较大。

图2 郧县郭沟钒矿地质图Fig.2 Geologicalmap of Guogou vanadium ore in Yunxian

2.2 含矿带特征

根据含矿岩系的分布位置,由北向南可划分为三个含矿带,即闵家沟含矿带、三岔含矿带、叶庄含矿带。

2.2.1 闵家沟含矿带

呈东西向分布于矿区北部闵家沟,出露长约400 m,宽1～30 m不等,两端沿断层尖灭。含矿层倾向北北东,倾角55°～65°。其北侧围岩(顶板)为岳家坪组层状白云岩,南侧围岩(底板)为杨家堡组硅质岩。南侧见硅质岩与岳家坪组灰白色中厚层状白云岩呈断层接触。该带含矿岩性组合为含磷结核砂质板岩,紫红色、灰黄色、灰白色砂质板岩,灰黑色硅质岩,硅质板岩。其中紫红色、灰黄色、灰白色砂质板岩,灰色含磷结核砂质板岩均为含矿母岩。根据探槽样品分析结果,该段含矿1～2层。矿层单工程最大厚度为4.80 m,最小厚度为1.26 m。单工程中单个样品V2O5含量最高可达2.01%,最低为0.59%。

2.2.2 三岔含矿带

位于三岔背斜西翼部分,呈条带状分布。西起洋溪西坡,东至翻身岔西侧,全长约3.30 km。走向近东西,南北两翼矿层相距400 m左右。向东呈封闭状,向西分别沿F1、F2两断层尖灭。北翼含矿层西段在秕屋洞沟处倾向北,倾角65°～75°。在三岔一带矿层倾向南,倾角50°～70°;东段矿层倾向南西,倾角50°～60°。含矿层北侧围岩(顶板)为岳家坪组白云岩,南侧围岩(底板)为杨家堡厚层硅质岩(图3)。本含矿带岩性组合为灰白带绿色含铝土质砂质板岩、铝土质板岩(高岭石粘土岩)、灰白色砂质板岩、紫红色砂质板岩,上部多灰黑色薄层硅质岩或硅质板岩。其中,灰白带绿色含铝土质砂质板岩和铝土质板岩、灰白色砂质板岩、紫红色砂质板岩都为含矿母岩。本含矿层中岩性变化较大,其含矿母岩砂质板岩沿走向时厚时薄,上部所夹硅质岩也是时多时少,在西段杨溪一带,砂质板岩与硅质岩呈多层交互出现,地表出露宽度也较大,宽33 m。在三岔一带其砂质板岩厚度较大,达14余米。在东段则以厚层状硅质岩为主,砂质板岩呈透镜状零星出露。总观其貌,本带含矿母岩在三岔一带厚度最大,向两端变小,并有时尖灭。根据探矿工程控制,该带含矿性不稳定,变化较大,矿层多为1～2层,仅个别工程出现3层。根据钻孔资料显示,深部只有一层,除ZK3-1钻孔为2层外,其他钻孔均为1层,为上部矿层,但厚度较大,本矿带矿层单工程最大厚度为15.06 m,最小厚度为0.75 m。单工程矿层样品中V2O5含量最高可达1.80%,最低为0.52%。南翼含矿层在阎王扁—杨庄一带,呈北北东向分布,两端分别被断层截切,破坏成多段。总长约1.80 km。在杨庄一带,矿带倾向南东,倾角75°。含矿岩性组合以浅灰—灰白色砂质板岩为主,夹少量硅质板岩和含磷结核砂质板岩。其底板为灯影组厚层白云岩,顶板为岳家坪组厚层白云岩。仅有1层矿层。最大厚度为3.30 m,最小厚度为3.15 m。单工程样品V2O5含量最高为1.50%,最低为0.55%。

图3 郧县郭沟钒矿3号勘探线剖面图Fig.3 No.3 prospecting line profile map of Guogou vanadium ore in Yunxian

2.2.3 叶庄含矿带

出露为叶庄背斜核部,呈北东东—南西西走向,长约350 m,两端相变为硅质岩。北翼含矿层倾向北,倾角60°。含矿岩性组合为灰白带绿色铝土质板岩、含铝土质砂质板岩、灰白色砂质板岩、灰黑色薄层硅质岩,核部为棕褐色含铁粘土岩、葡萄状赤铁矿。其灰白带绿色铝土质板岩、含铝土质砂质板岩、灰白色砂质板岩为含矿母岩。含矿层为1层。矿层单工程最大厚度为3.10 m,最小厚度为2.50 m。单工程样品V2O5含量最高为0.87%,最低为0.68%。

2.3 矿体特征

通过地表山地工程和深部钻探工程,按照钒矿工业要求,在区内四个矿带中共圈定矿体11个,其中单工程控制的矿体2个,多工程控制的矿体9个,11个矿体分别分布于3个含矿带之中,其中闵家沟含矿带2个,即1、2矿体;三岔含矿带7个,即3、4、5、6、7、8、9矿体;叶庄含矿带2个,即10、11矿体(见表1)。

表1 矿体特征一览表Table 1 Schedule of orebody characteristics

3 矿石特征

3.1 矿石类型和品级

为单一的钒矿石,矿石自然类型为高岭石粘土岩—砂质板岩型,矿石中V2O5含量最高为2.01%,最低为0.52%,一般在0.80%～1.05%左右,根据矿产工业要求手册标准[3],本矿区矿石品级应为富矿型。

3.2 矿石成分

3.2.1 矿石矿物成分

矿石矿物主要由粘土矿物组成,有高岭石、水云母、绢(白)云母,少量石英和铁质矿物、白钛矿等。

3.2.2 矿石化学成分

矿石的主要化学组分为V2O5、CaO、MgO、Al2O3、SiO2、FeO等,次要化学成分为Cu、Mo、Ni、Pb、Zn、Ba、Co、Ag、Sr等微量元素。

主要有益组分为V2O5,其含量最高为2.01%,最低为0.50%,平均为0.78%～0.95%,矿床有用组分分布较均匀。

有害组分及其含量分别为CaO:0.95%～1.20%,MgO:1.26%～1.71%,Al2O3:56.58%～64.56%,SiO2:8.55%～11.38%,FeO:1.62%～16.42%。

矿石中伴生组分较多,Cu:10×10-6～700×10-6、Ni:10×10-6～500×10-6、Co:10×10-6～40×10-6、Pb:10×10-6～200×10-6、Zn:50×10-6～300×10-6、Mo:50×10-6～1 000×10-6、Ag:0.3×10-6～2×10-6、Cr:180×10-6～200×10-6、Sr:80×10-6～100×10-6、Y:10×10-6～30×10-6、As:11.96×10-6～30.18×10-6、Ti:0.30%～0.38%、Ba:0.31%～1.11%。

3.3 矿石组构

矿石多具变余砂质泥质结构、泥质结构、鳞片变晶结构,板状构造。主要由鳞片变晶的绢云母和少量片状变晶的白云母作定向排列形成。由于受构造的影响,矿石(高岭石粘土岩)有时为碎裂结构,由石英硅质沿破碎的细小裂隙充填,呈网状分布而显示破碎结构的特征。

4 矿床成因类型

矿区钒矿呈层状或似层状分布,具有稳定的层位,根据岩矿鉴定,其含矿岩性均为粘土质、砂质和石英颗粒,充分说明了区内钒矿为沉积型成因。其钒矿的形成大致经历了粘土吸附—后期活化富集两个阶段。

4.1 粘土矿物的吸附作用

古陆(岛)的风化剥蚀、远洋海底火山喷发,为区内钒矿的沉积提供了物源基础;在早寒武世,该区位于陆棚或陆棚外缘斜坡—陆棚边缘盆地的较深水带,海水处于闭塞滞留、水动力较弱、缺氧、还原—强还原环境,利于有机质的保存和聚集,为钒矿成矿的必要条件;成矿岩系中含有大量的粘土矿物、二氧化硅和其他胶体,通过对钒元素的吸附作用使钒元素初步富集。

4.2 成岩后生阶段的活化富集作用

随着温度、压力的增高,伴随区域变质热液活动的加剧,粘土矿物向云母类逐渐转化,呈吸附状态的钒元素也被活化,全部或部分以类质同象形式置换其他元素进入云母晶格中,从而富集形成工业钒矿体。

5 找矿标志

矿区钒矿赋存于寒武系下统庄子沟组之中,以浅色(浅灰色、灰白色、灰白带绿色、浅紫红色、灰黄色)砂质板岩为含矿母岩,底部与黑色厚层硅质岩(杨家堡组)分界,顶部常夹黑色薄层硅质岩或硅质板岩,层位稳定。其上为寒武系中—下统岳家坪组浅灰色厚层白云岩,其下为震旦系灯影组灰白色厚层白云岩,找矿标志明显。区域上含钒岩系主要由硅质、泥质、粉砂质、炭质、石煤以及含碳的碳酸盐岩所组成,为一套“黑色岩系”。因此,“黑色岩系”这个特殊岩系是区域上寻找钒矿的良好的岩性找矿标志。“黑色岩系”厚度大、稳定,钒矿层相对也好。在鄂西北地区,即以杨家堡组为代表,但是在郭沟矿区,不仅与区域上存在着较大的差异,就是与附近地区的杨家堡组也存在着较大差异。差异有三:其一在颜色上,本矿区内含矿岩系为一套“浅色岩系”,主要物质成分为粘土质、砂质,组成的主要岩性为浅灰—灰白色、灰白带绿色、灰黄色、浅紫色砂质板岩,高岭石粘土岩。局部偶见含炭质,深部200余米钻孔所见岩(矿)芯也与地表岩性一致。本矿区发生此种现象可能是由于本地区岩石变质程度相对较深而引起的脱炭所致;其二在厚度上,杨家堡组一般厚度都为200～300 m以上,具有几个含矿层位。而在郭沟矿区,与其相当的杨家堡组(含庄子沟组)仅厚30余米,只有一个含矿层位;其三在含矿母岩上,杨家堡组主要为一套灰黑色薄层状含碳硅质岩(厚层硅质岩不含钒)。在郭沟矿区含矿母岩则为一套浅色的砂质板岩、铝土质粘土岩,其硅质岩不管是薄层还是厚层均不含钒。郭沟矿区找矿标志虽然与区域上存在着较大差异,但总观其貌,区内整套含矿岩系组合与区域上还是有相同之处的,即郭沟矿区现划分的杨家堡组黑色厚层硅质岩和其上庄子沟组含钒砂质板岩、上部薄层硅质岩组合与区域上该含钒层位岩性大致相同。

6 结论

郭沟钒矿主要受沉积变质作用控制,上、下地层标志明显。对于鄂西北地区的这套黑色岩系地层,岩层中的钒、钼等元素较上、下其它地层普遍偏高,应是寻找钒、钼矿的有利地段,但至今已知有规模的矿产地却不多,因此,应加大对这套黑色地层含矿性的研究,同时注重钼、铀、磷矿的综合找矿,可结合物探、化探等工作,以期在找矿方面有一个较大的突破。

[1] 金经炜,等.湖北省区域地质志[M].北京:地质出版社,1990:585.

[2] 陈公信,等.湖北省岩石地层[M].武汉:中国地质大学出版社,1996:87-89.

[3] 矿产工业要求参考手册[S].北京:地质出版社,1986.

(责任编辑:于继红)

Basic Characteristics and Prospecting Significance of Guogou Vanadium Ore in Yunxian

HUANG Xiangzhi1,WEI Shunlin1,CHEN Xiaolin1,LIU Youping2
(1.Hubei Institute of Geological Survey,Wuhan,Hubei430034;2.Hubei Institute of Geological Sciences,Wuhan,Hubei430034)

Guogou vanadium ore is located atLiangyun district in theQinling stratigraphic region.The regional structure is on the Qinling fold system at the northernmargin of theWudangMountain anticlinorium.The ore-bearing stratum with three belts,eleven ore bodies is a set of low metamorphic black slate in Zhuangzigou For mation of Early Cambrian.V2O5grade of ore gets up to 2.01%with average of 0.80%～1.05%.Ore bodies are controlled by sedimentary metamorphis m.Black rock series are important prospecting criteria,therefore,it is positive significant for prospecting s imilar mineral resources in northwestern Hubei Province through the study of the black strata.

black rock series sedimentary;metamorphism;Zhuangzigou Formation;Guogou vanadium in Yunxian

P618.61

A

1671-1211(2010)03-0233-05

2009-11-18;改回日期:2009-12-21

黄祥芝(1966-),女,高级工程师,地质专业,从事地质矿产研究工作。E-mail:huangxz7945@sina.com