郧县董坪钒矿床地质特征及找矿潜力分析

【摘 要】本区钒矿体赋矿岩石为寒武系底部水沟口组的粘土岩中，是多种元素富集成矿的有利岩层，矿床严格受控于地层。董坪钒矿区位于紫荆关―永青山复式向斜西南翼，本文对该矿床的地质特征、矿床成因、找矿标志及找矿潜力进行了讨论。

【关键词】郧县；董坪钒矿；地质特征；潜力分析

区域位于青峰―襄攀深大断裂以北，属一级大地构造单元秦岭褶皱系，南秦岭冒地槽褶皱带庙川褶皱束，紫荆关―永青山复式向斜西南翼、高庙穹隆北侧。区域构造形迹主要表现NW向的褶皱、断裂构造，构造区划属南秦岭褶皱系，构造变形十分复杂，多次岩浆活动强烈频繁。

1 成矿地质条件

1.1 区域地质背景

矿区所在区域广泛发育前寒武纪变质火山―沉积岩系和古生代海相沉积岩系，其中，古生界底部的下寒武统黑色岩系是本次矿产勘查的主要对象[2]。中生界仅零星出露有白垩系上统，新生界第四系松散堆积主要在沟谷、河流中分布。断裂构造以北西为主，断层规模较大，长4～40km，多为走向断层。北东向断层为次要断层，断层规模较小，长1～4km，切断地层及北西向断裂（图1）。

图1 董坪钒矿区区域地质简图

Fig.1 DongPing vanadium mine geological sketch

区域地层为海相沉积的含炭泥质―硅质―碳酸盐建造，富含V、P及石煤的黑色含矿岩系，另有白垩系上统的砂岩、砂砾岩。

区域出露的主要地层自老至新依次为：中元古界挡鱼河组上亚组（Pt2wd2）、上元古界震旦系耀岭河组（Z1y1）、陡山沱组（Z2d）、灯影组（Z2dn），下古生界的寒武系水沟口组（∈1sg）、岳家坪组（∈2y）、上寒武至下奥陶系、白垩系寺沟（K2s）组、上古生界泥盆系（D）、下石炭系（C）、新生界第三系、第四系（Q）。寒武系为一套浅海相沉积地层，岩性为碳酸盐岩类夹细碎屑岩及火山碎屑岩等，区域上钒矿赋存于下寒武统水沟口组底部硅质岩和粘土岩中。

区域构造形迹比较复杂，褶皱及断裂构造发育。对矿区地层有影响的褶皱主要为测区东北部的白浪向斜，该向斜出露长4km。分别向陕西、河南延伸。以下石炭统为核部，翼部为泥盆统系、奥陶系等地层。轴向NWW-SEE，岩层倾向南，倾角60°～70°，向北倒转。为另一个向斜构造的一翼。局部伴随有次一级褶皱构造。

区域内岩浆岩主要为西南部的变辉绿岩体，为侵入岩，主要岩石类型有变辉绿岩、变辉长辉绿岩等，呈岩株状产出。

1.2 矿区地质特征

1.2.1 地层

区内出露的地层有：新元古界震旦系上统（Z2dn）；寒武系下统水沟口组 （∈1sg）、中统岳家坪组（∈2y）；新生界古近系及第四系。地层走向北西―南东向，倾向北东。地层岩性特征如下：

1）新元古界震旦系上统（Z2 dn）：灰白色中厚层状灰岩、白云岩、含燧石条带或团块灰岩、角砾状白云岩，间夹浅灰色白云质灰岩，局部偶见米黄色砂屑灰岩及紫红色泥质白云岩，偶见叠层石白云岩及纹层状白云岩。

2）下古生界寒武系下统水沟口组（∈1sg）：灰黑色粘土岩、紫红色泥（页）岩、间夹灰黑色含钒（磷结核）薄层状硅质岩、炭质粘土岩。为矿区钒矿主要赋存层位。分布于矿区的杨河―江峪―姚沟一线。与下伏震旦系呈整合或断层接触。

3）下古生界寒武系中统岳家坪组（∈2y）：上段为浅灰色泥质条带灰岩，中层状灰岩，间夹灰白色中层状白云岩、黄色或紫红色页岩；下段为浅灰白色中厚层状白云岩、白云质灰岩，偶见燧石条带状或团块。与下伏寒武系下统呈整合或断层接触。

4）新生界古近系：紫红色砂岩、砂砾岩。分布于矿区的东北部。

5）新生界第四系：分布在矿区的中部及北部，为冲积物、粘土、亚粘土、亚砂土、残坡积物等。

1.2.2 构造

1）褶皱

区内褶皱不发育，仅在局部露头见少量紧闭同斜或斜歪褶皱。

矿区总体构造线以北西向为主，构造格架表现为向北东倾的单斜构造，倾向351°～55°，倾角25°～75°，并有北西向、北东向的方解石岩脉切割改造，局部形成规模不大的由层间挤压所形成的小柔皱构造。

2）断层

区内断层不发育，在区内未发现较明显断层。

2 矿体地质特征[1]

钒矿层赋存于寒武系下统水沟口组下段的粘土岩层中。该段在区域上层位稳定，总体上于北西向延伸，局部产状有所变化。含矿层作为下寒武统的组成一部分，产状与上覆、下伏地层基本一致，含矿层与顶板寒武系上统岳家坪组细晶白云质灰岩及底板灰白色中厚层状灰岩、白云岩均呈整合接触。含矿层中粘土岩钒含量变化较大，一般粘土岩的下部钒含量较高，形成矿体，矿体与顶、底板界线不清，只能据化验分析结果区分。

矿体呈似层状产于粘土岩或炭质粘土岩（间夹薄层状硅质岩）中，根据样品分析结果，结合矿体空间形态，矿区内圈出2个矿体，形态较简单，矿体（层）产状较为稳定。其特征如下：

Ⅰ号矿于矿区的西北部江峪一带，矿体控制长度约640m，倾向宽度140m，矿体倾向20～35°，倾角43～56°，矿体赋存标高：+358m～+262m；矿体呈似层状，夹石较少，真厚度1.28～9.47m，平均3.66m，厚度变化系数74.01%，属较稳定型；V2O5品位： 0.71～1.26%，平均 0.94%，品位变化系数24.42%，属较均匀型。

Ⅱ号矿于矿区的东南部杨河一带，矿体控制长度约680m，倾向宽度200m，矿体倾向10～45°，倾角43～49°，矿体赋存标高：+362m～+181m；矿体呈似层状，夹石较少，真厚度0.97～4.80m，平均2. 11 m。厚度变化系数70.30%，属较稳定型；V2O5品位： 0.70～2.21%，平均 1.03%，品位变化系数56.19%，属不均匀型。

3 矿石特征

3.1 矿石类型

根据矿石的结构、构造、矿物成分，区内矿石的自然类型为粘土岩型钒矿石。该类型矿石以粘土岩、含硅粘土岩为主，局部为含炭粘土岩、杂色粘土岩及薄层硅质岩等。矿石具微定向构造，变余泥质显微鳞片变晶结构。含钒矿物主要为含钒水云母及少量的钡钒云母等。

3.2 矿石的矿物成分及结构构造

3.2.1 矿石的物质成份

本矿区钒矿物主要有用矿物为含钒水云母、钡钒云母、钙钒榴石等。脉石矿物主要为泥质、炭质等。其中云母类矿物可占矿石中钒总量的80%以上，含钒水云母呈显微鳞片状富集于炭质粘土岩或粘土岩中，一般与炭质密切共生；而钡钒云母呈鳞片状与硅质密切共生。

3.2.2 矿石的矿物特征

根据矿体矿石组合特征分析，矿石差异较小。主要特征如下：

①椭圆球状磷结核在钒矿层中的出现对V2O5品位有指示作用，含矿层中磷结核数量较少，V2O5品位则低；磷结核含量高，V2O5品位亦高。

②黄绿色钡钒云母、钒水云母是标志矿物，钒云母、钒水云母呈显微鳞片状，与硅质、粘土质矿物紧密共生，钒云母、钒水云母含量高，则V2O5品位亦高。

3.2.3 矿石的结构构造

矿石结构：主要为泥质结构、显微粒状鳞片变晶结构、隐晶质结构等。

①泥质结构：矿石中的炭质、粘土质含量较高，粘土质绝大部分为隐晶质细小粘土矿物集合体，其它矿物呈极为细小的颗粒，无论是标本鉴定还是镜下光片、薄片鉴定都很难找到，只能看到炭质呈均匀或不均匀分布的不透明尘点，表现为典型的泥质结构。

②显微粒状鳞片变晶结构：在部分矿石中泥质重结晶形成细小的鳞片状、纤维状水云母、钒钙云母等的集合体，集合体的粒度在0.005～0.02mm左右，这些鳞片状集合体与钙质、泥质混杂在一起，呈零星或局部相对聚集状大致定向分布、平行排列，见结晶片理。表现为鳞片变晶结构或显微鳞片变晶结构。

矿石构造：主要为块状构造或微层状、定向构造或千枚状构造、页理构造等。

①块状构造或微层状构造：该矿区的矿石主要由泥质、炭质组成，部分含有少量的硅质，岩石中的泥质和炭质呈致密均匀分布，石英颗粒均匀分散。变质作用使部分泥质重结晶形成细小的鳞片状绢云母，大致定向分布，形成细小的微层理。表现为块状构造或微层状构造。

②定向构造或千枚状构造：矿石中细小的鳞片状绢云母呈定向或大致定向排列，在镜下可以看到许多大致平行、极薄的片理，片理面呈丝绢光泽。呈现出典型的千枚状构造。

3.3 矿石的化学组分及含量

主要成分为SiO2（73.62%～73.98%）、Al2O3（5.59%～5.96%）、V2O5（

3.4 矿体围岩和夹石

由于该矿区钒矿体较小，矿体顶底板大同小异。矿体直接顶板岩石主要为粘土岩、白云质灰岩，其间接顶板岩石为白云质灰岩。直接顶板岩石经过了较强裂的风化作用，较松软。直接底板为粘土岩、白云岩，其间接底板岩石为白云岩。粘土岩较松软，白云岩、灰岩抗风化能力强，较坚固。

而矿体的直接围岩与矿体一样，同为寒武系下统水沟口组的炭硅粘土岩，由于受原始沉积环境的复杂变化，含矿层内包括钒元素在内的物质组分显得不够稳定，所以钒矿体与顶底板围岩的分界多呈过渡关系，只能依靠取样化验确定矿体与围岩的界限。矿体中的夹石也是通过取样分析圈定，即矿体内没有达到V2O5含量0.50%以上，厚度超过2.00m者，均作为夹石处理，由此可见，钒矿化的富集受成矿成岩物质来源、古地理环境、沉积时期的物理化学条件等多种因素制约。矿体完整，无夹石，钒矿体沿走向、倾向相变为粘土岩。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

翟裕生等[3]认为本区钒矿床为沉积型矿床。从矿区岩系、岩性及岩层、岩石结构构造可知含钒岩系形成于浅海盆地、陆棚边缘盆地环境。而浅海盆地、陆棚边缘盆地是一种富含微生物的沉积环境，浮游藻类等微生物的大量繁殖，有机质的还原性和吸附性，具有很强富集成矿的功能，并在成矿过程中起到了聚矿造流作用，表明钒是在有机质（生物化学）直接参与下发生成矿作用的，是生物化学富集作用的产物。沉积环境越稳定，对钒矿的富集越有利。

4.2 找矿标志

地层：钒矿分布于寒武系下统中，该组地层在区域上稳定，含矿层顶板为寒武系中统白云岩，底板为震旦系灰岩。

黑色岩系：含钒岩系主要为硅质、泥质、粉砂质、炭质、石煤以及含炭的碳酸盐岩所组成，为一套“黑色岩系”。因此，“黑色岩系”这个特殊岩系是寻找钒矿层的良好的岩性找矿标志。“黑色岩系”厚度大、稳定，钒矿层也好，而且矿层厚，品味也相对较富[4]。

伴生元素：主要为镍、磷，矿体内磷多呈结核状产于含炭较高的岩石中。

地理环境：原沉积环境是具有宁静的半封闭环境的浅海盆地、陆棚边缘盆地。

5 找矿方向及潜力评价

5.1 矿床成矿基本规律

1）董坪钒矿区内钒矿赋存于寒武系下段水沟口组的地层中，寒武系是一套浅海盆地相的碳硅泥质岩―钙镁质碳酸盐岩，是钒矿成矿的物质基础。因此该组岩石是本类型钒矿的赋矿层位。

2）钒矿层严格受地层控制，产状变化较大、膨大部位是成矿的有利部位。小型褶皱发育地段是矿体的富集地段。水沟口组底部的一套黑色硅质岩及泥岩组成本区钒矿带，钒矿床严格受控于地层。

3）钒矿层主要赋存在粘土质、炭质粘土岩组成的韵律层中，它是钒矿赋存和产出的主要部位，因此黑色岩系中的炭质粘土质，是寻找钒矿的重要岩石标志。

5.2 矿床潜力评价

董坪钒矿区除已控制的钒矿体规模外，在其走向及倾向上还有新增加矿体的远景仍然较大，因为沿矿体走向，两个矿体之间有近两公里未发现钒矿体，且倾向上控制深度也很浅。

以上依据表明，在董坪钒矿区，无论从广度或深度而言，都存在较大的找矿远景。

【参考文献】

[1]王云鹏，谢永德，王江平，等.湖北省郧县董坪矿区钒矿普查报告[R].河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，2011.10.29-2012.7.20.

[2]湖北省地质矿产局，湖北省岩石地层[M].武汉：中国地质大学出版社，1996，60-68。

[3]翟裕生，姚书振，周宗桂，等.长江中下游铜、金矿床、矿田构造[M].武汉：中国地质大学出版社，1999，20-100.

[4]胡呈祥，马占有，李铭，等.河南淅川地区地球化学特征及寒武系底部含矿性[J].地质调查与研究，2005（2）：106-109.