江西武宁县桐梓岭钒矿地质特征与成因浅析

吴文钧，熊 燃

（1.江西省地矿资源勘查开发中心，江西 南昌 330001 ；2.江西地勘局赣西地质调查大队，江西 南昌 330030）

1 区域地质背景

桐梓岭钒矿区地处赣北修武成矿区内。其中，北部九宫复式背斜、南部九岭复式背斜及中部修武复式向斜构成了近东西向的区域构造格架。

区内地层从中元古界到新生界，除缺失侏罗系、白垩系、泥盆系、石炭系的部分地层外，其它各系均较发育。其中，新元古界双桥山群组成了该区浅变质褶皱基底，以近东西向紧闭同斜复式褶皱（麒麟山复向斜和石溪—阮家复背斜）叠加近南北向圆滑褶皱为特征。震旦系-下三叠统组成近东西向复式褶皱（修武复式向斜大椿—柘林复向斜之辽姑源向斜）与滑脱构造系统为主体的盖层构造型式。晚白垩世表现为陆相红色断陷盆地[1]。

区域范围内岩浆岩不发育，仅局部见有少量花岗斑岩脉露头，与该区钒矿成矿关系不密切。

区域范围内矿床或矿（化）点不多，主要有钒矿、石煤、建筑板岩等。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层由老到新依次为新元古界双桥山群、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系和第四系（图1）。其中，双桥山群安乐林组第二至第五岩性段主要分布于矿区西、南缘，由浅海相变质碎屑岩组成，为本区最古老的基底层。矿区中部出露震旦纪地层，为一套滨海河流相石英砂岩建造、冰河相碎屑岩建造以及局限台盆相泥质、碳酸盐岩建造，与双桥山群呈不整合接触。下古生界寒武系、奥陶系、志留系出露于矿区中、南部，为一套半封闭潮坪-潟湖相炭质泥页岩建造、浅海相碳酸盐岩-碎屑岩建造，奥陶纪、志留纪地层多呈带状出露于矿区南部，与成矿关系不大[2]。

2.2 构造

矿区构造复杂，北部由新元古界双桥山群区域浅变质岩组成近东西向紧闭同斜复式褶皱，为本区褶皱基底；中部—南部由震旦系-志留系组成以近东西向复式褶皱（大椿—柘林复向斜之辽姑源向斜北翼）与滑脱构造系统为主体的盖层构造型式，总体呈一单斜构造。

（1）褶皱

基底构造以近东西向紧闭同斜复式褶皱为主，发育有近东西向麒麟山复向斜和石溪—阮家复背斜。盖层褶皱主体为辽姑源向斜（属于区域性近东西向大椿-武宁复向斜西段主要组成部分）, 翼部地层为震旦系-志留系，呈单斜构造，走向近东西向，倾向南，倾角50°左右[3]。

（2）断裂

区内发育一套完整的滑脱构造系统，由下伏系统、主滑脱带和滑动系统三部分组成：①下伏系统由新元古界双桥山群浅变质碎屑岩组成，表现出一定的柔性，以近东西向紧密同斜复式褶皱为特征，并发育小规模脆韧性剪切带；②主滑脱带(一级滑脱带)呈近东西向沿基底与盖层之间的接触界面展布，区内出露长度12km，宽5～100m，主滑面倾向南（盖层），倾角50°左右。主滑脱带靠基底一盘，往往发育脆韧性变形，或叠加由基底岩系组成的构造角砾岩。主滑脱带上盘地层发生不同程度的滑失，岩石常见硅化或发育石英脉；③矿区范围内的滑动系统由震旦系—志留系组成，具有依次控制的多级别滑脱构造特征，在平剖面上可划分为两个Ⅱ级滑脱带及其所分隔的三个滑动层系，各Ⅱ级滑脱带的滑面产状与地层产状基本一致。

矿区除发育顺层滑脱断裂外，还发育二条规摸较大的北东向断裂带（F1、F2），其中F1破碎带倾向南东，倾角约60°，宽约10m～30m，延伸大于10km（向南西延伸出矿区范围），断层性质为压、压扭性，断距大于1000m。F2破碎带倾向南东，倾角约65°，宽约5m～10m，延伸2.5km，断层性质为压、压扭性，平面上发生明显的左旋平移运动，断距约500米。

图1 桐梓岭钒矿区地质略图

表1 钒矿层划分表

2.3 岩浆岩

矿区范围内仅在个别钻孔中见有花岗斑岩脉，围岩为硅质岩，两者呈侵入接触关系，与区内钒矿体无关系[4]。

3 矿床地质

3.1 赋矿地层

底-下寒武统荷塘组(∈0-1h)是本区钒矿的重要赋矿层位，岩性主要由黑色薄-中厚层状炭质泥（页）岩、石煤层及少量硅质页岩组成。其下部主要为炭质硅质页岩夹炭质泥（页）岩及石煤层。炭质硅质页岩单层厚5cm~10cm，在泥（页）岩及石煤层中常含有结核，结核呈球形或扁球形，直径10mm~20mm，大者为100mm~200mm，底部结核较大，往上变小，成分为硅质、泥质、磷质。中部为灰黑色薄-中厚层状炭质泥岩（页）岩夹石煤，局部地段（中下部）石煤层夹炭质泥（页）岩，偶夹炭质硅质页岩及数层薄层状灰黑色、灰白色灰岩、钙质页岩。在岩石中见有黄铁矿结核及磷结核。上部为中厚层状炭质泥（页）岩，顶部见薄层硅质岩。该组地层与下覆地层呈滑脱断层接触。

3.2 矿体特征

区内矿体主要为含钒炭质页岩层，根据其产出层位的不同，并结合矿体形态、矿石类型特点，由下至上可划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层（图2）。其中Ⅰ号矿体所占资源量比例大（约占43.84%），为主矿体；Ⅱ号矿体所占资源量约为33.42%；Ⅲ号矿体为次要矿体（占资源量22.74%）。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体的顶底板及其附近一般发育1-2层低品位矿层。各钒矿层划分见表1。

三层钒矿体均赋存于荷塘组中、下段，受层位控制而呈层状、似层状产出，产状与围岩地层一致，走向总体北西西—南东东向，倾向南，倾角40°～60°，走向上和倾向上均呈舒缓波状展布。矿石和围岩均为炭质页岩，两者之间无明显划分界线。各矿体特征详见表2。

表2 矿体特征表

图2 桐梓岭矿区 24线勘探线剖面图

3.3 矿石类型

区内矿石类型因含钒矿石母岩不同分为含钒石煤矿石、含钒炭质页岩矿石、含钒炭质硅质页岩矿石三种类型，这三种矿石类型在矿石选冶性能方面无明显差异。此三种矿石类型在区内已查明的三层钒矿体中均有分布，所占比重略有差异，其中：Ⅰ号钒矿体以含钒石煤矿石、含钒炭质页岩矿石为主，含钒炭质硅质页岩矿石次之，三种矿石类型沿矿体垂向上有一定的分带性；Ⅱ号钒矿体以含钒炭质页岩矿石为主，含钒炭质硅质页岩矿石次之，仅局部为含钒石煤矿石，此三种类型矿石在空间分布上呈渐变过渡，无明显规律性；Ⅲ号钒矿体以含钒炭质页岩为主，含钒石煤矿次之，局部为含钒炭质硅质页岩，此三种矿石类型在空间分布上也无明显规律性。

4 钒矿富集机制及矿床成因

4.1 钒矿富集机制

（1）钒矿富集程度与沉积物颗粒度有关。沉积物颗粒越小，其所具有的比表面积越大，对金属阳离子（如钒、铀、钨、钼等）的吸附力越强。如区内炭质页岩、石煤中V2O5含量较荷塘组组上段及观音堂组粉砂质泥岩中V2O5含量要高许多。

（2）钒矿富集程度与岩石矿物成分有关。钒含量因岩石中炭质、泥质及硫、磷含量高低而随之变化。如炭-泥质及硫-磷含量在炭质页岩中较炭-硅质页岩中高，则前者更富钒。

（3）钒矿富集程度与层位有关。钒矿主要赋存于底-下寒武统荷塘组中下段，且品位富、层位稳定。如Ⅰ、Ⅱ号工业矿层V2O5平均品位0.80%～0.82%；往上部矿层的品位则逐渐变贫，矿层规模变小，如Ⅲ号矿层V2O5平均品位0.74%，再往上则过渡到无钒矿层位。

4.2 矿床成因浅析

区内钒矿体主要产于底-下寒武统荷塘组中下段黑色页岩中，该层普遍含磷质、炭质、黄铁矿结核，且该层位赋钒矿在修武地区具普遍性和区域性特点，如武宁县硐门钒矿、修水县大椿钒矿、都昌县南山钒矿等均产于此层位。同时，该层也是潜在的页岩气层。

寒武纪早期，区内属赣湘内陆海北部海域，低洼的次深海沉积环境。含钒石煤矿石在镜下可见0.05mm的球粒结构和鲕粒结构，成分主要为炭质和磷灰石，可能为藻类植物化石遗迹，同时矿石中还常见有黄铁矿、白云石等指示成生环境的标志矿物，可以推断，区内在早寒武纪时期气候温暖湿热、水体宁静停滞，藻类生物的空前繁盛使水体发生缺氧事件，大量藻类尸体得以在还原条件下保存，同时与陆源碎屑沉积物混合形成有机软泥，经堆积-埋藏-石化形成黑色岩系。

陆源向海域补给大量碎屑物的同时，也携入了大量的硅质、磷质以及钒、铀、钨、钼等金属元素。

由于泥质、粘土质和有机质胶体具吸附性，能够吸附铀、钒、钴、钨、钼、银、金、汞等元素，使其随有机质磷、硫、硅结核和粘土一起赋存于黑色岩系中，其中铀、钒、钴、钨、钼等局部富集便形成工业矿床或伴生矿床。

由上所述，矿体的形成既受底-下寒武统这一稳定时序的控制，又与当时的古地理与浅海-次深海海区缺氧古气候沉积环境相关，桐梓岭钒矿属沉积变质型矿床。

[1]江西省地矿资源勘查开发有限公司.江西省武宁县桐梓岭矿区钒矿详查地质报告[R],2009.

[2]叶少贞,孔凡兵.修武地区黑色岩系型钒矿地质特征及成因浅析[J].资源环境与工程,2006,10(5):501-504.

[3]熊玉生,李旭辉,杨述旭,等.江西硐门矿区沉积型钒矿地质特征及成矿因素分析[J].资源环境与工程,2009,23(6):767-770.

[4]陈浩文,刘进先,熊宽.江西修水地区钒矿浅析及其成因探讨[J].“资源保障环境安全——地质工作使命”华东六省一市地学科技论坛文集,2011:371-375.