河南内乡县黄金坡钒矿成矿特征及找矿方向

王云鹏，王海军，李 欣，薛杉杉

(1.河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，河南 郑州 450016；2.舞阳矿业有限责任公司，河南 舞钢 462500；3.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160)

0 引 言

钒是一种过渡金属元素，应用十分广泛，在钢铁、有色金属、化工、合金、超导材料、汽车等工业领域都是不可或缺的重要元素，国际、国内对钒的需求与日俱增，加快钒矿资源的勘查开发，符合我国国民经济和地方经济建设的需要。因此，研究各类型钒矿的地质特征，并对矿床进行综合研究有利于扩大钒矿资源储量，有十分重要的意义。本文通过对内乡县黄金坡钒矿区成矿条件、矿体特征、矿石质量等方面的研究，指出矿区成矿模式及其找矿方向，为寻找类似矿床提供依据。

1 成矿地质条件

内乡县黄金坡钒矿区内位于秦岭褶皱系南秦岭褶皱带东段，荆紫关-师岗复向斜北翼，主构造线呈北西西向展布[1]。

区内出露地层属秦岭地层区南秦岭分区淅川小区[2]。以区域性淅川断裂带为界，以北为元古界结晶基底，为一套浅-中深变质的基性火山岩-火山碎屑岩系，出露地层主要有下元古界陡岭杂岩(Pt1dl)、中元古界蓟县系姚营寨组(Pt2y)、上元古界青白口系耀岭河岩群(Pt3y)；以南为沉积盖层，主要有震旦系及古生界滨海-浅海相沉积碳酸盐岩夹碎屑岩、火山碎屑岩等，主要出露有震旦系的陡山沱组(Z2d)和灯影组(Z2dn)、上古生界寒武系下统水沟口组(∈1s)、中统岳家坪组(∈2y)、上统石瓮子组(∈3s)、奥陶系下统白龙庙组(O1b)及牛尾巴组(O1n)、中统岞山曲组(O2z)及上统蛮子营组(O2-3m)、志留系下统张湾组(S1z)、上古生界泥盆系上统白山沟组(D3b)、王冠沟组(D3w)、葫芦山组(D3h)、石炭系下统下集组(C1x)、梁沟组(C1l)中统三关垭组(C2s)；区域东北部覆盖在元古界基底的是一套白垩系亚热带气候条件下浅湖沉积的岩系，主要出露地层为中生界白垩系下统白湾组(K1b)及上统高沟组(K2g)、马家村组(K2m)、寺沟组(K2s)[3]。区域上钒矿赋存于寒武系水沟口组底部硅质岩和黏土岩中。

以淅川断裂为界，划分为元古界基底和盖层两大构造层。基底构造由元古界构造-岩浆杂岩-地层单元组成，发育一系列巨型北西西向韧性剪切带，分割了不同构造地层单元。盖层构造由晚震旦纪-古生代沉积地层组成，构造变形简单，荆紫关-师岗复式向斜为主控构造架，褶皱总体走向北西西，南翼北倾，北翼南倾，倾角30～70°，核部相对较为开阔，为一向西低角度翘起的开阔近直立复式向斜构造。

区内侵入岩主要分布在淅川断裂带以北地区，火山岩主要有武当岩群中酸性火山岩与耀岭河群中基性火山岩，形成呈北西西向展布的复杂岩浆岩带。岩浆活动强烈，从大面积海底火山喷溢到浅成、深成侵入岩均有分布。

2 矿体地质特征

2.1 矿区地质简介

矿区地质比较简单,主要为丘陵地区,地层出露较好，出露岩层主要为上元古界震旦系灯影组(Z2dn)、下古生界寒武系下统水沟口组(∈1s)、中统岳家坪组(∈2y)、上统石瓮子组(∈3s)、奥陶系下统白龙庙组(O1b)和新生界第四系(Q)等。矿区位于荆紫关-师岗复向斜北翼，区内未见断层及岩浆岩出露(图1)。

1-第四系；2-奥陶系白龙庙组下段；3-寒武系上统石瓮子组；4-寒武系中统岳家坪组上段；5-寒武系中统岳家坪组下段；6-寒武系下统水沟口组上段；7-寒武系下统水沟口组中段；8-寒武系下统水沟口组下段；9-震旦系灯影组上段；10-震旦系灯影组中段；11-震旦系灯影组下段；12.黏土岩型钒矿；13-硅质岩型钒矿；14-地质界线；15-平行不整合接触界线；16-采坑及编号；17-探槽及编号；18-勘探线及编号图1 内乡县黄金坡钒矿地质图(资料来源：文献[2])

2.1.1 含矿岩系

含钒岩系主要赋存于寒武系下统水沟口组中段(∈1s2)，为一套石煤、黏土岩组合，局部夹有薄层硅质岩。厚度一般为4～13 m，最大厚度22.4 m。炭质黏土岩与杂色黏土岩沿走向和倾向均为相变过渡关系，一般分布在杂色黏土岩上部，有时夹在其中，有的部位甚至以炭质黏土岩为主直接与硅质岩接触。地表由于氧化作用，使炭质逸掉，岩石呈白色，似泥岩，深部为墨黑色，染手，与杂色黏土岩界线不规则，厚度一般是3～10 m，最大厚度17.5 m。产状：倾向5～40°，倾角45～85°。杂色黏土岩与炭质黏土岩同时出露时最大厚度为23 m。

杂色黏土岩。呈土黄、灰白、灰绿、紫红色等色，泥质结构，页片状-块状构造，主要矿物成分为黏土矿物、含少量方解石、硅质及氧化铁等。黏土矿物呈显微磷片状集合体定向分布，镜下粒度细小，大小为0.02 mm×(0.005～0.01) mm×0.08 mm，个别颗粒粒度相对较大，为0.08 mm×0.2 mm，鳞片间结合紧密，相互混杂，无定向分布，黏土矿物含量占矿物总成分的99%；被氧化铁渲染，有些氧化铁聚成斑点，呈粒状或团状聚集，大小为0.02～0.4 mm，局部呈不规则线纹状，不均匀分布，铁质含量占矿物总成分的1%；方解石为隐晶质粒状呈交错的薄层状集中。该岩层疏松破碎，风化后呈土状，局部钙质增多变成钙质黏土岩，下部有时夹有硅质岩细条带及小碎块，中下部夹有磷结核，但量少无工业价值。

炭质黏土岩。黑色，泥质结构，块状构造，主要矿物是黏土矿物和炭质，含少量铁质及长英矿物粉砂，副矿物有锆石、磷灰石等。黏土矿物呈显微鳞片状，被炭质混染，一级灰白干涉色,含量占矿物总成分的70%～75%；炭质呈黑色不透明，无晶形,含量占矿物总成分的25%～30%；铁质呈红褐色，浸染状分布，他形粒状，颗粒细小，粒径大部分小于0.01 mm,含量占矿物总成分的1%～2%；长英质粉砂分布较分散，棱角状，粒径0.03～0.15 mm。

石煤。黑色，泥质结构，块状构造，主要矿物是煤、黏土矿物、含少量铁质等，煤为黑色不透明，无晶形，含量占矿物总成分的60%～65%；黏土矿物呈显微鳞片状，结晶程度较好，鳞片大小一般0.02～0.15 mm，一级灰白干涉色，近定向排列，含量占矿物总成分的30%～35%；铁质呈红褐色，含量占矿物总成分的4%～6%。

2.1.2 含矿层出露及特征

钒矿层赋存于寒武系下统水沟口组下段的泥质硅质互层及中段的黏土岩岩层中。该段在区域上层位稳定，总体上近于北西西-南东东向延伸，局部产状有所变化。含矿层顶板为寒武系下统水沟口组上段灰黑色结晶灰岩或紫红色泥质条带灰岩；含矿层底板为寒武系下统水沟口组下段的厚层硅质岩，含矿层顶底板与含矿层界线清楚。含矿层中泥硅质岩互层和黏土岩钒含量变化较大，一般泥硅质岩的上部和黏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。

2.2 矿体特征

全区共划分出3个钒矿体，编号为Ⅰ号、Ⅱ1号、Ⅱ2号钒矿体，其特征见表1。

表1 矿体特征一览表

资料来源：文献[2]。

3 矿石特征

3.1 矿石类型

钒矿石主要为黏土岩型钒矿石及泥硅质岩互层型钒矿石。

3.1.1 黏土岩型钒矿石

呈土黄、灰白、灰绿、紫红色等色，泥质结构，页片状-块状构造，主要矿物成分为黏土矿物、含少量方解石、硅质及氧化铁等。该岩层疏松破碎，风化后呈土状，局部钙质增多变成钙质黏土岩，下部有时夹有硅质岩细条带及小碎块，中下部夹有磷结核。

3.1.2 泥硅质岩互层型钒矿石

灰绿色，隐晶-微晶结构，层理构造，主要矿物成分为硅质、黏土矿物及铁质等，硅质部分为隐晶-微晶状玉髓，大小小于0.01，由于粒度细小而混浊不清，颗粒间界线模糊，不易分辨。石英与玉髓、黏土矿物相间呈层状分布，含量占矿物总成分的80%～90%；黏土矿物呈显微鳞片状集合体，成分为高岭石和伊利石，两者混杂，整体呈定向性与石英相间呈层状构造，含量占矿物总成分的10%～20%；铁质呈尘点状或线纹状，不均匀分布，含量约占矿物总成分的1%。

3.2 矿石成分

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黏土岩或黏土岩中，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 矿石的化学组分

各主矿体矿石的主要化学成分基本一致，相对而言SiO2、Fe2O3、Na2O、CaO、MnO、Fe含量变化不大；Al2O3、MgO、K2O、TiO2的含量，黏土岩型钒矿比泥硅质岩互层型钒矿含量要高；V2O5含量，泥硅质岩互层型钒矿相对于黏土岩型钒矿要高。有用组分为钒，由矿石的化学成分可知(表2)，矿区内钒矿石属于酸性矿石类型。

表2 黄金坡钒矿区化学全分析结果表

注：国土资源部郑州矿产资源监督检测中心河南省岩石矿物测试中心检测。

3.2.3 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。主要特征如下所述。

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。

对于糖尿病患者给予强化健康教育，可以提高糖尿病患者的治疗依从性，进而改善糖尿病治疗效果，值得参考借鉴。

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、黏土质矿物紧密共生，钒云母、钒水云母含量高，则V2O5品位亦高。

3.2.4 矿石的结构构造

1) 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。

2) 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。由于受构造的影响，矿石(高岭石黏土岩)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。

3.2.5 矿体围岩和夹石

矿体夹石有2个显著特点：①矿体总厚度愈大则夹石层数愈多，一般为1层,局部见有2层；②夹石岩性均含矿，含矿夹石有黏土岩及泥硅质岩等，V2O5含量多数大于0.25%～0.35%。

矿体的夹石率与矿体总厚度一般呈正比关系，即多见于矿体厚大部位，个别多见于矿体边部系由矿体贫化分岔尖灭造成。圈入矿体的夹石率小于32%，剔除于矿体外的夹石占68%，一般1层，局部见有2层。单层夹石厚度一般2.07～11.03 m，大多夹石厚度在3～4 m。夹石层位不稳定，沿走向和倾向变化均较大(图2)。

1-第四系；2-寒武系下统水沟口组上段；3-寒武系下统水沟口组中段；4-寒武系下统水沟口组下段；5-震旦系灯影组上段；6-黏土岩型钒矿；7-硅质岩型钒矿；8-泥质条带灰岩；9-黏土岩；10-硅质岩；11-白云岩；12-硅质白云岩；13-石煤图2 内乡县黄金坡钒矿30号勘探线剖面图(资料来源：文献[2])

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黏土岩、硅质岩，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。

4 矿床成因类型

翟裕生等[4]认为本区钒矿床为沉积型矿床。根据本矿床所处的大地构造位置及含矿岩系地质特征，结合矿石的结构、构造等综合分析，本区钒矿成因为沉积海相还原环境下的沉积产物[5-7]。钒矿床的形成经历了黏土吸附-后期活化富集两个阶段。

4.1 黏土矿物的吸附作用

早寒武世时期，随着全球海平面的上升，火山喷发的丰富的营养物质随海水从东南部侵入扬子陆棚海，西北部古陆被剥蚀的陆源物质随海水从西北方向侵入杨子海，他们都带来了丰富的钒元素和生物需要的营养物质；在上升流的促进下，这些物质与海水相互作用，海水中一部分钒被黏土吸附渐渐沉淀下来。

4.2 成岩后生阶段的活化富集作用

在震旦纪南沱冰期之后，气候回暖，生物活动频繁，富氧水域中存在大量的浮游生物，它们汲取钒等微量元素，生物死后，钒从生物体中释放出来，一部分沉淀，一部分继续进入生物链中，而生物遗体分解生成的有机酸与硫化氢造成的酸性还原环境，又是促进钒的富集与沉淀的重要因素。

5 找矿标志

地层。钒矿分布于寒武系下统水沟口组泥硅质岩互层和黏土岩中，该组地层在区域上稳定，近东西向延伸近40 km，矿体顶板为灰黑色结晶灰岩或紫红色泥质条带灰岩，局部相变为紫红色页岩，底板为寒武系下统水沟口组厚层硅质岩。

黑色岩系。矿层底板为深灰色、灰黑色硅质岩，局部为炭质黏土岩；顶板为深灰色、灰黑色含粉砂质炭质黏土岩[8-10]。

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水海湾-深海湖。

6 找矿方向

6.1 矿床成矿基本规律

矿体赋存于寒武系下统水沟口组的黑色薄层硅质岩、黏土岩及石煤中，矿体成因为沉积海相还原环境下的沉积产物。矿体严格受地层控制，为较稳定沉积矿层。小型褶皱发育地段是矿体较易富集的地段。

6.2 找矿方向

黄金坡钒矿为沉积型矿床，赋存于一套黑色岩系地层中，找矿标志明显。这套黑色岩层中的钒、钼等元素含量普遍偏高，是寻找钒矿、钼矿的有利地段，应加大对这套黑色地层的综合研究，同时注重铀、磷、钼矿的综合找矿。此外，黄金坡钒矿区前期工作时间紧张，除已控制的钒矿体规模外，在其倾向上矿体的找矿前景仍然较大。

综上，在黄金坡钒矿区，无论从找矿广度或者找矿深度而言，都存在较大的找矿远景。