陕西安康地区紫阳钒矿地质特征及钒赋存状态研究

赵亮亮，郑崔勇，魏明强，石建国，汪志强，陶 蜜

(汉中西北有色七一一总队有限公司，陕西 汉中 723000)

1 区域地质

研究区地层区划属南秦岭地区岚皋—竹溪地层分区，地层由过渡基底和沉积盖层组成。过渡基底为一套强变形弱变质的酸性、基性火山碎屑沉积岩建造，为中晚元古界武当群、耀岭河群。沉积盖层为上古生界镁质炭酸盐岩建造及下古生界陆源碎屑岩—炭酸盐岩—中性火山岩建造，为震旦—寒武系鲁家坪组、寒武—奥陶系洞河群、志留系大贵坪组、志留系梅子垭组[1]。

研究区大地构造位置位于南秦岭北大巴山构造带次级构造—焕古滩—流水店复式向斜北翼，构造线总体呈北西向，与南北挤压体制一致(图1)。

区域侵入岩大多系加里东期岩浆活动的产物，侵入最新地层为志留纪，最老地层为新元古界，岩性为基性—碱中性—中酸性。主要分布志诚寨和胡家场单元两个侵入体。

图1 安康地区紫阳钒矿区域地质简图Fig.1 Geological map of Ziyang vanadium mine in Ankang area1—志留系下统梅子垭组；2—志留系下统大贵坪组；3—寒武—奥陶系洞河群；4—震旦—寒武系鲁家坪组；5—晚元古界耀岭河群；6—中元古界武当群；7—至诚寨侵入体辉长苏长岩；8—辉长辉绿岩；9—辉绿岩；10—胡家场单元正长斑岩—粗面岩；11—闪长岩；12—断层；13—钒矿点；14—研究区范围

研究区成矿区带属北大巴山裂谷带下古生代铁钒重晶石黄铁矿石煤带(Ⅲ级)[2]。区域上已知钒矿点均赋存于下寒武系地层中，严格受层位及岩性控制。如山阳县中村钒矿、商南县水沟钒矿、宁陕县大构园沟钒矿等，均属于沉积型矿产[3]。其中宁陕县大构园沟钒矿是近年来陕西境内新发现的中型钒矿床，属于南秦岭多金属成矿带黑色岩系中成矿带的一部分[4]。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露上震旦统—志留系浅海—深海相火山碎屑沉积岩、陆源碎屑沉积岩、生物化学沉积岩建造[5]。主要有震旦—寒武系鲁家坪组、寒武—奥陶系洞河群、志留系大贵坪组(图2)。

震旦—寒武系鲁家坪组：呈近东西向展布，以绢云钠长片岩、绿泥绢云母钠长片岩、绢云石英片岩、夹炭质绢云片岩、硅质岩及灰岩条带组成的一套次深海—深海相火山碎屑岩。

寒武—奥陶系洞河群：总体呈近东西向展布，局部呈舒缓波状，厚度沿走向出现膨缩变化，岩石组合以含炭石英绢云母片岩夹泥灰岩薄层为主，其次有含炭砂板岩、绢云母石英片岩、绿泥绢云母石英片岩等。该层是钒矿的赋矿层位，与上覆大贵坪组呈断层接触。

志留系大贵坪组：岩石组合以硅质板岩、硅质灰岩为主，其次为含炭砂板岩、钙质绢云母片岩、角砾状粗面岩等，为陆源碎屑较充足的深海相沉积。

2.2 构造

矿区总体为一单斜层，具一定规模的断裂构造主要为F1、F2(图2)。

图2 安康地区紫阳钒矿矿区地质图Fig.2 Geological map of Ziyang vanadium mine in Ankang area1—志留系大贵坪组；2—寒武—奥陶系洞河群；3—震旦—寒武系鲁家坪组；4—绢云母石英片岩；5—绢云母钠长片岩；6—含炭砂质板岩；7—含炭石英绢云母片岩；8—钙质绢云母片岩；9—泥灰岩；10—板岩夹硅质灰岩；11—硅质板岩夹硅质灰岩；12—花岗岩；13—辉绿岩；14—钠长岩；15—钒矿体；16—断层；17—地质界线；18—地层产状

F1断裂：沿岩性接触界面呈近东西向展布，贯穿整个矿区，为钒矿带南边界断裂，延伸大于6 km，在走向上呈舒缓波状，总体南倾，倾角45°～80°，断面处局部见到刚性岩石断层角砾和断层泥，为逆冲推覆走滑断裂。

F2断裂：出露于F1断裂南侧，为硅质板岩中层间断裂，出露长约3 km，走向近东西，局部出现波状变化，倾向南，倾角50°～70°，断裂局部被钠长岩所充填，断裂两侧岩石较破碎。

2.3 侵入岩

矿区出露的侵入岩主要有辉绿岩、钠长岩、花岗岩等。

2.4 围岩蚀变

围岩蚀变主要为绢云母化、铁炭酸盐化、硅化、黄(褐)铁矿化、孔雀石化等；其中绢云母化与钒的关系密切。绢云母多沿主构造变形线呈带状分布，使岩石发生蚀变，多呈细小鳞片状沿片理定向排列，该类蚀变相当于区域变质作用阶段产物，与钒元素最终富集相关联。

3 矿体地质特征

3.1 矿体地质概况

矿区圈出了一条钒矿带，走向总体呈近东西，舒缓波状，沿走向局部出现分支复合、膨缩现象。矿带由洞河群含炭石英绢云母片岩组成，带内偶见透镜状、条带状炭酸盐夹层。主要蚀变为绢云母化、硅化，少量黄(褐)铁矿化、炭酸盐化、孔雀石化及蓝铜矿化[5]。

在矿带内主要圈定2条钒矿体，分布于洞河群含炭石英绢云母片岩中，受层位和F1断裂控制，矿体单样V2O5品位波动于(0.50～1.31)×10-2，厚度变化系数50.69%～71.81%，品位变化系数19.93%～24.39%。矿体呈层状、似层状，局部地段出现分支复合，矿体走向近东西，倾向南，倾角50°～80°，赋矿岩性为含炭石英绢云母片岩。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石矿物成分

矿石矿物组成比较简单，非金属矿物主要为绢云母、石英，其次为方解石、白云石、蛭石、磷灰石等；金属矿物有褐铁矿，少量黄铁矿，极少量孔雀石、蓝铜矿等。褐铁矿主要由地表的黄铁矿氧化而成，孔雀石、蓝铜矿为铜的地表氧化物。

3.2.2 矿石化学成分

矿石化学成分主要为SiO2、CaO、Al2O3、CO2，其次为Fe2O3、P2O5、H2O+、MgO、K2O、Na2O等(见表1)。矿石中有益元素主要为S、Mo、U、Ag，主要有害组分为C，平均品位为2.65%。稀有元素Zr的含量较高，平均含量89.37%。稀土总量REE为(207.94～454.92)×10-6，Sc平均含量12.03×10-6。稀散元素Tl平均含量3.65×10-6，Cd平均含量26.69×10-6，二者相对较高；Ge、Ga、In相对较低。微量元素中Ni平均含量438.11×10-6、Cu平均含量346.41×10-6、Zn平均含量697.70×10-6、U平均含量29.82×10-6、Mo平均含量28.37×10-6，含量较其他元素较高。

3.3 矿石结构构造

矿石结构主要有鳞片粒状变晶结构和它形粒状结构。矿石构造为千枚状—片状构造、脉状构造、条带状构造、星散状构造等。

表1 矿石化学全分析结果

(测试单位：西北有色金属研究院)

4 钒赋存状态分析

4.1 钒矿物的嵌布特征

钒矿床的富集规律与钒矿床的成因有较大关系，南秦岭中村钒矿钒元素赋存状态多以类质同像形式存在于黏土类矿物中[6-7]。而通过对紫阳钒矿钒赋存状态分析研究，主要载钒矿物为绢云母、蛭石，与南秦岭其它钒矿床(点)类似。

4.1.1 绢云母、钒云母中钒分布特征

绢云母是矿石中主要的非金属矿物之一，呈无色透明，片状—鳞片状定向排列，分布不均匀，大部分形成揉皱构造。为了研究绢云母与钒的关系，对绢云母做了电镜扫描和能谱分析，分析结果见表2，由表2可知部分绢云母中钒含量为0.86%～1.84%。为进一步查明钒赋存状态，通过选矿将云母类矿物进行富集，做X射线衍射光谱分析矿石中有钒云母存在，钒云母属2M1型，其结构式为(K，Ba，Na)0.75(Al，Mg，Cr，V)2(Si，Al，V)4O10(OH，O)2，V不仅取代了位于六次配位的八面体层中的Al3+，而且取代了Si-O四面体层中的Al3+，形成了2M1型钒云母。紫阳钒矿可与南秦岭水沟钒矿相对比，水沟钒矿钒含量与含矿岩石中炭质泥岩出现的频率呈正相关，钒主要赋存于炭质泥岩中的钒云母中[8-9]。

4.1.2 蛭石中钒分布特征

蛭石与绢云母分布在一起，呈褐黄色—淡黄色，片状—鳞片状，分布不均匀，呈条带状、透镜状、鱼尾状等，有的斜交绢云母片理带，有的仅垂直切穿绢云母片理化带，说明蛭石形成的较晚。由表2可知蛭石中钒含量为1.93%～3.56%。

4.2 钒物相分析

通过钒物相分析(表3)，原矿样以云母类中的钒为主，占75.60%，其次氧化铁及黏土矿物中的钒占21.76%，难溶硅酸盐中的钒很少，占2.64%。南秦岭地区的钒矿多以低价钒为主，千家坪钒矿床钒以三价钒为主，占74.22%，五价钒次之，占25.78%[7]。紫阳钒矿低价钒占60.97%；其中三价钒占20.44%，四价钒占40.53%；五价钒相对较少，约占39.03%。

表2 矿石中主要矿物能谱分析结果表

(测试单位：西北有色金属研究院)

表3 钒物相分析表

(测试单位：西北有色金属研究院)

4.3 共伴生矿物的嵌布特征

石英是矿石中主要的脉石矿物，呈它形粒状(粒度0.01～0.02 mm)、细脉状(粒度0.05～0.1 mm)分布。方解石、白云石等炭酸盐矿物在矿石中分布均匀，是组成白云岩、钙泥质板岩的主要成分。磷灰石在矿石中含量较低，粒度约0.05 mm×0.1 mm～0.1 mm×0.2 mm，呈堆状、星散状分布于矿石中，分布不均匀，与后期石英脉的关系密切。为了探讨石英、炭酸盐矿物、磷灰石与钒的关系，选择具有代表性的样品，进行电镜扫描和能谱分析，其结果见表4，由表4可知石英、白云石、磷灰石中不含钒。

表4 矿石中主要矿物能谱分析结果

(测试单位：西北有色金属研究院)

5 结论

1)紫阳钒矿位于南秦岭北大巴山构造带次级构造—焕古滩—流水店复式向斜北翼，中寒武—奥陶系洞河群为钒矿的赋矿层位，含矿岩性为含炭石英绢云母片岩，矿体受层位和F1断裂控制。

2)通过钒赋存状态分析研究，紫阳钒矿主要载钒矿物为绢云母、蛭石。钒矿以云母类中的钒为主，占75.60%，其次氧化铁及黏土矿物中的钒占21.76%，难溶硅酸盐中的钒很少，占2.64%。

3)紫阳钒矿钒以低价钒为主，占60.97%；其中三价钒占20.44%，四价钒占40.53%；高价钒相对较少，约占39.03%。