湖南省沅陵县桥头钒矿地质特征、控矿因素及成矿浅析

杨志刚 符长亮 蒋惠林

摘 要  桥头钒矿是近年查明的一个中-大型钒矿床，位于扬子准地台中段南缘，钒矿体赋存于寒武系下统牛蹄塘组底部一套富含有机质的黑色岩系中，岩性主要为硅质炭质板岩、炭质板岩、黑色页岩，炭质、硅质含量越高，钒品位往往越高，矿体厚度大，连续性好，地层、岩性控矿作用明显。通过对桥头钒矿成矿地质背景、矿床地质特征、控矿规律的分析，初步认为：在寒武纪缺氧大环境下，钒被粘土质、有机质吸附，后因环境变化以类质同象形式取代Al3+，进而形成含钒的矿物。在钒的形成过程中生物地球化学作用起着主导作用，因此将桥头钒矿归属为化学沉积与生物地球化学沉积成因。

关键词  桥头钒矿;地质特征;控矿因素;矿床成因;沅陵县

中图分类号：P618.61 文献标识码：A

Geological Characteristics， Ore-Controlling Factors and Metallogenesis of Qiaotou Vanadium Deposits in Yuanling County in Hunan Province

Yang Zhigang， Fu Changliang， Jiang Huilin

（Team 407， Hunan Geology and Mineral Resources Exploration and Development Bueau，

Huaihua Hunan 418000）

Abstract： The Qiaotou vanadium deposit is a medium-large vanadium deposit identified in recent years. It is located in the southern margin of the middle section of the Yangtze River. The vanadium ore body is located in the black rock series rich in organic matter at the bottom of the Cambrian Niutitang Formation. The lithology is mainly composed of siliceous carbonaceous slate， carbonaceous slate and black shale. The higher the siliceous content， the higher the vanadium grade， the larger the ore body thickness， the better continuity， and the stratum and lithology control effect. Based on the analysis of the ore-forming geological background， geological characteristics and ore-controlling rules of Qiaotou vanadium ore， it is preliminarily believed that in the Cambrian anoxic environment， vanadium is adsorbed by clay and organic matter， and then the environmental similarity is similar. Form replaces Al3+ to form vanadium-containing minerals. Biogeochemistry plays a leading role in the formation of vanadium， so the bridgehead vanadium ore is attributed to chemical deposition and biogeochemical deposition.

Keywords： Qiaotou vanadium mine; geological characteristics; ore-controlling factors; deposit genesis; YuanLing county

橋头钒矿位于著名的江南金-锑-钨-铜-铅-锌-钒-锡多金属成矿带上 [1-2]，该区寒武系下统黑色岩系分布广泛，是钒矿赋存最为有利的层位之一，其中产出的钒矿储量占国内钒总储量的87% [3-4]。近年来，在湘西北该套黑色岩系中发现了一批中-大型钒矿床，如桥头、用坪、西村钒矿等，显示出较好的找钒前景。桥头钒矿床位于湘西北沅陵县城南约42公里，湖南省地勘局四〇七队对其进行了勘查工作，圈定钒矿体29个，共获得钒矿石量（333+334）17569×104t，V2O5金属量158×104t，规模达大型[1]，而前人对该矿床进行的研究基本为空白。本文在野外观察的基础上，主要对地质特征、控矿因素及矿床成因进行初步总结，以期为本区同类型矿床的找矿工作提供有益的参考。

1  区域地质概况

桥头钒矿地处扬子准地台南缘，位于安化-黎平与慈利-凤凰两大断裂之间挟持的沅陵-辰溪凹陷内，区域地质构造作用强烈。

区内地层出露较全，从上元古界冷家溪群至第四系均有分布，其中震旦系、寒武系分布最为广泛。钒矿主要赋存于中寒武系下统牛蹄塘组黑色岩系中，是一套富含有机质的泥质岩建造，岩性主要为硅质炭质板岩、炭质板岩、黑色页岩组成，大致呈NE向展布。区内构造发育，构造线总体走向北东和北北东，断层面倾向南东，主要有安化-黎平、慈利-凤凰两个深大断裂，它们联合构成了该区的构造格架，并对钒矿有一定控制作用（图1）。区内岩浆岩不甚发育，仅在局部见辉绿岩，如竹园-胡山湾一带。

2  矿床地质特征

2.1 矿区地质

1、地层

矿区呈北东-南西向狭长分布，区内出露地层从老至新有青白口系多益塘组（Ptd）、震旦系下统南沱组（Zan）、上统陡山沱组（Zbd）、留茶坡组（Zbl）、寒武系下统牛蹄塘组（∈1n）、中统污泥塘组（∈w）和第四系（Q）。其中，陡山沱组、留茶坡组、牛蹄塘组分布最为广泛。

2、构造

矿区构造较简单，以褶皱为主，主要为同口向斜，其次是走向与褶皱轴向一致的次级断层。

①褶皱

矿区褶皱构造主要为同口向斜，轴向北东30°，长数千米，宽300-500m，核部地层为石炭系中统黄龙组（C2h），两翼依次为污泥塘组（∈w）、小烟溪组（∈1x）、留茶坡组（Zbl）、陡山沱组（Zbd）和南沱组（Zan）等地层。矿区主要位于同口向斜北西翼及扬起端，南东翼地层受后期构造破坏，未在矿区出露。地层小型褶皱发育，呈北东向展布。

②断层

矿区内规模断裂构造不发育，仅见次级小规模断裂，走向北东，倾角一般30-50°。紧邻矿区外围东西两侧分布1条断层，为区域性大断层，呈北东向展布，具压扭性，为逆断层，倾向南东，倾角较缓，一般30-50°，局部陡达81°，断距大，地层缺失和重复现象明显，控制了矿区的含矿地层的分布。

3、变质作用及岩浆岩

区内地层、岩石经受区域浅变质作用，形成以黄铁矿、绢云母、绿泥石等低温变质矿物为主的低绿片岩相岩石，为浅变质岩系。围岩与钒矿体岩性特征基本一致。区内未出现岩浆岩。

2.2  赋矿地层

桥头矿区钒矿主要赋存于寒武系下统牛蹄塘组中，主要为一套炭泥质沉积的黑色岩系，其中上部见一套薄层状透镜状灰岩，该套岩石在矿区大面积分布。根据岩石组合分上、下两个岩性段，现简述如下：

1、下段：厚283.11-304.30m。

下部：为钒矿化层，厚度82.77-170.90m。由黑色炭质板岩、硅质炭质板岩、砂质炭质板岩、硅质岩及灰岩等组成。岩石中硅质成分较高，富含钙质，方解石、石英脉、黄铁矿发育，偶见黄铁矿、硅泥质结核。方解石、石英脉多呈细脉状、网脉状;黄铁矿呈星点状、线理状、斑点状及大团块（图2）状产出，其中斑点状黄铁矿主要分布于本层下部的炭质板岩内，该层斑点状黄铁矿化炭质板岩在钻孔中出露稳定，易于识别，据此将其建立为钒矿体对比连接的标志层之一。层内揉褶发育，岩层破碎，见压碎及角砾状构造。

上部：厚178.25-233.9m。为一套灰黑色砂质炭质板岩，岩石中富含砂质，见星点状、线理状黄铁矿化，岩层较稳定，发育水平层理，以中厚层状为主，为钒矿化层顶板岩系。

2、上段：厚107.10-274.7m。岩石由灰色碳酸盐岩与黑色炭泥质板岩组成。

下部：为灰色灰岩，以薄层状为主，夹薄层炭质板岩，沿走向上延伸不稳定，呈透镜体状零星产出，厚约50-60m。

上部：为黑色炭质板岩，水平层理发育，局部见挤压破碎现象。沿矿区南东边呈带状分布，厚约57-220m。

2.3 矿化层特征

矿区共圈定钒矿化层1层，编号V， 赋存于寒武系下统牛蹄塘组下段下部。岩性主要为硅质炭质板岩、炭质板岩、砂质炭质板岩，夹少量硅质岩及灰岩。矿区出露水平长约12km， 宽158-620m，厚82.77-170.90m。走向总体北东，倾向总体南东（仅在矿区0线以东受同口向斜影响，倾向北西，倾角约10°）倾角10—60°，平均37°。本次划分主要依据留茶坡组条带状硅质岩、牛蹄塘组斑点状黄铁矿化炭质板岩及灰岩来进行划分，该岩性标志特征明显，肉眼易于区分，共划分为4个矿组，从下往上依次编号为V1、V2、V3、V4，主要工业钒矿体分布于V2、V3矿组。

2.4 矿床规模

通过本次普查地质评价工作，矿区圈定钒矿体29个，共获得V2O5矿石量221761.6千t，资源量1863694t。其中矿石量（333+334）175692.1千t，资源量（333+334）为1580154t;矿石量（333低+334低）46069.5千t，資源量（333低+334低）283540t，矿床规模达大型。

2.5 矿体特征

区内钒矿体主要产于寒武系下统牛蹄塘组组下段钒矿化层中的黑色硅质炭质板岩和炭质板岩中。主要成分是硅质、炭质、泥质，彼此以隐晶质-显微粒状互相连生，紧密结合。矿石的矿物组成和顶底板围岩基本相同，矿石中未见独立钒矿或含钒矿物，而以分散状态或胶体矿物形式存在，肉眼无法识别，只能通过分析测试和钒矿体一般工业指标来确定矿与非矿。

矿区共圈定钒矿体29个，工业钒矿体主要分布于V2、V3矿组中，其中V2-①、V3-⑤为矿区主钒矿体（图3）。V2-①主钒矿体：长约8600m，走向北东，倾向南东，倾角10—53°，平均31°。控制最大斜深657m，矿体厚3.84—16.74m，平均厚9.13m，厚度变化系数35%，厚度稳定;V2O5品位0.52—1.13%，平均品位0.91%，品位变化系数16%，分布均匀，估算V2O5（333+334）资源量840317t。V3-⑤主钒矿体：长约5210m，走向北东，倾向南东，倾角15—60°，平均37°。控制最大斜深444m，矿体厚0.92—21.35m，平均厚7.72m，厚度变化系数91%，厚度不稳定;V2O5品位0.70—1.20%，平均品位0.98%，品位变化系数19%，分布均匀。估算V2O5（333+334）资源量371674t。

2.6 矿石特征

矿石的矿物成分主要为硅质、炭质、泥质，彼此以隐晶质-显微粒状互相连生，紧密结合。其次含少量黄铁矿、绢云母等。脉石矿物主要为石英、方解石等。矿石结构主要为硅质泥质结构，其次为碎裂结构，镜下呈隐晶质结构—显微微粒结构。矿石构造主要为块状、薄层状和板状构造，其次为条带状和水平层理构造等。

根据矿物成分和结构构造，将矿石分为2类，含钒硅质炭质板岩：矿物成分以炭泥质（约40%）和硅质（约35%）为主，次为绢云母和粘土类矿物（约16%）、方解石（约6%）和黄铁矿（约3%）。常见网脉状石英脉、方解石脉。含钒炭质板岩：矿物成分以炭泥质（约66%）和硅质（约15%）为主，次为绢云母和粘土类矿物（约9%）、方解石（约7%）和黄铁矿（约3%）。黄铁矿多以星点状、线理状产出，方解石、石英脉多以细脉、网脉状分布。

3  控矿因素

1、地层、岩性控矿

钒矿体产于寒武系下统牛蹄塘组底部，严格受层位控制。钒矿化分布于一套黑色、灰黑色的富硅质、炭质板岩中。炭质、硅质含量越高，钒品位往往越高，矿体厚度大，连续性好;砂质含量越高钒品位往往越低，局部见低品位矿。地层、岩性控矿作用明显。

2、变质作用控矿

区内变质作用主要为区域浅变质作用，岩石中主要见黄铁矿，呈星点状、线理状、斑点状和大团块状，偶见黄铁矿结核，黄铁矿越发育，钒矿化越差。

3、构造作用控矿

后期构造活动对矿体具有一定改造富集作用，在裂隙发育处，钒矿体明显变富。

4  矿床成因浅析

以往学者对于黑色岩系中钒矿的成因说法不一，主要有同生沉积多金属矿床、热水沉积成岩矿床、生物地球化学沉积矿床[3-5]。

从桥头矿区的矿床特征、成矿规律来看，矿区并未发现岩浆岩，虽然含钒岩石在一定程度上受到区域变质作用影响，见星点状、线理状、斑点状和大团块状黄铁矿，偶见黄铁矿结核，局部造成钒矿的贫化，但整体上表现出沉积矿床的特征。且寒武系富含有机质的含炭、磷、硅泥质的黑色岩系是钒矿形成的必备岩石组合。

有机质往往在经历了细菌降解、转化后，与黏土矿物结合，形成含钒的矿物。本区钒矿石含炭泥质（约40%）、硅质（约35%），粘土类矿物（约16%），有些矿石含炭泥质超70%，富含有机碳。矿层中局部见藻类结核，侧面说明为生物成因有机质。另外，黑色岩系TOC测试结果显示[7]，含硅炭质板岩TOC含量最高（4.51%～13.4%）、炭质板岩中等（2.12%～3.43%）、硅质岩次之（0.24%～1.62%），与之相对应的V2O5含量含硅炭质板岩（1.00%～2.27%）、炭质板岩中等（0.60%～0.95%）、硅质岩次之（0.18%～0.22%），随着有机碳含量的升高，V2O5含量也随之升高，野外同样观察到炭质含量增多时，钒矿品位变高，厚度变大，反映了生物有机质对钒矿的形成起着重要的作用。

据含钒岩系上部黄铁矿的硫同位素测定结果，δ34S值介于16.1～24.8×10-3，平均值18.14×10-3（9件），接近海水硫酸盐中的硫值（δ34S=25～30×10-3）。含钒岩系的微量元素测定结果[6]，Ni、Mo、V2O5、U、Se、Cd、Ti、Ag、Cu、Zn均有不同程度的富集，比泰勒值高出数倍-数十倍，表明钒的形成富集与沿深大断裂运移的海底热水有关。

根据桥头钒矿床特定的大地构造位置、矿床地质特征，并结合前人的研究成果，我们初步认为：该区由于寒武纪早期的海侵，深层富含营养盐类的海水被注入沉积盆地，微生物迅速繁殖，导致水体营养化，造成生态平衡发生破环，进而形成缺氧环境[8]，生物体大量死亡，有机质得以保存、演化，此时大量的钒被粘土质、有机质吸附，与沿深大断裂上升的热水混合，形成了有机质、粘土质和硅质的胶态腐泥沉入海底，在成岩过程中，云母类、粘土矿物发生重结晶，原本呈吸附态的钒以类质同象形式取代Al3+，进而形成含钒的矿物[9-10]。由此来看，生物地球化学作用对钒的形成起着主导作用，因而将桥头钒矿归属为化学沉积与生物地球化学沉积成因。

5  结论

桥头钒矿区矿体赋存于寒武系下统牛蹄塘组中，岩性主要为硅质炭质板岩、炭质板岩、黑色页岩，严格受地层、岩性控制，当岩石中炭质、硅质含量变高，钒品位随之变高，矿体厚度变大，连续性好。矿石类型为含钒硅质炭质板岩和含钒炭质板岩两种，矿石中的矿物成分主要为硅质、炭质、泥质、黄铁矿、绢云母、石英等。矿床成因是化学沉积与生物地球化學沉积型矿床。

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