湖北房县三甲垭钒矿地质特征及富集规律

杨建中，马文胜，向祥辉，王家杰，刘 杰，唐 景

（湖北省地质局第八地质大队，湖北 襄阳 441002）

三甲垭钒矿区位于湖北省十堰市房县南西约70km，属房县九道乡，矿区面积1.40km2，为《湖北白河口—东溪矿产远景调查》项目提交的五个钒矿产地之一。后续普查估算资源量（333+334）：V2O5资源量225877t（333类121462t、334类104415t），伴生银金属量346087kg（333类171619kg、334类174468kg），属中型矿床。钒矿赋矿岩层为早古生代底寒武世牛蹄塘组（∈1-2n）下段的黑色硅质岩与炭质页岩互层、粉砂质页岩、粉砂岩建造。

1 矿区地质特征

1.1 地层岩性

矿区出露地层主要为新元古代-早古生代的一套碎屑岩和碳酸盐岩组合，包括晚震旦世灯影组（Z2∈1d）、底寒武世牛蹄塘组（∈1-2n）、早寒武世石牌组（∈2s）及早志留世新滩组（S1x），局部见有第四系残坡积土；未见有岩浆岩出露（图1）。

图1 三甲垭钒矿矿区地质略图

1.2 构造

矿区紧邻阳日—九道断裂，处于三甲垭背斜北翼，穿过矿区阳日—九道断裂及其分支断裂为矿区主要断裂，整体构造线为北东—南西向，北东向逆冲断层及其间的褶皱构成整个矿区构造格局，构造较简单。

1.2.1 褶皱

矿区主体构造为三甲垭短轴背斜，背斜核部地层为陡山沱组，北翼为底寒武世牛蹄塘组、早寒武世石牌组地层；褶皱总体特征为枢纽走向南西-北东，背斜向北西倾伏，向南东翘起，轴面近于直立；岩层走向南西-北东，倾角2°～57°，岩石挠曲发肓、层面波状起伏。阳日-九道断裂的影响，灯影组直接逆冲超覆于志留纪地层之上，造成南翼缺失。

1.2.2 断裂

阳日-九道区域性断裂纵贯矿区，总体走向为南西-北东向，倾向北西，略呈向北西向凸起的弧形，断裂中部-南西端倾角一般在10°～37°，北东端倾角一般在43°～57°，控制矿区内的三甲垭短轴背斜及其北翼含矿岩系的展布。断裂通过白云岩时形成50m～200m宽的破碎带，通过具塑性的薄层状或泥质岩石时发育有宽约20m～50m初糜棱岩、碎粒岩、构造角砾岩等脆韧性构造岩；断裂带内劈理、擦痕、褶皱或次级冲断层极发育，断面、褶皱枢纽与断裂走向一致，属压性断裂。

2 矿床地质特征

2.1 含矿岩性及标志层

2.1.1 矿体标志层

灰黑色含炭粉砂岩、粉砂质页岩、炭质页岩（层7），层位稳定，厚度约5.29m～10m；标志层将含矿岩系分为上下2个含矿层：Ⅱ含矿层、I含矿层。

2.1.2 含矿岩层

Ⅱ含矿层（∈1-2n1b）：包含两层钒矿体（Ⅱ1、Ⅱ2），位于标志层以上岩石单元；岩石组合为底部黑色、深灰色含炭粉砂质页岩、炭质页岩，向上为灰黑色、黑色薄层状硅质岩与深灰色、灰黑色含炭粉砂质页岩不等厚互层，局部为含炭粉砂质页岩、夹少量灰岩透镜体；由下往上硅质含量逐渐降低，顶部渐变为以含炭粉砂质页岩为主夹少量薄层状硅质岩，硅质岩单层厚度变薄。

I含矿层（∈1-2n1a）：包含两层钒矿体（I1、I2），I2走向上延伸大，矿体厚度大、品位高，标志层以下岩石单元；岩石组合为底部为灰黑色炭质页岩、向上薄-中层状硅质岩与炭质页岩不等厚互层，局部夹白云岩透镜体；由下往上，炭质页岩厚度逐渐增加，含矿性逐渐变好。

2.2 矿体地质特征

钒矿床分布于三甲垭背斜北翼，呈北西-南东向延伸，与地层展布方向一致，四个矿化带在空间上呈平行展布，平面上间距10m～20m不等，矿体在矿化带内呈条带状分布、不连续分布。矿区共圈定43个矿体，矿体出露长度达到1000m以上矿体有5条，达到400m以上的有24条，其中I2-1号矿体规模最大，出露长度2704.64m，位于I含矿层下部，其次为Ⅱ1-5矿体，出露长1653m，位于Ⅱ含矿层上部；5个长度达到1000m以上的主矿体的累加总厚度为14.57m，平均厚度为2.91m，矿体厚度变化系数为51.11%～117.33%，属较稳定型。

2.3 矿体形态、产状

矿体严格受地层和岩性控制，呈似层状、层状，部分小矿体因品位变化大而呈透镜状。因矿体中存在着褶皱构造，矿体的倾向、倾角变化不大，总体上，矿体产状倾向北东，在310°～43°之间，倾角21°～57°。

2.4 矿体的空间分布特点

垂向上，矿体延伸较大，在斜深180m～224m均见矿，但向深部品位降低，V2O5品位在0.2%～0.5%者居多，V2O5品位高于0.7%、且工程平均品位高于0.7%者减少，致使矿体变薄。

纵向上，以F2断层为界，断层两侧矿体出现重复，中部厚度较大，厚度稳定，深部工程见矿较好，北西部厚度变化较大，矿体不稳定，深部工程见矿效果较差。

横剖面上，矿体中存在着同层褶皱形成的背斜或向斜，地表均可见到其转折端，局部地段岩层倾角很大，有的近于直立。

2.5 矿体出露高程、品位及其变化规律

由于矿区地形切割剧烈，矿体的出露标高随地形的起伏而变化。矿体出露地段总体是中部高，南北两端低，总体上高程在667m～1000m，相对高差为333m。

矿体V2O5品位存在地表品位较高，随着深度增加品位逐渐降低趋势。反映出地表风化作用对矿体存在较为明显的富集作用。

3 矿床成因及富集规律

3.1 矿床成因

矿区内钒矿体主要产于底寒武世牛蹄塘组下部黑色岩系的硅质岩与粘土类页岩及粘土类岩石互层组合，层位稳定，具明显的地层控矿专属性，为浅海相沉积层状矿床，属同生沉积成因，钒矿的富集与粘土质矿物水白云母的吸附作用和生物作用相关。钒矿体发育在晚震旦世灯影组附近，灯影组水系沉积物中V元素含量3.8×10-6～ 1874×10-6，Ag元素含量0.03×10-6～ 10×10-6，说明灯影组地层中局部有较高的钒、银矿物的存在，经风化剥蚀后为底寒武世牛蹄塘组提供了丰富的物源。震旦纪晚期，地壳抬升为陆，岩石遭受风化剥蚀，寒武纪地壳重新下降发生海浸沉积，深水中大量的菌藻微体浮游动植物摄取海水中微量的钒、磷等元素，动植物死亡后的遗体、陆屑（硅质、泥质）一起沉入海底，生物残骸腐解，钒、银等元素沉淀富集成矿，矿层与围岩同期形成；后期陆内造山作用，矿层及含矿层位多发生轻微褶皱变形，对矿层及含矿层矿化富集影响不大。

3.2 富集规律

矿区岩性组合由中厚层状砂岩、薄层钙质砂岩向上迅速过渡为中厚层含炭（磷结核）硅质岩、黑色炭质页岩与薄板状含炭质硅质岩互层，表现为海浸至海退的完整沉积旋回。下部中厚层黑色含磷结核含炭硅质岩代表海侵浅海陆棚的沉积产物，上部粘土质泥岩代表较典型的海退趋势的浅海陆棚沉积产物，见少量黄铁矿。钒矿富集规集表现为：①互层中的粉砂质页岩和炭质（硅质）页岩含钒较高，矿层具明显的地层专属性，富矿中心处于海进、海退的交替、地壳相对稳定的阶段，在海进和海退的不稳定阶段多为贫矿沉积；②牛蹄塘组与灯影组接触带附近含磷结核地层中发育有钒矿体，磷结核多、个大的地段是钒矿的主要分布区；③矿层内黏土质岩发育地段钒矿变富，与碳质的含量高低无明显关系；④钒与铝呈正相关关系；⑤钒无独立矿物存在，呈高度分散状态，主要以吸附状态赋存于粘土矿物（云母类矿物）中，其他形式的钒只占1/3左右。