石牛钒矿矿床地质特征及控矿因素探讨

刘涛　邓波涛　苏特

摘要：文章论述了石牛钒矿矿床的地质特征，分析了控矿因素及其成因类型。赋矿层位为寒武纪牛蹄塘组，矿床属沉积型经轻微变质作用，钒主要赋存于硅铝酸盐中，钒的存在与粘土矿物有关，其稳定性及矿化特征与沉积环境、古地理、古气候关系密切，受沉积环境及生物化学等多重因素制约。

关键词：石牛钒矿； 地质特征；控矿因素

1 区域地质背景

区域出露板溪群、震旦纪、寒武纪、奥陶纪、泥盆纪、石炭纪、白垩纪及第四纪地层。寒武纪牛蹄塘组为本区沉积型钒矿赋矿层位。

区域构造为NE向涟源盆地和SN向紫云山隆起。紫云山隆起核部为印支期杂岩体，断裂发育NE～NNE向组，主要有朝阳--金坑冲断裂、大伦山断裂、石牛断裂。区域断裂派生构造发育，主要为次级断裂及其两侧的牵引褶皱。

区域矿产主要有石煤、磷、钒、铀、钼、铅锌、金等[ 1 ]。见图1。

2 矿区地质

2.1 地层

区内出露第四系（Q）、奥陶系（Ob）、寒武系（∈）、震旦系地层（Z），其中寒武系地层发育最全，震旦系及奥陶系次之，第四系地层呈零星分布。区内寒武系牛蹄塘组为钒矿赋矿层位，根据岩性组合特征可划分为上、下两个岩性段。

上段：为矿区含钒岩系。按岩性特征大致分三部分。

中上部为灰黑至黑色炭质板岩、硅质板岩夹薄层状含炭硅质岩，发育水平微层理，含透镜状钒矿（化）层二层。顶部为黑色炭质板岩、含炭板岩、含硅质炭质板岩夹钙质板岩。

下部为灰黑至黑色薄层炭质板岩与含炭硅质岩不等厚互层或互为夹层，含透镜状石煤层及块状磷质粘土岩，含磷结核1～2层，含钒矿层二层。

底部为灰至灰黑色薄至中层状硅质岩夹薄层含炭硅质岩及含炭硅质板岩。局部含炭硅质板岩中见透镜状钒矿（化），本段厚42～110m。

下段：为浅灰色、灰色、暗灰色板岩、薄至中层状砂质板岩、含黄铁矿板岩，经区域变质，板岩常蚀变为绢云板岩。本组与下伏震旦纪留茶坡组呈整合接触。

2.2 构造

矿区范围内总体为一倾向南西的单斜，受区域性逆冲断裂F10影响，形成新立矿段中部大范围地层倒转的构造格局。发育EW、NE、NW、SN向四组断裂。

2.2.1 褶皱

新立向斜位于矿区东部宁各堂，为短轴构造。褶皱长400m，褶幅300m，轴向30°，轴面直立，两翼倾角40°～66°，轴部地层为污泥塘组，两翼为牛蹄塘组、留茶坡组。

茶盘背形构造位于茶盘，受F10及其它派生断裂联合控制。褶皱长140m，轴向近SN，轴面呈“S”型，轴部地层为牛蹄塘组，西翼出露留茶坡组，东翼留茶坡组埋藏较深，两翼倾角25°～56°。

2.2.2 断裂

断层按展布方向分为近EW、NE、NW及SN向四组，以近EW组规模最大，控制了含矿岩系的空间分布。主要有F10及其它派生断裂。

F10断裂为区域性断裂，走向80°～85°，倾向北，倾角67°～89°。由团块状石英脉、碎裂化岩石及硅化体组成，蚀变具强硅化和褐铁矿化。断裂具逆冲性质，断裂下盘矿层相对完整，上盘次级断裂及褶皱发育，矿层分布零乱。

2.3 赋矿层位及含矿岩系特征

2.3.1 赋矿层位

赋矿层位为寒武系牛蹄塘组第二段，厚42～110m，钒矿赋存于牛蹄塘组上段中下部。顶部为黑色炭质板岩、含炭板岩、含硅质炭质板岩夹钙质板岩，中上部为灰黑至黑色炭质板岩、硅质板岩夹薄层状含炭硅质岩，含透镜状钒矿（化）层二层。下部为灰黑至黑色薄层炭质板岩与含炭硅质岩不等厚互层或互为夹层，含透镜状石煤层及块状磷质粘土岩，含磷结核1～2层，含钒矿层二层。底部为灰至灰黑色薄至中层状硅质岩夹薄层含炭硅质岩及含炭硅质板岩。

3 矿层特征

3.1 矿层划分及其对比依据

3.1.1 矿层划分

寒武系牛蹄塘组上段含1～4个钒矿层，自上而下编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅳ矿层为主矿层，延伸较稳定；Ⅲ矿层为次要矿层，延伸不稳定—极不稳定；Ⅰ、Ⅱ矿层，全区内仅局部见。

3.1.2 矿层的对比依据

矿层对比主要以岩性标志层、矿层层间距、矿层及矿层顶底板岩性组合特征和钒矿化特征进行对比。

（1）主矿层（Ⅳ）

处于含矿岩系底部，位于标志层之上，呈层状、似层状。以岩石成分复杂，硅质成分较高及钒矿化较稳定为特征。

标志层特征：位于Ⅳ矿层底板之下，全区稳定，对比标志明显。为浅灰色、灰黑色中层状硅质岩、含炭硅质岩，厚7～38m。

岩性特征：含矿层岩性为薄层状炭质板岩与含炭硅质板岩及含炭硅质岩呈不等厚互层，炭质板岩中夹透镜状石煤层，普遍见椭球状、豆荚状磷结核，厚1.50～15.05m。磷结核一般1～3cm，指示Ⅳ矿层富矿部位。矿层顶板为中层状炭质板岩，延伸不稳定，可作用间接标志层。Ⅳ矿层厚5.00～11.60m，品位0.71～1.21×10-2。矿层呈层状产出。

（2）次要矿层（Ⅲ）

位于Ⅳ矿层之上，距Ⅳ矿层3.78～17.90m，无稳定的标志层存在。

矿层岩性特征：以硅质成分相对较少为特征。为炭质板岩、含炭硅质板岩夹薄层含炭硅质岩，偶见磷结核。

矿层底板岩性特征：炭质板岩、硅质板岩夹薄层状硅质岩。

钒矿化特征：矿化不连续，矿体延伸不稳定，呈似层状产出。Ⅲ矿层矿层厚1.30～10.90m，品位0.71～1.14×10-2。

（3）其它矿层（Ⅱ、Ⅰ）

分布于含矿岩系上部，岩性对比标志不明显，以岩性较单一为特征。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石物质成分、结构构造

据分析结果，钒主要赋存于硅铝酸盐矿物晶格中。V2O5主要赋存于硅铝酸盐（含钒水云母）中，钒矿石氧化带、混合带、原生带中，V2O5在硅铝酸盐中的含量占全钒量的79%、94%、90%（见表1）。

据张爱云等人为：钒矿床炭质板岩中粘土矿物中60%～80%为含钒伊利石，同类型矿床中含钒伊利石钒的配分率高达80%[2]，含钒伊利石是钒的最重要的载体矿物。

由表2可以的出：炭质板岩主要成分为有机质（80～99%）及少量泥质（<5%）、石英，白云石。石英隐晶—显微晶质，细小团粒状分布。黄铁矿星点分布。白云石粉晶—细晶星点状分布。

含炭硅质岩主要由隐晶质石英（77～80%）及有机质（20～23%）组成，偶见黄铁矿、红柱石。

3.2.2 矿石化学成分

矿石化学成分以si 为主量元素， 含量58.83%～69.83%，其次为铝、铁、钙含量各占1%～7%。

矿石中有害元素含量低，对矿石的选冶性能影响不大，其它有益组份含量低，无综合利用价值。区内根据组合分析结果，主要矿层和次要矿层矿石次要组分中无可利用伴生组分。

3.3 矿石类型

3.3.1矿石自然类型

根据矿石特征，分为炭质板岩型钒矿和含炭硅质岩型钒矿两类。

炭质板岩型钒矿：由炭质板岩夹少量含炭硅质岩组成。成分以有机质为主，含少量粘土矿物及石英。V2O5含量一般0.50～1.50×10-2。

含炭硅质岩型钒矿：以含炭硅质岩为主或由炭质板岩、含炭板岩和薄层硅质岩呈不等厚互层组成，V2O5含量一般0.7～2.60×10-2。钒矿主要赋存于炭质板岩中。对矿石化学分析样按不同岩性分别采样，炭质板岩、含炭板岩为V2O5的主要含矿岩类，而含炭硅质岩中V2O5含量较低（表3）。

4 矿床控矿因素

4.1 层位控矿

钒矿严格受地层控制，由于沉积环境的变异而形成地层的差异，夹层、互层多等、 透水层和隔水层呈互层、脆性岩石和柔性岩石呈互层对控矿最有利， 矿源层和赋矿层为同一层位，矿层与围岩呈整合接触关系，表现为同时性、连续性。 钒矿赋存于特定层位，矿体呈层状—似层状成带展布，范围广、规模大。区内尚未发现侵入体和明显的热液蚀变现象，围岩蚀变较弱。

4.2 岩性控矿

钒矿体集中于特定的岩性段，含矿岩性主要是寒武系下统牛蹄塘组第二段的灰黑色炭质板岩夹薄层含炭硅质岩中。该套岩石富含粘土、有机质、黄铁矿等钒的吸附剂和还原剂。对钒的富集有利，钒与粘土矿物的比值稳定，呈正相关关系。

4.3 古地理控矿

据沉积物特征，岩相古地理的过渡带是钒矿分布的主要古地理单元[5]，钒矿处于特定的还原条件下闭塞海湾环境，为一套灰黑色含炭硅质岩、炭质板岩沉积建造。

4.4 古气候和地壳振荡及物化条件的控制作用

矿层中岩层基本为薄层和微层，富含有机质，具水平层理，炭质板岩中含磷结核，反映海水相对比较平静。矿石中含白云质，反映气候较干旱。不同岩性呈不等厚互层或互为夹层反映地壳振荡周期变化特征。古生物、地球化学作用及有机质起着主导作用[3～4]。

5 结论

5.1：钒矿主要赋存在含炭硅质岩、炭质板岩中，以炭质板岩为主。在有含炭硅质岩和炭质板岩的情况下，才可能存在钒矿，单一的岩石组合则没有。钒主要赋存于硅铝酸盐中（含钒水云母），极少量分布是铁铝石及电气石石榴石中。

5.2：钒的存在与粘土矿物有关。有机质和菌藻类生物的关系十分密切，生物活动和生物地球化学富集作用对钒矿的成矿起了重要作用。

5.3：该矿床工业类型为沉积型钒矿。呈层状、似层状、透镜状产出，经轻微的变质作用。钒主要呈类质同象及吸附状态存在。

5.4：钒矿层稳定性及其矿化特征与沉积环境、古地理、古气候关系密切，受沉积环境及生物化学等多重因素制约。

参考文献：

[1]湖南省地质矿产局.湖南省区域地质志[M].北京地质出版社，1988：41-52.

[2] 张爱云，翁成敏.黑色页岩型钒矿提钒的主导矿物[J].地球化学，1989，14（4）：391-397.

[3]肖家飞，胡瑞忠，宋谢炎，等.贵州早寒武世的缺氧事件沉积[J].矿产与地质，2006，20 （425）：3662373.

[4]叶杰，范德廉.黑色岩系型矿床的形成作用及其在我国的产出特征[J].矿物岩石地球化学通报，2000，19（2）：952102.

[5]夏文杰，杜森官，徐新煌，等.中国南方震旦纪岩相古地理与成矿作用[M].北京：地质出版社，1994.10-23.

作者简介： 刘涛（1985- ）， 男，助理工程师，在读工程硕士，长期从事地质勘查、地质找矿与勘探工作。

据分析结果，钒主要赋存于硅铝酸盐矿物晶格中。V2O5主要赋存于硅铝酸盐（含钒水云母）中，钒矿石氧化带、混合带、原生带中，V2O5在硅铝酸盐中的含量占全钒量的79%、94%、90%（见表1）。

据张爱云等人为：钒矿床炭质板岩中粘土矿物中60%～80%为含钒伊利石，同类型矿床中含钒伊利石钒的配分率高达80%[2]，含钒伊利石是钒的最重要的载体矿物。

由表2可以的出：炭质板岩主要成分为有机质（80～99%）及少量泥质（<5%）、石英，白云石。石英隐晶—显微晶质，细小团粒状分布。黄铁矿星点分布。白云石粉晶—细晶星点状分布。

含炭硅质岩主要由隐晶质石英（77～80%）及有机质（20～23%）组成，偶见黄铁矿、红柱石。

3.2.2 矿石化学成分

矿石化学成分以si 为主量元素， 含量58.83%～69.83%，其次为铝、铁、钙含量各占1%～7%。

矿石中有害元素含量低，对矿石的选冶性能影响不大，其它有益组份含量低，无综合利用价值。区内根据组合分析结果，主要矿层和次要矿层矿石次要组分中无可利用伴生组分。

3.3 矿石类型

3.3.1矿石自然类型

根据矿石特征，分为炭质板岩型钒矿和含炭硅质岩型钒矿两类。

炭质板岩型钒矿：由炭质板岩夹少量含炭硅质岩组成。成分以有机质为主，含少量粘土矿物及石英。V2O5含量一般0.50～1.50×10-2。

含炭硅质岩型钒矿：以含炭硅质岩为主或由炭质板岩、含炭板岩和薄层硅质岩呈不等厚互层组成，V2O5含量一般0.7～2.60×10-2。钒矿主要赋存于炭质板岩中。对矿石化学分析样按不同岩性分别采样，炭质板岩、含炭板岩为V2O5的主要含矿岩类，而含炭硅质岩中V2O5含量较低（表3）。

4 矿床控矿因素

4.1 层位控矿

钒矿严格受地层控制，由于沉积环境的变异而形成地层的差异，夹层、互层多等、 透水层和隔水层呈互层、脆性岩石和柔性岩石呈互层对控矿最有利， 矿源层和赋矿层为同一层位，矿层与围岩呈整合接触关系，表现为同时性、连续性。 钒矿赋存于特定层位，矿体呈层状—似层状成带展布，范围广、规模大。区内尚未发现侵入体和明显的热液蚀变现象，围岩蚀变较弱。

4.2 岩性控矿

钒矿体集中于特定的岩性段，含矿岩性主要是寒武系下统牛蹄塘组第二段的灰黑色炭质板岩夹薄层含炭硅质岩中。该套岩石富含粘土、有机质、黄铁矿等钒的吸附剂和还原剂。对钒的富集有利，钒与粘土矿物的比值稳定，呈正相关关系。

4.3 古地理控矿

据沉积物特征，岩相古地理的过渡带是钒矿分布的主要古地理单元[5]，钒矿处于特定的还原条件下闭塞海湾环境，为一套灰黑色含炭硅质岩、炭质板岩沉积建造。

4.4 古气候和地壳振荡及物化条件的控制作用

矿层中岩层基本为薄层和微层，富含有机质，具水平层理，炭质板岩中含磷结核，反映海水相对比较平静。矿石中含白云质，反映气候较干旱。不同岩性呈不等厚互层或互为夹层反映地壳振荡周期变化特征。古生物、地球化学作用及有机质起着主导作用[3～4]。

5 结论

5.1：钒矿主要赋存在含炭硅质岩、炭质板岩中，以炭质板岩为主。在有含炭硅质岩和炭质板岩的情况下，才可能存在钒矿，单一的岩石组合则没有。钒主要赋存于硅铝酸盐中（含钒水云母），极少量分布是铁铝石及电气石石榴石中。

5.2：钒的存在与粘土矿物有关。有机质和菌藻类生物的关系十分密切，生物活动和生物地球化学富集作用对钒矿的成矿起了重要作用。

5.3：该矿床工业类型为沉积型钒矿。呈层状、似层状、透镜状产出，经轻微的变质作用。钒主要呈类质同象及吸附状态存在。

5.4：钒矿层稳定性及其矿化特征与沉积环境、古地理、古气候关系密切，受沉积环境及生物化学等多重因素制约。

参考文献：

[1]湖南省地质矿产局.湖南省区域地质志[M].北京地质出版社，1988：41-52.

[2] 张爱云，翁成敏.黑色页岩型钒矿提钒的主导矿物[J].地球化学，1989，14（4）：391-397.

[3]肖家飞，胡瑞忠，宋谢炎，等.贵州早寒武世的缺氧事件沉积[J].矿产与地质，2006，20 （425）：3662373.

[4]叶杰，范德廉.黑色岩系型矿床的形成作用及其在我国的产出特征[J].矿物岩石地球化学通报，2000，19（2）：952102.

[5]夏文杰，杜森官，徐新煌，等.中国南方震旦纪岩相古地理与成矿作用[M].北京：地质出版社，1994.10-23.

作者简介： 刘涛（1985- ）， 男，助理工程师，在读工程硕士，长期从事地质勘查、地质找矿与勘探工作。

据分析结果，钒主要赋存于硅铝酸盐矿物晶格中。V2O5主要赋存于硅铝酸盐（含钒水云母）中，钒矿石氧化带、混合带、原生带中，V2O5在硅铝酸盐中的含量占全钒量的79%、94%、90%（见表1）。

据张爱云等人为：钒矿床炭质板岩中粘土矿物中60%～80%为含钒伊利石，同类型矿床中含钒伊利石钒的配分率高达80%[2]，含钒伊利石是钒的最重要的载体矿物。

由表2可以的出：炭质板岩主要成分为有机质（80～99%）及少量泥质（<5%）、石英，白云石。石英隐晶—显微晶质，细小团粒状分布。黄铁矿星点分布。白云石粉晶—细晶星点状分布。

含炭硅质岩主要由隐晶质石英（77～80%）及有机质（20～23%）组成，偶见黄铁矿、红柱石。

3.2.2 矿石化学成分

矿石化学成分以si 为主量元素， 含量58.83%～69.83%，其次为铝、铁、钙含量各占1%～7%。

矿石中有害元素含量低，对矿石的选冶性能影响不大，其它有益组份含量低，无综合利用价值。区内根据组合分析结果，主要矿层和次要矿层矿石次要组分中无可利用伴生组分。

3.3 矿石类型

3.3.1矿石自然类型

根据矿石特征，分为炭质板岩型钒矿和含炭硅质岩型钒矿两类。

炭质板岩型钒矿：由炭质板岩夹少量含炭硅质岩组成。成分以有机质为主，含少量粘土矿物及石英。V2O5含量一般0.50～1.50×10-2。

含炭硅质岩型钒矿：以含炭硅质岩为主或由炭质板岩、含炭板岩和薄层硅质岩呈不等厚互层组成，V2O5含量一般0.7～2.60×10-2。钒矿主要赋存于炭质板岩中。对矿石化学分析样按不同岩性分别采样，炭质板岩、含炭板岩为V2O5的主要含矿岩类，而含炭硅质岩中V2O5含量较低（表3）。

4 矿床控矿因素

4.1 层位控矿

钒矿严格受地层控制，由于沉积环境的变异而形成地层的差异，夹层、互层多等、 透水层和隔水层呈互层、脆性岩石和柔性岩石呈互层对控矿最有利， 矿源层和赋矿层为同一层位，矿层与围岩呈整合接触关系，表现为同时性、连续性。 钒矿赋存于特定层位，矿体呈层状—似层状成带展布，范围广、规模大。区内尚未发现侵入体和明显的热液蚀变现象，围岩蚀变较弱。

4.2 岩性控矿

钒矿体集中于特定的岩性段，含矿岩性主要是寒武系下统牛蹄塘组第二段的灰黑色炭质板岩夹薄层含炭硅质岩中。该套岩石富含粘土、有机质、黄铁矿等钒的吸附剂和还原剂。对钒的富集有利，钒与粘土矿物的比值稳定，呈正相关关系。

4.3 古地理控矿

据沉积物特征，岩相古地理的过渡带是钒矿分布的主要古地理单元[5]，钒矿处于特定的还原条件下闭塞海湾环境，为一套灰黑色含炭硅质岩、炭质板岩沉积建造。

4.4 古气候和地壳振荡及物化条件的控制作用

矿层中岩层基本为薄层和微层，富含有机质，具水平层理，炭质板岩中含磷结核，反映海水相对比较平静。矿石中含白云质，反映气候较干旱。不同岩性呈不等厚互层或互为夹层反映地壳振荡周期变化特征。古生物、地球化学作用及有机质起着主导作用[3～4]。

5 结论

5.1：钒矿主要赋存在含炭硅质岩、炭质板岩中，以炭质板岩为主。在有含炭硅质岩和炭质板岩的情况下，才可能存在钒矿，单一的岩石组合则没有。钒主要赋存于硅铝酸盐中（含钒水云母），极少量分布是铁铝石及电气石石榴石中。

5.2：钒的存在与粘土矿物有关。有机质和菌藻类生物的关系十分密切，生物活动和生物地球化学富集作用对钒矿的成矿起了重要作用。

5.3：该矿床工业类型为沉积型钒矿。呈层状、似层状、透镜状产出，经轻微的变质作用。钒主要呈类质同象及吸附状态存在。

5.4：钒矿层稳定性及其矿化特征与沉积环境、古地理、古气候关系密切，受沉积环境及生物化学等多重因素制约。

参考文献：

[1]湖南省地质矿产局.湖南省区域地质志[M].北京地质出版社，1988：41-52.

[2] 张爱云，翁成敏.黑色页岩型钒矿提钒的主导矿物[J].地球化学，1989，14（4）：391-397.

[3]肖家飞，胡瑞忠，宋谢炎，等.贵州早寒武世的缺氧事件沉积[J].矿产与地质，2006，20 （425）：3662373.

[4]叶杰，范德廉.黑色岩系型矿床的形成作用及其在我国的产出特征[J].矿物岩石地球化学通报，2000，19（2）：952102.

[5]夏文杰，杜森官，徐新煌，等.中国南方震旦纪岩相古地理与成矿作用[M].北京：地质出版社，1994.10-23.

作者简介： 刘涛（1985- ）， 男，助理工程师，在读工程硕士，长期从事地质勘查、地质找矿与勘探工作。