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摘要：该钒矿产出于秦岭寒武纪黑色岩系中带的下寒武统水沟口组，为典型的沉积型钒矿。矿床因断层错断，被分为南北两矿带4条矿体，矿体厚度及品位较稳定。矿床赋存在水沟口组第二岩性段及第三岩性段中，与互层状的薄层状硅质岩、粘土岩岩性组合关系密切，地层控矿特征明显。后期的F1断裂构造作用控制了矿体的空间展布形态，滑脱构造叠加使矿体局部膨大或狭缩。结合前人研究，分析认为钒矿富集可能是生物—热水沉积作用的结果。
关键词：钒矿；矿床特征；矿床成因；山阳县
该钒矿床位于陕西山阳县王阎镇，大地构造位置处于秦岭造山带南秦岭构造带北部晚古生代裂陷带东段，秦岭寒武纪黑色岩系的中带，区域构造形迹近东西向，长期活动的山阳－凤镇大断裂和镇安－板岩镇大断裂对区内沉积环境和后期改造起着重要的制约作用。本文通过对山阳县王阎镇某钒矿的区域地质特征、矿区地质特征、矿体特征以及矿床成因分析等研究，为区内进一步寻找沉积型钒矿提供了参考借鉴。
1区域地质情况
该钒矿位于南秦岭构造带东段，北邻商丹断裂。在早元古结晶基底和中晚元古褶皱基底之上，发育晚晋宁－海西期裂陷海槽，印支期秦岭构造带北部发生由北向南的逆冲推覆，南部发生基底抬升剥露、伸展滑脱，形成武当山地块北缘滑脱构造。
区域出露地层属华南地层大区，镇安－旬阳地层小区。主要有太古界－下元古界长英质片麻岩、混合岩、斜长角闪岩，中元古界(绢云)石英钠长片岩，上元古界青白口系变质中基性－中酸性海相火山岩，震旦系浅海相镁质碳酸盐岩夹泥质岩和硅质岩，下古生界寒武系碳硅质岩、碳酸盐岩，奥陶系碳酸盐岩夹碎屑岩，志留系下统碎屑岩夹碳硅质岩，上古生界泥盆系碎屑岩、泥页岩夹灰岩和石炭系碎屑岩、碳酸盐岩。
2矿床地质
2.1地层特征
矿区出露地层为震旦系灯影组(Z2dn)、寒武系水沟口组(Є1 sh)、岳家坪组(Є2y)。
上元古界震旦系灯影组(Z2dn)由下而上可分为三个岩性段，第一岩性段出露于矿区中部，岩性为浅灰白色块状—巨厚层微晶白云岩，局部夹有少量藻纹层白云岩、栉壳构造白云岩。第二岩性段主要为浅灰色厚层藻纹层白云岩，发育藻纹层沉积构造，亦可见栉壳状构造发育，栉壳状构造多为串珠状、葡萄状平行层理产出，常聚集呈规模巨大的栉壳构造层。第二岩性段与第一岩性段相依，分布其北侧。第三岩性段出露于矿区中部和南部，岩性以灰色厚层微晶白云岩为主，藻纹层和栉壳状构造发育较弱。
下古生界寒武系水沟口组(Є1 sh)分布于矿区中部和南部，呈北东东向带状展布，为一套海相碎屑岩、生物碎屑岩、泥质(粘土)岩、碳酸盐岩沉积，厚度为18m~130m，为钒矿的赋矿层位，该组与下伏灯影组呈平行不整合接触关系，与上覆寒武系岳家坪组为整合接触关系，地层整体北倾，受构造作用影响局部地层分布不稳定。由老到新，地层具有硅质岩含量逐渐降低，泥质、碳质含量逐渐升高的趋势。依据岩性组合特征可将其分为四个岩性段：
水沟口组第一岩性段(Є1sh1)为紫红色中厚层状硅质岩，该岩性段下部颜色相对较浅，浅肉红色局部浅灰色，上部颜色相对较深。硅质岩呈紫红色—肉红色，中厚层状构造、块状构造，单层厚50cm~150cm不等，隐晶质—微晶质结构，主要矿物成分为石英(90%以上)，钙质(5%±)，褐铁矿、重晶石等其他矿物(5%±)。矿物粒径大多<0.02mm。岩石坚硬致密，局部呈块状。该岩性段位于矿体下部，呈近东西向的细条带状展布，与下伏地层呈平行不整合接触，出露稳定，可作为矿区内的找矿标志。
水沟口组第二岩性段(Є1 sh2)岩性为硅质岩与粘土岩互层，局部层间分布有大小不等的磷结核，该岩性段是主要的赋矿层位之一，厚度约7m~30m，依据岩性组合不同分为上、下两个亚段，特征如下：下亚段为深灰色、黑色中层状硅质岩，偶见粘土岩夹层，硅质岩呈深灰色、黑色，隐晶质—微晶结构，以中层状多见，局部底部见厚层状黑色硅质岩，其地表出露连续且较稳定。上亚段为灰黑色中薄层、薄层状硅质岩夹薄层状粘土岩，夹层比为2：1~4：1。硅质岩，呈浅灰黑色，中薄层状构造，隐晶质构造，主要矿物成分为石英(85%~90%)，褐铁矿(5%±)，炭质(5%±)以及少量钙质等其他矿物组成。粘土岩，呈浅灰绿色，薄层状构造，平行层纹构造，单层厚0.2cm~3cm不等，泥质结构，主要矿物成分为高岭土、水云母等粘土矿物(85%±)，钙质(5%±)，硅质(5%±)，以及少量褐铁矿化等其他矿物(5%±)组成。层间可见有大小不等的磷结核，扁椭球状，大小0.5cm~5cm。粘土岩向上逐渐增多、增厚，硅质岩层逐渐减少、变薄。水沟口组第二岩性段是本区的主要赋矿层位。
水沟口组第三岩性段(Є1 sh3)呈近东西向的带状展布，分为上下两个亚段，下亚段为粘土岩、薄层状粘土岩与薄层状硅质岩互层，粘土岩，含炭质粘土岩夹薄层硅质岩。由于粘土岩含量较高，岩层韧性较强，层间揉皱较为发育，粘土岩中有大小不等的磷质结核、钙质结核，结核大小0.5cm~3cm。向上硅质岩夹层减少、变薄，粘土岩逐渐增多。该亚段厚度约2m~16m，是重要的赋矿层位。上亚段为褐黄色、褐黑色碳质粘土岩，偶见硅质岩。粘土岩呈杂色(土黄色、褐红色、灰色等)，中薄层状构造、平行层纹状构造，单层厚0.5cm~5cm不等，显微鳞片或泥质结构，主要矿物成分为高岭土、水云母等粘土矿物(70%~75%)，钙质(10%~15%)，硅质(约5%)，褐铁矿(5%~10%)以及其他矿物等组成。岩石中褐铁矿化常见，多呈薄膜状分布于岩石层理面及裂隙面上。该层与上覆水沟口组第四岩性段呈整合接触关系，厚度约2.1m~32.57m。
水沟口组第四岩性段(Є1 sh4)呈近东西向的带状展布，岩性为紫红色、土黄色、杂色粘土岩，钙质板岩、碳质板岩，局部见少量薄层泥质灰岩，该岩性段是钒矿体顶板。
下古生界寒武系岳家坪组(Є2y)分布于水沟口组北侧，依据岩性组合特征可分为两个岩性段：下段深灰色中薄层含燧石条带或团块细晶白云岩，含角砾细晶白云岩，碎裂状细晶白云岩，紫红色薄层状泥质白云岩等，与下伏水沟口组接触面附近发育一层灰白-灰黑色薄层灰岩。岩层中的泥质白云岩内可见浅绿色泥质条带，局部可见团状细粒黄铁矿和沿泥质条带发育的脉状黄铁矿。上段为灰色、深灰色厚层亮晶细晶白云岩、紫红色泥质白云岩，含藻纹层，偶见栉壳构造。
2.2构造特征
矿区的褶皱、断裂构造形态与区域构造线方向基本一致。矿区构造线呈北东东—南西西向展布，以断裂构造为主，褶皱构造较弱。矿区位于区域性东西向桐木沟复式背斜的东段，天桥断裂与桐木沟断裂夹持区，受断裂构造影响，桐木沟复式背斜仅见北翼，南翼断失，轴部紧靠桐木沟断裂。地层整体向北倾向，倾角30°~70°。矿区内地层整体表现为向北倾斜的单斜岩层。
矿区内断裂构造以北东东-南西西向为主，同时发育少量北西向次级断裂。矿区内最大断裂为F1断裂，呈北东东—南西西向，横贯矿区中部，上盘(北盘)地层出露灯影组，下盘(南盘)出露水沟口组及岳家坪组，产状350°∠60°~85°，断裂北盘上升，南盘下降，表现为逆断层特征。断层破碎带宽5m~30m，其间填充碎裂岩、角砾岩、原岩碎块及碳酸盐脉等。F1断裂对本区钒矿带的展布影响较大，决定了本区钒矿呈南北两带的平面展布特征。F1断裂形成活动前，南北两条钒矿带为统一、连续的钒矿层。受F1断裂影响，将其深部钒矿层错断、推覆至较高位置，后受地表风化、剥蚀作用，在平面上形成南、北出露的两条钒矿带。且南矿带(3号、4号矿体)深部延深规模受F1断裂限定，推测在一定深度，矿体相交于F1断裂，不再向下延展。
水沟口组地层中发育两条滑脱剥离断层，一是位于水沟口组第二岩性段与第三岩性段之间，二是位于第三岩性段与第四岩性段之间，这两个界面上下岩石的能干性差异较大。这主要是因为水沟口组以硅质岩和粘土岩为主，而上下地层均为能干性较强的厚层状白云岩，在区域应力作用下形成了层内的滑脱构造及局部的塑性流变构造，导致地层的重叠或缺失，使得地层厚度在横向上难以对比。滑脱剥离断层证据有：一是水沟口组第二段、第三段内发育岩石碎裂、脆韧性变形等。二是硅质岩与粘土岩互层小型揉皱极为发育，呈“N”“M”型紧闭褶皱，硅质岩为能干层发生折曲，粘土岩为塑性层发生塑性流动填充硅质岩的层间空隙，形成层间褶皱。三是层间的滑脱断裂构造中发育有构造角砾，其中硅质岩脆性特征明显，因剪切应力作用而碎裂呈菱形、多边形，碎裂角砾多具有可拼合，粘土岩充填构造角砾空隙。其中的构造角砾岩为顺层发育，整体层序保持相对完整，层面为断层镜面，可见阶步与擦痕。滑脱构造的应力环境早期表现为压扭性质为主，构造样式为紧闭褶皱、脆-韧性拉伸线理，晚期表现为拉张伸展为主，兼有右行走滑，构造样式表现为顺层滑脱断裂、顺层构造角砾等。另外，有热液脉体(方解石脉、石英脉)穿插主要发育在滑脱拉张裂隙中。总体而言，构造作用对矿层的总体影响不大，形成上下层位整体稳定，局部构造极为发育的特征。受到滑脱构造、塑性流变作用的影响，矿体在局部地段膨大或狭缩，破坏了原有层状岩石的稳定结构，可能会对深部工程的安全稳定性造成一定的负面影响。
2.3岩浆、热液活动
矿区内未见岩浆岩发育，仅见沿断裂充填的方解石脉、方解石石英脉、石英脉及少量的重晶石石英脉等。矿区内发育热液蚀变类型有绢云母化、硅化、方解石化、黄铁矿化、褐铁矿化、铁碳酸岩化。其中绢云母化与钒矿化密切相关，钒多以类质同象的形式分布于绢云母中，其余蚀变多为成矿后，与区域浅变质作用、低温热液活动有关。
绢云母化主要发育于含矿地层粘土岩层中，多呈细小鳞片状和集合体状，片径多介于0.5µm×0.5µm~212µm×50µm之间，多点定向分布，以带状集合体的形式存在，分布于石英粒间或包裹于石英中，与石英、褐铁矿关系密切。硅化、黄铁矿化、褐铁矿化主要发育在含矿层中，呈细脉状产出，脉体宽1cm~3cm，长2m~3m，黄铁矿、黄铜矿、方铅矿呈细脉浸染状产出，分布不均匀。方解石化十分普遍，多呈脉状、晶簇状产出。
3矿体特征
矿区内共圈定南北二条矿带，北矿带为1号、2号矿体，南矿带为3号、4号矿体。矿体平行产出，均为近东西向带状展布，产状近于一致。南北矿带原为同一矿带，因F1断裂错动而形成。其中，北矿带(1号、2号矿体)位于矿区北部吕家坪—西沟脑一线，总体呈北东东向展布。地表出露长度2.8km，区域上延伸稳定，出露宽度12m~80m。
南矿带(3号、4号矿体)位于矿区南部石板沟—廖家湾一线，矿区内矿带长约2.4km，在阳坡淌以西呈近东西向展布，以东转为北北东向。地表出露宽度8m~68m，圈定3号、4号两个矿体，矿体呈层状、似层状，产状与地层产状基本一致，倾向北西，倾角20°~82°。南矿带深部被F1断裂截断，推测向下延伸受到断层限制。整体上，矿体形态简单，呈层状、似层状的板状体，延伸稳定，连续性较好，矿体受后期挤压应力影响，形态呈缓波状，使得局部增厚或减薄。
1号矿体是区内主要的工业矿体之一，赋矿层位为水沟口组第二岩性段上亚段和第三岩性段，由于受逆冲推覆构造作用影响，层间滑脱构造较为发育，导致岩层具有整体有序局部无序的特点。粘土岩、硅质岩与粘土岩的韵律层为钒矿体赋存的有利岩性组合。1号矿体形成呈板状，近东西走向延展，倾向北—北西，倾角30°~60°，产状较为稳定，矿体厚度7m~8m，厚度变化较稳定，矿体较为连续，品位较高且稳定。局部受层间滑脱构造和塑性流变构造影响，导致局部矿体波状起伏形成小型褶皱。矿体倾角由地表向深部有变缓趋势，而走向上矿体延展稳定，但局部存在狭缩膨大、分支复合等现象。总体上，钒矿体受水沟口组第二岩性段及第三岩性段的严格控制，赋矿岩性为灰黑色、灰绿色薄层粘土岩与薄层硅质岩的互层、杂色薄层粘土岩及少量的灰色硅质岩。
2号矿体分布于北矿带中部区域，1号矿体南侧，赋存在水沟口组第二岩性段下亚段，由薄层硅质岩夹微薄层粘土岩或条纹条带状粘土岩组成，控制长度为1470m，矿体形态较简单，矿体呈层状、似层状，局部呈透镜状，延伸较稳定。矿体倾向北-北西，倾角30°~55°，厚度较小，品位较为稳定。
3号矿体位于南矿带，赋存在水沟口组第三岩性段中，赋矿岩石为浅黄灰、浅紫红色粘土岩夹条纹—条带状硅质岩及薄层硅质岩与粘土岩互层，可见磷质结核。矿体形态较简单，矿体呈层状、似层状的板状体，延伸较稳定。矿体产状290°~15°∠26°~68°，优势倾向为315°~359°，总体产状为349°∠52°。矿体厚度及品位较为稳定。
4号矿体位于3号矿体南侧，赋存在水沟口组第二岩性段中，赋矿岩石为灰黑色中—薄层硅质岩夹微—薄层粘土岩或条纹条带状粘土岩。矿体形态较简单，呈层状、似层状的板状体，延伸较稳定，总体产状为351°∠51°，矿体厚度及品位变化较小。
4矿床成因
前人对含矿岩石进行研究，发现赋矿岩石以硅质岩石为主少夹微薄层浅灰白色、浅灰绿色粘土岩时，V2O5品位较高，而纯硅质岩品位低，甚至达不到工业品位。且纯粘土岩中V2O5含量也较低，只有在夹有硅质岩条带或条纹时矿石品位较富。
初步认为该矿床是生物-热水沉积作用的结果。在早寒武世，南秦岭属于扬子陆块北部被动大陆边缘，处于板块扩张背景下，海底火山活动、热水喷流活动以及陆源细粒泥质沉积物带来了大量的Si、V、Ba、P等物质，钒、钡等元素来源于沿断裂活动的海底热水喷流或火山活动，矿区内发育少量的重晶石化及邻区探明的重晶石矿床等，都证明矿床形成与热水沉积作用有密切关系。同时，生物活动对于成矿元素的迁移、富集、沉淀具有重要作用。海底上升洋流带来的磷质、营养物质促进了藻类等低等浮游生物的繁殖，生物活动亦可以富集海水中的钒，生物遗体分解的有机质可以吸附海水中的金属元素，有利于金属元素的迁移。浮游藻类在海水表层透光带中大量繁殖，致使海水的pH值、Eh值发生改变，造成海水中的硅质、泥质聚沉。聚沉物质对金属离子具有强烈的吸附作用，藻类对金属元素具有强烈的富集作用，藻体死亡后在下沉过程中对泥质及金属元素亦有一定的吸附作用，综合作用使得钒等金属物质富集、沉淀至海底。随着构造机制的变化，海进、海退交替进行，硅质、泥质及生物遗体(伴有成矿元素V)交替沉积于海底缺氧环境中，从而形成钒矿床。
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