贵州镇远江古钒矿矿床微量元素地球化学特征

贵州镇远江古钒矿矿床微量元素地球化学特征
李卫民胡承伟
摘要：本文根据镇远江古钒矿床钻孔岩芯及坑道所采集样品的REE分析资料，讨论黑色岩系的微量元素特征与相互关系，以期找出部分微量元素的变化规律，探讨矿床成矿的有关问题。通过分析，认为早寒武世黑色岩系既有热液作用也有正常海水参与，矿床的形成与海底热水作用有较大关系。
关键词：微量元素；黑色岩系；钒矿；贵州
1 研究区地质概况
该区域出露的地层有青白口系下江群清水江组、平略组；南华系铁丝坳组、大塘坡组、南沱组；震旦系陡山沱组；震旦系至寒武系留茶坡组；寒武系九门冲组、变马冲组、杷榔组、清虚洞组、高台组、石冷水组及娄山关组。雪峰运动末期至加里东构造早古生代早期，全区进入盖层沉积，尤其以寒武纪地层分布较广泛为特征，受构造—古地理格局影响，本区寒武系地层位于扬子江南过渡区。江古钒矿床主要赋存于震旦至寒武系留茶坡组和寒武系九门冲组黑色细碎屑岩系含矿地层中，严格受地层层位的控制。
区域矿产主要为热水沉积型铅锌矿床、锰矿床、石煤、Ni-Mo-PGE矿床、重晶石矿床及钒矿床等。
2 含矿岩系特征
2.1震旦至寒武系留茶坡组（Z∈lc）特征
震旦至寒武系留茶坡组是研究区主要含矿层位，该层与下伏震旦系陡山沱组（Z1ds）地层呈整合接触，厚度约40m，分布较稳定，厚度变化不大。本组地层含Ⅱ、Ⅲ号矿体，主要为黑灰色薄至中层微至隐晶硅质岩夹炭质页岩，见少量海绵骨针化石，藻类生物化石，普遍含微细粒草莓状黄铁矿。沉积成因的重晶石呈星散状微晶或与泥质组成沉积纹层，此外，还显微可见呈细脉状产出的成岩期后的次生重晶石。沉积重晶石在硅质板岩的出现表明该沉积产物具有深部热水喷流沉积的特点。
2.2寒武系九门冲组（∈1jm）特征
该组地层亦同属研究区内的主要含矿层位之一，按其岩性可分为两段：
九门冲组一段 (∈1jm1)：表面风化呈暗紫红色，岩性主要为灰色、黑色板状炭质页岩，粉砂质炭质页岩，含炭质粘土质粉砂岩夹黑灰色薄层微至隐晶硅质岩，普遍含细粒黄铁矿，发育水平层理，厚2O～140m；为区内含钒地层之一，含Ⅲ号矿体。
九门冲组二段 (∈1jm2)：主要为深灰、灰黑色薄层、中层细晶灰岩夹炭质页岩，厚度0～15m。
以上震旦至寒武系留茶坡组（Z∈lc）和九门冲组一段 (∈1jm1)两地层中富含基性火山岩的金属元素及挥发份组合，含有丰富的磷（P）和有机质，P2O5最高达0.63-0.69%，含V单工程品位一般0.70%～1.37%，平均0.86%，特别在炭质页岩夹层中，V的平均品位可达1.06%，均超过工业品位。研究区I、Ⅱ、Ⅲ号矿层中的工业矿体直接接受上述两组地层岩性段的控制，上述两组地层岩性段主要是由薄～中厚层互层炭质泥岩、硅质岩、炭质硅质岩组成且富含有机质（C有机质>1%）和硫化物（黄铁矿），均具有生物沉积成因的特点。
3．微量元素地球化学参数讨论
研究区黑色岩系炭质硅质板岩、炭质页岩、硅质板岩岩石的微量元素分析数据表明，岩石中“V”含量最高，最高可达13763ppm，平均均为其粘土岩丰度值的9～105倍，次为Ag、 Mo，其变化范围较大，分别为粘土岩丰度值的2—301倍和11.6—55.44倍、Ba的变化不明显，略高于粘土岩丰度值，平均含量分别为1.01—1.42倍，Cr含量高于粘土岩丰度值，平均含量为粘土岩丰度值的2.12—14.38倍、Nb含量亦高于粘土岩，平均含量为3.85—20.09倍不等、Sr略低于粘土岩平均含量，平均含量分别为粘土岩值的0.12～0.22倍。研究区黑色岩系剖面V与Mo、Ag有一定的相关性（图1、图2）。

图1 江古钒矿区黑色岩系V、Mo相关性图2 江古钒矿区黑色岩系V、Ag相关性
3.1 微量元素的比值与钒等多金属元素富集层的讨论
Dymond et a1.(1976)把富金属元素的沉积物定义为“深海沉积物—相对于铝和其它常见的造岩元素来说，过渡元素异常富集的沉积物”。一般认为富金属元素的沉积物有两种不同模式(Marching, 1978; Gundlach et al., 1982): (1)热液型，主要与活动构造带有关。富金属沉积物形成由于拉斑玄武岩酸解、热液淋滤。铁、锰氢氧化物为沉淀的主要组分，这种富金属沉积物难免受到“正常”碎屑或生物成因沉积物的稀释作用;(2)成岩型，主要富集在来自海水的沉淀物中。对于如何正确区分这两种成因类型的沉积物，主要借助一些特征元素、古生物确定其沉积速率、矿物学等手段进行区分。本节通过各种微量元素特征区分成岩和热液富金属沉积物。
(1) n(V)/n(V+Ni)和n(V)/n(Cr)比值
Wignall（1994）提出：全岩中n(V)/n(V+Ni)比值0.83～1.00时为静海环境，为0.57～0.83时为缺氧环境，为0.46～0.57时为氧化环境；Krejei-Graf(1964)和Dill（1986）提出：全岩石中n(V)/n(Cr)>2表示还原环境；n(V)/n(Cr)<2表示氧化环境。通过对来自留茶坡组和九门冲组黑色岩系部分岩石组合样品进行微量元素分析（表5-2），炭硅质板岩、硅质岩、碳质页岩组合样品中n(V)/n(V+Ni) 为0.96-0.99，n(V)/n(Cr)为4.01-15.1，表明形成于静海还原环境。
(2) U/Th比值
在U-Th关系方面，正常沉积岩U/Th<1，热水沉积岩U/Th>1(Bostrom, 1983)。本区测试样品中，U/Th比值在3.63-10.76之间，平均为6，其多金属富集层(JGLB-02、JGLB-03)U/Th比值最高，达到10.76和9.33。将测试样品的lg（U）值与 lg(Th)值投影到Bostrom(1983)的U-Th相关图上(图3)，所有岩样全部落在古热水喷液沉积区(Ⅲ区)，说明研究区黑色岩系的形成与热水沉积作用密切相关。本区黑色岩系中的U/Th比值大于1.25，说明黑色岩系是在缺氧环境下沉积的。

图3 研究区黑色岩系U-Th关系图（底图据Bostrom,1983）
Ⅰ-正常远洋沉积区；Ⅱ-东太平洋隆起沉积区；
Ⅲ-古热水喷液沉积区
(3) Sr/Ba比值
施春华，胡瑞忠等（2006）认为热液成因的岩石Sr/Ba比值<1，沉积成因的岩石Sr/Ba比值>1。盛吉虎等（1998)则认为：深海至滞留浅海环境的Sr/Ba比值小于1。本次所测试样品中Sr/Ba比值为0.06—0.1，均小于1，其指示V等多金属富集层古环境当时为滞留浅海环境，这一特征与研究区的岩性古地理沉积环境基本一致。同时也反映了较强的热水沉积作用的特征
(4) Mn/Fe、Co/Zn比值和Fe-Mn-(Cu+Co+Ni)×10
Fe、Mn、 Zn、 Cu、 Co和Ni等元素可指示多金属沉积物的成因。Nicholson et a1.(1997) 根据Mn/Fe比值定义了三种不同成因类型的沉积物： Mn/Fe< 1为湖成沉积物， Mn/Fe=1属水成沉积物、0.1 <Mn/Fe< 10为沉积喷流型沉积物。研究区样品的Mn/Fe比值在0.1-1之间，据此“V”等多金属沉积物应为沉积喷流型沉积产物。Cu、Co和 Ni在水成沉积物中比热液沉积物要富集得多(Bonatti et al.图5-6显示了((Co+Ni+Cu)与Co/Zn的相关性:在热液结壳区，这两个参数均为最低值，表明任一参数均可指示热液沉积物的相对贡献。从Ni-Zn- Co三角图上(图5可以看出，海底热液沉积物落在Ni-Zn结合之处，而水成沉积物主要落在Co含量相对较高的地方。Cu、Ni、Zn为原生热水来源，而Co主要是水成来源(Cronari, 1980)。比较富集的元素如Ni, Cu, Zn归因于海水中微量元素的吸附作用。水成沉积物中Co、Ni、Cu、Zn的富集可能是因为吸附离子与海水表层相互交换(hurray et al., 1977).

图4 Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10 图5 Co/Zn-(Co+Ni+Cu)相关图（据Toth,1980）
Ⅰ:水沉沉积物；Ⅱ:结核区； Ⅰ 热液地壳；Ⅱ 水成沉积物
Ⅲ:铁锰结核区；Ⅳ:东太平洋地区
含金属沉积物；Ⅴ:热液结壳
在深海沉积物和成岩含金属沉积物中，大多数Cr来源于陆源碎屑物质，这表明Cr与其它元素如Ti, Mg, K, Rb, Zr具有很重要的相关性(Marchig et al., 1982)。在热液过程中，如果没有别的陆源元素迁移，部分Cr为活动的，并且在热液沉淀中富集，结果是Cr与Ti,Mg, K, Rb, Zr的相关性就变得不是很明显。在图7中，Cr与Zr比值在成岩富金属沉积物和深海沉积物具有相似性，显示出正相关性，而热液含金属沉积物中Cr/Zr投点图明显不同，Cr的富集并不伴随着Zr的富集。

图6 Zn-Ni-Co三角图（据Choi et al.,1992）图7 Cr-Zr相关图（据Toth,1980）
Ⅰ-水沉沉积物；Ⅱ-热液沉积物； Ⅰ-成岩型含金属沉积物；Ⅱ- 深海沉积物；
Ⅲ -热液型含金属沉积物
(5) Th-Hf/3-Ta
Wood et a1.(1979)根据Th-Hf/3-Ta三角图区分不同成因类型的玄武岩，Qiunby-Hunt et.a1.(1991)利用Th-Hf/3-Ta三角图讨论海相沉积的黑色页岩的物质来源和沉积构造背景。图8显示了研究区黑色岩系的Th-Hf/3-Ta含量百分比儿乎都落在I一离散板块边缘。

图8研究区黑色岩系Th-Hf/3-Ta三角图（据Quinby-Hunt et al,1991）
Ⅰ-离散板块边缘的钙碱性岩或初生弧拉斑玄武岩；Ⅱ-N型洋脊玄武岩；
Ⅲ-E型洋脊玄武岩（板块内拉斑玄武岩；Ⅳ-板块内碱性玄武岩
通过分析，认为早寒武世黑色岩系既有热液作用也有正常海水参与，矿床的形成与海底热水作用有较大关系。

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