湖南西北部黑色岩系中的贵金属矿化

湖南西北部黑色岩系中的贵金属矿化_追寻地质梦湖

鲍振襄

（湖南省有色地质勘查局二四五队，湖南 吉首 416007）[1]

摘 要：湖南西北部下寒武统木昌组黑色岩层中蕴藏着丰富的镍钼钒多金属矿床及其伴生的贵金属矿化。可划分为两类岩性序列，分别赋存着镍钼-金银矿化和钒-银矿化。有机成矿作用对该类矿床（化）的形成起了主导作用。本区具有潜在的贵金属矿化的找矿前景。

关键词：黑色岩系；镍钼钒矿床；金银矿化；有机成矿作用

0 引言

近年来，随着找矿研究工作的深入，伴生在湘西北地区镍钼钒多金属矿床中的贵金属矿化，其经济意义和地质意义愈来愈引起人们的关注。该矿带长达180km，宽40km，东北延伸到湖北境内，西南进入贵州省，它是我国华南地区沉积型镍钼钒多金属矿床及其贵金属矿化的主要成矿区带和潜在的成矿区带，还蕴藏着极其丰富的石煤资源[1—3]，具有重要的经济意义和找矿意义。

本文是本队和湖南地质四〇五队在该区大量工作的基础上，结合资料的第二次开发，初步探讨赋存于黑色岩系中的金银矿化，以及铂、钯等元素的地质特征。由于均赋存于镍钼钒多金属矿床内，故将其成矿特征融于镍钼钒多金属矿床中阐述之。

1 区域地质背景

本区位于扬子准地台东南侧，邻近江南地轴的武陵褶断束内。在地层分区上，于早寒武世时基本上属于武陵山过渡区，隶属于扬子区和江南区的过渡地带。赋矿地层为下寒武统木昌组，其含矿岩系为一套碳硅泥质黑色岩系，与下伏地层上震旦统灯影组或留茶坡组[2]总体上呈整合接触关系。

区域构造主要为NE向的古丈复背斜，轴部地层为新元古界板溪群浅变质含火山物质的碎屑岩系，其上不对称地分布着震旦系、寒武系等，局部被白垩系超覆。NE向的花垣 慈利深大断裂通过本区，对区内的地层分布、成矿作用具有控制意义。

岩浆活动微弱。仅在古丈龙鼻嘴一带下震旦统江口组内夹有橄榄玄武岩、辉绿岩及橄榄辉石岩体等，从构造位置和岩石化学成分特征分析，代表了弧后盆地火山活动作用的产物。

区内镍钼多金属矿床主要分布于花垣 慈利深大断裂东南侧、古丈复背斜东北端的倾伏部位，钒矿床则随着黑色岩系之延展而广布全区，然以古丈复背斜北西翼较为集中（图1）。

图1 湘西北含贵金属元素镍钼钒矿区域地质略图

1.板溪群—震旦系；2.寒武系—志留系；3.寒武系—三叠系；4.白垩系；5.下寒武统木昌组；6.中上寒武统；7.奥陶系—志留系；

8.基性岩体；9.背斜、向斜；10.断层；11.不整合界线；12.镍钼 金银矿产地；13.钒 银矿产地；14.石煤产地

2 矿床地质特征

2.1 贵金属元素矿化类型及产出特征

根据贵金属矿化与镍钼钒多金属矿床的依存关系，将湘西北黑色岩系中的贵金属矿化类型划分为两类，即镍钼-金银矿化类型、钒-银矿化类型。

区内镍钼钒多金属矿及其贵金属矿化，均产于下寒武统木昌组黑色岩系的底部。但不同的矿床（化）类型有其特定的岩性序列。镍钼层（化）主要为金属硫化物富集层，其下主要为磷块岩层，其上为碳质页岩和白云质黑色页岩，即镍钼层主要赋存于木昌组底部厚度不大（5.7～6.8m）的含磷岩系中。钒矿层主要为碳质页岩夹薄层硅质岩或互层（含硅质磷结核），其下为薄层硅质岩夹碳质页岩（含硅质磷结核），其上为含粉砂质黑色页岩，矿层赋存于厚度不大（4.2～14.5m）的含磷碳硅泥质岩系中。

2.2 矿体产状形态

2.2.1 镍钼层

本区镍钼层主要呈缓倾斜的似层状和透镜状产出，而富矿体则呈透镜状、扁豆状或扁豆体群以及筒状产出，一般为1层矿，偶见2层或多层。较大的似层状矿体长200～700m，透镜状、扁豆状矿体长10～200m；平均厚0.24～1.50m，富矿层（金属层）一般仅厚0.05～0.12m。矿层与围岩界线明显。

2.2.2 钒矿层

钒矿层主要呈缓倾斜的层状、似层状产出，一般长600～2800m，延深大于600m，与围岩界线不清。平均厚1.65～2.45m，最厚可达6.3～7.5m。一般为1层矿，有的矿床见有2层或多层，均以产于留茶坡组顶部或木昌组底部者为主矿层。

2.3 矿石类型及其含矿性

2.3.1 镍钼矿石

本区镍钼矿石一般由含磷结核板状、鳞片状碳质页岩、板状碳质页岩、白云质粉砂质碳质页岩、碳磷质小透镜体贫矿石和各类富矿石（金属硫化物）组成，除含主量元素Ni、Mo外，还有Au、Ag、Pt、Ru、Os、Y、Re、Se、Cu、U、P等46种元素，真可谓是一个多种元素的富集层（表1）。按其结构构造的不同可划分为5种矿石类型。不同矿石类型的含矿性也不同（表2）。但其贵金属含量以镍钼层（金属硫化物层）更为集中，如天门山地区10件样品分析结果，平均含Au0.155×10-6，Ag12.6×10-6， Pt0.219×10-6，Pd0.253×10-6[4]。

2.3.2 钒矿石

依据矿物成分及结构构造，可划分为硅质板状、碳泥质页片状和含磷结核状3种。矿石中一般含Ag 5.4×10-6～24.43×10-6，此外尚含Se0.0019×10-6～0.019×10-6，U0.007×10-6和Cd0.00038× 10-6等。

2.4 矿（岩）石物质成分

区内镍钼钒矿石及顶底板岩石的主要化学成分为Si O2、Al2O3、Fe2O3、Ca O、C有机等（表3）。另据天门山镍钼矿床10件富矿样品分析，平均含S16.44%。比较而言，镍钼矿石中Si O2平均含量（ωSi O2=37.51%）较钒矿石低2.02倍，C有机较钒矿石约低1.16倍；而ωCa O（11.47%）、ωP2O5（4.86%）和ωMg O （2.90%）含量则分别较钒矿石高出11.47倍、6.88倍和3.92倍，特别是S竟高出钒矿石（0.125%） 131.5倍。再者镍钼层由底板岩石（磷块岩）向上，Si O2、Al2O3、Mg O等含量增高，特别是C有机猛增12倍之多（大浒）；而Ca O、P2O5明显降低，但又明显高于顶板碳质页岩的含量。可见本区镍钼层是以富含碳、硫、磷及钙镁等组分为特征，而钒矿层则更富含硅、碳和黏土质等组分。这与矿石的物质成分是一致的。镍钼层主要是含大量硫化物的碳磷质矿石和碳磷质白云质矿石，钒矿层主要物质成分是硅质、有机组分和伊利石（水云母）等。

表1 湘西镍钼矿床（段）多元素平均质量分数统计

注：表中Au、Ag、Pt、Pd、Ru、Rh、Os分析单位为×10-6，其余为%；除慈利大浒矿床资料据范德廉等（1973）外，其余由湖南地质四〇五队提供（湖南省地质实验室分析，1979）。

表2 各类镍钼矿石多元素分析结果（×10-6）

注：后坪矿床据本队资料（桂林冶金地质研究所分析，1981）；胡空峪矿段由湖南地质四〇五队提供（湖南省地质实验室，1979）；分析单位同表1。

表3 镍钼钒矿石及顶底板岩石化学成分（%）

注：除东方钒矿[8]、排口钒矿据本队（1988）外，其余均同表1。

镍钼矿石中的矿物种类很多，由于成岩化作用和热液叠加，使矿物种类、形态、相互关系复杂化。主要矿物为黄铁矿、胶硫钼矿、二硫镍矿、辉镍矿、辉砷镍矿，次要矿物为砷黝铜矿、闪锌矿、含银自然金。后生矿物为黄铁矿、辉镍矿、二硫镍矿、辉砷镍矿、砷黝铜矿、针镍矿，次要矿物为黄铜矿、闪锌矿、黝铜矿、白铁矿、方铅矿、斑铜矿、紫硫镍铁矿等。而钒矿石矿物成分简单，主要由两部分的含矿岩石组成，一部分为碳质页岩，主要含钒矿物为含钒水云母（含钒伊利石），占总量的60%～86%，次为有机碳（沥青质）约占10%，石英占3%～5%，以及少量黄铁矿、磷灰石、白云石等；另一部分为硅质岩，主要矿物为石英及玉髓，占85%～87%，碳泥质约10%，含钒水云母2%～3%，以及微量高岭石和磷灰石等。据古丈排口钒矿床5件试验样品分析结果，钒矿层（即碳质页岩与硅质岩互层）平均含V2O51.16%，其中碳质页岩含V2O51.50%，硅质岩仅含V2O50.36%，永顺中山坪钒矿床试验样品分析结果同样如此，可佐证钒矿石中钒的主要载体矿物为含钒伊利石（即含钒水云母）。

2.5 贵金属存在形式及元素间的关系

本区镍钼层中的贵金属，常构成含金银的镍钼硫化物层，一般含Au0.24×10-6～0.70×10-6，Ag 10×10-6～16.90×10-6，尤其当镍钼与黄铁矿构成金属硫化物薄层时，含Au可达2.49×10-6。金银主要以含银自然金形式存在，粒径为0.01～0.05mm，据电子探针分析，含Ag7%～15%，Au85%～93%。此外，部分金可能是赋存于载金矿物黄铁矿中等。

铂族元素在本区镍钼层中分布很普遍，主要有Pt、Pd、Os，另外还发现Rh、Ru等。据大浒矿床分析资料，金属硫化物层平均（5件）含Pt0.296×10-6，Pd0.407×10-6，Os0.133×10-6；富矿层（鳞片状页岩）平均（4件）含Pt0.144×10-6，Pd0.282×10-6，贫矿层（板状黑色页岩）平均（2件）含Pd 0.035×10-6，不含Pt。经初步选矿试验，铂族元素和镍铝层呈密切共生关系，并在选矿过程中富集方向完全一致，为综合回收提供了良好的条件。但选矿试验均未发现铂、钯的单矿物，却有部分元素的高含量（ωPt=1.00×10-6～1.10×10-6，ωPd=1.18×10-6～1.25×10-6，ωOs=0.383×10-6）有待进一步研究。但就目前的资料分析，Pt、Pd等主要富集在含硫化物（45%～55%）、含Ni（3%～5%）、Mo（5%～10%）的金属硫化物层内，其次富集于含硫化物（13%～17%）、Ni（0.5%～2%）、Mo （0.5%～3%）的富矿层中，而含硫化物以黄铁矿为主（8%～12%），一般含Ni0.05%、Mo0.05%的贫矿层中其量甚微；同时，在矿层中Pt、Pd含量与Ni含量呈正相关，Ni高，Pt、Pd亦高。一般来说， Pt相对集中，而Pd趋于分散，这可能是因为在镍钼层中Pt与Ni、Pd与Mo的相关关系要密切一些的缘故。从地球化学角度来看[5]，Pt、Pd主要由于其强烈的亲硫性，可形成种类繁多的铂族元素硫化物，尤其能与Fe、Ni、Mo的硫化物形成固溶体的形式存在，上述不同矿层的Pt、Pd含量特征就是最好的诠释。

钒矿层中的贵金属元素一般只作了Ag的分析。据慈利、大庸、永顺、古丈、泸溪等县境15处钒矿床中Ag的分析资料（由中国有色金属工业总公司北京矿产地质研究院等分析，1987）矿床平均含Ag5.04×10-6～16.12×10-6，矿带平均Ag12.79×10-6（75件）。其中如Ag矿化较强的中山坪矿床，在其长1000m的矿层内，含Ag12.5×10-6～16.25×10-6，平均13.69×10-6；ωSe0.011%～0.019%，个别达0.039%，平均0.018%。Ag、Se的富集与钒矿层一样连续而稳定。目前，在钒矿层中尚未发现银的独立矿物，但地球化学认为，由于钒矿层中的有机质与黏土质具有强烈的吸附Ag的作用，并能形成Ag的螯合物，当遇有H2S或S2-时则促使其沉淀；其次以含银黄铁矿（ωAg=6× 10-6）等形式存在。

另据湖南地质四一八队资料（1989），湖南宁乡安化同层位的黑色岩系中的钒矿带，如天井矿床含Ag0.01×10-6～0.048×10-6、Pd0.008×10-6～0.06×10-6，TR2O30.21%～0.367%。虽然钒矿层中Pt、Pd的质量分数远低于镍钼层，但从中可以看出其Pt、Pd等元素的富集与富含有机质及黏土质的钒矿层有关。

3 成矿条件与控制因素探讨

3.1 地层 岩石的控矿作用

湘西北地区赋存于震旦系—寒武系间黑色岩系中的镍钼钒多金属矿床及其贵金属矿化，均出现在两大构造层的界面上，无一例外地赋存于扬子区外缘下寒武统木昌组。因此，木昌组是黑色岩系中多金属矿床及其贵金属矿化成矿的基本地质条件。其成矿的共同特点是，矿床（化）层位及部位稳定，相邻矿层可作地层 岩石柱状剖面对比，而且元素在地层中的分布及空间变化也与地层 岩石组合一致。属于较典型的沉积型镍钼钒多金属矿床及其贵金属矿化。

区内镍钼钒矿床及其贵金属矿化虽然都赋存于木昌组底部黑色岩系中，然各有其特定的岩性序列。一般来说，镍钼层主要富集于底部含磷岩系中，下伏地层一定是灯影组白云岩。其形成与C有机、P2O5、Ca O和Mg O等元素密切相关，表现在矿层中有机质含量高，常可见到磷结核和磷酸盐等。钒矿层则赋存于木昌组底部的含碳硅泥质岩石中，下伏地层为留茶坡组硅质岩。在其成矿过程中，钒元素大部分是呈（VO4）3-络阴离子被碳泥质物均匀吸附的状态存在。因此，与有机质和黏土质的关系更为密切。

总之，本区镍钼层与钒矿层是随着下伏地层和含矿岩系的相变而发生相应的成矿变化的，或者说是同期异相的产物，二者既相关又不相容，并随着沉积岩相及岩性序列的变化，相应地出现与镍钼铁硫化物伴生的金银铂族元素矿化，以及与碳硅泥质岩石伴生的银矿化的侧向变化。

3.2 岩相古地理控矿作用

本区在早寒武世早期处于洞庭古陆西北边缘陆棚区，武陵海海底隆起的东段。其沉积相自西北向东南可分为3个岩相区：①西北部为含碳、黏土质硅质岩相区；②中部为含碳、磷、白云质、黏土质岩相区；③东南部为含碳、黏土质硅质岩相区[6]。镍钼矿层及其贵金属矿化主要富集于中部相区的东南缘；而钒矿层及银矿化主要分布于东南部相区的西北缘，以及与中部相区的过渡部位。

区内镍钼钒多金属矿床及其贵金属矿化的产状、形态、分布及规模均受到古基底构造地形的影响。如在大庸一带，灯影组白云岩顶面呈弱喀斯特化起伏面，可视为一个沉积间断面或侵蚀作用的界面，为镍钼矿层及其贵金属矿化的形成提供了良好的基底构造条件。在这样的构造 岩相条件下，当早寒武世木昌组开始沉积时，如果古基底为低洼开阔地带，沉积的矿体一般为似层状，且规模较大，如天门山向斜北翼的桃坪矿床，矿体既大（长1500m）又稳定。但当基底地形起伏较大，甚至呈岛屿状时，则形成的矿体为透镜状、扁豆体状及扁豆状等复杂形态，其规模既小分布又零星，如汪家寨矿段等。上述表明镍钼矿层及其贵金属矿化形成的古地理环境，可能属于海湾局限半封闭式或浅水沉积盆地，其同生沉积和成岩作用多发生于缺氧环境里。而钒矿层形成的古地理条件可能为低洼开阔的台地地带，属于浅海滞流盆地的缺氧环境，故其广布于湖南中西部大范围之木昌组分布区，且钒矿层厚度与其含矿岩系厚度有同步增长关系，其岩相带愈宽，含矿岩系发育愈完整，则矿床规模愈大，矿质愈佳。

3.3 有机成矿作用

湘西北下寒武统木昌组黑色岩系中，发现大量的微古植物化石、放射虫、海绵骨针等，还保存着丰富的海相低等生物的有机残体，这表明在木昌组沉积物中菌、藻类得到了空前的繁衍，在成矿过程中起了聚矿造硫作用。

微生物对湘西北镍钼钒多金属矿床及其贵金属矿化的成矿有着十分重要的作用。对镍钼层来说，它的形成是紧接着早寒武世“成磷期”之后，生物活动对磷、镍钼及其贵金属都起着关键的作用。黑色岩系中保留的大量菌、藻类生物，在镍钼层中局部保留有显微球粒状及似细菌结构[7]，草莓状黄铁矿随处可见，这些极高含量的有机质，便是有机成矿作用的佐证。藻类遗体分解造成的还原环境，有利于镍钼等呈硫化物形式沉淀。而某些厌氧性的微生物还原细菌，能将硫酸盐中的高价硫（S6+）还原成低价硫（S2-），在这一生物化学作用过程中，其放出的H2S则为形成金属硫化物矿床提供了必不可少的S2-，从而对矿床的形成至关重要。

对于贵金属元素来说，有机共沉淀作用可以有效地、选择性地使微量元素得以富集。由于这种成矿作用，黑色岩系中黄铁矿结核的硫同位素（δ34S值17.3‰）几乎没有什么分馏作用，而镍钼层中的黄铁矿δ34S（-13.0‰～-8.4‰），具有生物硫特征，表明生物参与成矿作用。

据凤凰东方钒矿床资料[8]，矿石中富含有机碳（沥青约10%）和碳质绿色素（1.16×10-6～2.85× 10-6），特别是其中的烷类、三萜贴为细菌和陆缘有机物生物标志化合物，其中干酪根代表了黑色岩系中主要有机成分，矿层中发现大量的藻类生物也证明了有机碳属生物成因。钒与生物密切相关。P-U-V-Ni-Corg元素组合的显著相关特征表明，钒是与生物化学富集作用有直接关系的。据张爰云等（1982）的研究，黑色岩系中钒的含量随绿色素增高而增高，从而表明微生物在钒矿形成中起重要的作用，而在富含有机质、富钾和黄铁矿的黑色岩系中富集，贵金属的含量是各类沉积岩中最高的，特别是富含有机质和钾的黏土质沉积岩中，Ag的富集更加明显。

总之，湘西北镍钼钒多金属矿床及其贵金属矿化，是在有机质（生物化学）参与下发生成矿作用的，属于有机成矿作用矿床范畴。可以认为，原始沉积盆地是一种富含微生物的沉积环境，这些微生物群可能与海底喷气通道有关。本区海湾及浅海盆地环境和大量有机碳与硫酸盐的产出，为矿床的形成创造了良好的地质条件并起了关键的成矿作用。

3.4 成矿元素的再富集作用

湘西北木昌组的碳质页岩、黑色页岩等黏土质岩石中，绢云母含量很少，这是成岩化作用的主要标志。而富含有机质的黑色岩系，因成岩变化或热降解而释放的烃类形成还原环境，十分有利于本区硫化物的形成。其富镍钼的泥状沉积物在成岩作用过程中，镍钼等金属离子可以交代原生沉积的黄铁矿或生物残体，与H2S作用生成后生的晶粒状镍钼等硫化物。此外，镍钼层中除胶状黄铁矿外，还有一种自形、半自形、他形晶的黄铁矿，它们与胶硫钼矿、镍矿物紧密共生，有些可能是成岩作用中再结晶生成。钒矿层的主要赋存岩石——含钒碳质页岩以吸附状态和金属有机化合物状态存在的钒，以及生物体中释放出来的钒，在成岩作用过程中，以V3+形式进入水云母（伊利石）晶格中置换A13+形成类质同象，即含钒水云母（含钒伊利石）。在上述成岩作用过程中，均可使黑色岩系中的成矿元素得到进一步富集。

本区镍钼钒多金属矿床中贵金属矿化的富集，也与黑色岩系本身的沉积成岩作用分不开。这除了上述黑色岩系中贵金属的丰度是各类沉积岩系中最高者外，还与黑色岩系中存在大量的有机质相关。由于有机质具有强烈的吸附贵金属元素的能力，并将可溶性络合物中的金还原成自然金，或使银形成螯合物，遇有H2S及S2-时促使Ag沉淀。铂族元素则由于其具有强烈的亲硫性，在成岩作用过程中，很可能在后生的铁、镍、钼的硫化物中呈固溶体的形式一起发生沉淀富集。

诚然，湘西北镍钼钒多金属矿床及其贵金属矿化的成矿富集，除了与沉积成岩作用有关外，构造因素或后期热液作用亦值得重视。如在镍钼层中发育的一种脉（网）状黄铁矿，可与后生的镍矿物、钼矿物及闪锌矿等共生，或呈微脉充填在胶硫钼矿、磷结核及硫化物凝胶体收缩裂隙和岩石[3]，后生的黄铜矿可交代辉镍矿，还有一种辉砷镍矿与热液闪锌矿簇生等。区内这种热液叠加成矿作用可能与花垣慈利深大断裂及其派生的构造活动有关。但就整个湘西地区镍钼钒多金属矿床及钼其贵金属矿化的成矿而言，有机沉积成矿是基础，成岩富集是沉积成矿的继续和演化；而构造（热液）作用只是局部性的叠加成矿作用。属于生物化学沉积矿床范畴。

4 找矿意义

产于下寒武统木昌组黑色岩系中湘西北地区的镍钼钒多金属矿床及其贵金属矿化，由于其赋存层位稳定，分布广，矿床（化）规模大（特别是钒 银矿），可综合利用的元素多，其经济地质目的层的重要意义已不言而喻。

根据现有资料分析，区内镍钼多金属矿床中贵金属矿化的找矿工作，应主要集中在古丈复背斜北东段倾覆端的天门山向斜和剪刀溪向斜构造内，而上震旦统灯影组白云岩相区、尤其是其沉积间断面的存在，可作为找矿的构造—岩相标志。该区Au平均丰度达到6.6×10-9。钒 银矿化的找矿区，范围可大至湖南中西部大范围内的木昌组分布区，但重点可考虑在湘西北永顺中山坪到古丈排口一带。通过重点区带的进一步找矿研究工作，以其在黑色岩系中发现新类型的贵金属矿床。

参考文献

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[1]文章来源：《矿物岩石》，1997年第2期。作者简介：鲍振襄（1933—），男，湖北襄阳人，高级工程师，从事金属矿床找矿勘探、综合研究。

[2]本组岩性在花垣 慈利深大断裂以北为白云岩相，称灯影组；以南相变为硅质岩，称留茶坡组.

[3] 湖南地质四〇五队.湘西北×××沉积型镍钼多金属矿床物质组分特征和地球化学探讨.湖南地质科技，1973年第1期.