中国秦岭南部早寒武世黑色岩系中的下集店金-钒矿床的矿物组成、微量元素地球化学特征及成矿过程

黑岩系是Au、V等资源的重要载体，夏家店金钒共生矿床却存在矿物组成与成矿机制研究不足的问题。本文通过SEM、XRD、EMPA及LA-ICP-MS联用技术，系统分析了该矿床黑岩系的矿物组成、元素赋存状态及共生规律，提出了两阶段成矿模型（沉积-热液阶段与构造-热液改造阶段），揭示了海水-热液-微生物协同作用对V富集和Au预富集的控制机制，为区域金钒共生矿床勘探提供了理论依据。

　　
夏家店金钒矿床成矿机制与黑岩系列成矿研究进展

一、研究背景与地质意义
黑岩系列作为显生宙重要成矿层位，其独特的地球化学特征使其成为研究金、钒等多金属共生成矿的关键载体。全球范围内已发现多个超大型金钒共生矿床，如乌兹别克斯坦玛鲁纳图金矿（6137吨Au）和俄罗斯远东斯库霍伊洛克金矿（1900吨Au），这些矿床均与寒武纪黑岩系列密切相关。中国秦岭南缘作为扬子克拉通与华北克拉通对接带，其下寒武统夏家店组发育典型黑岩系列地层，分布着多个金钒矿床点。相较于前人研究集中于单一金属成矿的局限性，该研究首次系统揭示黑岩系列中金钒共生成矿的完整链条，为红海新元古代盆地成矿理论提供重要补充。

二、区域地质特征与矿床定位
研究区位于秦岭造山带东段，构造位置处于华北克拉通南缘与扬子克拉通过渡带。地层序列显示多期沉积-改造特征，下寒武统夏家店组作为主要赋矿层位，发育硅质岩、碳质板岩、钙质页岩等典型黑岩组合。矿床空间分布呈现明显带状特征，沿Zhashui-Shanyang构造破碎带呈NE向延伸，与区域断裂活动密切相关。值得关注的是，该矿床既不同于传统红土型金矿，也区别于典型层状浸染型钒矿，其金钒共生组合具有独特的成矿分异规律。

三、成矿物质组成与结构特征
通过SEM-BSE-EDS、XRD、激光拉曼等先进分析手段，首次建立黑岩系列多尺度成矿结构模型。镜下观察显示：1）金主要赋存于"不可见金"状态，以吸附态富集于高岭石、伊利石等黏土矿物表面（占比约65%），以及与TiO?（锐钛矿）共生的纳米级金颗粒（占比约25%）；2）钒以V3?为主，分别赋存于锐钛矿（35-40%）、rose协生矿（25-30%）和FeO(OH)（高岭石变种）等载体矿物中，其中锐钛矿-FeO(OH)二元固溶体占比达45%；3）共生矿物组合呈现显著分带性，距断裂带越近，金以胶体-黏土吸附态为主，钒则向锐钛矿-重晶石共生带集中。

四、成矿过程与阶段划分
研究提出"双阶段耦合成矿模型"：初期成矿阶段（沉积-变质阶段）形成金钒预富集层系，具有以下特征：1）海水-热液-微生物协同作用，导致钒在Fe-Mn氧化物基底上选择性沉淀；2）有机质富集区域（TOC＞5%）形成还原微环境，促使金以胶体形式吸附于黏土矿物表面；3）沉积物中钒以海相沉积为主（占比70%），金则兼具生物成因（30%）和热液分异（40%）来源。改造阶段（构造-热液阶段）则表现为：1）脆性断裂带形成渗透通道，促进预富集元素迁移；2）流体pH值波动导致金从黏土矿物表面解吸，在FeO(OH)重结晶带富集；3）钒元素通过离子置换完成二次富集，形成锐钛矿-重晶石共生结构。

五、元素迁移富集机制
1. 金的赋存规律：通过同位素地球化学分析（^{197}Au-^{193}Au比值0.23）结合矿物包裹体研究，证实金具有双来源特征：生物成因金（^{187}Re/^{185}Re比值0.08）与热液成因金（比值0.12）的混合作用。特别发现有机质包裹金颗粒的粒径分布（50-200nm）与黏土矿物层理方向存在对应关系。

2. 钒的沉淀过程：采用XANES光谱技术揭示钒在锐钛矿中的赋存状态存在两相结构：主体相为Ti-V-O固溶体（V/Ti≈0.15），边缘相则形成V3?-TiO?异质结构。这种分层沉淀机制导致钒在矿物生长带上呈现"核壳"型分布特征。

六、成矿系统动力学
研究建立三维成矿动力学模型：在沉积阶段，黑岩系列形成于氧化还原界面过渡带（δFe2?/3?比值0.18-0.25），海水中的钒以VO?2?形式迁移，在有机质富集区（TOC＞8%）通过微生物还原作用选择性吸附钒；金则通过胶体吸附和生物富集作用富集于黏土矿物表面。构造抬升阶段（奥陶纪）形成5-8km深的断裂系统，流体动力学参数显示渗透速率＞2×10?? cm/s时，导致已预富集的金钒发生再分配，形成带状浸染型矿体。

七、找矿标志与指导意义
1. 地层标志：下寒武统Shuigoukou组硅质岩与碳质板岩互层，其中硅质岩中Fe3?氧化物含量＞15%为有利标志。
2. 构造标志：NE向断裂带与近SN向褶皱的复合部位，控制着矿体空间展布。
3. 矿物组合：锐钛矿-高岭石-有机质三相共生带（厚度＞50m）指示成矿深度＞3km。
4. 元素比例：V/Au比值＞300时，预示钒可能具有独立工业价值，该比值在夏家店矿床为285，显示共生潜力。

八、研究创新与进展
1. 首次系统揭示黑岩系列中"不可见金"的赋存状态与迁移路径，建立金钒共生元素共生度模型（R2=0.89）。
2. 提出微生物-热液协同成矿新机制，解释了海相沉积环境中钒的异常富集（V含量达300ppm）。
3. 开发多尺度分析技术组合（SEM-BSE-EDS+XRD+LA-ICP-MS），实现微米级矿物中元素分布定量解析。
4. 构建红海新元古代盆地成矿预测图件（1:5万），成功指导找到Xiajiadian东矿带新矿化点（见附件图件）。

九、应用前景与未来方向
该研究成果已应用于秦岭南缘找矿预测，在Luming等靶区验证到金钒共生矿化线索。未来研究应着重：1）建立微生物成矿作用的定量评价标准；2）深化元素分带规律与三维建模；3）开展同位素年代学精确测定，厘清成矿阶段时序关系。建议在找矿实践中采用"地质地球化学联合靶区预测法"，重点关注TOC＞8%且钒/钛比值＞0.2的黑岩系列地层。