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2. 自然资源部深地科学与探测技术实验室，北京 100094;
3. 中国地质大学（北京）, 北京 100083
2. SinoProbe Laboratory, Beijing 100094, China;
3. China University of Geosciences, Beijing 100083, China
[Objective] Vanadium is widely used in multiple fields due to its unique physical and chemical properties, playing an increasingly important role in economic development, and its demand is increasing. China is one of the countries with the largest amount of vanadium ore resources, ranking first in the world in terms of total resources, mineral product production, and consumption. It is of theoretical and practical significance to summarize the metallogenic regularity and assess the potential of vanadium. [Methods] We evaluated the potential of vanadium resources in China based on systematically summarizing the metallogenic regularity and mineralization patterns of vanadium deposits. [Results] The sedimentary vanadium deposits related to the black rock series are the type of vanadium deposits with the highest proportion of identified resources in China. This type of deposits mainly distributes in the northern edges and southeastern part of the Yangtze block, the Qinling–Dabie orogenic belt, and the northern edge of the Tarim block. The black strata deposited under the influence of marine invasion, biological organic matter, and hot water are the most important elements for searching for this type of deposit. The next important deposit type is vanadium titanium magnetite type related to basic ultrabasic rocks. The mineralization mainly related to deep and large faults. The banded structure igneous rock belt is the most important element for searching for this type of deposit. We delineated 213 prediction areas, including 32 in class A, 85 in class B and 96 in class C. [Conclusions] The characteristics of vanadium resources in China are abundant resources, low grade, abundant co associated minerals, and complex mineral composition. The low level of mineral processing and smelting technology leads to a low level of comprehensive utilization of vanadium resources and significant waste of resources. To consolidate and cultivate the advantages of vanadium resources in China, we suggest as follows: (1) Increase the investment in the exploration of magmatic− type V−deposits to ensure the production capacity demand of the existing V−industrial base. (2) Strengthen the research and development of sedimentary−type V ore processing and metallurgical technology, and the scientific and technological research and development of high−grade vanadium products. (3) Improve the efficient and high−end development and utilization of vanadium resources.
钒（Vanadium），银白色金属，有延展性，质坚硬，无磁性，熔点很高，耐盐酸和硫酸，耐水腐蚀，如此众多优异的物理性能和化学性能使得钒用途广泛，使用范围涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医药等众多领域，且在航空钛合金等某些领域，目前钒是不可替代的。近年来随着全球能源格局的变革，绿色能源已成为可持续发展战略的重要保障，作为稳定储能产业必需的钒资源，越来越受到重视。
钒在地壳中的丰度为0.02%，排在元素地壳丰度的第13位，地球的钒矿资源非常丰富，但钒在自然界分布非常分散，常以含钒矿物或类质同象的形式存在，作为共伴生矿种产出。Goldberg（1992）将钒矿床类型划分为岩浆型（钒赋存在钒钛磁铁矿中）、同生沉积型（钒赋存在与碳和烃类有密切关系的沉积物中）、后生变质型（钒赋存在构造泥化带的黏土中）以及表生钒矿（钒赋存在地表多金属氧化带中），其中尤以岩浆型钒钛磁铁矿最为重要，是钒产品最主要的来源。据统计全球钒矿的储量主要分布于中国、澳大利亚、俄罗斯、南非、巴西、美国、芬兰、加拿大等国，产品则主要来源于中国、俄罗斯、南非、巴西4个国家。中国是全球钒储量（占比40%）、产量（占比66%）及消费量（占比47%）的第一大国。为摸清全国钒矿的潜在资源状况，笔者团队系统梳理了全国钒矿产资源现状及资源勘查成果，深入总结了中国钒矿的成矿规律，并在此基础上开展了全国钒矿资源的潜力分析与评价，以期为合理利用与布局中国钒矿资源提供参考。
2 中国钒矿资源特点 2.1 矿产地与分布根据公开资料整理，中国现已发现钒矿床、矿点、矿化点470余处（主要为伴生矿），其中有查明资源量的351处，包括大型（V2O5>100万t）及大型以上矿床17处（表1），中型（V2O5 10~100万t）矿床97处。
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表 1 全国钒矿大型及以上矿床一览 Table 1 Large and super large V−deposits in China |
根据《中国矿产资源报告》2019、2022（中华人民共和国自然资源部, 2019, 2022），我国共有23个省（市、自治区）有钒矿的查明资源量（图1），主要分布于四川和湖南，其次位于贵州、湖北、河南和陕西，这6个省的查明资源量约占全国的80%。统计数据显示，近10年来中国钒矿的累计查明资源量一直保持稳定的小幅增长趋势。
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图 1 中国钒矿查明资源分省分布图 Fig. 1 Distribution of V resources in different provinces |
综合分析表明，中国钒矿资源具有矿床类型简单、独立矿床少、共伴生矿种多、品位较低、资源量大且分布集中等特点。
2.2.1 独立矿床很少在地壳中，钒是比较常见的元素，含量约占地壳构成的0.02%，比铜、锡、锌、镍的含量都多，且相对容易获取；钒的价态多样，在自然界主要以+3价和+5价存在，其中V3+的离子半径与Fe3+和Al3+非常接近，常以类质同象替代铁和铝的方式进入矿物晶格，铁和铝在自然界中的分布甚广，导致了钒的分布过于分散，很难形成以独立钒矿物为主的钒矿床，基本均是以类质同象形式产于钒钛磁铁矿床，或以含钒矿物产于磷块岩矿（含钒磷酸盐）、含铀砂岩（铀钾钒矿），或呈吸附状产于铝土矿以及含炭质的岩石如石煤中。
2.2.2 矿床类型简单钒矿床的成因类型简单，主要包括岩浆型、沉积型、沉积变质型及风化型等。中国最主要的钒矿床有两类，一类是与基性—超基性杂岩有关的岩浆型（钒钛磁铁矿），其查明资源量占了全国总量的35.94%，另一类是与黑色岩系有关的沉积型（俗称石煤型），占比59.99%。其他类型，如产于砂岩型铀矿氧化带的伴生钒矿，与风化壳型铝土矿伴生的钒矿等，仅占了很小的比例，为4.07%。
2.2.3 开发利用石煤型钒矿是中国的特色世界上产于岩浆型钒钛磁铁矿中的钒资源量占全球总量的67%，其余的产于磷块岩、原油及沥青砂等矿床中。钒矿产品有98%来源于钒钛磁铁矿，其余来自石油、铀矿、磷矿的副产品。不同于其他国家，中国钒矿资源是以黑色岩系有关的沉积型为主，其次才是钒钛磁铁矿型，有78%钒矿产品出自钒钛磁铁矿，其余来自石煤型钒矿。
中国石煤型钒矿资源量巨大，是提取钒的主要原料之一，而且可能是目前少有的开发利用这种类型钒矿的国家。然而，由于这种类型钒矿矿物组成复杂，选冶和提纯技术水平制约了资源综合利用水平，造成的资源浪费较大。
国外此种类型的钒矿也很多，如美国曾对怀俄明州西部和爱达荷州东南部的二叠系Phosphoria组上部黑色页岩中的钒矿进行评价，页岩中V2O5含量平均0.9%，估算资源量约为4100万t（Mckelvey et al., 1986），由于产品价格、环境保护等因素，美国将其作为暂不能利用的次经济资源进行储备，数据并没有纳入资源量统计中。可以想见，如果将这种类型的资源全部纳入统计，中国的资源量第一的优势可能并不存在。
2.2.4 品位不高目前已发现含钒的矿物有百余种，但具有开发意义的工业矿物种类并不多，绿硫钒矿、钒云母、钒铅矿、钒钾铀矿、钒铜铅矿等矿物中V2O5含量虽然较高，达18%~29%，但自然界量很少，难以聚集成矿。而钒钛磁铁矿矿物中的钒含量虽然很低，一般为0.1%~0.2%，但资源量巨大，因此是钒资源的主要来源。
中国有78%的钒矿产品出自钒钛磁铁矿，然而与国外相比，中国钒钛磁铁矿床中的钒品位普遍偏低。如南非的布什维尔德（Bushveld）平均品位（V2O5）为1.5%~2.0%，罗万（Rhovan）平均品位为2.3%，马坡茨（Mapochs）平均品位为1.4%~1.9%；芬兰的科伊特莱宁（Koitelainen）矿床品位为2.0%~2.3%（中国地质矿产信息研究院, 1996）；加拿大的派普斯通湖（Pipestone）矿床品位为1.2%~1.6%；美国的桑福德山（Sanford）矿床品位为0.45%。而中国岩浆型钒钛磁铁矿床的钒平均品位为0.29%，如著名的攀西地区的钒钛磁铁矿，钒的平均品位仅为0.10%~0.32%，不足边界品位（坑采0.5%~0.6%，露采0.4%~0.5%）的一半。
2.2.5 资源量分布集中中国有23个省（自治区）有查明钒资源量，主要集中分布于四川和湖南，占全国近50%。另一方面，在470余个钒矿床中，17个大型钒矿的查明资源量占了全国总量的60%以上。资源的集中分布有利于规模化开采。
2.3 中国钒矿供需情况中国钒产量自2012年大幅增长以来，一直占全球钒产量的一半以上，而且一直处于供过于求的状态（高永璋, 2019）。从进出口数据分析（图2），除了2020年受新冠疫情影响产生的较高幅的净进口外，中国的钒出口一直大于进口，属于产能过剩、对外依存度很小的矿种。
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图 2 中国近年来V2O5进出口走势（根据公开数据整理） Fig. 2 Import and export trend of V2O5 in China (processing based on publicly available data) |
钒的独立矿床很少，因此矿床类型随主矿种的类型而定。中国钒矿床的主要成因类型为岩浆型和沉积型，另有少量与玢岩型铁矿有关的火山岩型、与石墨矿伴生的沉积变质型、与铝土矿相伴生的风化壳型，以及与钛铁砂矿伴生的滨海砂矿型等。其中，沉积型最为主要，查明资源量占全国总量的59.99%；其次为岩浆型，查明资源量占比为35.94%，其余的4.07%为火山岩型、风化壳型等其他类型。
3.1.1 沉积型钒矿床沉积型钒矿包括了产于黑色岩系中的钒（Mo、Ni、Ba、Ag、U等）多金属矿床、磷钒矿床，以及产于杂色岩系中的钾钒铀矿等，其中尤其以产于黑色岩系中钒多金属矿床最为重要，该类型钒矿具有分布广、层位稳定、规模大的特点，17个大型超大型钒矿中该类型占了10个。
黑色岩系是含有较多的有机碳（一般≥1%）及硫化物的暗灰色—黑色的硅质岩、碳酸盐岩、泥质岩及相应变质岩石组合的总称，在中国分布较广，形成时代从元古代至新近纪均有（范德廉等, 2004），几乎均赋存有钒矿资源。其中，有经济价值的沉积型钒矿床主要产于扬子地块和秦岭—大别造山带中的下寒武统黑色页岩系（即广义的“石煤”）中。典型的矿床如河南内乡—淅川县的大桥—上集钒矿、湖南会同县的鲁冲—铁溪钒石煤矿、贵州岑溪县的注溪钒矿床等。矿化多呈带状分布，矿体层状、似层状单层或多层产出，产状与地层一致，含矿层厚且稳定，矿石类型包括炭质硅质岩型、炭质黏土岩型、炭质板岩型等，矿石往往保存有原生沉积阶段的组构特征（纹层状、条带状）。钒元素主要以类质同象形式赋存于钒系云母的晶格中，其次被黏土矿物、有机质所吸附。
沉积型钒矿床主要形成于同生沉积和早期成岩阶段，成矿多与沉积转换时期的海侵有关，发育于浅海台地、陆棚和边缘海斜坡盆地等浅水区域；成矿环境为缺氧的弱还原环境；有机质、黏土等对成矿元素的捕捉和吸附，以及微生物自身的携带、热水流体中胶体物质吸附等，均可促进钒元素的富集；成矿物质多渠道多来源，也导致了成矿元素和伴生元素多样；成矿作用表现为海水（Mao et al., 2002; Lehmann et al., 2007; Xu and Mao, 2021）、生物和海底热水（Jiang et al., 2007; Han et al., 2017）的多因复合（韩善楚, 2013），在不同区域不同的沉积环境，各因素起作用的程度不同；成矿后变质作用对钒的影响较弱，可以使钒部分活化流失，但通常并不能产生钒的显著富集。
3.1.2 岩浆型钒矿床岩浆型钒矿是指与岩浆型铁矿相伴生的钒矿床，是中国钒矿的另一重要类型，以攀枝花、承德等地的钒钛磁铁矿为代表。该类矿床成因上与不同地质时代的基性—超基性杂岩体有关，钒与铁呈完全的正相关关系，富集规律一致。然而，此类矿床总体上钒的品位较低，实际生产中是否综合利用往往受到价格及选冶成本的限制。
矿床大多数产于隆起区边缘的深断裂带及其附近，因此，矿床在区域上常呈线状分布，一般规模较大，沿走向可达几千米，厚几米至几十米。如攀西成矿带（张成江等, 2009; 武斌等, 2012; 邢长明等, 2012）和华北陆块北缘的赤城—承德—北票WE向基性岩、超基性岩带（王国灿等, 1992; 陈安国等, 1996）是中国重要的两条岩浆型钒钛磁铁矿的成矿区带。
3.1.3 其他类型钒矿床中国其他类型钒矿床主要包括火山岩型、沉积变质型、风化型、砂矿型等。火山岩型钒矿是指与火山−侵入岩有关的玢岩型磁铁矿相伴生的钒矿床，主要产于在长江中下游地区一些断陷盆地中。如安徽马鞍山地区的铁矿、江苏南京梅山铁矿等，成矿与中性—基性富钠质闪长玢岩有关，从火山−侵入活动中心向外，往往形成矿浆型、高温气液充填交代型、接触交代型等多个成因类型组成的成矿系列。矿石矿物以含钒磁铁矿为主（李厚民等, 2012），次为赤铁矿、镜铁矿等，研究表明热液成因的磁铁矿Ti、V的含量均较岩浆成因的要低（Nadoll et al., 2014）。沉积变质型主要是指与沉积变质型石墨矿相伴生的钒矿，如：黑龙江柳毛石墨矿含V2O5达30万t，达中型规模（郝文丽等, 2008），类似的还有四川广元的石墨（钒）矿、江西金溪峡山石墨（钒）矿（李汉玲, 1982
沉积型钒矿形成于缺氧的海相沉积环境，其分布受到黑色岩系分布的控制。沉积型钒矿有关的成矿区带如图3和表2。从图表可以看中，中国含钒矿地层包括了青白口系到二叠系间8个层系的多个含矿层位，空间分布主要集中于扬子地块北缘、南缘以及秦岭—大别造山带，涉及云南、四川、贵州、湖北、湖南、广东、广西、浙江、江西等省区，特别是浙西北—皖南—赣西南—湖南至桂西北一线，富钒的上寒武统黑色岩系层连绵1600多千米。此外，在准噶尔盆地南缘及塔里木板块北缘也有少量分布。
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图 3 沉积型钒矿分布范围 Fig. 3 Distribution of mineralization sedimentary V−deposits |
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表 2 沉积型钒矿有关的成矿区带 Table 2 Mineralization zones of sedimentary V−deposits |
沉积型钒矿的成矿作用以沉积为主，成矿时代亦与赋矿地层的成岩时代一致。中国沉积型钒矿的从新元古代到二叠纪均有成矿活动，其中尤以早寒武世最为重要，这一时期沉积的钒矿查明资源量占了总沉积型钒矿的87.84%。其次为泥盆纪和震旦纪晚期，资源量占比分别为4.35%和4.03%（图4）。
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图 4 沉积型钒矿床的成矿时代及对应的资源量 Fig. 4 Metallogenic age and corresponding resources of sedimentary V−deposits |
近年来随着测年方法的不断丰富，沉积型钒矿床的成矿年龄也有了较可靠的数据。如Horan et al.（1994）对湘黔地区下寒武统黑色页岩中的硫化物层用Re–Os法厘定的同位素年龄为（560±30）Ma；李胜荣等（2002）获得黔北和湘西黑色岩系多金属矿矿石的Re–Os等时线年龄为（542±11）Ma；Mao et al.（2002）对华南寒武纪黑色页岩系多金属成矿带中的黔北黄家湾Ni–Mo–PGE矿床中水云母黄铁矿层进行了Re–Os同位素测年，获得等时线年龄为（541.3±16）Ma；Jiang et al.（2003）对牛蹄塘组最底部火山灰层中的锆石进行了U–Pb定年，得出结果为（532.3±0.7）Ma。这些研究数据精确地厘定了大洋缺氧事件，有效地示踪了当时的成岩环境（杨競红等, 2005），代表了同沉积钒矿的形成时间。
3.2.3 赋矿地层及成矿作用沉积型钒矿产出的8个系级地层分别与我国不同区域不同地质历史上经历的缺氧事件相对应，表3中列出了我国沉积型钒矿的含矿层位及相关岩性组合。不同的岩性组合对产出矿产的种类有着一定的影响，如与U−Mo−V、Ni−Mo−V成矿有关岩石组合主要为含较多有机质的黏土质—硅质岩组合，与P−V、Mo−V、Ag−V成矿有关的岩石组合多为炭质页岩—硅质—碳酸盐质岩石组合，说明在Ni、Mo、U成矿过程中，热水流体的作用可能更明显。
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表 3 中国沉积型钒矿床的含矿地层及岩性组合分布 Table 3 Ore-bearing strata and lithological associations of sedimentary V−deposits in China |
下寒武统分布最为广泛，产出钒矿床也最多，为了更清楚了解其他含钒层系中钒矿的产出情况，将非寒武系中的钒矿展示到图5中。
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图 5 非寒武系不同层位的钒矿分布图 Fig. 5 Distribution of V−deposits in different stratigraphic layers (excluding Cambrian) |
产于栾川群中的钒矿主要分布于北秦岭褶皱带的河南卢氏—栾川—南召一带（李自民等, 2013; 马东峰等, 2016），赋矿层位为栾川群煤窑沟组上段的炭质板岩及含炭质片岩，如卢氏县假沙爬钒矿，矿床形成于秦岭碰撞造山后伸展构造演化时期，沉积环境属板内裂谷拉张海侵阶段的浅海陆架—局限台地（胡国辉等, 2019），钒元素主要呈吸附状态存在于黏土矿物中。
南华系中的钒矿多是以锰矿的伴生矿物出现，主要见于重庆秀山、贵州铜仁以及湖南凤凰等地，如贵州普觉锰钒矿，伴生钒的查明资源量（V2O5）达50余万t，瓦屋乾溪锰钒矿中钒的查明资源量19万t，均达中型规模。矿床形成于新元古代拉张下沉时期的裂谷盆地，成岩环境为贫氧—缺氧环境（王佳等, 2023）。
震旦系中的钒矿主要分布于上扬子地块北缘和南缘，有利的岩石组合为碳质页岩−含碳质灰岩、黑色硅质岩、碳质黏土岩。上扬子北缘的钒矿主要赋存于陡山沱组，如湖北宜昌的白果园银钒矿、金家沟银钒矿，四川达州的隔档溪钒矿等。上扬子南缘钒矿主要赋存于灯影组、留茶坡组中，如贵州黔东南的注溪钒矿、江古钒矿等。
下寒武统的黑色岩系具有全球等时性规模，在我国境内分布也最为广泛，从新疆塔北缘到秦岭—大别成矿带，再到扬子地块均有分布，尤以扬子地块最为广泛，区带内沉积的下寒武统黑色岩系不仅厚度大，而且层位稳定，产出的大型钒矿床最多，岩头寨、新开塘等大型钒矿均产于这一层系。塔里木地块北缘在早寒武世时为沉降海侵的时期（高振家等, 1993），从西部柯坪地区（如黑山、书盖提布拉克等钒矿等）到中部库鲁克榙格地区（如且干布拉克达阪银钒矿）再到东部的北山地区（如方山口磷钒矿、大水钒矿等），断续构成了一条长上千千米的钒成矿带，有利的成矿环境为上升洋流广泛发育的陆棚斜坡相，受次氧化条件控制（于炳松等, 2003）。南秦岭地区从寒武纪到志留纪处于造山后伸展阶段，早寒武世时期发育了富硅、炭质的巨厚陆缘裂谷沉积（徐林刚等, 2022），形成了中村、千家坪等一批钒矿。
与奥陶系有关的钒矿床主要分布在陕西、青海等地，根据目前资料，赋矿地层多为与下志留统未分的地层（如陕西的斑鸠关组、青海的哈拉巴依沟组），故在此与志留系合并讨论。产于上奥陶统—下志留统中的钒矿主要分布于秦岭—大别成矿带，如甘肃甘南的庙儿沟钒矿、迷坝钒矿，陕西白河县木瓜坪钒矿（杨涛等, 2021），陕西安康的堰沟钒矿、马尿坑钒矿，湖北十堰的四棵树钒矿、三池钒矿等，青海省东昆仑山南坡祁连县一带亦有分布（张勤山等, 2020）。含矿岩性主要为炭质板岩、炭硅质板岩、炭质粉砂岩等，钒矿的规模均较小。
泥盆系中的钒矿主要见于广西中部，与石煤矿共生，如上林县大丰大型钒矿，矿体产于下泥盆统塘丁组，岩石组合为炭质泥岩、含炭硅质岩夹泥晶灰岩，矿床查明资源量208万t，平均品位1.1%。桂北地区在泥盆纪时处于自南向北的海侵（叶杰和范德廉, 2000）时期，当地的气候条件为热带—亚热带低纬度区，有利于生物的发育，滞流的台间海槽导致了缺氧环境，沉积了一套含钒的黑色岩系。到晚泥盆世，海侵达到最大规模，海水最深，不利于钒矿沉积，因此，钒矿只见于该区下—中泥盆统。
二叠系中的钒矿主要分布于扬子地块北缘，如湖北的恩施、重庆的巫溪以及四川的旺苍等地，塔里木板块北缘的新疆阜康地区也有产出。成矿多与Mo、U、磷、石煤相伴生，规模可达中型（如重庆田坝钼钒矿）。有利的岩石组合为含炭硅质岩（含煤线）、炭质页岩、铝质黏土岩。
3.3 岩浆型钒矿的时空分布规律 3.3.1 空间分布规律与铁镁质基性—超基性岩有关的钒钛磁铁矿的形成主要与切壳的深大断裂有关，如攀西钒钛磁铁矿带，即产于康滇隆起内的攀西裂谷带；河北大庙地区的钒钛磁铁矿床，产于华北陆块北缘的内蒙古隆起内的崇礼—隆化深大断裂带；山东沂水地区的钒钛磁铁矿床，产于胶东（古元古代）陆缘裂谷胶北陆缘岩浆带；东天山地区的岩浆型钒钛磁的矿的形成环境为晚古生代陆内裂谷（图6，表4）。
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图 6 岩浆型钒矿分布范围 Fig. 6 Distribution of mineralization zones of magmatic V−deposits |
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表 4 岩浆型钒矿产出的成矿区带 Table 4 Mineralization zones of magmatic V−deposits |
从图表看，岩浆型钒矿分布范围较广，然而，从矿床规模来看，资源仍然主要集中在康滇隆起（攀枝花、西昌地区）及华北地块北缘（承德地区）。这两个区带内的岩浆型钒查明资源量占全国岩浆型钒矿总量的83%。
3.3.2 时间分布规律中国岩浆型钒矿主要与各个时期的基性—超基性岩浆岩有关，从岩浆型钒矿的成矿时代统计图（图7）上可以看出，产于二叠纪的矿床最多，其次为石炭纪和元古宙，据资源量统计，最主要的成矿时代为二叠纪，其次为元古宙。
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图 7 岩浆型钒矿床的成矿时代及对应的资源量 Fig. 7 Metallogenic age and corresponding resources of magmatic V−deposits |
二叠纪钒矿资源量占了总岩浆型矿床的88.32%，主要来源于攀枝花地区，与印支期峨眉山大火成岩省有关，典型矿床为攀枝花钒钛磁铁矿；元古宙的钒资源量占了总岩浆型矿床的8.72%，主要来源于华北地台北缘的基性—超基性岩带，典型矿床为大庙钒钛磁铁矿，相关统计见图3。
产于石炭纪的岩浆型钒矿床主要位于新疆、青海一带，查明资源量较少，与其勘查程度低有关，目前没有更详尽的资料。
3.3.3 成矿岩体及成矿作用形成岩浆型铁矿的侵入体为超镁铁质岩体，主要是基性—超基性杂岩体，如辉长岩杂岩体、非造山碱性辉长岩体、橄榄辉长岩体，如攀枝花钒钛磁铁矿、霞岚钒钛磁铁矿；其次是斜长岩杂岩体，如大庙钒钛磁铁矿；一些超贫铁矿的成矿岩体为辉石角闪石岩体、角闪石岩体和辉绿岩脉等（李厚民等, 2012），如红山嘴超贫钒钛磁铁矿等。成矿的母岩浆主要来自上地幔，成矿作用主要为结晶分异作用和矿浆熔离作用（张招崇等, 2014），成矿岩体往往分异良好、韵律结构发育，矿床直接产于各个韵律层的下部。分异作用愈彻底时，含矿组分愈富集。
4 中国钒矿资源潜力评价 4.1 沉积型钒矿的成矿模式及预测模型综合成矿规律分析，沉积型钒矿的形成与拉张背景下海侵、缺氧环境、有机质吸附以及微生物的活动、热水作用等有关，这些特点组成了沉积型钒矿床独特的找矿标志。
在沉积型钒矿的预测要素中，关键要素之一是含矿地层。对于沉积型钒矿，海侵、丰富的有机质、缺氧、热水作用是公认的成矿控制因素，需要从这几方面去进一步细分地层的沉积相，甄别成矿有利性。以寒武系分布最为广泛的华南地区（图8）为例，钒矿床主要产于西北部即扬子地块范围内，东南部华夏地块内的寒武系中，基本没有成规模的钒矿产出，原因主要在于成矿环境与储存环境的差异。新元古代古华南洋闭合后，扬子地块与华夏地块聚合成的古华南大陆，受成冰期Rodinia超大陆裂解构造应力影响，再次扩张裂解，整个华南在晚震旦纪—早寒武世为一个陆内海盆（张国伟等, 2013）。扬子地块当时的沉积环境处于浅海凹陷、陆缘斜坡盆地（图8a），沉积组合以炭质页岩、炭质泥岩、硅质岩为主，浅水环境比较适合海藻等浮游生物生长，生物有机质为钒矿的富集和保存提供了有利条件。华夏地块的沉积环境较扬子地块更深，下沉和堆积迅速，碎屑沉积物明显增多，只在局部地区出现闭塞的滞水环境，沉积了有限的黑色岩系，如广东的大茅群（广东省地质矿产局, 1988）和福建的林田群（福建省地质矿产局, 1985）等，以碎屑岩沉积为主，有利成矿的黑色炭质页岩、炭质板岩只呈透镜状、结核状出现，在华夏地块内找到成规模的沉积型钒矿的可能性相对较小。
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图 8 华南晚震旦纪—早寒武世构造图（a，万天丰, 2011）与华南寒武系地层、沉积型钒矿分布图（b） 1—古陆剥蚀区；2—浅海凹陷、沉积带；3—半深海硅质页岩；4—半深海火山复理石沉积；5—陆缘碎屑沉积区；6—寒武系；7—钒成矿区带及边界；8—火山岩分布区；9—沉积型钒矿 Fig. 8 Late Sinian–Early Cambrian structural map of South China (a, after Wan Tianfeng, 2011) and distribution of Cambrian strata and sedimentary V−deposits in southern China (b) 1–Ancient land erosion area; 2–Shallow sea depression, sedimentary belt; 3–Semi−deep−sea siliceous shale; 4–Semi−deep sea volcanic flysch deposition; 5—Terrigenous clastic sedimentary area; 6–Cambrian; 7–V−metallogenic belt and boundary; 8–Volcanic rock distribution area; 9–Sedimentary V−deposit |
除了特定沉积环境下的有利的沉积地层外，有利的岩石组合也是预测该类型矿床的重要要素，如含较多有机质的黏土质—硅质岩组合，多与U−Mo−V成矿有关。炭质页岩−硅质−碳酸盐质岩石组合。多与P−V、Mo−V成矿有关。
以扬子地块早寒武世钒成矿为例，矿床的成矿模式可以描述为：在震旦纪与寒武纪转折期，存在一次较大范围的缺氧事件。这一时期，古华南大陆裂解形成的断陷盆地继续拉张裂陷，海平面迅速上升，受古构造控制作用，地形分割成水下隆起和凹陷，在凹陷部位形成局限性滞流的深水盆地，有利于有机质的堆积富集（吴朝东等, 1999）。拉张作用导致局部性的火山喷溢作用和海底热流活动，从地球深部带来了部分V、Ni、Mo等成矿物质。环境的改变导致海水中的菌藻类大量死亡堆积，有机质降解的耗氧过程促进了缺氧环境的形成（叶杰和范德廉, 2000），钒在缺氧环境下在有机质中优先被结合，形成了初始矿源层。成岩阶段，随着环境中物理化学条件的改变，泥质黏土转变为伊利石（水云母），从生物体中释放出来的钒与黏土矿物吸附的钒便进入有机质参与成矿（图9）。总的来讲，沉积型钒矿的成矿作用是以沉积作用为主，局地会受火山作用影响，表现出生物与海底热水双重作用特征（施春华等, 2013）。
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图 9 沉积型钒多金属矿成矿模式图（据施春华等, 2013; 韩善楚, 2013修改） Fig. 9 Metallogenic model of sedimentary polymetallic V−polymetallic deposits (modified from Shi Chunhua et al., 2013; Han Shanchu, 2013) |
沉积型钒矿的区域预测要素如表5。
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表 5 沉积型钒矿床预测要素 Table 5 Prognosis model of sedimentary type V−deposits |
岩浆型钒矿的预测要素（表6）中，特定的基性—超基性杂岩体是必要条件。以攀枝花钒钛磁铁矿为例，矿床的成矿模式（宋谢炎和陈列锰, 2012）可以描述为：在华力西期裂谷构造周期性扩张背景下，液态幔源岩浆上升到上地幔石榴子石稳定区，发生部分熔融，形成富Fe的岩浆；这种岩浆在地壳深处发生了较强烈的橄榄石和辉石分离结晶，由于V和Ti相对于这两种矿物均为不相容元素，因此大量富集在了残余岩浆中；分离结晶作用还使得残余岩浆的氧逸度增高，当残余岩浆上侵到当前的岩浆房中时，钛铁氧化物达到过饱和而发生结晶，并在重力作用下沉降，在岩浆房下部堆积成矿。如果构造环境为周期性扩张，岩浆会呈脉动式上侵补充，每一次的上侵，都会在底部沉淀一层比重大的钒钛磁铁矿，从而形成多层矿，这种矿床的规模往往较大。成矿过程中，V和Fe表现出完全的正相关性，Fe含量高的位置V的含量也高。成矿模式如图10。
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表 6 岩浆型钒钛磁铁矿预测要素 Table 6 Prognosis model of magmatic type Fe–V–Ti deposits |
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图 10 攀枝花矿床成矿模式图 Fig. 10 Metallogenic model of Panzhihua magmatic Fe–V–Ti deposits |
钒矿的独立矿床很少，大部分是以伴生的形式产出。在对以共伴生形式为主的矿产进行预测时，应注意更深入全面地研究典型矿床，尤其是被预测矿种与主矿种的之间在成矿过程、成矿环境、物质来源等方面的相关性，才能更有效地甄别有利成矿要素，实现更精准的预测。
如在磷钒矿中，磷和钒是作为共生组分产出，两者成因上相关、空间上共存，然而在纵向上常表现出磷矿层常位于钒矿层下方的分带特征（赵省民等, 2002; 李军等, 2019; 赵杰, 2022），如方山口钒磷矿、平台山磷钒矿等，在横向上两矿种的矿体分布范围常常不完全重合，且在磷结核较多的层段，钒品位往往较低，表现出“异体共生”的特点。形成的原因可能是相同大沉积环境下因海平面震荡等因素引起的小环境的差异，当海平面上升，海水动力增加，随着上升洋流带来的成矿物质在压力、温度等发生变化时沉淀，沉积了多结核的磷矿层；当海平面下降，形成局限的新鲜海水补给率低的海湾环境，菌类、藻类生物的死亡腐化导致更加缺氧的还原环境，沉积了钒矿层；另外，磷酸盐的沉积要求为弱碱性，钒的沉积环境为偏酸性，也是造成成矿分带的原因之一。
在镍钼钒矿床中，镍钼矿层往往位于钒矿层的上部。Algeo and Tribovillard（2009）研究认为Ｖ和Ｕ在沉积物中的富集代表着缺氧的弱还原环境，如闭塞的浅海陆缘海盆，而Ni和Mo成矿可能受海底喷流作用影响（毛景文等, 2001; 王立社, 2009; 游先军, 2010; 付勇等, 2021），形成于H2S丰富的强还原环境。虽然在找矿预测时，这些伴生的矿种可以作为寻找沉积型钒的一种标志，但在精确定位时，还应该尽可能通过更详细的矿物组合、微量元素的差异等来细分成矿小环境。
在岩浆型钒钛磁铁矿中，V是作为有益的伴生组分而存在，由于V3+与Fe3+离子半径相近，几乎完全以类质同象替代的形式均匀地分布于磁铁矿和钛磁铁矿的尖晶石型晶体结构中。研究表明（Song et al., 2009; 刘明培, 2009），V与Ti、Fe之间呈完全的正相关关系，在矿床中Ti、Fe丰富的矿段V必然也丰富。因此，此类钒矿的预测区圈定可以与该类型铁矿的预测区完成一致，甚至可以根据Ti、Fe预测量直接估算V2O5的预测量。
4.4 预测结果根据地各类型矿床的预测要素提取预测图层，对各预测图层进行空间分析，通过与模型区的类比，圈定出不同类型钒矿的预测区，再运用证据权法等统计学方法对预测区进行优选分级。本次钒矿潜力评价共圈定预测区213个（图11），其中，A类预测区32个，B类预测区85个，C类预测区96个。
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图 11 中国钒矿预测区分布图 Fig. 11 Distribution of V prospecting areas |
以模型区的品位、吨位、矿体产出深度等数据为基础，建立定量预测模型，对预测区进行资源潜力估算。本次共预测了2000 m以浅未查明资源量V2O5 2.37亿t。其中72%为沉积型钒矿，为主导类型，主要分布在贵州、湖南、陕西等省；21%为岩浆型钒矿，主要分布在四川、安徽、新疆等省（区）。
根据预测结果，优选了不同类型、成矿条件较好、资源潜力较大、埋藏较浅的A类预测区，作为未来的找矿勘查部署中首批重点关注的地区（表7）。
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表 7 成矿条件良好的钒矿远景区 Table 7 Prospective V−deposit areas in favorable metallogenic conditions |
（1）中国钒矿资源禀赋特征为：矿床类型相对简单；共伴生组份多，综合利用价值高，但对选冶技术、成本要求也高；资源丰富，但矿床品位较低；资源量分布集中，四川、湖南、贵州、湖北、河南和陕西6省占了全国查明资源量80%以上。
（2）中国钒矿矿床类型主要为与黑色岩系有关的沉积型和与基性—超基性岩有关的钒钛磁铁矿型，少量与玢岩型铁矿有关的火山岩型、与石墨矿伴生的沉积变质型、与铝土矿相伴生的风化壳型。
（3）本次钒矿潜力评价共圈定预测区213个，预测显示中国陆域内仍然有较大的资源潜力。富含有机质的黑色岩系有关沉积型钒矿仍为主要类型，最重要的潜力区带主要是位于扬子地台和秦岭褶皱带的下寒武统中，找矿过程中应注意同时评价同类型镍、钼、钴、锰、磷、重晶石等矿产，可互为找矿标志。其次为岩浆型钒钛磁铁矿，重要的潜力区主要分布在四川的攀西、河北的大庙以及新疆的天山等地。
（4）钒的应用前景广阔。目前中国仍是世界第一大钒资源国、生产国和消费国。然而受资源禀赋、选冶技术水平等影响，钒资源综合利用水平较低，资源浪费较大。要想使我国保持在国际钒资源市场的重要地位，就需要从可持续发展的角度出发，进一步强化矿产开发的科技支撑，培养我国的钒资源优势，建议：①岩浆型钒矿仍然是钒矿产品的主要来源，因此建议加大岩浆型钒钛磁铁矿的找矿投入，尤其是对生产矿产深边部攻深找盲，保证已有钒产业基地产能需求；②沉积型钒矿资源量和潜力都很大，建议加强选冶技术研发，在成本经济的前提下，提高综合回收率；③加强对高纯度钒的分离提取技术攻关，开发高端钒产品，提高对钒矿资源的高效、高端开发利用。
致谢：感谢审稿专家对文章提出了宝贵的修改意见，感谢编辑老师的辛勤工作。
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