四川省黑水縣四美溝錳礦床地質(zhì)特征及成因

劉波 ，林雄 ，張姚 ，鄧元兵

（1.成都理工大學(xué)，成都 610059；2.四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊(duì)，四川 郫縣 611730）

1 區(qū)域地質(zhì)

礦區(qū)處于巴顏喀拉褶皺帶東部，石大關(guān)弧形構(gòu)造帶西段之瓦缽梁子—四美溝復(fù)背斜西段北翼，接近轉(zhuǎn)折端。屬揚(yáng)子地臺(tái)西緣之松潘—甘孜地槽馬爾康拗陷盆地，系重要鐵錳成礦帶之一。

1.1 區(qū)域控礦構(gòu)造

該區(qū)具變質(zhì)基底和沉積蓋層二元結(jié)構(gòu)?；子烧鸬┫岛拖鹿派鐜r系構(gòu)成，蓋層為各種形態(tài)的褶皺，以帶狀、斜列式、弧形等組合形式出現(xiàn)。與成礦關(guān)系密切的是瓦缽梁子—四美溝復(fù)式背斜。該背斜展布于黑水縣的瓦缽梁子四美溝一線。背斜呈長垣狀，全長 45km，沿軸線可分為三段。西段北西西向，中段東西向，東段南東向，總貌呈平臥式“S”形。背斜北翼寬3～5km，展布于黑水縣蘆花、紅巖、木蘇、維古、熱河和瓦缽梁子，有已知的 16個(gè)錳礦床（點(diǎn)）受控其間；背斜南翼的主體展布于茂縣赤不蘇境內(nèi)。背斜軸面在西段南西傾，傾角60°～80°；中段傾向北東，傾角15°左右；東段傾向北北東，傾角12°～20°。樞紐脊線中段高，向東西兩端遞降，呈波狀蜿蜒伸展（圖1）。

圖1 黑水地區(qū)構(gòu)造綱要圖

復(fù)背斜西段傾沒端呈指狀裙邊褶皺，其核部為古生界（Dwg、C+P）地層，兩翼對(duì)稱分布中生界（PTb、Tz及 Tzw）地層。該背斜控制了黑水地區(qū)含錳層位的空間分布，是區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造。在瓦缽梁子復(fù)背斜中—西段，低序次斷裂較多，以反扭斜切地層走向的逆斷層為主。四美溝錳礦區(qū)處于瓦缽梁子—四美溝復(fù)式背斜西段北翼，次級(jí)北西向指狀羅白背斜核部中段的兩翼。

1.2 地層

該地區(qū)按1984年版龍日壩幅區(qū)測報(bào)告，區(qū)域地層屬馬爾康地層分區(qū)金川小區(qū)。本區(qū)地殼總厚度46～55km。出露地層有上古生界泥盆系危關(guān)組（Dwg）、石炭系西溝組（Cx）、二疊系三道橋組（Ps）、中生界二疊系—三疊系菠茨溝組（PTb）及扎尕山組（Tzg）（扎尕山組在工作區(qū)缺失）、雜谷腦組（Tz）、侏倭組（Tzw ）及新都橋組（Txd）、新生界第四系（Q）[1]。其中菠茨溝組（PTb）為本礦區(qū)含錳巖系。

1.3 變質(zhì)作用、巖漿作用

該區(qū)菠茨溝組含錳沉積巖系中的鐵、錳、硅、鋁等基本組分在區(qū)域變質(zhì)過程中曾發(fā)生遷移，出現(xiàn)“脫硅、聚鐵、聚錳”作用，特別是在地應(yīng)力集中的斷裂破碎帶，往往有變質(zhì)石英脈和錳、鐵的局部富集，甚至形成錳的變質(zhì)礦物系列。礦區(qū)巖漿巖活動(dòng)總體不強(qiáng)烈。

1.4 地球物理特征

據(jù)地球物理資料，四川西部的地殼深部結(jié)構(gòu)具有斷塊隆起與坳陷相間排列的特征，呈南北向—北西向展布，其間為斷裂活動(dòng)帶隔開。川西高原航磁資料表明，穿過黑水縣東西境界86km段有一條東西走向相對(duì)升高的磁異常（ΔTα5—36γ），異常寬度 3～5km，磁性體最小埋藏深度 2.5km（圖 2）。經(jīng)分析，引起此異常為一條東西向的隱伏斷裂（即刷金寺－徐古－石碉樓－疊溪隱伏斷裂）。區(qū)內(nèi)不同的含錳礦石和巖石磁性存在著差異，表現(xiàn)為：磁鐵礦＞磁鐵千枚巖＞（磁）鐵錳千枚巖＞含錳灰?guī)r＞錳鋁榴石＞菱錳礦，這種差異雖不能直接用于找錳，但利用鐵、錳礦層的伴生關(guān)系，可作為間接找錳標(biāo)志。區(qū)內(nèi)各不相同的巖（礦）石電性差異較大，含錳礦（巖）石的極化率為 1.7%～4%，而圍巖為 1.6%～2.7%，可以認(rèn)定含錳層為激電的物源。實(shí)踐證明，本區(qū)使用交流激電法尋找含錳巖系是有效的。

1.5 地球化學(xué)特征

在“復(fù)背斜”兩翼開展了100km2水系沉積物掃面，按下限1500×10-6圈定三個(gè)錳異常：其中I號(hào)異常，長10km，寬2～4km，強(qiáng)度1500～3000×10-6，異常展現(xiàn)在復(fù)背斜南翼俄斯庫吉至二米克一帶；Ⅱ號(hào)異常，長約12km，峰值達(dá)3000×10-6，展現(xiàn)于復(fù)背斜北翼普格基至復(fù)背斜北西傾沒端的德石溝一帶；Ⅲ號(hào)異常分布于 I、Ⅱ號(hào)異常之間，范圍 4×0.5～2.5km2，峰值達(dá)4000×10-6。三個(gè)異常中除Ⅲ號(hào)展現(xiàn)于泥盆系危關(guān)組地層，與斷裂構(gòu)造有關(guān)外，I、Ⅱ號(hào)異常均與菠茨溝組含錳巖系同步延伸，基本吻合，顯然是由礦層所引起。以上表明，對(duì)于黑水地區(qū)錳礦采用地球化學(xué)找礦法圈定含錳巖系和含礦帶亦是可行的。

區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的鐵錳礦床（點(diǎn)）主要沿瓦缽梁子—四美溝復(fù)背斜展布。鐵錳礦賦礦層位均為中生界二疊系－三疊系菠茨溝組中。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 賦礦層位及含錳巖系特征

圖2 四川省黑水縣四美溝錳礦實(shí)際材料圖

四美溝錳礦區(qū)包括多瓦礦點(diǎn)和各百窩礦點(diǎn)，處于北西向構(gòu)造帶，瓦缽梁子—四美溝復(fù)式背斜西段北翼，次級(jí)北西向指狀羅白背斜核部中段的兩翼，多瓦礦點(diǎn)位于東翼，各百窩礦點(diǎn)位于西翼[2]（圖2）。

礦區(qū)出露地層主要為：菠茨溝組，巖性為絹云千枚巖、鈣質(zhì)變粉砂巖、灰?guī)r、含錳巖類等，為四美溝錳礦床的主要含礦層位，鐵錳礦主要賦存于該組的中部。含礦巖性主要為含錳千枚巖、磁鐵礦、含錳大理巖、含錳綠泥變粉砂巖、含錳變粉砂巖、含鐵綠泥巖、綠泥磁鐵巖、含鐵絹云綠泥巖。雜谷腦組巖性為深灰色中厚層變質(zhì)細(xì)砂巖、深灰色千枚巖。第四系以坡積物為主，次為殘積物、砂質(zhì)粘土、粘土及腐植土。礦區(qū)未見巖漿巖。

圖3 四美溝錳礦區(qū)多瓦礦點(diǎn)Ⅰ2、Ⅲ1、Ⅲ3號(hào)礦體地表柱狀對(duì)比圖

多瓦礦點(diǎn)總體為單斜構(gòu)造，地層強(qiáng)烈揉皺，可見沿走向呈波狀起伏的小型巖層揉皺及平臥、尖棱等撓曲構(gòu)造。由于礦區(qū)的強(qiáng)烈變質(zhì)作用，使得礦區(qū)地層發(fā)生揉皺，多見復(fù)式背形，且核部多為緊閉褶皺形態(tài)。斷裂構(gòu)造以一組近東西向逆沖斷層為主，北北東向、北西向和層間走向斷層次之。多數(shù)斷層造成礦體不連續(xù)。

各百窩礦點(diǎn)總體為各百窩倒轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造，褶曲軸呈北東—南西向，延伸約1000m余，軸面向西傾斜，南西端扭起。斷裂構(gòu)造以東西向正斷層為主，南北向斷層、北東向正斷層次之。礦點(diǎn)內(nèi)裂隙發(fā)育，無論是褶曲兩翼或斷層旁側(cè)巖石均可見到。其中東西向正斷層對(duì)錳礦的形成有利。

多瓦礦點(diǎn)中具一定規(guī)模的錳礦體有10條，第一含錳層（PTb2-1）3個(gè)，第二含錳層（PTb2-2）4個(gè)，第三含錳層（PTb2-3）3個(gè)。其中Ⅰ2號(hào)、Ⅲ1、Ⅲ3號(hào)礦體為工業(yè)礦體（表1、圖3）。

各百窩礦點(diǎn)中錳礦體4條，PTb2-1內(nèi)有一條工業(yè)礦體。PTb2-2內(nèi)有三層厚度僅0.2～0.3m達(dá)邊界品位的含礦層。PTb2-1內(nèi)具工業(yè)品位的礦體形態(tài)、規(guī)模及產(chǎn)狀為：礦體呈似層狀，賦存于PTb2-1頂部，與底層整合產(chǎn)出。平均厚度約0.8m，延長約600m余，品位10.42%～25.37%，平均15.60%。

表1 多瓦礦點(diǎn)礦體特征一覽表

2.2 礦石組分

2.2.1 礦石的物質(zhì)組成

1）多瓦礦點(diǎn)：可分為氧化礦石、氧化—原生（半氧化）礦石及原生礦石等。據(jù)部分巖礦鑒定結(jié)果，原生礦石又可分為：①錳鋁榴石型：以錳榴石為主，占 50%～80%，菱錳礦少量，此外還有磁鐵礦、赤鐵礦等。脈石礦物常見石英、絹云母等，偶見輝石、簾石。②菱錳礦型：以菱錳礦為主，占礦物組成的60%～80%，錳鋁榴石占5%～20%，此外還有磁鐵礦、赤鐵礦及錳的氧化物。脈石礦物有石英、云母等。③過渡型：即上述兩類型的主要成分—錳鋁榴石與菱錳礦含量在礦石中近等分構(gòu)成，實(shí)際上屬兩種錳礦物成分的混合礦石。④黑錳礦型：屬氧化型礦石，以黑錳礦為主，褐錳礦少量，還可見錳鋁榴石和菱錳礦的殘留集合體。此外還有磁鐵礦、赤鐵礦等。礦床在以上四種礦石類型中以菱錳礦型和過渡型為主。

表2 礦床礦石化學(xué)成分分析結(jié)果表

2）各百窩礦點(diǎn)：以氧化錳礦為主，脈石礦物為粘土礦等。從化學(xué)分析結(jié)果可知，該礦體為低磷貧錳礦，錳與鐵成負(fù)相關(guān)，鐵與磷成正相關(guān)。

2.2.2 礦石的化學(xué)組成

由分析結(jié)果可知該礦床礦石為低磷酸性貧錳礦石，硅鋁高、鈣鎂低，灼矢量低。礦床礦石中各化學(xué)組分含量見表2。

2.3 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征

該地區(qū)的錳礦礦石組構(gòu)為沉積受變質(zhì)作用下形成的組構(gòu)，因此具有沉積巖和變質(zhì)巖的雙重性質(zhì)，多可見沉積性質(zhì)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。

2.3.1 礦石結(jié)構(gòu)

原生礦石：具顯微粒狀（或等粒狀）變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物（錳鋁榴石、菱錳礦）組成粒狀鑲嵌變晶結(jié)構(gòu)。錳鋁榴石為等軸自形晶結(jié)構(gòu)，顆粒甚小，粒徑0.01～0.03mm，個(gè)別可達(dá)0.1mm。菱錳礦多為他形—半自形晶，粒徑0.01～0.05mm。

氧化礦石：具顯微等粒變晶結(jié)構(gòu)、顯微粒狀變晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)。黑錳礦多為超顯微他形集合體，成脈狀、網(wǎng)狀面型交代，粒徑<0.01mm。錳的氧化物多為自形、半自形板柱狀產(chǎn)出，均勻散布于礦石中，一般情況下，氧化礦石通常保留原巖結(jié)構(gòu)。

2.3.2 礦石構(gòu)造

多瓦礦點(diǎn)原生礦石多為塊狀構(gòu)造、條紋—條帶狀構(gòu)造。氧化次生礦石，受強(qiáng)烈改造時(shí)，多為塊狀構(gòu)造、交代殘留構(gòu)造。各百窩礦點(diǎn)內(nèi)礦石為鐵黑色致密塊狀、條帶狀構(gòu)造，具黃褐色泥砂質(zhì)風(fēng)化殘余團(tuán)斑。

2.3.3 圍巖特征

該礦區(qū)內(nèi)的圍巖均為淺變質(zhì)的碳酸鹽巖和砂質(zhì)、粉砂質(zhì)的濱海—淺海相的沉積巖類?？梢娖湓瓗r成分，也可見變質(zhì)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，多為變質(zhì)粉砂巖、絹云千枚巖等，板磚或片狀的層狀和似層狀巖層為主。圍巖中變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖巖層由于受強(qiáng)烈的變質(zhì)應(yīng)力作用，多顯剪性的斷裂破碎。而破碎的縫合處大多由石英脈所充填。

3 礦床成因及成礦演化

據(jù)巖相古地理研究，早三疊世，本區(qū)域多屬隆起區(qū)。從中三疊世起，特提斯洋流由西往東，大面積侵入，本區(qū)淪為特提斯海的一部分。隨著巴顏喀拉冒地槽下降，其沉積相亦由古生代潮坪迅速轉(zhuǎn)為中生代地槽型高能沉積環(huán)境。阿壩—紅原弧形褶皺帶北部、菠茨溝組下部的透鏡狀、角礫狀灰?guī)r為同生角礫巖。南部黑水—瓦缽梁子一帶，菠茨溝組含錳巖系中、下部的“指狀”重荷膜及“豆莢”狀菱錳礦，就是在這種淺海陸棚洼地的高能環(huán)境中由“碎屑流”所夾帶物質(zhì)的正常沉積物。

3.1 礦區(qū)錳礦成因及沉積環(huán)境

3.1.1 錳礦成因

礦區(qū)及區(qū)域內(nèi)廣泛發(fā)育千枚巖及變質(zhì)碎屑巖等淺變質(zhì)巖石，錳礦層呈整合賦存于內(nèi)，且與其上下層位組成一定旋回，具有一定層位。一般由粉砂巖→鐵礦層→含錳粉砂巖→鐵礦層→錳礦層→鐵礦層→含錳粉砂巖→灰?guī)r，組成一個(gè)海進(jìn)旋回，錳礦則在海進(jìn)層位的中部。又從錳礦層與頂?shù)装搴F礦層界線清楚及與含錳粉砂巖巖性特征相似，無明顯再生改造富集跡象，故認(rèn)為錳礦層在沉積時(shí)即已形成，而后在變質(zhì)過程中有錳的新生礦物生成。

3.1.2 錳礦沉積環(huán)境

從探槽揭露地層看，礦區(qū)內(nèi)在菠茨溝組中段時(shí)期碳酸鹽巖較發(fā)育，多與泥質(zhì)、粉砂質(zhì)交替沉積，單層厚度薄，層面平整，結(jié)構(gòu)單一，未見到生物擾動(dòng)痕跡；至菠茨溝組上段，黃鐵礦沉積較發(fā)育。表明菠茨溝組中段時(shí)期錳礦的沉積環(huán)境是比較寧靜的低能半封閉環(huán)境，到上段時(shí)期為寧靜的封閉環(huán)境，即由深水海灣至瀉湖環(huán)境。而深水環(huán)境更有利于錳礦的沉積。

3.2 成礦物質(zhì)來源

菠茨溝組含錳巖系的物質(zhì)來源，據(jù)研究可能是雙向型的。隨著特提斯海洋流的周期運(yùn)動(dòng)，并伴有底流物質(zhì)的交替疊置沉積。成“巖”“碎屑流”有可能來源于龍門山近地周邊古島，而成礦“碎屑流”可能來源于中三疊世安尼克期—拉丁期，特提斯海高度擴(kuò)張，松潘—甘孜地槽西部，印支期深大斷裂帶上的火山噴發(fā)[3]。含錳巖系是在凸凹不平的島海區(qū)域，含鐵錳質(zhì)“蓆狀碎屑流”，隨著特提斯洋流東進(jìn)。受龍門山島弧剝蝕區(qū)的阻擋，及沉積物的補(bǔ)償后，在馬爾康盆地水下洼地，形成鐵錳質(zhì)與粉砂（泥）質(zhì)韻律沉淀。這也與黑水地區(qū)沉積錳礦分布面積廣、礦床規(guī)模大、錳品位低相吻合。

3.3 變質(zhì)作用對(duì)成礦物質(zhì)的富集演化

本礦的形成是在印支后期的區(qū)域變質(zhì)過程中，鐵錳礦經(jīng)改造作用的結(jié)果。黑水地區(qū)錳礦從沉積—成巖—變質(zhì)成礦的全過程大致為：

1）礦源物質(zhì)沉積富集成層期：該時(shí)期為深海相，使得成礦物質(zhì)由于壓力大，Mn飽和以碳酸鹽巖的形式析出，后期又呈淺海相—深海相—濱海相的交替期，再經(jīng)過沉積巖石形成作用的四個(gè)階段，沉積形成穩(wěn)定的沉積型巖層。

2）礦層變質(zhì)演化期：該時(shí)期，由于沉積厚度加深和構(gòu)造應(yīng)力的作用，使得沉積的地層發(fā)生變質(zhì)，變質(zhì)屬于淺變質(zhì)作用。該變質(zhì)作用使錳礦層的礦體總厚度壓縮，夾石厚度也被縮短，礦體的礦層更加集中，但變質(zhì)中的石英侵入礦層的沉積間隙和構(gòu)造裂縫形成石英脈，對(duì)礦層起了一定的破壞作用。

3）礦床成型期后改造期：經(jīng)隆升后，該區(qū)成甘孜地槽和揚(yáng)子地臺(tái)交匯區(qū)，構(gòu)造作用不斷，后期經(jīng)風(fēng)化剝蝕改造，使得礦層氧化富集出現(xiàn)黑錳礦。

綜上所述，黑水地區(qū)三疊紀(jì)錳礦的區(qū)域成礦地質(zhì)條件，可概括為：

馬爾康沉積盆地系中，圍繞上古生界各群、組構(gòu)成的背斜，水下洼地為菠茨溝組中、下部含鐵、錳碎屑物沉積的古地理?xiàng)l件。礦層物質(zhì)來源于印支拉丁期、古特提斯洋在松潘—甘孜地槽西部的金沙江義敦一帶的斷裂火山活動(dòng)，帶來的含鐵、錳質(zhì)洋流和來自東部龍門山古島弧剝蝕區(qū)的“碎屑流”的對(duì)流補(bǔ)償。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及區(qū)域變質(zhì)和花崗巖漿上隆熱力場，相繼發(fā)生的復(fù)合變質(zhì)作用，最終形成菠茨溝組含錳碎屑巖沉積建造，產(chǎn)生出具有工業(yè)意義的沉積受變質(zhì)型錳礦床。

4 成礦規(guī)律及找礦標(biāo)志

4.1 成礦規(guī)律

四美溝錳礦為賦存于菠茨溝組中段沉積碎屑巖—碳酸鹽巖建造中的沉積錳礦。在區(qū)域變質(zhì)過程中，經(jīng)受了不甚強(qiáng)烈的改造作用形成的沉積受變質(zhì)型錳礦。其成礦規(guī)律為：

1）錳礦層產(chǎn)出具有固定層位菠茨溝組中段，且沿層位礦體走向延伸穩(wěn)定。

2）錳礦體賦存于變質(zhì)碎屑巖—碳酸鹽巖沉積旋回的過渡部位的中下部，沉積旋回與錳礦的富集具有特定的制約關(guān)系。

3）錳礦、磁鐵礦在沉積序列上，關(guān)系密切。磁鐵礦層常構(gòu)成錳礦層的頂、底板或二者互層出現(xiàn)，構(gòu)成復(fù)合礦體，但二者的邊界十分清楚。

4）含錳巖系的厚度，尤其碳酸鹽巖的厚度增大，錳礦石質(zhì)量較好，且品位較富的變化趨勢明顯。

5）磁鐵礦單層出現(xiàn)的次數(shù)多，錳礦層層次相應(yīng)增多，構(gòu)成復(fù)合工業(yè)錳礦體的厚度增大，品位相對(duì)增高的趨勢明顯。

綜上所述，四美溝錳礦不但嚴(yán)格受層位控制，而且還受沉積旋回、含錳巖系厚度及磁鐵礦層的制約。

4.2 找礦標(biāo)志

1）地層及巖性：錳礦賦存于菠茨溝組中段，碎屑—碳酸鹽巖建造中。

2）控礦構(gòu)造：礦區(qū)處于北西向構(gòu)造帶，瓦缽梁子—四美溝復(fù)式背斜西段北翼，次級(jí)北西向指狀羅白背斜核部中段的兩翼。

3）地表標(biāo)志：由于磁鐵礦層與錳礦層關(guān)系密切，因此，磁鐵礦露頭是礦區(qū)內(nèi)尋找錳礦的直接找礦標(biāo)志。鐵錳礦層在地表易形成黑褐色氧化膜或氧化鐵帽、氧化錳帽。

4）化學(xué)成分：該礦體為低磷貧錳礦，錳與鐵成負(fù)相關(guān)，鐵與磷成正相關(guān)。

5）地球物理、地球化學(xué)標(biāo)志：磁異常與地表工程揭露的錳礦層吻合。錳礦層在地化異常范圍內(nèi)。

6）巖相古地理研究：凡有菠茨溝組地層存在，且含錳巖系厚度較大的地段，是尋找錳的工業(yè)礦體最有前景的地段。

5 結(jié)論

通過對(duì)黑水縣四美溝錳礦床的綜合研究，認(rèn)該礦床的含礦層位為菠茨溝組中段；經(jīng)對(duì)該區(qū)的礦床成因及成礦演化進(jìn)分析認(rèn)為該礦床屬于沉積受變質(zhì)型礦床。在野外路線地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過歸納總結(jié)出了找礦標(biāo)志，為該礦區(qū)以后擴(kuò)大找礦范圍提供了參考。

[1] 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 四川省巖石地層［M］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1997.

[2] 宋大勇，李國，等.四川省黑水縣四美溝錳礦預(yù)查及外圍礦業(yè)權(quán)評(píng)價(jià)立項(xiàng)申請(qǐng)書[R]. 2009.

[3] 趙友年，陳斌.四川省地質(zhì)構(gòu)造演化簡述[J]，四川地質(zhì)學(xué)報(bào).2009，S2：95～98.