湖南奧陶紀(jì)天馬山組中沉積型氧化錳礦的發(fā)現(xiàn)

付勝云，樊 暉，田 磊，杜 云，王敬元

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長(zhǎng)沙 410116)

湖南地質(zhì)調(diào)查院在進(jìn)行“1∶50 000湖南上堡地區(qū)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查及湖南常寧市茶潦礦區(qū)錳礦預(yù)查”工作時(shí)，于2011－2013年在常寧茶潦村天馬山組地層中，首次發(fā)現(xiàn)有沉積氧化錳礦存在，目前正在實(shí)施預(yù)查工作。湖南廣闊的奧陶系上統(tǒng)碎屑巖臺(tái)地相天馬山組地層主要分布于湘南，其次分布于湘中，歷史上對(duì)其地層有所研究，而對(duì)其中賦存的氧化錳礦未有研究。該錳礦的發(fā)現(xiàn)，為湖南新增了1個(gè)錳礦層位，豐富了湖南氧化錳礦的資料。從某種意義上講，填補(bǔ)了中國(guó)南方奧陶系上統(tǒng)沉積型氧化錳礦的空白。這對(duì)天馬山組地層、沉積氧化錳礦床等方面研究，對(duì)指導(dǎo)區(qū)域上尋找同類(lèi)型的礦床，都有重要的意義。

1 天馬山組簡(jiǎn)介

湖南奧陶系天馬山組(O3tm)：巖石組合為砂巖和泥巖韻律性互層型。該類(lèi)巖石組合的顏色較暗，反映產(chǎn)出于還原環(huán)境，而正型筆石化石也代表了深水環(huán)境特點(diǎn)，“復(fù)理石”韻律層，鮑馬序列，槽模、溝模等沉積構(gòu)造帶有濁流沉積的特點(diǎn)。以上特征表明，這類(lèi)巖石組合反映了水體較深、水動(dòng)力條件較強(qiáng)的深水濁流沉積環(huán)境。

天馬山組下段(O3tm1)：主要巖性為灰綠色、灰色、深灰色中厚層—巨厚層狀淺變質(zhì)細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖、淺變質(zhì)石英砂巖夾粉砂質(zhì)板巖、絹云母板巖，部分呈不等厚互層，部分構(gòu)成復(fù)理石韻律。淺變質(zhì)砂巖與板巖量比為2∶1～4∶1。發(fā)育有粒序?qū)永?、平行層理、沙紋交錯(cuò)層理、水平層理、包卷層理、象形印模、同生角礫等;常見(jiàn)鮑馬序列有CDE、DE組合，其次為ABCE、ACE、BCE、CE組合。絹云母板巖中發(fā)育水平條帶狀構(gòu)造，系一套厚度巨大的類(lèi)復(fù)理石建造，屬外陸棚、次深海陸緣斜坡相濁流沉積。其時(shí)代屬晚奧陶世中、晚期。由于花崗巖及泥盆紀(jì)地層覆蓋于其上而未到頂及未到底，部分地層因受花崗巖侵入影響，特別在礦區(qū)北部外接觸帶，巖石受熱接觸變質(zhì)作用而形成斑點(diǎn)狀板巖、角巖、角巖化砂巖等變質(zhì)巖。常寧茶潦礦區(qū)實(shí)測(cè)總厚度＞1 664.04 m。

2 討論

2.1 賦礦地層單元的確定

在湖南晚奧陶系巖石地層中有五峰組和天馬山組。兩者本系異物異名，描述非同一地質(zhì)體建造。但形成時(shí)代相同，都可能賦存沉積型錳礦，根據(jù)湖南筆石(帶)的研究，天馬山組筆石帶相當(dāng)五峰組筆石帶，地層時(shí)代屬晚奧陶世，兩者成巖時(shí)間相同［1］。五峰階對(duì)應(yīng)的巖石地層，為天馬山組的下部地層。不同之處在于：巖性及總厚度不同，天馬山組以變質(zhì)砂巖占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，厚度多在1 600 m以上，五峰組以黑色硅質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖、菱錳礦層和粘土層為主，是一套重要的生油巖系，在整個(gè)揚(yáng)子地區(qū)均有分布，厚度多在20 m以下［2］;顏色不同，五峰組以黑色巖石為主，天馬山組多為灰綠色、灰色巖石;天馬山組多位于巖漿巖侵入體外圍，有巖脈侵入，五峰組一般無(wú)巖脈侵入。因此礦區(qū)屬天馬山組地層。

2.2 含錳巖系的確定

據(jù)地層剖面測(cè)量：晚奧陶世天馬山組下段(O3tm1)巖性分為5類(lèi)：a淺變質(zhì)石英雜砂巖;b條紋狀粉砂質(zhì)板巖、絹云母粘土板巖、板巖、斑點(diǎn)狀板巖等;c淺變質(zhì)石英砂巖夾板巖;d淺變質(zhì)石英砂巖與條紋狀粉砂質(zhì)板巖、絹云母粘土板巖、板巖形成韻律層或不等厚互層;e條紋狀粉砂質(zhì)板巖、絹云母粘土板巖、板巖夾淺變質(zhì)石英砂巖。淺變質(zhì)石英砂巖多為粉砂結(jié)構(gòu)，含少量石英微細(xì)脈或網(wǎng)脈;板巖中多見(jiàn)黃鐵礦化及綠泥石化等蝕變。錳礦層具體賦存于上述e類(lèi)巖石中，e類(lèi)巖石在天馬山組下段中部重復(fù)出現(xiàn)3次，共夾有3層氧化錳礦層，礦體與圍巖整合接觸，但局部有膨大縮小現(xiàn)象，局部尖滅再現(xiàn)，其連續(xù)性有待進(jìn)一步研究。因此，礦區(qū)含錳巖系由泥質(zhì)巖和粉砂巖巖系組成。

2.3 巖相古地理討論

2.3.1 成礦古構(gòu)造背景和成錳盆地

湘中成錳盆地地處揚(yáng)子板塊東南邊緣。自中奧陶世開(kāi)始，由于揚(yáng)子地塊與華夏板塊的會(huì)聚作用，造成揚(yáng)子地塊東南邊緣右行走滑和逆沖推覆，誘發(fā)前期斷裂重新活動(dòng)。NE向、NWW向和NNW向以拉張為主的斷裂系統(tǒng)構(gòu)成了區(qū)域內(nèi)加里東期構(gòu)造的格架形成了湘桂地塹盆地［3-4］(見(jiàn)圖1)，地塹長(zhǎng)500多千米，寬180 km。天馬山組位于湘桂盆地南東邊界，大地構(gòu)造位置位于揚(yáng)子板塊之華南盆地內(nèi)。

圖1 湘中奧陶紀(jì)錳礦帶成礦構(gòu)造格架

2.3.2 盆內(nèi)構(gòu)造對(duì)錳礦形成的控制

在區(qū)域構(gòu)造上，錳礦分布于古大陸邊緣(礦區(qū)位于湘桂地塹盆地邊緣)次一級(jí)的拉張斷陷小盆地(凹陷帶)內(nèi)斜坡相濁流沉積中，受斷陷槽控制。礦區(qū)由東向西呈現(xiàn)一系列似等距離、NE向平行排列的同沉積斷裂，邊沉降邊沉積，形成了呈帶狀的相對(duì)低洼的斷陷槽，控制了錳礦的形成。工業(yè)礦體在平面上呈NE向的狹長(zhǎng)帶狀分布，與同沉積斷裂平行展布。

2.3.3 巖相分布及含礦性

錳礦形成于靠近大陸邊緣的淺?；虼紊詈５墓诺乩憝h(huán)境的碎屑巖、泥質(zhì)巖沉積。在斷陷槽內(nèi)發(fā)育板巖夾砂巖、板巖與變質(zhì)砂巖互層或韻律層的沉積氧化錳礦微相，富含有機(jī)質(zhì)、藻類(lèi)化石豐富，含黃鐵礦，與富錳礦的產(chǎn)出密切相關(guān)。湘桂地塹盆地邊緣—斜坡相主要為淺變質(zhì)砂巖，板巖很少，條紋—紋層狀絹云母板巖為標(biāo)志層。錳礦賦存于盆地邊緣—斜坡相斷陷槽中，呈NE向的紡綞形(見(jiàn)圖2)。

圖2 常寧茶潦礦區(qū)晚奧陶世成錳期天馬山組巖相分布

2.3.4 湘南區(qū)奧陶系沉積環(huán)境［5］

沉積環(huán)境為深水斜坡至盆地環(huán)境(見(jiàn)表1)，發(fā)育深水原地沉積和濁流沉積。奧陶系總體表現(xiàn)為水體逐漸上升，經(jīng)歷過(guò)1次完整的海進(jìn)—海退旋回，第1次海進(jìn)始于下奧陶統(tǒng)橋亭子組，上奧陶統(tǒng)天馬山組海退開(kāi)始。晚奧陶世的沉積特征則代表了加里東期的宜昌上升。

表1 湘南地區(qū)奧陶系沉積相

2.4 控礦因素

2.4.1 時(shí)代—地層對(duì)錳礦的控制

奧陶紀(jì)是我國(guó)地史上最大的海侵期，但生成錳礦很少。茶潦錳礦嚴(yán)格受奧陶紀(jì)上統(tǒng)天馬山組地層控制。順層產(chǎn)于塔山巖體北側(cè)外接觸帶晚奧陶世天馬山組下段(O3tm1)地層中，嚴(yán)格受地層控制，隨地層褶皺而褶皺，其圍巖主要為板巖、粉砂質(zhì)板巖、淺變質(zhì)長(zhǎng)石石英雜砂巖、淺變質(zhì)石英雜砂巖，緊鄰錳礦層(體)的圍巖中普遍含較多錳質(zhì)團(tuán)塊或條帶，但無(wú)明顯蝕變現(xiàn)象。

2.4.2 巖相—建造的控制

本區(qū)含錳巖系由一套粉砂—泥質(zhì)巖所組成，厚度＞1 000 m，幾乎沒(méi)有細(xì)砂巖夾層。泥巖多具水平紋層理及標(biāo)志淺水環(huán)境的層面構(gòu)造，礦石礦物主要是紋層狀構(gòu)造的褐錳礦等原生氧化錳，膠結(jié)物常常是含錳的碳酸鹽和方解石等，因此是由氧化變?yōu)檫€原條件下的產(chǎn)物。建造的沉積環(huán)境是碳酸鹽臺(tái)地上的淺海，為斜坡相濁流沉積。

2.4.3 古構(gòu)造、成錳盆地、盆內(nèi)構(gòu)造的控制

本區(qū)淺水形成的錳礦床，分布在距岸較遠(yuǎn)的粉砂—泥質(zhì)建造中。該沉積錳礦床并不是簡(jiǎn)單地如人們所設(shè)想的那樣“圍繞古大陸分布，錳質(zhì)來(lái)源于古陸”。相反，錳礦的分布均在沉積的中心地帶，而錳來(lái)源是也多方面的，其中很大一部分可能是受海底古斷裂系統(tǒng)的控制，來(lái)自海、洋底的基性火山活動(dòng)［6］。

茶潦礦區(qū)由于 F2、F3、F4(見(jiàn)圖2)均為大致向西—西北傾的正斷層，地體連續(xù)下降，總體形成1個(gè)凹陷帶，可命名“茶潦凹陷帶”，是個(gè)相對(duì)缺氧的、滯流的安靜環(huán)境，有錳礦產(chǎn)出。茶潦凹陷帶受斷陷槽控制，斷陷槽則受同沉積斷裂控制。

2.5 礦石類(lèi)型討論

礦石自然類(lèi)型為氧化錳礦石中的貧錳礦石，礦床類(lèi)型為產(chǎn)于細(xì)碎屑巖層中的海相沉積原生氧化錳礦床。礦石產(chǎn)狀與沉積層位一致，原地氧化富集而成，按礦石構(gòu)造形態(tài)可分為2個(gè)亞類(lèi)［7］：層狀或薄層狀礦石，層理與沉積層位一致，淺灰—深灰色—棕色為主，性軟而易剝離，片理發(fā)育，在高壓水沖洗下片理間夾雜的粘土質(zhì)和硅質(zhì)成分易被沖洗掉，為含錳泥巖經(jīng)氧化富集而構(gòu)成，是礦層主體，儲(chǔ)量大，經(jīng)沖洗后凈礦產(chǎn)品含錳＞25%，是礦區(qū)的主要礦石類(lèi)型;細(xì)(條)紋狀礦石，氧化錳礦物在礦石中呈細(xì)紋條帶分布，條幅一般＜2 mm，在鏡下多為網(wǎng)脈狀分布，含錳不高，為礦層中含錳泥質(zhì)巖氧化富集而成。

礦物生成順序：根椐礦物共生組合、結(jié)晶程度、空間位置及穿插交代關(guān)系，可確定礦區(qū)主要礦物生成順序?yàn)椋涸练e的軟錳礦+水錳礦→褐錳礦;軟錳礦→水錳礦;水錳礦→褐錳礦。

礦床工業(yè)類(lèi)型：按礦床的產(chǎn)出地質(zhì)特征和礦石礦物的共生組合特點(diǎn)，計(jì)算礦區(qū)礦石的P/Mn比值為0.002 8 ～0.008 9，Mn/Fe 比值為 2.36 ～4.56，ω(P)/ω(Mn)為0.006 7，ω(Mn)/ω(Fe)為2.65(ω表示礦石品位)。根據(jù)《鐵、錳、鉻礦地質(zhì)勘查規(guī)范(DZ/T0200 －2002)》所確定的原則［8］，礦床工業(yè)類(lèi)型為冶金用錳礦石之高磷礦石、高鐵錳礦石。

3 結(jié)論

1)該類(lèi)型沉積氧化錳礦的成礦與下奧陶統(tǒng)天馬山組下段含錳巖系密不可分。該礦床產(chǎn)于天馬山組下段條紋狀粉砂質(zhì)板巖、絹云母粘土板巖、板巖夾淺變質(zhì)石英砂巖，或其不等厚互層—韻律層中，其中夾有3層礦，礦石自然類(lèi)型為氧化錳礦石，含錳巖系中不含炭質(zhì)板(頁(yè))巖，礦體與圍巖整合接觸。

2)該礦床沉積相屬外陸棚、次深海陸緣斜坡相濁流沉積。礦區(qū)位于湘桂盆地南東邊界。在同沉積斷裂西部NE-NNE向斷陷槽控制區(qū)，有錳礦產(chǎn)出。據(jù)此在湖南尋找同類(lèi)型氧化錳礦的思路應(yīng)順層位找礦，并順斷陷槽找礦。例如茶潦礦區(qū)下一步找礦方向?yàn)轫様嘞莶奂暗V體地表露頭線(xiàn)的南部深部(礦體傾向方向)找礦，而礦體地表露頭線(xiàn)的北部被剝失。

3)茶潦錳礦特殊的產(chǎn)出位置、賦礦層位與成礦地質(zhì)時(shí)代具有重要的研究?jī)r(jià)值。對(duì)指導(dǎo)區(qū)域上尋找同類(lèi)型的礦床，為我省提供新類(lèi)型錳礦礦產(chǎn)地，提高錳礦資源的戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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