重慶城口高燕錳礦地質(zhì)特征及成礦過程探討

宋玉坤　宋志嬌　尹力　宋備

摘 要：重慶城口高燕錳礦床位于大巴山深大斷裂南側(cè)，揚子地臺與秦嶺地槽接合部位，具有良好的成礦條件，震旦紀-寒武紀時期形成了許多大型金屬礦床。本文通過詳細描述該礦床的礦區(qū)地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征，并對其成礦過程進行較深入的分析，得出以下認識：礦體呈層狀產(chǎn)出，賦存于震旦系上統(tǒng)陡山沱組頂部與燈影組之間，陡山沱組上段為主要的含礦層位。礦石成分上屬于高磷中鐵的貧錳礦石，礦石礦物主要為菱錳礦和錳白云石。成礦過程較為復雜，自早震旦世后期到陡山沱早期，先后經(jīng)歷了原生沉積、生物作用和碳酸鹽還原等成礦過程。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)特征；成礦過程；城口高燕錳礦

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

重慶城口高燕錳礦是我國西南地區(qū)的大型碳酸鹽型錳礦床，位于大巴山深大斷裂南側(cè)，揚子地臺與秦嶺地槽接合部位，揚子準地臺北緣巨大坳陷帶內(nèi)。此處不僅是構(gòu)造上的活動帶同時也是良好的成礦帶，特別在震旦-寒武紀形成了不少大型金屬（銅、鉛、鋅、汞、錳等）礦床[1，2，3]。

礦區(qū)內(nèi)出露的主要地層有：震旦系上統(tǒng)陡山沱組第二巖性段、燈影組第一至第三巖性段及寒武系下統(tǒng)。地層總體走向310°，傾向NE或SW為主。高燕錳礦位于其西礦區(qū)，礦體賦存于震旦系上統(tǒng)陡山沱組頂部與燈影組之間，即碎屑巖向化學沉積巖過渡地帶。

礦區(qū)受大巴山深大斷裂及坪壩-修齊逆斷層的影響，構(gòu)造較為發(fā)育。斷層走向NW向，為主要控礦構(gòu)造，同時少量發(fā)育SN向構(gòu)造，相互交切，使礦體的空間展布與地層完整性受到破壞。主要褶皺為城口-高燕-修齊復向斜，其南翼為震旦系地層，軸部為下寒武統(tǒng)，北翼被大巴山斷裂斷失，兩翼北陡南緩，有向南倒轉(zhuǎn)之勢。向斜軸部被坪壩-修齊斷層斜切，次級構(gòu)造十分發(fā)育，使整個向斜更加復雜。高燕礦區(qū)由四個不完整的向斜組成，東部為杜二埡向斜，西部由貓兒寨、轎頂石、寨包三個向斜組成。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 含礦巖系

陡山沱組上段為礦區(qū)含礦層位，為一套潮坪相-滯流海灣相的沉積，巖性主要為互層狀的砂巖、頁巖、黑色炭質(zhì)頁巖、錳礦層等。含礦層頂板為燈影組第一巖性段灰黑色含錳泥質(zhì)白云巖，底板為陡山組下段頂部的灰黑色頁巖，頂板、礦層及底板之間分層界線清楚。

2.2 礦體特征

礦體呈層狀或似層狀產(chǎn)出，為淺海相沉積菱錳礦床，層位穩(wěn)定。錳礦露頭分布于孫家壩復向斜的兩翼。南西翼露頭長4200m，北東翼露頭長3850m，其中常因斷層重復或局部斷失。根據(jù)礦層產(chǎn)出的構(gòu)造特征和總的連續(xù)性，全礦區(qū)分為1，3，6，7四個礦段：南西翼以李家溝為界，西邊為1礦段，東邊為6礦段；比西翼以楊家溝為界，西邊為3礦段，東邊7礦段。1礦段規(guī)模最大，構(gòu)造亦相對較簡單，是最主要的礦段；3礦段面積0.8km2，構(gòu)造比較復雜，且絕大部份礦層均在最低侵蝕基面下，是一個小型礦段；6段是一個十分破碎的向斜，斷層破壞嚴重，礦層多次重復出露，厚度變化大，僅個別塊段符合工業(yè)指標；7礦段是個極度復雜的斷裂帶，礦層薄，品位低，變化大，不具工業(yè)價值。以下就礦段1做具體描述，如表1所示。

2.3 礦石特征

2.3.1 化學成分

本次研究選取高燕錳礦區(qū)原礦樣品對其進行多元素化學成分分析。所得結(jié)果為，礦石中主要有用元素Mn品位平均值為13.72%，低于國家標準中的單工程平均品位，屬于貧錳礦石。伴生元素Fe品位平均值為2.83%，且Mn/Fe比值為5.765，含鐵量中等。有害元素P品位平均值為0.19%，且P/Mn為0.0138，含磷較高。綜上高燕錳礦區(qū)錳礦石為高磷中鐵的貧錳礦石，同時所含其他主要有SiO2和CaO，其次是MgO、Al2O3和K2O。

2.3.2 礦物組成

通過透/反光顯微鏡下鑒定，高燕錳礦區(qū)中礦石礦物主要為菱錳礦和錳白云石，少量硫錳礦；脈石礦物主要為石英、白云石、伊利、斜長石、石膏及石墨；同時可見少量硫化物，黃鐵礦、白鐵礦、閃鋅礦等分布。具體礦物成分如表2所示。

2.3.3 礦石組構(gòu)特征

通過顯微鏡下對礦石光薄片鑒定，高燕錳礦區(qū)礦石結(jié)構(gòu)有它形晶粒狀結(jié)構(gòu)、鮞粒結(jié)構(gòu)、球粒結(jié)構(gòu)、草莓狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)及重結(jié)晶結(jié)構(gòu)。通過對礦石手表本觀察，高燕礦區(qū)礦石構(gòu)造主要有條帶狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、層狀構(gòu)造、（網(wǎng)）脈狀構(gòu)造等。

2.3.4 礦石類型

礦石自然類型為原生碳酸錳礦石和氧化錳礦石，以原生碳酸錳礦石為主，原生碳酸錳礦石呈層狀或似層狀分布。礦石的工業(yè)類型以高磷中-高鐵錳礦石為主。碳酸鹽型錳礦石為高燕礦區(qū)現(xiàn)階段主要的礦石工藝類型，作為選冶的主要研究對象。

3 成礦過程探討

Force等[4]總結(jié)了沿黑色巖系盆地分布的淺海錳礦床的成礦模式，指出錳礦在具有分層結(jié)構(gòu)的海洋中沿黑色頁巖（及相關(guān)）相的邊緣沉積，而還原型碳酸鹽相是在水體氧化還原界面之下由飽和MnCO3的還原性水體交代鈣質(zhì)物而成。高燕錳礦的沉積背景與Force等研究的錳礦成礦背景相似，但有其特殊性。

早震旦世后期的澄江運動為該區(qū)陡山沱期含錳建造的形成奠定了物質(zhì)基礎[5]。在此期間海平面上升，海水水體由淺變深，水體變得清澈，有利于藻類大量的生長發(fā)育。藻類通過吸附、粘結(jié)海洋中的錳元素，達到錳的初步富集[6]。

沉積作用的進一步發(fā)展，缺氧盆地出現(xiàn)短暫的沖氧，微生物通過需氧呼吸作用釋放出HCO3-，介質(zhì)PH質(zhì)加大，菱錳礦可直接沉淀；同時細菌在硫酸鹽的作用下發(fā)生還原作用，進一步釋放出HCO3-，促使菱錳礦繼續(xù)沉淀[7]。

陡山沱早期，隨著沉積作用進入成巖作用階段，當生物死亡后可在有氧條件下，形成對錳的吸附和絡合能力極強的不溶性腐植質(zhì)，能使錳含量迅速提高至30%[8]，同時，由于其具有還原性和膠體性，對錳可起良好的保護作用。隨著埋深的增加，有機質(zhì)演化程度增高，對錳起保護作用的腐殖質(zhì)遭到破壞，新形成的有機質(zhì)具有活化、遷移錳元素的能力，與封存于腐植質(zhì)中的粒間水（由于受上覆重荷的影響）一起被排除，向壓力較小的具弱堿性的碳酸鹽層運移。由于后者具孔隙度大、滲透率高的特點，使得游離態(tài)的Mn2+易于交代Ca2+、Mg2+而形成MnCO3沉淀，形成大量的富錳的碳酸鹽礦物，如菱錳礦、錳白云石等[9]。綜合以上分析，重慶城口高燕城口地區(qū)錳礦石的成因應為原生沉積、碳酸鹽還原和生物作用三者結(jié)合的產(chǎn)物。其具體成礦機理見圖2。

4 結(jié)束語

（1）城口高燕錳礦區(qū)內(nèi)出露的主要地層有：震旦系上統(tǒng)陡山沱組第二巖性段、燈影組第一至第三巖性段及寒武系下統(tǒng)。礦體賦存于震旦系上統(tǒng)陡山沱組頂部與燈影組之間，即碎屑巖向化學沉積巖過渡地帶。礦區(qū)構(gòu)造構(gòu)造較為發(fā)育，走向為NW的斷層為礦區(qū)的主要控礦構(gòu)造。

（2）城口高燕錳礦的含礦層為陡山沱組上段，巖性主要為互層狀的砂巖、頁巖、黑色炭質(zhì)頁巖、錳礦層等。礦體多以層狀或似層狀產(chǎn)出?；瘜W成分上主要有用元素Mn品位平均值為13.72%，伴生元素Fe品位平均值為2.83%，有害元素P品位平均值為0.19%，屬于高磷中鐵的貧錳礦石。礦物組成上以菱錳礦和錳白云石為主。礦石結(jié)構(gòu)以沉積成因的它形晶粒、鮞粒、球粒結(jié)構(gòu)等為主，礦石構(gòu)造以沉積成因的層狀、條帶狀構(gòu)造為主。礦石類型以原生碳酸錳礦石為主。

（3）城口高燕錳礦的成礦過程與黑色巖系盆地分布的淺海錳礦床的成礦模式較為相似，經(jīng)歷了以下幾個過程：a.早震旦世后期，藻類通過吸附、粘結(jié)海洋中的錳元素，達到錳的初步富集；b.沉積作用進一步發(fā)展，由于微生物的呼吸作用，環(huán)境發(fā)生改變，導致初步富集的錳沉淀形成菱錳礦；c.陡山沱早期，生物死亡形成了吸附錳能力極強的不溶性腐殖質(zhì)；d.腐殖質(zhì)遭到破壞，富錳的有機質(zhì)、粒間水與弱堿性的碳酸鹽層發(fā)生作用，形成大量的富錳的碳酸鹽礦物，如菱錳礦、錳白云石等。

參考文獻

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作者簡介：宋玉坤（1989-），男，黑龍江省佳木斯市人，碩士研究生，研究方向：礦物學，巖石學，礦床學。