重慶市城口錳礦礦體空間賦存規(guī)律及找礦預(yù)測(cè)*

陳 龍 李 建 寧墨奐 顧文帥 宋廖源 吳立志

(1.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局205地質(zhì)隊(duì)；2.重慶市地質(zhì)調(diào)查院)

城口錳礦自20世紀(jì)60年代被發(fā)現(xiàn)以來，大量學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)專題研究，取得了豐碩成果。以往研究表明，城口錳礦位于秦巴成錳沉積盆地中，秦巴成錳沉積盆地為一揚(yáng)子陸塊邊緣的拉張、斷裂盆地，該盆地形成于晚震旦世[1-3]，城口高錳礦主要沉積于具有盆地斜坡性質(zhì)的深水、還原和由酸性向堿性轉(zhuǎn)化的沉積環(huán)境中[3-5]，菱錳礦沉積過程中有熱水參與，是熱水沉積成因的產(chǎn)物[6]。雖然以往工作對(duì)城口錳礦的沉積環(huán)境、成礦物質(zhì)來源、礦物特征等方面的研究取得了顯著進(jìn)展，但是自2015年開展錳礦整裝勘查工作以來，由于勘查區(qū)內(nèi)構(gòu)造極為復(fù)雜，成礦后期構(gòu)造對(duì)礦體破壞嚴(yán)重，勘查工作中對(duì)礦體在深部的定位困難，嚴(yán)重制約了鉆孔見礦效果。本研究通過綜合分析礦區(qū)已有的地質(zhì)成果，對(duì)礦體空間賦存規(guī)律進(jìn)行研究，并進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)，圈定優(yōu)勢(shì)找礦靶區(qū)，為礦區(qū)后續(xù)錳礦勘查工作提供可靠依據(jù)。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

城口錳礦整裝勘查區(qū)位于上揚(yáng)子陸塊與秦嶺造山帶的過渡帶上，其北西、南東分別受城巴斷裂和烏坪斷裂控制，城巴斷裂北西為大巴山逆沖推覆體，南東為南大巴山前陸褶皺—沖斷帶中的疊瓦斷層帶[7]。區(qū)域上受印支期—燕山期的陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)影響，褶皺和斷層極為發(fā)育。城巴斷裂作為逆沖推覆運(yùn)動(dòng)的主滑脫面，控制了南大巴山地區(qū)的主要構(gòu)造線方向及地層分布?？辈閰^(qū)總體構(gòu)造及地層呈NW—SE向展布，區(qū)內(nèi)出露的地層主要為南華系明月組、震旦系陡山沱組、燈影組和寒武系水井沱組。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

城口錳礦整裝勘查區(qū)可以分為3個(gè)典型錳礦區(qū)，分別為高燕礦區(qū)、大渡溪礦區(qū)和修齊礦區(qū)(圖1)。

圖1 城口錳礦礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地 層

勘查區(qū)礦床出露的地層由新至老為：寒武系中統(tǒng)覃家廟組(∈1q)，巖性為薄層狀白云質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)粉砂巖夾磚紅色鹽溶角礫巖；寒武系下統(tǒng)天河板組(∈1sl)，巖性為薄—中厚層微晶灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r、薄層狀泥質(zhì)白云巖、中厚層白云質(zhì)灰?guī)r夾中厚層狀泥灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r；寒武系下統(tǒng)天河板組(∈1t)，巖性為薄層狀微晶灰?guī)r與黃綠色薄層狀含粉砂質(zhì)泥灰?guī)r互層；寒武系下統(tǒng)石牌組(∈1sp)，巖性為微晶灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖；寒武系下統(tǒng)水井沱組(∈1s)在區(qū)內(nèi)未出露完全，巖性為含粉砂質(zhì)碳質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖夾灰?guī)r、硅質(zhì)巖，黃鐵礦發(fā)育；震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2d)分為3段，一段為含硅質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖、含錳白云巖；二段為含水云母鈣質(zhì)頁巖、細(xì)晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，偶夾硅質(zhì)巖、灰?guī)r夾灰白色條帶狀白云巖；三段為硅質(zhì)巖、硅質(zhì)白云巖夾炭質(zhì)頁巖、白云巖；震旦系下統(tǒng)陡山沱組(Z1ds)可分為2段，一段為砂質(zhì)頁巖與粉砂巖互層、長(zhǎng)石砂巖；二段為含礦層，上部為錳礦層、黑色碳質(zhì)頁巖，下部為碳質(zhì)頁巖；震旦系下統(tǒng)觀音崖組(Z1g)，巖性為紫紅色薄層粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r；南華系上統(tǒng)明月組(Nh2my)，巖性為含凝灰質(zhì)細(xì)—粉砂巖、細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖與粉砂巖。

2.2 構(gòu) 造

研究區(qū)位于大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶前緣，其北東、南西分別受控于城巴斷裂和烏坪斷裂，受逆沖推覆作用，區(qū)內(nèi)斷層和褶皺極為發(fā)育(圖1)。

2.2.1 斷 層

研究區(qū)內(nèi)主要斷裂有城巴斷裂、烏坪斷裂和坪壩—修齊斷裂。城巴斷裂為秦嶺造山帶與上揚(yáng)子陸塊的分界斷裂，整體呈SSW向突出的對(duì)稱平頂型弧形展布，斷層西段走向?yàn)榻黃N向，中段為SE向，東段近EW向，同時(shí)具備逆沖和走滑2種性質(zhì)[5]，研究區(qū)內(nèi)城巴斷裂走向?yàn)?22°，城巴斷裂在震旦世為同沉積斷裂，控制了區(qū)域成錳盆地的北側(cè)邊界。烏坪斷裂在大巴山弧形構(gòu)造帶中段為疊瓦斷層帶與斷層—褶皺帶的二級(jí)分區(qū)斷裂，呈NW—SE向展布，其走向由北西段136°轉(zhuǎn)變?yōu)槟蠔|段98°，斷面傾角為40°～65°，上盤為震旦系—奧陶系地層，下盤為寒武—志留系地層，該斷層具備逆沖和走滑2種性質(zhì)[6]。坪壩—修齊斷裂為逆沖走滑斷層，為城巴斷裂的分支斷裂，其北西、南東端分別受控于烏坪斷裂、城巴斷裂，并與其小角度相交，走向?yàn)?23°～107°，其北西的北東盤為南沱組、燈影組及寒武系，南西盤主要為三疊系，該斷裂形成于城巴斷裂在燕山期發(fā)生右行走滑運(yùn)動(dòng)的過程中。

除上述主斷裂外，研究區(qū)受城巴斷裂逆沖和走滑運(yùn)動(dòng)控制，發(fā)育大量次級(jí)斷層，該類次級(jí)斷層形成了2套斷層系統(tǒng)，分別為逆沖斷層系統(tǒng)和走滑斷層系統(tǒng)。逆沖斷層系統(tǒng)由NW—SE向大致與城巴斷裂平行的逆沖斷層組成，剖面上呈疊瓦狀，主要分布于研究區(qū)高燕以北和大渡溪以南區(qū)域，該系統(tǒng)的逆沖斷層形成于北大巴山逆沖推覆運(yùn)動(dòng)前期，后期受城巴斷裂走滑運(yùn)動(dòng)作用，逆沖斷層再次活動(dòng)發(fā)生走滑運(yùn)動(dòng)，斷層SE端因發(fā)生走滑運(yùn)動(dòng)發(fā)生彎曲，與城巴斷裂呈小角度相交，該組斷層多具備逆沖和走滑2種獨(dú)立特性。走滑斷層系統(tǒng)主要由高燕NWW—SEE向和大渡溪NEE—SWW向斜沖斷層組成，2組斷層分別位于坪壩—修齊斷裂兩側(cè)，NWW—SEE向斷層與坪壩—修齊斷裂呈小角度相交，NEE—SWW向斷層與城巴斷層呈大角度相交，在走滑系統(tǒng)中同時(shí)還形成有NNE—SSW向左行走滑斷層，走滑斷層系統(tǒng)是由城巴斷裂發(fā)生走滑運(yùn)動(dòng)所形成。

2.2.2 褶 皺

研究區(qū)大部分區(qū)域內(nèi)褶皺與斷層同等發(fā)育，褶皺的發(fā)育也與城巴斷裂的逆沖推覆運(yùn)動(dòng)及走滑運(yùn)動(dòng)有關(guān)。研究區(qū)主要發(fā)育一系列復(fù)式背(向)斜，主要褶皺樞紐走向與區(qū)內(nèi)主斷層走向一致。城口—高燕—修齊復(fù)式向斜南翼保存較完整，北翼被斷層破壞。復(fù)向斜槽部由寒武系下統(tǒng)組成，向斜兩翼北陡南緩，有向南倒轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。整個(gè)復(fù)向斜受城巴斷裂帶和烏坪斷裂帶控制，呈NW310°弧形延伸。二級(jí)分支坪壩—修齊扭性沖斷層將向斜斜錯(cuò)，使南盤向西扭動(dòng)，產(chǎn)生扭斷的北側(cè)為三級(jí)分支的褶曲及斷層，并呈NEE、近EW向與坪壩—修齊斷層呈銳角相交。而該斷層與城巴斷裂及烏坪斷裂呈銳角相交，構(gòu)成了一個(gè)呈順時(shí)針方向扭動(dòng)的配套構(gòu)造(圖2)[7]。研究區(qū)還發(fā)育一系列次級(jí)小褶皺，有尖棱褶皺、縱彎褶皺、斜跨褶皺、相似褶皺、不協(xié)調(diào)褶皺，次級(jí)褶皺的發(fā)育及組合特征顯示研究區(qū)受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響。

圖2 城口—高燕—修齊復(fù)式向斜構(gòu)造行跡

3 錳礦體空間賦存規(guī)律

城口錳礦床為沉積型礦床，其空間賦存規(guī)律受地層、沉積環(huán)境和成礦后期構(gòu)造控制，地層控制其沉積時(shí)代，沉積環(huán)境控制其成礦區(qū)域，破礦構(gòu)造控制其空間展布形態(tài)。

3.1 地層控礦特征

城口錳礦體賦存于震旦系下統(tǒng)陡山沱組二段(Z1ds2)頂部，含錳巖系包含2種巖石組合，主要巖性為富含菱錳礦的錳質(zhì)巖、富含錳白云石的(含)錳白云巖和黑色頁巖[8]。賦礦層位非常穩(wěn)定，是錳礦在區(qū)內(nèi)形成的特定層位。

3.2 沉積環(huán)境控礦特征

城口錳礦位于揚(yáng)子陸塊北緣的秦巴成錳盆地東段，屬于被動(dòng)陸緣裂谷沉積盆地，為晉寧運(yùn)動(dòng)后揚(yáng)子板塊邊緣裂谷南部的塹—壘構(gòu)造中的大巴山地塹發(fā)展而來，兩側(cè)均以斷裂為限，分別在區(qū)內(nèi)出露為北東側(cè)的城巴斷裂和南西側(cè)的烏坪斷裂，同沉積斷裂的活動(dòng)，使該區(qū)具有典型的裂谷帶特征。震旦紀(jì)陡山沱晚期，海侵使整個(gè)揚(yáng)子陸塊幾乎被海水覆蓋，研究區(qū)為臺(tái)緣或陸表海環(huán)境，沿垂直于海岸線方向(即大巴山斷裂走向)海水由淺變深，高坪梁地勢(shì)相對(duì)較高。區(qū)內(nèi)發(fā)育大面積的局限臺(tái)地潮間坪，龍?zhí)镟l(xiāng)一帶地勢(shì)最低。陡山沱末期，明月地區(qū)為局限臺(tái)地潮下坪沉積環(huán)境，高燕位于臺(tái)盆內(nèi)斜坡帶，大渡溪—修齊一帶為瀉湖沉積環(huán)境，大渡溪地勢(shì)較修齊地區(qū)低，其他地區(qū)地形較高的潮間坪在此期間形成了弱氧化—還原環(huán)境(圖3)[8]。城口錳礦形成于從酸性向堿性轉(zhuǎn)化的還原沉積環(huán)境中[9]，臺(tái)緣斜坡—局限臺(tái)地(瀉湖)相為錳礦發(fā)育的主要相帶，局限臺(tái)地(潮下)次之、局限臺(tái)地(潮坪)再次之[8-9]。

圖3 陡山沱期末期—燈影期早期巖相古地理環(huán)境

3.3 構(gòu)造控礦特征

城口錳礦床為沉積型礦床，區(qū)內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造均為成礦后期的破礦構(gòu)造，控制了礦體在空間上的形態(tài)，礦體的空間形態(tài)與構(gòu)造形態(tài)基本一致。構(gòu)造破礦形式主要表現(xiàn)在褶皺構(gòu)造使礦體在傾向和縱向上發(fā)生同褶皺彎曲。斷層破礦形式有2種，一種是在褶皺兩翼及近核部位置縱向切斷礦體，使其沿?cái)鄬用姘l(fā)生位移，部分被推至地表，另一種是后期發(fā)生的走滑斷層沿走滑方向切斷礦體使其發(fā)生平移。根據(jù)大巴山ESR測(cè)年數(shù)據(jù)[10]，南大巴山受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響共發(fā)生了4期構(gòu)造變形，即：燕山中期的褶皺變形期、燕山晚期的逆沖推覆變形期和走滑變形期、喜山期的隆升改造期，最終形成如今的構(gòu)造格局。根據(jù)南大巴山的構(gòu)造演化特征，可知錳礦體同樣經(jīng)歷了3期變形，即：褶皺彎曲期、斷層破壞期(同時(shí)發(fā)生疊加褶皺變形)、隆升改造期，最終形成了如今的剖面形態(tài)(圖4)。

圖4 修齊礦區(qū)20#線剖面

4 找礦預(yù)測(cè)

4.1 找礦靶區(qū)圈定

城口錳礦整裝勘查區(qū)找礦靶區(qū)的圈定由地層、沉積環(huán)境和構(gòu)造3個(gè)因素決定，首先選擇有利錳礦沉積優(yōu)勢(shì)相范圍，然后選定有含礦地層出露或含礦層埋深較淺的區(qū)域，最后結(jié)合構(gòu)造形態(tài)推斷礦體在深部的展布情況，圈定最優(yōu)找礦靶區(qū)。根據(jù)上述原則，認(rèn)為高燕—大渡溪—修齊一帶為找礦潛力區(qū)，在該區(qū)域已設(shè)探礦權(quán)外圈定了3處找礦靶區(qū)，其中1處Ⅰ類找礦靶區(qū)(①號(hào)靶區(qū))，2處Ⅱ類找礦靶區(qū)(②號(hào)靶區(qū)、③號(hào)靶區(qū))(圖5)。①靶號(hào)區(qū)位于高燕礦區(qū)與大渡溪礦區(qū)之間的區(qū)域，處于最有利于錳礦沉積的局限臺(tái)地瀉湖相內(nèi)，地表有含礦層頂部的燈影組地層出露的區(qū)域，為最優(yōu)找礦靶區(qū)；②號(hào)靶區(qū)位于修齊礦區(qū)北東—南東側(cè)，③號(hào)靶區(qū)位于修齊礦區(qū)與坪壩—修齊斷裂之間的區(qū)域，②、③號(hào)靶區(qū)位于局限臺(tái)地瀉湖相邊緣，區(qū)內(nèi)主要出露寒武系地層，找礦潛力次于①號(hào)靶區(qū)。

4.2 靶區(qū)找礦潛力評(píng)價(jià)

①號(hào)靶區(qū)為最具找礦潛力區(qū)，推測(cè)地表出露燈影組的地層區(qū)域含礦層埋深300～500 m，地表出露寒武系地層的區(qū)域含礦層最小埋深1 000～1 200 m，越靠近城巴斷裂，含礦層埋深越大。靶區(qū)內(nèi)深部礦體仍未有工程控制，但北西和南東分別有大渡溪礦區(qū)和修齊礦區(qū)2個(gè)實(shí)現(xiàn)找礦突破的勘查區(qū)，兩礦區(qū)的礦體控制程度較高，因此①號(hào)靶區(qū)為最優(yōu)找礦靶區(qū)，深部含礦層見礦的可能性最大。經(jīng)初步預(yù)測(cè)，①號(hào)靶區(qū)埋深2 000 m以上區(qū)域的遠(yuǎn)景資源量約為3 500萬t。

②號(hào)靶區(qū)原有桑溪溝工區(qū)、枇杷溪工區(qū)和紅籽工區(qū)等3個(gè)采礦區(qū)，現(xiàn)已停止開采。開采區(qū)內(nèi)局部含礦層被斷層推露地表，有部分礦體出露地表，其他區(qū)域出露寒武系地層，地表大部分出露寒武系水井沱組地層，推斷大部分地段含礦層埋深較大。礦區(qū)構(gòu)造以褶皺為主，礦體在傾向方向重復(fù)彎曲(圖6)。②號(hào)靶區(qū)具備較好的找礦潛力，經(jīng)預(yù)測(cè)，枇杷溪工區(qū)深部遠(yuǎn)景資源量約2 100萬t，紅籽工區(qū)深部遠(yuǎn)景資源量約2 400萬t，預(yù)測(cè)②號(hào)靶區(qū)埋深2 000 m以上的遠(yuǎn)景資源量約4 500萬t。

圖5 城口錳礦整裝勘查區(qū)找礦靶區(qū)分布

圖6 ②號(hào)靶區(qū)工程剖面

③號(hào)靶區(qū)位于修齊礦區(qū)F1斷層下盤，修齊礦區(qū)出露的礦體均由F1斷層及其他斷層推覆至地表，因此推測(cè)F1斷層下盤有錳礦體賦存，但該區(qū)域出露水井沱組地層，礦層埋深較大，礦體埋深大于1 300 m，其找礦潛力與②號(hào)靶區(qū)相當(dāng)。預(yù)測(cè)③號(hào)靶區(qū)埋深2 000 m以上的遠(yuǎn)景資源量約2 000萬t。

5 結(jié) 論

(1)城口錳礦床類型為沉積型礦床，錳礦體賦存于震旦系下統(tǒng)陡山沱組二段頂部，形成于由酸性向堿性轉(zhuǎn)化的還原沉積環(huán)境中，臺(tái)緣斜坡—局限臺(tái)地(瀉湖)相為錳礦發(fā)育的主要相帶，局限臺(tái)地(潮下)次之、局限臺(tái)地(潮坪)再次之。礦區(qū)發(fā)育的褶皺和斷層對(duì)錳礦體破壞嚴(yán)重。錳礦體空間賦存受地層、沉積環(huán)境和成礦后期破礦構(gòu)造的影響，地層控制其沉積時(shí)代，沉積環(huán)境控制其成礦區(qū)域，構(gòu)造控制其空間形態(tài)。

(2)根據(jù)控制錳礦體空間賦存的3個(gè)因素，在已設(shè)礦權(quán)外圍圈定了3個(gè)找礦靶區(qū)，①號(hào)靶區(qū)最具找礦潛力，礦體埋深較淺，②、③號(hào)靶區(qū)找礦潛力次之，礦體埋深較大。預(yù)測(cè)3個(gè)靶區(qū)遠(yuǎn)景資源總量約1億t。