貴州震旦紀(jì)錳礦地質(zhì)特征及礦床成因

楊明坤，李向平

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一五地質(zhì)大隊，貴州 貴陽 551400)

0 前 言

錳礦在國民經(jīng)濟中具有十分重要的戰(zhàn)略地位，貴州錳礦的發(fā)現(xiàn)和研究最早始于20世紀(jì)40年代初期[1]，經(jīng)過幾代地質(zhì)科技工作者的不懈努力，查明的錳礦資源主要賦存于南華系大唐坡組底部和二疊系茅口組頂部，南華紀(jì)錳礦和二疊紀(jì)錳礦是貴州兩個重要的錳礦產(chǎn)出時代。前人對兩類錳礦的礦床成因、成礦規(guī)律、找礦標(biāo)志等方面進(jìn)行了較多研究并取得了諸多重要進(jìn)展[2-24]，其中有學(xué)者認(rèn)為兩者成因類型一致，均屬“古天然氣滲漏沉積型錳礦床”，近年來通過成礦理論和找礦預(yù)測方法的創(chuàng)新，南華紀(jì)錳礦經(jīng)貴州銅仁松桃錳礦國家整裝勘查區(qū)實踐檢驗，已先后發(fā)現(xiàn)4個世界級隱伏超大型錳礦床和多個大中型錳礦床；二疊紀(jì)錳礦通過國家找礦突破戰(zhàn)略行動計劃綱要設(shè)立的“貴州遵義錳礦整裝勘查區(qū)”和貴州省的錳礦整裝勘查區(qū)的持續(xù)勘查投入，遵義—水城地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了錳礦床(點)29個，貴州省查明錳礦資源儲量礦產(chǎn)地52處(見圖1)[25]，近來上述找礦在國內(nèi)外產(chǎn)生重要影響，已成為國內(nèi)最重要的錳礦床類型之一。

早期有少量文獻(xiàn)對貴州震旦紀(jì)錳礦沉積相特征及其成因進(jìn)行過探討，已證實為南華紀(jì)錳礦[2]。指產(chǎn)于南沱組以下的黑色炭質(zhì)粘土巖和粉砂質(zhì)粘土巖巖性段之底部，南沱組進(jìn)一步劃分為南沱冰礫巖、蓮沱(或富祿)組、長安組3個巖性段，貴州103地質(zhì)隊1965年以后在黔東北地區(qū)的錳礦普查勘探實踐中，又將第二段(蓮沱組)上部的黑色炭質(zhì)粘土巖段提出了單獨建組的意見，并命名為“大塘坡組”，一直沿用至今，巖石地層單元幾經(jīng)變更，目前比較認(rèn)同的是自上而下將南沱組、大塘坡組、鐵絲坳組、兩界河組及長安組全部歸屬于南華紀(jì)(見圖2)[19]。前人對貴州震旦紀(jì)錳礦的研究尚無公開發(fā)表的文獻(xiàn)，研究程度尚淺。根據(jù)鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣袁家山錳礦普查工作成果[26]，對貴州震旦紀(jì)錳礦地質(zhì)特征進(jìn)行論述，探討了礦床成因，研究成果可為找礦者在靶區(qū)優(yōu)化、找礦方面提供一定的線索和思路，以期促進(jìn)貴州錳礦找礦工作的發(fā)展。

圖1 貴州省錳礦資源分布

圖2 貴州南華紀(jì)—震旦紀(jì)地層對比

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鎮(zhèn)遠(yuǎn)袁家山錳礦位于揚子準(zhǔn)地臺四級構(gòu)造單元—貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)東部，龍井向斜北段東翼。普寧運動之后，揚子準(zhǔn)地臺基底最終形成(震旦系)，早震旦世后期，由于澄江運動，地臺整體抬升接受山地冰川和內(nèi)陸(冰川)碎屑沉積(南沱組)，至晚震旦世，地臺又復(fù)整體下降，形成廣泛的海侵超覆，為含錳質(zhì)巖層的沉積提供了良好的沉積環(huán)境。至燕山運動，最終形成了區(qū)內(nèi)的構(gòu)造格架和復(fù)雜的地貌特征。區(qū)域地層有青白口系、南華系、震旦系、寒武系、奧陶系，南華紀(jì)的大塘坡組、鐵絲坳組、兩界河組及長安組缺失，導(dǎo)致南沱組與下伏的淸水江組直接接觸，研究區(qū)處于黔渝湘毗鄰區(qū)南華系分區(qū)的銅仁—鳳凰地層小區(qū)(Ⅲ2)，沉積特征與前人研究相符[14]。

區(qū)域位置上處于黔東錳礦成礦區(qū)帶的南西部(見圖3)[19]，區(qū)域上，含錳層位有南華系下統(tǒng)大塘坡組和震旦系下統(tǒng)陡山沱組底部，在區(qū)內(nèi)大塘坡組缺失，含錳巖系為震旦系下統(tǒng)陡山沱組中下部厚度不等的含錳粘土巖、含錳炭質(zhì)粘土巖和含錳白云巖、含錳白云質(zhì)灰?guī)r。

圖3 貴州南華紀(jì)—震旦紀(jì)沉積礦產(chǎn)分布

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

普查區(qū)內(nèi)出露的地層自新至老有第四系(Q)、寒武系下統(tǒng)烏訓(xùn)組(∈1w)、變馬沖組(∈1b)、九門沖組(∈1jm)、震旦系上統(tǒng)留茶坡組(Z2lc)、震旦系下統(tǒng)陡山沱組(Z1d)、南華系上統(tǒng)南沱組(Nh2n)、青白口系清水江組(Pt3q)，缺失南華系下統(tǒng)大塘坡組、鐵絲坳組、兩界河組。

礦區(qū)位于龍井向斜北段東翼，羊場斷層北西盤，區(qū)內(nèi)地層呈北東—南西向延伸，地層傾向北西，在南西部地層傾向轉(zhuǎn)向西、南西，地層傾角19(°)～55(°)，據(jù)鉆孔揭露，錳礦露頭分布區(qū)地層傾角較大，傾角40(°)～55(°)，往北西地層傾角逐漸變緩。礦區(qū)北東部和中南部斷裂較為發(fā)育，自北而南共發(fā)育有8條斷層，其F2、F3為逆斷層，F(xiàn)1、F4、F5、F6、F8為正斷層。次級褶皺較為發(fā)育，次級褶皺常使留茶坡組硅質(zhì)巖彎曲成銳角狀、直角狀，并使地層發(fā)生重復(fù)，在ZK001以北40～100 m段、TC35以東10～280 m段的公路邊坡地帶展現(xiàn)清晰。凝灰?guī)r、粘土巖、粉砂質(zhì)粘土巖節(jié)理發(fā)育，常有兩組以上的節(jié)理進(jìn)行交互切割，使表層巖石破碎成松散砂狀。

2.2 含錳巖系(礦體)特征

含錳巖系為震旦系下統(tǒng)陡山沱組：上部為深灰色薄層含炭質(zhì)粘土巖夾泥質(zhì)白云巖，具層紋構(gòu)造；中部為灰、灰黑色薄層粘土巖、粉砂質(zhì)粘土巖、炭質(zhì)粘土巖，具水平層理；下部為灰色中厚層含錳白云巖，局部夾灰黑色薄層炭質(zhì)粘土巖。該套巖層的中部底層(上錳礦，下同)和下部均含錳(下錳礦，下同)，特別是下部為錳礦的主要產(chǎn)出層位。

區(qū)內(nèi)錳礦體主要產(chǎn)于震旦系陡山沱組底部，原生含錳巖層為含錳白云巖(含錳粘土巖)，礦區(qū)內(nèi)原生含錳白云巖延伸較為穩(wěn)定，呈層狀，傾向北西、西，中等傾斜，傾角22(°)～49(°)，厚1～6 m。經(jīng)普查工作取樣測試，原生含錳白云巖含錳低，一般在0.1%～1.5%之間，未能形成原生錳礦層，僅形成含錳胚層(下錳礦)。

據(jù)ZK102揭露顯示，上距下錳礦約108 m處賦存一層淺黃、淺灰色薄層含錳粘土巖，厚0.90 m，含錳低，一般在1.0%左右，未能形成有工業(yè)價值的原生錳礦層(上錳礦)。

錳礦體的形成嚴(yán)格受風(fēng)氧化深度制約，含礦巖性為含錳白云巖風(fēng)化而成的灰黑、黑色薄層含錳粘土巖，同樣嚴(yán)格受風(fēng)氧化程度制約，厚0～6 m，厚度不穩(wěn)定，連續(xù)性較差，在地形條件有利于風(fēng)化且保留的地帶，含錳粘土巖層較厚，錳礦體亦較厚，含錳品位高；反之，在不利于風(fēng)化或地形條件不利于保留風(fēng)化物的地帶，含錳粘土巖層薄或缺失，錳礦體亦變薄或缺失。

含錳白云巖(細(xì)晶白云巖)巖礦鑒定結(jié)果：巖石具細(xì)晶結(jié)構(gòu)。主要礦物白云石呈半自形粒晶狀，其粒度多在0.08～0.12 mm，彼此緊密鑲嵌。自生石英呈他形晶粒，以集合體團(tuán)塊或單晶存在于白云石晶間孔隙中。蒙脫石呈顯微鱗片狀，集合體呈脈狀或團(tuán)粒狀產(chǎn)出。褐鐵礦部分以自形黃鐵礦之假象星散分布，另一部分則以非晶質(zhì)無定形霧狀小團(tuán)塊分布。礦物組成及含量：白云石80%～85%、石英 10%、蒙脫石 5%、褐鐵礦 1%～2%。

區(qū)內(nèi)錳礦體的形成嚴(yán)格受風(fēng)氧化深度制約，同樣，錳礦體的礦化程度亦受風(fēng)氧化程度制約，淺部露頭地帶，風(fēng)氧化程度高，礦化程度高，錳含量較高。據(jù)對位于QJ01北側(cè)40 m的露頭小坑內(nèi)打塊樣測試，Mn含量最高達(dá)37.76%，向深部逐漸延伸，隨著風(fēng)氧化深度的減弱，錳礦礦化程度逐漸降低。

礦石類型上，膠狀錳礦體呈塊狀，體重較大，硬度較大，斷面呈玻璃光澤，Mn含量較高；粉狀錳礦呈土狀，黑色，結(jié)構(gòu)松散，體重小，Mn含量較低。

2.3 礦石特征

礦體大致沿層呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，根據(jù)鉆孔控制，礦體向深部延伸僅10～20 m，礦體露頭長約200 m，礦體厚0.83～4.75 m，厚度變化大，厚度變化系數(shù)為61.35%，礦體規(guī)模為小型。普查工作錳礦分析項目有：Mn、Fe、P、SiO2，其中Mn含量10.84%～20.04%，平均15.13%，為低品位礦石，品位變化較小，變化系數(shù)為19.76%，F(xiàn)e含量3.04%～17.72%，平均7.30%，P含量0.10%～0.49%，平均0.24%，SiO2含量14.48%～46.43%，平均35.63%。礦石礦物以軟錳礦、硬錳礦為主，次為石英、褐鐵礦、粘土等。軟錳礦呈粉狀結(jié)合體，土狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)松散，體重小。鐵帽型錳礦(硬錳礦)具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，皮殼狀、多孔狀構(gòu)造，斷口呈玻璃光澤，具鐵帽特征，硬度較大，體重較大。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)錳礦化學(xué)成分含量，礦石工業(yè)類型為貧錳礦石類型。

3 礦床成因探討

研究區(qū)錳礦體系由原生含錳白云巖風(fēng)氧化而成，錳礦體的分布受風(fēng)氧化程度和地形地貌條件制約，區(qū)內(nèi)錳礦體分布于地勢較高的水塘附近，周圍均暴露，有利于空氣流通，有利于風(fēng)氧化作用的進(jìn)行，地形條件也有利于風(fēng)氧化層的原地堆積，礦體位于局部潛水面附近，礦體的形成與地下水的作用亦有關(guān)系，其作用機理尚需更多研究。

因此，在地形較緩，暴露較好，風(fēng)氧作用強，有一定地下水作用的含錳白云巖分布區(qū)是尋找錳礦的良好區(qū)域。

南華紀(jì)錳礦產(chǎn)于鐵絲坳組冰磧礫巖之上的大塘坡組底部，而本區(qū)震旦紀(jì)錳礦產(chǎn)于南沱組冰磧礫巖之上的陡山沱組底部，兩者在成因上可能具有一定的相似性；根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征的分析，結(jié)合前人的研究成果，初步認(rèn)為原生含錳白云巖的錳質(zhì)主要來自海底火山噴發(fā)，然后在干燥炎熱的氣候(30℃左右)、鹽度正常的堿性(pH值>8)、海水淺且較為平靜的水體還原環(huán)境下在潟湖或海灣中沉積而成。

4 結(jié) 論

1)貴州錳礦成礦時代有南華紀(jì)、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)和震旦紀(jì)，查明的錳礦資源主要賦存于前兩者，三疊紀(jì)錳礦和震旦紀(jì)錳礦隨著選礦工藝及研究程度的提高再次引起關(guān)注。

2)南華紀(jì)的大塘坡組、鐵絲坳組、兩界河組及長安組缺失，導(dǎo)致南沱組與下伏的淸水江組直接接觸，含錳巖系為震旦系下統(tǒng)陡山沱組，中部底層和底部是上、下兩層錳礦賦礦位置，厚度穩(wěn)定，含錳低，達(dá)不到工業(yè)利用價值，未能形成原生錳礦層，僅形成含錳胚層。

3)研究區(qū)內(nèi)錳礦礦石類型為風(fēng)化—氧化型礦石，礦石品位受氧化程度控制，礦體淺部含錳品位較高，但礦體向深部延伸十分有限。

4)錳礦體大致沿層呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，分布受層位、巖性、風(fēng)氧化程度及地形地貌條件制約。

5)礦石礦物以軟錳礦、硬錳礦為主，次為石英、褐鐵礦、粘土等。軟錳礦呈粉狀結(jié)合體，土狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)松散，體重?。挥插i礦具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，皮殼狀、多孔狀構(gòu)造，斷口呈玻璃光澤，具鐵帽特征，硬度較大，體重較大。礦石工業(yè)類型為貧錳礦石類型。

6)研究區(qū)錳質(zhì)主要來自海底火山噴發(fā)，后在干燥炎熱的氣候(30℃左右)、鹽度正常的堿性(pH值>8)、海水淺且較為平靜的水體還原環(huán)境下在潟湖或海灣中沉積而成。