貴州松桃白石溪錳礦床地質(zhì)特征與找礦標(biāo)志

馮開(kāi)友，金廷福，曾俊芳，李麗斌

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局一〇三地質(zhì)大隊(duì)，貴州銅仁 554300；2.貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，貴州畢節(jié) 551700）

白石溪錳礦位于松桃縣城南西方向直線距離35公里孟溪鎮(zhèn)木耳村，為大屋錳礦的一部分，屬大塘坡式錳礦。貴州省地礦局108地質(zhì)隊(duì)于1966年開(kāi)展區(qū)域調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，1978-1983年開(kāi)展了普詳查工作并編制了報(bào)告，2004年開(kāi)始設(shè)置采礦權(quán)，至今僅開(kāi)展少量礦山地質(zhì)工作，研究程度低。附近區(qū)域一直是貴州省錳礦找礦的重點(diǎn)區(qū)域，與此同時(shí)人們對(duì)該類錳礦成因認(rèn)識(shí)又各有不同，有生物成因［1-2］、海底火山噴發(fā)—沉積錳礦［3］、濁流沉積有關(guān)［4］、熱水沉積［5］、盆內(nèi)海底擴(kuò)張活動(dòng)帶含錳熱水的“內(nèi)源外生”［6］、錳成礦與“雪球地球”事件有關(guān)［7］、古天然氣滲漏沉積成礦［8］。因此，有必要對(duì)白石溪錳礦進(jìn)行礦床地質(zhì)特征研究，分析礦床成因、控礦因素，提出幾點(diǎn)找礦標(biāo)志，以期為該地區(qū)下一步找礦工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

按照華南南華紀(jì)錳礦成礦區(qū)帶劃分［9］，白石溪錳礦位于南華裂谷盆地錳礦成礦區(qū)，武陵錳礦成礦帶，石阡-松桃-古丈錳礦成礦亞帶,受松桃大屋地塹盆地控制（圖1）；按照全國(guó)成礦區(qū)帶的劃分［10］，屬于濱太平洋成礦域（Ⅰ-4）的揚(yáng)子成礦?。á?15），三級(jí)成礦單元中屬于上揚(yáng)子中東部(臺(tái)褶帶)PbZnCuAgFeMnHgSb磷鋁土礦硫鐵礦成礦帶(Ⅲ77)。

圖1 黔渝湘毗鄰區(qū)南華紀(jì)早期武陵次級(jí)裂谷盆地構(gòu)造古地理圖［9］

白石溪錳礦大地構(gòu)造位置處于五級(jí)分區(qū)中的銅仁開(kāi)闊復(fù)式褶皺變形區(qū)，構(gòu)造樣式為阿爾卑斯型。褶曲以北北東向?yàn)橹?，東西向?yàn)檩o；斷裂以北北東、北東向?yàn)橹?，次為近東西向；地層出露較多，以梵凈山穹狀背斜核部為中心，向四周大致呈環(huán)狀由老至新出露，出露地層有元古界梵凈山群至震旦系、古生界寒武系及奧陶系、新生界第四系（圖2）。

圖2 白石溪錳礦區(qū)域地質(zhì)圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)位于梵凈山穹狀背斜北東向，出露地層有清水江組第四段、鐵絲坳組、大塘坡組、南沱組及第四系；地層走向呈NE—SW向，傾向NW，傾角10°～25°。南華系鐵絲坳組與下伏地層為不整合接觸，其余各層均為整合接觸（圖3）。現(xiàn)由老至新概述如下：

圖3 白石溪錳礦礦區(qū)地質(zhì)及工程分布圖

清水江第四段：灰白色石英巖狀砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖偶夾粘土質(zhì)粉砂巖，具楔狀、板狀交錯(cuò)層，厚度大于50m。

鐵絲坳組：下部為黃綠色含礫雜砂巖、細(xì)砂巖夾粘土巖，局部見(jiàn)斜層理；上部為灰黑色含礫炭質(zhì)砂巖或粉砂巖，常夾含錳質(zhì)炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度為1m～10m。

大塘坡組分為兩段：第一段為賦錳層位，黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，其下部常含菱錳礦，中上部偶見(jiàn)凝灰質(zhì)粘土巖，厚度為6m～34m；第二段下部為灰黑色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖，由上向下砂質(zhì)減少，炭質(zhì)增多；中上部為灰綠色粉砂質(zhì)頁(yè)巖及粉砂質(zhì)粘土巖，發(fā)育層紋構(gòu)造，厚度為170m～256m。

南沱組：上部和下部都是冰磧礫巖，其礫石細(xì)小，選性不明顯，礫石組成復(fù)雜，較大礫石多呈棱角狀，較小礫石多呈渾圓狀，礫徑多為0.2cm～10cm，下部礫徑稍小，其間夾粉砂質(zhì)粘土巖、砂巖及白云巖透鏡體，厚度大于31m。

第四系：為殘坡、洪、沖積物的粘土、砂、礫石等，厚度為0m～16m。

2.2 構(gòu)造

礦床處于梵凈山背斜北東部，總體為一傾向北北西的單斜構(gòu)造，走向北東東，傾角5°～31°。構(gòu)造簡(jiǎn)單，礦區(qū)僅見(jiàn)F2斷層，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下：

F2斷層：礦區(qū)長(zhǎng)約250m，傾向南東，傾角在55°左右，破碎帶寬10m～15m，走向北東，角礫巖發(fā)育，膠結(jié)物為炭泥質(zhì)，發(fā)育白色方解石或石英細(xì)脈，牽引褶曲發(fā)育。斷距約40m，為正斷層性質(zhì)。對(duì)礦體破壞大，將礦體分割為南東及北西兩個(gè)礦體。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 含錳巖系特征

大塘坡組第一段，習(xí)稱“含錳巖系”，為區(qū)內(nèi)賦錳層位，其巖性組合特征由上至下敘述如下：

3.2 礦體展布

該礦體賦存于含錳巖系下部，產(chǎn)狀與圍巖一致，傾向NNW，傾角17°～23°，走向NEE，呈層狀、似層狀緩傾斜產(chǎn)出。F2將其切割呈北西及南東兩個(gè)礦塊，北西較南東品位貧、厚度薄。礦體標(biāo)高最低608m，最高860m，東西長(zhǎng)約1450m，南北寬約800m，其厚度變化小，為簡(jiǎn)單型；錳品變化亦小，屬均勻型。

表1 含錳巖系特征綜合表

3.3 頂?shù)装逄卣?/h3>

3.3.1 頂板特征

錳礦層頂板為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖及含錳炭質(zhì)頁(yè)巖。炭質(zhì)頁(yè)巖和含錳炭質(zhì)頁(yè)巖均具鱗片結(jié)構(gòu)，條紋條帶狀構(gòu)造。

3.3.2 底板特征

錳礦層底板亦為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖或含錳炭質(zhì)頁(yè)巖，或者為鐵絲坳組灰色含礫砂巖，炭質(zhì)頁(yè)巖與含錳炭質(zhì)頁(yè)巖特征與頂部相同，含礫砂巖具砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斷口參差不齊。

3.4 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.4.1 礦石結(jié)構(gòu)

主要有泥晶、鱗片和粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)。

泥晶結(jié)構(gòu)：菱錳礦集合體呈泥晶呈圓狀、似圓狀、橢圓狀等形態(tài)，其晶粒間有泥炭質(zhì)及陸源碎屑等礦物類充填（圖5-a、b），常常構(gòu)成塊狀構(gòu)造。

鱗片結(jié)構(gòu)：菱錳礦集合體多呈長(zhǎng)條、扁豆、魚(yú)鱗等形態(tài)定向分布，粘土、泥炭質(zhì)礦物等礦物及組分均呈弱定向排列，定向分布，多構(gòu)成條紋條帶狀構(gòu)造（圖5-c）。

粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)：菱錳礦形成的晶粒集合體呈線狀、條紋、條帶等形狀產(chǎn)出，炭質(zhì)、粉砂屑及粘土等充填其中。粉砂屑較為突出，含量較高，多形成條紋條帶構(gòu)造（圖5-d）。

圖5 白石溪錳礦礦石結(jié)構(gòu)照片

3.4.2 礦石構(gòu)造

主要為塊狀、條紋條帶狀和碎裂狀構(gòu)造。

塊狀構(gòu)造：菱錳礦的礦物集合體呈圓狀、似圓狀、橢圓狀等形狀分布于礦石中，其間被粘土、泥炭質(zhì)和粉砂屑等組分填充，相互緊密相嵌。

條紋條帶狀構(gòu)造：菱錳礦、粘土和泥炭質(zhì)等礦物成分，各自相對(duì)呈線狀、條紋狀、條帶狀富集，使其具有較明顯的條紋條帶。

碎裂狀構(gòu)造：上述兩類礦石受地質(zhì)應(yīng)力作用常發(fā)生層紋撓曲、破碎等現(xiàn)象，裂隙裂紋發(fā)育，發(fā)育程度與應(yīng)力相關(guān)，分布無(wú)序，沿裂隙為次生碳酸鹽、石英等呈細(xì)脈狀礦物充填，膠結(jié)已破碎的礦石。

3.4.3 時(shí)空上礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造與錳含量的關(guān)系

在平面上：礦體長(zhǎng)軸為北東東向（走向），短軸方向?yàn)楸北蔽飨颍▋A向），礦層厚度沿走向方向延深，變化較小，從北東東到南西西，為泥晶結(jié)構(gòu)—厚層塊狀和薄層塊狀構(gòu)造；泥晶、鱗片或粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)—條帶狀或?qū)蛹y狀構(gòu)造；粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)—條帶狀構(gòu)造，其錳含量逐漸變貧。礦層厚度沿傾向延伸逐漸變薄至尖滅（見(jiàn)圖4、圖6），變化較大。從北北西向南南東，為泥晶結(jié)構(gòu)—厚層塊狀和薄層塊狀構(gòu)造；泥晶、鱗片或粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)—條帶狀或?qū)蛹y狀構(gòu)造；粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)—條帶狀構(gòu)造，其錳含量逐漸變貧。

圖4 白石溪錳礦床地質(zhì)剖面圖

圖6 白石溪及鄰區(qū)傾向方向含錳巖系柱狀對(duì)比圖

在垂向上：變化較簡(jiǎn)單，部分礦體見(jiàn)1～2層夾石之。礦層頂?shù)装寮皧A石皆為炭質(zhì)頁(yè)巖，夾石呈似層狀、透鏡狀，連續(xù)性差。自下而上大致是：泥晶、鱗片或粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)—條帶狀或?qū)蛹y狀構(gòu)造；為泥晶結(jié)構(gòu)—厚層塊狀和薄層塊狀構(gòu)造；粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)—碎裂（角礫）狀構(gòu)造。

3.5 礦石組分

主要礦物組分以菱錳礦為主，其次為粘土礦物、泥炭質(zhì)及碎屑礦物等，其礦物組分與礦石構(gòu)造特征見(jiàn)下表2。

表2 主要礦物成分統(tǒng)計(jì)表

4 礦床成因分析

Rodinia超大陸裂解與大塘坡式成礦時(shí)間相當(dāng)，該區(qū)域錳礦成礦事件可能與Rodinia超大陸裂解有關(guān)，可能屬于該期全球構(gòu)造—熱液成礦事件的重要組成部分。

揚(yáng)子地塊東南緣南華紀(jì)錳成礦帶中錳礦床成礦均受拉張的構(gòu)造背景控制，區(qū)內(nèi)深大斷裂構(gòu)造發(fā)育。綜合上述研究，推測(cè)白石溪錳礦床為深部富錳熱水（或氣液）沿深大斷裂上升達(dá)深水盆地底部部位，因受上覆巨厚且未完全固結(jié)成巖的巖層阻擋，使得富錳熱水（或氣液）在其底部部位不斷聚集，隨著揮發(fā)分逐漸積累，壓力也逐漸增大，當(dāng)壓力大于上覆未完全固結(jié)成巖的巨厚碳質(zhì)巖層自身能承受的應(yīng)力，便會(huì)使其破裂、甚至破碎，富錳熱水（或氣液）便沿裂縫/裂隙快速運(yùn)移至適合的部位，錳礦析出和富集，多次脈動(dòng)式成礦疊加，形成了白石溪錳礦床。

綜上所述，這種富錳熱水溫度可能比較高，結(jié)合以往許多巖漿型（或巖漿熱液型）礦床中多發(fā)育有隱爆角礫巖，兩者所表現(xiàn)的特點(diǎn)又具有一定相似性，推測(cè)白石溪錳礦成礦與富錳氣液有關(guān)更為合理。在該南華紀(jì)錳成礦帶內(nèi)其它典型礦床中，如大塘坡錳礦床中，周琦等（2013）［8］研究認(rèn)為其圍巖和礦石表現(xiàn)出氣泡狀構(gòu)造、滲漏管構(gòu)造、底辟構(gòu)造等構(gòu)造等特點(diǎn)。因此認(rèn)為白石溪錳礦床屬古天然氣滲漏沉積成礦。

菱錳礦和透鏡狀白云巖形成的簡(jiǎn)要化學(xué)過(guò)程如下［11］：

2HCO3-+Mn2+→MnCO3+CO2+H2O（菱錳礦）

4HCO3-+Mg2++Ca2+→MgCa［CO3］2+2CO2+2H2O（白云巖）

5 控礦因素分析

5.1 構(gòu)造控礦

大塘坡式錳礦的成礦作用是在Rodinia超大陸裂解背景下發(fā)生的，該類錳礦床基本分布于區(qū)域NE-SW向深大斷裂所控制的裂谷盆地中（圖1），受古地理、古構(gòu)造控制［12］。

5.2 沉積環(huán)境

白石溪錳礦床分布于次級(jí)地塹盆地松桃大屋地塹盆地中，大致處于該地塹深水盆地的中心，此部位水動(dòng)力條件弱，有利于巨厚炭質(zhì)頁(yè)巖形成，為菱錳礦成礦提供了有利條件。

5.3 巖性控礦

白石溪錳礦產(chǎn)于含錳巖系下部炭質(zhì)頁(yè)巖中，礦體呈層狀、似層狀（圖4），與圍巖整合產(chǎn)出，中部較厚，向四周逐漸變薄直至尖滅，菱錳礦體厚度與炭質(zhì)頁(yè)巖厚度正相關(guān)，向NE方向炭質(zhì)頁(yè)巖變厚，而菱錳礦體逐漸變厚，錳礦品位相對(duì)增高。從錳礦體賦存巖性特征看，礦體中部主要賦存于炭質(zhì)頁(yè)巖中，向四周粉砂含量增多，碳質(zhì)減少，直至過(guò)渡轉(zhuǎn)變?yōu)榉凵百|(zhì)頁(yè)巖。

6 找礦標(biāo)志

6.1 地層、巖性標(biāo)志

白石溪錳礦及附近區(qū)域上該類錳礦均產(chǎn)于含錳巖系的下部，為直接找礦標(biāo)志，同時(shí)含錳巖系不是炭質(zhì)頁(yè)巖時(shí)，通常無(wú)錳礦體存在。

6.2 沉積相標(biāo)志

大塘坡式錳礦的成礦盆地具有分帶性，沉積物從邊緣至中心：通常為含粉砂質(zhì)與炭質(zhì)頁(yè)巖組合、炭質(zhì)頁(yè)巖與含錳白云巖透鏡體組合、炭質(zhì)頁(yè)巖與菱錳礦組合，該類錳礦產(chǎn)于炭質(zhì)頁(yè)巖與菱錳礦組合中。

6.3 構(gòu)造環(huán)境標(biāo)志

古構(gòu)造控制著該類成錳盆地的分布，揚(yáng)子地塊東南緣區(qū)域隨著Rodinia超大陸裂解，形成一系列北東及北北東向地塹—地壘構(gòu)造，這些地塹—地壘構(gòu)造其間形成的次級(jí)北東東向古斷裂控制了該類成錳盆地的形成與分布。