四川省青川縣馬公錳礦地質(zhì)特征及找礦預(yù)測

許駿，周科宇，熊宇軒，袁明強(qiáng)

(四川省冶金地質(zhì)勘查局成都地質(zhì)調(diào)查所，成都 610203)

0 引言

錳礦是一種緊缺性的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛用途，不僅大量用于冶金行業(yè)，也是電解錳的原料，在國家大力推動(dòng)新能源的背景下，錳的市場容量已顯著擴(kuò)大，需求量也日益增加。與此同時(shí)，由于錳的選冶技術(shù)不斷改進(jìn)①，低品位錳礦石的開發(fā)利用價(jià)值逐漸顯現(xiàn)出來②。因此，揚(yáng)子地臺(tái)西北緣的川西北地區(qū)的海相沉積型錳礦床(即石坎式錳礦)[1-2]展現(xiàn)出良好的開發(fā)利用前景。

位于四川省青川縣馬公鄉(xiāng)的馬公錳礦是近年來在川西北地區(qū)發(fā)現(xiàn)的極具找礦潛力的石坎式錳礦。錳礦體具有厚度大、品位穩(wěn)定、延深穩(wěn)定等特征。2020年以來，四川省冶金地質(zhì)勘查局成都地質(zhì)調(diào)查所在馬公錳礦區(qū)開展勘查工作，基于勘查工作的部分新認(rèn)識(shí)，筆者總結(jié)馬公錳礦的地質(zhì)特征和找礦標(biāo)志，為下一步的勘查工作方向及找礦預(yù)測提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

馬公錳礦位于揚(yáng)子板塊的西北緣，揚(yáng)子板塊與秦嶺—大別造山帶、松潘—甘孜造山帶的交界處，屬于松潘—甘孜推覆造山帶和揚(yáng)子板塊結(jié)合部的龍門山滑脫—逆沖推覆構(gòu)造后山帶[3](圖1)。成礦區(qū)帶屬于廣元—江油(仰天窩向斜兩翼)Fe-Mn-Pb-Zn-S-Ag-鋁土礦-砂金成礦帶[4]，錳的成礦條件良好。

區(qū)域地層主要為震旦系—三疊系，以震旦系胡家寨組、元吉組，寒武系邱家河組、油房組為主③―⑤。其中下寒武統(tǒng)邱家河組為石坎式錳礦的含礦地層[5]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，主構(gòu)造線呈NE向，與區(qū)內(nèi)次級(jí)斷裂組成了龍門山NE向“多”字型構(gòu)造。區(qū)域巖漿巖不發(fā)育，僅在礦區(qū)西北10 km處有晉寧期轎子頂雜巖體。受區(qū)域動(dòng)熱變質(zhì)作用的影響，區(qū)內(nèi)巖石多為低綠片巖相。區(qū)內(nèi)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)較多錳礦床(點(diǎn))[6-7]，均位于北川—映秀大斷裂和茂汶—青川大斷裂之間(后龍門山滑脫—逆沖推覆構(gòu)造帶)的高莊復(fù)向斜與轎子頂復(fù)背斜的傾伏端，如杏子樹錳礦、石坎—水觀錳礦、箭竹埡錳礦和馬鞍埡錳礦等。

圖1 川西北區(qū)域構(gòu)造圖(據(jù)文獻(xiàn)[8-10]，修改)Fig.1 Regional tectonic map of the Northwest Sichuan province

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層特征

礦區(qū)出露地層為震旦系胡家寨組(Zh)、元吉組(Zy)，寒武系下統(tǒng)邱家河組(∈1q)、油房組(∈1y)，沿緩坡地帶和溝谷有第四系殘坡積物及少量的沖洪積物分布(圖2)。

圖2 馬公錳礦礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Geological sketch of Magong Mn deposit1.第四系；2.震旦系胡家寨組：火山碎屑巖；3.震旦系元吉組：硅質(zhì)白云巖、千枚巖、微晶白云巖；4.下寒武統(tǒng)邱家河組：碳硅質(zhì)板巖；5.下寒武統(tǒng)邱家河組：含碳白云質(zhì)硅質(zhì)板巖；6.下寒武統(tǒng)油房組：變質(zhì)砂巖；7.地質(zhì)界線；8.地層產(chǎn)狀；9.逆沖斷層及編號(hào)；10.礦體及編號(hào)；11.推測礦體；12.勘探線及編號(hào)；13.探槽及編號(hào)；14.鉆孔及編號(hào)；15.水系

(1)胡家寨組(Zh)。分布在酒家埡—小荊壩—石坎斷裂(F2)北西側(cè)，為一套含少量中酸性火山物質(zhì)的變碎屑巖類，如石英云母片巖、綠泥石絹云千枚巖、絹云石英板巖等。厚度約212 m。與上覆的元吉組呈不整合接觸。

(2)元吉組(Zy)。主要分布在礦區(qū)的北西部，下部為硅質(zhì)白云巖、白云巖夾少量不穩(wěn)定的硅質(zhì)巖；中部為灰色碳質(zhì)絹云千枚巖、結(jié)晶灰?guī)r互層夾白云巖透鏡體；上部為微晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。厚度308～593 m。與上覆的邱家河組呈不整合接觸。

(3)邱家河組(∈1q)。分布于北川—映秀斷裂(F1)與酒家埡—小荊壩—石坎斷裂(F2)之間，為一套淺變質(zhì)黑色碳質(zhì)含錳巖系。礦區(qū)巖性簡單，但受北川—映秀大斷裂影響，邱家河組并未出露完全，部分遭破壞。以北川—映秀大斷裂及其次級(jí)斷裂為界，巖性自下而上可分為含碳白云質(zhì)硅質(zhì)板巖夾硅質(zhì)條帶(含錳礦層)，厚34～243 m；碳硅質(zhì)板巖夾不連續(xù)的碳質(zhì)板巖(泥質(zhì)板巖)，厚49～101 m；含碳白云質(zhì)硅質(zhì)板巖夾灰?guī)r透鏡體(含錳礦層)，厚27～70 m；碳硅質(zhì)板巖夾不連續(xù)的鈣質(zhì)、碳質(zhì)板巖，厚度65～89 m。地層產(chǎn)狀傾向NW或NE，傾角較平緩，一般為10°～35°。受龍門山推覆構(gòu)造影響，該礦區(qū)目前僅能識(shí)別出2個(gè)代表半還原環(huán)境的含錳沉積韻律層、2個(gè)氧化環(huán)境的沉積韻律層。說明該區(qū)早寒武世存在至少4次海進(jìn)海退事件。

(4)油房組(∈1y)。沿北川—映秀大斷裂(F1)的南東盤展布，巖性為深灰色變質(zhì)粉砂質(zhì)板巖夾灰色中-厚層狀細(xì)-中粒變凝灰砂巖，厚度>100 m，與下伏的邱家河組呈整合接觸。

2.2 構(gòu)造特征

馬公錳礦區(qū)位于高莊向斜的南翼，夾持于北川—映秀斷裂與酒家埡—小荊壩—石坎斷裂之間，礦區(qū)內(nèi)部褶皺、斷裂不發(fā)育(圖2)。

北川—映秀大斷裂(F1)：為逆沖斷裂，于礦區(qū)南東側(cè)穿過，斷裂總體呈NE走向，傾向NW，傾角>65°，礦區(qū)范圍斷裂的北西盤(上盤)出露地層為邱家河組，南東盤(下盤)出露地層為油房組。

酒家埡—小荊壩—石坎斷裂(F2)：為逆沖斷裂，于礦區(qū)北西側(cè)穿過，斷層總體呈NE走向，傾向NW，傾角較陡，一般70°～80°，該斷裂在平溪、石坎、南壩一帶與北川—映秀大斷裂匯合。在礦區(qū)內(nèi)斷裂的北西盤(上盤)出露地層為胡家寨組、元吉組，南東盤(下盤)為邱家河組。

馬公斷裂(F3)：為一逆斷層，于礦區(qū)南側(cè)通過，斷層呈NE走向，傾向NW，傾角較陡，一般60°～80°，延伸約為300 m，該斷裂為F2斷裂的次級(jí)斷裂，位于錳礦底板以下，對(duì)錳礦體的影響較小。

高莊復(fù)向斜：褶皺軸向?yàn)镹E向，礦區(qū)位于該復(fù)向斜的南東翼，在其核部南側(cè)，被酒家埡—小荊壩—石坎斷裂破壞。

上述兩條主干斷裂將高莊復(fù)向斜南翼的邱家河組夾于其中，但對(duì)邱家河組中的錳礦層破壞作用甚微。

2.3 變質(zhì)作用

自早寒武世以來，龍門山一帶經(jīng)過印支期、燕山-喜馬拉雅期的構(gòu)造活動(dòng)影響，區(qū)內(nèi)各類巖石均經(jīng)歷了低溫中壓區(qū)域變質(zhì)作用，變質(zhì)程度主要為綠片巖相，代表巖石以板巖、千枚巖、變質(zhì)砂巖為主，部分造巖礦物變質(zhì)重結(jié)晶。礦區(qū)的北側(cè)和南側(cè)有區(qū)域性大斷裂通過，受動(dòng)力變質(zhì)作用影響，巖石具片理化特征，可見少量片巖、構(gòu)造角礫巖等。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)共有2個(gè)錳礦層，自上而下分別為Ⅰ、Ⅱ號(hào)，產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)邱家河組(∈1q)的含碳白云質(zhì)硅質(zhì)板巖內(nèi)，礦體延伸規(guī)模較大，產(chǎn)狀總體穩(wěn)定，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，整體傾向NW，傾角5°～31°(圖3，表1)。因地形切割，經(jīng)長期風(fēng)化剝蝕，Ⅰ號(hào)錳礦層北西端被F2斷裂錯(cuò)斷，以朝陽河、屋基溝為界，將礦體分割成3部分，即Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3錳礦體；Ⅱ號(hào)錳礦層以朝陽河為界，將礦區(qū)分割成南北2部分，即Ⅱ-1、Ⅱ-2錳礦體。該錳礦體具有厚度較大且延伸穩(wěn)定的特征。

圖3 馬公錳礦7號(hào)勘探線剖面圖Fig.3 Section of line 7 in Magong Mn deposit1.碳硅質(zhì)板巖；2.含碳白云質(zhì)硅質(zhì)板巖；3.產(chǎn)狀；4.礦體；5.探槽位置及編號(hào)；6.鉆孔位置及編號(hào)

3.2 礦石特征

馬公錳礦的氧化錳礦石主要分布在近地表8～14 m，氧化帶與礦體露頭線基本平行，氧化程度自地表向深部逐漸減弱(圖4a)。氧化錳礦石主要呈灰黑色、黑色，易污手，條痕為黑色。氧化錳礦石表面常有黑色之氧化錳水化物的薄膜，以顯微粒狀結(jié)構(gòu)、顯微粒狀緊密嵌布結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，粒狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)次之；以條帶(紋)狀構(gòu)造為主，致密塊狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造次之，少量粉末狀、土狀構(gòu)造，并見有葡萄狀、腎狀構(gòu)造(圖4b，圖5a)。礦石礦物成分主要為硬錳礦和軟錳礦(占8%～27%)，褐錳礦次之，偶見殘留的菱錳礦，少量黃鐵礦和褐鐵礦(圖5b)；脈石礦物主要為石英(占18%～60%)、白云石(占17%～46%)、方解石(占1%～47%)、碳質(zhì)(占3%～9%)，少量絹云母、黏土礦物等。

表1 馬公錳礦礦體特征Table 1 Characteristics of the Mn ore bodies

原生礦石主要為碳酸錳礦石，位于礦體的中深部，呈灰色，或黑褐色、灰綠色，菱錳礦條痕呈白色，玻璃光澤(圖4c)。碳酸錳礦石以粒狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)為主，顯微粒狀結(jié)構(gòu)、顯微粒狀緊密嵌布結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)次之，少量隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；以條帶(紋)狀構(gòu)造為主，致密塊狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造次之。礦石礦物以菱錳礦為主(占15%～20%)，次要礦物有黃鐵礦(占4%～10%)、硫錳礦(占1%～3%)、硬錳礦(<1%)、褐錳礦(<1%)等(圖5c)，脈石礦物以白云石(占16%～50%)、石英(占20%～40%)、碳質(zhì)物(占5%～10%)、絹云母(約1%)為主，偶見有方解石、黏土礦物。

4 找礦預(yù)測與找礦標(biāo)志

4.1 找礦預(yù)測

表2中歸納了區(qū)內(nèi)錳礦的成礦要素，表明馬公錳礦區(qū)賦存于下寒武統(tǒng)邱家河組的錳礦層與區(qū)域石坎式錳礦床在沉積成礦作用和礦床學(xué)特征方面基本一致，二者為同一成錳層位的不同區(qū)段，為下一步的找礦預(yù)測提供了重要思路。

在馬公錳礦區(qū)的東部，含碳白云質(zhì)硅質(zhì)板巖巖層未見變薄、尖滅趨勢，表明Ⅰ-3、Ⅱ-2錳礦體仍具有向東、向北延伸的可能(圖2東部的虛線礦體)。Ⅰ-3號(hào)錳礦體平均品位13.85%，平均厚度5.43 m，Ⅱ-2錳礦體平均品位12.21%，平均厚度4.85 m(表1)，具有品位低、厚度大的特征。由圖3可見，從地表到深部錳礦體的變化不甚明顯，說明馬公一帶錳礦體深部品位厚度穩(wěn)定，未見變貧、變薄趨勢，因此，馬公錳礦東部的未控制區(qū)段仍具較好的錳礦勘查前景。

4.2 找礦標(biāo)志

(1)寒武系下統(tǒng)邱家河組大面積出露，其中的含碳白云質(zhì)硅質(zhì)板巖是區(qū)域錳礦的賦礦層位，可以作為直接找礦標(biāo)志。

(2)由于沉積環(huán)境的變化，含錳巖性段的巖石由含碳白云質(zhì)硅質(zhì)板巖轉(zhuǎn)變?yōu)樘假|(zhì)碳硅質(zhì)泥質(zhì)板巖。由于二者巖石物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的區(qū)別，會(huì)導(dǎo)致宏觀上的差異風(fēng)化，可作為間接找礦標(biāo)志。

(3)錳礦層在地表易氧化為灰褐色夾黃褐色的鐵錳帽，這種含錳鐵帽可作為直接找礦標(biāo)志。

表2 川西北地區(qū)下寒武統(tǒng)錳礦成礦要素Table 2 Metallogenic factors of Mn deposits in the Northwest Sichuan province

圖4 馬公錳礦礦石特征照片F(xiàn)ig.4 Photo of the Mn ore of Magong Mn deposita.地表氧化錳礦體；b.淺表氧化錳礦石；c.鉆孔中碳酸錳礦石

圖5 馬公錳礦巖(礦)石顯微特征Fig.5 Microscopic feature of the Mn orea.含碳白云質(zhì)硅質(zhì)板巖(正交)；b.碳硅質(zhì)板巖(偏光)；c.氧化錳礦石(正交)；d.碳酸錳礦石(正交)

(4)部分錳礦體的底部可見厚約30 cm的黃褐色黃鐵礦風(fēng)化層，極為明顯，可作為找礦標(biāo)志。

5 結(jié)語

馬公錳礦為海相沉積型錳礦，共有2個(gè)錳礦層，5個(gè)錳礦體，具有層位穩(wěn)定、厚度大、品位穩(wěn)定、延深穩(wěn)定的特征，受構(gòu)造影響小。淺表部位的錳礦石以氧化錳為主，深部的錳礦石以碳酸錳為主。錳礦層賦存在含碳白云質(zhì)硅質(zhì)板巖中，與邱家河組其他陸源碎屑巖有明顯區(qū)別，板巖中以富含碳質(zhì)、碳硅質(zhì)和泥質(zhì)為特征，顯示了特定的沉積環(huán)境。根據(jù)礦床地質(zhì)特點(diǎn)推測，馬公錳礦區(qū)的東部空白區(qū)具有較好的找礦前景。

注釋：

① 朱昌洛,黃運(yùn)階,曾令熙,等. 復(fù)雜貧錳礦高效選冶技術(shù)研究. 成都:中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所,2013.

② 周韞,解振朝,李淮湘,等. 健坤礦業(yè)錳礦選礦工藝探索研究. 長沙:長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司,2014.

③ 劉北尊,王全偉,唐明成,等. 1∶5萬青溪、關(guān)莊壩幅聯(lián)測區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告. 綿陽:四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局川西北地質(zhì)大隊(duì),1993.

④ 王全偉,唐明成,鄭尚均,等. 1∶5萬南壩幅區(qū)域地質(zhì)圖及說明書. 綿陽:四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局川西北地質(zhì)大隊(duì),1994.

⑤ 唐明成,周建輝,梁斌,等. 1∶5萬雁門鎮(zhèn)幅區(qū)域地質(zhì)圖及說明書. 綿陽:四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局川西北地質(zhì)大隊(duì),1995.