四川省黑水縣四美溝錳礦床地質特征及成因

劉波 ，林雄 ，張姚 ，鄧元兵

（1.成都理工大學，成都 610059；2.四川省冶金地質勘查局水文工程大隊，四川 郫縣 611730）

1 區域地質

礦區處于巴顏喀拉褶皺帶東部，石大關弧形構造帶西段之瓦缽梁子—四美溝復背斜西段北翼，接近轉折端。屬揚子地臺西緣之松潘—甘孜地槽馬爾康拗陷盆地，系重要鐵錳成礦帶之一。

1.1 區域控礦構造

該區具變質基底和沉積蓋層二元結構。基底由震旦系和下古生界巖系構成，蓋層為各種形態的褶皺，以帶狀、斜列式、弧形等組合形式出現。與成礦關系密切的是瓦缽梁子—四美溝復式背斜。該背斜展布于黑水縣的瓦缽梁子四美溝一線。背斜呈長垣狀，全長 45km，沿軸線可分為三段。西段北西西向，中段東西向，東段南東向，總貌呈平臥式“S”形。背斜北翼寬3～5km，展布于黑水縣蘆花、紅巖、木蘇、維古、熱河和瓦缽梁子，有已知的 16個錳礦床（點）受控其間；背斜南翼的主體展布于茂縣赤不蘇境內。背斜軸面在西段南西傾，傾角60°～80°；中段傾向北東，傾角15°左右；東段傾向北北東，傾角12°～20°。樞紐脊線中段高，向東西兩端遞降，呈波狀蜿蜒伸展（圖1）。

圖1 黑水地區構造綱要圖

復背斜西段傾沒端呈指狀裙邊褶皺，其核部為古生界（Dwg、C+P）地層，兩翼對稱分布中生界（PTb、Tz及 Tzw）地層。該背斜控制了黑水地區含錳層位的空間分布，是區內主要控礦構造。在瓦缽梁子復背斜中—西段，低序次斷裂較多，以反扭斜切地層走向的逆斷層為主。四美溝錳礦區處于瓦缽梁子—四美溝復式背斜西段北翼，次級北西向指狀羅白背斜核部中段的兩翼。

1.2 地層

該地區按1984年版龍日壩幅區測報告，區域地層屬馬爾康地層分區金川小區。本區地殼總厚度46～55km。出露地層有上古生界泥盆系危關組（Dwg）、石炭系西溝組（Cx）、二疊系三道橋組（Ps）、中生界二疊系—三疊系菠茨溝組（PTb）及扎尕山組（Tzg）（扎尕山組在工作區缺失）、雜谷腦組（Tz）、侏倭組（Tzw ）及新都橋組（Txd）、新生界第四系（Q）[1]。其中菠茨溝組（PTb）為本礦區含錳巖系。

1.3 變質作用、巖漿作用

該區菠茨溝組含錳沉積巖系中的鐵、錳、硅、鋁等基本組分在區域變質過程中曾發生遷移，出現“脫硅、聚鐵、聚錳”作用，特別是在地應力集中的斷裂破碎帶，往往有變質石英脈和錳、鐵的局部富集，甚至形成錳的變質礦物系列。礦區巖漿巖活動總體不強烈。

1.4 地球物理特征

據地球物理資料，四川西部的地殼深部結構具有斷塊隆起與坳陷相間排列的特征，呈南北向—北西向展布，其間為斷裂活動帶隔開。川西高原航磁資料表明，穿過黑水縣東西境界86km段有一條東西走向相對升高的磁異常（ΔTα5—36γ），異常寬度 3～5km，磁性體最小埋藏深度 2.5km（圖 2）。經分析，引起此異常為一條東西向的隱伏斷裂（即刷金寺－徐古－石碉樓－疊溪隱伏斷裂）。區內不同的含錳礦石和巖石磁性存在著差異，表現為：磁鐵礦＞磁鐵千枚巖＞（磁）鐵錳千枚巖＞含錳灰巖＞錳鋁榴石＞菱錳礦，這種差異雖不能直接用于找錳，但利用鐵、錳礦層的伴生關系，可作為間接找錳標志。區內各不相同的巖（礦）石電性差異較大，含錳礦（巖）石的極化率為 1.7%～4%，而圍巖為 1.6%～2.7%，可以認定含錳層為激電的物源。實踐證明，本區使用交流激電法尋找含錳巖系是有效的。

1.5 地球化學特征

在“復背斜”兩翼開展了100km2水系沉積物掃面，按下限1500×10-6圈定三個錳異常：其中I號異常，長10km，寬2～4km，強度1500～3000×10-6，異常展現在復背斜南翼俄斯庫吉至二米克一帶；Ⅱ號異常，長約12km，峰值達3000×10-6，展現于復背斜北翼普格基至復背斜北西傾沒端的德石溝一帶；Ⅲ號異常分布于 I、Ⅱ號異常之間，范圍 4×0.5～2.5km2，峰值達4000×10-6。三個異常中除Ⅲ號展現于泥盆系危關組地層，與斷裂構造有關外，I、Ⅱ號異常均與菠茨溝組含錳巖系同步延伸，基本吻合，顯然是由礦層所引起。以上表明，對于黑水地區錳礦采用地球化學找礦法圈定含錳巖系和含礦帶亦是可行的。

區內已發現的鐵錳礦床（點）主要沿瓦缽梁子—四美溝復背斜展布。鐵錳礦賦礦層位均為中生界二疊系－三疊系菠茨溝組中。

2 礦床地質特征

2.1 賦礦層位及含錳巖系特征

圖2 四川省黑水縣四美溝錳礦實際材料圖

四美溝錳礦區包括多瓦礦點和各百窩礦點，處于北西向構造帶，瓦缽梁子—四美溝復式背斜西段北翼，次級北西向指狀羅白背斜核部中段的兩翼，多瓦礦點位于東翼，各百窩礦點位于西翼[2]（圖2）。

礦區出露地層主要為：菠茨溝組，巖性為絹云千枚巖、鈣質變粉砂巖、灰巖、含錳巖類等，為四美溝錳礦床的主要含礦層位，鐵錳礦主要賦存于該組的中部。含礦巖性主要為含錳千枚巖、磁鐵礦、含錳大理巖、含錳綠泥變粉砂巖、含錳變粉砂巖、含鐵綠泥巖、綠泥磁鐵巖、含鐵絹云綠泥巖。雜谷腦組巖性為深灰色中厚層變質細砂巖、深灰色千枚巖。第四系以坡積物為主，次為殘積物、砂質粘土、粘土及腐植土。礦區未見巖漿巖。

圖3 四美溝錳礦區多瓦礦點Ⅰ2、Ⅲ1、Ⅲ3號礦體地表柱狀對比圖

多瓦礦點總體為單斜構造，地層強烈揉皺，可見沿走向呈波狀起伏的小型巖層揉皺及平臥、尖棱等撓曲構造。由于礦區的強烈變質作用，使得礦區地層發生揉皺，多見復式背形，且核部多為緊閉褶皺形態。斷裂構造以一組近東西向逆沖斷層為主，北北東向、北西向和層間走向斷層次之。多數斷層造成礦體不連續。

各百窩礦點總體為各百窩倒轉背斜構造，褶曲軸呈北東—南西向，延伸約1000m余，軸面向西傾斜，南西端扭起。斷裂構造以東西向正斷層為主，南北向斷層、北東向正斷層次之。礦點內裂隙發育，無論是褶曲兩翼或斷層旁側巖石均可見到。其中東西向正斷層對錳礦的形成有利。

多瓦礦點中具一定規模的錳礦體有10條，第一含錳層（PTb2-1）3個，第二含錳層（PTb2-2）4個，第三含錳層（PTb2-3）3個。其中Ⅰ2號、Ⅲ1、Ⅲ3號礦體為工業礦體（表1、圖3）。

各百窩礦點中錳礦體4條，PTb2-1內有一條工業礦體。PTb2-2內有三層厚度僅0.2～0.3m達邊界品位的含礦層。PTb2-1內具工業品位的礦體形態、規模及產狀為：礦體呈似層狀，賦存于PTb2-1頂部，與底層整合產出。平均厚度約0.8m，延長約600m余，品位10.42%～25.37%，平均15.60%。

表1 多瓦礦點礦體特征一覽表

2.2 礦石組分

2.2.1 礦石的物質組成

1）多瓦礦點：可分為氧化礦石、氧化—原生（半氧化）礦石及原生礦石等。據部分巖礦鑒定結果，原生礦石又可分為：①錳鋁榴石型：以錳榴石為主，占 50%～80%，菱錳礦少量，此外還有磁鐵礦、赤鐵礦等。脈石礦物常見石英、絹云母等，偶見輝石、簾石。②菱錳礦型：以菱錳礦為主，占礦物組成的60%～80%，錳鋁榴石占5%～20%，此外還有磁鐵礦、赤鐵礦及錳的氧化物。脈石礦物有石英、云母等。③過渡型：即上述兩類型的主要成分—錳鋁榴石與菱錳礦含量在礦石中近等分構成，實際上屬兩種錳礦物成分的混合礦石。④黑錳礦型：屬氧化型礦石，以黑錳礦為主，褐錳礦少量，還可見錳鋁榴石和菱錳礦的殘留集合體。此外還有磁鐵礦、赤鐵礦等。礦床在以上四種礦石類型中以菱錳礦型和過渡型為主。

表2 礦床礦石化學成分分析結果表

2）各百窩礦點：以氧化錳礦為主，脈石礦物為粘土礦等。從化學分析結果可知，該礦體為低磷貧錳礦，錳與鐵成負相關，鐵與磷成正相關。

2.2.2 礦石的化學組成

由分析結果可知該礦床礦石為低磷酸性貧錳礦石，硅鋁高、鈣鎂低，灼矢量低。礦床礦石中各化學組分含量見表2。

2.3 礦石結構、構造特征

該地區的錳礦礦石組構為沉積受變質作用下形成的組構，因此具有沉積巖和變質巖的雙重性質，多可見沉積性質的結構和構造。

2.3.1 礦石結構

原生礦石：具顯微粒狀（或等粒狀）變晶結構，主要礦物（錳鋁榴石、菱錳礦）組成粒狀鑲嵌變晶結構。錳鋁榴石為等軸自形晶結構，顆粒甚小，粒徑0.01～0.03mm，個別可達0.1mm。菱錳礦多為他形—半自形晶，粒徑0.01～0.05mm。

氧化礦石：具顯微等粒變晶結構、顯微粒狀變晶結構、交代結構、交代殘余結構。黑錳礦多為超顯微他形集合體，成脈狀、網狀面型交代，粒徑<0.01mm。錳的氧化物多為自形、半自形板柱狀產出，均勻散布于礦石中，一般情況下，氧化礦石通常保留原巖結構。

2.3.2 礦石構造

多瓦礦點原生礦石多為塊狀構造、條紋—條帶狀構造。氧化次生礦石，受強烈改造時，多為塊狀構造、交代殘留構造。各百窩礦點內礦石為鐵黑色致密塊狀、條帶狀構造，具黃褐色泥砂質風化殘余團斑。

2.3.3 圍巖特征

該礦區內的圍巖均為淺變質的碳酸鹽巖和砂質、粉砂質的濱海—淺海相的沉積巖類。可見其原巖成分，也可見變質的結構和構造，多為變質粉砂巖、絹云千枚巖等，板磚或片狀的層狀和似層狀巖層為主。圍巖中變質砂巖、變質粉砂巖巖層由于受強烈的變質應力作用，多顯剪性的斷裂破碎。而破碎的縫合處大多由石英脈所充填。

3 礦床成因及成礦演化

據巖相古地理研究，早三疊世，本區域多屬隆起區。從中三疊世起，特提斯洋流由西往東，大面積侵入，本區淪為特提斯海的一部分。隨著巴顏喀拉冒地槽下降，其沉積相亦由古生代潮坪迅速轉為中生代地槽型高能沉積環境。阿壩—紅原弧形褶皺帶北部、菠茨溝組下部的透鏡狀、角礫狀灰巖為同生角礫巖。南部黑水—瓦缽梁子一帶，菠茨溝組含錳巖系中、下部的“指狀”重荷膜及“豆莢”狀菱錳礦，就是在這種淺海陸棚洼地的高能環境中由“碎屑流”所夾帶物質的正常沉積物。

3.1 礦區錳礦成因及沉積環境

3.1.1 錳礦成因

礦區及區域內廣泛發育千枚巖及變質碎屑巖等淺變質巖石，錳礦層呈整合賦存于內，且與其上下層位組成一定旋回，具有一定層位。一般由粉砂巖→鐵礦層→含錳粉砂巖→鐵礦層→錳礦層→鐵礦層→含錳粉砂巖→灰巖，組成一個海進旋回，錳礦則在海進層位的中部。又從錳礦層與頂底板含鐵礦層界線清楚及與含錳粉砂巖巖性特征相似，無明顯再生改造富集跡象，故認為錳礦層在沉積時即已形成，而后在變質過程中有錳的新生礦物生成。

3.1.2 錳礦沉積環境

從探槽揭露地層看，礦區內在菠茨溝組中段時期碳酸鹽巖較發育，多與泥質、粉砂質交替沉積，單層厚度薄，層面平整，結構單一，未見到生物擾動痕跡；至菠茨溝組上段，黃鐵礦沉積較發育。表明菠茨溝組中段時期錳礦的沉積環境是比較寧靜的低能半封閉環境，到上段時期為寧靜的封閉環境，即由深水海灣至瀉湖環境。而深水環境更有利于錳礦的沉積。

3.2 成礦物質來源

菠茨溝組含錳巖系的物質來源，據研究可能是雙向型的。隨著特提斯海洋流的周期運動，并伴有底流物質的交替疊置沉積。成“巖”“碎屑流”有可能來源于龍門山近地周邊古島，而成礦“碎屑流”可能來源于中三疊世安尼克期—拉丁期，特提斯海高度擴張，松潘—甘孜地槽西部，印支期深大斷裂帶上的火山噴發[3]。含錳巖系是在凸凹不平的島海區域，含鐵錳質“蓆狀碎屑流”，隨著特提斯洋流東進。受龍門山島弧剝蝕區的阻擋，及沉積物的補償后，在馬爾康盆地水下洼地，形成鐵錳質與粉砂（泥）質韻律沉淀。這也與黑水地區沉積錳礦分布面積廣、礦床規模大、錳品位低相吻合。

3.3 變質作用對成礦物質的富集演化

本礦的形成是在印支后期的區域變質過程中，鐵錳礦經改造作用的結果。黑水地區錳礦從沉積—成巖—變質成礦的全過程大致為：

1）礦源物質沉積富集成層期：該時期為深海相，使得成礦物質由于壓力大，Mn飽和以碳酸鹽巖的形式析出，后期又呈淺海相—深海相—濱海相的交替期，再經過沉積巖石形成作用的四個階段，沉積形成穩定的沉積型巖層。

2）礦層變質演化期：該時期，由于沉積厚度加深和構造應力的作用，使得沉積的地層發生變質，變質屬于淺變質作用。該變質作用使錳礦層的礦體總厚度壓縮，夾石厚度也被縮短，礦體的礦層更加集中，但變質中的石英侵入礦層的沉積間隙和構造裂縫形成石英脈，對礦層起了一定的破壞作用。

3）礦床成型期后改造期：經隆升后，該區成甘孜地槽和揚子地臺交匯區，構造作用不斷，后期經風化剝蝕改造，使得礦層氧化富集出現黑錳礦。

綜上所述，黑水地區三疊紀錳礦的區域成礦地質條件，可概括為：

馬爾康沉積盆地系中，圍繞上古生界各群、組構成的背斜，水下洼地為菠茨溝組中、下部含鐵、錳碎屑物沉積的古地理條件。礦層物質來源于印支拉丁期、古特提斯洋在松潘—甘孜地槽西部的金沙江義敦一帶的斷裂火山活動，帶來的含鐵、錳質洋流和來自東部龍門山古島弧剝蝕區的“碎屑流”的對流補償。構造運動及區域變質和花崗巖漿上隆熱力場，相繼發生的復合變質作用，最終形成菠茨溝組含錳碎屑巖沉積建造，產生出具有工業意義的沉積受變質型錳礦床。

4 成礦規律及找礦標志

4.1 成礦規律

四美溝錳礦為賦存于菠茨溝組中段沉積碎屑巖—碳酸鹽巖建造中的沉積錳礦。在區域變質過程中，經受了不甚強烈的改造作用形成的沉積受變質型錳礦。其成礦規律為：

1）錳礦層產出具有固定層位菠茨溝組中段，且沿層位礦體走向延伸穩定。

2）錳礦體賦存于變質碎屑巖—碳酸鹽巖沉積旋回的過渡部位的中下部，沉積旋回與錳礦的富集具有特定的制約關系。

3）錳礦、磁鐵礦在沉積序列上，關系密切。磁鐵礦層常構成錳礦層的頂、底板或二者互層出現，構成復合礦體，但二者的邊界十分清楚。

4）含錳巖系的厚度，尤其碳酸鹽巖的厚度增大，錳礦石質量較好，且品位較富的變化趨勢明顯。

5）磁鐵礦單層出現的次數多，錳礦層層次相應增多，構成復合工業錳礦體的厚度增大，品位相對增高的趨勢明顯。

綜上所述，四美溝錳礦不但嚴格受層位控制，而且還受沉積旋回、含錳巖系厚度及磁鐵礦層的制約。

4.2 找礦標志

1）地層及巖性：錳礦賦存于菠茨溝組中段，碎屑—碳酸鹽巖建造中。

2）控礦構造：礦區處于北西向構造帶，瓦缽梁子—四美溝復式背斜西段北翼，次級北西向指狀羅白背斜核部中段的兩翼。

3）地表標志：由于磁鐵礦層與錳礦層關系密切，因此，磁鐵礦露頭是礦區內尋找錳礦的直接找礦標志。鐵錳礦層在地表易形成黑褐色氧化膜或氧化鐵帽、氧化錳帽。

4）化學成分：該礦體為低磷貧錳礦，錳與鐵成負相關，鐵與磷成正相關。

5）地球物理、地球化學標志：磁異常與地表工程揭露的錳礦層吻合。錳礦層在地化異常范圍內。

6）巖相古地理研究：凡有菠茨溝組地層存在，且含錳巖系厚度較大的地段，是尋找錳的工業礦體最有前景的地段。

5 結論

通過對黑水縣四美溝錳礦床的綜合研究，認該礦床的含礦層位為菠茨溝組中段；經對該區的礦床成因及成礦演化進分析認為該礦床屬于沉積受變質型礦床。在野外路線地質調查的基礎上，通過歸納總結出了找礦標志，為該礦區以后擴大找礦范圍提供了參考。

[1] 四川省地質礦產局. 四川省巖石地層［M］.北京：中國地質大學出版社，1997.

[2] 宋大勇，李國，等.四川省黑水縣四美溝錳礦預查及外圍礦業權評價立項申請書[R]. 2009.

[3] 趙友年，陳斌.四川省地質構造演化簡述[J]，四川地質學報.2009，S2：95～98.