水城徐家寨錳礦床地質(zhì)特征及成礦模式

朱和書

（貴州省地礦局102地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563003）

1 地質(zhì)背景

貴州水城徐家寨錳礦在區(qū)域上位于上揚(yáng)子陸塊（V2）二級(jí)構(gòu)造單元，南緣被動(dòng)邊緣褶沖帶（V2—7）的六盤水疊加褶皺帶（V-2-7-4）內(nèi)，其內(nèi)發(fā)育有北西向的墮卻背斜、威寧至六盤水的威水背斜以及其南側(cè)的北西向溝木底向斜。

1.1 地層

區(qū)內(nèi)出露地層有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、上白堊統(tǒng)及第四系。巖性以砂巖、泥巖、灰?guī)r、白云巖及硅質(zhì)巖為主。錳礦主要產(chǎn)于中二疊統(tǒng)茅口組第二段頂部、峨眉山玄武巖之下。

1.2 巖相古地理特征

徐家寨錳礦所在區(qū)域巖相古地理格局較單調(diào)，據(jù)其沉積物特征分析，該區(qū)為開闊碳酸鹽臺(tái)地相（OP），且是區(qū)內(nèi)主要的沉積環(huán)境。在該開闊臺(tái)地相內(nèi)發(fā)育了大小不等的深水碳酸鹽沉積區(qū)-臺(tái)溝（DB）（圖1）。

深水碳酸鹽沉積區(qū)發(fā)育一套深灰、灰黑、灰色厚層塊狀泥晶灰?guī)r，生物屑泥晶灰?guī)r，含燧石生物灰?guī)r及硅質(zhì)巖、泥巖。其中以深灰、灰黑色薄層具微細(xì)紋層的硅質(zhì)巖，硅質(zhì)泥巖、硅質(zhì)灰?guī)r為主。

圖1 研究區(qū)巖相古地理略圖

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 含礦巖系特征

研究區(qū)錳礦主要產(chǎn)于中二疊統(tǒng)茅口組第二段，其巖性為一套灰?guī)r、硅質(zhì)巖、含錳硅質(zhì)巖、含錳灰?guī)r及錳礦層為主的巖石組合，是研究區(qū)的含礦巖系。按巖性特征自下而上分為一、二、三段，其中主含礦層是含錳巖系第二段（P2m2），第一段（P2m1）局部可見少量錳礦化，第三段（P2m3）為純灰?guī)r，不含錳礦。含礦巖系剖面特征如下：

上覆地層：二疊系中統(tǒng)峨眉山玄武巖組（P2-3β）褐黃色風(fēng)化玄武巖，底部見30cm厚的玄武質(zhì)凝灰?guī)r。 厚>100 m

含錳巖系（P2m） 75.05m

含錳巖系三段（P2m3） 49.15m

10.淺灰色塊狀含生物碎屑細(xì)晶灰?guī)r。 22.57m

9.灰色厚層塊狀含生物碎屑細(xì)晶灰?guī)r夾中厚層狀細(xì)晶灰?guī)r。 11.59m

8.深灰色、灰色薄至中厚層細(xì)晶灰?guī)r來燧石條帶及團(tuán)塊。 14.99m

含錳巖系二段（P2m2） 9.28m

7.灰色塊狀含生物碎屑細(xì)晶灰?guī)r，間夾燧石團(tuán)塊。 3.41m

6.褐黑色土狀氧化錳礦夾數(shù)層薄層狀含錳硅質(zhì)巖,硅質(zhì)巖單層厚0.5～5cm。 2.75m

5.灰黑色、灰色薄至中厚層狀含錳硅質(zhì)巖。 0.40m

4.褐黑色土狀氧化錳礦夾含錳粘土巖。 0.58m

3.褐黃色薄層狀含錳硅質(zhì)巖。 0.58m

2.褐黑色土狀氧化錳礦夾含錳灰?guī)r透鏡體。 1.56m

含錳巖系一段（P2m1） 16.62m

1.灰色、深灰色中厚層狀含錳細(xì)晶灰?guī)r。

下伏地層：二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）淺灰色、灰色中厚層至厚層狀灰?guī)r，夾燧石團(tuán)塊。 厚>100m

2.2 礦體特征

礦體賦存于茅口組上部含錳巖系（P2m2)地層中，出露于地表及地下淺部，埋深一般在80m～100m以淺范圍內(nèi)。礦體嚴(yán)格受層位控制，呈層狀、似層狀順層產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖基本一致，局部有分支、復(fù)合等現(xiàn)象。走向北北西—南南東，傾向南西，傾角67°～80°，平均傾角74°。礦體最小厚度1.63m，最大厚度3.90m，平均厚度2.57m。礦體內(nèi)有不穩(wěn)定夾石層，礦石與夾石常互層產(chǎn)出。根據(jù)礦體在地表的出露情況，可將礦區(qū)礦層劃分為四個(gè)礦體，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號(hào)礦體（圖2）。

圖2 礦體分布示意圖

Ⅰ礦體：南東起自F1斷層，北西止于彭家寨，長(zhǎng)約 520m，厚度 2.72～2.96m，平均厚 2.84m。礦體呈層狀、似層狀順層產(chǎn)出，埋深80m～100m不等。產(chǎn)狀與圍巖基本一致，走向北北西—南南東，傾向南西，傾角62°～81°，平均傾角72°。

Ⅱ礦體：南東起自彭家寨北，北西止于鍋圈巖南，長(zhǎng)約1000m，厚度1.90m～2.28m，平均厚2.08m。礦體呈層狀、似層狀順層產(chǎn)出，埋深80m-100m不等。產(chǎn)狀與圍巖基本一致，走向北北西—南南東，傾向南西，傾角69°～83°，平均傾角76°。

Ⅲ礦體：南東起自大夾巖，北西止于小夾巖，長(zhǎng)約445m，厚度1.63m～3.43m，平均厚2.53m；礦體呈層狀、似層狀順層產(chǎn)出，埋深80m～100m不等。產(chǎn)狀與圍巖基本一致，走向北北西—南南東，傾向南西，傾角61°～82°，平均傾角72°。

Ⅳ礦體:南東起自小夾巖北，北西止于礦區(qū)北邊界，長(zhǎng)約282m，平均厚度3.90m。礦體呈層狀、似層狀順層產(chǎn)出，埋深80m～100m不等。產(chǎn)狀與圍巖基本一致，走向北北西—南南東，傾向南西，傾角58°～84°，平均傾角71°。

2.3 礦石礦物特征

2.3.1 礦石礦物成分

礦石礦物主要由硬錳礦、軟錳礦和偏錳硅酸鹽礦物等組成。脈石礦物以粘土礦物為主，雜有少量褐鐵礦、赤鐵礦、石英、黃鐵礦等。

軟錳礦：為礦區(qū)主要礦石礦物，主要見于土狀礦石中。結(jié)晶粒徑<0.03mm，微—隱晶質(zhì)。產(chǎn)出特征為：呈微—隱晶質(zhì)它形粒狀晶體紋層狀、星散狀斷續(xù)分布于礦石之中，含量2%～20%。

硬錳礦：主要產(chǎn)于土狀礦石中。鏡下鑒定結(jié)晶粒徑＜0.10mm,細(xì)－粉－微－隱晶級(jí)，呈他形粒狀晶體星散狀、網(wǎng)脈狀分布于礦石中，含量1%～30%。

2.3.2 礦石化學(xué)成分

表1 礦石主要化學(xué)組份一覽表

氧化錳礦石主要化學(xué)成分為 Mn、Fe、SiO2，三者總量達(dá)42.50%～89.21%，平均為57.88%。Mn是礦石中最主要有用成份，SiO2和P是礦石中最主要有害成分（表1）。

1）Mn的含量及其變化。礦區(qū)單件樣品 Mn含量為13.12%～34.64%，Mn平均含量20.06%。

2）SiO2的含量及其變化。SiO2是錳礦石主要有害成分。礦區(qū)錳礦石與硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r互層產(chǎn)出。在錳礦體中常有薄至極薄層硅質(zhì)巖和硅質(zhì)灰?guī)r的夾石，因此 SiO2的含量有時(shí)較高。單件樣品 SiO2為21.77%～39.71%，平均含量為28.15%。

3）Fe的含量及其變化。礦石單件樣品Fe的含量為7.61～14.86%。礦體內(nèi)Fe的平均含量為9.67%，Mn+Fe為29.73%，Mn/Fe為2.07。

4）P的含量及其變化。P是確定礦石質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，礦區(qū)內(nèi)P的含量0.047%～0.211%，平均0.118%，P/Mn 為5.88‰。

2.3.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)為微-隱晶(或它形粒狀)結(jié)構(gòu)，礦石礦物中軟錳礦(<0.015mm)呈微晶至隱晶級(jí)它形粒狀晶體，硬錳礦呈細(xì)-粉-微-隱晶級(jí)它形粒狀晶體、星點(diǎn)狀、脈狀。礦區(qū)氧化礦石中還普遍存在蝕變后的褐鐵礦假象結(jié)構(gòu)。礦石多呈土狀、致密塊狀和星散狀及變膠狀構(gòu)造（圖3）。

圖3 (XB 2-1 ) 變膠狀構(gòu)造（單偏光 目鏡10× 物鏡4×）

3 成礦模式

3.1 成礦地質(zhì)環(huán)境

在中二疊世茅口晚期，古斷裂構(gòu)造及峨眉山地幔熱柱的活動(dòng)為礦源的運(yùn)移提供了動(dòng)力；淺海碳酸鹽巖相中的開闊臺(tái)地相為礦質(zhì)沉淀提供了場(chǎng)所。在臺(tái)地內(nèi)發(fā)育的大小不等的深水沉積區(qū)—臺(tái)溝（HP）更是良好的容礦空間。第四紀(jì)時(shí)期的風(fēng)化剝蝕及氧化淋濾是導(dǎo)致成礦的主要原因。

3.2 成礦物質(zhì)來源

關(guān)于錳質(zhì)來源，歷來有內(nèi)源和外源兩種認(rèn)識(shí)，過去多認(rèn)為沉積錳礦中的錳質(zhì)主要來自古陸，但越來越多的學(xué)者對(duì)此提出了異議。由于沉積相、巖石組合及低速沉積作用的限制條件，錳質(zhì)來自陸地的可能性極小[6]。本文通過對(duì)前人的認(rèn)識(shí)分析和對(duì)現(xiàn)有地質(zhì)資料的綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)錳礦的成礦物源來自于以下三個(gè)方面：一是由于海底噴流作用，通過深大斷裂將富含鐵錳質(zhì)的成礦流體帶出并運(yùn)移至成礦空間；二是早期形成的玄武巖經(jīng)過長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕并將富含錳質(zhì)碎屑物搬運(yùn)至成礦空間；三是研究區(qū)西緣部分地段，富含錳質(zhì)的玄武巖熔流伸入成礦空間，在海水的作用下析出錳質(zhì)。

3.3 礦床成礦模式

在綜合以上成礦環(huán)境和成礦地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，總結(jié)得出徐家寨錳礦成礦模式（圖4）。礦床形成于中二疊世茅口晚期，其成礦過程分為兩個(gè)階段:第一階段為物源的準(zhǔn)備階段:中二疊世茅口晚期，古斷裂構(gòu)造及峨眉山地幔熱柱的活動(dòng)促使了峨眉山玄武巖的噴發(fā)（海底噴流），噴發(fā)的流體中含有大量的富Si、富Mn等成礦元素。這些成礦元素隨流體進(jìn)入海水中與海水中的CO232-發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成硅酸鹽礦物并被搬運(yùn)到水城-納雍臺(tái)溝中沉積形成富含錳質(zhì)的層狀硅質(zhì)巖；噴發(fā)至大陸的玄武巖熔流伸入臺(tái)溝，在海水的作用下，析出硅質(zhì)錳質(zhì)，沉積含錳硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r層；另外，早期形成的大陸玄武巖經(jīng)過風(fēng)化剝蝕、淋濾等地質(zhì)作用，Si、Mn、Fe等成礦元素被析出并被遷移至臺(tái)溝后，經(jīng)過海解作用，形成富含錳質(zhì)的硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r。這是成礦的準(zhǔn)備階段，為成礦提供了充足的物源。第二階段為成礦階段:燕山運(yùn)動(dòng)促使地殼的抬升，中二疊世茅口晚期沉積的富含錳質(zhì)層狀硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r上升為陸，在長(zhǎng)期的剝蝕、切割作用下，出露于地表，經(jīng)風(fēng)化淋濾作用，易于溶解的物質(zhì)被帶出，留下的Si、Mn、Fe等成礦元素最終富集形成具有沉積特征的沉積-風(fēng)化錳帽型氧化錳礦床（圖3）。

4 結(jié) 論

本文通過對(duì)徐家寨錳礦礦床地質(zhì)特征及成礦模式的研究，對(duì)礦區(qū)礦體、礦石等的深入分析認(rèn)為：

1）徐家寨錳礦的形成與巖相古地理關(guān)系密切，礦體主要產(chǎn)于水城—格學(xué)臺(tái)溝內(nèi)，其巖性為一套深灰、灰黑色薄層具微細(xì)紋層的硅質(zhì)巖，硅質(zhì)泥巖、硅質(zhì)灰?guī)r等。水城—格學(xué)臺(tái)溝為錳礦的沉積成礦提供了沉積環(huán)境條件。

2）徐家寨錳礦礦體特征受地層產(chǎn)狀、構(gòu)造發(fā)育情況、地形條件等因素控制。地形切割越大、構(gòu)造發(fā)育好且有含礦巖系出露的區(qū)域，礦體延伸、厚度及礦石品位就好。

圖4 成礦模式示意圖

3）徐家寨錳礦成礦模式主要分為兩個(gè)階段，即物源準(zhǔn)備階段和氧化成礦階段。早期形成的含錳硅質(zhì)巖，在后期的風(fēng)化淋濾作用下，最終富集形成氧化錳礦石。成礦物源的準(zhǔn)備為氧化成礦提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，是成礦的前提條件。

[1] 貴州省地礦局, 貴州省區(qū)域地質(zhì)志[M], 北京: 地質(zhì)出版社, 1987，

[2] 劉巽鋒, 等. 貴州錳礦地質(zhì)[M]. 貴州人民出版社, 1989.

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[4] 劉瑞東, 程瑪莉, 魏懷瑞. 貴州水城二疊系含錳巖系地質(zhì)地球化學(xué)特征與錳礦成因分析[J], 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 2009.

[5] 韓忠華, 潘家州, 淺析貴州二疊系錳礦與玄武巖之關(guān)系[J]. 貴州地質(zhì), 2007.

[6] 朱炳泉. 關(guān)于峨眉山溢流玄武巖省資源勘查的幾個(gè)問題[J]. 中國(guó)地質(zhì), 2003, 30（4）.