重慶市城口錳礦礦體空間賦存規律及找礦預測*

陳 龍 李 建 寧墨奐 顧文帥 宋廖源 吳立志

(1.重慶市地質礦產勘查開發局205地質隊；2.重慶市地質調查院)

城口錳礦自20世紀60年代被發現以來，大量學者和工程技術人員對此進行了相關專題研究，取得了豐碩成果。以往研究表明，城口錳礦位于秦巴成錳沉積盆地中，秦巴成錳沉積盆地為一揚子陸塊邊緣的拉張、斷裂盆地，該盆地形成于晚震旦世[1-3]，城口高錳礦主要沉積于具有盆地斜坡性質的深水、還原和由酸性向堿性轉化的沉積環境中[3-5]，菱錳礦沉積過程中有熱水參與，是熱水沉積成因的產物[6]。雖然以往工作對城口錳礦的沉積環境、成礦物質來源、礦物特征等方面的研究取得了顯著進展，但是自2015年開展錳礦整裝勘查工作以來，由于勘查區內構造極為復雜，成礦后期構造對礦體破壞嚴重，勘查工作中對礦體在深部的定位困難，嚴重制約了鉆孔見礦效果。本研究通過綜合分析礦區已有的地質成果，對礦體空間賦存規律進行研究，并進行成礦預測，圈定優勢找礦靶區，為礦區后續錳礦勘查工作提供可靠依據。

1 區域成礦地質背景

城口錳礦整裝勘查區位于上揚子陸塊與秦嶺造山帶的過渡帶上，其北西、南東分別受城巴斷裂和烏坪斷裂控制，城巴斷裂北西為大巴山逆沖推覆體，南東為南大巴山前陸褶皺—沖斷帶中的疊瓦斷層帶[7]。區域上受印支期—燕山期的陸內造山運動影響，褶皺和斷層極為發育。城巴斷裂作為逆沖推覆運動的主滑脫面，控制了南大巴山地區的主要構造線方向及地層分布。勘查區總體構造及地層呈NW—SE向展布，區內出露的地層主要為南華系明月組、震旦系陡山沱組、燈影組和寒武系水井沱組。

2 礦區地質特征

城口錳礦整裝勘查區可以分為3個典型錳礦區，分別為高燕礦區、大渡溪礦區和修齊礦區(圖1)。

圖1 城口錳礦礦區地質特征

2.1 地 層

勘查區礦床出露的地層由新至老為：寒武系中統覃家廟組(∈1q)，巖性為薄層狀白云質粉砂巖、粉砂質泥巖、鈣質粉砂巖夾磚紅色鹽溶角礫巖；寒武系下統天河板組(∈1sl)，巖性為薄—中厚層微晶灰巖、粉砂質泥灰巖、薄層狀泥質白云巖、中厚層白云質灰巖夾中厚層狀泥灰巖、鮞狀灰巖；寒武系下統天河板組(∈1t)，巖性為薄層狀微晶灰巖與黃綠色薄層狀含粉砂質泥灰巖互層；寒武系下統石牌組(∈1sp)，巖性為微晶灰巖、鮞狀灰巖、粉砂質頁巖、泥質粉砂巖；寒武系下統水井沱組(∈1s)在區內未出露完全，巖性為含粉砂質碳質頁巖、粉砂質頁巖、鈣質頁巖、碳質頁巖夾灰巖、硅質巖，黃鐵礦發育；震旦系上統燈影組(Z2d)分為3段，一段為含硅質白云巖、泥質白云巖、含錳白云巖；二段為含水云母鈣質頁巖、細晶灰巖、泥質灰巖，偶夾硅質巖、灰巖夾灰白色條帶狀白云巖；三段為硅質巖、硅質白云巖夾炭質頁巖、白云巖；震旦系下統陡山沱組(Z1ds)可分為2段，一段為砂質頁巖與粉砂巖互層、長石砂巖；二段為含礦層，上部為錳礦層、黑色碳質頁巖，下部為碳質頁巖；震旦系下統觀音崖組(Z1g)，巖性為紫紅色薄層粉砂巖、粉砂質泥巖、泥晶灰巖；南華系上統明月組(Nh2my)，巖性為含凝灰質細—粉砂巖、細粒長石石英砂巖與粉砂巖。

2.2 構 造

研究區位于大巴山逆沖推覆構造帶前緣，其北東、南西分別受控于城巴斷裂和烏坪斷裂，受逆沖推覆作用，區內斷層和褶皺極為發育(圖1)。

2.2.1 斷 層

研究區內主要斷裂有城巴斷裂、烏坪斷裂和坪壩—修齊斷裂。城巴斷裂為秦嶺造山帶與上揚子陸塊的分界斷裂，整體呈SSW向突出的對稱平頂型弧形展布，斷層西段走向為近SN向，中段為SE向，東段近EW向，同時具備逆沖和走滑2種性質[5]，研究區內城巴斷裂走向為122°，城巴斷裂在震旦世為同沉積斷裂，控制了區域成錳盆地的北側邊界。烏坪斷裂在大巴山弧形構造帶中段為疊瓦斷層帶與斷層—褶皺帶的二級分區斷裂，呈NW—SE向展布，其走向由北西段136°轉變為南東段98°，斷面傾角為40°～65°，上盤為震旦系—奧陶系地層，下盤為寒武—志留系地層，該斷層具備逆沖和走滑2種性質[6]。坪壩—修齊斷裂為逆沖走滑斷層，為城巴斷裂的分支斷裂，其北西、南東端分別受控于烏坪斷裂、城巴斷裂，并與其小角度相交，走向為123°～107°，其北西的北東盤為南沱組、燈影組及寒武系，南西盤主要為三疊系，該斷裂形成于城巴斷裂在燕山期發生右行走滑運動的過程中。

除上述主斷裂外，研究區受城巴斷裂逆沖和走滑運動控制，發育大量次級斷層，該類次級斷層形成了2套斷層系統，分別為逆沖斷層系統和走滑斷層系統。逆沖斷層系統由NW—SE向大致與城巴斷裂平行的逆沖斷層組成，剖面上呈疊瓦狀，主要分布于研究區高燕以北和大渡溪以南區域，該系統的逆沖斷層形成于北大巴山逆沖推覆運動前期，后期受城巴斷裂走滑運動作用，逆沖斷層再次活動發生走滑運動，斷層SE端因發生走滑運動發生彎曲，與城巴斷裂呈小角度相交，該組斷層多具備逆沖和走滑2種獨立特性。走滑斷層系統主要由高燕NWW—SEE向和大渡溪NEE—SWW向斜沖斷層組成，2組斷層分別位于坪壩—修齊斷裂兩側，NWW—SEE向斷層與坪壩—修齊斷裂呈小角度相交，NEE—SWW向斷層與城巴斷層呈大角度相交，在走滑系統中同時還形成有NNE—SSW向左行走滑斷層，走滑斷層系統是由城巴斷裂發生走滑運動所形成。

2.2.2 褶 皺

研究區大部分區域內褶皺與斷層同等發育，褶皺的發育也與城巴斷裂的逆沖推覆運動及走滑運動有關。研究區主要發育一系列復式背(向)斜，主要褶皺樞紐走向與區內主斷層走向一致。城口—高燕—修齊復式向斜南翼保存較完整，北翼被斷層破壞。復向斜槽部由寒武系下統組成，向斜兩翼北陡南緩，有向南倒轉的趨勢。整個復向斜受城巴斷裂帶和烏坪斷裂帶控制，呈NW310°弧形延伸。二級分支坪壩—修齊扭性沖斷層將向斜斜錯，使南盤向西扭動，產生扭斷的北側為三級分支的褶曲及斷層，并呈NEE、近EW向與坪壩—修齊斷層呈銳角相交。而該斷層與城巴斷裂及烏坪斷裂呈銳角相交，構成了一個呈順時針方向扭動的配套構造(圖2)[7]。研究區還發育一系列次級小褶皺，有尖棱褶皺、縱彎褶皺、斜跨褶皺、相似褶皺、不協調褶皺，次級褶皺的發育及組合特征顯示研究區受多期構造運動影響。

圖2 城口—高燕—修齊復式向斜構造行跡

3 錳礦體空間賦存規律

城口錳礦床為沉積型礦床，其空間賦存規律受地層、沉積環境和成礦后期構造控制，地層控制其沉積時代，沉積環境控制其成礦區域，破礦構造控制其空間展布形態。

3.1 地層控礦特征

城口錳礦體賦存于震旦系下統陡山沱組二段(Z1ds2)頂部，含錳巖系包含2種巖石組合，主要巖性為富含菱錳礦的錳質巖、富含錳白云石的(含)錳白云巖和黑色頁巖[8]。賦礦層位非常穩定，是錳礦在區內形成的特定層位。

3.2 沉積環境控礦特征

城口錳礦位于揚子陸塊北緣的秦巴成錳盆地東段，屬于被動陸緣裂谷沉積盆地，為晉寧運動后揚子板塊邊緣裂谷南部的塹—壘構造中的大巴山地塹發展而來，兩側均以斷裂為限，分別在區內出露為北東側的城巴斷裂和南西側的烏坪斷裂，同沉積斷裂的活動，使該區具有典型的裂谷帶特征。震旦紀陡山沱晚期，海侵使整個揚子陸塊幾乎被海水覆蓋，研究區為臺緣或陸表海環境，沿垂直于海岸線方向(即大巴山斷裂走向)海水由淺變深，高坪梁地勢相對較高。區內發育大面積的局限臺地潮間坪，龍田鄉一帶地勢最低。陡山沱末期，明月地區為局限臺地潮下坪沉積環境，高燕位于臺盆內斜坡帶，大渡溪—修齊一帶為瀉湖沉積環境，大渡溪地勢較修齊地區低，其他地區地形較高的潮間坪在此期間形成了弱氧化—還原環境(圖3)[8]。城口錳礦形成于從酸性向堿性轉化的還原沉積環境中[9]，臺緣斜坡—局限臺地(瀉湖)相為錳礦發育的主要相帶，局限臺地(潮下)次之、局限臺地(潮坪)再次之[8-9]。

圖3 陡山沱期末期—燈影期早期巖相古地理環境

3.3 構造控礦特征

城口錳礦床為沉積型礦床，區內發育的構造均為成礦后期的破礦構造，控制了礦體在空間上的形態，礦體的空間形態與構造形態基本一致。構造破礦形式主要表現在褶皺構造使礦體在傾向和縱向上發生同褶皺彎曲。斷層破礦形式有2種，一種是在褶皺兩翼及近核部位置縱向切斷礦體，使其沿斷層面發生位移，部分被推至地表，另一種是后期發生的走滑斷層沿走滑方向切斷礦體使其發生平移。根據大巴山ESR測年數據[10]，南大巴山受多期構造運動影響共發生了4期構造變形，即：燕山中期的褶皺變形期、燕山晚期的逆沖推覆變形期和走滑變形期、喜山期的隆升改造期，最終形成如今的構造格局。根據南大巴山的構造演化特征，可知錳礦體同樣經歷了3期變形，即：褶皺彎曲期、斷層破壞期(同時發生疊加褶皺變形)、隆升改造期，最終形成了如今的剖面形態(圖4)。

圖4 修齊礦區20#線剖面

4 找礦預測

4.1 找礦靶區圈定

城口錳礦整裝勘查區找礦靶區的圈定由地層、沉積環境和構造3個因素決定，首先選擇有利錳礦沉積優勢相范圍，然后選定有含礦地層出露或含礦層埋深較淺的區域，最后結合構造形態推斷礦體在深部的展布情況，圈定最優找礦靶區。根據上述原則，認為高燕—大渡溪—修齊一帶為找礦潛力區，在該區域已設探礦權外圈定了3處找礦靶區，其中1處Ⅰ類找礦靶區(①號靶區)，2處Ⅱ類找礦靶區(②號靶區、③號靶區)(圖5)。①靶號區位于高燕礦區與大渡溪礦區之間的區域，處于最有利于錳礦沉積的局限臺地瀉湖相內，地表有含礦層頂部的燈影組地層出露的區域，為最優找礦靶區；②號靶區位于修齊礦區北東—南東側，③號靶區位于修齊礦區與坪壩—修齊斷裂之間的區域，②、③號靶區位于局限臺地瀉湖相邊緣，區內主要出露寒武系地層，找礦潛力次于①號靶區。

4.2 靶區找礦潛力評價

①號靶區為最具找礦潛力區，推測地表出露燈影組的地層區域含礦層埋深300～500 m，地表出露寒武系地層的區域含礦層最小埋深1 000～1 200 m，越靠近城巴斷裂，含礦層埋深越大。靶區內深部礦體仍未有工程控制，但北西和南東分別有大渡溪礦區和修齊礦區2個實現找礦突破的勘查區，兩礦區的礦體控制程度較高，因此①號靶區為最優找礦靶區，深部含礦層見礦的可能性最大。經初步預測，①號靶區埋深2 000 m以上區域的遠景資源量約為3 500萬t。

②號靶區原有桑溪溝工區、枇杷溪工區和紅籽工區等3個采礦區，現已停止開采。開采區內局部含礦層被斷層推露地表，有部分礦體出露地表，其他區域出露寒武系地層，地表大部分出露寒武系水井沱組地層，推斷大部分地段含礦層埋深較大。礦區構造以褶皺為主，礦體在傾向方向重復彎曲(圖6)。②號靶區具備較好的找礦潛力，經預測，枇杷溪工區深部遠景資源量約2 100萬t，紅籽工區深部遠景資源量約2 400萬t，預測②號靶區埋深2 000 m以上的遠景資源量約4 500萬t。

圖5 城口錳礦整裝勘查區找礦靶區分布

圖6 ②號靶區工程剖面

③號靶區位于修齊礦區F1斷層下盤，修齊礦區出露的礦體均由F1斷層及其他斷層推覆至地表，因此推測F1斷層下盤有錳礦體賦存，但該區域出露水井沱組地層，礦層埋深較大，礦體埋深大于1 300 m，其找礦潛力與②號靶區相當。預測③號靶區埋深2 000 m以上的遠景資源量約2 000萬t。

5 結 論

(1)城口錳礦床類型為沉積型礦床，錳礦體賦存于震旦系下統陡山沱組二段頂部，形成于由酸性向堿性轉化的還原沉積環境中，臺緣斜坡—局限臺地(瀉湖)相為錳礦發育的主要相帶，局限臺地(潮下)次之、局限臺地(潮坪)再次之。礦區發育的褶皺和斷層對錳礦體破壞嚴重。錳礦體空間賦存受地層、沉積環境和成礦后期破礦構造的影響，地層控制其沉積時代，沉積環境控制其成礦區域，構造控制其空間形態。

(2)根據控制錳礦體空間賦存的3個因素，在已設礦權外圍圈定了3個找礦靶區，①號靶區最具找礦潛力，礦體埋深較淺，②、③號靶區找礦潛力次之，礦體埋深較大。預測3個靶區遠景資源總量約1億t。