水城徐家寨錳礦床地質特征及成礦模式

朱和書

（貴州省地礦局102地質大隊，貴州 遵義 563003）

1 地質背景

貴州水城徐家寨錳礦在區域上位于上揚子陸塊（V2）二級構造單元，南緣被動邊緣褶沖帶（V2—7）的六盤水疊加褶皺帶（V-2-7-4）內，其內發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的北西向溝木底向斜。

1.1 地層

區內出露地層有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、上白堊統及第四系。巖性以砂巖、泥巖、灰巖、白云巖及硅質巖為主。錳礦主要產于中二疊統茅口組第二段頂部、峨眉山玄武巖之下。

1.2 巖相古地理特征

徐家寨錳礦所在區域巖相古地理格局較單調，據其沉積物特征分析，該區為開闊碳酸鹽臺地相（OP），且是區內主要的沉積環境。在該開闊臺地相內發育了大小不等的深水碳酸鹽沉積區-臺溝（DB）（圖1）。

深水碳酸鹽沉積區發育一套深灰、灰黑、灰色厚層塊狀泥晶灰巖，生物屑泥晶灰巖，含燧石生物灰巖及硅質巖、泥巖。其中以深灰、灰黑色薄層具微細紋層的硅質巖，硅質泥巖、硅質灰巖為主。

圖1 研究區巖相古地理略圖

2 礦床地質特征

2.1 含礦巖系特征

研究區錳礦主要產于中二疊統茅口組第二段，其巖性為一套灰巖、硅質巖、含錳硅質巖、含錳灰巖及錳礦層為主的巖石組合，是研究區的含礦巖系。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）為純灰巖，不含錳礦。含礦巖系剖面特征如下：

上覆地層：二疊系中統峨眉山玄武巖組（P2-3β）褐黃色風化玄武巖，底部見30cm厚的玄武質凝灰巖。 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晶灰巖。 22.57m

9.灰色厚層塊狀含生物碎屑細晶灰巖夾中厚層狀細晶灰巖。 11.59m

8.深灰色、灰色薄至中厚層細晶灰巖來燧石條帶及團塊。 14.99m

含錳巖系二段（P2m2） 9.28m

7.灰色塊狀含生物碎屑細晶灰巖，間夾燧石團塊。 3.41m

6.褐黑色土狀氧化錳礦夾數層薄層狀含錳硅質巖,硅質巖單層厚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巖。 0.58m

2.褐黑色土狀氧化錳礦夾含錳灰巖透鏡體。 1.56m

含錳巖系一段（P2m1） 16.62m

1.灰色、深灰色中厚層狀含錳細晶灰巖。

下伏地層：二疊系中統茅口組（P2m）淺灰色、灰色中厚層至厚層狀灰巖，夾燧石團塊。 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。礦體嚴格受層位控制，呈層狀、似層狀順層產出，產狀與圍巖基本一致，局部有分支、復合等現象。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。礦體內有不穩定夾石層，礦石與夾石常互層產出。根據礦體在地表的出露情況，可將礦區礦層劃分為四個礦體，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號礦體（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，長約 520m，厚度 2.72～2.96m，平均厚 2.84m。礦體呈層狀、似層狀順層產出，埋深80m～100m不等。產狀與圍巖基本一致，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，長約1000m，厚度1.90m～2.28m，平均厚2.08m。礦體呈層狀、似層狀順層產出，埋深80m-100m不等。產狀與圍巖基本一致，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，長約445m，厚度1.63m～3.43m，平均厚2.53m；礦體呈層狀、似層狀順層產出，埋深80m～100m不等。產狀與圍巖基本一致，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，北西止于礦區北邊界，長約282m，平均厚度3.90m。礦體呈層狀、似層狀順層產出，埋深80m～100m不等。產狀與圍巖基本一致，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：為礦區主要礦石礦物，主要見于土狀礦石中。結晶粒徑<0.03mm，微—隱晶質。產出特征為：呈微—隱晶質它形粒狀晶體紋層狀、星散狀斷續分布于礦石之中，含量2%～20%。

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

2.3.2 礦石化學成分

表1 礦石主要化學組份一覽表

氧化錳礦石主要化學成分為 Mn、Fe、SiO2，三者總量達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。礦區錳礦石與硅質巖、硅質灰巖互層產出。在錳礦體中常有薄至極薄層硅質巖和硅質灰巖的夾石，因此 SiO2的含量有時較高。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是確定礦石質量的主要指標之一，礦區內P的含量0.047%～0.211%，平均0.118%，P/Mn 為5.88‰。

2.3.3 礦石結構構造

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

圖3 (XB 2-1 ) 變膠狀構造（單偏光 目鏡10× 物鏡4×）

3 成礦模式

3.1 成礦地質環境

在中二疊世茅口晚期，古斷裂構造及峨眉山地幔熱柱的活動為礦源的運移提供了動力；淺海碳酸鹽巖相中的開闊臺地相為礦質沉淀提供了場所。在臺地內發育的大小不等的深水沉積區—臺溝（HP）更是良好的容礦空間。第四紀時期的風化剝蝕及氧化淋濾是導致成礦的主要原因。

3.2 成礦物質來源

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

3.3 礦床成礦模式

在綜合以上成礦環境和成礦地質特征的基礎上，總結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階段:第一階段為物源的準備階段:中二疊世茅口晚期，古斷裂構造及峨眉山地幔熱柱的活動促使了峨眉山玄武巖的噴發（海底噴流），噴發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入海水中與海水中的CO232-發生化學反應形成硅酸鹽礦物并被搬運到水城-納雍臺溝中沉積形成富含錳質的層狀硅質巖；噴發至大陸的玄武巖熔流伸入臺溝，在海水的作用下，析出硅質錳質，沉積含錳硅質巖、硅質灰巖層；另外，早期形成的大陸玄武巖經過風化剝蝕、淋濾等地質作用，Si、Mn、Fe等成礦元素被析出并被遷移至臺溝后，經過海解作用，形成富含錳質的硅質巖、硅質灰巖。這是成礦的準備階段，為成礦提供了充足的物源。第二階段為成礦階段:燕山運動促使地殼的抬升，中二疊世茅口晚期沉積的富含錳質層狀硅質巖、硅質灰巖上升為陸，在長期的剝蝕、切割作用下，出露于地表，經風化淋濾作用，易于溶解的物質被帶出，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-風化錳帽型氧化錳礦床（圖3）。

4 結 論

本文通過對徐家寨錳礦礦床地質特征及成礦模式的研究，對礦區礦體、礦石等的深入分析認為：

1）徐家寨錳礦的形成與巖相古地理關系密切，礦體主要產于水城—格學臺溝內，其巖性為一套深灰、灰黑色薄層具微細紋層的硅質巖，硅質泥巖、硅質灰巖等。水城—格學臺溝為錳礦的沉積成礦提供了沉積環境條件。

2）徐家寨錳礦礦體特征受地層產狀、構造發育情況、地形條件等因素控制。地形切割越大、構造發育好且有含礦巖系出露的區域，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階段，即物源準備階段和氧化成礦階段。早期形成的含錳硅質巖，在后期的風化淋濾作用下，最終富集形成氧化錳礦石。成礦物源的準備為氧化成礦提供了物質基礎，是成礦的前提條件。

[1] 貴州省地礦局, 貴州省區域地質志[M], 北京: 地質出版社, 1987，

[2] 劉巽鋒, 等. 貴州錳礦地質[M]. 貴州人民出版社, 1989.

[3] 貴州省地質礦產局區域地質調查大隊. 貴州巖相古地理圖集[M], 貴州科技出版社, 1992.

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

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

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