湖南寧鄉(xiāng)月山鋪-祖塔地區(qū)錳礦地質(zhì)特征與找礦潛力分析

劉森榮，葉 鋒，黃 飛，蔣金華，許 鑫，劉 虎

(中國冶金地質(zhì)總局湖南地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410600)

0 引言

“桃江式”錳礦系指賦存于中奧陶統(tǒng)煙溪組下部頁巖中的優(yōu)質(zhì)碳酸錳礦，主要分布于湖南桃江、安化、寧鄉(xiāng)境內(nèi)，礦石具低磷、低鐵、自熔性等特點，是國內(nèi)著名的優(yōu)質(zhì)冶金錳礦石[1-3]。月山鋪—祖塔地區(qū)是湖南省“桃江式錳礦”錳礦勘查和生產(chǎn)的重點區(qū)域，位于湖南省寧鄉(xiāng)市黃材鎮(zhèn)和溈山鄉(xiāng)。通過中國冶金地質(zhì)總局湖南地質(zhì)勘查院技術(shù)團(tuán)隊在該地區(qū)的長期工作，在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了月山鋪和祖塔兩個中型錳礦床。前人對該地區(qū)曾開展過湖南桃江-寧鄉(xiāng)優(yōu)質(zhì)錳礦評價、湘中響濤源—祖塔礦帶優(yōu)質(zhì)錳礦普查、湖南省寧鄉(xiāng)縣月山鋪—祖塔礦區(qū)錳礦普查等錳礦地質(zhì)調(diào)查[4-6]，并對該區(qū)域的錳礦地質(zhì)特征[1-3，7]、成錳期巖相古地理特征[8]和錳礦富集規(guī)律[9]進(jìn)行了研究。本研究是在前人工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來在該區(qū)域開展的“湖南安化—桃江地區(qū)錳礦資源調(diào)查評價”[10]、“上揚子?xùn)|南緣錳礦調(diào)查評價”等礦調(diào)項目的找礦成果，對研究區(qū)的礦床地質(zhì)特征進(jìn)行分析總結(jié)，并探討了該區(qū)域的找礦潛力。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

月山鋪—祖塔地區(qū)位于上揚子成礦省揚子地臺西緣元古宙、晚古生代、中生代鐵鈦釩銅鉛鋅鉑銀金稀土成礦帶。該區(qū)地處湘中腹地，位于安化-寧鄉(xiāng)-瀏陽EW向構(gòu)造帶與新華夏系構(gòu)造復(fù)合部位，即雪峰山弧形隆起帶的北部轉(zhuǎn)折端處。該區(qū)位于揚子陸塊東南被動邊緣，由加里東期斷裂構(gòu)造運動演化而形成了湘桂地塹和湘中地塹，而湘中地塹則控制了中奧陶世到早泥盆世的沉積盆地，稱為湘中盆地，中奧陶世桃江成錳沉積盆地則位于湘中盆地的北部。而桃江成錳盆地受到奧陶系早期的同沉積斷裂的控制，在盆地內(nèi)形成了多條斷陷槽[8](圖1)。同沉積斷陷帶為錳質(zhì)的上升提供通道，斷陷槽則為錳礦的富集提供了場所。而月山鋪—祖塔地區(qū)的錳礦床則位于響濤源—祖塔斷陷槽內(nèi)的核心成礦區(qū)域，并嚴(yán)格受到同沉積斷裂F3′的控制[3]。

圖1 桃江成錳盆地內(nèi)部構(gòu)造簡圖

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)由老至新出露的地層：元古界板溪群(Pt)為一套板巖及變質(zhì)砂巖夾砂礫巖；震旦系(Z)為一套板狀頁巖夾白云巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖；寒武系(∈)為一套黑色炭質(zhì)板巖與深灰色碳酸鹽巖；奧陶系橋亭子組(O1q)為灰綠色密集粉砂質(zhì)條帶狀板狀頁巖；煙溪組(O2y)由深灰色、灰綠色粉砂質(zhì)板狀頁巖、黑色薄層狀硅質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖、黑色薄層狀炭質(zhì)頁巖、含錳碳酸鹽巖、黏土巖、薄層硅質(zhì)頁巖組成；五峰組(O3w)巖性為深灰色硅質(zhì)頁巖，其底部有一層同生礫巖；志留系龍馬溪組(S1l)為一套含筆石化石的海槽復(fù)理石濁積巖與黑色頁巖沉積；新灘組(S1x)主要為泥質(zhì)粉砂巖夾薄層黑色頁巖或黏土巖；泥盆系跳馬澗組(D2t)為砂巖和含礫砂巖組合；第四系(Q)為殘坡積層。其中奧陶系煙溪組為本區(qū)的含礦層位。

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)經(jīng)過了多期復(fù)雜的構(gòu)造運動，武陵運動、雪峰運動奠定了區(qū)內(nèi)EW向褶皺構(gòu)造的基礎(chǔ)，加里東期劇烈的造山運動使EW向褶皺得以加強并定型，奠定了當(dāng)前以EW向褶皺為主的地質(zhì)構(gòu)造面貌。區(qū)域內(nèi)斷層與褶皺相伴而生，總體輪廓為一系列EW向構(gòu)造、NE-NNE及NE-NEE方向構(gòu)造[1，7](圖2)。

圖2 月山鋪—祖塔地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖

該區(qū)主要的褶皺構(gòu)造為沖天臘燭向斜，呈近EN向展布，軸線向東傾伏，向西揚起，向斜兩翼向東迅變開闊。向斜軸線部為新地層下志留統(tǒng)，兩側(cè)依次為奧陶系和寒武系。兩翼北陡南緩。月山鋪—祖塔錳礦區(qū)則位于沖天蠟燭向斜兩翼，其中向斜北翼為月山鋪錳礦床，向斜南翼為祖塔錳礦床。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 含錳巖系特征

區(qū)內(nèi)含錳巖系為中奧陶統(tǒng)煙溪組，主要巖性組合為黏土巖、含錳灰?guī)r、碳酸錳礦、黑色頁巖。其中錳礦層位于含礦巖系的中下部，頂板為黏土巖或者含錳灰?guī)r，底板為含錳灰?guī)r或黑色頁巖，厚度在10～40 m之間。受加里東期EW向構(gòu)造的影響，含錳巖系發(fā)生褶皺變形，并被褶皺構(gòu)造控制了側(cè)伏規(guī)律。

3.2 礦體特征

月山鋪—祖塔地區(qū)錳礦地表露頭線延綿約11 km。礦體賦存于含錳巖系中下部，呈層狀、似層狀順層產(chǎn)出，產(chǎn)狀總體較平緩，傾向總體向東，傾角20°～50°。沖天蠟燭向斜控制了月山鋪和祖塔的錳礦層(體)的產(chǎn)狀和形態(tài)(表1)。

表1 各錳礦床礦體地質(zhì)特征

祖塔錳礦床。祖塔錳礦床淺部有上、下兩層礦，兩層礦的展布形態(tài)基本一致，呈SN向展布，主體向東傾，傾角31°～36°。其中下層礦厚度為0.50～0.87 m，平均厚度為0.71 m，錳的平均品位為19.56%。上層礦礦層厚度為0.42～1.48 m，平均厚度為0.73 m，錳的平均品位為20.25%。兩層礦間距為31.46～49.84 m，平均間距為40.97 m。但通過鉆孔揭露，該區(qū)深部的下層礦體延續(xù)性較好，但上層礦體往深部貧化成含錳灰?guī)r。該區(qū)內(nèi)未見較大的斷裂構(gòu)造對礦體產(chǎn)生破壞。

月山鋪錳礦床。月山鋪錳礦床主體只有一層礦，僅局部地區(qū)揭露到兩層礦。地表礦體在北東方向部分被泥盆系覆蓋，但礦層連續(xù)性較好，總體為一單斜礦層，礦層厚度為0.35～1.90 m，平均厚度為0.87 m，錳的品位為16.16%～20.82%，平均品位為17.61%。礦體走向約NE35°，傾向約SE140°，傾角28°～44°。在走向上礦層由西向東有逐漸變厚的趨勢。在傾向上越往深部礦體亦有增厚的趨勢，甚至在307線深部的ZK30706揭露到兩層礦，真厚度達(dá)1.90 m。

3.3 礦石質(zhì)量

月山鋪—祖塔地區(qū)的礦石主要分為原生碳酸錳礦石和次生氧化錳礦石。

原生碳酸錳礦石多為堿性、低磷、低鐵的優(yōu)質(zhì)碳酸錳礦石，P/Mn比值在0.003以下。錳礦物質(zhì)成分主要由錳方解石(35%～40%)、菱錳礦(10%～15%)、錳白云石(10%～15%)、方解石(5%)、石英(5%)、黃銅礦(1%)等組成。其中錳方解石普遍重結(jié)晶做為亮晶膠結(jié)物存在(顆粒直徑約20 μm)部分交代并膠結(jié)原來的鮞粒，一部分隱晶質(zhì)的錳方解石和菱錳礦構(gòu)成無核心復(fù)合鮞的同心環(huán)，一部分交代了生物碎屑。菱錳礦不均勻分布在錳方解石顆粒之間，大部分構(gòu)成鮞粒，且鮞多已成殘余狀，多已被氧化。錳白云石則與錳方解石共生，方解石和石英多呈次生脈狀分布。黃銅礦零星分布。

區(qū)內(nèi)碳酸錳礦石多呈塊狀、條帶狀、斑點狀。其中塊狀構(gòu)造多為黑色、灰黑色，均勻致密，表面常見有炭質(zhì)薄膜。條帶狀構(gòu)造常由薄層狀的淺肉紅色、灰色、灰白色的碳酸錳與微薄層的黑色頁巖相間組成，條帶寬0.5～1.5 cm，該類礦石錳含量相對較高。斑點狀構(gòu)造多為藻鮞、生物碎屑或炭質(zhì)污染而呈現(xiàn)出大小不等、形態(tài)不一的斑點，呈不規(guī)則分布在基質(zhì)中，斑點大小一般為0.15～1 mm。

次生氧化錳礦石主要沿錳礦層地表出露線分布，系由原先碳酸錳礦石或含錳灰?guī)r風(fēng)化富集形成。碳酸錳礦石經(jīng)風(fēng)化作用，其組成礦物大部分被分解，形成一系列氧化礦物。分解后的CaO、MgO組分在氧化帶中被大量淋失，而Mn4+的氧化物氫氧化物很不活動。大量的Mn4+化合物在原地殘留下來，在鈣、鎂碳酸鹽還未完全淋失以前就地氧化，使礦石具有松軟的土狀構(gòu)造，有的成錳土。由于泥化作用造成錳與泥質(zhì)分離，并富集于裂隙和孔隙中，形成以泥質(zhì)為中心的多孔狀網(wǎng)格狀，蜂窩狀構(gòu)造的氧化錳礦石。

4 控礦要素及成礦規(guī)律

桃江成錳沉積盆地在中奧陶世屬次深海欠補償缺氧沉積環(huán)境，成礦期的含錳巖系巖石組合為黑色頁巖-含錳碳酸鹽巖-黏土巖。根據(jù)前人的研究[11]，認(rèn)為該盆地的錳質(zhì)來源于火山物質(zhì)、同沉積斷裂的熱水物質(zhì)和陸原物質(zhì)三種，缺氧事件、同生斷裂引起的重力流事件等為錳質(zhì)的運移、聚集、沉淀創(chuàng)造了良好的條件。錳質(zhì)在海水中初始蘊集，錳礦的沉積介質(zhì)第一階段水體處于缺氧還原階段，水質(zhì)為弱酸性，沉積物主要為含有機質(zhì)和黃鐵礦的黑色質(zhì)巖，經(jīng)測試pH值介于5.7～7.2之間，Eh值介于-5.61 V～0.236 V，這一階段錳質(zhì)只能在介質(zhì)中溶解、遷移、富集，不能成礦。第二階段，缺氧事件中止，水介質(zhì)物理化學(xué)條件發(fā)生變化，轉(zhuǎn)變?yōu)槿鯄A性弱氧化條件，pH值介于8.3～9.0之間，Eh值介于0.285～0.39 V之間，碳酸錳開始大量沉淀形成礦層[12]。

4.1 控礦要素

區(qū)內(nèi)的錳礦的形成主要受到古構(gòu)造、沉積環(huán)境和巖相組合的控制。

1)古構(gòu)造：早奧陶世末期，華夏板塊和揚子陸塊由拉張變?yōu)閿D壓，在兩板塊擠壓的同時，誘發(fā)了桃江盆地內(nèi)一組NNW向張性同沉積斷裂(圖1)，在水動力和重力負(fù)荷作用下再次塌陷，形成了一些相對低洼的較深水環(huán)境，即斷陷槽。斷陷槽是有利的成礦環(huán)境，因為在這些環(huán)境中，摻和作用弱，沉積速度慢，介質(zhì)能動小，有利于海解作用和成礦作用的進(jìn)行，有利于成礦物質(zhì)的分異和沉積[8]。月山鋪—祖塔地區(qū)則位于響濤源-祖塔斷陷槽內(nèi)。

2)沉積環(huán)境：桃江成錳盆地為外陸棚-深海盆地的過渡帶-次深海平坦斜坡環(huán)境，由北東向西南，水體逐漸變深，為次深海斜坡盆地相沉積。木瓜溪、梅子洞一線以西處于斜坡中下部，而響濤源—祖塔一帶處于斜坡中部沉積環(huán)境[7]。

3)沉積巖相：沉積巖相受沉積環(huán)境的控制，木瓜溪、梅子洞一線以西處于斜坡中下部，屬盆地邊緣亞相，沉積了硅質(zhì)頁巖夾薄層黑色頁巖、黑色頁巖、含錳碳酸鹽巖、黏土巖巖石組合；響濤源—祖塔一帶處于斜坡中部沉積環(huán)境，屬盆地中心亞相，沉積了黑色頁巖、碳酸錳礦、黏土巖巖石組合。這種組合最有利于錳礦的形成，這種組合越完整，沉積厚度越大，越有利于成礦[9]。

綜上，古構(gòu)造控制了斷陷槽，為錳礦的富集成礦提供了場所，而沉積環(huán)境控制了沉積相，沉積相則控制了錳礦的分布和規(guī)模。

4.2 成礦規(guī)律

1)桃江成錳盆地中多條同沉積斷裂控制了斷陷槽，并為以深源為主的錳質(zhì)的上升提供通道，使得錳質(zhì)在斷陷槽內(nèi)聚集、沉積、成礦[3，8]。因此區(qū)內(nèi)錳礦床(點)展布明顯受同沉積斷裂控制，位于同沉積斷裂西側(cè)，與同沉積斷裂平行展布。

2)斷陷槽的形態(tài)和規(guī)模控制了錳礦床的分布和規(guī)模，響濤源-祖塔斷陷槽是桃江成錳盆地內(nèi)發(fā)育較完全、規(guī)模較大斷陷槽，該斷陷槽內(nèi)的錳礦床規(guī)模較大、品位高，其他斷陷槽內(nèi)雖有錳礦產(chǎn)出，但規(guī)模較小。

3)黑色頁巖、碳酸錳礦、黏土巖為有利于錳質(zhì)沉積的巖石組合，當(dāng)這種組合較厚，且黏土巖純度高時，則可能是厚礦、優(yōu)質(zhì)礦的標(biāo)志。

4)含錳巖系出現(xiàn)兩個韻律層地段往往是優(yōu)質(zhì)錳礦的富集部位。

5 找礦潛力分析

根據(jù)2009年12月中國冶金地質(zhì)總局中南地質(zhì)勘查院提交的《湘中響濤源—祖塔礦帶優(yōu)質(zhì)錳礦普查地質(zhì)報告》，月山鋪錳礦區(qū)探獲碳酸錳礦石(333+334)362.17萬噸，祖塔錳礦區(qū)探獲碳酸錳礦石(333+334)215.49萬噸。2019—2020年間，中國冶金地質(zhì)總局中南地質(zhì)調(diào)查院在月山鋪—祖塔地區(qū)投入了大量鉆探等勘查工作，通過本次工作，該區(qū)新增預(yù)測資源量達(dá)600萬噸。

通過鉆探驗證和綜合研究，認(rèn)為月山鋪和祖塔錳礦床均位于同一沉積中心相中(圖3)，且錳礦富集方向為NNE向，因此月山鋪和祖塔錳礦床之間的空白地段(沖天蠟燭向斜核部)亦屬成礦有力地段。且在該地段施工的鉆孔ZK1701揭露到21 cm厚的錳礦層，證實月山鋪—祖塔地區(qū)的錳礦床是完整連續(xù)的，但在該向斜核部投入的勘查工作較少，若今后能在沖天蠟燭向斜核部取得突破，就能在月山鋪—祖塔地區(qū)圈出一個大型甚至超大型錳礦床[9，13]。

圖3 月山鋪—祖塔地區(qū)巖相古地理簡圖

6 結(jié)論

1)區(qū)內(nèi)的“桃江式”錳礦賦存于為中奧陶統(tǒng)煙溪地層之中，為一套含錳黑色頁巖系，主要巖性組合為黏土巖、含錳灰?guī)r、碳酸錳礦、黑色頁巖。其中錳礦層位于含礦巖系的中下部，頂板為黏土巖或者含錳灰?guī)r，底板為含錳灰?guī)r或黑色頁巖，厚度在10～40 m之間。

2)月山鋪—祖塔錳礦床位于桃江成錳盆地、響濤源—祖塔斷陷槽中南部。礦體呈層狀、似層狀，礦體厚度變化中等，礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，多為堿性、低磷、低鐵的優(yōu)質(zhì)碳酸錳礦石，屬于典型的“桃江式”錳礦床。

3)當(dāng)前認(rèn)為，月山鋪與祖塔錳礦床由一個單一較完整的錳礦體構(gòu)成，賦存于沖天蠟燭向斜之中，地表復(fù)雜的多期構(gòu)造未對深部錳礦體產(chǎn)生破壞，使礦體完整易于開發(fā)利用。

4)月山鋪錳礦床的礦體往南尚未圈邊，仍具有較大的找礦潛力。沖天蠟燭核部的探索工作還比較少，找礦潛力還非常巨大。該地區(qū)是今后奧陶系錳礦找礦預(yù)測工作中的重點區(qū)域。