四川省平武縣箭竹埡錳礦地質(zhì)特征及礦床成因探討

白新會(huì)，王挽瓊，袁明強(qiáng)，吳春章，許 駿

(1. 四川省冶金地質(zhì)勘查局成都地質(zhì)調(diào)查所，四川 成都 610203； 2. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；3. 西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500)

0 前 言

錳礦作為國家戰(zhàn)略資源之一，一直受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注研究[1]。四川平武-青川地區(qū)分布的邱家河組為一套黑色含錳巖系，其內(nèi)發(fā)育3～4層錳礦層，因最早發(fā)現(xiàn)于四川省平武縣石坎境內(nèi)而命名為“石坎式”錳礦[2]，整體呈北東-南西向展布，其中石坎-東河口一帶為主要礦集區(qū)。礦集區(qū)內(nèi)發(fā)育的礦床有石坎水觀錳礦、箭竹埡錳礦、茶樹嶺錳礦、馬公錳礦、毛家山錳礦、馬鞍埡錳礦和花竹園錳礦[2-5]。目前尚未報(bào)道過箭竹埡錳礦的相關(guān)研究，因此通過對(duì)該礦床地質(zhì)特征的研究，探討了礦床成因，查明了成礦規(guī)律和找礦標(biāo)志，為后續(xù)錳礦勘查工作提供了科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)位于茂縣-汶川斷裂和北川-映秀斷裂之間，屬于龍門山后山帶，具體位于后龍門山推覆構(gòu)造帶的轎子頂復(fù)式背斜南側(cè)、南壩斷裂以北、石坎斷層附近，受北東向構(gòu)造的作用，區(qū)域構(gòu)造亦呈一系列北東向排列的復(fù)式褶皺、斷層，轎子頂復(fù)背斜和南部大斷裂對(duì)邱家河組控制作用明顯，基本控制了區(qū)域上邱家河組產(chǎn)狀和出露范圍(見圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡要

區(qū)域上出露的地層有馬爾康分區(qū)金川小區(qū)震旦系、寒武系、志留系，震旦系蜈蚣口組(Zw)出露在轎子頂背斜南翼，為一套絹云千枚巖、綠泥千枚巖、石英千枚巖夾砂巖條帶組成的淺變質(zhì)泥質(zhì)巖；水晶組(Zs)主要為深灰色中-厚層狀硅質(zhì)白云巖、薄板狀結(jié)晶灰?guī)r，夾千枚巖及硅質(zhì)巖透鏡體。寒武系下統(tǒng)邱家河組(∈1q)為一套黑色含錳巖系，由(炭)硅質(zhì)板巖、千枚巖、灰?guī)r及硅質(zhì)巖等組成，與震旦系呈斷層或整合接觸；油房組(∈1y)巖性為變質(zhì)巖屑砂巖、粗砂巖夾板巖，與邱家河組呈整合接觸。

研究區(qū)以北的轎子頂一帶發(fā)育晉寧晚期的花崗巖巖基，但距邱家河組相對(duì)較遠(yuǎn)。

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)地處龍門山北東向多字型構(gòu)造帶，南壩大斷裂和青溪大斷裂之間，總體構(gòu)造線近北東向(見圖1)；成礦區(qū)帶屬于濱西太平洋成礦域(Ⅰ-4)、上揚(yáng)子成礦省(Ⅱ-15-B)、龍門山-大巴山Fe-Cu-Pb-Zn-Mn-V-P-S-重晶石-鋁土礦成礦帶(Ⅲ-73)、廣元-江油(仰天窩向斜兩翼)Fe-Mn-Pb-Zn-S-Ag-鋁土礦-砂金成礦區(qū)(Ⅳ-24)[6-7]。

2.1 地層

礦區(qū)出露有震旦系水晶組(Zs)、寒武系下統(tǒng)邱家河組(∈1q)和油房組(∈1y)(見圖2)。

圖2 箭竹埡地區(qū)地質(zhì)

水晶組(Zs)分布于礦區(qū)中北部，為灰-灰黑色硅質(zhì)白云巖和厚層狀結(jié)晶灰?guī)r，地層展布總體呈南厚北薄，由于地層倒轉(zhuǎn)，呈平行不整合覆蓋于寒武系下統(tǒng)邱家河組之上。

邱家河組(∈1q)自下而上分別為白云質(zhì)硅質(zhì)板巖、白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖(夾白云巖)、錳礦層、白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖、炭硅質(zhì)板巖、白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖和炭硅質(zhì)板巖，地層厚度大于250 m，是該區(qū)的含礦地層。按照巖性及含礦特征，分為4段：①邱家河組一段(∈1q1)為灰黑色炭硅質(zhì)板巖，呈現(xiàn)向西厚度增大，向東厚度變薄的趨勢(shì)，厚度約75 m。②邱家河組二段(∈1q2)頂部見少量含錳礦物，Mn品位較低，巖性以白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖為主，局部夾白云質(zhì)灰?guī)r，整體厚度較為均勻，厚度大于110 m。③邱家河組三段(∈1q3)上部為白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖夾白云巖，下部為炭硅質(zhì)板巖，其中上部為本區(qū)含礦層，厚度大于77 m。④邱家河組四段(∈1q4)以白云質(zhì)硅質(zhì)板巖為主，厚度大于40 m。

油房組(∈1y)為一套淺變質(zhì)碎屑巖系，主要由青灰色變質(zhì)巖屑砂巖、石英砂巖、粉砂巖夾少量千枚巖、結(jié)晶灰?guī)r組成。與下伏邱家河組整合接觸，總厚達(dá)312 m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于龍門山北東向多字形型構(gòu)造帶前山帶、高莊復(fù)向斜北端南翼，礦區(qū)南東為石坎斷裂(見圖2)；受區(qū)域褶皺控制，致使區(qū)內(nèi)次級(jí)褶皺發(fā)育、地層倒轉(zhuǎn)顯著，走向近東西，傾角7°～40°，總體上為一單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)僅發(fā)育少量層間破碎帶，劈理、節(jié)理、裂隙較為發(fā)育。

石坎斷裂：為區(qū)域主干斷裂，區(qū)域出露長度32 km，總體呈北東走向，傾向北西，傾角一般大于60°，上盤為邱家河組，下盤為油房組，據(jù)地層疊置關(guān)系和斷層帶牽引褶皺等特征判定為一逆沖斷層。

梯子巖向斜：樞紐走向35°，兩翼地層均為邱家河組，南東翼傾向北西，傾角7°～16°，北西翼傾向北東，傾角約19°，控制著錳礦體的形態(tài)、厚度及產(chǎn)狀變化。

2.3 變質(zhì)作用

區(qū)內(nèi)經(jīng)過多次的區(qū)域變質(zhì)作用，使其沉積巖系及含礦層發(fā)生重結(jié)晶及變質(zhì)改造作用，在先后的區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)、熱變質(zhì)作用下，由于溫度大大升高，壓力顯著增大，使得在原沉積巖所形成的含礦層，其物質(zhì)成分轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)，普遍發(fā)生重結(jié)晶作用；同時(shí)由于變質(zhì)作用，原始的含礦層中的礦物質(zhì)被活化或進(jìn)行交代改造，富集成礦層。

礦區(qū)變質(zhì)巖系為中壓綠片巖相變質(zhì)作用，變質(zhì)巖以板巖類巖石為主，主要有白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖、炭硅質(zhì)板巖、含錳炭硅質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、白云質(zhì)硅質(zhì)板巖等。在邱家河組常見，具微晶變晶結(jié)構(gòu)，微晶鱗片變晶結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造及條紋條帶構(gòu)造。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體地質(zhì)

Ⅰ號(hào)礦體呈層狀產(chǎn)于寒武系下統(tǒng)邱家河組(∈1q)中上部的白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖層中，礦體出露連續(xù)、穩(wěn)定，呈“V”形展布，局部具分支復(fù)合特征，沿走向出露長度大于1 000 m，向西延伸至茶樹嶺一帶。礦體產(chǎn)狀與圍巖一致，受梯子巖向斜控制，北西翼產(chǎn)狀35°∠19°，南東翼總體產(chǎn)狀335°∠8°～24°。礦體厚度最小1.00 m，最大8.32 m，平均厚度4.34 m，Mn最高品位16.29%，最低12.01%，平均品位13.70%。由鉆探和坑道、剝土等工程控制，出露標(biāo)高1 500～1 554 m，控制礦體最大埋深199 m，斜深大于200 m。

3.2 圍巖和夾石

礦體嚴(yán)格受地層和褶皺控制，賦礦巖石以含錳白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖為主，頂?shù)装宸€(wěn)定，直接頂板圍巖以白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖為主，直接底板圍巖為白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖夾白云質(zhì)條帶。多數(shù)圍巖與礦體呈漸變過渡關(guān)系，圍巖普遍含錳4%～10%。近礦圍巖中常含有黃鐵礦、硫錳礦、硬錳礦等金屬礦物，脈石礦物以白云石、石英、炭質(zhì)成分為主。

3.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

錳礦石以原生錳礦石為主(見圖3a～b)，地表處有少量經(jīng)風(fēng)化淋濾富集作用形成的錳氧化殼，僅分布于地表附近。

原生錳礦石位于礦體中深部，呈灰色、黑褐色、灰綠色，以他形粒狀結(jié)構(gòu)為主，顯微粒狀結(jié)構(gòu)次之；以條帶(紋)狀構(gòu)造為主，硫錳礦和黃鐵礦呈混合條帶狀分布。

3.4 礦石礦物

原生錳礦石礦物以硫錳礦(10%～20%)為主，次要礦物有黃鐵礦(4%～10%)、硬錳礦(小于1%)、軟錳礦(小于1%)、褐錳礦(小于1%)、輝銅礦(偶見)等；脈石礦物以白云石(16%～50%)、硅質(zhì)(20%～40%)、炭質(zhì)(5%～10%)、絹云母(約1%)為主，偶見有石英、方解石、黏土礦物等。富硫錳礦的礦石中，往往黃鐵礦及白云石含量也高。

硫錳礦：他形粒狀，少量晶體中包含黃鐵礦集合體，其交代白云石較為顯著(見圖3c)，斷續(xù)條帶狀、點(diǎn)狀分布于脈石礦物晶體之間，部分與黃鐵礦呈混合條帶狀分布，局部可見硫錳礦發(fā)育在白云巖縫合線中(見圖3d)，含硫錳礦的碳酸鹽巖脈穿切白云巖縫合線(見圖3e)，大小在0.001～1.2 mm，個(gè)別集合體達(dá)4.7 mm。

硬錳礦：呈土狀、隱晶質(zhì)膠狀集合體，少量形成鮞狀、半鮞狀，部分轉(zhuǎn)化為軟錳礦，呈不規(guī)則團(tuán)狀、細(xì)脈狀或麻點(diǎn)狀、斷續(xù)微脈狀分布于脈石礦物晶體之間，粒徑在0.001～0.9 mm。

軟錳礦：他形粒狀，多呈集合體的細(xì)脈狀、短脈狀分布，脈中心為軟錳礦，邊部為硬錳礦，部分由硬錳礦轉(zhuǎn)化形成。

褐錳礦：他形粒狀，局部點(diǎn)狀分布，多分布于白云石間(見圖3c，f)，粒徑0.005～0.02 mm。

黃鐵礦：多呈他形粒狀，集合體呈條帶狀、紋層狀、草莓狀分布于脈石礦物之間(見圖3f)，少量呈分散點(diǎn)狀分布，大小為0.001～0.04 mm。

a.錳礦石巖芯照片(條帶狀構(gòu)造)；b.錳礦石標(biāo)本新鮮面；c.硫錳礦交代白云石；d.硫錳礦發(fā)育于白云石縫合線中；e.脈狀硫錳礦切穿縫合線；f.草莓狀黃鐵礦圖3 箭竹埡錳礦巖石學(xué)和礦相學(xué)特征

4 礦床成因

龍門山北段在邱家河組沉積時(shí)期，處于上揚(yáng)子板塊北部邊緣與北側(cè)摩天嶺古陸結(jié)合部位的坳陷帶，受此環(huán)境的控制，在晚震旦世碳酸鹽巖沉積基礎(chǔ)上，形成了一套淺海-半深海相以碎屑巖為主夾碳酸鹽巖沉積建造，因沉積海域此時(shí)錳質(zhì)含量高，而形成了含錳巖系[2]。平武-青川地區(qū)錳礦為沉積成因，區(qū)內(nèi)含錳巖系總體反映碎屑巖相-硅質(zhì)巖相的韻律組合，可大致劃出2個(gè)沉積旋回，代表由淺水到深水的海進(jìn)序列，含錳巖系位于碎屑巖相和硅質(zhì)巖相之間的過渡部位，前人報(bào)道的茶樹嶺錳礦[4]和馬公錳礦[3]均為該類成因的海相沉積型錳礦。

箭竹埡錳礦位于茶樹嶺錳礦和馬公錳礦之間，產(chǎn)于邱家河組含錳白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖中，嚴(yán)格受地層控制，與圍巖產(chǎn)狀一致，錳礦石多為灰黑色，礦層中有細(xì)小條帶狀黃鐵礦，并含有炭質(zhì)，顯微鏡下錳礦石中草莓狀黃鐵礦粒徑大小較為均一，多為4 μm左右，極少數(shù)集合體粒徑達(dá)16 μm(見圖3f)，表明其形成于硫化、缺氧的海洋環(huán)境[8]，結(jié)合區(qū)域成礦背景，礦床的產(chǎn)狀、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及圍巖特征均顯示了淺海相沉積的特征，初始沉積的含錳巖層是形成錳礦的基礎(chǔ)；但與區(qū)域錳礦以碳酸錳礦石為主不同，箭竹埡礦區(qū)含錳礦物以硫錳礦為主，硫錳礦多呈他形粒狀和浸染狀與白云石緊密交生，部分呈團(tuán)塊狀沿構(gòu)造節(jié)理分布，團(tuán)塊內(nèi)常包含細(xì)粒、草莓狀黃鐵礦，硫錳礦交代了白云石、硫錳礦發(fā)育在白云巖縫合線中(圖3d)，且含硫錳礦的碳酸鹽巖脈穿切了白云巖縫合線(圖3e)，這些顯微特征表明硫錳礦非沉積作用形成，可能是變質(zhì)熱液的產(chǎn)物。

5 找礦標(biāo)志

錳礦體找礦標(biāo)志主要有：

1)氧化淋濾標(biāo)志：錳礦在地表易氧化成灰黑褐-黃褐色錳氧化殼，礦石常呈蜂窩狀。

2)層位標(biāo)志：錳礦產(chǎn)于邱家河組中，頂?shù)装鍑鷰r以白云質(zhì)炭硅質(zhì)板巖為主，且底板常夾有白云石條帶(團(tuán)塊)。

3)條帶狀礦石：工程揭露的礦石類型均為原生錳礦石，金屬礦物集合體所形成的條帶狀構(gòu)造可作為深部找礦標(biāo)志。

6 結(jié) 論

1)箭竹埡錳礦為發(fā)育在邱家河組黑色含錳巖系中層控錳礦床，為平武-青川一帶首次發(fā)現(xiàn)的以硫錳礦為主要含錳礦物的原生錳礦床，礦體厚度、產(chǎn)狀、品位均較為穩(wěn)定。

2)通過巖石巖相學(xué)特征分析，硫錳礦為變質(zhì)熱液的產(chǎn)物，礦床成因類型為沉積變質(zhì)型。

3)錳礦體找礦標(biāo)志明顯，淺表為黃褐色錳氧化殼，深部為金屬礦物集合體構(gòu)成的條帶狀構(gòu)造。