遵義轉(zhuǎn)龍廟錳礦地質(zhì)特征及成礦作用研究

葛金國(guó)+雷靈芳+吳丹

摘要：轉(zhuǎn)龍廟錳礦賦存于二疊系茅口組三段（P2m3），根據(jù)錳礦層與白泥塘層、城墻式硅質(zhì)巖的產(chǎn)出關(guān)系及錳礦層厚度、品味變化可知，錳礦分布受白泥塘層及城墻式硅質(zhì)巖體控制明顯。城墻式硅質(zhì)巖體的沉積、改造，形成“島嶼”，為錳礦的沉積提供了充足的錳質(zhì)來(lái)源。錳成礦作用經(jīng)歷了錳質(zhì)準(zhǔn)備、有利古地理環(huán)境形成及錳質(zhì)沉積成礦三個(gè)階段。

關(guān)鍵詞：礦床地質(zhì)；沉積環(huán)境；物質(zhì)來(lái)源；成礦作用；轉(zhuǎn)龍廟錳礦

錳是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)（脫氧劑、脫硫劑、錳系合金制造等）、陶瓷工業(yè)、環(huán)保材料、輕工業(yè)（電池、印漆等）等領(lǐng)域（付勇等，2014；陰江寧等，2014）。中國(guó)錳礦資源豐富，儲(chǔ)量規(guī)模位居世界前五，含錳地層從中—新元古界、南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和三疊系均錳礦床產(chǎn)出，礦石為高磷高鐵錳礦石，以貧礦為主，常見(jiàn)中小型錳礦床（楊瑞東等，2002；2007）。

貴州錳礦產(chǎn)出層位有南華系和二疊系，南華系錳礦有松桃道坨超大型錳礦床、楊立掌、西溪堡、楊家灣大型錳礦床，二疊系大型錳礦有遵義錳礦床，其他以中小型錳礦床（點(diǎn)）為主（楊瑞東等，2009；2010）。本次研究對(duì)象為遵義轉(zhuǎn)龍廟錳礦床，其位于遵義市以南直距約8km，錳礦層賦存于二疊系茅口組三段（P2m3），根據(jù)錳礦層產(chǎn)出特征，其分布區(qū)域受白泥塘層及城墻式硅質(zhì)巖體控制明顯（劉平等，2005；劉志臣等，2013）。本次擬從巖性巖相分布及厚度變化特征、礦石組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面入手，討論遵義轉(zhuǎn)龍廟錳礦床形成環(huán)境、物質(zhì)來(lái)源及成礦機(jī)理，以期為該區(qū)錳礦研究提供有益思路。

1.區(qū)域地質(zhì)背景

轉(zhuǎn)龍廟錳礦區(qū)域大地構(gòu)造位置位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西段、滇-黔-川古臺(tái)坳、黔東南北下古褶斷束、黔中下古隆褶帶與黔西北下古陷褶束三個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元的交接部位。在遵義錳礦床分布區(qū)發(fā)育一系列褶皺構(gòu)造及斷裂構(gòu)造（圖1），多定型于燕山期，向斜多開(kāi)闊，常形成復(fù)式向斜，背斜除個(gè)別外多較緊密，且背斜北西翼較陡，南東翼較緩，北西翼及近軸部發(fā)育一系列高角度逆斷層，使錳礦層多次重疊，形成平行的多個(gè)錳礦體（層）。銅鑼井背斜、兩路口背斜及張王壩背斜是區(qū)內(nèi)主要賦錳構(gòu)造單元，尤其前者最為重要，產(chǎn)出銅鑼井大型錳礦床。

根據(jù)巖性組合特征，研究區(qū)茅口組三段相變明顯，可分為正常淺海臺(tái)地灰?guī)r相、島嶼硅質(zhì)巖相、島湖相，其中島湖相為具有工業(yè)價(jià)值錳礦賦存巖相區(qū)。正常淺海臺(tái)地相主要形成生物灰?guī)r、生物礁灰?guī)r。島嶼硅質(zhì)巖相是由海底“玄武巖噴發(fā)”就近堆積，沉積改造形成“城墻式硅質(zhì)巖體”，分布長(zhǎng)3km～20km不等。下部巖石具火山噴發(fā)特征，如流紋構(gòu)造，氣孔構(gòu)造等，后期中上部、頂部暴露地表接受古風(fēng)化，形成現(xiàn)今的硅石礦—粉石英（經(jīng)各地開(kāi)采了解，埋藏幾十至百余米，礦石、礦物結(jié)構(gòu)無(wú)大的變化）?！盎鹕綅u湖相”是在海底“玄武巖噴發(fā)”就近形成的“城墻式硅質(zhì)巖體”或火山島圍限范圍內(nèi)形成的（“遵義銅鑼井島湖”和“遵義和尚場(chǎng)島湖”）。在地殼震蕩上升過(guò)程中，這些島湖水體變淺，局部火山泥沼化時(shí)，湖內(nèi)錳質(zhì)濃度升高，沉積形成含錳系（錳礦體）和含錳生物灰?guī)r。

“火山島湖相”又分為濱湖亞相和深湖亞相：濱湖亞相產(chǎn)透鏡狀錳礦體和含錳巖系，并向“城墻式硅質(zhì)巖體”方向，整個(gè)巖性段尖滅為零，該相區(qū)錳礦體（層）分布率僅為20%～40%；深湖亞相為層狀、似層狀錳礦體（層）含錳巖系、含錳生物灰?guī)r組合，錳礦體（層）的產(chǎn)出只受湖底地形起伏影響，湖底起伏幅度一般0m～3m，個(gè)別達(dá)6m～8m，這種起伏控制著錳礦體（層）的厚度和品位變化，形成厚富礦帶與薄貧礦帶相間的地質(zhì)現(xiàn)象，礦帶延伸方向大致于湖岸線平行，延伸長(zhǎng)數(shù)公里不等，寬幾十米至數(shù)公里不等（圖2），轉(zhuǎn)龍廟錳礦床“厚富礦帶上”。

2.礦床地質(zhì)特征

2.1含礦巖系特征

遵義錳礦含礦巖系錳礦層及其頂?shù)装瀹a(chǎn)出層序及巖性根據(jù)區(qū)域特征綜合由上至下描述如下（圖3）：

⑨（結(jié)構(gòu)圖12層）深灰—灰色中厚層含錳生物碎屑灰?guī)r，為含錳礦系頂板含硅、泥、錳質(zhì)，其中部分地段含錳可達(dá)3%～7%，多由下向上遞減。厚度16m～35m。

⑧（結(jié)構(gòu)圖11層）深灰色長(zhǎng)石粉砂質(zhì)泥巖，含菱鐵礦及黃鐵礦結(jié)核，部分含錳質(zhì)，具清晰之透鏡狀層理，蟲(chóng)孔發(fā)育。底部常存在一小沖刷面，見(jiàn)下伏地層之扁平礫石或礫石薄層（黏土礫石為主）。厚0m～1.85m。

⑦（結(jié)構(gòu)圖10層）深灰、黑色炭質(zhì)泥巖，個(gè)別地段（具勘查、開(kāi)采總結(jié)：“厚富礦帶”與“薄貧礦帶”接觸帶）夾煤層（厚0m～0.48m），底為根土巖。頂部偶見(jiàn)鐵錳礦（或錳鐵礦）透鏡體，此層常被沖刷。厚0m～2m。

⑥（結(jié)構(gòu)圖9層）灰白灰色黏土巖，含黃鐵礦結(jié)核。厚0m～ 0.9m。

⑤（結(jié)構(gòu)圖8層）灰白色含黃鐵礦質(zhì)黏土巖。上部含黃鐵礦較富，多呈密集的微～細(xì)晶顆粒；頂部，在部分地段有粒狀菱錳礦或含錳菱鐵礦產(chǎn)出，局部富集成透鏡體，厚0.11m～ 0.94m，俗稱(chēng)‘上礦層，不具工業(yè)價(jià)值；底部含少量斑塊狀及粒狀菱錳礦。該層厚0m～5.00m。

④錳礦層（結(jié)構(gòu)圖3、4、5、6、7層）：灰～深灰?jiàn)A棕紅、褐等色碳酸鹽錳礦，中含黃鐵礦、黏土巖、綠泥石巖及有機(jī)質(zhì)等。按礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造，主要礦區(qū)（尤其是“厚富礦帶”上多可分為三個(gè)部分。

③（結(jié)構(gòu)圖2層）淺灰?jiàn)A翠綠色斑塊水云母黏土巖（巖礦鑒定，有似火巖巖屑，疑為火山灰沉積）。含較多黃鐵礦聚晶小團(tuán)塊及星點(diǎn)，間夾扁豆?fàn)畹慕Y(jié)核狀錳礦，具微細(xì)層理。厚0m～0.7m，本礦區(qū)未見(jiàn)該層產(chǎn)出。

②（結(jié)構(gòu)圖1層）灰色、灰綠黏土巖，含較多細(xì)晶黃鐵礦，具微細(xì)層理，紋層隨下伏地層的巖溶凹凸頂面起伏而起伏?！昂窀坏V帶”邊緣區(qū)，時(shí)夾1層～2層厚一般小于0.2m（個(gè)別可達(dá)0.5m）的劣質(zhì)煤層（線）及碳質(zhì)泥巖。厚0m～0.95m。endprint

2.2礦體地質(zhì)

礦區(qū)錳礦體（層）產(chǎn)于二疊系中統(tǒng)茅口組三段含錳生物灰?guī)r底部，以假整合接觸關(guān)系覆蓋于二疊系中統(tǒng)茅口組“白泥塘層”（P2b）碳硅質(zhì)灰?guī)r之上，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層一致，層位固定?，F(xiàn)已揭露和控制錳礦體（層）三個(gè)：A1錳礦體：為F4上盤(pán)、F125下盤(pán)錳礦體，是礦區(qū)北西翼主礦體，長(zhǎng)達(dá)1400m，礦體連續(xù)性好，在北部和南部在F4斷層北西盤(pán)存在拖拉背斜，在該處錳礦體（層）呈緩傾斜背斜展布；A2錳礦體：為F125上盤(pán)礦體，礦體傾向北西，垂深245m，斜長(zhǎng)約300m，外推斜長(zhǎng)150m；A3錳礦體：礦體位于礦區(qū)南東翼，F(xiàn)4下盤(pán)，向南東傾斜，在背斜軸部（或F4斷層帶附近）傾角較陡，多呈70°以上傾角產(chǎn)出，局部倒轉(zhuǎn)，但據(jù)鄰區(qū)勘查結(jié)果和區(qū)域向斜（樂(lè)安—深溪—坪橋—永安場(chǎng)）分析，礦區(qū)背斜與該向斜之間，存在一區(qū)域低角度逆掩斷層（F5），該斷層之下，礦層呈緩傾角向南東延伸。

2.3礦石質(zhì)量

（1）礦石礦物

轉(zhuǎn)龍廟錳礦礦石礦物主要有菱錳礦、鈣菱錳礦及錳方解石等，具體特征如下：

菱錳礦（MnCO3）：錳含量35.50%～37.89%，為淺褐、黑棕色，粒度0.004mm～2.00mm，主要分布在礦層中上部，呈薄層條帶狀、結(jié)核狀和團(tuán)塊狀產(chǎn)出。后期受外力作用形成的菱錳礦，多呈淺粉紅色或深紅色，結(jié)晶顆粒較粗大。

鈣菱錳礦[（Mn、Ca）CO3]：錳含量25.48%～28.55%，為淺灰、深灰色，球粒狀產(chǎn)出，粒度0.004mm～2.00mm，后生的鈣菱錳礦，粒度0.06mm～1.00mm不等，因受應(yīng)變作用的影響具花瓣?duì)詈退尉Я罱Y(jié)構(gòu)，是組成錳礦石的最重要礦物，多分布在礦層下部。

錳方解石[（Ca、Mn）CO3]：錳含量12.73%～23.06%，為淺灰、淺粉紅色，他形泥～微晶，后生的鈣菱錳礦，粒度小于0.03mm，后生的錳方解石，表面混濁，錳方解石多呈晶粒狀、孔穴充填和脈狀分布在礦層的下部和上部。

錳白云石[（Mg、Mn）CO3]：為淺灰色、淺粉紅色，自型～半自形，粒狀晶體，粒度小于0.03mm，分布在礦層的下部。

錳菱鐵礦[（Fe、Mn）CO3]：錳含量2.61%～9.41%，灰～棕色，粒度一般0.10mm～0.30mm，特性同菱鐵礦，主要分布在礦層的上部。

硫錳礦（MnS）：錳含量55.68%，硫：22.84%，鉛灰色，金屬光澤，易氧化。約經(jīng)氧化后即顯橄欖綠爭(zhēng)，劇烈氧化后呈黑灰色。

（2）脈石礦物

黏土礦物：以水云母為主，次為綠泥石，少量高嶺石、蒙脫石。在礦層的下部，黏土礦物含量較少，上部含量逐漸增多，以基質(zhì)或膠結(jié)物存在。水云母為灰白～綠色，性軟，遇水具弱膨脹，易碎裂成碎塊。普遍分布于整個(gè)含礦層中。

硫化物：主要為黃鐵礦，少量為白鐵礦，微量黃銅礦，閃鋅礦等。黃鐵礦在礦層中分布較普遍，在錳礦層中的黃鐵礦，含量自上而下漸增，局部可達(dá)工業(yè)品位，可做伴生礦產(chǎn)利用。

（3）礦石化學(xué)組成

根據(jù)礦石基本化學(xué)測(cè)試結(jié)果分析可知，轉(zhuǎn)龍廟錳礦是一個(gè)高硫高鐵低磷低硅酸鹽貧錳礦石，錳礦層中各主要組分在空間上的分布有一定的變化規(guī)律（圖4）：a.礦層中Fe、Al、Si含量由下至上逐漸增高，而Mn、Ca、Mg、則與之相反；b. Mn與S無(wú)相關(guān)性，而Fe與S在礦層下部具明顯的正相關(guān)關(guān)系，上部則不明顯c.CaO+MgO+/SiO2+Al2O3多在0.8以下，以酸性礦石為主；d.Mn/TFe多在1～3之間，少量在3～6之間；e.錳礦石是以菱錳礦和鈣菱錳礦為主的碳酸鹽錳礦石。

（4）礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

轉(zhuǎn)龍廟錳礦礦石結(jié)構(gòu)常見(jiàn)內(nèi)碎屑、生物碎屑、火山碎屑等原生結(jié)構(gòu)及晶粒狀、花瓣?duì)睢⒕酆习郀?、交代殘余等后生結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造有無(wú)定向、層理、與藻粘結(jié)有關(guān)的、攪動(dòng)及蟲(chóng)孔等原生構(gòu)造及變膠狀、假角礫（網(wǎng)脈）狀為主的后生構(gòu)造。

3.錳礦層沉積環(huán)境分析

根據(jù)對(duì)遵義地區(qū)礦產(chǎn)勘查結(jié)果和錳礦勘查成果，遵義錳分布范圍有兩個(gè)（圖1），一個(gè)是遵義銅鑼井錳礦分布區(qū)，以共青湖中型錳礦、馮家灣中型錳礦、銅鑼井大型錳礦為代表的約400km2似橢圓形分布區(qū)；另一個(gè)是以和尚場(chǎng)中型錳礦為代表的約100km2、呈北東東向展布的橢圓形分布區(qū)。

以上兩個(gè)錳礦分布區(qū)，被“城墻式硅質(zhì)巖體”相隔，互不相連，原研究將兩區(qū)相連，是對(duì)成礦環(huán)境、巖相的研究不夠。各分布區(qū)均以“城墻式硅質(zhì)巖體”為界，在“城墻式硅質(zhì)巖體”分布區(qū)域或“城墻式硅質(zhì)巖體”分布之外的廣海區(qū)域，絕無(wú)遵義錳礦體（層）分布，就此而言，錳礦體（層）主要控制因素為“城墻式硅質(zhì)巖體”。

在遵義錳礦分布區(qū)外圍（3km～5km），眾多的“城墻式硅質(zhì)巖體”“島嶼”圍構(gòu)形成了“遵義銅鑼井島湖”和“遵義和尚場(chǎng)島湖”，“島湖”內(nèi)水體不斷變淺，錳質(zhì)不斷升高，沉積了遵義錳礦床。另外在遵義銅鑼井島湖和遵義和尚場(chǎng)島湖形成時(shí)由于“城墻式硅質(zhì)巖體”—島嶼的不均一厚度延伸，島湖內(nèi)靠島嶼處的3km～6km，地形呈微斜坡?tīng)?，（向湖傾斜），構(gòu)成遵義錳礦濱湖相環(huán)境，在微或斜坡中，局部處于凹下?tīng)顟B(tài)，形成了數(shù)量不等、大小不等的透鏡狀錳礦體；在“島湖”中心區(qū)，湖或海底地形大體一致，并呈微波狀起伏，波峰、波谷大體高差1m～3m，并呈80m～400m左右間距相間產(chǎn)出，形成了島湖內(nèi)錳礦體（層）呈“厚富礦體（層）”與“薄貧礦體（層）”相間產(chǎn)出分帶，礦帶展布（走向）大體平行“城墻式硅質(zhì)巖體”展布方向，局部海底或湖底地形波峰較高處出現(xiàn)無(wú)礦帶（或稱(chēng)無(wú)礦天窗）。

4.成礦物質(zhì)來(lái)源

遵義錳礦床在地理分布上的局限性，通過(guò)區(qū)域地質(zhì)背景、礦床特征及巖相古地理環(huán)境的分析，認(rèn)為遵義錳礦成礦物質(zhì)來(lái)源，主要與其外圍（四周）分布的“城墻式硅質(zhì)巖體”有關(guān)?！俺菈κ焦栀|(zhì)巖體”的沉積、改造，形成“島嶼”，為遵義的錳礦的沉積提供了充足的錳質(zhì)來(lái)源。其依據(jù)主要有以下幾點(diǎn)：endprint

（1）“遵義式玄武巖”-“城墻式硅質(zhì)巖體”，是淺海臺(tái)地內(nèi)玄武巖噴發(fā)—海水海解作用—海水機(jī)械改造—沉積形成“城墻式硅質(zhì)巖體”，在海解作用下玄武巖中絕大部分錳質(zhì)進(jìn)入海水，為遵義錳礦的沉積提供了充足的物質(zhì)來(lái)源保證；

（2）遵義錳礦與玄武巖有相似的微量組分：經(jīng)對(duì)含錳地層微量元素與玄武巖中11個(gè)相同微量元素（Mn、V、Mo、Ca、P、Cr、Co、Ni、Zn、Ga、Be）進(jìn)行聚類(lèi)分析，簇群的劃分與地質(zhì)情況吻合，且相似系數(shù)很高，相似系數(shù)都大于0.812，碳酸錳礦床與玄武巖的相似系數(shù)在0.882以上，說(shuō)明了遵義錳礦與玄武巖有著密切的親緣關(guān)系；

（3）貴州二疊系玄武巖以含鈦高為特點(diǎn)，玄武巖中含二氧化鈦4%左右，而錳礦層中的黏土巖含二氧化鈦也在4%左右。由于鈦在表生條件下屬于穩(wěn)定元素，含礦巖層中含較多鈦，說(shuō)明物質(zhì)來(lái)源區(qū)較近外，同時(shí)也說(shuō)明了“遵義式玄武巖”-“城墻式硅質(zhì)巖體”是遵義錳礦的供給源；

（4）錳礦石和玄武巖中次要礦物和微量礦物對(duì)比可以看出遵義錳礦與玄武巖在礦物上具有繼承性。

5.成礦作用討論

經(jīng)過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)龍廟錳礦巖性巖相、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組合、礦床地質(zhì)的綜合研究，歸納總結(jié)出該錳礦床成礦作用可分為三個(gè)階段：

（1）錳質(zhì)準(zhǔn)備階段：遵義地區(qū)在二疊世晚期茅口晚期，即茅口第三段灰?guī)r，“城墻式硅質(zhì)巖體”沉積初時(shí)，受區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)——東吳運(yùn)動(dòng)的影響，遵義地區(qū)發(fā)生了“火山噴發(fā)”—“峨眉山玄武巖噴發(fā)”，但遵義地域有所區(qū)別，遵義地區(qū)當(dāng)時(shí)仍處于淺海臺(tái)地。遵義地區(qū)的“火山噴發(fā)”（或稱(chēng)“遵義式玄武巖噴發(fā)”），在遵義銅鑼井錳礦床東部有“黃村城墻式硅質(zhì)巖體”，北部有“新蒲城墻式硅質(zhì)巖體”，北西部有“割麻埡城墻式硅質(zhì)巖體”，南東部有西坪-龍坪-三岔河數(shù)個(gè)“城墻式硅質(zhì)巖體”，西南部有遵義縣至馬家灣二至三個(gè)“城墻式硅質(zhì)巖體”，西部由于為向斜，“城墻式硅質(zhì)巖體”隱伏未見(jiàn)。這些“遵義式玄武巖噴發(fā)”，并在海水中海解、機(jī)械沉積并形成“城墻式硅質(zhì)巖體”，將錳質(zhì)帶入遵義銅鑼井錳礦床分布區(qū)域，為遵義銅鑼井錳礦床沉積奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

（2）有利成礦古地理環(huán)境形成階段：“遵義式玄武巖噴發(fā)”—海解、改造、機(jī)械沉積形成“城墻式硅質(zhì)巖體”，并隨東吳運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，地殼抬升，“城墻式硅質(zhì)巖體”形成島嶼，遵義銅鑼井區(qū)域海水與其相鄰區(qū)域海水被分割，形成“遵義銅鑼井島湖”，為遵義銅鑼井錳礦床提供了有利的古地理環(huán)境。

（3）錳質(zhì)沉積成礦階段：由于地殼的上升，“城墻式硅質(zhì)巖體”形成島嶼，并開(kāi)始接受風(fēng)化，頂部及中上部形成粉石英礦，并形成“遵義銅鑼井島湖”，由于“湖水”的不斷減少，錳質(zhì)濃度不斷升高，在靠近“城墻式硅質(zhì)巖體”即“島嶼”3km～6km的“濱湖區(qū)”，湖底地形為斜坡，在斜坡下凹處和遵義銅鑼井湖區(qū)化學(xué)沉積碳酸鹽錳礦，由于“遵義銅鑼井島湖”內(nèi)，尤其是濱湖區(qū)，湖底地形較高，其間下凹處展布不均，形成不連續(xù)透鏡狀錳礦體（層），但錳礦體（層）大致沿“湖”岸線展布，在“遵義銅鑼井島湖”內(nèi)，湖底地形也不是水平一塊，總體呈波浪式起伏，波峰、波谷大體呈80m～400m相間產(chǎn)出，形成遵義銅鑼井錳礦床：“富厚錳礦體（層）”與“貧薄錳礦體（層）”相間產(chǎn)出。在“貧薄錳礦體（層）”局部形成無(wú)礦帶或無(wú)礦天窗。

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