劉 遠,周偉蛟
(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局418隊,湖南 婁底 417000)
萬家坪錳礦區(qū)位于江南臺隆的南側(cè)、溈山穹窿的西南邊緣,主要構(gòu)造線呈北西~南東走向,南西部與祁陽弧北翼橋頭河向斜揚起端相鄰。
區(qū)域出露地層主要為元古界板溪群、震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系等,其中震旦系下統(tǒng)湘錳組為賦礦地層。
礦區(qū)外圍北東部溈山穹窿出露印支期黑云母二長花崗巖,溈山巖體對區(qū)內(nèi)礦層影響不大。
區(qū)內(nèi)1:5萬水系沉積物測量Mn元素異常明顯,Mn元素的異常值強度大、分布廣,Mn元素異常峰值最高達36300ppm。高異常區(qū)分布范圍與區(qū)內(nèi)震旦系湘錳組含錳巖系在分布區(qū)域上相吻合,屬礦體引起的水系沉積物Mn異常。
震旦系下統(tǒng)湘錳組為賦礦地層,湘錳組上部以板巖為主,下部為含錳巖系,含錳巖系由上往下又主要分為含錳炭質(zhì)板巖夾硅質(zhì)板巖、錳礦層、含硅質(zhì)板巖、含砂質(zhì)條帶狀板巖。
錳礦層呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)于湘錳組下部含錳巖系中,其產(chǎn)狀與頂?shù)装鍑鷰r一致,沿走向或傾向略具微波狀起伏。地表及淺部為氧化錳礦,經(jīng)次生富集而形成,錳含量一般較高,氧化深度一般10m~30m不等,局部地段可達70m;往深部則是碳酸錳,一般垂直節(jié)理較發(fā)育,性脆,較堅硬,新鮮斷面可見沉積紋層。氧化礦厚度和原生礦厚度基本一致,氧化礦只是品位相對富集而已。
區(qū)內(nèi)錳礦層總體具分段富集特征,北段僅見礦化,碳酸錳礦層厚一般0.50m~1.00m,Mn品位1.69%~3.61%;中段碳酸錳礦層厚一般0.70m~1.00m,Mn品位一般15%~20%;南段碳酸錳礦層厚0.83m~0.90m,Mn品位7.78%~18.63%。錳礦層沿走向由北西往南東總體上具錳品位變富的趨勢。
(1)礦石礦物組成:氧化錳礦石系碳酸錳礦層及含錳巖系經(jīng)表生氧化作用而形成。主要由軟錳礦組成,含少量泥砂質(zhì)及褐鐵礦,其中軟錳礦占80%,泥質(zhì)10%,褐鐵礦含量小于1%,石英小于1%。碳酸錳礦石主要由菱錳礦組成,次為碳質(zhì)(2%~3%)、石英(1%~3%)、黃鐵礦(2%~6%)、粘土礦物(水云母)等;礦石呈玫瑰色,易氧化而呈褐黑色,節(jié)理較發(fā)育,通常為碳酸鹽脈或石英細脈所充填。
(2)礦石化學(xué)成分:主要成分為SiO2、Mn、Fe,次為CaO、MgO、Al2O3、TiO2、S、P等?;灲Y(jié)果顯示,礦區(qū)礦石屬磷偏高的中酸性貧錳礦石,伴生的微量元素均達不到有益或有害的標(biāo)準(zhǔn)。錳含量一般與SiO2成反相關(guān),與CaO、MgO成正相關(guān);伴生有益元素Co、Ni、Cu、Zn、Pb等含量低,不具工業(yè)價值。
(3)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造:碳酸錳礦石結(jié)構(gòu)主要為微晶粒狀結(jié)構(gòu)和莓狀結(jié)構(gòu)。微晶粒狀結(jié)構(gòu):礦石基本上由等向形菱錳礦微晶顆粒組成,粒徑一般在0.001mm~0.005mm之間;莓狀結(jié)構(gòu):菱錳礦常呈圓球形小顆粒,邊緣附著有一圈黑色的炭質(zhì)粉末,直徑多在0.008mm左右,且顆粒相互獨立,并保留著內(nèi)碎屑形態(tài)。礦石構(gòu)造主要為由炭質(zhì)相對聚集,平行展布而顯示的微層理構(gòu)造,局部可見碎裂狀構(gòu)造、纖維狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造等。
(4)礦石類型:按組成礦石的主要錳礦物可分為氧化錳礦石、碳酸錳礦石二種自然類型;按礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造為塊狀礦石類型。碳酸錳礦石是礦區(qū)內(nèi)主要礦石類型,工業(yè)類型屬磷偏高酸性中貧礦石。
(1)含錳巖系的厚度在一定程度上控制了錳礦的生成與總量,它們具有一定的正向關(guān)系。
(2)礦層頂板含炭泥質(zhì)較高者,則常為富礦;反之硅質(zhì)含量增多,則常為貧礦或無礦。
(3)微細方解石脈發(fā)育的礦石錳含量高,含較多黃鐵礦呈細小條帶狀或星簇狀、草莓狀集合體分布的礦石錳含量較高。
(4)上部氧化錳發(fā)育地段,預(yù)示深部碳酸錳厚度較大,品位較富。
(5)錳礦體沿走向大致具有分段富集的特點,南段礦體有往南東具錳含量增高的趨勢。
(1)巖相古地理環(huán)境。早震旦世時期,萬家坪錳礦位于江南古陸中段南緣,城步-桃江斷裂帶東側(cè)的古海灣東部,溈山古島東緣,區(qū)域內(nèi)有近古陸邊緣呈東西向方向展布的桃江~安化錳礦帶,和沿溈山古島邊緣分布的寧鄉(xiāng)~漣源~湘潭錳礦帶,該錳礦床與湘中地區(qū)“湘潭式”錳礦淺海相沉積礦床類似。
區(qū)域北部為江南古陸,南西面有北西向溈山~歇馬水下弧形隆起,由一個封閉性較好的障壁淺海海灣過渡為局限海盆(圖1)。海盆內(nèi)水動力微弱,水體結(jié)構(gòu)有利于藻類生物的生長繁殖及水體密度分層和錳質(zhì)濃集,形成了盆地中心炭泥質(zhì)頁巖相向四周過渡為炭泥質(zhì)碎屑巖相等,其中的錳質(zhì)巖~炭質(zhì)泥頁巖相是本區(qū)碳酸錳礦最有利的成礦巖相。
圖1 湘中區(qū)震旦紀(jì)湘潭式錳礦成礦期古地理簡圖
(2)錳質(zhì)來源。構(gòu)成盆地周圍古陸、古島的老地層中,含錳普遍較高,局部形成了錳礦床(點),這些含錳巖石中的錳質(zhì)經(jīng)風(fēng)化、剝蝕,以各種方式搬運至盆地水介質(zhì)中,成為錳質(zhì)的主要來源。構(gòu)成盆地邊界的深大斷裂及盆地內(nèi)“基底同沉積斷裂”將深部的錳質(zhì)導(dǎo)入盆地,成為錳質(zhì)的另一重要來源。
(3)古氣候條件。早震旦世湘錳期的氣候溫暖,有利于浮游藻類的生長繁殖,而藻類對錳質(zhì)的富集起著重要的作用。通過研究現(xiàn)代冰川與現(xiàn)代海洋中錳結(jié)核形成之間的聯(lián)系,認為冰川所產(chǎn)生的底層水水溫低,富含CO2和溶解氧,為弱堿性及硅酸不飽和,具備錳結(jié)核形成所需要的環(huán)境條件,冰川活動由強減弱和流速在正常條件下有利于錳結(jié)核形成。區(qū)內(nèi)早震旦世湘錳期為間冰期,其古氣候條件與現(xiàn)代海洋中錳結(jié)核形成的氣候條件極為相似,有利于錳質(zhì)的沉淀及碳酸錳礦的形成。
(4)古生物條件。主要反映在礦石中有機炭含量高和古蘭藻類化石豐富。一方面生物參與古陸(島)的風(fēng)化作用,使錳質(zhì)從含錳巖(礦)石中釋放出來進入盆地,為成礦創(chuàng)造條件,另一方面蘭藻類海生生物在生長過程中,不斷地從海水中選擇性地吸收分散的錳質(zhì)集于體內(nèi),死亡后尸體堆積于海底形成富錳質(zhì)尸集群,同時通過尸體腐爛分解釋放CO2,不斷改變、調(diào)節(jié)介質(zhì)的物理化學(xué)環(huán)境,使錳質(zhì)不斷濃集于底層水中及沉積物內(nèi),直至海解、成巖早期,形成MnCO3的大量沉淀與富集成礦。
總之,萬家坪錳礦形成于早震旦世湘錳期,屬“湘潭式”沉積錳礦床。該區(qū)當(dāng)時處于封閉~半封閉淺海陸棚盆地亞相,該亞相帶位于遠岸低能帶上,地勢較低,水體寧靜,具備堿性還原條件,利于有機質(zhì)、錳質(zhì)、碳質(zhì)的聚集,沉積了一套水平層理發(fā)育、黃鐵礦呈星散狀或草莓狀集合體大量產(chǎn)出的黑色巖系,是區(qū)內(nèi)主要的成錳環(huán)境。