河北寬城南溝門錳礦地質(zhì)特征及礦床成因研究

馬 驍，劉敏鵬，靖榮奇，翟?shī)^軍，郝 沖

(中冶一局城市安全與地下空間研究院有限公司，河北 張家口 075100)

0 前 言

我國(guó)錳礦床成因類型眾多，可以分為海相沉積型、火山沉積型、碳酸鹽巖中熱水沉積型、巖漿熱液型、受變質(zhì)型及表生型。其中，海相沉積型占資源量的71．40%，表生型占15．70%，是2種最主要的類型，而海相沉積型占據(jù)了主導(dǎo)地位。海相沉積型錳礦具有明顯的時(shí)控性特點(diǎn)，形成了古元古代、中—新元古代和顯生宙3次成礦爆發(fā)期。近年來(lái)，先后在貴州、廣西、湖南、山西、新疆等地發(fā)現(xiàn)了錳礦床[1]，而河北錳礦受到諸多因素影響，錳礦資源勘查依然存在諸多問(wèn)題，河北錳礦資源儲(chǔ)備嚴(yán)重不足。因此，河北錳礦資源勘查和研究迫在眉睫。河北的錳礦主要產(chǎn)于中元古代華北陸塊的燕遼裂谷帶，在該地區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的錳礦有遷西縣秦家峪錳礦、薊縣東水廠錳礦、赤城蔡莊子錳礦等[2-5]。河北北部位于華北陸板北緣燕遼裂谷帶內(nèi)，沉積了較厚的中—新元古代海相地層，而沉積型錳礦的形成與古海洋環(huán)境有關(guān)，很多大型、超大型錳礦均形成于深層海水缺氧環(huán)境[6]。因此，該地區(qū)錳成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，具有較好的找礦前景。

1 區(qū)域地質(zhì)

1.1 區(qū)域地層

區(qū)域上出露的巖石地層為太古界遷西群上川組、拉馬溝組、跑馬場(chǎng)組，中上元古界長(zhǎng)城系、薊縣系，中生界侏羅系，新生界第四系。

太古界遷西群上川組主要巖性為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、紫蘇斜長(zhǎng)片麻巖、黑云變粒巖、紫蘇淺粒巖。太古界遷西群拉馬溝組主要分布在區(qū)域東北部，主要巖性為斜長(zhǎng)角閃巖、斜長(zhǎng)變粒巖、黑云斜長(zhǎng)變粒巖、透輝斜長(zhǎng)角閃巖、斜長(zhǎng)片麻巖，花崗質(zhì)片麻混合巖。太古界遷西群跑馬場(chǎng)組在區(qū)域北部有少量分布，主要巖性為角閃斜長(zhǎng)片麻巖、輝石角閃斜長(zhǎng)片麻巖、二輝斜長(zhǎng)片麻巖。

中元古界長(zhǎng)城系大紅峪組主要分布在區(qū)域中部及東部，下與太古界拉馬溝地層呈斷層接觸，上覆地層為高于莊組。其主要巖性為紫紅色—白色石英長(zhǎng)石細(xì)砂巖。長(zhǎng)城系高于莊組分布于區(qū)域中部及東部，下與大紅峪組地層整合接觸，上覆地層為薊縣系楊莊組；該組分4個(gè)巖性段，是礦區(qū)主要的含礦層。

中元古界薊縣系楊莊組主要分布在區(qū)域中部及東南部，下與高于莊地層整合接觸，上覆地層為霧迷山組。其主要巖性為紫紅色薄層—厚層泥質(zhì)白云巖、含砂泥質(zhì)白云巖夾厚層含燧石條帶白云巖。上元古界青白口系長(zhǎng)龍山組為紫紅色、黃綠色頁(yè)巖夾薄層海綠石細(xì)砂巖；景兒峪組巖性為灰紫、黃綠色薄層板狀白云質(zhì)灰?guī)r夾頁(yè)巖。

古生界寒武系主要分布于區(qū)域東南部，該組主要巖性為灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、白云巖、礫屑白云巖、頁(yè)巖、砂巖。中生界侏羅系髫髻山組主要分布于區(qū)域中南部，主要巖性為中性火山碎屑巖、熔巖、沉積巖。新生界第四系主要分布在山間溝谷、山間平原。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

褶皺構(gòu)造：總體來(lái)看，受寬城凹褶束構(gòu)造影響，太古界地層呈現(xiàn)北西—南東走向的向斜盆地，盆地沉積有中上元古界沉積蓋層。沉積蓋層受向斜控制，在工作區(qū)附近形成走向北西—南東，傾向南西的單斜構(gòu)造。

斷裂構(gòu)造：區(qū)域上受密云—喜峰口一帶深大斷裂區(qū)域構(gòu)造影響，斷裂較發(fā)育。區(qū)域內(nèi)斷層以北西向?yàn)橹鳎瑑A向南西，并有少量近東西向和北北東向次級(jí)斷層發(fā)育。該區(qū)處于北東向、北北東向及北西向構(gòu)造的交會(huì)部位，通過(guò)研究表明，北東向及北北東向的斷裂是主要控巖、控礦構(gòu)造，而北西向和北北西向斷裂為流體運(yùn)移和礦質(zhì)沉淀提供了導(dǎo)礦通道和容礦空間。

1.3 巖漿巖

巖漿巖主要發(fā)育于區(qū)域的東部和北部。中細(xì)?；◢弾r體、閃長(zhǎng)巖脈、斑狀花崗巖等主要分布于調(diào)查區(qū)的東部和北部。中粗粒閃長(zhǎng)巖在區(qū)域西部有少量分布。燕山期本區(qū)構(gòu)造巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，產(chǎn)生了北北東向斷裂帶和早期的構(gòu)造交織網(wǎng)，為巖漿活動(dòng)提供了有利構(gòu)造空間，引發(fā)熔巖噴發(fā)及淺層次火山巖的侵入，同時(shí)派生一系列北西向、北北西向斷裂帶。礦區(qū)內(nèi)形成了火山巖—次火山巖組合的火山構(gòu)造機(jī)構(gòu)控礦作用。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地 層

礦區(qū)出露地層自老至新為太古界遷西群拉馬溝組，中上元古界長(zhǎng)城系大紅峪組、高于莊組一段～四段。太古界遷西群拉馬溝組地層在礦區(qū)出露較少。長(zhǎng)城系大紅峪組呈北西走向分布于礦區(qū)中部，傾向南西，傾角45°左右，厚約310 m。底部約4 m厚底礫巖，礫石以脈石英、石英巖為主，其次有片麻巖、燧石、玄武巖，砂質(zhì)、泥質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)；下部為長(zhǎng)石石英砂巖，紫紅色—白色，碎屑成分為石英巖屑、長(zhǎng)石巖屑和黏土礦物。上部為灰色燧石條帶粉晶白云巖與翠綠色富鉀頁(yè)巖互層，硅質(zhì)層較發(fā)育；頂部約1～3 m含錳頁(yè)巖。底礫巖和含錳頁(yè)巖可作為該組巖性分層標(biāo)志。

長(zhǎng)城系高于莊組呈北西走向在礦區(qū)大面積分布，傾向南西，傾角一般45°左右，分4個(gè)巖性段。一段下部巖性為灰黃色粉砂巖夾頁(yè)巖；上部為灰黃色—灰白色燧石結(jié)核(條帶)白云巖；頂部為一薄層砂質(zhì)白云巖。二段上部主要巖性為灰色中厚層含錳微晶白云巖、泥晶白云巖，厚100～180 m。下部為暗灰色—紫灰色薄層狀含錳粉砂巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖，厚90～130 m。含錳層位分布于二段下部含錳粉砂巖及頁(yè)巖中，巖石為灰黑色，地表風(fēng)化為黑褐色—紅褐色，粉砂碎屑結(jié)構(gòu)，薄層—片狀構(gòu)造，主要礦物組成為粉砂碎屑，少量黏土礦物和白云石等。三、四段未分：上部巖性為深灰、灰白色厚—巨厚層白云巖，含燧石條帶及團(tuán)塊；下部為淺灰、深灰色中厚層夾薄層白云巖，局部含錳，但含量低。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)總體為單斜構(gòu)造，地層走向北西，傾向205°～245°。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅在礦區(qū)東北側(cè)發(fā)現(xiàn)一條規(guī)模較大的北西—南東向正斷層，錯(cuò)斷大紅峪組地層，并使大紅峪組地層與太古界地層呈斷層接觸。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅發(fā)現(xiàn)2個(gè)閃長(zhǎng)巖巖株、1條二長(zhǎng)斑巖巖脈，規(guī)模均較小，其中二長(zhǎng)斑巖巖脈穿過(guò)含錳地層。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 賦礦層位及其特征

高于莊組與下覆的大紅峪組基本為連續(xù)沉積，局部有不明顯的沉積間斷，由碎屑巖、白云巖組成，屬于濱?！獪\海相沉積。高于莊組可分為四段，其中二段的中下部為錳礦的賦存層位，其巖性由下而上為含錳含粉砂質(zhì)頁(yè)巖、含錳泥質(zhì)白云巖、含錳白云巖、黑色泥晶狀白云巖、中厚層狀微含錳白云巖。

3.2 礦體特征

南溝門含錳沉積層賦存于中元古界長(zhǎng)城系高于莊組二段下部地層中，厚度、產(chǎn)狀穩(wěn)定。含錳巖石為含錳粉砂巖與含錳粉砂質(zhì)頁(yè)巖，含錳沉積層淺部為碳酸錳礦床的氧化帶，錳礦體多為層狀、似層狀、透鏡體狀，礦體產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀基本一致。礦體總體走向近東西向，西陡東緩，走向長(zhǎng)度約6.50 km，厚度5.13～16.48 m，呈層狀產(chǎn)出?？傮w走向北西，傾向南西，傾向205°～245°，傾角25°～60°，Mn品位最低9.68%，最高16.14%，平均品位為12.22%。地表(氧化礦)厚度最小5.13 m，最大16.48 m，平均8.15 m；深部(原生礦)厚度最小2.45 m，最大8.61 m，平均6.14 m。由鉆探和槽探工程控制，控制礦體最大斜長(zhǎng)為6.50 km。礦體賦存層位延深不超過(guò)4 m，其對(duì)應(yīng)層位巖石Mn含量<10%，說(shuō)明礦體原巖為含錳粉砂巖，經(jīng)風(fēng)化淋濾富集作用形成錳氧化殼，分布只局限于地表淺部，且該礦體地表分布不連續(xù)，局部富集，局部貧化。

3.3 礦體圍巖及夾石

礦體頂?shù)装鍑鷰r一般為暗灰色薄層含錳粉砂巖、粉砂質(zhì)白云巖。夾石為少量泥質(zhì)頁(yè)巖。該巖系普遍含錳，含錳較高時(shí)候可以形成貧錳礦體。圍巖與礦體界線呈漸變關(guān)系，沒(méi)有明顯界線。

3.4 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

錳礦物以膠結(jié)物形式嵌布于砂粒間，氧化礦石的結(jié)構(gòu)分為3種：晶粒結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、膠體變晶結(jié)構(gòu)。原生礦石的結(jié)構(gòu)分為晶粒結(jié)構(gòu)、膠體變晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。

錳礦物氧化礦石的構(gòu)造以砂膠結(jié)構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造為主，脈狀構(gòu)造次之。原生礦石的構(gòu)造主要為脈狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造和砂狀膠結(jié)構(gòu)造。

3.5 含錳巖石的物質(zhì)組成

含錳巖石的巖性為長(zhǎng)城系高于莊組二段含錳粉砂巖、含錳粉砂質(zhì)頁(yè)巖；底板為砂質(zhì)白云巖；頂板為粉砂巖、頁(yè)巖、含錳砂質(zhì)白云巖。南溝門錳礦床具有典型的雙層結(jié)構(gòu)——表生氧化帶和深部原生礦帶，即氧化礦和原生礦。根據(jù)物相分析，含錳巖石表生礦床含錳礦物以軟錳礦為主，少量水(褐)錳礦、硅酸錳，原生礦床菱錳礦較少，氧化錳礦物中的錳占有率為84.54%(見(jiàn)表1)。常見(jiàn)伴生礦物為石英、長(zhǎng)石、鐵白云石、黏土礦物等。原生礦礦石礦物以菱錳礦為主，次生氧化水錳礦次之，其他錳礦物少量，脈石礦物以石英為主，其次為長(zhǎng)石，云母類少量。

表1 南溝門錳礦物相分析結(jié)果

氧化礦石中，錳礦物以軟錳礦膠結(jié)物形式分布于脈石礦物砂粒間。原生礦石中，錳礦物主要以菱錳礦、水錳礦等呈微粒集合體分散或脈狀分布于脈石之間，其他少量錳礦物則以膠結(jié)物形式嵌布于脈石砂粒間。氧化礦石中錳礦物顆粒粒度0.03～0.20 mm；原生礦石中錳礦物顆粒粒度為0.004～0.05 mm，脈狀錳礦物脈寬為0.02～0.05 mm，與石英、長(zhǎng)石脈石礦物緊密連生。此外，還有一部分脈石呈包體于錳礦物中。

3.6 礦石的化學(xué)成分

南溝門錳礦石氧化礦和原生礦的主要元素含量如表2所示，氧化礦的SiO2含量較原生礦石含量較高，且由于長(zhǎng)期的風(fēng)化淋濾作用，氧化礦石中的Fe2O3、MnO含量明顯較原生礦石富集。CaO、MgO、SO2流失明顯，低于原生礦，原生礦燒失量遠(yuǎn)高于氧化礦。原生礦FeO 、MgO含量比氧化礦石含量較高。

表2 南溝門錳礦氧化礦、原生礦化學(xué)分析結(jié)果 %

4 礦床成因及成礦規(guī)律

河北寬城南溝門錳礦主要賦存于長(zhǎng)城系高于莊組二段，形成時(shí)代為中元古代。哥倫比亞超大陸的聚合與裂解是古元古代—中元古代全球規(guī)模最大的地質(zhì)事件。古元古代和新元古代哥倫比亞超大陸的聚合與裂解過(guò)程造成海平面強(qiáng)烈的升降變化并造成氧化還原界面隨海平面遷移，受溶解度變化的影響，在氧化還原界面附近形成大規(guī)模錳礦[6-7]。華北古陸北緣受其影響也產(chǎn)生了積極響應(yīng)，與之對(duì)應(yīng)的事件就是形成燕遼坳拉槽、渣爾泰—白云鄂博—化德坳拉槽以及熊耳坳拉槽。其中，以燕遼坳拉槽最為典型，沉積了厚達(dá)上萬(wàn)米的碎屑巖—碳酸鹽巖—黏土巖序列。燕遼坳拉槽是在下伏長(zhǎng)城系常州溝組—大紅峪組的基礎(chǔ)上繼承和發(fā)展而來(lái)的，裂谷盆地基底及古構(gòu)造格局對(duì)高于莊組錳礦沉積具有重要的控制作用。盆地內(nèi)北東向斷裂、北西斷裂廣泛發(fā)育，局部還有一些層間滑動(dòng)產(chǎn)生的鞍狀虛脫構(gòu)造和侵入接觸構(gòu)造，共同控制了長(zhǎng)城系的沉積相、沉積物厚度以及錳的成礦作用[8-9]。

長(zhǎng)城系高于莊組延續(xù)時(shí)間約二億年，形成第一次空前的廣泛海浸期，形成一個(gè)寬廣平緩的陸表海。該時(shí)期的古構(gòu)造格局是北部為呈東西向展布的內(nèi)蒙古陸，東南側(cè)為山海關(guān)古隆起。原始的近東西向的馬蘭峪—湯道河水下高地把東半部的海域分割成南北兩部分：南側(cè)薊縣—遷西一帶的比較開(kāi)闊的半封閉的海盆，北側(cè)興隆—寬城一線呈東西向延伸的狹長(zhǎng)海槽。高于莊期的沉積環(huán)境為濱海相到亞淺海相深水陸棚，以濱海沉積為主的沉積環(huán)境沉積了一套巨厚的碳酸鹽巖為主的沉積建造[2-3]。高于莊組一段地層富含陸源砂屑組分；高于莊組二段地層富含陸源泥質(zhì)和錳質(zhì)；高于莊組三段地層不含或少含陸屑組分并含少量的灰質(zhì)(去白云化作用)。高于莊組四段與一段巖性特征相似，差別就是陸源砂屑少一些。寬城南溝門錳礦床主要產(chǎn)于長(zhǎng)城系高于莊組二段，巖性為薄層狀含錳白云質(zhì)粉砂巖夾含錳頁(yè)巖，礦體呈連續(xù)的層狀，與圍巖呈漸變關(guān)系。區(qū)內(nèi)含錳層位處于淺海相沉積的細(xì)碎屑巖中，原始沉積形成的錳礦物應(yīng)為菱錳礦，后期在地表氧化環(huán)境下，菱錳礦變成軟錳礦、硬錳礦，并因原巖中的碳酸鹽礦物流失而富集；深部原生帶中巖石錳含量稍低。礦床成因類型為海相沉積型。

5 找礦標(biāo)志及方向

1)地形標(biāo)志：高于莊組二段主要為薄層狀粉砂巖和粉砂質(zhì)頁(yè)巖，易風(fēng)化剝蝕，地貌上往往為低洼地形。

2)地理特征：薊縣至遷西一帶開(kāi)闊的半封閉海盆是尋找錳礦有利位置。

3)含礦層顏色：高于莊組二段巖石為褐灰—灰黑色，一、三段巖石呈灰色或淺色，兩者之間區(qū)別明顯。

6 結(jié) 論

1)南溝門錳礦位于華北陸塊北緣燕遼坳拉槽內(nèi)，區(qū)域成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，賦礦層位主要為中元古界長(zhǎng)城系高于莊組二段地層，可分為原生礦和氧化礦兩種類型。

2)南溝門錳礦礦床成因類型為海相沉積型。這種類型錳礦床的特點(diǎn)是品位低、厚度穩(wěn)定。目的層位高于莊組二段含錳粉砂巖氧化后顏色變?yōu)楹只疑?，容易辨認(rèn)。通過(guò)地質(zhì)填圖和槽探工程尋找礦體是行之有效的找礦方法。

3)該地區(qū)錳礦成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，應(yīng)注重在外圍尋找該類型的礦床。