贵州松桃白石溪锰矿床地质特征与找矿标志

2021-10-21冯开友金廷福曾俊芳李丽斌

四川有色金属 2021年3期

冯开友，金廷福，曾俊芳，李丽斌

（1.贵州省地质矿产勘查开发局一〇三地质大队，贵州铜仁 554300；2.贵州工程应用技术学院，贵州毕节 551700）

白石溪锰矿位于松桃县城南西方向直线距离35公里孟溪镇木耳村，为大屋锰矿的一部分，属大塘坡式锰矿。贵州省地矿局108地质队于1966年开展区域调查时发现，1978-1983年开展了普详查工作并编制了报告，2004年开始设置采矿权，至今仅开展少量矿山地质工作，研究程度低。附近区域一直是贵州省锰矿找矿的重点区域，与此同时人们对该类锰矿成因认识又各有不同，有生物成因［1-2］、海底火山喷发—沉积锰矿［3］、浊流沉积有关［4］、热水沉积［5］、盆内海底扩张活动带含锰热水的“内源外生”［6］、锰成矿与“雪球地球”事件有关［7］、古天然气渗漏沉积成矿［8］。因此，有必要对白石溪锰矿进行矿床地质特征研究，分析矿床成因、控矿因素，提出几点找矿标志，以期为该地区下一步找矿工作提供参考。

1 区域地质背景

按照华南南华纪锰矿成矿区带划分［9］，白石溪锰矿位于南华裂谷盆地锰矿成矿区，武陵锰矿成矿带，石阡-松桃-古丈锰矿成矿亚带,受松桃大屋地堑盆地控制（图1）；按照全国成矿区带的划分［10］，属于滨太平洋成矿域（Ⅰ-4）的扬子成矿省（Ⅱ-15），三级成矿单元中属于上扬子中东部(台褶带)PbZnCuAgFeMnHgSb磷铝土矿硫铁矿成矿带(Ⅲ77)。

图1 黔渝湘毗邻区南华纪早期武陵次级裂谷盆地构造古地理图［9］

白石溪锰矿大地构造位置处于五级分区中的铜仁开阔复式褶皱变形区，构造样式为阿尔卑斯型。褶曲以北北东向为主，东西向为辅；断裂以北北东、北东向为主，次为近东西向；地层出露较多，以梵净山穹状背斜核部为中心，向四周大致呈环状由老至新出露，出露地层有元古界梵净山群至震旦系、古生界寒武系及奥陶系、新生界第四系（图2）。

图2 白石溪锰矿区域地质图

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区位于梵净山穹状背斜北东向，出露地层有清水江组第四段、铁丝坳组、大塘坡组、南沱组及第四系；地层走向呈NE—SW向，倾向NW，倾角10°～25°。南华系铁丝坳组与下伏地层为不整合接触，其余各层均为整合接触（图3）。现由老至新概述如下：

图3 白石溪锰矿矿区地质及工程分布图

清水江第四段：灰白色石英岩状砂岩、长石石英砂岩偶夹粘土质粉砂岩，具楔状、板状交错层，厚度大于50m。

铁丝坳组：下部为黄绿色含砾杂砂岩、细砂岩夹粘土岩，局部见斜层理；上部为灰黑色含砾炭质砂岩或粉砂岩，常夹含锰质炭质粉砂质页岩，厚度为1m～10m。

大塘坡组分为两段：第一段为赋锰层位，黑色炭质页岩，其下部常含菱锰矿，中上部偶见凝灰质粘土岩，厚度为6m～34m；第二段下部为灰黑色含炭质粉砂质页岩，由上向下砂质减少，炭质增多；中上部为灰绿色粉砂质页岩及粉砂质粘土岩，发育层纹构造，厚度为170m～256m。

南沱组：上部和下部都是冰碛砾岩，其砾石细小，选性不明显，砾石组成复杂，较大砾石多呈棱角状，较小砾石多呈浑圆状，砾径多为0.2cm～10cm，下部砾径稍小，其间夹粉砂质粘土岩、砂岩及白云岩透镜体，厚度大于31m。

第四系：为残坡、洪、冲积物的粘土、砂、砾石等，厚度为0m～16m。

2.2 构造

矿床处于梵净山背斜北东部，总体为一倾向北北西的单斜构造，走向北东东，倾角5°～31°。构造简单，矿区仅见F2断层，现简述如下：

F2断层：矿区长约250m，倾向南东，倾角在55°左右，破碎带宽10m～15m，走向北东，角砾岩发育，胶结物为炭泥质，发育白色方解石或石英细脉，牵引褶曲发育。断距约40m，为正断层性质。对矿体破坏大，将矿体分割为南东及北西两个矿体。

3 矿床地质特征

3.1 含锰岩系特征

大塘坡组第一段，习称“含锰岩系”，为区内赋锰层位，其岩性组合特征由上至下叙述如下：

3.2 矿体展布

该矿体赋存于含锰岩系下部，产状与围岩一致，倾向NNW，倾角17°～23°，走向NEE，呈层状、似层状缓倾斜产出。F2将其切割呈北西及南东两个矿块，北西较南东品位贫、厚度薄。矿体标高最低608m，最高860m，东西长约1450m，南北宽约800m，其厚度变化小，为简单型；锰品变化亦小，属均匀型。

表1 含锰岩系特征综合表

3.3 顶底板特征

3.3.1 顶板特征

锰矿层顶板为黑色炭质页岩及含锰炭质页岩。炭质页岩和含锰炭质页岩均具鳞片结构，条纹条带状构造。

3.3.2 底板特征

锰矿层底板亦为黑色炭质页岩或含锰炭质页岩，或者为铁丝坳组灰色含砾砂岩，炭质页岩与含锰炭质页岩特征与顶部相同，含砾砂岩具砂状结构，块状构造，断口参差不齐。

3.4 矿石结构构造

3.4.1 矿石结构

主要有泥晶、鳞片和粉砂质结构。

泥晶结构：菱锰矿集合体呈泥晶呈圆状、似圆状、椭圆状等形态，其晶粒间有泥炭质及陆源碎屑等矿物类充填（图5-a、b），常常构成块状构造。

鳞片结构：菱锰矿集合体多呈长条、扁豆、鱼鳞等形态定向分布，粘土、泥炭质矿物等矿物及组分均呈弱定向排列，定向分布，多构成条纹条带状构造（图5-c）。

粉砂质结构：菱锰矿形成的晶粒集合体呈线状、条纹、条带等形状产出，炭质、粉砂屑及粘土等充填其中。粉砂屑较为突出，含量较高，多形成条纹条带构造（图5-d）。

图5 白石溪锰矿矿石结构照片

3.4.2 矿石构造

主要为块状、条纹条带状和碎裂状构造。

块状构造：菱锰矿的矿物集合体呈圆状、似圆状、椭圆状等形状分布于矿石中，其间被粘土、泥炭质和粉砂屑等组分填充，相互紧密相嵌。

条纹条带状构造：菱锰矿、粘土和泥炭质等矿物成分，各自相对呈线状、条纹状、条带状富集，使其具有较明显的条纹条带。

碎裂状构造：上述两类矿石受地质应力作用常发生层纹挠曲、破碎等现象，裂隙裂纹发育，发育程度与应力相关，分布无序，沿裂隙为次生碳酸盐、石英等呈细脉状矿物充填，胶结已破碎的矿石。

3.4.3 时空上矿石结构构造与锰含量的关系

在平面上：矿体长轴为北东东向（走向），短轴方向为北北西向（倾向），矿层厚度沿走向方向延深，变化较小，从北东东到南西西，为泥晶结构—厚层块状和薄层块状构造；泥晶、鳞片或粉砂质结构—条带状或层纹状构造；粉砂质结构—条带状构造，其锰含量逐渐变贫。矿层厚度沿倾向延伸逐渐变薄至尖灭（见图4、图6），变化较大。从北北西向南南东，为泥晶结构—厚层块状和薄层块状构造；泥晶、鳞片或粉砂质结构—条带状或层纹状构造；粉砂质结构—条带状构造，其锰含量逐渐变贫。

图4 白石溪锰矿床地质剖面图

图6 白石溪及邻区倾向方向含锰岩系柱状对比图

在垂向上：变化较简单，部分矿体见1～2层夹石之。矿层顶底板及夹石皆为炭质页岩，夹石呈似层状、透镜状，连续性差。自下而上大致是：泥晶、鳞片或粉砂质结构—条带状或层纹状构造；为泥晶结构—厚层块状和薄层块状构造；粉砂质结构—碎裂（角砾）状构造。

3.5 矿石组分

主要矿物组分以菱锰矿为主，其次为粘土矿物、泥炭质及碎屑矿物等，其矿物组分与矿石构造特征见下表2。

表2 主要矿物成分统计表

4 矿床成因分析

Rodinia超大陆裂解与大塘坡式成矿时间相当，该区域锰矿成矿事件可能与Rodinia超大陆裂解有关，可能属于该期全球构造—热液成矿事件的重要组成部分。

扬子地块东南缘南华纪锰成矿带中锰矿床成矿均受拉张的构造背景控制，区内深大断裂构造发育。综合上述研究，推测白石溪锰矿床为深部富锰热水（或气液）沿深大断裂上升达深水盆地底部部位，因受上覆巨厚且未完全固结成岩的岩层阻挡，使得富锰热水（或气液）在其底部部位不断聚集，随着挥发分逐渐积累，压力也逐渐增大，当压力大于上覆未完全固结成岩的巨厚碳质岩层自身能承受的应力，便会使其破裂、甚至破碎，富锰热水（或气液）便沿裂缝/裂隙快速运移至适合的部位，锰矿析出和富集，多次脉动式成矿叠加，形成了白石溪锰矿床。

综上所述，这种富锰热水温度可能比较高，结合以往许多岩浆型（或岩浆热液型）矿床中多发育有隐爆角砾岩，两者所表现的特点又具有一定相似性，推测白石溪锰矿成矿与富锰气液有关更为合理。在该南华纪锰成矿带内其它典型矿床中，如大塘坡锰矿床中，周琦等（2013）［8］研究认为其围岩和矿石表现出气泡状构造、渗漏管构造、底辟构造等构造等特点。因此认为白石溪锰矿床属古天然气渗漏沉积成矿。

菱锰矿和透镜状白云岩形成的简要化学过程如下［11］：

2HCO3-+Mn2+→MnCO3+CO2+H2O（菱锰矿）

4HCO3-+Mg2++Ca2+→MgCa［CO3］2+2CO2+2H2O（白云岩）

5 控矿因素分析

5.1 构造控矿

大塘坡式锰矿的成矿作用是在Rodinia超大陆裂解背景下发生的，该类锰矿床基本分布于区域NE-SW向深大断裂所控制的裂谷盆地中（图1），受古地理、古构造控制［12］。

5.2 沉积环境

白石溪锰矿床分布于次级地堑盆地松桃大屋地堑盆地中，大致处于该地堑深水盆地的中心，此部位水动力条件弱，有利于巨厚炭质页岩形成，为菱锰矿成矿提供了有利条件。

5.3 岩性控矿

白石溪锰矿产于含锰岩系下部炭质页岩中，矿体呈层状、似层状（图4），与围岩整合产出，中部较厚，向四周逐渐变薄直至尖灭，菱锰矿体厚度与炭质页岩厚度正相关，向NE方向炭质页岩变厚，而菱锰矿体逐渐变厚，锰矿品位相对增高。从锰矿体赋存岩性特征看，矿体中部主要赋存于炭质页岩中，向四周粉砂含量增多，碳质减少，直至过渡转变为粉砂质页岩。