水城徐家寨锰矿床地质特征及成矿模式

朱和书

（贵州省地矿局102地质大队，贵州 遵义 563003）

1 地质背景

贵州水城徐家寨锰矿在区域上位于上扬子陆块（V2）二级构造单元，南缘被动边缘褶冲带（V2—7）的六盘水叠加褶皱带（V-2-7-4）内，其内发育有北西向的堕却背斜、威宁至六盘水的威水背斜以及其南侧的北西向沟木底向斜。

1.1 地层

区内出露地层有石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、上白垩统及第四系。岩性以砂岩、泥岩、灰岩、白云岩及硅质岩为主。锰矿主要产于中二叠统茅口组第二段顶部、峨眉山玄武岩之下。

1.2 岩相古地理特征

徐家寨锰矿所在区域岩相古地理格局较单调，据其沉积物特征分析，该区为开阔碳酸盐台地相（OP），且是区内主要的沉积环境。在该开阔台地相内发育了大小不等的深水碳酸盐沉积区-台沟（DB）（图1）。

深水碳酸盐沉积区发育一套深灰、灰黑、灰色厚层块状泥晶灰岩，生物屑泥晶灰岩，含燧石生物灰岩及硅质岩、泥岩。其中以深灰、灰黑色薄层具微细纹层的硅质岩，硅质泥岩、硅质灰岩为主。

图1 研究区岩相古地理略图

2 矿床地质特征

2.1 含矿岩系特征

研究区锰矿主要产于中二叠统茅口组第二段，其岩性为一套灰岩、硅质岩、含锰硅质岩、含锰灰岩及锰矿层为主的岩石组合，是研究区的含矿岩系。按岩性特征自下而上分为一、二、三段，其中主含矿层是含锰岩系第二段（P2m2），第一段（P2m1）局部可见少量锰矿化，第三段（P2m3）为纯灰岩，不含锰矿。含矿岩系剖面特征如下：

上覆地层：二叠系中统峨眉山玄武岩组（P2-3β）褐黄色风化玄武岩，底部见30cm厚的玄武质凝灰岩。 厚>100 m

含锰岩系（P2m） 75.05m

含锰岩系三段（P2m3） 49.15m

10.浅灰色块状含生物碎屑细晶灰岩。 22.57m

9.灰色厚层块状含生物碎屑细晶灰岩夹中厚层状细晶灰岩。 11.59m

8.深灰色、灰色薄至中厚层细晶灰岩来燧石条带及团块。 14.99m

含锰岩系二段（P2m2） 9.28m

7.灰色块状含生物碎屑细晶灰岩，间夹燧石团块。 3.41m

6.褐黑色土状氧化锰矿夹数层薄层状含锰硅质岩,硅质岩单层厚0.5～5cm。 2.75m

5.灰黑色、灰色薄至中厚层状含锰硅质岩。 0.40m

4.褐黑色土状氧化锰矿夹含锰粘土岩。 0.58m

3.褐黄色薄层状含锰硅质岩。 0.58m

2.褐黑色土状氧化锰矿夹含锰灰岩透镜体。 1.56m

含锰岩系一段（P2m1） 16.62m

1.灰色、深灰色中厚层状含锰细晶灰岩。

下伏地层：二叠系中统茅口组（P2m）浅灰色、灰色中厚层至厚层状灰岩，夹燧石团块。 厚>100m

2.2 矿体特征

矿体赋存于茅口组上部含锰岩系（P2m2)地层中，出露于地表及地下浅部，埋深一般在80m～100m以浅范围内。矿体严格受层位控制，呈层状、似层状顺层产出，产状与围岩基本一致，局部有分支、复合等现象。走向北北西—南南东，倾向南西，倾角67°～80°，平均倾角74°。矿体最小厚度1.63m，最大厚度3.90m，平均厚度2.57m。矿体内有不稳定夹石层，矿石与夹石常互层产出。根据矿体在地表的出露情况，可将矿区矿层划分为四个矿体，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号矿体（图2）。

图2 矿体分布示意图

Ⅰ矿体：南东起自F1断层，北西止于彭家寨，长约 520m，厚度 2.72～2.96m，平均厚 2.84m。矿体呈层状、似层状顺层产出，埋深80m～100m不等。产状与围岩基本一致，走向北北西—南南东，倾向南西，倾角62°～81°，平均倾角72°。

Ⅱ矿体：南东起自彭家寨北，北西止于锅圈岩南，长约1000m，厚度1.90m～2.28m，平均厚2.08m。矿体呈层状、似层状顺层产出，埋深80m-100m不等。产状与围岩基本一致，走向北北西—南南东，倾向南西，倾角69°～83°，平均倾角76°。

Ⅲ矿体：南东起自大夹岩，北西止于小夹岩，长约445m，厚度1.63m～3.43m，平均厚2.53m；矿体呈层状、似层状顺层产出，埋深80m～100m不等。产状与围岩基本一致，走向北北西—南南东，倾向南西，倾角61°～82°，平均倾角72°。

Ⅳ矿体:南东起自小夹岩北，北西止于矿区北边界，长约282m，平均厚度3.90m。矿体呈层状、似层状顺层产出，埋深80m～100m不等。产状与围岩基本一致，走向北北西—南南东，倾向南西，倾角58°～84°，平均倾角71°。

2.3 矿石矿物特征

2.3.1 矿石矿物成分

矿石矿物主要由硬锰矿、软锰矿和偏锰硅酸盐矿物等组成。脉石矿物以粘土矿物为主，杂有少量褐铁矿、赤铁矿、石英、黄铁矿等。

软锰矿：为矿区主要矿石矿物，主要见于土状矿石中。结晶粒径<0.03mm，微—隐晶质。产出特征为：呈微—隐晶质它形粒状晶体纹层状、星散状断续分布于矿石之中，含量2%～20%。

硬锰矿：主要产于土状矿石中。镜下鉴定结晶粒径＜0.10mm,细－粉－微－隐晶级，呈他形粒状晶体星散状、网脉状分布于矿石中，含量1%～30%。

2.3.2 矿石化学成分

表1 矿石主要化学组份一览表

氧化锰矿石主要化学成分为 Mn、Fe、SiO2，三者总量达42.50%～89.21%，平均为57.88%。Mn是矿石中最主要有用成份，SiO2和P是矿石中最主要有害成分（表1）。

1）Mn的含量及其变化。矿区单件样品 Mn含量为13.12%～34.64%，Mn平均含量20.06%。

2）SiO2的含量及其变化。SiO2是锰矿石主要有害成分。矿区锰矿石与硅质岩、硅质灰岩互层产出。在锰矿体中常有薄至极薄层硅质岩和硅质灰岩的夹石，因此 SiO2的含量有时较高。单件样品 SiO2为21.77%～39.71%，平均含量为28.15%。

3）Fe的含量及其变化。矿石单件样品Fe的含量为7.61～14.86%。矿体内Fe的平均含量为9.67%，Mn+Fe为29.73%，Mn/Fe为2.07。

4）P的含量及其变化。P是确定矿石质量的主要指标之一，矿区内P的含量0.047%～0.211%，平均0.118%，P/Mn 为5.88‰。

2.3.3 矿石结构构造

矿石结构为微-隐晶(或它形粒状)结构，矿石矿物中软锰矿(<0.015mm)呈微晶至隐晶级它形粒状晶体，硬锰矿呈细-粉-微-隐晶级它形粒状晶体、星点状、脉状。矿区氧化矿石中还普遍存在蚀变后的褐铁矿假象结构。矿石多呈土状、致密块状和星散状及变胶状构造（图3）。

图3 (XB 2-1 ) 变胶状构造（单偏光 目镜10× 物镜4×）

3 成矿模式

3.1 成矿地质环境

在中二叠世茅口晚期，古断裂构造及峨眉山地幔热柱的活动为矿源的运移提供了动力；浅海碳酸盐岩相中的开阔台地相为矿质沉淀提供了场所。在台地内发育的大小不等的深水沉积区—台沟（HP）更是良好的容矿空间。第四纪时期的风化剥蚀及氧化淋滤是导致成矿的主要原因。

3.2 成矿物质来源

关于锰质来源，历来有内源和外源两种认识，过去多认为沉积锰矿中的锰质主要来自古陆，但越来越多的学者对此提出了异议。由于沉积相、岩石组合及低速沉积作用的限制条件，锰质来自陆地的可能性极小[6]。本文通过对前人的认识分析和对现有地质资料的综合分析认为，研究区锰矿的成矿物源来自于以下三个方面：一是由于海底喷流作用，通过深大断裂将富含铁锰质的成矿流体带出并运移至成矿空间；二是早期形成的玄武岩经过长期的风化剥蚀并将富含锰质碎屑物搬运至成矿空间；三是研究区西缘部分地段，富含锰质的玄武岩熔流伸入成矿空间，在海水的作用下析出锰质。

3.3 矿床成矿模式

在综合以上成矿环境和成矿地质特征的基础上，总结得出徐家寨锰矿成矿模式（图4）。矿床形成于中二叠世茅口晚期，其成矿过程分为两个阶段:第一阶段为物源的准备阶段:中二叠世茅口晚期，古断裂构造及峨眉山地幔热柱的活动促使了峨眉山玄武岩的喷发（海底喷流），喷发的流体中含有大量的富Si、富Mn等成矿元素。这些成矿元素随流体进入海水中与海水中的CO232-发生化学反应形成硅酸盐矿物并被搬运到水城-纳雍台沟中沉积形成富含锰质的层状硅质岩；喷发至大陆的玄武岩熔流伸入台沟，在海水的作用下，析出硅质锰质，沉积含锰硅质岩、硅质灰岩层；另外，早期形成的大陆玄武岩经过风化剥蚀、淋滤等地质作用，Si、Mn、Fe等成矿元素被析出并被迁移至台沟后，经过海解作用，形成富含锰质的硅质岩、硅质灰岩。这是成矿的准备阶段，为成矿提供了充足的物源。第二阶段为成矿阶段:燕山运动促使地壳的抬升，中二叠世茅口晚期沉积的富含锰质层状硅质岩、硅质灰岩上升为陆，在长期的剥蚀、切割作用下，出露于地表，经风化淋滤作用，易于溶解的物质被带出，留下的Si、Mn、Fe等成矿元素最终富集形成具有沉积特征的沉积-风化锰帽型氧化锰矿床（图3）。

4 结 论

本文通过对徐家寨锰矿矿床地质特征及成矿模式的研究，对矿区矿体、矿石等的深入分析认为：

1）徐家寨锰矿的形成与岩相古地理关系密切，矿体主要产于水城—格学台沟内，其岩性为一套深灰、灰黑色薄层具微细纹层的硅质岩，硅质泥岩、硅质灰岩等。水城—格学台沟为锰矿的沉积成矿提供了沉积环境条件。

2）徐家寨锰矿矿体特征受地层产状、构造发育情况、地形条件等因素控制。地形切割越大、构造发育好且有含矿岩系出露的区域，矿体延伸、厚度及矿石品位就好。

图4 成矿模式示意图

3）徐家寨锰矿成矿模式主要分为两个阶段，即物源准备阶段和氧化成矿阶段。早期形成的含锰硅质岩，在后期的风化淋滤作用下，最终富集形成氧化锰矿石。成矿物源的准备为氧化成矿提供了物质基础，是成矿的前提条件。

[1] 贵州省地矿局, 贵州省区域地质志[M], 北京: 地质出版社, 1987，

[2] 刘巽锋, 等. 贵州锰矿地质[M]. 贵州人民出版社, 1989.

[3] 贵州省地质矿产局区域地质调查大队. 贵州岩相古地理图集[M], 贵州科技出版社, 1992.

[4] 刘瑞东, 程玛莉, 魏怀瑞. 贵州水城二叠系含锰岩系地质地球化学特征与锰矿成因分析[J], 大地构造与成矿学, 2009.

[5] 韩忠华, 潘家州, 浅析贵州二叠系锰矿与玄武岩之关系[J]. 贵州地质, 2007.

[6] 朱炳泉. 关于峨眉山溢流玄武岩省资源勘查的几个问题[J]. 中国地质, 2003, 30（4）.