湖南奥陶纪天马山组中沉积型氧化锰矿的发现

付胜云，樊 晖，田 磊，杜 云，王敬元

(湖南省地质调查院，湖南 长沙 410116)

湖南地质调查院在进行“1∶50 000湖南上堡地区矿产远景调查及湖南常宁市茶潦矿区锰矿预查”工作时，于2011－2013年在常宁茶潦村天马山组地层中，首次发现有沉积氧化锰矿存在，目前正在实施预查工作。湖南广阔的奥陶系上统碎屑岩台地相天马山组地层主要分布于湘南，其次分布于湘中，历史上对其地层有所研究，而对其中赋存的氧化锰矿未有研究。该锰矿的发现，为湖南新增了1个锰矿层位，丰富了湖南氧化锰矿的资料。从某种意义上讲，填补了中国南方奥陶系上统沉积型氧化锰矿的空白。这对天马山组地层、沉积氧化锰矿床等方面研究，对指导区域上寻找同类型的矿床，都有重要的意义。

1 天马山组简介

湖南奥陶系天马山组(O3tm)：岩石组合为砂岩和泥岩韵律性互层型。该类岩石组合的颜色较暗，反映产出于还原环境，而正型笔石化石也代表了深水环境特点，“复理石”韵律层，鲍马序列，槽模、沟模等沉积构造带有浊流沉积的特点。以上特征表明，这类岩石组合反映了水体较深、水动力条件较强的深水浊流沉积环境。

天马山组下段(O3tm1)：主要岩性为灰绿色、灰色、深灰色中厚层—巨厚层状浅变质细粒长石石英杂砂岩、浅变质石英砂岩夹粉砂质板岩、绢云母板岩，部分呈不等厚互层，部分构成复理石韵律。浅变质砂岩与板岩量比为2∶1～4∶1。发育有粒序层理、平行层理、沙纹交错层理、水平层理、包卷层理、象形印模、同生角砾等;常见鲍马序列有CDE、DE组合，其次为ABCE、ACE、BCE、CE组合。绢云母板岩中发育水平条带状构造，系一套厚度巨大的类复理石建造，属外陆棚、次深海陆缘斜坡相浊流沉积。其时代属晚奥陶世中、晚期。由于花岗岩及泥盆纪地层覆盖于其上而未到顶及未到底，部分地层因受花岗岩侵入影响，特别在矿区北部外接触带，岩石受热接触变质作用而形成斑点状板岩、角岩、角岩化砂岩等变质岩。常宁茶潦矿区实测总厚度＞1 664.04 m。

2 讨论

2.1 赋矿地层单元的确定

在湖南晚奥陶系岩石地层中有五峰组和天马山组。两者本系异物异名，描述非同一地质体建造。但形成时代相同，都可能赋存沉积型锰矿，根据湖南笔石(带)的研究，天马山组笔石带相当五峰组笔石带，地层时代属晚奥陶世，两者成岩时间相同［1］。五峰阶对应的岩石地层，为天马山组的下部地层。不同之处在于：岩性及总厚度不同，天马山组以变质砂岩占绝对优势，厚度多在1 600 m以上，五峰组以黑色硅质页岩、页岩、菱锰矿层和粘土层为主，是一套重要的生油岩系，在整个扬子地区均有分布，厚度多在20 m以下［2］;颜色不同，五峰组以黑色岩石为主，天马山组多为灰绿色、灰色岩石;天马山组多位于岩浆岩侵入体外围，有岩脉侵入，五峰组一般无岩脉侵入。因此矿区属天马山组地层。

2.2 含锰岩系的确定

据地层剖面测量：晚奥陶世天马山组下段(O3tm1)岩性分为5类：a浅变质石英杂砂岩;b条纹状粉砂质板岩、绢云母粘土板岩、板岩、斑点状板岩等;c浅变质石英砂岩夹板岩;d浅变质石英砂岩与条纹状粉砂质板岩、绢云母粘土板岩、板岩形成韵律层或不等厚互层;e条纹状粉砂质板岩、绢云母粘土板岩、板岩夹浅变质石英砂岩。浅变质石英砂岩多为粉砂结构，含少量石英微细脉或网脉;板岩中多见黄铁矿化及绿泥石化等蚀变。锰矿层具体赋存于上述e类岩石中，e类岩石在天马山组下段中部重复出现3次，共夹有3层氧化锰矿层，矿体与围岩整合接触，但局部有膨大缩小现象，局部尖灭再现，其连续性有待进一步研究。因此，矿区含锰岩系由泥质岩和粉砂岩岩系组成。

2.3 岩相古地理讨论

2.3.1 成矿古构造背景和成锰盆地

湘中成锰盆地地处扬子板块东南边缘。自中奥陶世开始，由于扬子地块与华夏板块的会聚作用，造成扬子地块东南边缘右行走滑和逆冲推覆，诱发前期断裂重新活动。NE向、NWW向和NNW向以拉张为主的断裂系统构成了区域内加里东期构造的格架形成了湘桂地堑盆地［3-4］(见图1)，地堑长500多千米，宽180 km。天马山组位于湘桂盆地南东边界，大地构造位置位于扬子板块之华南盆地内。

图1 湘中奥陶纪锰矿带成矿构造格架

2.3.2 盆内构造对锰矿形成的控制

在区域构造上，锰矿分布于古大陆边缘(矿区位于湘桂地堑盆地边缘)次一级的拉张断陷小盆地(凹陷带)内斜坡相浊流沉积中，受断陷槽控制。矿区由东向西呈现一系列似等距离、NE向平行排列的同沉积断裂，边沉降边沉积，形成了呈带状的相对低洼的断陷槽，控制了锰矿的形成。工业矿体在平面上呈NE向的狭长带状分布，与同沉积断裂平行展布。

2.3.3 岩相分布及含矿性

锰矿形成于靠近大陆边缘的浅海或次深海的古地理环境的碎屑岩、泥质岩沉积。在断陷槽内发育板岩夹砂岩、板岩与变质砂岩互层或韵律层的沉积氧化锰矿微相，富含有机质、藻类化石丰富，含黄铁矿，与富锰矿的产出密切相关。湘桂地堑盆地边缘—斜坡相主要为浅变质砂岩，板岩很少，条纹—纹层状绢云母板岩为标志层。锰矿赋存于盆地边缘—斜坡相断陷槽中，呈NE向的纺缍形(见图2)。

图2 常宁茶潦矿区晚奥陶世成锰期天马山组岩相分布

2.3.4 湘南区奥陶系沉积环境［5］

沉积环境为深水斜坡至盆地环境(见表1)，发育深水原地沉积和浊流沉积。奥陶系总体表现为水体逐渐上升，经历过1次完整的海进—海退旋回，第1次海进始于下奥陶统桥亭子组，上奥陶统天马山组海退开始。晚奥陶世的沉积特征则代表了加里东期的宜昌上升。

表1 湘南地区奥陶系沉积相

2.4 控矿因素

2.4.1 时代—地层对锰矿的控制

奥陶纪是我国地史上最大的海侵期，但生成锰矿很少。茶潦锰矿严格受奥陶纪上统天马山组地层控制。顺层产于塔山岩体北侧外接触带晚奥陶世天马山组下段(O3tm1)地层中，严格受地层控制，随地层褶皱而褶皱，其围岩主要为板岩、粉砂质板岩、浅变质长石石英杂砂岩、浅变质石英杂砂岩，紧邻锰矿层(体)的围岩中普遍含较多锰质团块或条带，但无明显蚀变现象。

2.4.2 岩相—建造的控制

本区含锰岩系由一套粉砂—泥质岩所组成，厚度＞1 000 m，几乎没有细砂岩夹层。泥岩多具水平纹层理及标志浅水环境的层面构造，矿石矿物主要是纹层状构造的褐锰矿等原生氧化锰，胶结物常常是含锰的碳酸盐和方解石等，因此是由氧化变为还原条件下的产物。建造的沉积环境是碳酸盐台地上的浅海，为斜坡相浊流沉积。

2.4.3 古构造、成锰盆地、盆内构造的控制

本区浅水形成的锰矿床，分布在距岸较远的粉砂—泥质建造中。该沉积锰矿床并不是简单地如人们所设想的那样“围绕古大陆分布，锰质来源于古陆”。相反，锰矿的分布均在沉积的中心地带，而锰来源是也多方面的，其中很大一部分可能是受海底古断裂系统的控制，来自海、洋底的基性火山活动［6］。

茶潦矿区由于 F2、F3、F4(见图2)均为大致向西—西北倾的正断层，地体连续下降，总体形成1个凹陷带，可命名“茶潦凹陷带”，是个相对缺氧的、滞流的安静环境，有锰矿产出。茶潦凹陷带受断陷槽控制，断陷槽则受同沉积断裂控制。

2.5 矿石类型讨论

矿石自然类型为氧化锰矿石中的贫锰矿石，矿床类型为产于细碎屑岩层中的海相沉积原生氧化锰矿床。矿石产状与沉积层位一致，原地氧化富集而成，按矿石构造形态可分为2个亚类［7］：层状或薄层状矿石，层理与沉积层位一致，浅灰—深灰色—棕色为主，性软而易剥离，片理发育，在高压水冲洗下片理间夹杂的粘土质和硅质成分易被冲洗掉，为含锰泥岩经氧化富集而构成，是矿层主体，储量大，经冲洗后净矿产品含锰＞25%，是矿区的主要矿石类型;细(条)纹状矿石，氧化锰矿物在矿石中呈细纹条带分布，条幅一般＜2 mm，在镜下多为网脉状分布，含锰不高，为矿层中含锰泥质岩氧化富集而成。

矿物生成顺序：根椐矿物共生组合、结晶程度、空间位置及穿插交代关系，可确定矿区主要矿物生成顺序为：原生沉积的软锰矿+水锰矿→褐锰矿;软锰矿→水锰矿;水锰矿→褐锰矿。

矿床工业类型：按矿床的产出地质特征和矿石矿物的共生组合特点，计算矿区矿石的P/Mn比值为0.002 8 ～0.008 9，Mn/Fe 比值为 2.36 ～4.56，ω(P)/ω(Mn)为0.006 7，ω(Mn)/ω(Fe)为2.65(ω表示矿石品位)。根据《铁、锰、铬矿地质勘查规范(DZ/T0200 －2002)》所确定的原则［8］，矿床工业类型为冶金用锰矿石之高磷矿石、高铁锰矿石。

3 结论

1)该类型沉积氧化锰矿的成矿与下奥陶统天马山组下段含锰岩系密不可分。该矿床产于天马山组下段条纹状粉砂质板岩、绢云母粘土板岩、板岩夹浅变质石英砂岩，或其不等厚互层—韵律层中，其中夹有3层矿，矿石自然类型为氧化锰矿石，含锰岩系中不含炭质板(页)岩，矿体与围岩整合接触。

2)该矿床沉积相属外陆棚、次深海陆缘斜坡相浊流沉积。矿区位于湘桂盆地南东边界。在同沉积断裂西部NE-NNE向断陷槽控制区，有锰矿产出。据此在湖南寻找同类型氧化锰矿的思路应顺层位找矿，并顺断陷槽找矿。例如茶潦矿区下一步找矿方向为顺断陷槽及矿体地表露头线的南部深部(矿体倾向方向)找矿，而矿体地表露头线的北部被剥失。

3)茶潦锰矿特殊的产出位置、赋矿层位与成矿地质时代具有重要的研究价值。对指导区域上寻找同类型的矿床，为我省提供新类型锰矿矿产地，提高锰矿资源的战略储备，促进地方经济建设，具有重要的现实意义。

［1］刘义仁，傅汉英.湖南安化上奥陶统五峰组 Tangyagraptus typicus-Yinograptus disjunctus带(W3)的笔石［J］.古生物学报，1984，23(5)：642 －651.

［2］李双建，肖开华，沃玉进，等.南方海相上奥陶统—下志留统优质烃源岩发育的控制因素［J］.沉积学报，2008，26(5)：872 －880.

［3］姚敬幼，苏长国，彭三国，等.湘中奥陶纪锰矿带成矿特征及资源前景［M］.北京：冶金工业出版社，1998.

［4］彭三国，付群和，张殿春.湘中奥陶纪锰矿带成矿特征及资源前景［J］.矿床地质，2008，27(5)：622 －630.

［5］罗薇，何幼斌，蒋金晶，等.湘南地区奥陶系岩石组合及其沉积环境［J］.地质通报，2012，31(7)：1105 －1114.

［6］黄世坤，宋雄.我国锰矿类型、控矿因素及成因探讨［J］.地质勘查，1985，21(10)：1 －7.

［7］武金阳.湘南长村优质锰矿成矿特征及找矿方向［J］.地质找矿论丛，2005，20(z)：114 －116.

［8］DZ/T0200－2002铁、锰、铬矿地质勘查规范［S］.