湖北长阳杨树坳锰矿地质特征及成因分析

程龙

（中南冶金地质研究所 宜昌 443003）

1 引言

杨树坳锰矿是湖北省宜昌市近年来新发现的一个锰矿，区内发育了著名的古城锰矿，其储量达到了1 200 万吨。作为典型矿床，众多学者对古城锰矿做了系统的研究，如地质特征的描述和成因的浅析[1]，利用地球化学证据提出了锰矿的沉淀形式和地理古环境[2,3]，以及成矿规律等的探讨[4-6]。但是对于杨树坳锰矿则鲜有报道和研究，矿区地质和矿化特征缺乏系统的总结，这对下一步找矿勘探相当不利，基于此，本文在详细描述矿床地质特征的基础上，厘定主要的成矿条件，分析了锰矿化的机制，以期为下一步勘探工作提供理论依据。

2 区域地质背景

位于川鄂湘黔新华夏系构造带北东端，北部淮阳山字型构造与西翼反射弧砥柱两个构造体系在本区北缘复合，而使本区形成背向斜相间出现的构造线呈近东西向分布的长阳复式背斜。长阳锰矿均赋存于震旦系下统地层中，从下到上依次为莲沱砂岩组，古城组和大塘坡组，大塘坡组为震旦系锰矿的赋矿层位，其岩性为灰黑色、黑色炭质页岩、含黄铁矿粉砂质泥岩、炭质泥岩、炭质砂质灰岩及炭质砂岩和碳酸锰矿层。震旦系下统在区域内虽较普遍，而含锰岩系各地发育程度相差较大。在震旦系早期莲沱砂岩沉积晚期，其基底的起伏造成局限的深水盆地。冰期的初始阶段，湖盆中堆积了少量的来源不充分的冰碛物，其上沉积富集了含锰层。总体上，本地区震旦系含锰沉积岩相区具有典型的三元结构分层，即下冰碛层、间冰期湖盆相藻炭泥质沉积、上冰碛层，仅有上、下冰碛层两元结分层的沉积相区不沉积锰矿。

3 矿区地质特征

矿区中新元古代地层发育、分布广泛，特别是新元古代地层发育类型多样、出露良好，岩相古地理上跨越了台地相、斜坡相(过渡带）和盆地相（表1）。

表1 长阳杨树坳锰矿区地层岩相

本区地质构造特征明显，褶皱带为平行的北东-南西和北东东-南西西的背向斜组成，两翼多不对称，背斜两翼北陡南缓，断层常与褶皱轴向平行，倾角一般较大。

褶皱：主要有刘家湾-韩家垴背斜，向西侧伏，其东、西两侧的轴向南东近东西向，中部的青麻油附近轴向为北50°东；背斜北翼地层倾向总体向北，倾角一般为9°～55°，平均为12°左右；南翼地层倾向向南，倾角一般15°左右；该背斜南翼断裂构造发育；轴部最老地层为震旦系下统莲沱组下段，最新地层为震旦系下统南沱组。

断层：矿区内断裂构造不发育，多为北东向的正断层，规模不大。

节理：区内节理主要有三组：一组为走向节理、一组为倾向节理、一组为斜交节理，以走向节理较多。节理倾角陡，一般65°～88°，多属剪节理。

4 矿化特征

4.1 矿体特征

含锰岩系赋存于震旦系下统南沱组、古城组的上下冰碛层之间，是南沱冰期中间冰期的产物（大塘坡组），它与上下冰碛层为假整合接触。大塘坡组岩层均呈黑色，含炭量很高，上部多含黄铁矿结核，下部多含线理状黄铁矿，含锰岩系厚度在西部古城矿区一般为12～14 m，最厚达18.75 m，地表未见大规模含锰岩系出露，仅见少量细脉产于陡山沱组细砂岩中（图1）。

图1 锰矿层产出状态

矿体赋存于刘家湾-韩家垴背斜的北翼地层中，东部见有含矿岩系和锰矿体出露，南、西、北部均未见含矿岩系和锰矿体，矿区外围的桥湾，地表也未见含矿岩系和锰矿体，但民采坑道仅在上冰碛层下3～5 m处就见有含矿岩系和锰矿体，推测区内有隐伏矿体存在，该含锰沉积盆地东西长约2 500 m，南北宽度约1 300 m，大致呈东西状展布，向南扬起，向北倾伏，含矿岩系和锰矿体倾角较缓，倾角一般为9°～55°，平均为12°左右。一般厚6～8 m，呈似层状产出。按矿石的品级不同整个锰矿层又可细分为3 种品级4 个分层。锰矿层上下以表外矿和贫矿为主占了3个分层，富矿分层夹于锰矿层中部以较大透镜体产出。本区习家坳附近含岩系厚度较大，约为10 m，以较大透镜体产出，较大厚度在地层转折端。在桥湾附近，老硐中采集的样品显示该区赋存有锰矿层位，由于埋深较大，深部工程控制程度太稀，其锰矿层形态、厚度变化及稳定性不明。

锰矿层的结构较为复杂，由团块状、透镜状、扁豆状、条带状及连珠状菱锰矿集合体首尾相衔或重迭组成，常夹有薄的粉砂质页岩或互层，锰矿条带厚度一般为1～3 mm，最厚达20 mm，水平延长短，一般为0.5～2 m，与碎屑岩在水平方向或垂直方向常呈过渡关系，而矿层本身因锰矿的集中程度不一，导致锰矿石的品位变化。又因整个含锰岩段为锰矿层与砂质泥岩、页岩互层构成复式的层状矿床，而矿层的各分层则多呈波状起伏的藕节状透镜体。

4.2 矿石特征

矿石中有用矿物主要为菱锰矿，少量褐锰矿（氧化锰）；主要脉石矿物为方解石、石英、炭质、水云母、岩屑等。局部因地表风化淋滤作用变为氧化锰矿石，其规模与氧化带深度、强度有关。

本区锰矿石具有3种自然类型：夹粉砂质泥岩条带状菱锰矿、夹泥岩条带状菱锰矿和夹碳质泥岩条带状菱锰矿。

夹粉砂质泥岩条带状菱锰矿：由黑色菱锰矿夹粉砂质、泥岩条带（条纹）组成，菱锰矿为铁黑色隐晶及微粒集合体。

图2 含锰岩系中锰矿体空间赋存位置图

夹泥岩条带状菱锰矿：矿石主要由铁黑色粒状夹泥岩条带状菱锰矿，矿石集合体呈金属土状，菱锰矿条带（条纹）与泥岩条带组成，锰条带宽2～5 mm。

夹黑色碳质泥岩条带菱锰矿：由铁黑色菱锰矿夹黑色碳质页岩泥岩组成。碳质呈鳞片状、泥岩呈砂屑与菱锰矿互层成矿。

5 含锰建造及古地理环境

震旦系下统大塘坡组含锰黑色砂、泥质、炭质菱锰矿建造，属于古城冰期和南沱冰期间的间冰期沉积产物。

莲沱期区内沉积了厚达400 m 左右以红色为主的、厚大的海相砂岩建造。这个时期地壳升降、海进、海退频繁，气候炎热，以氧化作用为主。莲沱期末地壳上升为陆，海水退出，气候由炎热变为寒冷，由强氧化条件变为还原作用。古城期以快速堆积作用为主，形成冰川砂泥质冰碛砾岩层（即古城组），这些沉积物不具层理，砂、砾分选磨园度差，大小不一，成分复杂，无分选，砾石具冰碛擦痕，厚度变化大为特点。

古城期末到大塘坡期，气候稍有变暖之势，地壳运动相对稳定，在地势凹陷地区形成一些大小不等的内陆山间湖盆地，多处于较封闭的还原环境，从而接受了一套含炭质、泥质的碎屑岩、泥岩、页岩及海藻状菱锰矿、莓菌状黄铁矿为主的含矿建造沉积。在沉积层中水平层理、纹层、弧形层、冲刷面等沉积构造发育，说明在这段时期，地壳相对较稳定，形成了湘、黔、鄂一带大塘坡期的系列大型锰矿床。这套含矿建造不仅是湘、黔地区寻找该类型锰矿的标志，也是湖北长阳地区寻找震旦系锰矿的找矿标志。

大塘坡期形成的长阳湖盆与湖南、贵州的南华系湘中湖、松桃湖、黔阳湖在许多特征上具有可比性，大塘坡组含锰岩系的同位素、盐度、温度参数特征见表2。

表2 国内大塘坡组含锰岩系同位素、盐度、温度参数特征表

由表2可知，同位素成分为富轻碳、轻氧型，锰矿沉积期介质温度16.53～20.03 ℃，介质盐度＜1‰～7.8‰，进一步说明大塘坡期锰矿沉积具有湖相沉积的特征。并且可以看出含锰岩系出露面积分别占松桃湖、湘中湖、黔阳湖盆面积的4%、3.5%、2%，至此可以推测含锰岩系（即成锰有利层位）占长阳湖盆面积的1%即50 km2，而目前古城锰矿勘探区仅为4.4 km2，因此，在长阳湖盆内寻找震旦系“古城式”锰矿应有较大空间，也许长阳湖盆不止古城一个成锰沉积中心。

震旦系湖盆沉积普遍由3个结构层组成，即早晚冰碛砾岩夹泥岩层，锰矿产于泥岩层中。由盆地中心至边缘，间冰期沉积依次由黑色炭质泥岩变为灰色泥质砂岩，含砾杂砂岩和泥砂质砾岩，盆地中心相是有利的成矿部位。这类盆地的边界判别，主要依据是上下冰碛砾岩之间的岩系组合，即由盆地中心→岸边→岸上，分别为黑色炭质泥岩→灰色泥质砂岩→含砾杂砂岩→杂色泥砂质砾岩。黑色炭质泥岩是盆地中心相的标志。

大塘坡期末进入到南沱期，地壳相对抬升，气候变冷，内陆山间湖泊、盆地接受了一套大陆冰川作用的冰碛砾岩沉积，其沉积物特点大致同下冰期—古城组一样。唯一不同的是在南沱期冰碛层中有锰矿石的砾石，说明这期冰川活动对早期沉积的锰矿层局部地方起到了一定的局部破坏作用。在古城锰矿东部，南沱期上冰碛砾岩的底部侵蚀面上有一层含锰矿砾石的沉积层厚约20 cm，在古城矿区东部合子坳南侧的冰碛层中发现含锰砾岩层，厚近2 m，经刻槽取样分析最高含锰达8%左右，一般为2%～6% 。发些含锰砾石，没有磨圆，说明就在附近有锰矿层的沉积，还说明在个别地方大塘坡期锰矿沉积以后，锰矿层受到南沱期冰川作用剥蚀破坏影响。

6 成因分析及勘探前景

根据矿床地质，矿化特征和古地理环境的分析，我们认为杨树坳锰矿为一正常沉积型锰矿，这类矿床是长阳古城地区锰矿的主要类型。附近的岱家凹锰矿点、张家窝子锰矿点、胡家湾锰矿点也属于这类锰矿床。他们同湖南湘潭、民乐锰矿、贵州大塘坡、杨立掌锰矿、重庆秀山锰矿、湖北神农架南部伍子坪矿硐湾一带锰矿亦具有类似的地质矿化特征。其一般呈面型分布，相对比较稳定，次要矿体或单矿层常呈扁豆体产出，沿走向或倾斜方向多尖灭再现，变化较大。

杨树坳锰矿位于长阳古城大型锰矿的东侧，与古城锰矿具有相同的成矿古地理环境；区南东角的习家坳一带地表分布有堆积型氧化锰矿，深部有原生碳酸锰矿，外围的桥湾一带也有原生碳酸锰矿出现，根据就矿找矿的原则，笔者认为本区具有较好的锰矿找矿远景。应对周围已发现露头的矿点与已知勘探区内的锰矿在成因、成矿地质条件、成矿规律及找矿预测等方面进行对比，同时从成矿时代、成矿条件和控矿因素以及矿石矿物成分、结构构造等诸多方面与湘潭锰矿、松桃锰矿、杨立掌等锰矿床类比，寻找有利找矿靶区。

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