重庆城口高燕锰矿形成条件分析

(成都理工大学 四川 成都 610059)

一、研究背景

锰矿作为我国重要战略性矿产资源，在国民经济中占有极其重要的地位。城口地区是我国锰矿探勘的重要战略区块，也是我国正在实施的极为重要的锰矿整装勘查区块之一。

城口锰矿总体受“局限台盆”控制，但矿体连续性差，透镜状分布，受成岩后生期构造叠加改造强烈，找矿准确定位极为困难。通过对重庆城口高燕区锰矿床地质调查和地质勘探重点解决锰矿沉积成矿时期的主要控矿因素问题。重点对岩性(微)相、沉积(微)相、沉积环境的控矿作用进行分析，为找矿勘探提供服务。

二、区域地质

(一)地理位置。锰矿床比较集中的地带位于川陕渝交界的大巴山地区,呈带分布,北起陕西省西乡县茶镇,南至重庆市城口县,总长165km,从东至西延伸15～30km不等，面积辽阔，有许多丰富的矿产资源。重庆市城口高燕锰矿区位于城巴磷锰矿带东段的中部,矿区分布在上扬子碳酸盐台地与秦岭海盆之间的过渡带上,这里是构造活动带,同时也是很好的成矿带,在这里形成了许多大型金属矿床。

重庆市城口高燕锰矿区位于大巴山深大断裂的南侧，属于扬子地台与秦岭地槽的接触部位,上扬子准地台北缘巨大坳陷带内[1],扬子地台构造主要控制着成矿带的分布，呈北西-南东向延展,与区域构造线一致。

(二)地层。城口高燕锰矿床赋存在震旦系上统灯影组和震旦系下统陡山沱组的顶部之间，矿石层区内出露的地层总体有：震旦系上统灯影组第一岩性段，第二岩性段，第三岩性段，和震旦系下统陡山沱组第二岩性段，寒武系下统。地层走向 300°,倾向北东，主要含矿地层为震旦系上统陡山沱组。

(三)构造。城口锰矿区的总体呈现为一个向斜褶皱构造,寒武系下统地层是向斜核部,震旦系地层分布在两翼,向斜总体呈北西—南东走向。

(四)岩浆岩。区内出现的岩浆岩较少，岩浆构造旋回属于加里东旋回，前期为超基性—中性岩建造，主要是辉绿岩、辉长岩、辉石岩等；后期为基性—碱性喷出岩建造，主要是花岗斑岩、粗面岩、辉石玢岩等。

三、成矿物质来源

锰矿成矿物质来源于两个方面：一是中酸性岩浆岩，以及其它含磷含锰的岩石风化产物；二是火山喷发物。

在地球深部强还原高压环境，锰元素随岩浆、热液迁移至地壳浅部，由于压力、温度骤降,氧逸度大增，锰元素经氧化、硫化生成原生锰矿。[2]

南华世后期的澄江运动使整个扬子地台整体被抬升，随后全球气候逐渐转冷，形成了覆盖着整个扬子板块的冰川沉积，地台北缘的南秦岭海受到当地沉积断裂控制还有受到城口-房县沉积断裂控制，南秦岭海成为北端浅、南面深的斜坡状海盆,而且除了海底火山喷发物质外，还有大量冰川沉积提供的陆源物质,为陡山沱期含锰岩系矿床的形成奠定了大量丰富的物质基础。

随着海平面高度逐渐抬升，海水由浅变深，水质得到改善，有利于海里的藻类生长繁殖。藻类通过粘结和吸附海底中的锰元素,初步到达富集的程度，但是距离成矿，并且能够被开采利用的话，还有相当一定的差距，因此成岩作用成为最后的成矿阶段，当成岩作用完成，才能完成最终成矿。伴随着沉积作用的进一步发展，部分氧气开始进入含氧量少的盆地，微生物通过有氧呼吸作用释放出HCO3-,并且使海底介质的PH升高，从而使菱锰矿沉淀；再者，在硫酸盐的作用下细菌发生还原作用，进一步释放出更多的HC03-[3]，再次促进菱锰矿矿石的继续沉淀。

随着沉积作用开始逐渐进入成岩作用阶段，微生物因为发酵作用而发生自身降解，并生成甲烷，当生物死亡后生物遗体还可在氧气充足的条件下生成不溶性腐殖质，对锰进行大幅度粘结和吸附，当这些腐殖质的含量增加，进一步使锰含量迅速提高,并形成富锰元素的碳酸盐矿物,如菱铁矿、锰白云石等。

高燕锰矿有机质母源主要为菌藻类等生物,这说明菌藻类等生物在锰矿的形成中占有不可缺少的组成，因此大量藻类遗体赋存在锰矿矿石中。并且由于藻类生物遗体所具有胶体性和还原性，这些性质对锰元素的保存起到了良好的作用。Force指出还原型碳酸盐相是在水体氧化还原界面之下由饱和MnC03的还原性水体交代钙质物而形成原生锰矿。

随着生物遗体在海底的埋深深度增加，生物有机质的演化程度加深，藻类腐殖质遭到破坏，因此对锰元素起保存作用有所减弱。新形成的有机质则具有转移、活化锰元素的能力，可以对富锰的碳酸盐层进行活化作用。同时由于后者的孔隙度大、渗透率高的特点，使得游离在空间的Mn离子聚集在一起形成MnCO3沉淀，形成大量的富锰的碳酸盐矿物，如菱锰矿、锰白云石等。综合以上分析，重庆城口高燕地区锰矿石的成因应为原生沉积、碳酸盐层还原和生物作用三者结合的产物。

四、控矿性分析

(一)岩性相分析。在高燕地区，黑色岩系(套)，特别是黑色(炭质)页岩常与锰质岩共生，锰矿的发育程度与陆源物质供给关系密切，锰矿的发育程度与陆源碎屑岩系的发育程度呈此消彼长的关系，换而言之，砂、粉砂、粘土供应充足，沉积速率大的沉积环境及岩石组合不利于锰矿形成。

(二)沉积相分析。当扬子板块进入陡山沱期后，大量的碳酸盐沉积分布在扬子板块上。陡山沱早期，主要为湖泊相沉积。岩性以页岩为主，城口地区为黑色页岩，中间夹杂了白云岩质透镜体和砂岩，少有黄铁矿细晶赋存。灰黑色与浅灰色条带状页岩呈间互存在。

(三)沉积环境分析。早期该地区构成的障壁海岸沉积环境。随着海侵程度加深，海水深度变深，从而使陡山沱中晚期该地区成为相对滞流的海湾相环境，在还原环境的前提下，海水加深有利于锰矿石的富集产出。

结论

锰矿主要赋存于震旦系下统陡山沱组顶部，主要在黑色岩系和含锰岩系中，以层状、似层状、透镜体状产出为主，以块状、鲕粒结构为主。矿物的组成成分上则是锰白云石和菱锰矿为主。矿石类型以原生碳酸锰矿石为主。矿石构造则以沉积成因的层状、条带状构造为主，矿区构造较为发育。

陡山沱组的含矿岩层是顶部的陆源物质和在底部的火山碎屑岩的基础上沉积的。根据城口锰矿矿区的各个矿床大小不同，矿体厚度不同，变化较大，矿区岩相变化较大,可以判断出该矿是在许多地势起伏不平的微地貌环境和海湾滞流环境下沉积的。

岩性相对锰矿有一定的控矿性。黑色岩系(套)，特别是黑色页岩常与锰质岩共生，锰矿的发育与陆源物质供给关系密切，一般而言，锰矿与陆源碎屑岩系的发育程度呈此消彼长的关系，换而言之，砂、粉砂、粘土供应充足，沉积速率大的沉积环境及岩石组合不利于锰矿形成。

在含矿层中鲕粒结构普遍分布发育，偶尔可见海绿石,但矿段边缘的磷元素则含量较低，中间地区的锰矿中磷含量较高。总体在空间分布上锰、磷矿呈层状间互产出。根据以上特点和矿段的规律特征，可以推断出城口高燕矿区为浅海沉积环境,属于浅海相沉积矿床。