安徽池州地区碳酸锰矿体地质特征及矿床成因分析

郭灿平，刘劲松，杨强

（安徽省地质矿产勘查局311地质队，安徽安庆 246003）

0 引言

研究区位于东至县东侧张溪－坦埠，贵池区南西侧唐田、殷家汇、灌口、梅街至墩上及青阳县城附近一带。2016—2018 年安徽省地质矿产勘查局311 地质队在承担安徽省公益性地质工作项目“池州市碳酸锰矿资源调查评价”过程中，通过地质测量、槽探及钻探等工作发现了本区具较好的碳酸锰矿找矿潜力，圈定了多个碳酸锰矿（化）体及锰矿找矿靶区。通过进一步工作，有望实现碳酸锰矿新的找矿突破。本文总结了研究区内碳酸锰矿矿床地质特征和找矿标志等，为今后在该地区深部寻找沉积型碳酸锰矿提供参考。

1 区域地质背景

研究区位于扬子陆块北缘，主体位于下扬子坳陷带江南前陆褶冲带（也称江南前陆反向褶冲带），北接前陆坳陷盆地，南以高坦断裂为界，属江南隆起带之江南过渡带（图1）。区内断裂构造发育，岩浆活动频繁，出露地层从寒武系至第四系。区内碳酸锰矿均形成于早二叠世，时空位置与二叠系孤峰组一致，锰矿层严格受孤峰组含锰岩系控制，属沉积型锰矿床。矿体的展布状态及厚度变化主要受贵池复向斜及其次级向斜影响（图2）。

图1 研究区构造单元分区图Figure 1.Zoning of structural units in the study area

图2 研究区地质简图Figure 2.Geological map of the study area

2 研究区地质特征

2.1 地层

研究区地层主体属扬子地层区下扬子地层分区。在贵池复向斜沉积地层出露区，主要出露地层为三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系、志留系及第四系。其中与碳酸锰矿形成关系密切的为二叠系下统孤峰组下段，锰矿层严格受孤峰组下段含锰岩系控制。

池州地区二叠系孤峰组主要出露于次级向斜两翼，其主要岩性为硅质岩、硅质页岩、泥（钙）质页岩、含锰灰岩、含锰页岩、锰土层、锰矿层等。因受贵池复向斜影响，孤峰组在不同部位其出露范围、厚度均有较大变化。在贵池复向斜中，牌楼向斜两翼孤峰组出露相对完整、连续，地层厚度大于122m；在杨北寨向斜中，其南翼地层发生倒转，孤峰组与栖霞组多呈构造接触或被更老地层所掩盖，南翼厚度大于52m、北翼厚度大于96m。在区域上，南翼的孤峰组原生锰矿层上部普遍发育一层厚约1m的大量生物碎屑灰岩、含锰泥灰岩、泥质灰岩，可作为区内寻找锰矿的标志层。区域上的变化特征表现为自西→东，钙质成分逐渐增高→硅质成分逐渐降低→钙质成分又逐渐降低→硅质成分逐渐增高的变化规律。

研究区内二叠系孤峰组岩性、厚度变化对比见图3。

图3 研究区二叠系孤峰组岩性对比柱状图Figure 3.Histogram of lithological correlation of the Gufeng Formation of Permian in the study area

2.2 岩浆岩

研究区中新生代岩浆活动较为频繁，以燕山期岩浆活动为主，分为晚侏罗世和早白垩世两个岩浆活动旋回。以钙碱性系列中-中酸性侵入岩为主，主要形成一系列小型花岗闪长岩类斑岩体或脉岩。两个岩浆活动旋回形成的岩浆岩对区内锰矿有一定的影响，大型侵入体主要破坏区域含锰岩系的连续性，在矿区范围内，当小型岩株或脉岩侵入至含锰岩系时，对矿体有较大的破坏作用，不仅使矿体不连续，也使锰矿品位降低。

2.3 构造

研究区位于扬子陆块北缘，主体位于下扬子前陆带之江南前陆反向褶冲带。区内多期次褶皱发育，区域性断裂构造形成菱形网状断块（图2），控制了区内岩浆活动和成矿作用。

区内褶皱构造主要形成于印支期，主要属于贵池复向斜。其南部以高坦断裂为界为七都复背斜。区内断裂构造发育，以北北东-北东向、北东东-近东西向区域性深大断裂形成的菱形断块构造为主体，次级不同期次一般性断层、推覆和滑覆构造多见，形成本区独特的断裂构造样式，且在不同的区域各具特色。区内北东向纵断层多具自南向北的逆冲推覆性质，致使褶皱构造发生倒转，对区内锰矿的形成具有重要的控制作用。北北东向横断层较发育，其以平移断层为主，对含锰岩系造成较大影响，在区域上和研究区内往往造成含锰岩系或锰矿层呈不连续状。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

研究区碳酸锰矿床类型为沉积型。所见矿体均分布在贵池复向斜两翼二叠系孤峰组下段含锰（瘤状）灰岩、含锰生物碎屑灰岩和含锰白云质灰岩中或地表氧化锰矿体下部，一般埋藏较浅。共圈定碳酸锰矿体8 处，矿体走向、倾向等和地层走向基本一致，呈层状、带状分布，受工作量限制，控制程度一般。根据样品分析结果，锰含量为8.81%～26.95%，平均品位13.02%。依据《铁、锰、铬矿地质勘查规范》要求确定的工业指标，择其主要矿体叙述如下：

（1）Ⅱ号矿体：为主矿体，位于牌楼镇北东侧刘冲附近。地表多为氧化锰矿，深部见有碳酸锰矿。含锰岩性及碳酸锰矿体地表断续出露长约2.7km，矿体倾向310°，倾角约34°～45°。矿体平均厚1.41m。Mn品位为13.15%，TF e1.05%，P 0.060%，碱度4.04。赋矿岩石为含锰生物碎屑碳质灰岩。

（2）Ⅲ号矿体：为主矿体，位于牌楼镇大王洞附近。含锰岩性及碳酸锰矿体地表断续出露长约2.0km左右，且出露较好。矿层倾向355°，倾角45°～55°。矿体平均厚约2.75m（图4）。Mn 平均品位15.90%，TFe 1.97%，P 0.070%，碱度1.33。局部被氧化。赋矿岩石为含锰生物碎屑灰岩及含锰似瘤状灰岩，顶底板围岩为含锰硅质页岩及含锰似瘤状灰岩。

图4 Ⅲ号矿体勘探线剖面Figure 4.Exploration line profile of ore body III

（3）Ⅴ号矿体：为主矿体，位于贵池区徽坑一带，地表氧化带较发育。地表含锰岩性及锰矿体断续出露约4.60km，矿体倾向155°，倾角50°～60°。矿体厚1.68～5.34m，平均厚约3.51m，深部见矿厚度变大（图5）。碳酸锰矿石品位8.56%～19.42%，平均品位13.26%，TFe 1.30%，P 0.036%，碱度2.76。赋矿岩石为含锰硅质灰岩及含锰生物碎屑灰岩。顶、底板围岩与矿石岩性一致。

图5 Ⅴ号矿体勘探线剖面Figure 5.Exploration line profile of ore body V

总之，研究区含锰岩系整体发育较好，地表氧化锰较发育，部分地区地表均不同程度发育有碳酸锰矿（化）体或锰质灰岩。受探矿权及工作量限制，未能进行深部验证，深部碳酸锰矿找矿潜力较好。

3.2 矿石物质成分

研究区虽范围较大，但区内碳酸锰矿石成分、质量、类型与成因机制等基本一致，相对单一。

（1）矿石矿物成分。矿石矿物为锰的碳酸盐矿物，含锰矿物主要有锰方解石，次为含锰方解石、锰白云石等，偶见菱锰矿。菱锰矿沿裂隙发育。脉石矿物主要为含锰方解石、硅质、白云石，少量石英、黄铁矿、白铁矿及碳质等。

（2）矿石矿物特征。通过光薄片观察，对锰的主要矿石矿物特征总结如下：

锰方解石-含锰方解石、菱锰矿：为主要矿石矿物。泥晶及微晶结构，粒度一般0.0l～0.05mm。微晶锰方解石-含锰方解石含半透明、不透明尘点。偏光显微镜下，Ne 均低于树胶(1.540)。与菱锰矿、菱铁矿比较容易区别。迄今为止，在以往的薄片中，镜下尚未发现Ne 高于树胶者的菱锰矿（据赵广道、疏军等，2009）；但从本次结果得出，本区偶见菱锰矿沿裂隙发育，呈微晶结构包于重结晶的方解石内或分布于石英、玉髓集合体中，被锰质氧化物染成褐色。

锰白云石：为主要矿石矿物。主要以泥晶锰白云石和微晶－粉晶锰白云石两种结构产于瘤状体中，前者为沉积期主要矿物之一，与碳质、泥晶方解石密切共生，后者为沉积期后重结晶产物。锰白云石的粒径有泥晶－微晶－粉晶的变化特征。重结晶的锰白云石比较纯净，含锰较高。

（3）矿石化学成分。矿石中有用元素为锰，整个评价区碳酸锰矿体锰含量为8.81%～21.13%，平均13.02%（表1），变化系数29.53%，总体分布均匀。总体锰含量从西→东呈现两侧低、中间高的趋势，在牌楼-灌口向斜中段锰含量整体较高。

表1 各矿体主要化学组分及特征值Table 1.Main chemical components and characteristic values of each ore body

（4）矿石结构、构造。矿石中含锰方解石、锰白云石及少量菱锰矿、黄铁矿等以微晶结构、生物碎屑灰岩为主，部分方解石、重结晶的锰白云石呈细晶结构。生物碎屑由粉晶、细晶粒状含锰方解石及隐晶质石英集合体组成。生物碎屑多分布于隐晶质、碳质和含锰方解石聚集处，部分具定向性。

矿石多呈瘤状构造、层状构造及脉状构造。瘤体呈不规则次圆状，由含锰方解石和锰白云石集合体组成。矿体顶底与围岩交界处，部分矿石中瘤体含量较小，矿石呈层状。半自形粒状或变胶状黄铁矿呈脉状集中分布于瘤状的边部。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 控矿因素

根据本次对区内碳酸锰矿体赋存位置、矿石物质成分、矿石类型及矿石结构构造等特征研究，区内主要控矿因素有岩层、岩浆活动及构造三个因素。

（1）岩层：区内锰矿体产出于孤峰组下段含锰岩系中，矿层严格受孤峰组下段含锰岩系控制，且地表多为氧化锰矿石，深部为碳酸锰矿，偶见含锰灰岩出露地表。

（2）岩浆活动：岩浆对区内含锰岩系及碳酸锰矿体影响较大，主要对区内矿体起破坏作用，不仅使矿体不连续，厚度变小，也使锰矿品位降低。

（3）构造：研究发现锰矿体主要分布在贵池复向斜及其次一级向斜（竹塘－灌口－潘桥向斜、唐田－吴田－殷坑向斜等）两翼，矿体的展布状态受两翼孤峰组下段控制，往往越靠近向斜的中部及转折端矿体有加厚的趋势。

4.2 矿床成因

锰矿具明显的垂向分带特征：上部为氧化锰矿，是沉积碳酸锰矿经氧化以后形成，保留碳酸锰矿的层状特征，但与其在物质组成上差别很大，表现为Mn、P、Si、Fe 等富集，而Ca、Mg 等大量流失；下部为碳酸锰矿，为原生沉积作用下直接形成。

研究区碳酸锰矿为沉积过程中直接形成的锰矿。氧化锰矿为原生沉积碳酸锰矿的氧化产物，氧化次生富集而成，产状与分布严格受碳酸锰矿层的限制。氧化锰的富集主要受断裂构造、地形地貌及地下水的潜水面等因素影响。区内碳酸锰矿主要产于孤峰组下段锰质（瘤状）灰岩及锰质白云岩中，并伴随有大量生物碎屑发育。氧化锰矿主要发育于近地表，多为顺坡产出，地势较低的位置氧化锰矿较发育。氧化带的深浅受侵蚀基准面控制，氧化锰矿多形成于潜水面以上的渗流带中。

4.3 找矿标志

（1）地层标志。区内沉积型锰矿多以层状产出，矿体的形成、矿体规模和形态严格受孤峰组下段含锰岩层控制。含锰地层一般为海相硅质－碳酸盐岩，组成锰矿层的矿石以碳酸锰矿石为主，氧化锰矿石次之。孤峰组下段的含锰岩系或锰矿层露头是寻找碳酸锰矿的最直接标志。

（2）构造标志。区内沉积型锰矿多分布于贵池复向斜及其次级向斜两翼，锰矿层的展布状态及厚度变化受其影响较大，通过周边已有的矿床研究，部分矿层往往存在向斜中部或靠近转折段加厚的现象，如仰天堂锰矿、徽坑锰矿、刘冲－蔡田洞锰矿等。

（3）土壤标志。地表含锰岩系或氧化锰矿体风化后常形成含有锰矿碎屑的黑褐土或黏土层中有铁锰结核出现，这也是找矿的重要标志之一。

（4）化探标志。据区内以往水系沉积物圈定Mn、FeO 异常与区内二叠系孤峰组含锰岩系吻合较好，说明区内Mn元素相对富集地区为寻找沉积型碳酸锰矿提供了依据。

5 结论

（1）池州地区锰矿石的质量整体较差，以贫锰矿为主，矿石物质组分复杂，部分磷、铁含量及硅质成分较高，且空间上分布不均匀，优质锰矿石较少。

（2）池州地区锰矿的形成是地层岩性、构造条件、地貌特征、古气候与岩相古地理等多种因素综合作用的结果。碳酸锰矿体主要赋存于二叠系孤峰组下段锰质灰岩中，呈层状、似层状顺层分布，矿体整体空间分布特征受背向斜控制。

（3）池州地区锰矿分原生沉积碳酸锰矿和后生氧化锰矿两种类型，后者是在前者的基础上经原地氧化作用形成，其地球化学特征表现为Mn的明显富集和Ca、Si等的流失。推断区内深部原生碳酸锰矿可能广泛分布，值得后期勘查工作重视。同时，在区域上，该地区二叠系孤峰组下段具有良好的锰矿找矿潜力。