河北宽城南沟门锰矿地质特征及矿床成因研究

马 骁，刘敏鹏，靖荣奇，翟奋军，郝 冲

(中冶一局城市安全与地下空间研究院有限公司，河北 张家口 075100)

0 前 言

我国锰矿床成因类型众多，可以分为海相沉积型、火山沉积型、碳酸盐岩中热水沉积型、岩浆热液型、受变质型及表生型。其中，海相沉积型占资源量的71．40%，表生型占15．70%，是2种最主要的类型，而海相沉积型占据了主导地位。海相沉积型锰矿具有明显的时控性特点，形成了古元古代、中—新元古代和显生宙3次成矿爆发期。近年来，先后在贵州、广西、湖南、山西、新疆等地发现了锰矿床[1]，而河北锰矿受到诸多因素影响，锰矿资源勘查依然存在诸多问题，河北锰矿资源储备严重不足。因此，河北锰矿资源勘查和研究迫在眉睫。河北的锰矿主要产于中元古代华北陆块的燕辽裂谷带，在该地区已经发现的锰矿有迁西县秦家峪锰矿、蓟县东水厂锰矿、赤城蔡庄子锰矿等[2-5]。河北北部位于华北陆板北缘燕辽裂谷带内，沉积了较厚的中—新元古代海相地层，而沉积型锰矿的形成与古海洋环境有关，很多大型、超大型锰矿均形成于深层海水缺氧环境[6]。因此，该地区锰成矿地质条件优越，具有较好的找矿前景。

1 区域地质

1.1 区域地层

区域上出露的岩石地层为太古界迁西群上川组、拉马沟组、跑马场组，中上元古界长城系、蓟县系，中生界侏罗系，新生界第四系。

太古界迁西群上川组主要岩性为黑云斜长片麻岩、紫苏斜长片麻岩、黑云变粒岩、紫苏浅粒岩。太古界迁西群拉马沟组主要分布在区域东北部，主要岩性为斜长角闪岩、斜长变粒岩、黑云斜长变粒岩、透辉斜长角闪岩、斜长片麻岩，花岗质片麻混合岩。太古界迁西群跑马场组在区域北部有少量分布，主要岩性为角闪斜长片麻岩、辉石角闪斜长片麻岩、二辉斜长片麻岩。

中元古界长城系大红峪组主要分布在区域中部及东部，下与太古界拉马沟地层呈断层接触，上覆地层为高于庄组。其主要岩性为紫红色—白色石英长石细砂岩。长城系高于庄组分布于区域中部及东部，下与大红峪组地层整合接触，上覆地层为蓟县系杨庄组；该组分4个岩性段，是矿区主要的含矿层。

中元古界蓟县系杨庄组主要分布在区域中部及东南部，下与高于庄地层整合接触，上覆地层为雾迷山组。其主要岩性为紫红色薄层—厚层泥质白云岩、含砂泥质白云岩夹厚层含燧石条带白云岩。上元古界青白口系长龙山组为紫红色、黄绿色页岩夹薄层海绿石细砂岩；景儿峪组岩性为灰紫、黄绿色薄层板状白云质灰岩夹页岩。

古生界寒武系主要分布于区域东南部，该组主要岩性为灰岩、砾屑灰岩、白云岩、砾屑白云岩、页岩、砂岩。中生界侏罗系髫髻山组主要分布于区域中南部，主要岩性为中性火山碎屑岩、熔岩、沉积岩。新生界第四系主要分布在山间沟谷、山间平原。

1.2 区域构造

褶皱构造：总体来看，受宽城凹褶束构造影响，太古界地层呈现北西—南东走向的向斜盆地，盆地沉积有中上元古界沉积盖层。沉积盖层受向斜控制，在工作区附近形成走向北西—南东，倾向南西的单斜构造。

断裂构造：区域上受密云—喜峰口一带深大断裂区域构造影响，断裂较发育。区域内断层以北西向为主，倾向南西，并有少量近东西向和北北东向次级断层发育。该区处于北东向、北北东向及北西向构造的交会部位，通过研究表明，北东向及北北东向的断裂是主要控岩、控矿构造，而北西向和北北西向断裂为流体运移和矿质沉淀提供了导矿通道和容矿空间。

1.3 岩浆岩

岩浆岩主要发育于区域的东部和北部。中细粒花岗岩体、闪长岩脉、斑状花岗岩等主要分布于调查区的东部和北部。中粗粒闪长岩在区域西部有少量分布。燕山期本区构造岩浆活动强烈，产生了北北东向断裂带和早期的构造交织网，为岩浆活动提供了有利构造空间，引发熔岩喷发及浅层次火山岩的侵入，同时派生一系列北西向、北北西向断裂带。矿区内形成了火山岩—次火山岩组合的火山构造机构控矿作用。

2 矿区地质

2.1 地 层

矿区出露地层自老至新为太古界迁西群拉马沟组，中上元古界长城系大红峪组、高于庄组一段～四段。太古界迁西群拉马沟组地层在矿区出露较少。长城系大红峪组呈北西走向分布于矿区中部，倾向南西，倾角45°左右，厚约310 m。底部约4 m厚底砾岩，砾石以脉石英、石英岩为主，其次有片麻岩、燧石、玄武岩，砂质、泥质、铁质胶结；下部为长石石英砂岩，紫红色—白色，碎屑成分为石英岩屑、长石岩屑和黏土矿物。上部为灰色燧石条带粉晶白云岩与翠绿色富钾页岩互层，硅质层较发育；顶部约1～3 m含锰页岩。底砾岩和含锰页岩可作为该组岩性分层标志。

长城系高于庄组呈北西走向在矿区大面积分布，倾向南西，倾角一般45°左右，分4个岩性段。一段下部岩性为灰黄色粉砂岩夹页岩；上部为灰黄色—灰白色燧石结核(条带)白云岩；顶部为一薄层砂质白云岩。二段上部主要岩性为灰色中厚层含锰微晶白云岩、泥晶白云岩，厚100～180 m。下部为暗灰色—紫灰色薄层状含锰粉砂岩、粉砂质页岩，厚90～130 m。含锰层位分布于二段下部含锰粉砂岩及页岩中，岩石为灰黑色，地表风化为黑褐色—红褐色，粉砂碎屑结构，薄层—片状构造，主要矿物组成为粉砂碎屑，少量黏土矿物和白云石等。三、四段未分：上部岩性为深灰、灰白色厚—巨厚层白云岩，含燧石条带及团块；下部为浅灰、深灰色中厚层夹薄层白云岩，局部含锰，但含量低。

2.2 构造

矿区总体为单斜构造，地层走向北西，倾向205°～245°。断裂构造不发育，仅在矿区东北侧发现一条规模较大的北西—南东向正断层，错断大红峪组地层，并使大红峪组地层与太古界地层呈断层接触。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩不发育，仅发现2个闪长岩岩株、1条二长斑岩岩脉，规模均较小，其中二长斑岩岩脉穿过含锰地层。

3 矿床地质特征

3.1 赋矿层位及其特征

高于庄组与下覆的大红峪组基本为连续沉积，局部有不明显的沉积间断，由碎屑岩、白云岩组成，属于滨海—浅海相沉积。高于庄组可分为四段，其中二段的中下部为锰矿的赋存层位，其岩性由下而上为含锰含粉砂质页岩、含锰泥质白云岩、含锰白云岩、黑色泥晶状白云岩、中厚层状微含锰白云岩。

3.2 矿体特征

南沟门含锰沉积层赋存于中元古界长城系高于庄组二段下部地层中，厚度、产状稳定。含锰岩石为含锰粉砂岩与含锰粉砂质页岩，含锰沉积层浅部为碳酸锰矿床的氧化带，锰矿体多为层状、似层状、透镜体状，矿体产状与岩层产状基本一致。矿体总体走向近东西向，西陡东缓，走向长度约6.50 km，厚度5.13～16.48 m，呈层状产出。总体走向北西，倾向南西，倾向205°～245°，倾角25°～60°，Mn品位最低9.68%，最高16.14%，平均品位为12.22%。地表(氧化矿)厚度最小5.13 m，最大16.48 m，平均8.15 m；深部(原生矿)厚度最小2.45 m，最大8.61 m，平均6.14 m。由钻探和槽探工程控制，控制矿体最大斜长为6.50 km。矿体赋存层位延深不超过4 m，其对应层位岩石Mn含量<10%，说明矿体原岩为含锰粉砂岩，经风化淋滤富集作用形成锰氧化壳，分布只局限于地表浅部，且该矿体地表分布不连续，局部富集，局部贫化。

3.3 矿体围岩及夹石

矿体顶底板围岩一般为暗灰色薄层含锰粉砂岩、粉砂质白云岩。夹石为少量泥质页岩。该岩系普遍含锰，含锰较高时候可以形成贫锰矿体。围岩与矿体界线呈渐变关系，没有明显界线。

3.4 矿石结构构造

锰矿物以胶结物形式嵌布于砂粒间，氧化矿石的结构分为3种：晶粒结构、隐晶质结构、胶体变晶结构。原生矿石的结构分为晶粒结构、胶体变晶结构、交代结构和隐晶质结构。

锰矿物氧化矿石的构造以砂胶结构造和浸染状构造为主，脉状构造次之。原生矿石的构造主要为脉状构造、浸染状构造和砂状胶结构造。

3.5 含锰岩石的物质组成

含锰岩石的岩性为长城系高于庄组二段含锰粉砂岩、含锰粉砂质页岩；底板为砂质白云岩；顶板为粉砂岩、页岩、含锰砂质白云岩。南沟门锰矿床具有典型的双层结构——表生氧化带和深部原生矿带，即氧化矿和原生矿。根据物相分析，含锰岩石表生矿床含锰矿物以软锰矿为主，少量水(褐)锰矿、硅酸锰，原生矿床菱锰矿较少，氧化锰矿物中的锰占有率为84.54%(见表1)。常见伴生矿物为石英、长石、铁白云石、黏土矿物等。原生矿矿石矿物以菱锰矿为主，次生氧化水锰矿次之，其他锰矿物少量，脉石矿物以石英为主，其次为长石，云母类少量。

表1 南沟门锰矿物相分析结果

氧化矿石中，锰矿物以软锰矿胶结物形式分布于脉石矿物砂粒间。原生矿石中，锰矿物主要以菱锰矿、水锰矿等呈微粒集合体分散或脉状分布于脉石之间，其他少量锰矿物则以胶结物形式嵌布于脉石砂粒间。氧化矿石中锰矿物颗粒粒度0.03～0.20 mm；原生矿石中锰矿物颗粒粒度为0.004～0.05 mm，脉状锰矿物脉宽为0.02～0.05 mm，与石英、长石脉石矿物紧密连生。此外，还有一部分脉石呈包体于锰矿物中。

3.6 矿石的化学成分

南沟门锰矿石氧化矿和原生矿的主要元素含量如表2所示，氧化矿的SiO2含量较原生矿石含量较高，且由于长期的风化淋滤作用，氧化矿石中的Fe2O3、MnO含量明显较原生矿石富集。CaO、MgO、SO2流失明显，低于原生矿，原生矿烧失量远高于氧化矿。原生矿FeO 、MgO含量比氧化矿石含量较高。

表2 南沟门锰矿氧化矿、原生矿化学分析结果 %

4 矿床成因及成矿规律

河北宽城南沟门锰矿主要赋存于长城系高于庄组二段，形成时代为中元古代。哥伦比亚超大陆的聚合与裂解是古元古代—中元古代全球规模最大的地质事件。古元古代和新元古代哥伦比亚超大陆的聚合与裂解过程造成海平面强烈的升降变化并造成氧化还原界面随海平面迁移，受溶解度变化的影响，在氧化还原界面附近形成大规模锰矿[6-7]。华北古陆北缘受其影响也产生了积极响应，与之对应的事件就是形成燕辽坳拉槽、渣尔泰—白云鄂博—化德坳拉槽以及熊耳坳拉槽。其中，以燕辽坳拉槽最为典型，沉积了厚达上万米的碎屑岩—碳酸盐岩—黏土岩序列。燕辽坳拉槽是在下伏长城系常州沟组—大红峪组的基础上继承和发展而来的，裂谷盆地基底及古构造格局对高于庄组锰矿沉积具有重要的控制作用。盆地内北东向断裂、北西断裂广泛发育，局部还有一些层间滑动产生的鞍状虚脱构造和侵入接触构造，共同控制了长城系的沉积相、沉积物厚度以及锰的成矿作用[8-9]。

长城系高于庄组延续时间约二亿年，形成第一次空前的广泛海浸期，形成一个宽广平缓的陆表海。该时期的古构造格局是北部为呈东西向展布的内蒙古陆，东南侧为山海关古隆起。原始的近东西向的马兰峪—汤道河水下高地把东半部的海域分割成南北两部分：南侧蓟县—迁西一带的比较开阔的半封闭的海盆，北侧兴隆—宽城一线呈东西向延伸的狭长海槽。高于庄期的沉积环境为滨海相到亚浅海相深水陆棚，以滨海沉积为主的沉积环境沉积了一套巨厚的碳酸盐岩为主的沉积建造[2-3]。高于庄组一段地层富含陆源砂屑组分；高于庄组二段地层富含陆源泥质和锰质；高于庄组三段地层不含或少含陆屑组分并含少量的灰质(去白云化作用)。高于庄组四段与一段岩性特征相似，差别就是陆源砂屑少一些。宽城南沟门锰矿床主要产于长城系高于庄组二段，岩性为薄层状含锰白云质粉砂岩夹含锰页岩，矿体呈连续的层状，与围岩呈渐变关系。区内含锰层位处于浅海相沉积的细碎屑岩中，原始沉积形成的锰矿物应为菱锰矿，后期在地表氧化环境下，菱锰矿变成软锰矿、硬锰矿，并因原岩中的碳酸盐矿物流失而富集；深部原生带中岩石锰含量稍低。矿床成因类型为海相沉积型。

5 找矿标志及方向

1)地形标志：高于庄组二段主要为薄层状粉砂岩和粉砂质页岩，易风化剥蚀，地貌上往往为低洼地形。

2)地理特征：蓟县至迁西一带开阔的半封闭海盆是寻找锰矿有利位置。

3)含矿层颜色：高于庄组二段岩石为褐灰—灰黑色，一、三段岩石呈灰色或浅色，两者之间区别明显。

6 结 论

1)南沟门锰矿位于华北陆块北缘燕辽坳拉槽内，区域成矿地质条件优越，赋矿层位主要为中元古界长城系高于庄组二段地层，可分为原生矿和氧化矿两种类型。

2)南沟门锰矿矿床成因类型为海相沉积型。这种类型锰矿床的特点是品位低、厚度稳定。目的层位高于庄组二段含锰粉砂岩氧化后颜色变为褐灰色，容易辨认。通过地质填图和槽探工程寻找矿体是行之有效的找矿方法。

3)该地区锰矿成矿地质条件优越，应注重在外围寻找该类型的矿床。