四川省平武县箭竹垭锰矿地质特征及矿床成因探讨

白新会，王挽琼，袁明强，吴春章，许 骏

(1. 四川省冶金地质勘查局成都地质调查所，四川 成都 610203； 2. 成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610059；3. 西南石油大学 地球科学与技术学院，四川 成都 610500)

0 前 言

锰矿作为国家战略资源之一，一直受到国内外学者的广泛关注研究[1]。四川平武-青川地区分布的邱家河组为一套黑色含锰岩系，其内发育3～4层锰矿层，因最早发现于四川省平武县石坎境内而命名为“石坎式”锰矿[2]，整体呈北东-南西向展布，其中石坎-东河口一带为主要矿集区。矿集区内发育的矿床有石坎水观锰矿、箭竹垭锰矿、茶树岭锰矿、马公锰矿、毛家山锰矿、马鞍垭锰矿和花竹园锰矿[2-5]。目前尚未报道过箭竹垭锰矿的相关研究，因此通过对该矿床地质特征的研究，探讨了矿床成因，查明了成矿规律和找矿标志，为后续锰矿勘查工作提供了科学依据。

1 区域地质特征

研究区位于茂县-汶川断裂和北川-映秀断裂之间，属于龙门山后山带，具体位于后龙门山推覆构造带的轿子顶复式背斜南侧、南坝断裂以北、石坎断层附近，受北东向构造的作用，区域构造亦呈一系列北东向排列的复式褶皱、断层，轿子顶复背斜和南部大断裂对邱家河组控制作用明显，基本控制了区域上邱家河组产状和出露范围(见图1)。

图1 区域地质简要

区域上出露的地层有马尔康分区金川小区震旦系、寒武系、志留系，震旦系蜈蚣口组(Zw)出露在轿子顶背斜南翼，为一套绢云千枚岩、绿泥千枚岩、石英千枚岩夹砂岩条带组成的浅变质泥质岩；水晶组(Zs)主要为深灰色中-厚层状硅质白云岩、薄板状结晶灰岩，夹千枚岩及硅质岩透镜体。寒武系下统邱家河组(∈1q)为一套黑色含锰岩系，由(炭)硅质板岩、千枚岩、灰岩及硅质岩等组成，与震旦系呈断层或整合接触；油房组(∈1y)岩性为变质岩屑砂岩、粗砂岩夹板岩，与邱家河组呈整合接触。

研究区以北的轿子顶一带发育晋宁晚期的花岗岩岩基，但距邱家河组相对较远。

2 矿区地质

矿区地处龙门山北东向多字型构造带，南坝大断裂和青溪大断裂之间，总体构造线近北东向(见图1)；成矿区带属于滨西太平洋成矿域(Ⅰ-4)、上扬子成矿省(Ⅱ-15-B)、龙门山-大巴山Fe-Cu-Pb-Zn-Mn-V-P-S-重晶石-铝土矿成矿带(Ⅲ-73)、广元-江油(仰天窝向斜两翼)Fe-Mn-Pb-Zn-S-Ag-铝土矿-砂金成矿区(Ⅳ-24)[6-7]。

2.1 地层

矿区出露有震旦系水晶组(Zs)、寒武系下统邱家河组(∈1q)和油房组(∈1y)(见图2)。

图2 箭竹垭地区地质

水晶组(Zs)分布于矿区中北部，为灰-灰黑色硅质白云岩和厚层状结晶灰岩，地层展布总体呈南厚北薄，由于地层倒转，呈平行不整合覆盖于寒武系下统邱家河组之上。

邱家河组(∈1q)自下而上分别为白云质硅质板岩、白云质炭硅质板岩(夹白云岩)、锰矿层、白云质炭硅质板岩、炭硅质板岩、白云质炭硅质板岩和炭硅质板岩，地层厚度大于250 m，是该区的含矿地层。按照岩性及含矿特征，分为4段：①邱家河组一段(∈1q1)为灰黑色炭硅质板岩，呈现向西厚度增大，向东厚度变薄的趋势，厚度约75 m。②邱家河组二段(∈1q2)顶部见少量含锰矿物，Mn品位较低，岩性以白云质炭硅质板岩为主，局部夹白云质灰岩，整体厚度较为均匀，厚度大于110 m。③邱家河组三段(∈1q3)上部为白云质炭硅质板岩夹白云岩，下部为炭硅质板岩，其中上部为本区含矿层，厚度大于77 m。④邱家河组四段(∈1q4)以白云质硅质板岩为主，厚度大于40 m。

油房组(∈1y)为一套浅变质碎屑岩系，主要由青灰色变质岩屑砂岩、石英砂岩、粉砂岩夹少量千枚岩、结晶灰岩组成。与下伏邱家河组整合接触，总厚达312 m。

2.2 构造

矿区位于龙门山北东向多字形型构造带前山带、高庄复向斜北端南翼，矿区南东为石坎断裂(见图2)；受区域褶皱控制，致使区内次级褶皱发育、地层倒转显著，走向近东西，倾角7°～40°，总体上为一单斜构造。区内仅发育少量层间破碎带，劈理、节理、裂隙较为发育。

石坎断裂：为区域主干断裂，区域出露长度32 km，总体呈北东走向，倾向北西，倾角一般大于60°，上盘为邱家河组，下盘为油房组，据地层叠置关系和断层带牵引褶皱等特征判定为一逆冲断层。

梯子岩向斜：枢纽走向35°，两翼地层均为邱家河组，南东翼倾向北西，倾角7°～16°，北西翼倾向北东，倾角约19°，控制着锰矿体的形态、厚度及产状变化。

2.3 变质作用

区内经过多次的区域变质作用，使其沉积岩系及含矿层发生重结晶及变质改造作用，在先后的区域动力变质、热变质作用下，由于温度大大升高，压力显著增大，使得在原沉积岩所形成的含矿层，其物质成分转变为塑性状态，普遍发生重结晶作用；同时由于变质作用，原始的含矿层中的矿物质被活化或进行交代改造，富集成矿层。

矿区变质岩系为中压绿片岩相变质作用，变质岩以板岩类岩石为主，主要有白云质炭硅质板岩、炭硅质板岩、含锰炭硅质板岩、炭质板岩、白云质硅质板岩等。在邱家河组常见，具微晶变晶结构，微晶鳞片变晶结构，板状构造及条纹条带构造。

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质

Ⅰ号矿体呈层状产于寒武系下统邱家河组(∈1q)中上部的白云质炭硅质板岩层中，矿体出露连续、稳定，呈“V”形展布，局部具分支复合特征，沿走向出露长度大于1 000 m，向西延伸至茶树岭一带。矿体产状与围岩一致，受梯子岩向斜控制，北西翼产状35°∠19°，南东翼总体产状335°∠8°～24°。矿体厚度最小1.00 m，最大8.32 m，平均厚度4.34 m，Mn最高品位16.29%，最低12.01%，平均品位13.70%。由钻探和坑道、剥土等工程控制，出露标高1 500～1 554 m，控制矿体最大埋深199 m，斜深大于200 m。

3.2 围岩和夹石

矿体严格受地层和褶皱控制，赋矿岩石以含锰白云质炭硅质板岩为主，顶底板稳定，直接顶板围岩以白云质炭硅质板岩为主，直接底板围岩为白云质炭硅质板岩夹白云质条带。多数围岩与矿体呈渐变过渡关系，围岩普遍含锰4%～10%。近矿围岩中常含有黄铁矿、硫锰矿、硬锰矿等金属矿物，脉石矿物以白云石、石英、炭质成分为主。

3.3 矿石结构构造

锰矿石以原生锰矿石为主(见图3a～b)，地表处有少量经风化淋滤富集作用形成的锰氧化壳，仅分布于地表附近。

原生锰矿石位于矿体中深部，呈灰色、黑褐色、灰绿色，以他形粒状结构为主，显微粒状结构次之；以条带(纹)状构造为主，硫锰矿和黄铁矿呈混合条带状分布。

3.4 矿石矿物

原生锰矿石矿物以硫锰矿(10%～20%)为主，次要矿物有黄铁矿(4%～10%)、硬锰矿(小于1%)、软锰矿(小于1%)、褐锰矿(小于1%)、辉铜矿(偶见)等；脉石矿物以白云石(16%～50%)、硅质(20%～40%)、炭质(5%～10%)、绢云母(约1%)为主，偶见有石英、方解石、黏土矿物等。富硫锰矿的矿石中，往往黄铁矿及白云石含量也高。

硫锰矿：他形粒状，少量晶体中包含黄铁矿集合体，其交代白云石较为显著(见图3c)，断续条带状、点状分布于脉石矿物晶体之间，部分与黄铁矿呈混合条带状分布，局部可见硫锰矿发育在白云岩缝合线中(见图3d)，含硫锰矿的碳酸盐岩脉穿切白云岩缝合线(见图3e)，大小在0.001～1.2 mm，个别集合体达4.7 mm。

硬锰矿：呈土状、隐晶质胶状集合体，少量形成鲕状、半鲕状，部分转化为软锰矿，呈不规则团状、细脉状或麻点状、断续微脉状分布于脉石矿物晶体之间，粒径在0.001～0.9 mm。

软锰矿：他形粒状，多呈集合体的细脉状、短脉状分布，脉中心为软锰矿，边部为硬锰矿，部分由硬锰矿转化形成。

褐锰矿：他形粒状，局部点状分布，多分布于白云石间(见图3c，f)，粒径0.005～0.02 mm。

黄铁矿：多呈他形粒状，集合体呈条带状、纹层状、草莓状分布于脉石矿物之间(见图3f)，少量呈分散点状分布，大小为0.001～0.04 mm。

a.锰矿石岩芯照片(条带状构造)；b.锰矿石标本新鲜面；c.硫锰矿交代白云石；d.硫锰矿发育于白云石缝合线中；e.脉状硫锰矿切穿缝合线；f.草莓状黄铁矿图3 箭竹垭锰矿岩石学和矿相学特征

4 矿床成因

龙门山北段在邱家河组沉积时期，处于上扬子板块北部边缘与北侧摩天岭古陆结合部位的坳陷带，受此环境的控制，在晚震旦世碳酸盐岩沉积基础上，形成了一套浅海-半深海相以碎屑岩为主夹碳酸盐岩沉积建造，因沉积海域此时锰质含量高，而形成了含锰岩系[2]。平武-青川地区锰矿为沉积成因，区内含锰岩系总体反映碎屑岩相-硅质岩相的韵律组合，可大致划出2个沉积旋回，代表由浅水到深水的海进序列，含锰岩系位于碎屑岩相和硅质岩相之间的过渡部位，前人报道的茶树岭锰矿[4]和马公锰矿[3]均为该类成因的海相沉积型锰矿。

箭竹垭锰矿位于茶树岭锰矿和马公锰矿之间，产于邱家河组含锰白云质炭硅质板岩中，严格受地层控制，与围岩产状一致，锰矿石多为灰黑色，矿层中有细小条带状黄铁矿，并含有炭质，显微镜下锰矿石中草莓状黄铁矿粒径大小较为均一，多为4 μm左右，极少数集合体粒径达16 μm(见图3f)，表明其形成于硫化、缺氧的海洋环境[8]，结合区域成矿背景，矿床的产状、矿石结构构造及围岩特征均显示了浅海相沉积的特征，初始沉积的含锰岩层是形成锰矿的基础；但与区域锰矿以碳酸锰矿石为主不同，箭竹垭矿区含锰矿物以硫锰矿为主，硫锰矿多呈他形粒状和浸染状与白云石紧密交生，部分呈团块状沿构造节理分布，团块内常包含细粒、草莓状黄铁矿，硫锰矿交代了白云石、硫锰矿发育在白云岩缝合线中(图3d)，且含硫锰矿的碳酸盐岩脉穿切了白云岩缝合线(图3e)，这些显微特征表明硫锰矿非沉积作用形成，可能是变质热液的产物。

5 找矿标志

锰矿体找矿标志主要有：

1)氧化淋滤标志：锰矿在地表易氧化成灰黑褐-黄褐色锰氧化壳，矿石常呈蜂窝状。

2)层位标志：锰矿产于邱家河组中，顶底板围岩以白云质炭硅质板岩为主，且底板常夹有白云石条带(团块)。

3)条带状矿石：工程揭露的矿石类型均为原生锰矿石，金属矿物集合体所形成的条带状构造可作为深部找矿标志。

6 结 论

1)箭竹垭锰矿为发育在邱家河组黑色含锰岩系中层控锰矿床，为平武-青川一带首次发现的以硫锰矿为主要含锰矿物的原生锰矿床，矿体厚度、产状、品位均较为稳定。

2)通过岩石岩相学特征分析，硫锰矿为变质热液的产物，矿床成因类型为沉积变质型。

3)锰矿体找矿标志明显，浅表为黄褐色锰氧化壳，深部为金属矿物集合体构成的条带状构造。