贵州省罗甸县上饶锰矿地质特征及成因机理研究

何文平

(1. 河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450016； 2. 河南省有色金属地质矿产局第六地质大队，河南 郑州 450016)

0 前 言

早在20世纪60年代，地质工作者就在贵州省南部地区发现了锰矿化线索，但是研究和找矿工作程度较低，锰矿找矿靶位不清，矿潜力情况不明朗，制约了锰矿找矿工作的进展。近年来，随着黔南地区二叠系含锰地层的发现，掀起了锰矿找矿的热潮[1-7]。刘志臣[3]通过借鉴和应用贵州南华纪古天然气渗漏沉积成锰的理论预测找矿；周琦等[4]对遵义二叠纪锰矿进行研究，完全突破了贵州二叠纪锰矿成矿的传统认识，建立了南华纪隐伏锰矿找矿预测模型。本文在前人研究的基础上，通过矿床地质特征分析、岩石地球化学研究，探讨了罗甸县上饶锰矿的矿床成因，为后期找矿提供依据。

1 区域地质背景

研究区位于扬子陆块南部，属扬子准地台黔南台陷贵定南北向构造变形区。在晚古生代和中生代均发生过裂谷活动，形成裂谷为早二叠世晚期张开，于早侏罗世关闭的夭折裂谷，与印度板块、太平洋板块在华力西期均向扬子板块俯冲挤压有关[1]。

区域上褶皱轴向大致可以分为北东向和北东东向2组，断裂以北东向和近南北向为主，这些构造形迹展示了目前该地区的构造格架特征，均为燕山期构造。沿上述夭折裂谷在燕山早期仍有继承性构造活动，古裂谷带转为统一的压扭性构造带[2]。

复杂的应力场，复杂的构造格架，多期次的构造运动和岩浆活动，礁相、台地相碳酸盐，裂谷晚期广泛的中三叠统复理石建造，使研究区成为有利于锰多金属成矿的地质背景[1](见图1)。

1.一级大地构造单元界限；2. 二级大地构造单元界限；3. 三级大地构造单元界限；4.燕山期背斜褶皱；5.断裂带；6.燕山期花岗岩体；7.隐伏岛链状花岗岩体推测边界；8.华南(pz)褶皱带；9.威宁北西向构造变形区；10.普安旋钮构造变形区；11.贵定南北向构造变形区；12.望谟北西向构造变形区图1 区域地质构造纲要

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层自老到新为泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系、第四系，累计最大厚度7 600 m。地层接触关系除白垩系与下伏地层呈角度不整合外，其余均属整合或假整合接触。其中含锰岩系为二叠系上统晒瓦群的上部或顶部，岩性为灰白、浅灰薄层硅质岩与黏土质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质黏土岩互层，岩层中具水平纹层；在该层上部的土黄色薄层黏土质粉砂岩与浅灰、灰白色薄至中层硅质岩互层中存在锰矿化，锰矿物主要为软锰矿，锰矿化层厚约5.5 m，而矿化较强处矿化层有1.8 m厚。锰矿化呈条带状(0.2～1 cm)分布在泥质粉砂岩中，或沿硅质岩的裂隙充填或沿碎裂面呈面状分布，或呈脉状(脉宽约0.4 cm)沿斜交岩层面的裂缝分布等。

2.2 构造

罗甸县境北部除三叠纪拉丁期外广布华力西-印支构造阶段拉张裂陷环境的浅水碳酸盐岩石组合，向南渐变为裂陷至裂谷阶段的深水碳酸盐及碎屑岩沉积组合[8-9]。中部横贯的沫阳弧形构造带把罗甸划分为南、北2个截然不同的构造单元[10]。矿区位于南部构造单元，区内断裂不发育，褶皱较为发育。

2.3 岩浆岩

矿区西部和南部，分布着辉绿岩体。岩体多沿背斜翼部侵入上古生代地层中，接触的最新地层为下二叠统茅口组，岩体呈岩床产出，以顺层侵入为主。围岩接触变质一般较弱，主要是大理岩化，次为硅化和黄铁矿化，局部受后期热液影响宽度达10 m,在与灰岩接触部位具有矽卡岩化和含铜磁铁矿化。

3 矿床地质特征

3.1 锰矿(化)层的岩石特点

锰矿(化)层主要由薄层泥质粉砂岩与薄层硅质岩互层组成(见图2)。

图2 含矿泥质粉砂岩(a)与含矿薄层硅质岩(b)

泥质粉砂岩：土黄色，泥质粉砂结构，弱固结，矿物成分主要为长石、石英及少量黏土矿物，黏土矿物主要为蒙脱石、高岭石，泥质粉砂岩层厚一般1～3 cm。

硅质岩：一般呈灰白色、白色，隐晶质结构，块状构造，但由于后期构造作用，岩石较为破碎，硅质岩层一般厚5～10 cm。

3.2 锰矿体的特征

上饶矿区内锰矿化带产于上二叠统晒瓦群内，锰矿化较强处，矿化带厚度一般在1～4 m之间变化，带内具有数层锰矿层，一般3～6层，相互近于平行，顺层分布，各层厚度不一，变化于0～40 cm，变化较大，存在膨胀、收缩现象，锰矿品位变化于18.72%～36.62%之间。锰矿层与黏土岩、粉砂质黏土岩、硅质岩之间，看不到明显的沉积间断，而为连续沉积。

矿床类型均为锰矿胚层岩石在地表经氧化形成的锰帽型矿床。按矿石自然形态、结构、构造等，可将其分为2个亚类：

1)“土状”矿石:具茶、咖啡、棕黑等色，疏松呈土状，微-隐晶结构，纹层状、多孔状等构造，主要矿物为软锰矿、黏土矿物(伊利石、蒙脱石、高岭石)。根据矿石内岩石残留体，以及地表对比研究，这类锰矿石的原始矿胚层岩石为含硅质较少的含锰粉砂质黏土岩、黏土岩及含锰硅质岩。

2)“渣状”矿石：棕黑、黑色，残留有较多的薄层硅质岩层及黏土岩层碎块。矿石主要由微-隐晶软锰矿、硅质-石英及黏土矿物(伊利石、蒙脱石)组成。其原始矿胚层岩石主要是含硅质较少的含锰粉砂质黏土岩、黏土岩及含锰硅质岩。

上述两类矿石的平均含量为：Mn 33.92%，TFe 17.715%，P 0.036%，SiO214.315%，Al2O30.18%，CaO 1.765%，MgO 0.34%，Mn/Fe 1.915，P/Mn 0.001，(CaO+MgO)/( Al2O3+ SiO2) 0.145。该区锰矿属高铁、低磷、低硅酸性氧化锰矿石。

4 地球化学特征

4.1 常量元素地球化学特征

Al2O3和TiO2的含量主要由陆源物质输入量决定，因此，岩石中Al2O3和TiO2的含量可作为大陆边缘沉积环境的判别指标[8]。贵州罗甸南部上饶晒瓦群含锰岩系Al2O3和TiO2含量均较低(见表1)，说明含锰岩系受陆源物质输入影响较小。

表1 罗甸县上饶含锰岩系样品主量元素含量 %

现代海底含金属喷流沉积物中，Fe/Ti和Al/(Al+Fe+Mn)关系是判断沉积物属于喷流沉积物的有效的地球化学参数[9]。典型的热水沉积的Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti、Al/(Al+Fe+Mn)分别为大于20、等于20±5、小于0.35[10]。二叠系晒瓦群含锰岩系的Fe/Ti除Y-15、Y-10外，Y-11约等于20，其余均大于20，尤其是Y-06、D002-4、D003-4均大于100。含锰岩石的(Fe+Mn)/Ti均大于36.55，高于20，特别是含锰高的岩石，其(Fe+Mn)/Ti大于1 000。含锰岩石的Al/(Al+Fe+Mn)均远远小于0.35，一般为小于0.06，只有Y-04、Y-05分别为0.174和0.184，接近0.35。从上述这些判断参数(见表2)分析，上饶二叠系晒瓦群含锰岩系应该属于热水沉积的产物。但是从Fe/Ti和Al/(Al+Fe+Mn)的数值看，二叠系晒瓦群含锰岩系中，硅质岩主要是热水沉积的产物，矿物质锰是在硅质岩形成的过程中形成的，而细碎屑岩如粉砂质黏土岩或黏土岩却不是热水沉积的产物，而是深海沉积的产物。

表2 罗甸县上饶含锰岩系主量元素特征

4.2 微量元素地球化学特征

上饶晒瓦群含锰岩系中Co、As、Ag富集程度高(见表3)，而Ba元素只在Y-08富集程度高，富集系数达到2.99。富集Co、As、Ag、Ba等元素是热水沉积所具有的特征。一般情况下，大多数沉积岩中Th的含量都高于U的含量，而热水沉积岩中二者的关系正好相反，由于热水沉积有较高的沉积速率，常常相对富含U，因此热水沉积岩中Th/U<1，而非热水沉积岩中Th/U>1[11]。

表3 罗甸县上饶晒瓦群含锰岩系的微量元素含量 ×10-6

茅口组含锰岩系的Th/U比值大部分小于1，只有Y-08、Y-10、 Y-11三个样的Th/U比值略大于1。含锰岩系明显偏低的Th/U比值反映了岩石形成时富铁镁质物源的加入，即热水(液)将深部(下地壳或上地幔)富铁镁质物源带入。这说明热水(液)从深部把锰质带入了沉积岩，锰矿的形成与热水喷流关系密切。

4.3 稀土元素地球化学特征

上饶二叠系上统晒瓦群含锰岩石的稀土总量∑REE偏低(见表4)，除Y-08外，样品的Ce负异常显著，球粒陨石标准化曲线都为右倾型(见图3)，大部分样品的Eu负异常突出，与热水成因沉积岩(矿)相似。

图3 罗甸上饶上二叠统晒瓦组含锰岩石稀土元素配分曲线

表4 罗甸县上饶晒瓦群含锰岩系的稀土元素含量 ×10-6

晒瓦群含锰岩系中稀土总量∑REE在Y-13层最高，达到134.0×10-6，样品稀土总量平均为24.48×10-6，而罗甸县辉绿岩稀土元素含量较高，样品的∑REE为164.9×10-6～187.3×10-6[12]。二者的稀土总量相比相差较远，而且上饶晒瓦群含锰岩系的稀土总量明显较低，含锰岩系具有低稀土含量与热水沉积具有低含量稀土是相似的[13-15]。

5 讨 论

5.1 矿床成矿条件分析

1)区域上二叠统的上部为长兴组或大隆组，扬子板块的中部为浅水碳酸盐台地沉积，称为长兴组；而在扬子板块的南北两侧，即川北—鄂北—安徽中部和桂北—湘中一带，以砂泥质沉积为主，并夹有含放射虫的硅质层，海水深度明显较大，即形成大隆组。可以看出扬子板块此时具有中部相对隆起，两侧裂陷的现象[1]。罗甸南部就位于这个裂陷内，由此，罗甸南部研究区在上二叠世时期为一盆地相区，含锰岩系晒瓦群在区域上相当于大隆组，处于深水环境。

2)罗甸南部上饶晒瓦组含锰岩系样品的Al2O3和TiO2含量均较低，说明含锰岩系受陆源物质输入影响较小[12]；在锰矿层中，分布着角砾状粉砂质黏土岩、黏土岩以及硅质岩，角砾棱角明显，基本上顺层分布；同时在锰矿层中具有搅动构造，这些均说明存在有海底热水的向上喷发或喷流现象。

3)典型热水沉积的Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti、Al/(Al+Fe+Mn)分别为大于20、等于20±5、小于0.35[10]。从前述含锰岩系样品的Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti、Al/(Al+Fe+Mn)看，上饶二叠系晒瓦群含锰岩石应该属于热水沉积的产物；同时在N(Fe)/N(Ti)-N(Al)/N(Al+Fe+Mn)图解(见图4)中。各样品也主要分布在靠近东太平洋洋隆和红海热水沉积物的一侧，同样表明这些含锰岩石属于热水沉积的产物。

图4 N(Fe)/N(Ti)-N(Al)/N(Al+Fe+Mn)

4)在正常的沉积碎屑岩中，长石及黏土矿物随着石英含量的增加而减少，因而w(SiO2)与w(Al2O3)常呈负相关，而喷流-沉积岩则通常富SiO2而贫Al2O3，据此，根据Bonatti的w(SiO2)-w(Al2O3)图解(见图5)，看出含锰岩石样品均落在热水区，表明是热水沉积的产物。

图5 w(SiO2)-w(Al2O3)图解

5.2 矿床成因

含锰岩系地层为一套复杂的深水碎屑沉积，薄层硅质岩广泛发育，与细碎屑岩互层出现。根据锰矿化的地质特点，结合含锰岩系的地球化学特征，初步认为罗甸上饶二叠系锰矿化层处于紫云-六盘水深断裂与罗甸-独山深断裂的交叉部位，可能是深部热水(液)发育部位，矿化层中的锰矿物质可能来源于此部位。但锰矿化层中存在有一定的正常沉积，可能是热水喷流锰矿物质与海水发生混合作用的结果。

6 结 论

通过贵州省罗甸县南部上饶锰矿成矿地质背景、含锰岩系、矿(化)体(层)地质及地球化学特征分析，得出以下结论：

1)上饶锰矿区位于扬子陆块南部，属扬子准地台黔南台陷贵定南北向构造变形区。复杂的应力场和构造格架，使研究区成为有利于锰多金属成矿的地质背景。

2)上饶矿区内锰矿化带产于上二叠统晒瓦群内，锰矿化层主要由薄层泥质粉砂岩与薄层硅质岩互层组成。矿石的平均含量为：Mn 33.92%，TFe 17.715%，P 0.036%，SiO214.315%，Al2O30.18%，CaO 1.765%，MgO 0.34%，Mn/Fe 1.915%，P/Mn 0.001%，(CaO+MgO)/( Al2O3+ SiO2) 0.145%。锰矿石属高铁、低磷、低硅酸性氧化锰矿石。

3)地球化学特征分析，认为罗甸县南部上饶晒瓦组含锰岩系样品受陆源物质输入影响较小，属于深水环境中，热水沉积的产物。