杜 云，羅小亞

DU Yun,LUO Xiao-Ya

（湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南長沙410116）

（Hunan Institute of Geological Survey,Changsha 410116,Hunan,China）

湖南省常寧市茶潦錳礦床地質(zhì)特征及成因探討

杜 云，羅小亞

DU Yun,LUO Xiao-Ya

（湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南長沙410116）

（Hunan Institute of Geological Survey,Changsha 410116,Hunan,China）

茶潦錳礦位于塔山巖體北側(cè)外接觸帶，錳礦層呈層狀順層產(chǎn)于晚奧陶世天馬山組一段(O3tm1)中，嚴(yán)格受地層控制。目前礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)兩個(gè)近于平行的錳礦層，其走向延伸超過3 km，傾向延伸超過200 m。含錳巖系巖性主要為灰色中-薄層狀板巖夾淺變質(zhì)雜砂巖，或板巖與淺變質(zhì)雜砂巖互層，在巖相古地理上代表次深海近源陸屑濁積盆地亞相。礦石按自然類型屬原生氧化錳礦石，主要礦石礦物有褐錳礦、軟錳礦和水錳礦。礦石結(jié)構(gòu)主要有他形晶結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造。野外觀察和綜合研究獲得的證據(jù)表明，該礦床為沉積變質(zhì)型錳礦床。

地質(zhì)特征；礦床成因；晚奧陶世天馬山組；茶潦錳礦床；湖南省

從1980年代中后期至今，湖南省從錳礦礦物學(xué)、巖石地球化學(xué)、巖相古地理等方面著手，開展了一系列的錳礦研究工作。總體而言，所有研究都局限在早南華世大塘坡組、中奧陶世煙溪組以及早二疊世孤峰組，因?yàn)檫@三套地層被認(rèn)為是湖南省的主要含錳層位，其特征性的黑色碳酸鹽、頁巖、硅質(zhì)巖巖性組合也被認(rèn)為是湖南省沉積型錳礦形成的必要條件，因此導(dǎo)致了許多地質(zhì)工作者先入為主的認(rèn)為湖南省的沉積型錳礦只形成于黑色碳酸鹽、頁巖、硅質(zhì)巖巖性組合中，而忽視了其他巖性組合不同的地層也有形成沉積型錳礦的可能性[1]。本論文旨在通過分析茶潦錳礦的地質(zhì)特征和礦床成因，說明該礦床為產(chǎn)于晚奧陶世天馬山組淺變質(zhì)碎屑巖中的沉積變質(zhì)型錳礦床，從而為湖南省的錳礦研究工作及在區(qū)域上尋找同類型的錳礦床提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

本區(qū)位于南嶺緯向成礦構(gòu)造帶的西段北緣，處于陽明山-塔山-大義山東西向隆起帶之塔山巖體北側(cè)，是湘東南主要的成礦遠(yuǎn)景區(qū)之一（圖1）。

區(qū)域出露地層較全，由老至新分別有寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系及第四系。其中寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系最為發(fā)育。區(qū)內(nèi)與成錳有關(guān)的地層主要為二疊系，其次為第四系，晚奧陶世天馬山組是區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的含錳層位。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，從加里東期至燕山期都有活動(dòng)，加里東期形成了北東向褶皺基底，構(gòu)成了基底構(gòu)造格架，印支期則形成了E-W向巨型復(fù)背斜及NNE向、NNW向、近S-N向斷裂，燕山期構(gòu)造活動(dòng)疊加在前期構(gòu)造之上，以NE向和近S-N向斷裂發(fā)育為特征，上述斷裂構(gòu)造具多期活動(dòng)的特點(diǎn)（圖1）。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，規(guī)模較大，大部分巖體為復(fù)式巖體，具有明顯的階段性和繼承性，顯示多期次侵入的特點(diǎn)[2]。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為花崗巖類，產(chǎn)出時(shí)代主要為印支期和燕山期，主要巖體有塔山巖體、大義山巖體和陽明山巖體（圖1）。

圖1 區(qū)域地質(zhì)略圖Fig.1 Regional geologic map of Changning area,Hunan province

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)出露地層為奧陶系、泥盆系。其中奧陶系為上統(tǒng)天馬山組一段(O3tm1)，與上覆泥盆系呈不整合或斷層接觸，在礦區(qū)分布最廣，約占礦區(qū)面積65%，是區(qū)內(nèi)的賦錳地層。泥盆系分為中統(tǒng)跳馬澗組（D2t）、易家灣組（D2yj）和上統(tǒng)溜江組（D3l）、佘田橋組（D3s），分布于礦區(qū)北東部，約占工作區(qū)面積5%。

天馬山組一段(O3tm1)：在沉積相上屬次深海近源陸屑濁積盆地亞相，總厚度超過2 km。主要巖性有灰-灰綠色厚層狀淺變質(zhì)長石石英雜砂巖、灰-灰白色厚層-塊狀淺變質(zhì)石英雜砂巖和灰-灰綠色中-薄層板巖及灰色中-厚層粉砂質(zhì)板巖。巖石組合為淺變質(zhì)砂巖和板巖韻律互層組成的復(fù)理石建造。該類巖石組合的顏色偏灰綠，巖石中鐵離子多處于亞態(tài)，反映產(chǎn)出于深水還原環(huán)境；濁積韻律發(fā)育，但A、B、C、D、E層在單個(gè)濁積韻律中不一定發(fā)育完全。以上特征表明，天馬山組一段形成于水體較深、水動(dòng)力條件較強(qiáng)的深水濁流沉積環(huán)境。

圖2 茶潦礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geologic map of Chaliao Deposit

礦區(qū)位于塔山隆起北部，區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造較簡單，地層整體向南傾，褶皺構(gòu)造主要為小型層間褶皺，褶皺軸向近東西向，兩翼傾角陡，一般在45°以上。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，共見兩組斷裂構(gòu)造，即NE向和近S-N向。NE向斷裂屬區(qū)域性斷裂，貫穿礦區(qū)的北西部，礦區(qū)出露長度大于5 km，走向北東，傾向南東，性質(zhì)上屬左行平移逆斷裂，水平斷距最大達(dá)1.5 km，對錳礦層破壞作用大。近南北向斷裂屬次級斷裂，一般規(guī)模不大，長度不超過500 m，走向近南北，傾向東，性質(zhì)上屬正斷層，斷距一般在2 m以內(nèi)，對錳礦層有一定破壞作用。

巖漿巖分布于礦區(qū)南部，為晚三疊世侵入巖體，屬塔山巖體的北緣。礦區(qū)內(nèi)巖體與奧陶系天馬山組一段呈侵入或斷層接觸，巖體與圍巖接觸面多傾向圍巖，傾角為50°～70°。巖性主要有中細(xì)粒斑狀電氣石黑云母二長花崗巖、粗中粒斑狀電氣石黑云母二長花崗巖等。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦層特征

圖3 湖南省常寧市茶潦礦區(qū)15線勘探線剖面圖Fig.3 Profile of No.15 prospecting line of Chaliao manganese deposit,Changning,Hunan province

礦區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的Ⅰ號錳礦層，分布于礦區(qū)中部，走向近東西，傾向190°～200°，傾角60°～80°，呈層狀順層產(chǎn)于晚奧陶世天馬山組一段(O3tm1)，其產(chǎn)狀與兩側(cè)地層一致，局部具膨縮現(xiàn)象。

Ⅰ號錳礦層在地表延伸穩(wěn)定，含礦系數(shù)約為60%，目前由地表工程控制的長度達(dá)3 km，并且向東西兩側(cè)極有可能延伸出礦區(qū)，仍具擴(kuò)大規(guī)模的潛力。該錳礦層在傾向上延伸也較為穩(wěn)定，在15線和21線由地表工程和深部鉆探控制的斜深達(dá)200 m；從地表向深部，礦層產(chǎn)狀顯著變陡，從52°增加到80°左右（見圖3）。該錳礦層單工程水平厚度0.5～3.12 m，單工程平均品位Mn：14.42%～24.65%，TFe：4.68%～7.96%；整個(gè)錳礦層平均品位Mn：19.58%，TFe：6.14%，平均水平厚度1.27 m。

另外，在Ⅰ號錳礦層之上還發(fā)現(xiàn)了Ⅱ號錳礦層，該錳礦層產(chǎn)狀與Ⅰ號錳礦層一致，厚0.4～0.8 m，含礦性較差，含礦系數(shù)不超過50%，目前僅在礦區(qū)15線和18線附近見其出露。

3.2 礦石特征

金屬礦物主要為褐錳礦、軟錳礦和水錳礦，其次為針鐵礦。褐錳礦：他形粒狀，粒徑0.01～0.06 mm，不均勻分布，含量50%～65%；軟錳礦：隱晶質(zhì)集合體，不規(guī)則狀，局部分布，含量1%～8%；水錳礦：隱晶質(zhì)集合體，局部分布，含量1%～12%；針鐵礦：針狀，局部分布，微量；脈石礦物主要為石英、粘土礦物。主要有用組分為Mn，其次為Fe。礦石結(jié)構(gòu)主要有：他形晶結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要有：塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造等。礦區(qū)礦石按自然類型屬原生氧化錳礦石；按礦石構(gòu)造可分為：塊狀、條帶狀礦石等；按礦物共生組合可劃分為：褐錳礦礦石、水錳礦褐錳礦礦石、軟錳礦水錳礦褐錳礦礦石等（圖4）。

3.3 含錳巖系特征

礦區(qū)內(nèi)所見含錳礦段巖性主要為灰色中-薄層狀板巖夾淺變質(zhì)雜砂巖，或板巖與淺變質(zhì)雜砂巖互層，上述巖性共同組成含錳巖系。區(qū)內(nèi)含錳巖系厚約130 m，目前已在其中發(fā)現(xiàn)2層錳礦，單層厚0.4～2.2 m；含錳巖系兩側(cè)巖性以淺變質(zhì)石英雜砂巖為主，夾板巖，靠近巖體發(fā)生強(qiáng)烈角巖化，形成堇青石角巖或黑云母堇青石角巖，角巖化帶寬約200 m。

4 礦床成因探討

在晚奧陶世，全球性的缺氧事件使區(qū)內(nèi)各沉積場所處于缺氧-還原狀態(tài)，同時(shí)冰期的到來也使海平面相對下降。湘西北-湘中聯(lián)合地體在與湘東南地體融合過程中，前者內(nèi)部部分地區(qū)發(fā)生撓曲隆起，出現(xiàn)有水下高地（隆起）和露出水面的古島，使湘西北-湘中聯(lián)合地體的沉積相格局較以前發(fā)生了較大變化，在沉積相上，湘西北成為陸棚內(nèi)局限盆地亞相（SHB），湘中成為次深海遠(yuǎn)源濁積盆地亞相（LTB），而湘東南地體上的沉積格局的變化可能是來自東南方向華夏古陸的陸源碎屑增多，致使湘東南成為次深海近源陸屑濁積盆地亞相（STB）（圖5）[3]。

圖4 茶潦錳礦礦石特征Fig.4 Characteristics of the ore of Chaliao manganese deposit

圖5 湖南晚奧陶世巖相古地理圖[3]Fig.5 The map of Lithofacies and paleogeography of Later Ordovician of Hunan province

當(dāng)來自華夏古陸的錳以離子或膠體溶液狀態(tài)與陸源碎屑一起被河流帶至海洋，并被海浪、洋流及濁流進(jìn)一步搬運(yùn)至次深海（整個(gè)湘東南地區(qū)，包括目前礦區(qū)所在的位置）沉積下來，隨后經(jīng)過深埋成巖作用，形成最初的主要由錳氧化物、長石和石英碎屑及粘土礦物組成的沉積型錳礦層；在之后漫長的地質(zhì)時(shí)期中，原生的沉積錳礦層先后經(jīng)歷了區(qū)域變質(zhì)作用與三疊紀(jì)晚期塔山巖體侵入帶來的熱量引起的接觸熱變質(zhì)作用，發(fā)生了強(qiáng)烈的重結(jié)晶作用，其中一部分錳氧化物與石英相互作用生成了褐錳礦，最后形成了現(xiàn)在的以褐錳礦、軟錳礦與水錳礦為主要礦石礦物的沉積變質(zhì)型錳礦床。推斷本礦床為沉積變質(zhì)型錳礦床主要有如下事實(shí)證據(jù)：

（1）礦區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的錳礦層在走向上不同部位和傾向上不同高度上皆呈層狀順層產(chǎn)于塔山巖體北側(cè)外接觸帶晚奧陶世天馬山組一段(O3tm1)淺變質(zhì)碎屑巖中，嚴(yán)格受地層控制，含錳巖系為由板巖夾淺變質(zhì)雜砂巖，或板巖與淺變質(zhì)雜砂巖互層組成的韻律層，緊鄰錳礦層的圍巖中普遍含較多錳質(zhì)團(tuán)塊或條帶，沉積特征顯著，且無明顯蝕變現(xiàn)象。

（2）通過在走向和傾向上對礦區(qū)錳礦層進(jìn)行系統(tǒng)觀察研究，發(fā)現(xiàn)錳礦層中普遍含有一定量的粉砂屑、泥屑或砂屑，通常以含錳粉砂屑、含錳泥屑或含錳砂屑團(tuán)塊、斑點(diǎn)或條帶的形式散布于錳礦層中，當(dāng)粉砂屑或泥屑含量較高且集中時(shí)就形成了以粉砂屑、泥屑或砂屑為主要成分的夾石，并且局部還可見鐵錳質(zhì)與沉積碎屑物組成的韻律層理；另外，在對錳礦石所采的人工重砂中還可見呈白色或棕褐色圓柱狀-次圓狀的鋯石晶體，粒度大小0.10～0.18 mm，晶體因在較遠(yuǎn)距離的搬運(yùn)中持續(xù)摩擦碰撞致表面粗糙不平，呈毛玻璃光澤，并因在搬運(yùn)中發(fā)生磨圓作用導(dǎo)致雙錐晶面模糊不清，僅個(gè)別可見{110}及{311}發(fā)育完全、{100}及{111}發(fā)育不完全的聚形晶（圖6），沉積特征十分顯著。

（3）在大陸架淺海氧化和半氧化環(huán)境下可以形成原生氧化錳礦床[4]（圖7），但是原生氧化錳礦床并非只在淺海氧化和半氧化環(huán)境中形成，例如形成于水深4～6 km深海中的錳結(jié)核礦床，其錳礦石的主要礦物成分為三價(jià)和四價(jià)氧化錳[5]。上述事實(shí)表明在礦區(qū)巖相古地理所代表的次深海沉積環(huán)境中完全有可能形成沉積型氧化錳礦床，這進(jìn)一步證明了本礦床的原生沉積成因。

圖6 錳礦石人工重砂中的鋯石晶體的鏡下特征Fig.6 Characteristics of zircon crystals in artificial heavy concentrate from manganese ore

圖7 淺海沉積錳礦床相變分帶示意圖[4]Fig.7 Diagrammatic sketch of the zoning of phase transition of neritic sedimentary manganese deposit

（4）通過對露天民采露頭的觀察及錳礦層產(chǎn)狀的分析，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷層大多是在錳礦層形成之后形成，僅對錳礦層具有后期破壞作用，而無控礦、容礦作用；沿?cái)鄬蛹板i礦層未見明顯的熱液活動(dòng)痕跡（圖8）。這表明本礦床的形成與后期熱液活動(dòng)無關(guān)，所有成礦物質(zhì)均是原生沉積的，無外源成礦物質(zhì)加入。

（5）錳礦床的主要成因類型有海相沉積錳礦床和沉積變質(zhì)型錳礦床，其中海相沉積錳礦床包括產(chǎn)于碎屑巖中的原生氧化錳、碳酸錳礦床，沉積變質(zhì)型錳礦床包括產(chǎn)于熱變質(zhì)或區(qū)域變質(zhì)巖系中的氧化錳礦床[6]。沉積變質(zhì)型錳礦床多是原生沉積型錳礦床受變質(zhì)作用改造后的產(chǎn)物，受變質(zhì)作用后，原生沉積的氧化錳礦石（軟錳礦、水錳礦）經(jīng)變質(zhì)作用形成褐錳礦[7]。

據(jù)巖礦鑒定的結(jié)果，本礦區(qū)礦石中的礦石礦物主要為褐錳礦、軟錳礦和水錳礦；脈石礦物主要為石英、粘土礦物。軟錳礦、水錳礦是原生沉積礦物，其晶質(zhì)結(jié)構(gòu)是重結(jié)晶作用的結(jié)果，而褐錳礦則是典型的變質(zhì)成因礦物，因?yàn)闆]有明顯的熱液蝕變的跡象，所以褐錳礦應(yīng)該是原生沉積的一部分軟錳礦及石英相互作用生成的產(chǎn)物。上述事實(shí)充分表明了本礦床的沉積變質(zhì)成因。

圖8 茶潦礦區(qū)錳礦層及標(biāo)志巖層被后期斷層錯(cuò)斷Fig.8 The manganese ore-body and marked stratum of Chaliao manganese deposit destructed by the faults formed later

5 結(jié)論

（1）地層、構(gòu)造及礦體、礦石、礦物特征指示茶潦錳礦為沉積變質(zhì)型錳礦床，而非地表風(fēng)化形成的次生氧化錳礦床或內(nèi)生礦床。

（2）茶潦錳礦的發(fā)現(xiàn)，豐富了湖南省的錳礦資料，填補(bǔ)了湖南省奧陶系上統(tǒng)沉積型錳礦找礦工作的一項(xiàng)空白。這對湖南省乃至全國沉積型錳礦床方面的研究，以及指導(dǎo)區(qū)域上尋找同類型的錳礦床，都有重要的意義。

[1]石少華，唐分配，羅小亞,等.湖南省沉積型錳礦評價(jià)與找礦方向研究[R].湖南省地質(zhì)調(diào)查院,2013.

[2]羅朝華，盧欣祥，陳必河,等.透巖漿流體成礦作用導(dǎo)論[M].北京：地質(zhì)出版社，2009.

[3]王根賢，熊申甫，劉五一，等.湖南省晚元古代-早古生代巖相古地理圖說明書[R].湖南省地質(zhì)研究所,1991.

[4]袁見齊，朱上慶，翟裕生.礦床學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[5]汪新文主編.地球科學(xué)概論[M].北京：地質(zhì)出版社，2009.

[6]邵厥年,陶維屏主編.礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊[M].北京：地質(zhì)出版社，2010.

[7]胡明安，徐伯俊.世界礦產(chǎn)資源概論[M].武漢：地質(zhì)大學(xué)出版社，2009.

Du Y and Luo X Y.Geological Characteristics and Genesis of Chaliao Manganese Deposit in Changning County,Hunan Province.Geology and Mineral Resources of South China,2014,30 (3):239-245.

Chaliao manganese deposit is located in the outer contact zone at the north side of Tashan intrusion. The manganese ore-bodies occur in the First Member of Tianmashan Formation of Later Ordovician with a layered form,and are strictly controlled by the strata.Currently two nearly parallel manganese layers have been found, which extend over 3 km at its strike and over 200 m at its inclination.Manganese-containing rock series are gray Medium-thin-bedded slate sandwiched with slightly metamorphic greywacke,or slate interbedded with slightly metamorphic greywacke,which represent bathyal continent scraps turbiditic subphase in terms of lithofacies and paleogeography.The ore of the deposit is native oxide manganese ore according to the natural type.The main ore minerals are braunite,pyrolusite and manganite.The main ore textures are shaped crystal texture,aphanitic texture and metasomatic texture.The main ore structures are massive structure,and banded structure.Evidences obtained from field observations and comprehensive study indicated that the deposit is a sedimentary-metamorphic manganese deposit.

geological characteristics;genesis of deposit;Tianmashan Formation of Later Ordovician;Chaliao manganese deposit;Hunan Province

P618.32

A

1007-3701(2014)03-239-07

10.3969/j.issn.1007-3701.2014.03.006

2014-01-24；

2014-03-17.

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目《湖南上堡地區(qū)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查》（編號：1212011120809）與湖南省國土資源廳兩權(quán)價(jià)款項(xiàng)目《湖南省常寧市茶潦礦區(qū)錳礦預(yù)查》（編號：201203082）資助.

杜 云（1986—），男，助理工程師，從事地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查及勘查工作，E-mail：570358861@qq.com.