馬 驍，劉敏鵬，靖榮奇，翟奮軍，郝 沖

(中冶一局城市安全與地下空間研究院有限公司，河北 張家口 075100)

0 前 言

我國錳礦床成因類型眾多，可以分為海相沉積型、火山沉積型、碳酸鹽巖中熱水沉積型、巖漿熱液型、受變質(zhì)型及表生型。其中，海相沉積型占資源量的71．40%，表生型占15．70%，是2種最主要的類型，而海相沉積型占據(jù)了主導(dǎo)地位。海相沉積型錳礦具有明顯的時(shí)控性特點(diǎn)，形成了古元古代、中—新元古代和顯生宙3次成礦爆發(fā)期。近年來，先后在貴州、廣西、湖南、山西、新疆等地發(fā)現(xiàn)了錳礦床[1]，而河北錳礦受到諸多因素影響，錳礦資源勘查依然存在諸多問題，河北錳礦資源儲(chǔ)備嚴(yán)重不足。因此，河北錳礦資源勘查和研究迫在眉睫。河北的錳礦主要產(chǎn)于中元古代華北陸塊的燕遼裂谷帶，在該地區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的錳礦有遷西縣秦家峪錳礦、薊縣東水廠錳礦、赤城蔡莊子錳礦等[2-5]。河北北部位于華北陸板北緣燕遼裂谷帶內(nèi)，沉積了較厚的中—新元古代海相地層，而沉積型錳礦的形成與古海洋環(huán)境有關(guān)，很多大型、超大型錳礦均形成于深層海水缺氧環(huán)境[6]。因此，該地區(qū)錳成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，具有較好的找礦前景。

1 區(qū)域地質(zhì)

1.1 區(qū)域地層

區(qū)域上出露的巖石地層為太古界遷西群上川組、拉馬溝組、跑馬場組，中上元古界長城系、薊縣系，中生界侏羅系，新生界第四系。

太古界遷西群上川組主要巖性為黑云斜長片麻巖、紫蘇斜長片麻巖、黑云變粒巖、紫蘇淺粒巖。太古界遷西群拉馬溝組主要分布在區(qū)域東北部，主要巖性為斜長角閃巖、斜長變粒巖、黑云斜長變粒巖、透輝斜長角閃巖、斜長片麻巖，花崗質(zhì)片麻混合巖。太古界遷西群跑馬場組在區(qū)域北部有少量分布，主要巖性為角閃斜長片麻巖、輝石角閃斜長片麻巖、二輝斜長片麻巖。

中元古界長城系大紅峪組主要分布在區(qū)域中部及東部，下與太古界拉馬溝地層呈斷層接觸，上覆地層為高于莊組。其主要巖性為紫紅色—白色石英長石細(xì)砂巖。長城系高于莊組分布于區(qū)域中部及東部，下與大紅峪組地層整合接觸，上覆地層為薊縣系楊莊組；該組分4個(gè)巖性段，是礦區(qū)主要的含礦層。

中元古界薊縣系楊莊組主要分布在區(qū)域中部及東南部，下與高于莊地層整合接觸，上覆地層為霧迷山組。其主要巖性為紫紅色薄層—厚層泥質(zhì)白云巖、含砂泥質(zhì)白云巖夾厚層含燧石條帶白云巖。上元古界青白口系長龍山組為紫紅色、黃綠色頁巖夾薄層海綠石細(xì)砂巖；景兒峪組巖性為灰紫、黃綠色薄層板狀白云質(zhì)灰?guī)r夾頁巖。

古生界寒武系主要分布于區(qū)域東南部，該組主要巖性為灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、白云巖、礫屑白云巖、頁巖、砂巖。中生界侏羅系髫髻山組主要分布于區(qū)域中南部，主要巖性為中性火山碎屑巖、熔巖、沉積巖。新生界第四系主要分布在山間溝谷、山間平原。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

褶皺構(gòu)造：總體來看，受寬城凹褶束構(gòu)造影響，太古界地層呈現(xiàn)北西—南東走向的向斜盆地，盆地沉積有中上元古界沉積蓋層。沉積蓋層受向斜控制，在工作區(qū)附近形成走向北西—南東，傾向南西的單斜構(gòu)造。

斷裂構(gòu)造：區(qū)域上受密云—喜峰口一帶深大斷裂區(qū)域構(gòu)造影響，斷裂較發(fā)育。區(qū)域內(nèi)斷層以北西向?yàn)橹?，傾向南西，并有少量近東西向和北北東向次級(jí)斷層發(fā)育。該區(qū)處于北東向、北北東向及北西向構(gòu)造的交會(huì)部位，通過研究表明，北東向及北北東向的斷裂是主要控巖、控礦構(gòu)造，而北西向和北北西向斷裂為流體運(yùn)移和礦質(zhì)沉淀提供了導(dǎo)礦通道和容礦空間。

1.3 巖漿巖

巖漿巖主要發(fā)育于區(qū)域的東部和北部。中細(xì)?；◢弾r體、閃長巖脈、斑狀花崗巖等主要分布于調(diào)查區(qū)的東部和北部。中粗粒閃長巖在區(qū)域西部有少量分布。燕山期本區(qū)構(gòu)造巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，產(chǎn)生了北北東向斷裂帶和早期的構(gòu)造交織網(wǎng)，為巖漿活動(dòng)提供了有利構(gòu)造空間，引發(fā)熔巖噴發(fā)及淺層次火山巖的侵入，同時(shí)派生一系列北西向、北北西向斷裂帶。礦區(qū)內(nèi)形成了火山巖—次火山巖組合的火山構(gòu)造機(jī)構(gòu)控礦作用。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地 層

礦區(qū)出露地層自老至新為太古界遷西群拉馬溝組，中上元古界長城系大紅峪組、高于莊組一段～四段。太古界遷西群拉馬溝組地層在礦區(qū)出露較少。長城系大紅峪組呈北西走向分布于礦區(qū)中部，傾向南西，傾角45°左右，厚約310 m。底部約4 m厚底礫巖，礫石以脈石英、石英巖為主，其次有片麻巖、燧石、玄武巖，砂質(zhì)、泥質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)；下部為長石石英砂巖，紫紅色—白色，碎屑成分為石英巖屑、長石巖屑和黏土礦物。上部為灰色燧石條帶粉晶白云巖與翠綠色富鉀頁巖互層，硅質(zhì)層較發(fā)育；頂部約1～3 m含錳頁巖。底礫巖和含錳頁巖可作為該組巖性分層標(biāo)志。

長城系高于莊組呈北西走向在礦區(qū)大面積分布，傾向南西，傾角一般45°左右，分4個(gè)巖性段。一段下部巖性為灰黃色粉砂巖夾頁巖；上部為灰黃色—灰白色燧石結(jié)核(條帶)白云巖；頂部為一薄層砂質(zhì)白云巖。二段上部主要巖性為灰色中厚層含錳微晶白云巖、泥晶白云巖，厚100～180 m。下部為暗灰色—紫灰色薄層狀含錳粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖，厚90～130 m。含錳層位分布于二段下部含錳粉砂巖及頁巖中，巖石為灰黑色，地表風(fēng)化為黑褐色—紅褐色，粉砂碎屑結(jié)構(gòu)，薄層—片狀構(gòu)造，主要礦物組成為粉砂碎屑，少量黏土礦物和白云石等。三、四段未分：上部巖性為深灰、灰白色厚—巨厚層白云巖，含燧石條帶及團(tuán)塊；下部為淺灰、深灰色中厚層夾薄層白云巖，局部含錳，但含量低。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)總體為單斜構(gòu)造，地層走向北西，傾向205°～245°。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅在礦區(qū)東北側(cè)發(fā)現(xiàn)一條規(guī)模較大的北西—南東向正斷層，錯(cuò)斷大紅峪組地層，并使大紅峪組地層與太古界地層呈斷層接觸。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅發(fā)現(xiàn)2個(gè)閃長巖巖株、1條二長斑巖巖脈，規(guī)模均較小，其中二長斑巖巖脈穿過含錳地層。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 賦礦層位及其特征

高于莊組與下覆的大紅峪組基本為連續(xù)沉積，局部有不明顯的沉積間斷，由碎屑巖、白云巖組成，屬于濱海—淺海相沉積。高于莊組可分為四段，其中二段的中下部為錳礦的賦存層位，其巖性由下而上為含錳含粉砂質(zhì)頁巖、含錳泥質(zhì)白云巖、含錳白云巖、黑色泥晶狀白云巖、中厚層狀微含錳白云巖。

3.2 礦體特征

南溝門含錳沉積層賦存于中元古界長城系高于莊組二段下部地層中，厚度、產(chǎn)狀穩(wěn)定。含錳巖石為含錳粉砂巖與含錳粉砂質(zhì)頁巖，含錳沉積層淺部為碳酸錳礦床的氧化帶，錳礦體多為層狀、似層狀、透鏡體狀，礦體產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀基本一致。礦體總體走向近東西向，西陡東緩，走向長度約6.50 km，厚度5.13～16.48 m，呈層狀產(chǎn)出?？傮w走向北西，傾向南西，傾向205°～245°，傾角25°～60°，Mn品位最低9.68%，最高16.14%，平均品位為12.22%。地表(氧化礦)厚度最小5.13 m，最大16.48 m，平均8.15 m；深部(原生礦)厚度最小2.45 m，最大8.61 m，平均6.14 m。由鉆探和槽探工程控制，控制礦體最大斜長為6.50 km。礦體賦存層位延深不超過4 m，其對應(yīng)層位巖石Mn含量<10%，說明礦體原巖為含錳粉砂巖，經(jīng)風(fēng)化淋濾富集作用形成錳氧化殼，分布只局限于地表淺部，且該礦體地表分布不連續(xù)，局部富集，局部貧化。

3.3 礦體圍巖及夾石

礦體頂?shù)装鍑鷰r一般為暗灰色薄層含錳粉砂巖、粉砂質(zhì)白云巖。夾石為少量泥質(zhì)頁巖。該巖系普遍含錳，含錳較高時(shí)候可以形成貧錳礦體。圍巖與礦體界線呈漸變關(guān)系，沒有明顯界線。

3.4 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

錳礦物以膠結(jié)物形式嵌布于砂粒間，氧化礦石的結(jié)構(gòu)分為3種：晶粒結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、膠體變晶結(jié)構(gòu)。原生礦石的結(jié)構(gòu)分為晶粒結(jié)構(gòu)、膠體變晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。

錳礦物氧化礦石的構(gòu)造以砂膠結(jié)構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造為主，脈狀構(gòu)造次之。原生礦石的構(gòu)造主要為脈狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造和砂狀膠結(jié)構(gòu)造。

3.5 含錳巖石的物質(zhì)組成

含錳巖石的巖性為長城系高于莊組二段含錳粉砂巖、含錳粉砂質(zhì)頁巖；底板為砂質(zhì)白云巖；頂板為粉砂巖、頁巖、含錳砂質(zhì)白云巖。南溝門錳礦床具有典型的雙層結(jié)構(gòu)——表生氧化帶和深部原生礦帶，即氧化礦和原生礦。根據(jù)物相分析，含錳巖石表生礦床含錳礦物以軟錳礦為主，少量水(褐)錳礦、硅酸錳，原生礦床菱錳礦較少，氧化錳礦物中的錳占有率為84.54%(見表1)。常見伴生礦物為石英、長石、鐵白云石、黏土礦物等。原生礦礦石礦物以菱錳礦為主，次生氧化水錳礦次之，其他錳礦物少量，脈石礦物以石英為主，其次為長石，云母類少量。

表1 南溝門錳礦物相分析結(jié)果

氧化礦石中，錳礦物以軟錳礦膠結(jié)物形式分布于脈石礦物砂粒間。原生礦石中，錳礦物主要以菱錳礦、水錳礦等呈微粒集合體分散或脈狀分布于脈石之間，其他少量錳礦物則以膠結(jié)物形式嵌布于脈石砂粒間。氧化礦石中錳礦物顆粒粒度0.03～0.20 mm；原生礦石中錳礦物顆粒粒度為0.004～0.05 mm，脈狀錳礦物脈寬為0.02～0.05 mm，與石英、長石脈石礦物緊密連生。此外，還有一部分脈石呈包體于錳礦物中。

3.6 礦石的化學(xué)成分

南溝門錳礦石氧化礦和原生礦的主要元素含量如表2所示，氧化礦的SiO2含量較原生礦石含量較高，且由于長期的風(fēng)化淋濾作用，氧化礦石中的Fe2O3、MnO含量明顯較原生礦石富集。CaO、MgO、SO2流失明顯，低于原生礦，原生礦燒失量遠(yuǎn)高于氧化礦。原生礦FeO 、MgO含量比氧化礦石含量較高。

表2 南溝門錳礦氧化礦、原生礦化學(xué)分析結(jié)果 %

4 礦床成因及成礦規(guī)律

河北寬城南溝門錳礦主要賦存于長城系高于莊組二段，形成時(shí)代為中元古代。哥倫比亞超大陸的聚合與裂解是古元古代—中元古代全球規(guī)模最大的地質(zhì)事件。古元古代和新元古代哥倫比亞超大陸的聚合與裂解過程造成海平面強(qiáng)烈的升降變化并造成氧化還原界面隨海平面遷移，受溶解度變化的影響，在氧化還原界面附近形成大規(guī)模錳礦[6-7]。華北古陸北緣受其影響也產(chǎn)生了積極響應(yīng)，與之對應(yīng)的事件就是形成燕遼坳拉槽、渣爾泰—白云鄂博—化德坳拉槽以及熊耳坳拉槽。其中，以燕遼坳拉槽最為典型，沉積了厚達(dá)上萬米的碎屑巖—碳酸鹽巖—黏土巖序列。燕遼坳拉槽是在下伏長城系常州溝組—大紅峪組的基礎(chǔ)上繼承和發(fā)展而來的，裂谷盆地基底及古構(gòu)造格局對高于莊組錳礦沉積具有重要的控制作用。盆地內(nèi)北東向斷裂、北西斷裂廣泛發(fā)育，局部還有一些層間滑動(dòng)產(chǎn)生的鞍狀虛脫構(gòu)造和侵入接觸構(gòu)造，共同控制了長城系的沉積相、沉積物厚度以及錳的成礦作用[8-9]。

長城系高于莊組延續(xù)時(shí)間約二億年，形成第一次空前的廣泛海浸期，形成一個(gè)寬廣平緩的陸表海。該時(shí)期的古構(gòu)造格局是北部為呈東西向展布的內(nèi)蒙古陸，東南側(cè)為山海關(guān)古隆起。原始的近東西向的馬蘭峪—湯道河水下高地把東半部的海域分割成南北兩部分：南側(cè)薊縣—遷西一帶的比較開闊的半封閉的海盆，北側(cè)興隆—寬城一線呈東西向延伸的狹長海槽。高于莊期的沉積環(huán)境為濱海相到亞淺海相深水陸棚，以濱海沉積為主的沉積環(huán)境沉積了一套巨厚的碳酸鹽巖為主的沉積建造[2-3]。高于莊組一段地層富含陸源砂屑組分；高于莊組二段地層富含陸源泥質(zhì)和錳質(zhì)；高于莊組三段地層不含或少含陸屑組分并含少量的灰質(zhì)(去白云化作用)。高于莊組四段與一段巖性特征相似，差別就是陸源砂屑少一些。寬城南溝門錳礦床主要產(chǎn)于長城系高于莊組二段，巖性為薄層狀含錳白云質(zhì)粉砂巖夾含錳頁巖，礦體呈連續(xù)的層狀，與圍巖呈漸變關(guān)系。區(qū)內(nèi)含錳層位處于淺海相沉積的細(xì)碎屑巖中，原始沉積形成的錳礦物應(yīng)為菱錳礦，后期在地表氧化環(huán)境下，菱錳礦變成軟錳礦、硬錳礦，并因原巖中的碳酸鹽礦物流失而富集；深部原生帶中巖石錳含量稍低。礦床成因類型為海相沉積型。

5 找礦標(biāo)志及方向

1)地形標(biāo)志：高于莊組二段主要為薄層狀粉砂巖和粉砂質(zhì)頁巖，易風(fēng)化剝蝕，地貌上往往為低洼地形。

2)地理特征：薊縣至遷西一帶開闊的半封閉海盆是尋找錳礦有利位置。

3)含礦層顏色：高于莊組二段巖石為褐灰—灰黑色，一、三段巖石呈灰色或淺色，兩者之間區(qū)別明顯。

6 結(jié) 論

1)南溝門錳礦位于華北陸塊北緣燕遼坳拉槽內(nèi)，區(qū)域成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，賦礦層位主要為中元古界長城系高于莊組二段地層，可分為原生礦和氧化礦兩種類型。

2)南溝門錳礦礦床成因類型為海相沉積型。這種類型錳礦床的特點(diǎn)是品位低、厚度穩(wěn)定。目的層位高于莊組二段含錳粉砂巖氧化后顏色變?yōu)楹只疑?，容易辨認(rèn)。通過地質(zhì)填圖和槽探工程尋找礦體是行之有效的找礦方法。

3)該地區(qū)錳礦成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，應(yīng)注重在外圍尋找該類型的礦床。