湖南省第四系錳礦地質(zhì)特征研究

付勝云，唐分配，李大江，黃革非

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長沙　410116)

湖南省第四系錳礦地質(zhì)特征研究

付勝云，唐分配，李大江，黃革非

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長沙410116)

摘要：湖南第四系中的錳礦開采勘查歷史悠久，當(dāng)前國內(nèi)富錳礦趨于枯竭，錳礦供應(yīng)緊張的形勢下，研究湖南省第四系錳礦床的地質(zhì)特征并總結(jié)其控礦條件，對推動湖南省第四系錳礦的找礦勘查，特別是富錳礦的尋找，具有一定社會現(xiàn)實意義和經(jīng)濟意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)化型錳礦；地質(zhì)特征；第四系

1成礦地層背景

湖南賦存錳礦(礦化)或含錳巖系的地層如下：新元古界板溪群[1]屬新元古代早期晚時沉積，以“江南古陸”分布最廣，湘南地區(qū)少見出露。本群具有由淺變質(zhì)砂礫巖或長石石英砂巖、砂巖、板巖及沉凝灰?guī)r等組成的兩個大的沉積旋回，局部夾基性至中酸性火山巖。中部和南部地區(qū)的下部旋回中夾有碳酸鹽巖及炭質(zhì)板巖。本群自北而南有如下變化趨勢：顏色由以紫紅色較多變?yōu)橐曰揖G色、灰黑色為主；碎屑顆粒由粗變細，泥質(zhì)、炭質(zhì)漸增；地層厚度由300 m增至4 000 m以上，與下伏地層的接觸關(guān)系由高角度不整合過渡為平行不整合甚至為整合。據(jù)此，將省內(nèi)中部地區(qū)與板溪群相當(dāng)?shù)牡貙臃Q為“高澗群”。

南華系、震旦系和下古生界各系的發(fā)育情況基本相似，其共同特點是在南部維持著活動型沉積，而在北部則表現(xiàn)為穩(wěn)定型沉積特征，并且各系都有著大致相同的自北而南由碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖、板巖為主逐漸變?yōu)闇\變質(zhì)砂巖、板巖為主的趨勢，厚度也相應(yīng)地由小增大。南華系主要為嚴寒氣候條件下形成的冰磧泥礫巖建造，夾少量間冰期板巖、含錳碳酸鹽巖。自北而南由以大陸冰川沉積為主，過渡到以海洋冰川沉積為主，至湘南地區(qū)則以正常海洋沉積為主，只夾少量海洋冰川沉積物。厚度變化較大，但南部厚度大的剖面居多。震旦系在北部主要為碳酸鹽巖，向南硅質(zhì)巖、板巖、淺變質(zhì)砂巖增加，至湘南地區(qū)則以淺變質(zhì)砂巖、板巖為主，僅夾少量硅質(zhì)巖，局部偶見基性火山巖。

寒武系紐芬蘭統(tǒng)在北部主要為一套黑色板巖；第二統(tǒng)下部為黃綠色砂質(zhì)板巖，只有上部及第三統(tǒng)、芙蓉統(tǒng)為碳酸鹽巖，向南碳酸鹽巖逐漸減少乃至消失，硅質(zhì)巖、淺變質(zhì)砂巖增加，至湘南地區(qū)則以淺變質(zhì)砂巖為主，夾板巖和少量硅質(zhì)巖。寒武系第三統(tǒng)、芙蓉統(tǒng)在北部主要為白云巖、少量灰?guī)r，向南的變化趨勢是：始為灰?guī)r增加，白云巖減少；繼而所含泥質(zhì)、硅質(zhì)、炭質(zhì)增加，成為不純灰?guī)r；再往南，砂、泥質(zhì)更多，碎屑顆粒變粗，至湘南地區(qū)則全為淺變質(zhì)砂巖、板巖。

奧陶系在北部主要為碳酸鹽巖，向南泥質(zhì)成分增加，頁巖逐漸居于主要地位，至湘南地區(qū)則不見碳酸鹽巖，全為淺變質(zhì)砂巖、板巖、硅質(zhì)巖。

泥盆系在湘西北區(qū)不甚發(fā)育，僅見上統(tǒng)和部分中統(tǒng)，為碎屑巖夾碳酸鹽巖。湘中—湘南區(qū)泥盆系分布廣泛、厚度亦大。其巖性在南部除下統(tǒng)和中統(tǒng)下部為碎屑巖外，其余部分均以碳酸鹽巖占絕對優(yōu)勢；向北泥質(zhì)增加，主要為泥灰?guī)r和頁巖；在該區(qū)的最北部則以砂巖為主，夾頁巖。這種從南往北由碳酸鹽巖逐漸過渡為碎屑巖的變化規(guī)律恰與下古生界和震旦系的變化規(guī)律相反。

石炭系在湘西北區(qū)亦不發(fā)育，僅局部地區(qū)分布著厚度很小的部分下統(tǒng)和中統(tǒng)的碎屑巖和碳酸鹽巖。在湘西北區(qū)以南的廣大地區(qū)，石炭系甚為發(fā)育，厚度亦大，其變化規(guī)律與泥盆系相似，也是南部以較純的碳酸鹽巖占絕對優(yōu)勢，向北泥質(zhì)成分漸增，至靖縣、溆浦、安化、湘鄉(xiāng)、醴陵一線以北，其下統(tǒng)相變?yōu)橐运樾紟r為主，夾少量不純碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖。反映了沉積盆地向西、西北超覆的特點。

二疊系在湘西北區(qū)以碳酸鹽巖占絕對優(yōu)勢，夾少量含煤的砂、頁巖及硅質(zhì)巖。向南含煤的砂、頁巖及硅質(zhì)巖大增，其所占比例超過了碳酸鹽巖。

白堊系主要為陸相湖盆沉積的紫紅色砂、泥巖，其次為山麓相礫巖、砂巖，局部有泥膏巖、含銅砂巖、火山巖。

第四系均為陸相沉積，分為四水(湘、資、沅、澧)流域和洞庭湖區(qū)。更新統(tǒng)由6個冷暖交替的河流相或湖相的礫、砂、粘土、草炭沉積組成。全新統(tǒng)為河流相砂、礫、砂土、泥炭或湖積的砂質(zhì)粘土、粘土。

以上地層中蘊藏著豐富的錳礦。

2湖南省第四系錳礦資源概況

2.1　礦床基本特征

湖南第四系錳礦的礦床成因類型為風(fēng)化型錳礦床。含錳地層為第四系，成礦時代為第四紀。礦石類型主要為氧化錳礦石、氧化鐵錳礦石；次要為混合型錳礦石，混合型錳礦石主要指氧化錳—碳酸錳礦石，其次指硫化錳—碳酸錳礦石、氧化錳—鐵錳礦石、氧化鐵錳—錳菱鐵礦石、鐵錳多金屬礦石、氧化錳—碳酸錳—硅酸錳礦石。

湖南第四系錳礦的含錳巖系為紅色泥礫巖系：主要是礦胚層通過紅土化作用形成的含錳質(zhì)結(jié)合的紅色、磚紅色、棕黃色粘土、亞粘土層，巖石組合為紅土巖屑、紅色泥土、巖屑、礫石，廣布于各類型含錳巖系分布區(qū)，形成表生氧化錳礦石。典型礦床有柳塘嶺錳礦床、寶山錳礦床等。

2.2　礦源層

全省第四系錳礦礦源層分兩類。

1) 錳礦床的礦源層

全省已經(jīng)發(fā)現(xiàn)賦存錳礦床的層位包含第四系共8個，其中7個層位的錳礦層及其含錳巖系在其地表淺部或多或少具有少量第四系風(fēng)化型錳礦，由老至新有上元古界板溪群馬底驛組、下南華統(tǒng)大塘坡組、中奧陶統(tǒng)煙溪組和晚奧陶統(tǒng)天馬山組、中泥盆統(tǒng)棋梓橋組、中二疊統(tǒng)孤峰組、上二疊統(tǒng)大隆組。

2) 非錳礦床礦源層

全省還有11個地層層位具有含錳巖系但未發(fā)現(xiàn)錳礦床，可為第四系風(fēng)化礦床提供錳質(zhì)來源。由老至新有震旦系上統(tǒng)陡山沱組、下寒武統(tǒng)小煙溪組、中泥盆統(tǒng)跳馬澗組、上泥盆統(tǒng)榴江組、上泥盆統(tǒng)佘田橋組、石炭系大塘階組及壺天群、二疊系中統(tǒng)棲霞組、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、白堊系神皇山組、戴家坪組。

2.3　資源儲量及分布

湖南錳礦資源豐富，截止2011年底，已查明有資源儲量的礦產(chǎn)地(礦床)63處，累計查明資源儲量約1.48億t[2]。

據(jù)湖南省國土資源廳發(fā)布的湖南省礦產(chǎn)資源儲量表，經(jīng)初步統(tǒng)計，湖南第四系錳礦累計查明資源儲量約248萬t，礦石類型及主要有用組分含量詳見表1。

3湖南第四系錳礦地質(zhì)特征

省內(nèi)風(fēng)化錳礦床(第四系錳礦)是由各種成因類型的錳礦床或含錳巖系，經(jīng)表生風(fēng)化作用形成的，是富錳礦的主要來源。風(fēng)化錳礦床可分為錳帽型、淋濾型和堆積型3個亞類，均為氧化錳礦，礦床規(guī)模為小型，具有埋藏淺、易開采等特點，是民采的主要對象。主要分布于湘南、湘中和湘西南地區(qū)。

3.1　風(fēng)化錳礦床的分類和成礦條件

風(fēng)化錳礦床可分為3類。a錳帽型礦床：由各類型錳礦床或含錳巖系經(jīng)表生風(fēng)化作用，在氧化帶中淋積于原地富集而成。氧化錳礦體保持原來含錳巖(礦)層的產(chǎn)狀，沿走向延伸較長，沿傾向延續(xù)的深淺受氧化帶發(fā)育深度控制。典型礦床有寶山等；b淋濾型礦床：由原生含錳層在表生風(fēng)化過程中，錳質(zhì)經(jīng)溶解、遷移、聚積于附近圍巖裂隙、斷裂帶及卡斯特溶洞中而成。礦體呈脈狀、透鏡狀、囊狀。礦床規(guī)模一般為小型或礦點。淋濾型錳礦常與錳帽型錳礦一起組成錳帽—淋濾型的復(fù)合類型礦床；c 堆積型礦床：由錳帽型或淋濾型礦床，再經(jīng)風(fēng)化剝蝕、搬運、堆積于鄰近的殘坡積紅土中富集而成。堆積錳礦可分塊狀、鮞狀兩大類。鮞狀錳礦石分布在塊狀錳礦之上，外表圓球狀，直徑粒度0.5~1.5 cm，內(nèi)部呈同心帶殼狀構(gòu)造，核心有灰白色高嶺物質(zhì)，為軟錳礦，礦層含礦率低，大部分不超過10%[3]。

風(fēng)化礦床成礦地質(zhì)條件：a 有錳質(zhì)來源的含錳巖系或含錳巖層的存在；b 有利于風(fēng)化的濕熱氣候；c 有利于表生風(fēng)化的微緩起伏的丘陵地貌；d 有長時間的風(fēng)化期；e 有利于次生氧化錳形成的褶皺和斷裂發(fā)育等構(gòu)造環(huán)境；f 有利于礦石富化的堿性(白云巖、灰?guī)r等)基底巖層。

3.2　風(fēng)化錳礦床的地質(zhì)特征

風(fēng)化錳礦床的礦石由各種錳的次生氧化物、氫氧化物組成，以軟錳礦、硬錳礦型礦石為主。礦體呈層狀、似層狀、扁豆?fàn)睢⒚}狀、網(wǎng)脈狀、透鏡狀、囊狀等產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地面坡度基本一致，并受含錳層的裸露情況和地貌形態(tài)控制。

典型礦床地質(zhì)特征：藍山縣田心礦區(qū)為“藍山式”氧化鐵錳礦床[4]，是指在以泥盆系、石炭系和二疊系為基底的第四系盆地中，賦存于第四系中下部的以褐鐵礦、軟錳礦、硬錳礦為主的呈似層狀分布的低品位土狀氧化鐵錳礦和結(jié)核狀氧化鐵錳礦。

3.3　風(fēng)化錳礦床的成礦時代

第四系成錳期主要是泛指次生氧化型的錳礦床，有多種類型的氧化錳礦床，大部分錳礦床由原生的貧礦石經(jīng)過氧化富集以后，品位提高，開采方便，成為當(dāng)前的優(yōu)質(zhì)錳礦床，如城步縣賦存于前震旦系地層中的“城步式”錳帽型氧化錳礦床。

4控礦因素分析

湖南氧化錳礦的形成受地層、巖性、含錳巖系、地質(zhì)構(gòu)造、物理化學(xué)條件、氣候和地貌等因素制約。

1) 地層、巖性及含錳巖系的控礦作用

錳帽型氧化錳礦是本區(qū)氧化錳礦的主要類型，其中的原生沉積錳礦(質(zhì))是次生氧化錳礦成礦的物質(zhì)前提，原生沉積錳礦賦存于地層含錳巖系中，嚴格受層位控制。因此，含錳巖系的存在與否是尋找該類錳礦存在的先決條件。

2) 構(gòu)造的控礦作用

原生碳酸錳礦的形成受古構(gòu)造的影響較大，構(gòu)造運動形成的原始拗陷和基底同沉積大斷裂是控制錳礦的I級古構(gòu)造。I級古拗陷控制成礦帶，其中的Ⅱ、Ⅲ級古拗陷控制礦田和礦床[5]?；淄练e大斷裂不僅是形成沉積盆地的邊界條件，而且還是深部錳質(zhì)向沉積盆地聚集的重要通道。斷裂破碎帶及層間剝離、節(jié)理、裂隙是地下水活動使碳酸錳礦發(fā)生淋濾、次生氧化和聚集的必要空間，淋濾型礦床就沿裂隙、斷裂及卡斯特溶洞等分布，構(gòu)造越發(fā)育、巖石越破碎，氧化帶就越發(fā)育，礦體規(guī)模也就越大。堆積型礦床多沿第四系斷陷盆地分布。

3) 物理化學(xué)條件的控礦作用

介質(zhì)的pH和Eh值對錳質(zhì)的形成具有重要的作用。錳在酸性介質(zhì)中溶解，堿性介質(zhì)中沉淀。當(dāng)錳處于酸性氧化或還原并含大量二氧化碳的介質(zhì)中時，以碳酸氫錳的形式溶解于介質(zhì)中；當(dāng)錳處于堿性氧化介質(zhì)中時，以氧化物或氫氧化物的形式發(fā)生沉淀；而處于堿性還原介質(zhì)中時，則形成碳酸錳礦。碳酸錳礦的次生氧化富集也受環(huán)境的pH和Eh值的制約。

4) 氣候的控礦作用

炎熱、潮濕的氣候有利于化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用的進行，從而有利于次生氧化錳礦的形成。氣候潮濕且較炎熱，植被發(fā)育，生物活動能力強，腐植酸豐富，導(dǎo)致了較強烈的化學(xué)風(fēng)化作用，使地表及一定深度內(nèi)的巖石、礦物遭到強烈的溶解、分解破壞作用，對次生氧化錳礦的形成較為有利。

5) 地貌的控礦作用

地貌條件不僅控制著侵蝕和堆積作用的進行，同時還決定著地下水的動態(tài)和風(fēng)化產(chǎn)物的狀態(tài)及保留程度。中低山坡緩，地形切割小，對氧化錳礦的保存是有利的因素，反之，地形切割較深的部位或較陡的坡地，氧化錳礦往往難以保留。

6) 礦化富集規(guī)律

碳酸錳礦在地表條件下可產(chǎn)生有規(guī)律的變化，礦體的地表或近地表部分一般變貧，形成黑色錳土，甚至形成淺黃色、褐黃色紋層狀板巖或黃土；礦體淺部或附近圍巖中，一般淋濾變富，形成質(zhì)量較好的氧化錳礦石，從地表向下，具垂直分帶的次生富集規(guī)律。表生氧化錳富集成礦必須經(jīng)過兩個過程[6]：a 錳從礦源層中解離出來，堿金屬及堿土金屬元素水解流失，錳(鐵)元素進行預(yù)富集；b 在紅土化過程中，預(yù)富集的錳(鐵)短距離的淋濾再富集形成礦床。

5結(jié)語

湖南第四系錳礦床受多種地質(zhì)因素控制，主要控礦因素有風(fēng)化環(huán)境和地層。風(fēng)化型錳礦主要分布于其他類型錳礦的淺表部，含錳地層為第四系，成礦時代為第四紀。

湖南省含錳地層分布廣泛，錳礦層或含錳巖系地表淺部露頭，經(jīng)風(fēng)化作用，在其附近有可能形成風(fēng)化型錳礦床。歷史上風(fēng)化錳礦床規(guī)模有礦點、小型—大型礦床，品位一般較富，有害元素含量低，礦質(zhì)優(yōu)良，且分布面廣，具有良好的找礦前景。埋藏淺，適合民采，經(jīng)濟效益好。

參考文獻：

[1]賈寶華，黃建中，孟德保，等. 湖南省區(qū)域地質(zhì)志[R]. 湖南：長沙，2012.

[2]肖誠，崔先萬，羅為艾.湖南錳業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與對策研究[J].中國錳業(yè)，2014，32(3)：5-8.

[3]夏澤群，姜必廣. 湖南省春陵水兩岸風(fēng)化型錳礦地質(zhì)特征及找礦方向[J]. 礦產(chǎn)與地質(zhì)，2008，22(2)：101-106.

[4]周尚國，傅群和，王永基. 湘南地區(qū)“藍山式”氧化鐵錳礦床成礦機理探討[J]. 地質(zhì)找礦論叢，2005，20(z)：108-143.

[5]魏道芳. 湘西南區(qū)氧化錳礦成礦規(guī)律及找礦方向[J]. 湖南地質(zhì)，1996，15(3)：143-146.

[6]李雪，鐘運鄂，朱愷軍. 湘南地區(qū)表生氧化錳礦地球化學(xué)行為及成礦機理研究[J]. 湖南地質(zhì)，2001，20(1)：9-14.

●●○讀者俱樂部

Features Research on Quatemary Mn-ore Geology in Hunan

FU Shengyun, TANG Fenpei, LI Dajiang, HUANG Gefei

(HunanInstitudeofGeologySurvey,Changsha,Hunan410116,China)

Abstract:Hunan has its long history in quatemary of Mn mining exploration. At present, rich Mn-mine comes to depletion and supply shortage in Mn-ore. The research of Mn deposit of geological features and conclusion of its mine conditions will be of social significance and economic meaning in promoting Hunan to find mine exploration, especially to look for those rich Mn-mine.

Key words:Weathering manganese ore ; Geological characteristics; Quatemary

中圖分類號：P618.32

文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2015.01.003

作者簡介：付勝云(1965-)，男，湖南寧鄉(xiāng)人，高級工程師，研究方向：礦產(chǎn)勘查、湖南省礦產(chǎn)地質(zhì)與區(qū)域成礦規(guī)律綜合研究等，手機：18670308488，E-mail：741212046@qq.com.

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目(12120114074901)

收稿日期：2014-10-08