文山砚山县梭落底地区碳酸锰矿地质特征及找矿方向(论文)

1文山砚山县梭落底地区碳酸锰矿地质特征及找矿方向彭仕华（天雄集团云南天雄矿产开发有限公司，云南文山663000）［摘要］梭落底地区碳酸锰矿是云南省砚山地区近年来新发现的产于中三叠系法郎组碎屑岩中的重要碳酸锰矿，在滇东南具有代表性。蒲草-莲花坡一带锰矿以较纯的较为厚大的碳酸锰矿体多层相互平行产出为特征，并与相邻的斗南、老乌锰矿进行对比，发现该碳酸锰矿沉积的氧化-还原界面深度比斗南、老乌锰矿要深，总结了其碳酸锰矿成矿与沉积环境的氧化-还原界面深度、成矿物质来源等有重要关系，探讨其成矿作用过程，指出进一步找矿的方向。［关键词］地质特征碳酸锰矿成矿作用氧化还原界面找矿方向梭落底地区滇东南砚山县梭落底地区碳酸锰矿位于砚山县平远镇东部约10公里处，包括了蒲草锰矿带、莲花坡锰矿、放猪冲锰矿至尖子坡锰矿一带锰矿，共十余个露天开采氧化锰矿采矿权，对于深部原生矿，仅有天雄集团云南天雄矿产开发有限公司的莲花坡锰矿，开展了深部地质找矿工作，蒲草锰矿带因露天开采氧化锰矿的过程中发现了碳酸锰矿。按矿带分布的位置，可分为南、北二个矿带，蒲草锰矿带属南矿带，莲花坡等属北矿带。经云南天雄矿业项目部地质组的初步地质工作，现已大致查明，南北两矿个带估算碳酸锰矿石储量达中型以上［1］。该锰矿与斗南锰矿相距约30Km，锰矿形成的沉积环境均属同一海盆，但其含矿岩性、矿石特征与斗南锰矿有明显的不同，最大的区别系该区锰矿属沉积碳酸锰矿，研究莲花坡锰矿、蒲草锰矿一带锰矿的地质特征，对于在滇东南地区的碳酸锰矿地质找矿勘查工作具有一定的理论与实际意义。1沉积地质背景斗南海盆属中三叠世滇黔桂浅海的一部分，其北端有牛首山古岛，西部为康滇古陆，西南部为哀牢山隆起带，其南为越北古陆，莲花坡锰矿位于越北古陆北缘偏北的海盆中，形成于中三叠世法郎期海侵过程中，由于海盆的稳定的下降，在漫长的地质历史时期沉积了厚800-1200的具海进韵律旋回特征的含锰岩系［2］（图7），锰矿多分布于古陆边缘一定范围的半封闭海盆及海底隆起的边缘浅海地区（图1），分布明显受岩相古地理环境控制。含锰地层为一套海相泥岩、粉砂岩、砂岩夹碳酸盐岩，含锰地层中三叠统法郎组与中三叠统个旧组灰岩呈平行不整合接触［2］，表明此间曾有学沉积间断。2矿区地质2.1、地层、构造据云南省区域地质调查报告（个旧幅）20万分之一资料［7］，矿区内出露地层比较简单，主要为第四系（Q）、中三叠统法郎组（T2f）为一套浅陆源碎屑岩，以泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主，夹内源碎屑碳酸盐岩、生物碎屑灰岩透镜体的含锰沉积建造，是锰矿（化）体赋存的主要层位。矿区构造主要表现为新朵甲东西向复式皱褶，其中，蒲草矿区位于西南部，莲花坡-龙潭位于中部［1］，大转弯至尖子坡一带位于收稿日期：2014年8月21日作者简介：彭仕华，男，汉族，祖籍云南丘北县人，助理工程工程师，从事矿产地质已有25年。2北部，整个矿带近东西走向（图2）。3、矿床地质3.1含矿岩系特征区内蒲草锰矿带即南矿带、北矿带的含矿岩系均为中三叠统法郎组（T2f）泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹生物碎屑灰岩透镜体，碳酸锰矿（化）层赋存于中上部，距底部中三叠系个旧组碳酸盐岩150-200米。南矿带由V1、V2、V3三个矿体组成矿体呈层状、似层状以北西-南东走向近似平行分布产出，矿层间距126.52-166.62米不等；北矿带整体走向近东西向，莲花坡矿倾向南，其它矿体倾向不清，主要矿体以莲花坡锰及其东延部分的V4，V5矿体分布于大转弯-尖子坡一带，V4矿体、V5矿体相距286米，其西部为放猪冲锰矿段，地表有三条矿带（图2）。3.2、矿体特征3.2.1、南矿带矿体特征南矿带即蒲草矿区，由V1、V2、V3三个矿体组成（图2、图3）。锰矿带长2km左右，平均宽度300米，分布面积0.77km2，该区矿带含锰层以其品位高、厚度大，延伸稳定，矿化体与围岩界线清晰为主要特点。3图2砚山县平远镇梭落底地区锰矿地质图锰矿体产于中三迭统法郎组（T2f）地层中，呈层状、似层状产出，与顶底板围岩整合接触，含矿层与围岩产状一致。深部碳酸锰矿呈条带状、薄层状产于粉砂质泥岩、泥岩中，分灰-灰白色菱锰矿和浅粉-粉红色菱锰矿两种类型，粉红色菱锰矿产于灰-灰白色菱锰矿中间，厚度一般2.00米，平均含锰15.28%；灰-灰白色菱锰矿平均厚度12米，平均含锰10.18%。各矿体规模特征参数见表1，三个矿体估算碳酸锰矿石储量达中型以上规模［1］。3.2.2北矿带矿体特征含矿岩石为中三叠统法郎组（T2f）泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹生物碎屑灰岩透镜体，矿体呈表1蒲草锰矿带矿体规模特征参数表［1］矿体编号延伸长度（m）矿体厚度（m）延伸深度（m）比重（t/m3）品位（Mn%）V11400101003.0010.35V21500201003.0010.77V3120071003.0012.00层状、似层状，透镜状产出，矿体顶底板均为泥岩、粉砂质泥岩。区内主要有V4、V5矿体（图2）。现以莲花坡深部碳酸锰矿为例说明其矿体地质特征：含矿层岩层厚4-10米，含矿岩性为泥岩，粉砂质泥岩，矿体呈层状、似层状、透镜状产出，矿层有二至四层，呈薄层状与泥岩，粉砂质泥岩不等厚互层产出，单层工业矿层平均厚度0.76-1.80米，锰平均品位11.66%-12.6%，锰矿层由钙菱锰矿夹菱锰矿组成（图4）。北矿带以薄层状-中厚层矿状矿层与泥质碎屑岩石呈互层产出、薄层状矿层组成含矿带、矿体分枝复合明显、4矿带延伸基本稳定稳定。图3莲花坡锰矿4号勘探线剖面图［1］3.3、矿石特征3.3.1、矿石矿物成分矿石矿物主要以菱锰矿、钙菱锰矿为主，脉石矿物以方解石、白云石等。3.3.2、矿石结构矿石颜色呈灰色、肉红色、矿石结构主要为碎裂泥-微晶结构、碎裂微晶结构、斑状变晶结构、(破碎)角砾结构、胶态结构、粒状变晶结构、胶态隐晶质结构等［1］。3.3.3、矿石构造：纹层状构造，是矿石的主要构造；条纹状、条纹状构造带，以上矿石的结构构造表明矿石系沉积成因形成。3.3.4、矿石自然类型、矿石自然类型主要为碳酸锰矿石和氧化锰矿，根据矿石矿物成分和结构、构造可分为：泥晶菱锰矿夹角砾状菱锰矿矿石；弱白云石化纹层状粉-细砂屑状菱锰矿矿石；菱锰矿硅质岩夹泥质纹层矿矿石。4碳酸锰矿成矿作用4.1、锰沉积地球化学性质［3、4］锰在表生条件下的地球化学性质比活泼，在河流中锰以胶体或离子形式被搬运，更多的锰质可能是被泥质、粉砂质等碎屑物携带，被搬运到沉积盆地中，锰质在沉积盆地中被还原形成Mn2+离子，再次富集成矿。锰是一种变价元素，受氧化还原环境控制，在氧化环境下形成高价氧化锰矿物沉积物，在还原环境下5形成二价碳酸锰沉积。研究表明，高价氧化锰矿形成于海水之氧化还原界面之上；而二价碳酸锰矿形成于海水之氧化还原界面之下［2、4］；如果海平面反复上升下降，海水之氧化还原界面也会随之升降，就会形成氧化锰与碳酸锰的混合矿体（图5）。4.2、氧化-还原界面对形成锰矿床的控制图4锰矿沉淀与海水氧化—还原界面的关系图［3］锰的溶解度主要由水体中氧的含量水平和沉积环境的酸度控制（图5、图6），海水中的锰质除了从基岩和土壤中通过物理侵取获得外，最主要的是通过化学作用，在还原环境中从含锰矿物中溶解而得［3］。这是碳酸锰矿最主要的成矿化学作用。随着海平面的上升，其氧化-还原界面将进一步上升，原来沉积在氧化-还原界面之上的氧化锰矿将进一步被溶解出来形成Mn2+离子，Mn2+离子与海水中的CO32-、Ca2+、Mg2+等进一步结合，形成菱锰矿、钙菱锰矿等矿物［3］；如海平面的上升速度过快，Mn2+来不及进行二次富集，只能形成碳酸锰矿化，而不能形成有价值的工业矿床；随着海平面的下降，氧化-还原界面将进一步下降，原来沉积在氧化-还原界面之的碳酸锰矿物，又被氧化形成高价氧化锰矿。海水中氧化-还原界面的分布深度受海水中氧含量、海水中有机质含量及其浮游生物数量等的控制。一般而言，相对封闭的海湾环境，海水中氧含量相对较高，浮游生物相对较多，氧化-还原界面相对较深，控6制海底含氧化锰沉积物的范围较大，氧化-还原界面分布范围也较大，Mn2+离子来源相对丰富，二次富集形成碳酸锰矿，反之，则不易富集形成矿。由图5可知，随着海水变深，海底环境的Eh值逐渐变大，Ph值逐渐变小，氧化-还原界面将变深，根据图6，其沉积环境将变化为酸性环境，有利于氧化锰中的锰质溶解出来形成Mn2+离子使Mn2+发生二次富集，从而形成碳酸锰矿床。图5氧化锰和碳酸锰在自然水体中的稳定性［3］图6滇东南拉丁阶法郎组地层等厚度线［2］74.3、蒲草-梭落底一带锰矿的成矿作用过程4.3.1、成矿过程中三叠世云南广泛海侵，沉积了一套浅海相碳酸盐岩、碎屑岩［5］，区内位于斗南海盆南缘，其沉积环境属斗南海盆的台缘斜坡相带上［2］（图1）。地表径流带入大量泥质、粉砂质及其携带的锰质、有机质，从越北古陆进入老乌、蒲草、梭落底一带浅海弯中沉积，随着海侵过程的缓慢进行，在老乌一带形成高品位的氧化锰与碳酸锰的混合矿石，这标志老乌锰矿位于氧化-还原界面附近。根据滇东南拉丁阶法郎组地层等厚线图，老乌锰矿位于沉积等厚度约600-800米［2］（图7），蒲草、梭落底一带位于沉积等厚度约为1000-1200米（图7）。由于海侵过程的缓慢进行，该地区氧化-还原界面相对较为稳定，有利于Mn2+在这界面及附近发生多次的富集，从而在蒲草一带形成了厚大的碳酸锰矿体，而随着海水深度的增加，在莲花坡一带，由于锰质来源相对减少，在莲花坡带形成的碳酸锰厚度相对变薄。4.3.2、锰矿的成矿阶段［3］根据研究区法郎组的沉积相特征、原生锰矿的形成条件和锰的地球化学特征，笔者等认为蒲草-梭落底一带的碳酸锰矿的形成，经历了以下几个阶段（图5）：①锰的聚集阶段（图5ａ），古风化壳形成的氧化锰被泥质、粉砂质等携带，随海水或河流带入海洋，形成大量的含氧化锰的沉积物，在氧化-还原界面之下这些碎屑沉积物中的氧化锰被溶解出来形成Mn2+，使Mn2+二次富集；②氧化锰的形成阶段（图5ｂ），由于间歇的海侵，富氧的海水流入，溶解的锰被氧化成氧化物颗粒，在一定时期内海水底部的滞留作用，细的颗粒在海洋底部富集起来。③碳酸锰矿的形成阶，随着海侵过程的进行，氧化-还原界面的逐渐抬升，界面之下的法郎组厚大的含锰岩系堆积物中的氧化锰逐渐被溶解出来形成Mn2+，稳定的环境使Mn2+逐渐富集起来并达到一定的浓度（图5ｃ），随着海水中氧的消耗，缺氧系统环境再次建立，锰再次被溶解成Mn2+，细菌硫酸盐的还原增加碱度，加上高的Mn2+浓度，在一定条件下过饱和Mn2+离子则形成碳酸锰矿物。图7梭落底地区锰元素化探异常分布及找矿方向图［7］85、结论5.1、蒲草-莲花坡锰矿一带法郎组地层厚度约1000-1200米（图7），其矿层顶底均有厚大的碳酸锰矿化［1］，主要矿石矿物为菱锰矿、钙菱锰矿，相邻的老乌锰矿出现了氧化锰矿与碳酸锰矿的混合矿体，这些说明：①蒲草-莲花坡锰矿形成于氧化-还原界面之下，其沉积环境为还原环境，法郎组地层较厚，蒲草-莲花坡锰矿沉积环境较稳定，并经历了很长的一段时间，厚大的法郎组碎屑物携带的氧化锰被大量还原出形成了Mn2，由于稳定的环境，Mn2得以+长期富集过饱和沉积形成了厚大的碳酸锰矿层；②蒲草-莲花坡锰矿形成海平面的氧化-还原界面比老乌锰矿、斗南锰矿的要低，属于深水沉积碳酸锰矿，此类型锰矿在滇东南尚属首次发，这一类型碳酸锰矿的找矿突破，标志深水碳酸锰矿的找矿取得重要理论认识，对这一地区锰矿地质勘查找矿具有一定的现实指导作用和理论意义。6、找矿方向与找矿标志6.1、蒲草-莲花坡碳酸锰矿位于斗南台缘斜坡相带之上，其成矿基底为个旧组碳酸盐岩，碳酸锰矿分布于个旧组碳酸盐岩之上150-200米或个旧组碳酸盐岩分布地表界线附近，锰矿的形成受个旧组碳酸盐岩基底古地形的控制（图1、图2）；因此，个旧组碳酸盐岩与法郎组碎屑岩分布的地表界线是找矿的重要标志之一，特别是个旧组地层与法郎组地层在地表表现“港湾地带”，更是找锰矿的有利地段，具体是该区北边为落太邑-阿奈龙一线以南地