遵义转龙庙锰矿地质特征及成矿作用研究

葛金国+雷灵芳+吴丹

摘要：转龙庙锰矿赋存于二叠系茅口组三段（P2m3），根据锰矿层与白泥塘层、城墙式硅质岩的产出关系及锰矿层厚度、品味变化可知，锰矿分布受白泥塘层及城墙式硅质岩体控制明显。城墙式硅质岩体的沉积、改造，形成“岛屿”，为锰矿的沉积提供了充足的锰质来源。锰成矿作用经历了锰质准备、有利古地理环境形成及锰质沉积成矿三个阶段。

关键词：矿床地质；沉积环境；物质来源；成矿作用；转龙庙锰矿

锰是国家经济发展的重要战略资源，广泛应用于冶金工业（脱氧剂、脱硫剂、锰系合金制造等）、陶瓷工业、环保材料、轻工业（电池、印漆等）等领域（付勇等，2014；阴江宁等，2014）。中国锰矿资源丰富，储量规模位居世界前五，含锰地层从中—新元古界、南华系、震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和三叠系均锰矿床产出，矿石为高磷高铁锰矿石，以贫矿为主，常见中小型锰矿床（杨瑞东等，2002；2007）。

贵州锰矿产出层位有南华系和二叠系，南华系锰矿有松桃道坨超大型锰矿床、杨立掌、西溪堡、杨家湾大型锰矿床，二叠系大型锰矿有遵义锰矿床，其他以中小型锰矿床（点）为主（杨瑞东等，2009；2010）。本次研究对象为遵义转龙庙锰矿床，其位于遵义市以南直距约8km，锰矿层赋存于二叠系茅口组三段（P2m3），根据锰矿层产出特征，其分布区域受白泥塘层及城墙式硅质岩体控制明显（刘平等，2005；刘志臣等，2013）。本次拟从岩性岩相分布及厚度变化特征、矿石组成、结构构造等方面入手，讨论遵义转龙庙锰矿床形成环境、物质来源及成矿机理，以期为该区锰矿研究提供有益思路。

1.区域地质背景

转龙庙锰矿区域大地构造位置位于扬子准地台西段、滇-黔-川古台坳、黔东南北下古褶断束、黔中下古隆褶带与黔西北下古陷褶束三个次级构造单元的交接部位。在遵义锰矿床分布区发育一系列褶皱构造及断裂构造（图1），多定型于燕山期，向斜多开阔，常形成复式向斜，背斜除个别外多较紧密，且背斜北西翼较陡，南东翼较缓，北西翼及近轴部发育一系列高角度逆断层，使锰矿层多次重叠，形成平行的多个锰矿体（层）。铜锣井背斜、两路口背斜及张王坝背斜是区内主要赋锰构造单元，尤其前者最为重要，产出铜锣井大型锰矿床。

根据岩性组合特征，研究区茅口组三段相变明显，可分为正常浅海台地灰岩相、岛屿硅质岩相、岛湖相，其中岛湖相为具有工业价值锰矿赋存岩相区。正常浅海台地相主要形成生物灰岩、生物礁灰岩。岛屿硅质岩相是由海底“玄武岩喷发”就近堆积，沉积改造形成“城墙式硅质岩体”，分布长3km～20km不等。下部岩石具火山喷发特征，如流纹构造，气孔构造等，后期中上部、顶部暴露地表接受古风化，形成现今的硅石矿—粉石英（经各地开采了解，埋藏几十至百余米，矿石、矿物结构无大的变化）。“火山岛湖相”是在海底“玄武岩喷发”就近形成的“城墙式硅质岩体”或火山岛围限范围内形成的（“遵義铜锣井岛湖”和“遵义和尚场岛湖”）。在地壳震荡上升过程中，这些岛湖水体变浅，局部火山泥沼化时，湖内锰质浓度升高，沉积形成含锰系（锰矿体）和含锰生物灰岩。

“火山岛湖相”又分为滨湖亚相和深湖亚相：滨湖亚相产透镜状锰矿体和含锰岩系，并向“城墙式硅质岩体”方向，整个岩性段尖灭为零，该相区锰矿体（层）分布率仅为20%～40%；深湖亚相为层状、似层状锰矿体（层）含锰岩系、含锰生物灰岩组合，锰矿体（层）的产出只受湖底地形起伏影响，湖底起伏幅度一般0m～3m，个别达6m～8m，这种起伏控制着锰矿体（层）的厚度和品位变化，形成厚富矿带与薄贫矿带相间的地质现象，矿带延伸方向大致于湖岸线平行，延伸长数公里不等，宽几十米至数公里不等（图2），转龙庙锰矿床“厚富矿带上”。

2.矿床地质特征

2.1含矿岩系特征

遵义锰矿含矿岩系锰矿层及其顶底板产出层序及岩性根据区域特征综合由上至下描述如下（图3）：

⑨（结构图12层）深灰—灰色中厚层含锰生物碎屑灰岩，为含锰矿系顶板含硅、泥、锰质，其中部分地段含锰可达3%～7%，多由下向上递减。厚度16m～35m。

⑧（结构图11层）深灰色长石粉砂质泥岩，含菱铁矿及黄铁矿结核，部分含锰质，具清晰之透镜状层理，虫孔发育。底部常存在一小冲刷面，见下伏地层之扁平砾石或砾石薄层（黏土砾石为主）。厚0m～1.85m。

⑦（结构图10层）深灰、黑色炭质泥岩，个别地段（具勘查、开采总结：“厚富矿带”与“薄贫矿带”接触带）夹煤层（厚0m～0.48m），底为根土岩。顶部偶见铁锰矿（或锰铁矿）透镜体，此层常被冲刷。厚0m～2m。

⑥（结构图9层）灰白灰色黏土岩，含黄铁矿结核。厚0m～ 0.9m。

⑤（结构图8层）灰白色含黄铁矿质黏土岩。上部含黄铁矿较富，多呈密集的微～细晶颗粒；顶部，在部分地段有粒状菱锰矿或含锰菱铁矿产出，局部富集成透镜体，厚0.11m～ 0.94m，俗称‘上矿层，不具工业价值；底部含少量斑块状及粒状菱锰矿。该层厚0m～5.00m。

④锰矿层（结构图3、4、5、6、7层）：灰～深灰夹棕红、褐等色碳酸盐锰矿，中含黄铁矿、黏土岩、绿泥石岩及有机质等。按矿石结构构造，主要矿区（尤其是“厚富矿带”上多可分为三个部分。

③（结构图2层）浅灰夹翠绿色斑块水云母黏土岩（岩矿鉴定，有似火岩岩屑，疑为火山灰沉积）。含较多黄铁矿聚晶小团块及星点，间夹扁豆状的结核状锰矿，具微细层理。厚0m～0.7m，本矿区未见该层产出。

②（结构图1层）灰色、灰绿黏土岩，含较多细晶黄铁矿，具微细层理，纹层随下伏地层的岩溶凹凸顶面起伏而起伏。“厚富矿带”边缘区，时夹1层～2层厚一般小于0.2m（个别可达0.5m）的劣质煤层（线）及碳质泥岩。厚0m～0.95m。endprint

2.2矿体地质

矿区锰矿体（层）产于二叠系中统茅口组三段含锰生物灰岩底部，以假整合接触关系覆盖于二叠系中统茅口组“白泥塘层”（P2b）碳硅质灰岩之上，呈层状、似层状产出，产状与地层一致，层位固定。现已揭露和控制锰矿体（层）三个：A1锰矿体：为F4上盘、F125下盘锰矿体，是矿区北西翼主矿体，长达1400m，矿体连续性好，在北部和南部在F4断层北西盘存在拖拉背斜，在该处锰矿体（层）呈缓倾斜背斜展布；A2锰矿体：为F125上盘矿体，矿体倾向北西，垂深245m，斜长约300m，外推斜长150m；A3锰矿体：矿体位于矿区南东翼，F4下盘，向南东倾斜，在背斜轴部（或F4断层带附近）倾角较陡，多呈70°以上倾角产出，局部倒转，但据邻区勘查结果和区域向斜（乐安—深溪—坪桥—永安场）分析，矿区背斜与该向斜之间，存在一区域低角度逆掩断层（F5），该断层之下，矿层呈缓倾角向南东延伸。

2.3矿石质量

（1）矿石矿物

转龙庙锰矿矿石矿物主要有菱锰矿、钙菱锰矿及锰方解石等，具体特征如下：

菱锰矿（MnCO3）：锰含量35.50%～37.89%，为浅褐、黑棕色，粒度0.004mm～2.00mm，主要分布在矿层中上部，呈薄层条带状、结核状和团块状产出。后期受外力作用形成的菱锰矿，多呈浅粉红色或深红色，结晶颗粒较粗大。

钙菱锰矿[（Mn、Ca）CO3]：锰含量25.48%～28.55%，为浅灰、深灰色，球粒状产出，粒度0.004mm～2.00mm，后生的钙菱锰矿，粒度0.06mm～1.00mm不等，因受应变作用的影响具花瓣状和他形晶粒状结构，是组成锰矿石的最重要矿物，多分布在矿层下部。

锰方解石[（Ca、Mn）CO3]：锰含量12.73%～23.06%，为浅灰、浅粉红色，他形泥～微晶，后生的钙菱锰矿，粒度小于0.03mm，后生的锰方解石，表面混浊，锰方解石多呈晶粒状、孔穴充填和脉状分布在矿层的下部和上部。

锰白云石[（Mg、Mn）CO3]：为浅灰色、浅粉红色，自型～半自形，粒状晶体，粒度小于0.03mm，分布在矿层的下部。

锰菱铁矿[（Fe、Mn）CO3]：锰含量2.61%～9.41%，灰～棕色，粒度一般0.10mm～0.30mm，特性同菱铁矿，主要分布在矿层的上部。

硫锰矿（MnS）：锰含量55.68%，硫：22.84%，铅灰色，金属光泽，易氧化。约经氧化后即显橄榄绿争，剧烈氧化后呈黑灰色。

（2）脉石矿物

黏土矿物：以水云母为主，次为绿泥石，少量高岭石、蒙脱石。在矿层的下部，黏土矿物含量较少，上部含量逐渐增多，以基质或胶结物存在。水云母为灰白～绿色，性软，遇水具弱膨胀，易碎裂成碎块。普遍分布于整个含矿层中。

硫化物：主要为黄铁矿，少量为白铁矿，微量黄铜矿，闪锌矿等。黄铁矿在矿层中分布较普遍，在锰矿层中的黄铁矿，含量自上而下渐增，局部可达工业品位，可做伴生矿产利用。

（3）矿石化学组成

根据矿石基本化学测试结果分析可知，转龙庙锰矿是一个高硫高铁低磷低硅酸盐贫锰矿石，锰矿层中各主要组分在空间上的分布有一定的变化规律（图4）：a.矿层中Fe、Al、Si含量由下至上逐渐增高，而Mn、Ca、Mg、则与之相反；b. Mn与S无相关性，而Fe与S在矿层下部具明显的正相关关系，上部则不明显c.CaO+MgO+/SiO2+Al2O3多在0.8以下，以酸性矿石为主；d.Mn/TFe多在1～3之间，少量在3～6之间；e.锰矿石是以菱锰矿和钙菱锰矿为主的碳酸盐锰矿石。

（4）矿石结构、构造

转龙庙锰矿矿石结构常见内碎屑、生物碎屑、火山碎屑等原生结构及晶粒状、花瓣状、聚合斑状、交代残余等后生结构。矿石构造有无定向、层理、与藻粘结有关的、搅动及虫孔等原生构造及变胶状、假角砾（网脉）状为主的后生构造。

3.锰矿层沉积环境分析

根据对遵义地区矿产勘查结果和锰矿勘查成果，遵义锰分布范围有两个（图1），一个是遵义铜锣井锰矿分布区，以共青湖中型锰矿、冯家湾中型锰矿、铜锣井大型锰矿为代表的约400km2似椭圆形分布区；另一个是以和尚场中型锰矿为代表的约100km2、呈北东东向展布的椭圆形分布区。

以上两个锰矿分布区，被“城墙式硅质岩体”相隔，互不相连，原研究将两区相连，是对成矿环境、岩相的研究不够。各分布区均以“城墙式硅质岩体”为界，在“城墙式硅质岩体”分布区域或“城墙式硅质岩体”分布之外的广海区域，绝无遵义锰矿体（层）分布，就此而言，锰矿体（层）主要控制因素为“城墙式硅质岩体”。

在遵义锰矿分布区外围（3km～5km），众多的“城墙式硅质岩体”“岛屿”围构形成了“遵义铜锣井岛湖”和“遵义和尚场岛湖”，“岛湖”内水体不断变浅，锰质不断升高，沉积了遵义锰矿床。另外在遵义铜锣井岛湖和遵义和尚场岛湖形成时由于“城墙式硅质岩体”—岛屿的不均一厚度延伸，岛湖内靠岛屿处的3km～6km，地形呈微斜坡状，（向湖傾斜），构成遵义锰矿滨湖相环境，在微或斜坡中，局部处于凹下状态，形成了数量不等、大小不等的透镜状锰矿体；在“岛湖”中心区，湖或海底地形大体一致，并呈微波状起伏，波峰、波谷大体高差1m～3m，并呈80m～400m左右间距相间产出，形成了岛湖内锰矿体（层）呈“厚富矿体（层）”与“薄贫矿体（层）”相间产出分带，矿带展布（走向）大体平行“城墙式硅质岩体”展布方向，局部海底或湖底地形波峰较高处出现无矿带（或称无矿天窗）。

4.成矿物质来源

遵义锰矿床在地理分布上的局限性，通过区域地质背景、矿床特征及岩相古地理环境的分析，认为遵义锰矿成矿物质来源，主要与其外围（四周）分布的“城墙式硅质岩体”有关。“城墙式硅质岩体”的沉积、改造，形成“岛屿”，为遵义的锰矿的沉积提供了充足的锰质来源。其依据主要有以下几点：endprint

（1）“遵义式玄武岩”-“城墙式硅质岩体”，是浅海台地内玄武岩喷发—海水海解作用—海水机械改造—沉积形成“城墙式硅质岩体”，在海解作用下玄武岩中绝大部分锰质进入海水，为遵义锰矿的沉积提供了充足的物质来源保证；

（2）遵义锰矿与玄武岩有相似的微量组分：经对含锰地层微量元素与玄武岩中11个相同微量元素（Mn、V、Mo、Ca、P、Cr、Co、Ni、Zn、Ga、Be）进行聚类分析，簇群的划分与地质情况吻合，且相似系数很高，相似系数都大于0.812，碳酸锰矿床与玄武岩的相似系数在0.882以上，说明了遵义锰矿与玄武岩有着密切的亲缘关系；

（3）贵州二叠系玄武岩以含钛高为特点，玄武岩中含二氧化钛4%左右，而锰矿层中的黏土岩含二氧化钛也在4%左右。由于钛在表生条件下属于稳定元素，含矿岩层中含较多钛，说明物质来源区较近外，同时也说明了“遵义式玄武岩”-“城墙式硅质岩体”是遵义锰矿的供给源；

（4）锰矿石和玄武岩中次要矿物和微量矿物对比可以看出遵义锰矿与玄武岩在矿物上具有继承性。

5.成矿作用讨论

经过对转龙庙锰矿岩性岩相、矿石结构构造、矿物组合、矿床地质的综合研究，归纳总结出该锰矿床成矿作用可分为三个阶段：

（1）锰质准备阶段：遵义地区在二叠世晚期茅口晚期，即茅口第三段灰岩，“城墙式硅质岩体”沉积初时，受区域地壳运动——东吴运动的影响，遵义地区发生了“火山喷发”—“峨眉山玄武岩喷发”，但遵义地域有所区别，遵义地区当时仍处于浅海台地。遵义地区的“火山喷发”（或称“遵义式玄武岩喷发”），在遵义铜锣井锰矿床东部有“黄村城墙式硅质岩体”，北部有“新蒲城墙式硅质岩体”，北西部有“割麻垭城墙式硅质岩体”，南东部有西坪-龙坪-三岔河数个“城墙式硅质岩体”，西南部有遵义县至马家湾二至三个“城墙式硅质岩体”，西部由于为向斜，“城墙式硅质岩体”隐伏未见。这些“遵义式玄武岩喷发”，并在海水中海解、机械沉积并形成“城墙式硅质岩体”，将锰质带入遵义铜锣井锰矿床分布区域，为遵义铜锣井锰矿床沉积奠定了物质基础。

（2）有利成矿古地理环境形成阶段：“遵义式玄武岩喷发”—海解、改造、机械沉积形成“城墙式硅质岩体”，并随东吴运动的发展，地壳抬升，“城墙式硅质岩体”形成岛屿，遵义铜锣井区域海水与其相邻区域海水被分割，形成“遵义铜锣井岛湖”，为遵义铜锣井锰矿床提供了有利的古地理环境。

（3）锰质沉积成矿阶段：由于地壳的上升，“城墙式硅质岩体”形成岛屿，并开始接受风化，顶部及中上部形成粉石英矿，并形成“遵义铜锣井岛湖”，由于“湖水”的不断减少，锰质浓度不断升高，在靠近“城墙式硅质岩体”即“岛屿”3km～6km的“滨湖区”，湖底地形为斜坡，在斜坡下凹处和遵义铜锣井湖区化学沉积碳酸盐锰矿，由于“遵义铜锣井岛湖”内，尤其是滨湖区，湖底地形较高，其间下凹处展布不均，形成不连续透镜状锰矿体（层），但锰矿体（层）大致沿“湖”岸线展布，在“遵义铜锣井岛湖”内，湖底地形也不是水平一块，总体呈波浪式起伏，波峰、波谷大体呈80m～400m相间产出，形成遵义铜锣井锰矿床：“富厚锰矿体（层）”与“贫薄锰矿体（层）”相间产出。在“贫薄锰矿体（层）”局部形成无矿带或无矿天窗。

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