贵州省遵义长沟锰矿地质特征分析

何 兵

(贵州遵义汇兴铁合金有限责任公司，贵州 遵义 563000)

0 前 言

锰是国家战略性矿产资源，广泛应用于冶金、化工、国防、汽车、电子等领域。全球锰矿资源主要分布在南非、乌克兰、澳大利亚、巴西等国，中国锰金属储量占全球总储量约6.65%。贵州是中国三大锰矿集中产区之一，主要为碳酸锰矿，2020 年底保有资源储量约8.31 亿t，占全国资源量20.31亿t的 40.95%，居全国第1位，资源分布相对集中，主要在铜仁市，其次为遵义市，黔东南州、黔西南州、六盘水市也有少量分布[1-2]。

1 矿井基本概况

遵义汇兴长沟锰矿位于贵州省遵义市中心城区东南方向，距离约7 km。矿区内有运输公路与经过遵义市中心城区的兰海高速公路、杭瑞高速公路及326、210国道和渝贵铁路、川黔铁路连接，公路、铁路运输条件良好交通十分便利(见图1)。公司采矿权包括铜锣井矿区的铜锣井、沙坝、长沟3个矿段。

图1 矿区平面位置

长沟锰矿现开采对象为铜锣井矿区南翼之沙坝矿段，矿体呈单层状产出，东西走向，属倾斜-缓倾斜薄矿体，矿层倾角为15°～60°，长约4 100 m，倾斜延深最大达1 000 m。矿井由西向东分为一、二、三、四、六5个采区，一、二采区为西部采区，三、四、六采为东部采区，矿井采用斜井-平峒联合开拓，斜井串车提升，采矿方法为房柱法和电耙留矿法，通风为两翼对角抽出式通风。

2 矿床成矿成因与找矿标志

2.1 矿床成因

2.1.1 沉积环境

长沟锰矿形成在一个与海水有所沟通，并有一定淡化的潟湖-沼泽环境中。黏土质碳酸盐铁、锰矿相分布于潟湖-沼泽的中心部位；硫铁矿-高岭石黏土岩相与水云母黏土岩相，呈半环带状分布于中心部位的周围。在黏土质碳酸盐铁、锰矿相中，碳酸盐锰矿多位于中心部位，碳酸盐铁矿偏外，绿泥石菱铁矿点则在四周分布。

2.1.2 物质来源

物质来源问题有多种认识，与来自早期喷发的玄武岩(P2β)有更为直接的密切关系，依据如下。

1)锰矿层中的火山岩物质

由矿床特征及成矿条件研究表明，锰矿矿石经成岩期变化后，仍保留有一定数量的玄武岩岩屑。岩屑中见明显交织结构假象，不具交织结构的砂、砾屑颗粒更多。它们是经过风化、海解直到成岩期后变化了的玄武岩岩屑，现已成为菱锰矿和绿泥石等矿物。

2)化学组分相似性

经过对部分地点含锰岩层与玄武岩的微量元素分析结果说明，区内的锰矿与玄武岩之间有直接的、不可分割的亲缘关系。

3)锰质供给的可能性

在毕节市的织金、黔西以东地区，玄武岩的分布面积有上万平方千米，足可为区内沉积提供丰富的锰质来源。

2.1.3 成矿机理

长沟锰矿的成矿机理大致如下：①具有早期形成的、含锰质较高的玄武岩及其他岩层；②早期形成的含锰岩层，在地史上曾遭受过长期的物理和化学风化作用；③被风化的物质，就近被带入一个滞流而又略有淡化的潟湖中；④潟湖中有大量藻类(或细菌)，参与了生物地球化学作用，使锰质能够迅速而大量地沉淀下来；⑤沉积物因受到冲刷、筛选等作用影响，使泥质物被带走，锰矿颗粒得以相对富集。

上述5个条件是有机联系的，尤其是前3个，是成矿所必须的，缺一不可。由于早二叠世时，黔中地区，可能还有西部地区有大量玄武岩喷出，而这些玄武岩经东吴运动后长期受到风化剥蚀；晚二叠世初，黔北、川南存在潟湖，因而风化剥蚀后的物质，才能大量注入潟湖中，沉积物又经构造作用适当筛选，遂形成该矿床。这即是遵义地区，在上二叠龙潭组底部，能够形成一个大型锰矿床的根本原因[3]。

2.2 找矿标志

①长沟锰矿为一个典型的沉积矿床，赋存于二叠系上统龙潭组底部，层位固定，严格受地层层位控制。②矿床产出在距二叠系下统玄武岩分布不远的地区，存在于具有潟湖-沼泽环境标志的含玄武岩屑成分的岩层内。③在成片分布的硫铁矿-黏土岩相带的周围，当出现有碳酸盐铁矿时，在靠近水云母黏土增多的一侧，可能有碳酸盐锰矿存在。在其外围，黏土岩的成分则以高岭石为主，经风化后，多形成优质高岭土。由此说明水云母黏土岩与锰矿密切相伴，也是一重要规律。④锰矿赋存与下伏“白泥塘层”关系密切。本区凡已发现的锰矿，无论其规模大小，价值如何，它们的下伏地层皆为“白泥塘层”。⑤锰矿一般分布在含矿岩层厚度为3～5 m,其四周多为1～2 m断续圈闭的地带，即受基底微地形控制。⑥当含矿岩层顶板灰岩锰含量较高时，其底板可能出现锰矿层。⑦含矿岩层底部存在劣质煤，而顶部煤层被剥蚀的地段，以及矿层中铁含量由高变低、炭含量增高的情况，即为锰矿富集的中心部位。总的是矿体在空间分布上为一个大的透镜体，自透镜体的中心向四周矿体愈小，厚度愈薄，品位愈贫，其长轴与潟湖展布方向一致。即由菱锰矿逐渐过渡到锰铁矿-含锰铁黏土岩-黏土岩，呈渐变关系。

3 矿区地质

3.1 地层

长沟锰矿所在区域内，出露地层有前震旦系、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系和第四系。缺失泥盆系和石炭系。以三叠系地层最为发育，寒武系和二叠系次之，侏罗系、震旦系和前震旦系地层所见甚少。区内出露地层皆为沉积岩。矿区内出露的地层有二叠系、三叠系和第四系。

3.1.1 二叠系

1)二叠系下统梁山组(P1l)为深灰、灰色粉砂质泥岩、炭质泥岩、绿泥石黏土岩，厚度大于6 m。

2)二叠系下统栖霞组(P1q)为深灰夹浅灰色中厚层状生物灰岩。产腕足类、珊瑚、虫筵、有孔虫等多门类化石，厚度大于123 m。

3)二叠系下统茅口组(P1m)分为茅口组第一段(P1m1)和茅口组第二段(P1m2)。第一段(P1m1)为一套灰、浅灰色厚层至块状生物灰岩，偶夹钙质白云岩，含稀疏燧石结核，厚度大于101 m。茅口组第二段(P1m2)矿区内历称“白泥塘层”，为锰矿层之底板。矿段内所见为深灰、灰色、黑色薄至中厚层状含炭、硅质灰岩，局部为含锰灰岩，间夹薄层硅质岩。中上部夹燧石层，厚43～89 m。

4)二叠系上统龙潭组(P2l)厚度和岩性均较稳定。厚度一般为105～120 m；岩性根据其组合和标志层特征可划分为3段。

①龙潭组第一段(P2l1)厚12.50～30.84 m，一般厚约20 m。第一段底部为锰矿含矿岩系，锰矿层赋存在含矿岩系中下部，为灰、黑灰色夹褐、棕红色等碳酸盐锰矿，厚0～6.69 m，一般约2 m。矿层直接底板多为灰、灰绿色水云母黏土岩，部分地段见炭质泥岩或劣质煤层，厚0～2.30 m，平均0.24 m。与下伏“白泥塘层”一般呈假整合接触，局部见微不整合。

矿层直接顶板为灰、瓦灰、灰白色黏土岩、泥岩、粉砂质泥岩，局部夹铁锰矿透镜体，厚0～8.62 m。含矿系总厚0.82～11.82 m，一般厚5～7 m。黏土岩与泥岩之间局部见极不稳定的透镜状煤层(C1煤层)和深灰色碎屑状或砾状锰铁矿或菱铁矿透镜体，泥岩之上为灰、深灰色中厚层状含锰生物石灰岩，富产虫筵科及海百合茎化石，厚0.5～1.0 m，风化后呈酱褐色。

第一段中部，厚10～15 m，为灰、深灰色中厚层状硅质灰岩夹黑色硅质泥岩。硅质灰岩的上、下部常含燧石团块。

第一段顶部，厚4～6 m，为灰、深灰色黏土岩及泥岩，间夹泥质粉砂岩、细砂岩和菱铁质灰岩。泥岩和粉砂岩中含较多菱铁矿结核及炭质碎片，最顶部为C2煤层，煤层厚0.01～1.97 m，一般约0.5 m，局部可采,呈豆荚状或透镜状产出。外观上煤层松散，含硫较低，根据煤本身及其顶、底板特征，C2煤层可作为P2l1与P2l2分层的可靠标志层。

②龙潭组第二段(P2l2)厚42.3～83.9 m，一般厚约60 m。第二段下部，一般厚约20 m，为深灰、灰色中厚层状含硅质灰岩，局部夹泥质灰岩和泥岩。第二段上部，一般厚约40 m，以灰、深灰色泥岩及粉砂质泥岩为主，间夹粉砂岩、细砂岩、石灰岩及极不稳定的薄煤层、菱铁矿结核或透镜体。该段顶部为C3煤层,呈薄层状或磷片状，多为0.1～0.3 m不等的薄煤层与深灰色黏土岩或炭质泥岩交互组成。

③龙潭组第三段(P2l3)厚25.67～39.51 m，一般厚约30 m。该段自下而上的岩性为深灰、灰、灰黑色泥岩及炭质泥岩，厚1～4 m，深灰色粉砂质泥岩、泥岩之上常见一劣质煤层厚约0.1 m，分布稳定，以及灰、深灰色泥岩及泥质灰岩。

5)二叠系上统长兴组(P2C)

灰、深灰色中厚层至厚层状燧石灰岩，局部夹钙质、沥青质泥岩。厚48.18～75.50 m，一般厚60 m。

3.1.2 三叠系(T)

矿段内仅出露三叠系下统夜郎组(T1y)。夜郎组(T1y)可分三段，其上之九级滩段(T1y3)仅见于矿段两侧边角地带。

1)沙堡湾段(T1y1)厚5.21～11.0 m，一般厚约3 m。灰、灰黄、灰绿色含钙质泥岩夹薄层泥质灰岩，与下伏地层呈假整合接触。

2)玉龙山段(T1y2)根据岩性特征分上、下两亚段。厚193～234 m, 一般厚215 m。①下亚段(T1y2-1)厚66.5～83.0 m,一般厚约75 m。为灰、浅灰色薄至中厚层状灰岩。顶部为紫、暗紫色泥质灰岩，厚4～10 m,该层岩性特殊，为上、下亚段分界标志。②上亚段(T1y2-2)厚129.5～151.0 m。浅灰色中厚层状灰岩，顶部夹8～10 m的鲕粒灰岩。

3)九级滩(T1y3)段内出露不全，厚度大于120 m。所见岩石为暗紫色泥岩夹薄层状泥质灰岩。

3.1.3 第四系(Q)

矿区内第四系不甚发育。由残、坡积及少量洪、冲积物组成，分布于冲沟、槽谷及河床一带。主要由黏土、黏土质粉砂和砾石组成，不整合分布于其他地层之上。厚约0.1～10 m。

铜锣井背斜南东翼沙坝矿段锰矿层赋存于二叠系上统龙潭组底部(P2l1)，以假整合接触关系覆于二叠系下统“白泥塘层”(相当于P1m2)薄层状含炭硅质灰岩之上。常见厚度1.5～3.5 m，矿层内夹层较少，矿体结构较简单。矿层产状与围岩产状一致，倾向SE，其倾角变化在15°～60°，一般为35°～50°。是一个稳定的、连续性好的潟湖相沉积的大型碳酸盐锰矿床。

3.2 构造

矿区地质构造的基本骨架为一背斜构造-铜锣井背斜，背斜向南西倾没，北东方向开展，背斜轴向总体为NE-SW，区内轴线长4.2 km。背斜南东翼地层倾向160°～175°，平均倾角30°～38°；北西翼岩层倾向315°左右，平均倾角为42°～50°。该背斜总体上控制着铜锣井锰矿的含矿层位和锰矿体的空间展布。

铜锣井背斜南东翼的中部S2至S24勘探线为沙坝矿段。该单斜地带，矿层(岩层)倾向SE，倾角变化为15°～60°，一般为20°～45°。沙坝矿段内段层相对较少，最西端F101、二采区F102、三采与四采区之间F103的三条段层规模均较小，对开采影响不大，最东端六采区以东的F15和F16两条断层规模较大，因其不在长沟锰矿矿界内，因而对开采无影响。矿山开采多年，生产勘探中未发现较为复杂的地质构造。

3.3 矿体地质

含矿岩系厚0.82～8.56 m，主要为一套潟湖-沼泽环境沉积的浅灰、棕红、灰绿、暗灰至灰黑色等色含黄铁矿的水云母黏土岩、碳酸盐锰矿、煤层及粉砂质泥岩所组成。锰矿层即产于含矿系的下部。其产出层序及岩性由下至上综述如下。

1)厚0.19～0.86 m，灰、灰绿色黏土岩，含细状黄铁矿，具微细层理，下部时夹炭质泥岩或劣质煤层(厚0.1～0.2 m),上部间夹团块状或结核锰矿。

2)厚0.3～6.1 m，灰、深灰色夹棕红、褐等色锰矿层，中含黄铁矿、黏土及有机质等。按矿石结构分为3部。①下部为致密块状、花斑状及微细纹层状，沿层夹少量绿色黏土矿物，层间具挠动痕迹。②中部为条带状，层间夹1～5 mm黑灰色黏土岩。③上部以砾状为主，夹较多黏土岩。

3)厚0.1～3.1 m，灰白色含黄铁矿质黏土岩，下部常夹豆、鲕状锰矿，上部含较丰富黄铁矿，具虫孔构造。局部冲刷殆尽。此层风化后，常呈棕黄、暗紫等色的铁锰质黏土，是寻找锰矿的一个良好标志。

4)厚0～2 m，深灰、灰黑色黏土岩，个别地段夹煤层(C1煤层厚0～0.48 m)。底部为根土岩，顶部偶见铁锰矿(或锰铁矿)透镜体，厚0.11～0.84 m。

5)厚0.11～1.85 m,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，具透镜状，层虫孔发育，底部为一冲刷面，常见黏土岩斑块及扁平砾石。

3.4 矿石质量

矿段内有碳酸盐锰矿石和氧化锰矿石2种不同的矿石类型。前者分布在潜水面以下的深部，一般距地表10～50 m；后者分布在潜水面以上的浅部氧化带中，为碳酸盐锰矿石经氧化后的产物。目前，长沟锰矿开采深度已下地表超200 m，浅部的氧化锰矿石已开采殆尽，以下对其不作过多赘述。

根据碳酸盐锰矿石颜色、物质组分、结构、构造等特征，沿矿层厚度方向，大致可以分为上、中、下3个部分。①矿层下部：灰色致密块状、花班状及微细纹层状(藻层纹石)钙菱锰矿，含Mn 15%～26%，Fe 6%～10%；②矿层中部：灰黑、黑夹棕红、酱褐色条带状的微层，钙菱锰矿、菱锰矿，层间夹较多黏土物质，含Mn 18%～23%，Fe 8%～11%；③矿层上部：以灰黑、黑夹棕红、酱褐色砾状为主，夹较多黏土岩及有机质的钙菱锰矿及菱锰矿。上部矿石从颜色和组织结构上来看，与中部矿石没有较大区别，而且两者之间也无清楚界线，仅锰含量较低，铁、硅含量较高。

3.4.1 矿石组分及结构构造

碳酸锰矿石的锰矿物,主要由Ca、Fe-Mn的类质同相矿物组成，除了菱锰矿外，还有钙菱锰矿、锰方解石、含锰方解石、铁菱锰矿、锰菱铁矿。此外，尚有少量的硫锰矿(MnS)。

非矿石(杂质)矿物：以水云母、绿泥石、高岭石、蒙脱石等黏土矿物为主，其次为硫化物(黄铁矿、白铁矿等)、方解石，石英、炭质物以及铝土质矿物等。

矿石结构构造：矿石以碎屑结构为主，包括泥-微晶结构、砂屑结构、砾屑结构等，其次还有晶粒状结构、聚合斑状结构、交代残余结构、似砂屑结构等多种。

矿石构造：主要有层理构造，其中以微层状和微波状构造为主。宏观上矿石主要呈块状、条带状、叶片状以及豆状产出。

3.4.2 矿石化学成分

沙坝矿段与铜锣井矿段矿石各主要成分见表1。

表1 长沟锰矿碳酸锰矿石基本化学分析含量统计 %

由表1可知本区碳酸锰矿石质量的基本特点是：低磷、高铁、高硫，硅、铝杂质含量亦偏高的中贫碳酸锰矿石。

3.5 矿、岩力学性质

矿、岩力学性质参数见表2。

表2 矿、岩物理力学性质参数

3.6 环境地质

矿区地形坡度和高差均不大，地面植被尚发育，正常情况下，不易发生山体滑落和泥石流等地质灾害。区内新构造活动不明显，区域稳定性良好。根据中国地震区划图，矿区地处地震基本烈度小于Ⅵ度区内。碳酸锰矿体、围岩以及区内水体中，尚未见严重危害人体健康的有害元素、有毒气体以及放射性物质存在。

4 矿区水文地质

4.1 矿区水文地质概况

4.1.1 降雨及地表水系

本区年降水量1 000～1 300 mm，其中4至7月降水量占年降水量的53%～65%。地表水体主要为湘江河及其支流，有时在支流上或者岩溶洼地边缘筑坝拦水成塘或水库，规模大小不等。湘江河自西向东流经矿区南部，流量最大为25.048 m3/s，最小为1.407 m3/s，水位标高最高为811.90 m，最低为805.00 m。

4.1.2 含水层和隔水层

按含水性，矿区共划分5个含水层和4个隔水层，自上而下，现简述如下：①茅草铺组(T1m)岩溶裂隙含水层背斜两翼边缘有少量出露，主要为白云质灰岩、白云岩及石灰岩，厚350～410 m，泉水多在0.15～4 L/s。②九级滩段(T1y3)隔水层出露于背斜两翼，主要为泥岩，厚130～180 m，泉水涌水量<0.369 L/s。③玉龙山(T1y2)岩溶裂隙含水层背斜两翼出露完整，主要为薄层及厚层石灰岩、夹少量泥质灰岩和泥岩，厚193～234 m，泉水流量多为0.01～5 L/s。④沙堡湾段(T1y1)隔水层背斜两翼出露完整而稳定，主要为钙质泥岩，厚5～12 m，未见泉水出露。⑤长兴组(P2c)岩溶裂隙含水层背斜两翼出露完整，主要为中厚层含燧石石灰岩，厚45～80 m。泉水涌水量为0.006～1.627 L/s，钻孔涌水量为0.000 54～0.198 L/s，K=0.001 07～0.303 m/d。⑥龙潭组(P2l)主要为硅质灰岩、泥岩、泥质灰岩，间夹少量砂岩和煤层，底部为锰矿层及黏土岩，厚78～136 m，为锰矿层之直接顶板。⑦茅口组第二段(P1m2)主要为含碳硅质石灰岩，间夹硅质岩，厚40～90 m，为锰矿层直接底板，也是带压开采的主要隔水层。龙潭组(P2l)及茅口组第二段(P1m2)两层含水性接近，岩溶不发育，泉水涌水量一般为<0.1 L/s，q=0.000 093～0.038 6 L/sm，K一般<0.01 m/d。沙坝矿段多年开采实践表明，该层隔水性能良好。⑧栖霞组及茅口组第一段(P1q+m1)岩溶含水层为本区主要含水层，锰矿层的间接底板，厚173～239 m。茅口组第一段为灰、浅灰色厚层至块状生物灰岩，栖霞组为深灰夹浅灰色中厚层生物灰岩。据钻孔抽水试验，q=0.014 5～2.863 L/sm，水位标高为793.10～815.49 m，平均水位标高为804.81 m。⑨梁山组(P2l)、龙马溪组(S1l)、宝塔组(O2b)此三层仅于北东有少量出露，南西缺失，厚0～137m。湄潭组(O2m)隔水层主要为泥岩，厚212～253 m。⑩桐梓组及红花园组(O1t+h)、娄山关群(ε2-3S) 岩溶裂隙含水层地表岩溶不发育，含水较均匀，出露泉水较多，涌水量一般为0.1～1 L/s。

4.1.3 水文地质单元

沙坝矿段位于铜锣井背斜南东翼，该矿段经过多年开采，已积累了较为丰富的水文地质资料。大气降水对本矿区地下水的形成起着决定性作用，是矿床充水的主要因素，另外，地表水体，除湘江河流经矿段边界地段与矿床充水有些关系外，一般未发现有明显漏失现象。

4.2 沙坝矿段矿井水文地质

4.2.1 矿井防治水概况

1967年11月9日，当主竖井掘进至井深210.74 m揭露矿区主要含水层(矿层间接底板P1q+m1含水层)时，遇溶洞、涌水、突泥，依据730 m标高吊盘上实测值85 m3/h，推算至井底，最大涌水量达120 m3/h，构筑止水垫前，经实测，竖井中稳定地下水位标高为830 m。

4.2.2 带压开采的技术评价

沙坝矿段利用矿层直接底板隔水层的阻水性能，把斜井及平巷都布置在隔水层中，成功地实现了带压开采。沙坝矿段多年开采实践表明，矿层直接底板隔水层(P1m2)厚度大(40～90 m)、分布稳定、隔水性能良好。经开采设计单位计算结果表明，即使考虑爆破对底板扰动破坏，对正常地段仍可实现带压安全开采，但对局部构建破坏地段，应采取必要的安全措施，以确保开采安全。

5 结 语

长沟锰矿作为国内较为典型的大型地下锰矿山，通过对其地质特征的分析，为矿山生产建设提供一定的地质资料参考，为矿山企业的安全生产、效益提高及保障国家矿产资源的合理开发和利用起到一定作用。建议，由于长沟锰矿没有专门的水文地质勘探报告，矿山在后续开采活动中应对水文地质工作高度重视，坚决执行“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则。