论文部分内容阅读
[摘要]黑冲地区含锰矿层位于下震旦统湘锰组底部黑色页岩中，锰矿石类型主要为菱锰矿石，碎屑结构，条带状构造，是以陆源为主滨海生物-化学沉积型矿床。湘锰期古气候、古地理特征控制了黑冲锰矿床的形成和空间展布，菌藻类的繁殖为锰质的沉积和富集提供了有利条件。
[关键词]黑冲地区 锰矿 矿床成因
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-5-71-3
1区域地质概况
1.1区域地层
勘查区位于凤凰县木江坪镇，区域地层区划属上扬子分区武陵山小区，北西与黔江台拱相接，南东与雪峰山台拱毗连。区内出露地层主要有板溪群五强溪组，震旦系江口组、湘锰组、洪江组、金家洞组、 留茶坡组，寒武系下统木昌组、杷榔组，白垩系洞下场组及第四系。
晚元古界板溪群五强溪组（P1bnw）：岩性为灰绿色粉砂质板岩、杂砂岩、细砂岩，厚170m。
震旦系江口组（Z1j）：为灰绿色冰碛含砾砂岩、紫灰色岩屑石英砂岩，与下伏五强溪组为平行不整合接触关系，厚6-16m。
湘锰组（Z1x）：为黑色炭质页岩，偶夹含锰白云岩。为区域内锰矿的容矿地层，与下伏江口组为整合接触关系，厚25-60m。
洪江组（Z1h）：黄绿色冰碛含砾砂岩、泥岩，偶夹紫红色，黄绿色页岩，与下伏湘锰组为整合接触关系，厚310-380m。
陡山沱组（Z1d）：为深灰色泥质白云岩，黑色炭质页岩，灰色中厚层泥质灰岩，黑色薄层硅质岩，含磷质较多，为区域磷矿的容矿地层，厚80-100m。
留茶坡组（Z1l）：为黑色薄-中厚层硅质岩，底部夹灰色硅质页岩，顶部夹黑色页岩，含少量磷结核及星点状黄铁矿，厚28-35m。
寒武系木昌组（∈1m）：为黑色页岩，炭质页岩夹少量硅质页岩，硅质岩，含较多磷结核及黄铁矿，为区域钒矿的容矿地层，厚100-200m。
杷榔组（∈1p）：为黄绿色页岩，黑色页岩，偶夹泥质灰岩，厚150-200m。
清虚洞组（∈1q）：下段岩性为灰色薄层灰岩，灰色厚层条纹状灰岩夹少量页岩，偶夹透镜状砾屑灰岩，厚104-166m；上段岩性为深灰色中厚层细晶白云岩，底部夹少量灰色中厚层灰岩及灰岩团块，厚10-30m。
白垩系下统洞下场组（K1dn）：紫灰色厚层长石石英砂岩、底部偶夹含砾砂岩。
1.2区域构造
勘查区位于扬子准地台南东缘与沅麻盆地的交接部位和区域牛场背斜的北西翼，总体上表现为一倾向北西的单斜构造，受次级断裂构造影响，北西翼平缓开阔型小褶皱构造发育。岩层总体走向为45°，倾向北西，倾角50°。牛场背斜轴部为板溪群五强溪组，两翼为震旦系及寒武系（图1）。在背斜轴部由于挤压作用，产生与轴向一致的正断层，在留茶坡组中发育有层间褶皱。
区内发育有解放岩-大坪断裂，走向北东45°，倾向北西，倾角70°-80°，由一系列北东向小断裂组成，主断面呈舒缓波状，破碎带宽一般5-20m，垂直地层断距3-30m，正断层，对区内锰、钒矿有错断作用，为成矿后断裂。
2矿床地质特征
区内共发育三条矿脉：（1）Ⅰ1号锰矿体：长1000m，倾向北西，平均倾角35°，厚度0.58-0.90m，平均0.74m，Mn品位为10.01×10-2-11.25×10-2，平均为10.73×10-2，矿体规模为小型。（2）Ⅰ2号锰矿体：矿体长600m，倾向北西，平均倾角35°，厚度0.58-1.80m，平均1.12m，Mn品位为10.07×10-2-16.37 ×10-2，平均为12.10×10-2。（3）Ⅰ3号锰矿体：矿体长750m，倾向北西，平均倾角37°，厚度0.56-1.41m，平均0.72m，Mn品位为10.01×10-2-11.44×10-2，平均为10.62 ×10-2。
矿体呈层状或透镜状形态顺层产于震旦系下统湘锰组底部黑色含锰岩系地层中，矿体走向北东，倾向北西，倾角15°-49°，地表槽探揭露矿体厚度为 0.48 -2.18 m。
矿石物质成分主要矿物为菱锰矿、绢云母、石英、黄铁矿、水云母，偶见长石。氧化矿物有褐铁矿、硬锰矿及软锰矿。菱锰矿为原生沉积矿物，粒度细小，多数成不规则团块状集合体及分散的微晶，与绢云母、泥质物及炭质紧密共生。
锰矿石结构主要有碎屑结构与显微晶粒结构。碎屑形态有长条状、蝌蚪状、浑圆状、纺锤状及不规则状，碎屑边界轮廓清晰，显微晶粒结构表现为显微晶粒状集合体，菱锰矿晶体细小，粒径<0.01mm，常顺岩石层理分布，具后期搬运破碎及压扁特征。
锰矿石构造类型主要有条带状构造，纹层状构造及致密块状构造。条带状构造由菱锰矿与炭泥质、粘土质相间聚集成条带，菱锰矿条带的宽窄与相间距离的厚薄反映了矿石中锰含量的变化。纹层状构造由显微晶粒状的菱锰矿砂屑层和砂屑间的炭质、泥质、石英粉砂质及黄铁矿混合物层呈细小而密集的纹层相间排列而成。致密块状构造由显微晶粒状菱锰矿、粘土类矿物等组成不明显的层理紧密堆积而形成致密块状构造。
组成锰矿石主要化学成分及其平均含量为Mn：13.73%，SiO2：33.79%，Al2O3：15.69%，CaO：6.01%，Fe2O3：3.23%，MgO：1.65%，P：0.219%，此外，有机质占1-4%，锰矿石工业类型属中铁高磷贫锰的酸性锰矿石。
3矿床成因
凤凰黑冲含锰岩系位于震旦系下统湘锰组底部，容矿母岩为黑色页岩，碎屑结构，条带状构造，锰矿石类型主要为菱锰矿石，凤凰黑冲锰矿主要是以陆源为主滨海生物-化学沉积矿床。
3.1成矿条件
（1）古气候条件：早震旦世大塘坡期锰矿是在700-695Ma全球性Sturtian冰期后形成，这一时期，气候温暖湿润[1]。根据大套的黑色炭质页岩和大量藻类生物的存在，推断锰矿沉积时是一个热带亚热带的炎热潮湿气候[2]。热带-亚热带的气候，气温高，降水丰富，武陵古陆和吉首古岛上发育的河流带来了丰富的陆源物质。 （2）古地理条件：黑冲锰矿形成于湘西滨海中，其西北侧为吉首古岛。吉首古岛为障壁岛，在北东和南西方向分别有两个水道，沟通了梵净山-古丈海湾和湘西滨海。滨海水深浅，一般在20m以内，阳光充足，热量充沛，为藻类的繁殖提供了良好的环境。
（3）古构造条件：在黑冲锰矿区的北西方向有一条同生断裂，走向北东，倾向北西，该断裂控制了湘锰期断层两侧的沉积厚度，在断层的北西侧其沉积厚度为100-200m，最大450m，南东侧的厚度最大为100m。因此在断层在很大程度上控制了锰矿的沉积厚度。
3.2锰质的来源
锰的来源不外三种，即母岩的风化产物、火山物质、海解作用的产物。黑冲矿区锰质主要来源于陆源物质，与民乐锰矿在成因上具有一定相似性。锰矿在近岸地区主要以氧化锰的形式沉积，在远岸主要以碳酸锰的形式沉积，因此具有锰矿常具有分带性[3]。黑冲地区锰质从古陆、古岛河流搬运来的锰质在滨海开阔海滩地区接受沉积（图2）。由于其沉积时水动力强，锰矿易散失，陆源锰质来源有限，加上吉首古岛对陆源物质的阻隔，以及同生断裂对陆源物质的控制，因此，黑冲锰矿的规模、品位要弱于花垣等生成于半局限海湾的锰矿。
3.3锰质的沉积和富集
锰质的沉积主要和藻类的活动相关。湘锰时期，湘西滨海阳光充足，热量充沛，为藻类的繁殖提供了良好的条件。微生物的分解作用改变了海水中的EH和PH值，为Mn2+的沉淀创造了一个微环境。低等原核藻类的双层水结构保护了微环境的稳定性，使底层水中的Mn2+ 能淀出MnCO3 ，而不受上覆与大气平衡的高CO2水所溶解[4]。所以藻类微生物的存在所改变的微环境，是MnCO3 沉淀的重要环境因素。碳酸锰矿是藻类微生物直接从水体中沉淀下来的，具有不溶于铵盐的性质，使其不被溶解流失，与锰藻经过成岩变化后形成的碳酸锰一起，其同组成锰矿层。
4结论
湖南黑冲地区含锰矿层位于下震旦统湘锰组底部黑色页岩中，锰矿石类型主要为菱锰矿石，碎屑结构，条带状构造，是以陆源为主的滨海生物-化学沉积型矿床。湘锰期热带-亚热带的气候，滨海开阔海滩的古地理特征以及同生断裂的古构造控制了黑冲锰矿床的形成和空间展布。同时，低等藻类的繁殖，为锰的富集提供了有利的条件。
A Study on the Characteristics and Causes of Manganese Ore in Heichong District，Fenghuang County，Hunan province
Abstract：The Manganese Ore of Heichong district occurs in the black shale in Xiangmeng Formation of the lower Sinian， the main type of the manganese ore is rhodochrosite， clastic texture，banded structure，mainly terrigenous material， biological-chemical sedimentary ore deposit.
The geologic climatic conditions and paleogeographic characteristics in new-proterozoic period controlled the scale deposits，the breeding of the algae provides favorable conditions for the manganese deposition and enrichment.
Key words： Heichong district ，Manganese ore ，Ore genesis
[关键词]黑冲地区 锰矿 矿床成因
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-5-71-3
1区域地质概况
1.1区域地层
勘查区位于凤凰县木江坪镇，区域地层区划属上扬子分区武陵山小区，北西与黔江台拱相接，南东与雪峰山台拱毗连。区内出露地层主要有板溪群五强溪组，震旦系江口组、湘锰组、洪江组、金家洞组、 留茶坡组，寒武系下统木昌组、杷榔组，白垩系洞下场组及第四系。
晚元古界板溪群五强溪组（P1bnw）：岩性为灰绿色粉砂质板岩、杂砂岩、细砂岩，厚170m。
震旦系江口组（Z1j）：为灰绿色冰碛含砾砂岩、紫灰色岩屑石英砂岩，与下伏五强溪组为平行不整合接触关系，厚6-16m。
湘锰组（Z1x）：为黑色炭质页岩，偶夹含锰白云岩。为区域内锰矿的容矿地层，与下伏江口组为整合接触关系，厚25-60m。
洪江组（Z1h）：黄绿色冰碛含砾砂岩、泥岩，偶夹紫红色，黄绿色页岩，与下伏湘锰组为整合接触关系，厚310-380m。
陡山沱组（Z1d）：为深灰色泥质白云岩，黑色炭质页岩，灰色中厚层泥质灰岩，黑色薄层硅质岩，含磷质较多，为区域磷矿的容矿地层，厚80-100m。
留茶坡组（Z1l）：为黑色薄-中厚层硅质岩，底部夹灰色硅质页岩，顶部夹黑色页岩，含少量磷结核及星点状黄铁矿，厚28-35m。
寒武系木昌组（∈1m）：为黑色页岩，炭质页岩夹少量硅质页岩，硅质岩，含较多磷结核及黄铁矿，为区域钒矿的容矿地层，厚100-200m。
杷榔组（∈1p）：为黄绿色页岩，黑色页岩，偶夹泥质灰岩，厚150-200m。
清虚洞组（∈1q）：下段岩性为灰色薄层灰岩，灰色厚层条纹状灰岩夹少量页岩，偶夹透镜状砾屑灰岩，厚104-166m；上段岩性为深灰色中厚层细晶白云岩，底部夹少量灰色中厚层灰岩及灰岩团块，厚10-30m。
白垩系下统洞下场组（K1dn）：紫灰色厚层长石石英砂岩、底部偶夹含砾砂岩。
1.2区域构造
勘查区位于扬子准地台南东缘与沅麻盆地的交接部位和区域牛场背斜的北西翼，总体上表现为一倾向北西的单斜构造，受次级断裂构造影响，北西翼平缓开阔型小褶皱构造发育。岩层总体走向为45°，倾向北西，倾角50°。牛场背斜轴部为板溪群五强溪组，两翼为震旦系及寒武系（图1）。在背斜轴部由于挤压作用，产生与轴向一致的正断层，在留茶坡组中发育有层间褶皱。
区内发育有解放岩-大坪断裂，走向北东45°，倾向北西，倾角70°-80°，由一系列北东向小断裂组成，主断面呈舒缓波状，破碎带宽一般5-20m，垂直地层断距3-30m，正断层，对区内锰、钒矿有错断作用，为成矿后断裂。
2矿床地质特征
区内共发育三条矿脉：（1）Ⅰ1号锰矿体：长1000m，倾向北西，平均倾角35°，厚度0.58-0.90m，平均0.74m，Mn品位为10.01×10-2-11.25×10-2，平均为10.73×10-2，矿体规模为小型。（2）Ⅰ2号锰矿体：矿体长600m，倾向北西，平均倾角35°，厚度0.58-1.80m，平均1.12m，Mn品位为10.07×10-2-16.37 ×10-2，平均为12.10×10-2。（3）Ⅰ3号锰矿体：矿体长750m，倾向北西，平均倾角37°，厚度0.56-1.41m，平均0.72m，Mn品位为10.01×10-2-11.44×10-2，平均为10.62 ×10-2。
矿体呈层状或透镜状形态顺层产于震旦系下统湘锰组底部黑色含锰岩系地层中，矿体走向北东，倾向北西，倾角15°-49°，地表槽探揭露矿体厚度为 0.48 -2.18 m。
矿石物质成分主要矿物为菱锰矿、绢云母、石英、黄铁矿、水云母，偶见长石。氧化矿物有褐铁矿、硬锰矿及软锰矿。菱锰矿为原生沉积矿物，粒度细小，多数成不规则团块状集合体及分散的微晶，与绢云母、泥质物及炭质紧密共生。
锰矿石结构主要有碎屑结构与显微晶粒结构。碎屑形态有长条状、蝌蚪状、浑圆状、纺锤状及不规则状，碎屑边界轮廓清晰，显微晶粒结构表现为显微晶粒状集合体，菱锰矿晶体细小，粒径<0.01mm，常顺岩石层理分布，具后期搬运破碎及压扁特征。
锰矿石构造类型主要有条带状构造，纹层状构造及致密块状构造。条带状构造由菱锰矿与炭泥质、粘土质相间聚集成条带，菱锰矿条带的宽窄与相间距离的厚薄反映了矿石中锰含量的变化。纹层状构造由显微晶粒状的菱锰矿砂屑层和砂屑间的炭质、泥质、石英粉砂质及黄铁矿混合物层呈细小而密集的纹层相间排列而成。致密块状构造由显微晶粒状菱锰矿、粘土类矿物等组成不明显的层理紧密堆积而形成致密块状构造。
组成锰矿石主要化学成分及其平均含量为Mn：13.73%，SiO2：33.79%，Al2O3：15.69%，CaO：6.01%，Fe2O3：3.23%，MgO：1.65%，P：0.219%，此外，有机质占1-4%，锰矿石工业类型属中铁高磷贫锰的酸性锰矿石。
3矿床成因
凤凰黑冲含锰岩系位于震旦系下统湘锰组底部，容矿母岩为黑色页岩，碎屑结构，条带状构造，锰矿石类型主要为菱锰矿石，凤凰黑冲锰矿主要是以陆源为主滨海生物-化学沉积矿床。
3.1成矿条件
（1）古气候条件：早震旦世大塘坡期锰矿是在700-695Ma全球性Sturtian冰期后形成，这一时期，气候温暖湿润[1]。根据大套的黑色炭质页岩和大量藻类生物的存在，推断锰矿沉积时是一个热带亚热带的炎热潮湿气候[2]。热带-亚热带的气候，气温高，降水丰富，武陵古陆和吉首古岛上发育的河流带来了丰富的陆源物质。 （2）古地理条件：黑冲锰矿形成于湘西滨海中，其西北侧为吉首古岛。吉首古岛为障壁岛，在北东和南西方向分别有两个水道，沟通了梵净山-古丈海湾和湘西滨海。滨海水深浅，一般在20m以内，阳光充足，热量充沛，为藻类的繁殖提供了良好的环境。
（3）古构造条件：在黑冲锰矿区的北西方向有一条同生断裂，走向北东，倾向北西，该断裂控制了湘锰期断层两侧的沉积厚度，在断层的北西侧其沉积厚度为100-200m，最大450m，南东侧的厚度最大为100m。因此在断层在很大程度上控制了锰矿的沉积厚度。
3.2锰质的来源
锰的来源不外三种，即母岩的风化产物、火山物质、海解作用的产物。黑冲矿区锰质主要来源于陆源物质，与民乐锰矿在成因上具有一定相似性。锰矿在近岸地区主要以氧化锰的形式沉积，在远岸主要以碳酸锰的形式沉积，因此具有锰矿常具有分带性[3]。黑冲地区锰质从古陆、古岛河流搬运来的锰质在滨海开阔海滩地区接受沉积（图2）。由于其沉积时水动力强，锰矿易散失，陆源锰质来源有限，加上吉首古岛对陆源物质的阻隔，以及同生断裂对陆源物质的控制，因此，黑冲锰矿的规模、品位要弱于花垣等生成于半局限海湾的锰矿。
3.3锰质的沉积和富集
锰质的沉积主要和藻类的活动相关。湘锰时期，湘西滨海阳光充足，热量充沛，为藻类的繁殖提供了良好的条件。微生物的分解作用改变了海水中的EH和PH值，为Mn2+的沉淀创造了一个微环境。低等原核藻类的双层水结构保护了微环境的稳定性，使底层水中的Mn2+ 能淀出MnCO3 ，而不受上覆与大气平衡的高CO2水所溶解[4]。所以藻类微生物的存在所改变的微环境，是MnCO3 沉淀的重要环境因素。碳酸锰矿是藻类微生物直接从水体中沉淀下来的，具有不溶于铵盐的性质，使其不被溶解流失，与锰藻经过成岩变化后形成的碳酸锰一起，其同组成锰矿层。
4结论
湖南黑冲地区含锰矿层位于下震旦统湘锰组底部黑色页岩中，锰矿石类型主要为菱锰矿石，碎屑结构，条带状构造，是以陆源为主的滨海生物-化学沉积型矿床。湘锰期热带-亚热带的气候，滨海开阔海滩的古地理特征以及同生断裂的古构造控制了黑冲锰矿床的形成和空间展布。同时，低等藻类的繁殖，为锰的富集提供了有利的条件。
A Study on the Characteristics and Causes of Manganese Ore in Heichong District，Fenghuang County，Hunan province
Abstract：The Manganese Ore of Heichong district occurs in the black shale in Xiangmeng Formation of the lower Sinian， the main type of the manganese ore is rhodochrosite， clastic texture，banded structure，mainly terrigenous material， biological-chemical sedimentary ore deposit.
The geologic climatic conditions and paleogeographic characteristics in new-proterozoic period controlled the scale deposits，the breeding of the algae provides favorable conditions for the manganese deposition and enrichment.
Key words： Heichong district ，Manganese ore ，Ore genesis