重庆市城口锰矿矿体空间赋存规律及找矿预测*

陈 龙 李 建 宁墨奂 顾文帅 宋廖源 吴立志

(1.重庆市地质矿产勘查开发局205地质队；2.重庆市地质调查院)

城口锰矿自20世纪60年代被发现以来，大量学者和工程技术人员对此进行了相关专题研究，取得了丰硕成果。以往研究表明，城口锰矿位于秦巴成锰沉积盆地中，秦巴成锰沉积盆地为一扬子陆块边缘的拉张、断裂盆地，该盆地形成于晚震旦世[1-3]，城口高锰矿主要沉积于具有盆地斜坡性质的深水、还原和由酸性向碱性转化的沉积环境中[3-5]，菱锰矿沉积过程中有热水参与，是热水沉积成因的产物[6]。虽然以往工作对城口锰矿的沉积环境、成矿物质来源、矿物特征等方面的研究取得了显著进展，但是自2015年开展锰矿整装勘查工作以来，由于勘查区内构造极为复杂，成矿后期构造对矿体破坏严重，勘查工作中对矿体在深部的定位困难，严重制约了钻孔见矿效果。本研究通过综合分析矿区已有的地质成果，对矿体空间赋存规律进行研究，并进行成矿预测，圈定优势找矿靶区，为矿区后续锰矿勘查工作提供可靠依据。

1 区域成矿地质背景

城口锰矿整装勘查区位于上扬子陆块与秦岭造山带的过渡带上，其北西、南东分别受城巴断裂和乌坪断裂控制，城巴断裂北西为大巴山逆冲推覆体，南东为南大巴山前陆褶皱—冲断带中的叠瓦断层带[7]。区域上受印支期—燕山期的陆内造山运动影响，褶皱和断层极为发育。城巴断裂作为逆冲推覆运动的主滑脱面，控制了南大巴山地区的主要构造线方向及地层分布。勘查区总体构造及地层呈NW—SE向展布，区内出露的地层主要为南华系明月组、震旦系陡山沱组、灯影组和寒武系水井沱组。

2 矿区地质特征

城口锰矿整装勘查区可以分为3个典型锰矿区，分别为高燕矿区、大渡溪矿区和修齐矿区(图1)。

图1 城口锰矿矿区地质特征

2.1 地 层

勘查区矿床出露的地层由新至老为：寒武系中统覃家庙组(∈1q)，岩性为薄层状白云质粉砂岩、粉砂质泥岩、钙质粉砂岩夹砖红色盐溶角砾岩；寒武系下统天河板组(∈1sl)，岩性为薄—中厚层微晶灰岩、粉砂质泥灰岩、薄层状泥质白云岩、中厚层白云质灰岩夹中厚层状泥灰岩、鲕状灰岩；寒武系下统天河板组(∈1t)，岩性为薄层状微晶灰岩与黄绿色薄层状含粉砂质泥灰岩互层；寒武系下统石牌组(∈1sp)，岩性为微晶灰岩、鲕状灰岩、粉砂质页岩、泥质粉砂岩；寒武系下统水井沱组(∈1s)在区内未出露完全，岩性为含粉砂质碳质页岩、粉砂质页岩、钙质页岩、碳质页岩夹灰岩、硅质岩，黄铁矿发育；震旦系上统灯影组(Z2d)分为3段，一段为含硅质白云岩、泥质白云岩、含锰白云岩；二段为含水云母钙质页岩、细晶灰岩、泥质灰岩，偶夹硅质岩、灰岩夹灰白色条带状白云岩；三段为硅质岩、硅质白云岩夹炭质页岩、白云岩；震旦系下统陡山沱组(Z1ds)可分为2段，一段为砂质页岩与粉砂岩互层、长石砂岩；二段为含矿层，上部为锰矿层、黑色碳质页岩，下部为碳质页岩；震旦系下统观音崖组(Z1g)，岩性为紫红色薄层粉砂岩、粉砂质泥岩、泥晶灰岩；南华系上统明月组(Nh2my)，岩性为含凝灰质细—粉砂岩、细粒长石石英砂岩与粉砂岩。

2.2 构 造

研究区位于大巴山逆冲推覆构造带前缘，其北东、南西分别受控于城巴断裂和乌坪断裂，受逆冲推覆作用，区内断层和褶皱极为发育(图1)。

2.2.1 断 层

研究区内主要断裂有城巴断裂、乌坪断裂和坪坝—修齐断裂。城巴断裂为秦岭造山带与上扬子陆块的分界断裂，整体呈SSW向突出的对称平顶型弧形展布，断层西段走向为近SN向，中段为SE向，东段近EW向，同时具备逆冲和走滑2种性质[5]，研究区内城巴断裂走向为122°，城巴断裂在震旦世为同沉积断裂，控制了区域成锰盆地的北侧边界。乌坪断裂在大巴山弧形构造带中段为叠瓦断层带与断层—褶皱带的二级分区断裂，呈NW—SE向展布，其走向由北西段136°转变为南东段98°，断面倾角为40°～65°，上盘为震旦系—奥陶系地层，下盘为寒武—志留系地层，该断层具备逆冲和走滑2种性质[6]。坪坝—修齐断裂为逆冲走滑断层，为城巴断裂的分支断裂，其北西、南东端分别受控于乌坪断裂、城巴断裂，并与其小角度相交，走向为123°～107°，其北西的北东盘为南沱组、灯影组及寒武系，南西盘主要为三叠系，该断裂形成于城巴断裂在燕山期发生右行走滑运动的过程中。

除上述主断裂外，研究区受城巴断裂逆冲和走滑运动控制，发育大量次级断层，该类次级断层形成了2套断层系统，分别为逆冲断层系统和走滑断层系统。逆冲断层系统由NW—SE向大致与城巴断裂平行的逆冲断层组成，剖面上呈叠瓦状，主要分布于研究区高燕以北和大渡溪以南区域，该系统的逆冲断层形成于北大巴山逆冲推覆运动前期，后期受城巴断裂走滑运动作用，逆冲断层再次活动发生走滑运动，断层SE端因发生走滑运动发生弯曲，与城巴断裂呈小角度相交，该组断层多具备逆冲和走滑2种独立特性。走滑断层系统主要由高燕NWW—SEE向和大渡溪NEE—SWW向斜冲断层组成，2组断层分别位于坪坝—修齐断裂两侧，NWW—SEE向断层与坪坝—修齐断裂呈小角度相交，NEE—SWW向断层与城巴断层呈大角度相交，在走滑系统中同时还形成有NNE—SSW向左行走滑断层，走滑断层系统是由城巴断裂发生走滑运动所形成。

2.2.2 褶 皱

研究区大部分区域内褶皱与断层同等发育，褶皱的发育也与城巴断裂的逆冲推覆运动及走滑运动有关。研究区主要发育一系列复式背(向)斜，主要褶皱枢纽走向与区内主断层走向一致。城口—高燕—修齐复式向斜南翼保存较完整，北翼被断层破坏。复向斜槽部由寒武系下统组成，向斜两翼北陡南缓，有向南倒转的趋势。整个复向斜受城巴断裂带和乌坪断裂带控制，呈NW310°弧形延伸。二级分支坪坝—修齐扭性冲断层将向斜斜错，使南盘向西扭动，产生扭断的北侧为三级分支的褶曲及断层，并呈NEE、近EW向与坪坝—修齐断层呈锐角相交。而该断层与城巴断裂及乌坪断裂呈锐角相交，构成了一个呈顺时针方向扭动的配套构造(图2)[7]。研究区还发育一系列次级小褶皱，有尖棱褶皱、纵弯褶皱、斜跨褶皱、相似褶皱、不协调褶皱，次级褶皱的发育及组合特征显示研究区受多期构造运动影响。

图2 城口—高燕—修齐复式向斜构造行迹

3 锰矿体空间赋存规律

城口锰矿床为沉积型矿床，其空间赋存规律受地层、沉积环境和成矿后期构造控制，地层控制其沉积时代，沉积环境控制其成矿区域，破矿构造控制其空间展布形态。

3.1 地层控矿特征

城口锰矿体赋存于震旦系下统陡山沱组二段(Z1ds2)顶部，含锰岩系包含2种岩石组合，主要岩性为富含菱锰矿的锰质岩、富含锰白云石的(含)锰白云岩和黑色页岩[8]。赋矿层位非常稳定，是锰矿在区内形成的特定层位。

3.2 沉积环境控矿特征

城口锰矿位于扬子陆块北缘的秦巴成锰盆地东段，属于被动陆缘裂谷沉积盆地，为晋宁运动后扬子板块边缘裂谷南部的堑—垒构造中的大巴山地堑发展而来，两侧均以断裂为限，分别在区内出露为北东侧的城巴断裂和南西侧的乌坪断裂，同沉积断裂的活动，使该区具有典型的裂谷带特征。震旦纪陡山沱晚期，海侵使整个扬子陆块几乎被海水覆盖，研究区为台缘或陆表海环境，沿垂直于海岸线方向(即大巴山断裂走向)海水由浅变深，高坪梁地势相对较高。区内发育大面积的局限台地潮间坪，龙田乡一带地势最低。陡山沱末期，明月地区为局限台地潮下坪沉积环境，高燕位于台盆内斜坡带，大渡溪—修齐一带为泻湖沉积环境，大渡溪地势较修齐地区低，其他地区地形较高的潮间坪在此期间形成了弱氧化—还原环境(图3)[8]。城口锰矿形成于从酸性向碱性转化的还原沉积环境中[9]，台缘斜坡—局限台地(泻湖)相为锰矿发育的主要相带，局限台地(潮下)次之、局限台地(潮坪)再次之[8-9]。

图3 陡山沱期末期—灯影期早期岩相古地理环境

3.3 构造控矿特征

城口锰矿床为沉积型矿床，区内发育的构造均为成矿后期的破矿构造，控制了矿体在空间上的形态，矿体的空间形态与构造形态基本一致。构造破矿形式主要表现在褶皱构造使矿体在倾向和纵向上发生同褶皱弯曲。断层破矿形式有2种，一种是在褶皱两翼及近核部位置纵向切断矿体，使其沿断层面发生位移，部分被推至地表，另一种是后期发生的走滑断层沿走滑方向切断矿体使其发生平移。根据大巴山ESR测年数据[10]，南大巴山受多期构造运动影响共发生了4期构造变形，即：燕山中期的褶皱变形期、燕山晚期的逆冲推覆变形期和走滑变形期、喜山期的隆升改造期，最终形成如今的构造格局。根据南大巴山的构造演化特征，可知锰矿体同样经历了3期变形，即：褶皱弯曲期、断层破坏期(同时发生叠加褶皱变形)、隆升改造期，最终形成了如今的剖面形态(图4)。

图4 修齐矿区20#线剖面

4 找矿预测

4.1 找矿靶区圈定

城口锰矿整装勘查区找矿靶区的圈定由地层、沉积环境和构造3个因素决定，首先选择有利锰矿沉积优势相范围，然后选定有含矿地层出露或含矿层埋深较浅的区域，最后结合构造形态推断矿体在深部的展布情况，圈定最优找矿靶区。根据上述原则，认为高燕—大渡溪—修齐一带为找矿潜力区，在该区域已设探矿权外圈定了3处找矿靶区，其中1处Ⅰ类找矿靶区(①号靶区)，2处Ⅱ类找矿靶区(②号靶区、③号靶区)(图5)。①靶号区位于高燕矿区与大渡溪矿区之间的区域，处于最有利于锰矿沉积的局限台地泻湖相内，地表有含矿层顶部的灯影组地层出露的区域，为最优找矿靶区；②号靶区位于修齐矿区北东—南东侧，③号靶区位于修齐矿区与坪坝—修齐断裂之间的区域，②、③号靶区位于局限台地泻湖相边缘，区内主要出露寒武系地层，找矿潜力次于①号靶区。

4.2 靶区找矿潜力评价

①号靶区为最具找矿潜力区，推测地表出露灯影组的地层区域含矿层埋深300～500 m，地表出露寒武系地层的区域含矿层最小埋深1 000～1 200 m，越靠近城巴断裂，含矿层埋深越大。靶区内深部矿体仍未有工程控制，但北西和南东分别有大渡溪矿区和修齐矿区2个实现找矿突破的勘查区，两矿区的矿体控制程度较高，因此①号靶区为最优找矿靶区，深部含矿层见矿的可能性最大。经初步预测，①号靶区埋深2 000 m以上区域的远景资源量约为3 500万t。

②号靶区原有桑溪沟工区、枇杷溪工区和红籽工区等3个采矿区，现已停止开采。开采区内局部含矿层被断层推露地表，有部分矿体出露地表，其他区域出露寒武系地层，地表大部分出露寒武系水井沱组地层，推断大部分地段含矿层埋深较大。矿区构造以褶皱为主，矿体在倾向方向重复弯曲(图6)。②号靶区具备较好的找矿潜力，经预测，枇杷溪工区深部远景资源量约2 100万t，红籽工区深部远景资源量约2 400万t，预测②号靶区埋深2 000 m以上的远景资源量约4 500万t。

图5 城口锰矿整装勘查区找矿靶区分布

图6 ②号靶区工程剖面

③号靶区位于修齐矿区F1断层下盘，修齐矿区出露的矿体均由F1断层及其他断层推覆至地表，因此推测F1断层下盘有锰矿体赋存，但该区域出露水井沱组地层，矿层埋深较大，矿体埋深大于1 300 m，其找矿潜力与②号靶区相当。预测③号靶区埋深2 000 m以上的远景资源量约2 000万t。

5 结 论

(1)城口锰矿床类型为沉积型矿床，锰矿体赋存于震旦系下统陡山沱组二段顶部，形成于由酸性向碱性转化的还原沉积环境中，台缘斜坡—局限台地(泻湖)相为锰矿发育的主要相带，局限台地(潮下)次之、局限台地(潮坪)再次之。矿区发育的褶皱和断层对锰矿体破坏严重。锰矿体空间赋存受地层、沉积环境和成矿后期破矿构造的影响，地层控制其沉积时代，沉积环境控制其成矿区域，构造控制其空间形态。

(2)根据控制锰矿体空间赋存的3个因素，在已设矿权外围圈定了3个找矿靶区，①号靶区最具找矿潜力，矿体埋深较浅，②、③号靶区找矿潜力次之，矿体埋深较大。预测3个靶区远景资源总量约1亿t。