湖南涟源万家坪锰矿地质特征及成矿条件浅析

刘 远，周伟蛟

（湖南省地质矿产勘查开发局418队，湖南 娄底 417000）

1 区域地质背景

万家坪锰矿区位于江南台隆的南侧、沩山穹窿的西南边缘，主要构造线呈北西～南东走向，南西部与祁阳弧北翼桥头河向斜扬起端相邻。

区域出露地层主要为元古界板溪群、震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系等，其中震旦系下统湘锰组为赋矿地层。

矿区外围北东部沩山穹窿出露印支期黑云母二长花岗岩，沩山岩体对区内矿层影响不大。

区内1：5万水系沉积物测量Mn元素异常明显，Mn元素的异常值强度大、分布广，Mn元素异常峰值最高达36300ppm。高异常区分布范围与区内震旦系湘锰组含锰岩系在分布区域上相吻合，属矿体引起的水系沉积物Mn异常。

2 万家坪锰矿地质特征

2.1 含锰岩系

震旦系下统湘锰组为赋矿地层，湘锰组上部以板岩为主，下部为含锰岩系，含锰岩系由上往下又主要分为含锰炭质板岩夹硅质板岩、锰矿层、含硅质板岩、含砂质条带状板岩。

2.2 锰矿层（体）特征

锰矿层呈层状、似层状、透镜状产于湘锰组下部含锰岩系中，其产状与顶底板围岩一致，沿走向或倾向略具微波状起伏。地表及浅部为氧化锰矿，经次生富集而形成，锰含量一般较高，氧化深度一般10m～30m不等，局部地段可达70m；往深部则是碳酸锰，一般垂直节理较发育，性脆，较坚硬，新鲜断面可见沉积纹层。氧化矿厚度和原生矿厚度基本一致，氧化矿只是品位相对富集而已。

区内锰矿层总体具分段富集特征，北段仅见矿化，碳酸锰矿层厚一般0.50m～1.00m，Mn品位1.69%～3.61%；中段碳酸锰矿层厚一般0.70m～1.00m，Mn品位一般15%～20%；南段碳酸锰矿层厚0.83m～0.90m，Mn品位7.78%～18.63%。锰矿层沿走向由北西往南东总体上具锰品位变富的趋势。

2.3 矿石质量

（1）矿石矿物组成：氧化锰矿石系碳酸锰矿层及含锰岩系经表生氧化作用而形成。主要由软锰矿组成，含少量泥砂质及褐铁矿，其中软锰矿占80%，泥质10%，褐铁矿含量小于1%，石英小于1%。碳酸锰矿石主要由菱锰矿组成，次为碳质（2%～3%）、石英（1%～3%）、黄铁矿（2%～6%）、粘土矿物（水云母）等；矿石呈玫瑰色，易氧化而呈褐黑色，节理较发育，通常为碳酸盐脉或石英细脉所充填。

（2）矿石化学成分：主要成分为SiO2、Mn、Fe，次为CaO、MgO、Al2O3、TiO2、S、P等。化验结果显示，矿区矿石属磷偏高的中酸性贫锰矿石，伴生的微量元素均达不到有益或有害的标准。锰含量一般与SiO2成反相关，与CaO、MgO成正相关；伴生有益元素Co、Ni、Cu、Zn、Pb等含量低，不具工业价值。

（3）矿石结构构造：碳酸锰矿石结构主要为微晶粒状结构和莓状结构。微晶粒状结构：矿石基本上由等向形菱锰矿微晶颗粒组成，粒径一般在0.001mm～0.005mm之间；莓状结构：菱锰矿常呈圆球形小颗粒，边缘附着有一圈黑色的炭质粉末，直径多在0.008mm左右，且颗粒相互独立，并保留着内碎屑形态。矿石构造主要为由炭质相对聚集，平行展布而显示的微层理构造，局部可见碎裂状构造、纤维状构造、浸染状构造等。

（4）矿石类型：按组成矿石的主要锰矿物可分为氧化锰矿石、碳酸锰矿石二种自然类型；按矿石的结构构造为块状矿石类型。碳酸锰矿石是矿区内主要矿石类型，工业类型属磷偏高酸性中贫矿石。

2.4 锰矿富集规律

（1）含锰岩系的厚度在一定程度上控制了锰矿的生成与总量，它们具有一定的正向关系。

（2）矿层顶板含炭泥质较高者，则常为富矿；反之硅质含量增多，则常为贫矿或无矿。

（3）微细方解石脉发育的矿石锰含量高，含较多黄铁矿呈细小条带状或星簇状、草莓状集合体分布的矿石锰含量较高。

（4）上部氧化锰发育地段，预示深部碳酸锰厚度较大，品位较富。

（5）锰矿体沿走向大致具有分段富集的特点，南段矿体有往南东具锰含量增高的趋势。

3 成矿地质条件浅析

（1）岩相古地理环境。早震旦世时期，万家坪锰矿位于江南古陆中段南缘，城步-桃江断裂带东侧的古海湾东部，沩山古岛东缘，区域内有近古陆边缘呈东西向方向展布的桃江～安化锰矿带，和沿沩山古岛边缘分布的宁乡～涟源～湘潭锰矿带，该锰矿床与湘中地区“湘潭式”锰矿浅海相沉积矿床类似。

区域北部为江南古陆，南西面有北西向沩山～歇马水下弧形隆起，由一个封闭性较好的障壁浅海海湾过渡为局限海盆(图1)。海盆内水动力微弱，水体结构有利于藻类生物的生长繁殖及水体密度分层和锰质浓集，形成了盆地中心炭泥质页岩相向四周过渡为炭泥质碎屑岩相等，其中的锰质岩～炭质泥页岩相是本区碳酸锰矿最有利的成矿岩相。

图1 湘中区震旦纪湘潭式锰矿成矿期古地理简图

（2）锰质来源。构成盆地周围古陆、古岛的老地层中，含锰普遍较高，局部形成了锰矿床（点），这些含锰岩石中的锰质经风化、剥蚀，以各种方式搬运至盆地水介质中，成为锰质的主要来源。构成盆地边界的深大断裂及盆地内“基底同沉积断裂”将深部的锰质导入盆地，成为锰质的另一重要来源。

（3）古气候条件。早震旦世湘锰期的气候温暖，有利于浮游藻类的生长繁殖，而藻类对锰质的富集起着重要的作用。通过研究现代冰川与现代海洋中锰结核形成之间的联系，认为冰川所产生的底层水水温低，富含CO2和溶解氧，为弱碱性及硅酸不饱和，具备锰结核形成所需要的环境条件，冰川活动由强减弱和流速在正常条件下有利于锰结核形成。区内早震旦世湘锰期为间冰期，其古气候条件与现代海洋中锰结核形成的气候条件极为相似，有利于锰质的沉淀及碳酸锰矿的形成。

（4）古生物条件。主要反映在矿石中有机炭含量高和古兰藻类化石丰富。一方面生物参与古陆（岛）的风化作用，使锰质从含锰岩（矿）石中释放出来进入盆地，为成矿创造条件，另一方面兰藻类海生生物在生长过程中，不断地从海水中选择性地吸收分散的锰质集于体内，死亡后尸体堆积于海底形成富锰质尸集群，同时通过尸体腐烂分解释放CO2，不断改变、调节介质的物理化学环境，使锰质不断浓集于底层水中及沉积物内，直至海解、成岩早期，形成MnCO3的大量沉淀与富集成矿。

总之，万家坪锰矿形成于早震旦世湘锰期，属“湘潭式”沉积锰矿床。该区当时处于封闭～半封闭浅海陆棚盆地亚相，该亚相带位于远岸低能带上，地势较低，水体宁静，具备碱性还原条件，利于有机质、锰质、碳质的聚集，沉积了一套水平层理发育、黄铁矿呈星散状或草莓状集合体大量产出的黑色岩系，是区内主要的成锰环境。