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湘西北地区锰钴矿床新类型

时间:2022-02-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:初步勘查结果认为,该区锰钴矿是值得进一步开展找矿研究的锰钴矿床新类型。区域及矿区出露地层从震旦系至二叠系均有分布,其中以寒武系分布最广,次为奥陶系及志留系。与区域锰钴矿有关的地层主要为奥陶系。在地层区划上,以生物 环境为主要依据的划分原则。内反射,红色、褐色,含量与锰钴土成反比,即褐铁矿的部分多,锰钴土矿物较少。但不同的薄片其含量不等,如有的薄片见以泥质、绢云母为主,石英极微,锰钴土矿物较多见。
湘西北地区锰钴矿床新类型_追寻地质梦湖

郭素雄1,陈明辉1,2,艾国栋2,鲍振襄3,鲍珏敏3

(1.湖南省有色地质勘查局二四五队,湖南 吉首 416007;[1]

2.中南大学地学与环境工程学院,湖南 长沙 410083;

3.湘西矿产资源综合研究发展中心,湖南 吉首 416007)

摘 要:湖南西北部的永顺县与毗邻的张家界市等县(市)境内,在其第四系棕黑色及土黄色残积层和坡积层内,广泛分布着锰钴矿结核。经初步勘查,各个锰钴矿区面积都在50~70km2,结核层厚0.7~1.0m,含矿率5~9kg/m3,一般含ω(Co)0.04%~0.05%,ω(Mn)7.5%~10.5%。矿体形态为不规则的透镜体状,其产状随下伏地层奥陶系宝塔组灰岩起伏面(侵蚀面)而变化。矿床属风化残余淋滤型氧化锰钴矿,为锰钴矿床的新类型,值得进一步开展找矿研究工作。

关键词:锰钴结核矿;矿石类型;富集规律;成因;湘西北

0 前言

湖南西北部的永顺县境内,西起大坝,东到石提西,再往东与张家界市接壤,东西长约60km,最宽20余千米范围内,在其第四系棕黑色、土黄色残积层及坡积层内,广泛分布有锰钴矿结核,单个矿区面积达50~70km2,代表性矿床有石提西、连洞、颗砂、依积平等(图1)。初步勘查结果认为,该区锰钴矿是值得进一步开展找矿研究的锰钴矿床新类型。

1 区域及矿区地质概况

本区位于扬子准地台南缘的湘西北八面山褶皱带。区域构造的特点是:由保靖 铜仁和永顺 慈利两条深大断裂联合构成并向NW凸出的弧形断裂带,为湘西北地区地质构造的主要格架,长期以来控制着两侧的面貌以及它们的发生、发展和演化;控制着两侧的地层和沉积建造特点以及区域矿产的展布规律[1]。因此。这是一条地质上的自然分区界线。八面山褶皱带位于弧外,这是一个在扬子旋回基础上发展起来的长期沉降单元[1]。自震旦纪到三叠纪除缺失泥盆系下统和石炭系外,各地层发育齐全,接受了上万米的海相沉积地层。

区域构造以褶皱为主,二翼岩层倾角较陡,轴线延伸较长,规模较大,呈NNE—NE向斜展布,为典型的隔挡式褶曲。矿区位于沅陵-古丈复背斜北西翼,系单斜构造。区内未见岩浆岩。

区域及矿区出露地层从震旦系至二叠系均有分布,其中以寒武系分布最广,次为奥陶系及志留系。与区域锰钴矿有关的地层主要为奥陶系。在地层区划上,以生物 环境为主要依据的划分原则。为湘西北沉积区,隶属扬子区[2],其古地理环境为台地 边缘浅滩相区。其中下奥陶统为灰色、浅灰色中厚层状灰岩夹薄层泥质灰岩与生物灰岩;中奥陶统宝塔组灰岩岩性稳定,特征明显,主要为紫红色中厚层状龟裂纹灰岩,夹少量中至薄层瘤状灰岩或结核灰岩,为区域锰钴矿的下伏基岩,厚约32m。经镜下鉴定,岩石几乎全部由隐晶质微粒状、少数呈不规则状的方解石组成;石英微量,微粒状,仅局部见及;褐铁矿极少量,褐色,污染于方解石中。岩石具隐晶质细粒结构,海绵构造、多孔构造及少数瘤状构造等。在连洞、石提西、皮家凹等矿未风化的红褐色结核灰岩,经化学分析含ω(Co)0.001%,很可能为原生沉积的含钴(锰)灰岩层。

图1 永顺县锰钴矿区域地质图

T.三叠系;P.二叠系;D.泥盆系;S.志留系;O3.上奥陶统;O2.中奥陶统;O1.下奥陶统;∈.寒武系

1.地质界线;2.断层;3.锰钴矿结核矿分布区

2 矿区地质

2.1 矿体特征

矿体均赋存于第四系亚黏土层棕黑色、土黄色的残积层及坡积层内,厚一般为0.5~1.0m,最厚4.5m,最薄0.1m。锰钴矿主要以结核状产出,最高含矿率为34kg/m3,一般1~3kg/m3和3~5kg/m3,多数在1kg/m3以下。结核有椭圆形、浑圆形及球状等,红褐色,外观呈凸凹不平的葡萄状,击碎后内核显褐黄色与棕黑色的同心圆状。结核颗粒大者3cm,小者0.2cm,一般为0.7~1.0cm。矿体下部颗粒较粗。矿体形态为不规则透镜体状。总体上凡在宝塔组灰岩出露地段都见有富集程度不等的锰钴矿结核。其产状、形态随下伏岩层起伏面(侵蚀面)或喀斯特化面而变化(图2)。

2.2 矿石质量、类型

锰钴结核矿石品位变化不大,一般含ω(Co)0.03%~0.05%,最高0.075%,最低0.020%,其变化主要与野外手选矿石的获得量与其黏土质(泥质)净度有关。未经手选的矿石品位较低,水洗后可提高到ω(Co)0.05%~0.07%。据长沙有色金属设计院所做2件小型实验室选矿试验结果,ω(Co)含量可由0.04%提高到0.10%。

此外,矿石含ω(Mn)一般为7.5%~10.5%。

图2 永顺县道洞—十里铺锰钴矿地质剖面图

经50组Co、Mn矿石分析结果计算,平均ω(Co)0.047%、ω(Mn)9.21%的矿石,标准差Co6.63、Mn1.43,变异系数Co13.4%、Mn15.5%,Co与Mn相关系数0.53。表明矿石中Co、Mn含量变化稳定,二者呈正相关关系。

2.3 矿石矿物成分

矿石(结核)滴HCl起泡,矿物颗粒细小,采用高倍(840×)油浸镜头进行镜下鉴定,矿石组分及特征简述如下。

(1)锰土:灰色,反射率很低,不规则形状,断续相连,与泥质物等相间呈层状,同黏土质混生在一起,部分呈不规则脉状。

(2)钴土:灰色,与锰土混于一体,但在840倍镜下未鉴定出,与锰土为过渡性矿物。

(3)褐铁矿:灰色,较锰钴土的反射率高些,均质。内反射,红色、褐色,含量与锰钴土成反比,即褐铁矿的部分多,锰钴土矿物较少。

(4)软锰矿:极微量,不规则微粒状,白色带淡黄色,非均质,生于锰钴土矿物中。

此外,选择了17块标本进行印痕试验。印痕试验采用的溶液为1∶1硝酸,显影剂为赤白盐5%溶液,显影时间5min。结果:锰钴土反应为褐色,铁反应为蓝色。

非金属矿物有以下几种。

(1)石英:较少,极不规则,他形粉砂粒状,散布于锰钴土矿物中。颗粒大小不一,多数较为细小。

(2)绢云母:较少,显微鳞片状晶体,生于石英等矿物的晶体间。

石英和绢云母含量一般在5%左右,少数较多者达7%。但不同的薄片其含量不等,如有的薄片见以泥质、绢云母为主,石英极微,锰钴土矿物较多见。

泥碳质物:较少,不透明,非晶质,土状,与锰钴土等矿物混生在一起。

电气石:极微量,柱状小晶体,具微弱但可见之多色性。

黏土矿物:淡绿色或微带褐色,突起高于树胶,均质性,分布不均匀,系多水高岭土矿物。

矿石(结核)均为同心圆状结构。据镜下观察,锰钴土及铁质物同碳泥质物相间成层分布,由于碳泥质物因制片时已经磨损,而显现其结构。

2.4 矿石富集规律

(1)矿石主要富集在奥陶系分布区域,尤其集中分布于中奥陶统宝塔组紫红色、淡红色龟裂纹灰岩出露地区,包括这些地区水系、漏斗凹陷及喀斯特化地貌发育区内的第四系浮土层(亚黏土层),特别是浮土层以下0.1~1.0m的棕黑色、土黄色的残积层及坡积层中最为富集。

(2)矿体形态多为不规则的透镜体。矿石品位变化不大,属于有用矿化组分分布均匀的矿体;矿体厚度变化与其下伏基岩喀斯特化发育程度有关,其第四系棕黑色亚黏土厚度大的地段,矿体厚度亦大;而在山脊及地形凸起处,矿体厚度变薄,但最薄处厚度也在0.1~0.5m之间。

(3)矿体含矿率与含矿层厚度成正比关系,一般在山坡低洼处含矿层厚度较大的地段,含矿率亦较高,如连洞矿区38#探井,含矿层厚4.5m,含矿率达41kg/m3,大坝矿区含矿层厚3.5m,含矿率达159kg/m3。整个永顺县东部锰钴矿结核分布区,一般含矿率为5~9kg/m3,最低0.1~0.3kg/m3。矿石(结核)颗粒自上而下增大,品位增高。

3 矿床成因与找矿标志

3.1 矿床成因讨论

Co在地壳中含量最低,通常伴生组分产在铜镍铁等矿床中,很难形成独立的钴矿床。对于永顺东部广泛分布的锰钴矿结核的成因问题,尚未作深入的研究,但有多种认识,兹依据现有地质资料作一些推论。

(1)认为与区域深大断裂有关;但锰钴矿结核分布区远离深大断裂,亦未见与深大断裂连通的区域性断裂。

(2)认为与基性超基性岩有关;显然迄今尚未在矿区或区域见到这类岩浆岩。

(3)与含钴的中低温热液矿床有关;但区内未发现有中低温热液矿床或含钴的中低温热液矿床,以及含钴的硫(砷)化物黄铁矿、毒砂等。

(4)与下伏地层奥陶系宝塔组龟裂纹灰岩尤其是含结核灰岩有关;因为锰钴矿结核分布区主要集中在含结核或龟裂纹灰岩出露地区,二者形影相随在空间上有一定的依存关系。

本区奥陶系在分布上隶属于扬子区[2],其古地理环境为浅海陆相区,沉积物以灰岩为主,岩性稳定,特征明显,尤其是宝塔组含结核的紫红色龟裂纹灰岩,为区域锰钴矿结核的下伏地层。目前,既未在该组灰岩中发现热水沉积特征,亦未见变质现象。应属于正常海水沉积成因。

据少量样品分析资料,宝塔组含结核的紫红色龟裂纹灰岩,结核一般ω(Co)0.001%,属于含Co结核,是含Co的自生沉积矿物集合体。该类含Co结核灰岩,历经长期的物理 化学风化作用,尤其是化学风化作用所产生的水-岩反应的进行,在与由地表水的电离和水解所形成的黏土化作用的同时,部分风化产物形成胶体溶液被地表水带入潜水活动区(低洼处),使水体中溶解氧的含量明显增加,提高了水团的氧化还原程度,使CO2不饱和,增强了Ca CO3的溶解作用,水体中钙质壳体被溶解,并释放出壳体中的金属元素,提高了水体中金属元素的浓度。考虑到大陆锰铁钴等的风化、淋滤后大多就地沉淀形成锰帽、铁帽,Co等多被吸附在铁锰的氧化物中[3],或形成表生矿物锰土、钴土等就地沉淀,随水迁移的量十分有限;又考虑到Fe元素和Mn元素的地球化学相似性,在一定的地质条件下(富氧环境)聚集并沉淀下来,形成含铁锰的凝胶,以及Co与Fe、Mn的地球化学亲和力很强,含Co胶体质点常被Fe、Mn胶体吸附,异类电荷溶液相互凝结和自身重力作用而沉淀下来,形成锰钴结核。故本区锰钴矿结核的成因是含锰岩系在地表氧化条件下,通过化学风化作用间或生物化学作用而形成的,属第四系残积淋滤型锰钴矿床。

3.2 找矿标志

从前述锰钴矿结核形成的地质特征及富集规律看,其找矿标志已十分明显,即在该区或邻近地区奥陶系分布区,特别是中奥陶统宝塔组紫红色含结核的龟裂纹灰岩分布区,是最重要的找矿地区。凡有宝塔组灰岩出露地区,都是寻找该类锰钴矿结核的首选区,尤其是宝塔组灰岩喀斯特化发育的第四系浮土层(亚黏土层),是锰钴矿结核最佳成矿区。

从区域找矿范围看,毗邻的张家界、保靖、花垣、龙山等县(市)境内的奥陶系分布区,尤其是宝塔组灰岩分布区,其第四系棕黑色亚黏土层内,都有找到该类锰钴矿结核的地质前提。

参考文献

[1]张攀华,论江南地轴北西缘在湖南的边界[J].湖南地质,1984(2):57-64.

[2]湖南省地质矿产局.湖南省区域地质志[M].北京:地质出版社,1988:62-71.

[3]郑大中,郑若锋.锰的迁移形成成矿机理新探[J].地质找矿论丛,2007,22(4):241-247.

[1]文章来源:《湖南科技论坛国土资源分论坛论文集》,2011年。作者简介:郭素雄(1984—),男,云南永善人,助理工程师,主要从事矿产地质勘查工作。

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