湘西北地区锰钴矿床新类型

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。