郭素雄1，陳明輝1，2，艾國(guó)棟2，鮑振襄3，鮑玨敏3

（1.湖南省有色地質(zhì)勘查局二四五隊(duì)，湖南 吉首 416007；[1]

2.中南大學(xué)地學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；

3.湘西礦產(chǎn)資源綜合研究發(fā)展中心，湖南 吉首 416007）

摘 要：湖南西北部的永順縣與毗鄰的張家界市等縣（市）境內(nèi)，在其第四系棕黑色及土黃色殘積層和坡積層內(nèi)，廣泛分布著錳鈷礦結(jié)核。經(jīng)初步勘查，各個(gè)錳鈷礦區(qū)面積都在50～70km2，結(jié)核層厚0.7～1.0m，含礦率5～9kg/m3，一般含ω（Co）0.04%～0.05%，ω（Mn）7.5%～10.5%。礦體形態(tài)為不規(guī)則的透鏡體狀，其產(chǎn)狀隨下伏地層奧陶系寶塔組灰?guī)r起伏面（侵蝕面）而變化。礦床屬風(fēng)化殘余淋濾型氧化錳鈷礦，為錳鈷礦床的新類型，值得進(jìn)一步開(kāi)展找礦研究工作。

關(guān)鍵詞：錳鈷結(jié)核礦；礦石類型；富集規(guī)律；成因；湘西北

0 前言

湖南西北部的永順縣境內(nèi)，西起大壩，東到石提西，再往東與張家界市接壤，東西長(zhǎng)約60km，最寬20余千米范圍內(nèi)，在其第四系棕黑色、土黃色殘積層及坡積層內(nèi)，廣泛分布有錳鈷礦結(jié)核，單個(gè)礦區(qū)面積達(dá)50～70km2，代表性礦床有石提西、連洞、顆砂、依積平等（圖1）。初步勘查結(jié)果認(rèn)為，該區(qū)錳鈷礦是值得進(jìn)一步開(kāi)展找礦研究的錳鈷礦床新類型。

1 區(qū)域及礦區(qū)地質(zhì)概況

本區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)南緣的湘西北八面山褶皺帶。區(qū)域構(gòu)造的特點(diǎn)是：由保靖 銅仁和永順 慈利兩條深大斷裂聯(lián)合構(gòu)成并向NW凸出的弧形斷裂帶，為湘西北地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的主要格架，長(zhǎng)期以來(lái)控制著兩側(cè)的面貌以及它們的發(fā)生、發(fā)展和演化；控制著兩側(cè)的地層和沉積建造特點(diǎn)以及區(qū)域礦產(chǎn)的展布規(guī)律[1]。因此。這是一條地質(zhì)上的自然分區(qū)界線。八面山褶皺帶位于弧外，這是一個(gè)在揚(yáng)子旋回基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的長(zhǎng)期沉降單元[1]。自震旦紀(jì)到三疊紀(jì)除缺失泥盆系下統(tǒng)和石炭系外，各地層發(fā)育齊全，接受了上萬(wàn)米的海相沉積地層。

區(qū)域構(gòu)造以褶皺為主，二翼巖層傾角較陡，軸線延伸較長(zhǎng)，規(guī)模較大，呈NNE—NE向斜展布，為典型的隔擋式褶曲。礦區(qū)位于沅陵-古丈復(fù)背斜北西翼，系單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)未見(jiàn)巖漿巖。

區(qū)域及礦區(qū)出露地層從震旦系至二疊系均有分布，其中以寒武系分布最廣，次為奧陶系及志留系。與區(qū)域錳鈷礦有關(guān)的地層主要為奧陶系。在地層區(qū)劃上，以生物 環(huán)境為主要依據(jù)的劃分原則。為湘西北沉積區(qū)，隸屬揚(yáng)子區(qū)[2]，其古地理環(huán)境為臺(tái)地 邊緣淺灘相區(qū)。其中下奧陶統(tǒng)為灰色、淺灰色中厚層狀灰?guī)r夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r與生物灰?guī)r；中奧陶統(tǒng)寶塔組灰?guī)r巖性穩(wěn)定，特征明顯，主要為紫紅色中厚層狀龜裂紋灰?guī)r，夾少量中至薄層瘤狀灰?guī)r或結(jié)核灰?guī)r，為區(qū)域錳鈷礦的下伏基巖，厚約32m。經(jīng)鏡下鑒定，巖石幾乎全部由隱晶質(zhì)微粒狀、少數(shù)呈不規(guī)則狀的方解石組成；石英微量，微粒狀，僅局部見(jiàn)及；褐鐵礦極少量，褐色，污染于方解石中。巖石具隱晶質(zhì)細(xì)粒結(jié)構(gòu)，海綿構(gòu)造、多孔構(gòu)造及少數(shù)瘤狀構(gòu)造等。在連洞、石提西、皮家凹等礦未風(fēng)化的紅褐色結(jié)核灰?guī)r，經(jīng)化學(xué)分析含ω（Co）0.001%，很可能為原生沉積的含鈷（錳）灰?guī)r層。

圖1 永順縣錳鈷礦區(qū)域地質(zhì)圖

T.三疊系；P.二疊系；D.泥盆系；S.志留系；O3.上奧陶統(tǒng)；O2.中奧陶統(tǒng)；O1.下奧陶統(tǒng)；∈.寒武系

1.地質(zhì)界線；2.斷層；3.錳鈷礦結(jié)核礦分布區(qū)

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 礦體特征

礦體均賦存于第四系亞黏土層棕黑色、土黃色的殘積層及坡積層內(nèi)，厚一般為0.5～1.0m，最厚4.5m，最薄0.1m。錳鈷礦主要以結(jié)核狀產(chǎn)出，最高含礦率為34kg/m3，一般1～3kg/m3和3～5kg/m3，多數(shù)在1kg/m3以下。結(jié)核有橢圓形、渾圓形及球狀等，紅褐色，外觀呈凸凹不平的葡萄狀，擊碎后內(nèi)核顯褐黃色與棕黑色的同心圓狀。結(jié)核顆粒大者3cm，小者0.2cm，一般為0.7～1.0cm。礦體下部顆粒較粗。礦體形態(tài)為不規(guī)則透鏡體狀。總體上凡在寶塔組灰?guī)r出露地段都見(jiàn)有富集程度不等的錳鈷礦結(jié)核。其產(chǎn)狀、形態(tài)隨下伏巖層起伏面（侵蝕面）或喀斯特化面而變化（圖2）。

2.2 礦石質(zhì)量、類型

錳鈷結(jié)核礦石品位變化不大，一般含ω（Co）0.03%～0.05%，最高0.075%，最低0.020%，其變化主要與野外手選礦石的獲得量與其黏土質(zhì)（泥質(zhì)）凈度有關(guān)。未經(jīng)手選的礦石品位較低，水洗后可提高到ω（Co）0.05%～0.07%。據(jù)長(zhǎng)沙有色金屬設(shè)計(jì)院所做2件小型實(shí)驗(yàn)室選礦試驗(yàn)結(jié)果，ω（Co）含量可由0.04%提高到0.10%。

此外，礦石含ω（Mn）一般為7.5%～10.5%。

圖2 永順縣道洞—十里鋪錳鈷礦地質(zhì)剖面圖

經(jīng)50組Co、Mn礦石分析結(jié)果計(jì)算，平均ω（Co）0.047%、ω（Mn）9.21%的礦石，標(biāo)準(zhǔn)差Co6.63、Mn1.43，變異系數(shù)Co13.4%、Mn15.5%，Co與Mn相關(guān)系數(shù)0.53。表明礦石中Co、Mn含量變化穩(wěn)定，二者呈正相關(guān)關(guān)系。

2.3 礦石礦物成分

礦石（結(jié)核）滴HCl起泡，礦物顆粒細(xì)小，采用高倍（840×）油浸鏡頭進(jìn)行鏡下鑒定，礦石組分及特征簡(jiǎn)述如下。

（1）錳土：灰色，反射率很低，不規(guī)則形狀，斷續(xù)相連，與泥質(zhì)物等相間呈層狀，同黏土質(zhì)混生在一起，部分呈不規(guī)則脈狀。

（2）鈷土：灰色，與錳土混于一體，但在840倍鏡下未鑒定出，與錳土為過(guò)渡性礦物。

（3）褐鐵礦：灰色，較錳鈷土的反射率高些，均質(zhì)。內(nèi)反射，紅色、褐色，含量與錳鈷土成反比，即褐鐵礦的部分多，錳鈷土礦物較少。

（4）軟錳礦：極微量，不規(guī)則微粒狀，白色帶淡黃色，非均質(zhì)，生于錳鈷土礦物中。

此外，選擇了17塊標(biāo)本進(jìn)行印痕試驗(yàn)。印痕試驗(yàn)采用的溶液為1∶1硝酸，顯影劑為赤白鹽5%溶液，顯影時(shí)間5min。結(jié)果：錳鈷土反應(yīng)為褐色，鐵反應(yīng)為藍(lán)色。

非金屬礦物有以下幾種。

（1）石英：較少，極不規(guī)則，他形粉砂粒狀，散布于錳鈷土礦物中。顆粒大小不一，多數(shù)較為細(xì)小。

（2）絹云母：較少，顯微鱗片狀晶體，生于石英等礦物的晶體間。

石英和絹云母含量一般在5%左右，少數(shù)較多者達(dá)7%。但不同的薄片其含量不等，如有的薄片見(jiàn)以泥質(zhì)、絹云母為主，石英極微，錳鈷土礦物較多見(jiàn)。

泥碳質(zhì)物：較少，不透明，非晶質(zhì)，土狀，與錳鈷土等礦物混生在一起。

電氣石：極微量，柱狀小晶體，具微弱但可見(jiàn)之多色性。

黏土礦物：淡綠色或微帶褐色，突起高于樹(shù)膠，均質(zhì)性，分布不均勻，系多水高嶺土礦物。

礦石（結(jié)核）均為同心圓狀結(jié)構(gòu)。據(jù)鏡下觀察，錳鈷土及鐵質(zhì)物同碳泥質(zhì)物相間成層分布，由于碳泥質(zhì)物因制片時(shí)已經(jīng)磨損，而顯現(xiàn)其結(jié)構(gòu)。

2.4 礦石富集規(guī)律

（1）礦石主要富集在奧陶系分布區(qū)域，尤其集中分布于中奧陶統(tǒng)寶塔組紫紅色、淡紅色龜裂紋灰?guī)r出露地區(qū)，包括這些地區(qū)水系、漏斗凹陷及喀斯特化地貌發(fā)育區(qū)內(nèi)的第四系浮土層（亞黏土層），特別是浮土層以下0.1～1.0m的棕黑色、土黃色的殘積層及坡積層中最為富集。

（2）礦體形態(tài)多為不規(guī)則的透鏡體。礦石品位變化不大，屬于有用礦化組分分布均勻的礦體；礦體厚度變化與其下伏基巖喀斯特化發(fā)育程度有關(guān)，其第四系棕黑色亞黏土厚度大的地段，礦體厚度亦大；而在山脊及地形凸起處，礦體厚度變薄，但最薄處厚度也在0.1～0.5m之間。

（3）礦體含礦率與含礦層厚度成正比關(guān)系，一般在山坡低洼處含礦層厚度較大的地段，含礦率亦較高，如連洞礦區(qū)38#探井，含礦層厚4.5m，含礦率達(dá)41kg/m3，大壩礦區(qū)含礦層厚3.5m，含礦率達(dá)159kg/m3。整個(gè)永順縣東部錳鈷礦結(jié)核分布區(qū)，一般含礦率為5～9kg/m3，最低0.1～0.3kg/m3。礦石（結(jié)核）顆粒自上而下增大，品位增高。

3 礦床成因與找礦標(biāo)志

3.1 礦床成因討論

Co在地殼中含量最低，通常伴生組分產(chǎn)在銅鎳鐵等礦床中，很難形成獨(dú)立的鈷礦床。對(duì)于永順東部廣泛分布的錳鈷礦結(jié)核的成因問(wèn)題，尚未作深入的研究，但有多種認(rèn)識(shí)，茲依據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料作一些推論。

（1）認(rèn)為與區(qū)域深大斷裂有關(guān)；但錳鈷礦結(jié)核分布區(qū)遠(yuǎn)離深大斷裂，亦未見(jiàn)與深大斷裂連通的區(qū)域性斷裂。

（2）認(rèn)為與基性超基性巖有關(guān)；顯然迄今尚未在礦區(qū)或區(qū)域見(jiàn)到這類巖漿巖。

（3）與含鈷的中低溫?zé)嵋旱V床有關(guān)；但區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有中低溫?zé)嵋旱V床或含鈷的中低溫?zé)嵋旱V床，以及含鈷的硫（砷）化物黃鐵礦、毒砂等。

（4）與下伏地層奧陶系寶塔組龜裂紋灰?guī)r尤其是含結(jié)核灰?guī)r有關(guān)；因?yàn)殄i鈷礦結(jié)核分布區(qū)主要集中在含結(jié)核或龜裂紋灰?guī)r出露地區(qū)，二者形影相隨在空間上有一定的依存關(guān)系。

本區(qū)奧陶系在分布上隸屬于揚(yáng)子區(qū)[2]，其古地理環(huán)境為淺海陸相區(qū)，沉積物以灰?guī)r為主，巖性穩(wěn)定，特征明顯，尤其是寶塔組含結(jié)核的紫紅色龜裂紋灰?guī)r，為區(qū)域錳鈷礦結(jié)核的下伏地層。目前，既未在該組灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)熱水沉積特征，亦未見(jiàn)變質(zhì)現(xiàn)象。應(yīng)屬于正常海水沉積成因。

據(jù)少量樣品分析資料，寶塔組含結(jié)核的紫紅色龜裂紋灰?guī)r，結(jié)核一般ω（Co）0.001%，屬于含Co結(jié)核，是含Co的自生沉積礦物集合體。該類含Co結(jié)核灰?guī)r，歷經(jīng)長(zhǎng)期的物理 化學(xué)風(fēng)化作用，尤其是化學(xué)風(fēng)化作用所產(chǎn)生的水-巖反應(yīng)的進(jìn)行，在與由地表水的電離和水解所形成的黏土化作用的同時(shí)，部分風(fēng)化產(chǎn)物形成膠體溶液被地表水帶入潛水活動(dòng)區(qū)（低洼處），使水體中溶解氧的含量明顯增加，提高了水團(tuán)的氧化還原程度，使CO2不飽和，增強(qiáng)了Ca CO3的溶解作用，水體中鈣質(zhì)殼體被溶解，并釋放出殼體中的金屬元素，提高了水體中金屬元素的濃度。考慮到大陸錳鐵鈷等的風(fēng)化、淋濾后大多就地沉淀形成錳帽、鐵帽，Co等多被吸附在鐵錳的氧化物中[3]，或形成表生礦物錳土、鈷土等就地沉淀，隨水遷移的量十分有限；又考慮到Fe元素和Mn元素的地球化學(xué)相似性，在一定的地質(zhì)條件下（富氧環(huán)境）聚集并沉淀下來(lái)，形成含鐵錳的凝膠，以及Co與Fe、Mn的地球化學(xué)親和力很強(qiáng)，含Co膠體質(zhì)點(diǎn)常被Fe、Mn膠體吸附，異類電荷溶液相互凝結(jié)和自身重力作用而沉淀下來(lái)，形成錳鈷結(jié)核。故本區(qū)錳鈷礦結(jié)核的成因是含錳巖系在地表氧化條件下，通過(guò)化學(xué)風(fēng)化作用間或生物化學(xué)作用而形成的，屬第四系殘積淋濾型錳鈷礦床。

3.2 找礦標(biāo)志

從前述錳鈷礦結(jié)核形成的地質(zhì)特征及富集規(guī)律看，其找礦標(biāo)志已十分明顯，即在該區(qū)或鄰近地區(qū)奧陶系分布區(qū)，特別是中奧陶統(tǒng)寶塔組紫紅色含結(jié)核的龜裂紋灰?guī)r分布區(qū)，是最重要的找礦地區(qū)。凡有寶塔組灰?guī)r出露地區(qū)，都是尋找該類錳鈷礦結(jié)核的首選區(qū)，尤其是寶塔組灰?guī)r喀斯特化發(fā)育的第四系浮土層（亞黏土層），是錳鈷礦結(jié)核最佳成礦區(qū)。

從區(qū)域找礦范圍看，毗鄰的張家界、保靖、花垣、龍山等縣（市）境內(nèi)的奧陶系分布區(qū)，尤其是寶塔組灰?guī)r分布區(qū)，其第四系棕黑色亞黏土層內(nèi)，都有找到該類錳鈷礦結(jié)核的地質(zhì)前提。

參考文獻(xiàn)

[1]張攀華，論江南地軸北西緣在湖南的邊界[J].湖南地質(zhì)，1984（2）：57-64.

[2]湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)局.湖南省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1988：62-71.

[3]鄭大中，鄭若鋒.錳的遷移形成成礦機(jī)理新探[J].地質(zhì)找礦論叢，2007，22（4）：241-247.

[1]文章來(lái)源：《湖南科技論壇國(guó)土資源分論壇論文集》，2011年。作者簡(jiǎn)介：郭素雄（1984—），男，云南永善人，助理工程師，主要從事礦產(chǎn)地質(zhì)勘查工作。