锰矿物的利用历史十分悠久,中国利用锰矿物的历史可追溯到距今 4500—7000 年前新石器时代的仰韶文化(彩陶文化)时期。随着全球新能源产业的迅猛发展,锰作为关键的电池原材料,以其成本优势和良好的电化学性能,在电池正极材料中广泛应用,如锰酸锂等材料的大量使用。
湖南省锰矿分布于花垣—古丈、湘潭—宁乡、安化—桃江、洞口—通道、隆回—邵东、东安—冷水滩这 6处盆地(图1、图2)。以往地质工作探获桂阳盆地内为氧化堆积型锰钴矿(图3、图4),多年以来未找到原生锰矿源层;2025 年 1 月—2025 年 9 月湖南省矿产资源调查所在“新一轮找矿突破战略行动”中承担的省级财政地质勘查项目《湖南省桂阳县樟木冲矿区钴锰矿普查》,在桂阳盆地二叠系孤峰组(P1g) 地层中成功探获到了原生沉积碳酸锰矿,这一新发现弥补了湘南地区桂阳盆地无碳酸锰矿的空白(图1)。通过实施少量钻探工程控制到樟木冲矿区碳酸锰矿走向长约3000 m,倾向延伸30~85 m(图2),单工程真厚度 0.57~4.95 m,单工程平均品位 Mn 9.28%~14.14%,矿体走向和倾向均未封边,樟木冲矿区原生沉积碳酸锰矿较稳定,具有较好的前景。
经测试分析和初步研究,有以下新发现:
(1)原生沉积碳酸锰矿床赋存于下二叠统孤峰组地层顶部的白云岩中,分布于复式向斜的核部及两翼。经电子探针定量分析(图5),含锰矿物中 MnO 含量占比为 48.327%~53.212%,CO2含量占比为 39.334%~40.056%。根据样品电子探针主量分析结果(表1),并与《系统矿物学》下册中菱锰矿的化学分析结果对比,判断样品为含锰的碳酸盐矿物 (菱锰矿)。
图1湖南省成锰盆地分布区域地质图
1—二叠系含锰层位;2—南华系含锰层位;3—奥陶系含锰层位;4—桂阳盆地界线;5—湘潭式碳酸锰矿床;6—东湘桥式碳酸锰矿床;7—桃江响涛源式锰矿床;8—沉积-堆积型锰矿床
表1电子探针定量分析结果
图2樟木冲矿区地质图
1—古近—新近系霞流市组;2—二叠系龙潭组;3—二叠系孤峰组;4—二叠系栖霞组;5—石炭系壶天群;6—石炭系梓门桥组;7—石炭系测水组;8—石炭系石磴子组;9—燕山期石英斑岩;10—断层;11—碳酸锰矿钻孔;12—锰资源量预估范围;13—樟木冲勘查区
图3野外地质调查氧化锰矿颗粒露头
图4钻孔揭露的氧化锰矿颗粒
图5电镜下菱锰矿(a)及化学定量分析测点(b)
(2)含菱锰矿白云岩沿向斜轴线呈近南北向贯穿全区。该层位含椭圆状、长条状菱锰矿结核;椭圆状结核大小为 1~5 mm;长条状结核长 0.5~3.0 cm(图6、图7)。
图6钻孔揭露的孤峰组地层顶部的红色白云岩(菱锰矿赋存层位)
图7钻孔揭露的菱锰矿结核
(3)桂阳盆地樟木冲矿区二叠系孤峰组地层岩性层序和其他盆地不同,根据本次地质测量及钻探工程揭露,孤峰组地层厚度为 20~50 m,按岩性分为上、下两段,其中上段为菱锰矿赋存层位。
上段:顶部为薄—中层状含砂质白云岩(图6),青灰—肉红色,泥晶结构,岩石中有少量方解石、石英及绿泥石,充填在碎裂隙中,呈细脉状;局部见有生物碎屑,生物屑常被方解石交代;局部见薄层状泥质条纹,该层位含椭圆状、长条状菱锰矿结核,该层为菱锰矿主要赋存层位,厚 5~10 m。下部为灰黑色硅质岩,局部夹薄层状页岩,有少量石英细脉; 本层中含透镜状菱锰矿体1~2层,厚0.5~1.0 m,均分布于岩相变化处,为次要含锰层,该层厚 10~20 m。
下段:为深灰色炭质页岩夹泥质灰岩透镜体。透镜体厚 0.1~0.4 m,为微晶结构,含泥质较高,厚 20~30 m。
(4)桂阳盆地与湖南其他盆地的碳酸锰矿富集规律不同,桂阳盆地肉眼可见明显的菱锰矿颗粒,其他盆地菱锰矿颗粒不明显,桂阳盆地碳酸锰矿赋存埋深较浅,距地表400 m以内;本次勘查工作实施钻探的区域约占矿区含矿层平面面积的 5%,樟木冲勘查区具有探获大型规模碳酸锰矿床的潜力。
(5)笔者在桂阳盆地发现一处碳酸锰矿床,填补了湖南省最后一个成锰盆地原生沉积锰矿的空白。助力于“新一轮找矿突破战略行动”中湖南锰矿的找矿任务完成,本次桂阳盆地首次探获原生沉积碳酸锰矿意义重大。