南華系大塘坡組菱錳礦礦床地質(zhì)特征及成因新見解

何明華

（貴州銅仁伍環(huán)有限公司，貴州 銅仁 554300）

黔東北及其毗鄰的湘渝鄂地區(qū)新元古界大塘坡組菱錳礦床的成礦機(jī)理、成因類型、錳質(zhì)的主要來源等問題，眾說紛紜，一直爭論不休，難以定論。本文作者在系統(tǒng)收集以前的普查勘探、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、科學(xué)研究等資料成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合作者在該區(qū)域多年的野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)綜合研究，并參考了國內(nèi)外地球科學(xué)的新理論、新成果，再次對(duì)該區(qū)域大塘坡式菱錳礦床的成礦條件、成礦機(jī)理、成因類型及錳質(zhì)的主要來源等問題提出了新的認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黔湘渝鄂毗鄰地區(qū)地處華南板塊之揚(yáng)子地塊東南被動(dòng)大陸邊緣。通過對(duì)新元古界華南地區(qū)沉積盆地的詳細(xì)地層研究，有學(xué)者在2003年提出：在Rodinia超級(jí)大陸裂解過程中，華南地區(qū)形成了新元古界（830～600Ma）裂谷盆地，也即是后來大塘坡時(shí)期的走向呈北東東向的半地塹、地塹式聚錳盆地，為錳礦形成創(chuàng)造了良好的古地形條件及成礦物質(zhì)來源。從820Ma開始的華南巖漿活動(dòng)與超級(jí)地幔柱活動(dòng)有關(guān)，其影響范圍可能波及澳大利亞在內(nèi)的整個(gè)Rodinia超大陸。新元古界也是華南地殼生長的重要時(shí)期，期間有大量幔源巖漿形成并成為華南板塊結(jié)晶基底的重要組成部分。

2 賦礦地層層序及其沉積環(huán)境演化

2.1 賦礦地層層序

以松桃縣烏羅鎮(zhèn)楊立掌錳礦區(qū)為例，其賦礦地層層序自上而下依次為：

上覆地層：南沱組含礫泥巖。與下伏大塘坡組之間的接觸界面在該礦區(qū)為一個(gè)整合面，但在橫向上的一些隆起帶則變?yōu)槠叫胁徽厦妗?/p>

——整 合——

大塘坡組第三段

[17]灰、深灰色粉砂質(zhì)粘土巖，頂部具卷曲層理，普遍見滑移-滑塌構(gòu)造。厚：38.50m。

[16]灰、深灰色粉砂質(zhì)粘土巖夾泥巖。含疑源類微體古生物化石。厚：95.38m。

大塘坡組第二段

[15]深灰至黑灰色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖，顯清晰而密集的水平紋層。厚：42.12m。

大塘坡組第一段

[14]黑色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖，含星點(diǎn)狀黃鐵礦晶粒。厚：6.77m。

[13]黑色炭質(zhì)頁巖，上部富含黃鐵礦晶粒。厚：23.40m。

[12]黑色條帶狀菱錳礦，間夾含粉砂質(zhì)炭泥質(zhì)細(xì)條紋，并有少量黃鐵礦偏集分布。厚：0.39m。

[11]黑灰色薄層塊狀炭質(zhì)菱錳礦。厚：0.48m。

[10]黑色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖。厚：0.11m。

[9]灰色含粉砂凝灰質(zhì)粘土巖，具有機(jī)質(zhì)條帶。該層為遠(yuǎn)離火山噴發(fā)口的火山凝灰降落沉積層，或者稱其為火山事件沉積層。厚：0.03m。

[8]黑灰色薄層塊狀炭質(zhì)菱錳礦，間夾條帶狀炭質(zhì)菱錳礦及黑灰色含粉砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖。厚：3.11m。

[7]黑灰色厚層塊狀菱錳礦（具凝塊狀結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)，見球狀藍(lán)藻類生物）。厚：0.56m。

[6]黑灰色條帶狀菱錳礦，間夾炭質(zhì)頁巖或含粉砂炭泥質(zhì)條紋。厚：0.69m。

[5]黑灰色薄層塊狀炭質(zhì)菱錳礦（具凝塊狀結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)，該層下部見一小層間滑動(dòng)構(gòu)造，巖石破碎。其頂部見一小褶曲構(gòu)造，巖石層理被扭動(dòng)而彎曲）。該層中見到的軟沉積物變形構(gòu)造推測為一種系地震或者同沉積斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)時(shí)，表層松軟沉積層沿盆地斜坡滑動(dòng)所產(chǎn)生的同沉積軟變形構(gòu)造。厚：0.74m。

[4]灰黑色含粉砂炭質(zhì)頁巖，顯水平條紋構(gòu)造。厚：0.51m。

[3]深灰色塊狀含錳礫質(zhì)粉砂巖，礫石稀疏、細(xì)小。該層推測為由生長斷層活動(dòng)或地震觸發(fā)的水下重力流事件沉積層，并沿?cái)嘌旅鏄?gòu)成線狀物源。厚：0.80m。

[2]黑灰色薄層塊狀菱錳礦。厚：0.12m。

[1]黑色炭質(zhì)頁巖。厚：0.34m。

——假整合——

下伏地層：鐵絲坳組深灰色塊狀含礫粘土巖，間夾具水平條紋的粉砂質(zhì)粘土巖。

2.2 沉積環(huán)境演化

新元古界南華紀(jì)Sturtian“雪球地球”事件結(jié)束之后，到了大塘坡間冰期，由于冰雪融化，導(dǎo)致了全球性海平面迅速大幅度上升、海水很快越過廣闊的大陸架，淹沒了黔東北及其毗鄰的廣大地區(qū)，而使該區(qū)域成為多障壁的受限清水陸表海盆地環(huán)境。

大塘坡早期，在海平面出現(xiàn)大幅度快速上升之后，又多次重復(fù)出現(xiàn)過小幅度下降和小幅度上升的海平面波動(dòng)，這種升降相持的、長期的高海平面環(huán)境，正為形成該區(qū)域大塘坡組一段下部的多層富厚菱錳礦層創(chuàng)造了極佳的沉積環(huán)境和充足的沉積成礦時(shí)間。

大塘坡中期，海平面處于升降相持階段，沉積了一套由加積型基本層序構(gòu)成的垂向序列，一般屬原地型懸浮沉積。

大塘坡晚期，海平面處于緩慢的脈動(dòng)式下降階段，由于被動(dòng)大陸邊緣發(fā)生的裂谷作用，地殼出現(xiàn)周期性小幅度沉降，陸源細(xì)粒碎屑物的供應(yīng)速率也有所增加。沉積了一套由進(jìn)積型基本層序構(gòu)成的垂向序列，以懸浮沉積為主，兼并偶發(fā)性重力流沉積為特點(diǎn)，重力流沉積類型一般為砂質(zhì)濁流、泥流等，顆粒細(xì)小。

之后，到了Marinoan“雪球地球”時(shí)期，開始了遍布全球的雜礫巖段沉積，該雜礫巖段在揚(yáng)子地塊稱之為南沱組，可進(jìn)行全球或者洲際間的對(duì)比研究。這兩個(gè)冰期和一個(gè)間冰期沉積序列，地質(zhì)學(xué)家稱之為“三段式結(jié)構(gòu)”。

3 礦體（層）特征

該地區(qū)大塘坡組菱錳礦礦床屬典型的海洋盆地化學(xué)-生物化學(xué)沉積型菱錳礦礦床。菱錳礦體（層）皆產(chǎn)出于大塘坡組第一段黑色炭質(zhì)頁巖下部，具有固定的產(chǎn)出層位，礦體圍巖為炭質(zhì)頁巖或含錳炭質(zhì)頁巖。礦體形態(tài)多呈層狀、似層狀產(chǎn)出，一些礦區(qū)主要呈透鏡狀產(chǎn)出，譬如：大塘坡錳礦區(qū)的菱錳礦就主要呈透鏡狀產(chǎn)出，也就是經(jīng)常所稱的“錳枕或錳枕群”。礦體（層）厚度一般在1～6m左右，一些超大型礦床（譬如：松桃道坨錳礦）的菱錳礦層最大厚度達(dá)12m。礦體（層）中常間夾炭質(zhì)頁巖或者含錳炭質(zhì)頁巖。礦體分布長度在1000～6000m左右，礦體分布寬度在500～3500m左右，礦體走向與沉積盆地走向在平面上一致，皆呈北東東向。礦石中Mn含量一般在11%～25%左右，單件礦石樣品中的Mn含量高達(dá)26%～29%。在該區(qū)域，該類型菱錳礦床，其礦體（層）的品位在橫向上皆比較穩(wěn)定。從盆地中心向盆地邊緣，礦體（層）的厚度有逐漸從厚變薄的規(guī)律性。

礦石結(jié)構(gòu)多為泥晶結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)、凝塊狀結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、紋層狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造，在松桃縣道坨礦區(qū)的深鉆巖（礦）芯中還新發(fā)現(xiàn)了氣泡狀構(gòu)造，局部地方見滑動(dòng)卷曲狀構(gòu)造、碎裂狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造等。菱錳礦顏色主要為鋼灰色、黑色。

礦石礦物成分主要有菱錳礦、炭質(zhì)有機(jī)質(zhì)，次要礦物成分有伊利石、黃鐵礦、磷灰石、微量膠磷礦等。

根據(jù)薄片顯示，泥晶菱錳礦與炭質(zhì)共生，泥晶菱錳礦聚集成微球粒形態(tài)成群出現(xiàn)，密集堆積。在電子顯微鏡下，可清晰地看出藍(lán)藻類化石。

礦石的化學(xué)成分主要有MnCO3、SiO2、Al2O3這三種，這三種基本化學(xué)成分幾乎占去了礦石化學(xué)成分總量的90%以上。其次是CaO、FeO、MgO、K、Na、S、P和有機(jī)碳。其中SiO2、Al2O3是粘土礦物和石英粉砂的主要化學(xué)成分。礦石的具體化學(xué)成分含量為MnCO3（40%～80%）、SiO2（12%～31%）、Al2O3（4%～9%）、CaO（3%～8%）、MgO（0.5%～1.8%）、FeO（1%～4%）、K（0.3%～1%）、Na（0.1%～0.4%）、S（0.8%～8%）、P（0.15%～0.47%）、C有機(jī)碳（1.08%～2.32%）。

4 礦床成因與成礦條件分析

4.1 錳質(zhì)的主要來源

如果僅僅依靠成錳期由各種地質(zhì)作用向海洋盆地水介質(zhì)提供的錳質(zhì)，那么則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以形成區(qū)域上這么多的大中型菱錳礦床。

南華紀(jì)早期，富含錳離子的巨大古海洋水體，一旦遇到有適宜的古地理、古氣候、半地塹或地塹式裂谷盆地及海平面迅速大幅度上升、菌藻類浮游微生物的大量繁盛和適當(dāng)?shù)奈锢?、化學(xué)條件，Mn2+就會(huì)與HCO3-離子相結(jié)合，以MnCO3質(zhì)點(diǎn)的形式穩(wěn)定淀出并大量聚集成礦。適宜的聚錳環(huán)境長期穩(wěn)定、反復(fù)存在也是形成該區(qū)域內(nèi)一些菱錳礦床中的多層富厚礦體的時(shí)間因素之一。

4.2 菱錳礦床的沉積古地理環(huán)境及物理、化學(xué)條件

在成錳期，松桃地區(qū)的古緯度處于北緯19°～20°之間，其沉積盆地位于一個(gè)較寬闊的溫暖、陽光充足、清澈的局限至半局限海岸-淺海陸架區(qū)，發(fā)育北東東走向的半地塹、地塹盆地和具障壁性質(zhì)的隆起帶，海流頻繁，其中，淺海陸架盆地相帶是菱錳礦沉積聚積的最佳相帶，水介質(zhì)微環(huán)境的溫度和壓力變化范圍適合各種浮游生物的生存，是生物繁殖和碳酸鹽沉淀的理想場所。

對(duì)菱錳礦石的Eh值和pH值測定可知，菱錳礦形成時(shí)的pH值在7～8，Eh值在－0.3EV左右。在此缺氧還原、堿性的底層水介質(zhì)條件下，海水中的Mn2+離子易與HCO3-離子結(jié)合生成MnCO3析出沉淀。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

菌藻類生命活動(dòng)需要吸收CO2氣體，致使反應(yīng)向右進(jìn)行，從而促進(jìn)了碳酸錳質(zhì)點(diǎn)的穩(wěn)定析出，并大量沉淀。

4.3 菱錳礦床與沉積盆地、古構(gòu)造之間的關(guān)系

“沒有盆地就沒有石油”“沒有盆地就沒有錳礦”，這已經(jīng)成為石油或者大塘坡式錳礦勘探者的共識(shí)。自從1962年首次在松桃縣大塘坡村發(fā)現(xiàn)錳礦以來的半個(gè)多世紀(jì)里，地質(zhì)勘探者越來越認(rèn)識(shí)到沉積盆地、裂谷作用、古氣候和全球海平面變化、菌藻類浮游微生物的繁盛對(duì)黔東北及鄰區(qū)新元古界大塘坡組菱錳礦床及其賦礦地層的顯著控制作用，而沉積盆地的形成、走向、規(guī)模、形態(tài)以及沉降幅度、充填類型、充填層序等又受控于古斷裂構(gòu)造，特別是雪峰期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷裂構(gòu)造。而且，這些古斷裂后續(xù)的周期性活動(dòng)及地殼的周期性均衡沉降對(duì)沉積建造也起到顯著的控制作用，使得這些由雪峰期裂谷作用形成的走向北東東向的半地塹、地塹盆地中充填了南華系巨厚的陸源碎屑物。

5 結(jié)束語

綜上所述，黔湘渝鄂毗鄰地區(qū)新元古界大塘坡組菱錳礦礦床的形成，必須具備：

（1）引起海平面迅速大幅度上升、菌藻類浮游微生物的大量繁盛以及盆地底層水介質(zhì)缺氧還原、弱堿性微環(huán)境的大塘坡間冰期溫暖氣候。

（2）以成錳期較高錳豐度海水為主的多源錳質(zhì)頻繁供給。

（3）南華紀(jì)之初，周期性的、強(qiáng)烈的大區(qū)域拉張裂谷作用形成的半地塹或地塹盆地，以及盆地間的隆起帶地形，正為錳礦的沉積聚集創(chuàng)造了容納空間。