陳 林, 王紅軍, 方喜林, 曹文勝

(1.湖北省地質(zhì)局 第二地質(zhì)大隊(duì),湖北 恩施 445000; 2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,河南 洛陽(yáng) 471023)

隨著“大塘坡式”錳礦于上世紀(jì)50年代末在貴州省松桃縣大塘坡地區(qū)被發(fā)現(xiàn)并由此命名以來(lái),對(duì)于該類型礦床的勘查和研究工作從未停止[1]。“大塘坡式”錳礦形成于南華系大塘坡組地層中(湖南地區(qū)稱湘錳組),是南華紀(jì)主要的錳礦床類型,主要分布于中國(guó)湘中、湘黔渝毗鄰區(qū)、鄂西等地區(qū)(泛揚(yáng)子區(qū))[2-5]?！笆濉睍r(shí)期以來(lái),該類型錳礦的勘查研究工作取得了重大突破,一批大型、超大型錳礦被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià),目前南華紀(jì)已查明的錳礦資源儲(chǔ)量在各個(gè)錳礦成礦時(shí)代中位列第一,資源量接近4.2億t,資源儲(chǔ)量大、有代表性的錳礦如貴州普覺(jué)錳礦(西溪堡錳礦)、松桃道陀、高地、桃子坪錳礦等[6-12]。貴州普覺(jué)錳礦已成為亞洲第一、世界第三大錳礦床,資源量達(dá)1.92億t[13]。

隨著研究資料的不斷積累,研究者普遍認(rèn)為,“大塘坡式”錳礦形成于Rodinia超大陸裂解背景下的南華裂谷盆地,其成礦過(guò)程受全球區(qū)域古氣候、古構(gòu)造活動(dòng)及古海洋物理化學(xué)演化過(guò)程的共同控制作用。關(guān)于該類型錳礦的成因,因其錳質(zhì)來(lái)源尚存爭(zhēng)議,但研究者均對(duì)盆地在成錳物質(zhì)供給和錳礦沉淀過(guò)程中的控制作用進(jìn)行了強(qiáng)調(diào)[3,14]。同沉積斷層是控制成錳斷陷盆地形成和展布的重要地質(zhì)構(gòu)造,是錳礦形成的前提和找礦的標(biāo)志之一[3,15]。熱水沉積成因認(rèn)為地塹盆地或裂谷盆地在構(gòu)造和地形上起著障壁作用阻擋了海水的側(cè)向流通,盆地內(nèi)的海水趨于停滯而形成還原的介質(zhì)條件,錳質(zhì)主要由海底熱水補(bǔ)給[16-18];藻類生物成因認(rèn)為錳礦形成于堿性還原環(huán)境的淺水低凹環(huán)境,與潮坪沉積關(guān)系密切[19];陸源風(fēng)化成因則主張裂谷活動(dòng)增加了大陸邊緣面積,因此增加了風(fēng)化速率與物源供應(yīng)[20];古天然氣滲漏沉積成因觀點(diǎn)則認(rèn)為南華紀(jì)錳礦成礦作用主要形成于獨(dú)特的裂谷盆地錳礦成礦系統(tǒng),由地內(nèi)子系統(tǒng)(殼幔韌性剪切帶構(gòu)造、幔源無(wú)機(jī)成因氣(流)體與錳質(zhì)、火山活動(dòng)等)與表層子系統(tǒng)(系列同沉積斷層和與其控制的斷陷(地塹)盆地,盆地中心發(fā)生古天然氣滲漏噴溢與錳礦沉積成礦作用)聯(lián)合作用形成統(tǒng)一的錳礦成礦系統(tǒng)。同沉積斷層,不但是深部錳質(zhì)和古天然氣上升的重要通道,也是連接地內(nèi)子系統(tǒng)與表層子系統(tǒng)的成礦紐帶[3,4,7,21-23]。這一找礦理論認(rèn)識(shí)的突破,奠定了黔東南地區(qū)一批世界級(jí)超大型錳礦床的發(fā)現(xiàn)和誕生。無(wú)論上述哪一種觀點(diǎn),火山噴發(fā)活動(dòng)參與成礦作用的觀點(diǎn)已成共識(shí)[4,24-25]。由火山噴發(fā)而成的凝灰?guī)r可以作為火山活動(dòng)的直接證據(jù),對(duì)錳礦成礦時(shí)代進(jìn)行限定[26-29]。由此可知,該類型錳礦錳質(zhì)并非單一來(lái)源,但是斷陷盆地的存在是形成該類型錳礦的必要因素。

本文試圖通過(guò)對(duì)走馬地區(qū)新近發(fā)現(xiàn)的王家界錳礦所處的大地構(gòu)造背景、地層和巖相組合、構(gòu)造特征、含錳巖系巖性組合、錳礦(化)體特征等幾個(gè)方面的認(rèn)識(shí),初步分析本區(qū)錳礦成礦特點(diǎn)和礦床成因類型,在此基礎(chǔ)上總結(jié)本區(qū)錳礦沉積環(huán)境和找錳有利構(gòu)造條件,為下一步錳礦勘查和研究工作提供有益參考。

1 地質(zhì)背景

在中國(guó)華南地區(qū),發(fā)生在820 Ma左右的四堡運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了揚(yáng)子陸塊與華夏陸塊的拼合,之后兩陸塊再次發(fā)生裂解拉張,形成南華裂谷盆地,開始接受盆地沉積和火山巖及凝灰?guī)r的沉積,隨著南華裂谷盆地進(jìn)一步發(fā)展,自NW向SE依次形成了武陵次級(jí)裂谷盆地、天柱—懷化隆起(地壘)和雪峰次級(jí)裂谷盆地3個(gè)Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元[3]。

走馬地區(qū)(主要指走馬—東山峰背斜分布區(qū))位于湖北省西南部,鶴峰縣走馬鎮(zhèn)東南方向約4 km,大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子陸塊被動(dòng)大陸東南緣,受控于南華裂谷盆地形成的武陵次級(jí)裂谷盆地北東側(cè)(圖1)。

圖1 走馬地區(qū)大地構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)周琦等修改[3])Fig.1 Geotectonic map showing tectonic location in Zouma

研究區(qū)內(nèi)主要出露地層為青白口系張家灣組、南華系蓮沱組、古城組、大塘坡組、南沱組,震旦系下統(tǒng)陡山沱組,震旦系上統(tǒng)燈影組及寒武系地層(圖2)。張家灣組(Qbz):以灰綠、紫灰色絹云母砂質(zhì)板巖為主,夾粉砂巖、砂巖,沿層面分布的石英脈中見(jiàn)有銅蘭、黃鐵礦,局部具紋層狀構(gòu)造和條帶狀構(gòu)造,有閃斜煌斑巖脈侵入,出露厚>1 km,不整合于震旦系蓮沱組之下。蓮沱組(Nh1l):主要以灰綠、紫紅色層狀泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、長(zhǎng)英質(zhì)硬砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖為主,局部含礫,厚度約200 m左右,巖性巖相橫向上有變化。古城組(Nh2g):巖性為淺灰綠色、灰褐色含礫泥質(zhì)砂巖、含礫砂質(zhì)泥巖夾含錳泥巖透鏡體,略顯層理,礫石大小不等,成分復(fù)雜,厚度約10 m左右。大塘坡組(Nh2d):本組與古城組相伴出露。巖性為灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、水云母頁(yè)巖、灰色含礫砂巖、灰黑色含錳泥巖、灰黑色錳礦層、含錳灰?guī)r透鏡體,并有凝灰質(zhì)砂巖薄層產(chǎn)出。具清晰的微細(xì)水平層理,低角度斜交層理,透鏡狀層理。厚度約0.3～10 m左右,普遍厚度在0.5～3 m,均不同程度見(jiàn)錳質(zhì)礦化現(xiàn)象,主要表現(xiàn)為含錳泥巖、含鐵錳質(zhì)薄膜、含錳石英脈,與下伏古城組為連續(xù)沉積。本段是區(qū)內(nèi)沉積型錳礦的主要產(chǎn)出層位,礦(化)體呈層狀、似層狀及透鏡狀產(chǎn)出,與圍巖整合接觸。南沱組(Nh2n):巖性為暗灰、蘭灰色塊狀含礫不等粒砂巖,灰綠色、灰黃色、磚紅色含礫砂質(zhì)泥巖,上部含礫粗砂巖透鏡體,礫石成分復(fù)雜,厚度約200 m。陡山沱組(Z1d):灰、深灰色中層含錳粉晶云巖、泥—粉晶泥質(zhì)云巖、粉晶磷塊巖,上部含磷塊巖,局部疊層石發(fā)育,形成藻紋層狀磷塊巖。燈影組(Z2d):淺灰色中—厚層狀泥晶—粉晶云巖、薄層狀含泥質(zhì)泥晶—粉晶云巖、粉晶硅質(zhì)云巖,夾含磷硅質(zhì)條帶和燧石結(jié)核,可見(jiàn)有波狀疊層石,厚度約140～220 m。寒武系地層為一套以海相沉積為主的炭質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖、泥巖,泥晶—粉晶灰?guī)r、云巖等,是鉛鋅、釩鉬的賦礦地層,對(duì)其分組地層巖性不再一一贅述。

研究區(qū)處于走馬—東山峰背斜南東翼,受控于兩條區(qū)域性大斷裂(圖2),分別為北側(cè)的孟家溝—清官渡斷裂(F2)和南側(cè)的碑埡—官屋場(chǎng)斷裂(F1),這兩條斷裂均是在先期形成的古北東向隆起構(gòu)造的基礎(chǔ)上形成的,在印支末期定型?湖北省地質(zhì)局,1∶5萬(wàn)白果坪東半幅、南北鎮(zhèn)西半幅、走馬坪東半幅、羅家坪西半幅地質(zhì)圖說(shuō)明書,1988。,主要是以壓性、壓扭性為主的傾角較陡的大斷裂,最長(zhǎng)延伸可達(dá)50 km。

2 錳礦地質(zhì)特征

2.1 含錳巖系特征

王家界錳礦賦存于南華系上統(tǒng)大塘坡組(Nh2d)地層底部,由于地表露頭有限,大塘坡組地層上下界并未出現(xiàn)比較完整的層序,故未進(jìn)行分段,將整個(gè)大塘坡組地層作為含錳巖系。目前已揭露的Nh2d地層,傾向大致南東向,為110°～150°左右,傾角8°～22°左右,傾角由北向南逐漸增大,在傾角20°左右的地方,通過(guò)產(chǎn)狀推測(cè),在對(duì)應(yīng)的地方附近發(fā)現(xiàn)了Nh2d地層,故可通過(guò)產(chǎn)狀趨勢(shì)變化進(jìn)行推測(cè)尋找地表露頭位置。

圖2 王家界錳礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Simplified geological map of Wangjiajie manganese mine1.第四系;2.燈影組;3.陡山沱組;4.南沱組;5.古城組、大塘坡組并層;6.蓮沱組;7.張家灣組;8.閃斜煌斑巖;9.地質(zhì)界線;10.走馬背斜軸線;11.壓性斷裂;12.性質(zhì)不明斷裂;13.實(shí)測(cè)及推測(cè)大塘坡組露頭線;14.錳礦(化)體位置示意;15.巖層產(chǎn)狀;16.剖面示意;17.鉆孔位置;18.采樣位置。

目前已知或雖未完全揭露但可大致估算厚度的Nh2d地層厚度大約在0.3～4 m左右(鉆孔中約4 m左右,但巖性破碎嚴(yán)重),普遍厚度在0.5～3 m左右,均不同程度見(jiàn)錳質(zhì)礦化現(xiàn)象,通過(guò)對(duì)發(fā)現(xiàn)的地表露頭和鉆孔揭露的巖性進(jìn)行綜合分析,初步建立了Nh2d地層巖性序列(圖3,圖4-A、B、D),從下至上巖性依次為:黑色炭質(zhì)頁(yè)巖—黑色含錳泥巖(含錳石英脈)—層狀灰白、土黃色泥巖—灰白色凝灰質(zhì)砂巖—灰綠色粉砂質(zhì)泥巖(泥質(zhì)粉砂巖),偶見(jiàn)黃鐵礦顆粒沿層間裂隙分布,在含錳泥巖之下局部可見(jiàn)有含錳灰?guī)r透鏡體。整個(gè)含錳巖系中石英脈發(fā)育,主要表現(xiàn)為順層產(chǎn)出和切穿地層產(chǎn)出,順層石英脈一般厚度約0.1～0.3 m,而切層石英脈厚度較薄,約0.05～0.1 m,兩類石英脈通常有薄層狀鐵錳質(zhì)薄膜或細(xì)脈與之共生(圖4-E、F),含錳石英脈的出現(xiàn)反應(yīng)了熱液活動(dòng)參與了錳礦的成礦作用,而穿層石英脈的出現(xiàn)說(shuō)明后期熱液對(duì)含錳巖系地層的改造作用。

2017年首次在芭蕉村附近和架灣等地大塘坡組地層中發(fā)現(xiàn)了凝灰質(zhì)砂巖(圖5-A、B),分布于含錳泥巖層之上,呈灰白色,塊狀構(gòu)造(圖5-B),巖屑晶屑凝灰結(jié)構(gòu)(圖5-C),部分巖屑可達(dá)角礫級(jí)別?；鹕剿樾贾饕允?Qtz)、巖屑和斜長(zhǎng)石(Pl)為主;膠結(jié)物主要為石英、絹云母,部分樣品含有少量的鐵錳質(zhì)、膠結(jié)火山碎屑等(圖5-D)。

2.2 錳礦(化)體地質(zhì)特征

通過(guò)初步追索揭露,整個(gè)錳礦體走向北東,與區(qū)域構(gòu)造線方向一致,總體傾向南東,傾角一般為8°～22°。在大塘坡組地層出露的地方不同程度見(jiàn)錳質(zhì)礦化現(xiàn)象,從南西側(cè)的八十畝到北東側(cè)的芭蕉村附近斷續(xù)出露(圖2)。錳礦(化)體厚度在0.17～0.89 m左右,Mn品位在2.02%～29.71%(表1)。含錳巖性主要以含錳泥巖、含錳石英脈為主,鉆孔中可見(jiàn)含錳炭質(zhì)頁(yè)巖,地表出露的厚度普遍在0.2～0.6 m,平均大約0.3 m?？傮w上地層傾角從北西向南東逐漸增大,與地層產(chǎn)狀一致。礦(化)體呈層狀、似層狀、透鏡狀與圍巖呈整合產(chǎn)出,含細(xì)粒黃鐵礦晶體(鉆孔可見(jiàn)),在錳礦(化)體之下局部可見(jiàn)有含錳灰?guī)r透鏡體,呈斷續(xù)產(chǎn)出,厚度不一。在錳礦(化)體之上局部發(fā)育有順層產(chǎn)出的石英脈巖,脈寬0.1～0.3 m不等,似層狀,向兩側(cè)尖滅再現(xiàn),局部膨大呈透鏡狀。后生石英脈發(fā)育,可見(jiàn)多條穿層脈體切穿大塘坡組及上下地層,寬者0.1 m左右,部分細(xì)脈寬0.01 m,常與錳礦體共生產(chǎn)出,錳礦物主要為軟錳礦和硬錳礦(圖6-A)。

圖3 礦區(qū)大塘坡組地層綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive stratigraphic column of Datangpoformation from Wangjiajie deposit

圖4 大塘坡組含錳巖系巖性及錳礦石照片F(xiàn)ig.4 Photograph of manganese ore and manganese-bearingrock series of Datangpo FormationA.地表大塘坡組露頭;B.灰白色泥巖中的鐵錳質(zhì)細(xì)脈及薄膜;C.氧化的錳礦石;D.層狀含錳泥巖;E.略具層狀含錳石英脈;F.塊狀含錳石英脈。

圖5 凝灰?guī)r野外及鏡下照片F(xiàn)ig.5 Photograph of macroscopic and microcosmic scale of tuffA.火山凝灰?guī)r采樣標(biāo)記;B.凝灰?guī)r野外宏觀照片;C.巖屑晶屑凝灰結(jié)構(gòu);D.鏡下火山碎屑和膠結(jié)物特征。

由于發(fā)現(xiàn)的錳礦(化)體均位于地表,風(fēng)化淋濾嚴(yán)重,礦石主要為土狀構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造,礦石礦物成分主要為軟錳礦、硬錳礦、水錳礦、褐錳礦,只在架灣采集的含有錳的黑色泥巖中見(jiàn)極少量的菱錳礦(圖6-B),這些含錳礦物主要呈不規(guī)則粒狀結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)、交代環(huán)邊結(jié)構(gòu),后生作用明顯。

表1 部分樣品Mn品位分析結(jié)果表Table 1 Content of Mn from some samples of Datangpo Formation

圖6 鏡下錳礦石照片F(xiàn)ig.6 Microphotograph of manganese oreA.菱錳礦;B.軟錳礦和硬錳礦(Pyt.軟錳礦;Ps.硬錳礦)。

3 錳礦成礦認(rèn)識(shí)

自新元古代以來(lái),由于華南四堡運(yùn)動(dòng)(約820 Ma)導(dǎo)致?lián)P子陸塊與華夏陸塊拼合,之后兩陸塊再次拉張形成南華裂谷盆地[30-32]。在南華紀(jì)早期(約725 Ma),南華裂谷盆地進(jìn)一步裂解和發(fā)展,形成了武陵和雪峰兩個(gè)次級(jí)裂谷盆地,控制了黔湘渝毗鄰區(qū)錳礦帶的產(chǎn)出。武陵裂谷盆地長(zhǎng)期處于構(gòu)造拉張沉降背景下,形成了一系列更次一級(jí)拉張斷陷盆地(Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)),這些Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)斷陷盆地既可以接受來(lái)自陸源的錳質(zhì)沉積,又可以通過(guò)海水—洋殼、甚至更深源地質(zhì)體的水—巖反應(yīng),將深部錳質(zhì)帶入盆地進(jìn)行沉積,為錳礦的形成提供大量物源,并具有相對(duì)穩(wěn)定的沉積環(huán)境,形成了一系列的成礦亞帶和錳礦床。而每一個(gè)錳礦床的形成均對(duì)應(yīng)于一個(gè)沉積小盆地的出現(xiàn),這些小盆地在礦區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為沿著一定方向(通常為區(qū)域構(gòu)造線方向)近于等間距的呈線狀或串珠狀排列[3,33]。

本次發(fā)現(xiàn)的走馬錳礦與宜昌長(zhǎng)陽(yáng)地區(qū)發(fā)現(xiàn)的古城錳礦均位于武陵次級(jí)裂谷盆地內(nèi)。前人對(duì)古城錳礦進(jìn)行了地球化學(xué)特征研究,認(rèn)為古城錳礦的形成經(jīng)歷了兩個(gè)成礦階段,分別為沉淀和轉(zhuǎn)化階段,沉淀階段表現(xiàn)為錳以氧化物或者氫氧化物的形式沉淀,后期由于掩埋在缺氧帶之下,在成巖過(guò)程中與海底有機(jī)物質(zhì)相互作用形成菱錳礦。筆者同時(shí)搜集了古城錳礦的鉆孔資料和相關(guān)研究報(bào)告,古城錳礦的礦體厚度變化嚴(yán)格受盆地控制,鉆孔資料揭示,在盆地邊緣和盆地斜坡附近,礦體厚度較薄或根本不見(jiàn)含錳巖系地層,而在盆地中心,礦體厚度可達(dá)5 m左右。

本次工作在前期施工的探礦工程中采集了少量樣品進(jìn)行地球化學(xué)測(cè)試,以分析錳礦的沉積環(huán)境、熱水活動(dòng)影響、構(gòu)造背景、成礦物質(zhì)來(lái)源等與成礦關(guān)系較為密切的問(wèn)題。初步認(rèn)為,走馬地區(qū)與長(zhǎng)陽(yáng)古城錳礦具有相似的成礦環(huán)境和構(gòu)造背景,均形成于被動(dòng)大陸邊緣的拉張背景下的沉積構(gòu)造體系;在成巖成礦過(guò)程中遭受了熱液活動(dòng)影響,成巖成礦物質(zhì)具有多來(lái)源,主要有海底熱液,正常海水沉積和陸源物質(zhì)的輸入,火山活動(dòng)參與了成礦作用并可能提供了部分錳質(zhì),在一定程度上起到蓋層的作用,有利于錳礦的大規(guī)模沉積。

由于區(qū)域上同一類型錳礦的形成均受控于次級(jí)斷陷盆地,本區(qū)發(fā)現(xiàn)的錳礦即是這一構(gòu)造背景下的產(chǎn)物,近期開展的勘查工作也表明在不同位置施工的鉆探工程其見(jiàn)礦程度不同,見(jiàn)礦好者礦(化)體厚度可達(dá)2 m,見(jiàn)礦不好者僅見(jiàn)0.17 m的含錳泥巖,甚至未見(jiàn)含錳巖系地層,因此尋找同沉積斷層這一形成斷陷盆地的構(gòu)造則顯得尤為重要。

4 結(jié)論

通過(guò)前期的礦產(chǎn)勘查和綜合研究工作,對(duì)走馬地區(qū)錳礦的發(fā)現(xiàn)形成以下初步認(rèn)識(shí)和結(jié)論:

(1) 走馬地區(qū)地處黔湘渝鄂毗連區(qū),位于松(桃)—秀(山)—花(垣)—長(zhǎng)(陽(yáng))錳礦成礦帶上,區(qū)內(nèi)錳礦(化)體產(chǎn)于大塘坡組地層中,含錳巖系與松桃“大塘坡式”錳礦巖性組合相似,為“大塘坡式”錳礦。

(2) 研究區(qū)“大塘坡式”錳礦的發(fā)現(xiàn),揭示了南華系大塘坡組地層在黔湘渝鄂地區(qū)沉積較為連續(xù),錳礦成礦范圍較廣,層控性明顯,厚度變化不一,局部出現(xiàn)間斷。

(3) 區(qū)內(nèi)大塘坡組凝灰質(zhì)砂巖的發(fā)現(xiàn)可以作為火山活動(dòng)參與成礦的直接證據(jù),火山活動(dòng)在錳礦形成過(guò)程中可能是錳質(zhì)來(lái)源的一種途徑和上升通道,凝灰?guī)r的發(fā)現(xiàn)對(duì)于了解和測(cè)定本區(qū)錳礦成礦時(shí)代提供了可能。

(4) 研究區(qū)后期構(gòu)造作用比較普遍,無(wú)論是地表觀察還是對(duì)樣品的鏡下鑒定,熱液作用都普遍存在,在芭蕉村一帶大塘坡組出露的地區(qū),石英脈體比較發(fā)育,含錳地層被多條石英脈體以順層、切層、穿層、斜切方式進(jìn)行破壞改造,熱液蝕變強(qiáng)烈且明顯,對(duì)錳礦的形成和保存起到破壞與改造作用。

(5) 走馬地區(qū)錳礦的發(fā)現(xiàn),填補(bǔ)了本區(qū)錳礦找礦的空白。今后該地區(qū)錳礦勘查的主攻方向是尋找控制錳礦形成和賦存的同沉積斷層的位置,判斷成錳盆地沉積中心,在此基礎(chǔ)上通過(guò)深部工程進(jìn)行遠(yuǎn)景控制,尋找成錳盆地有利區(qū),進(jìn)而圈定錳礦找礦靶區(qū)。