靳 松 郭 華 余文超 杜遠(yuǎn)生 馬鵬飛

1 河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局博士后科研工作站，河北石家莊 050081 2 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074

1 概述

圖 1 華北克拉通古—中元古代裂谷盆地發(fā)育示意圖 (據(jù) Zhai，2011；有修改)Fig.1 Sketch map showing Paleo-Mesoproterozoic rift basins in North China Craton(modified from Zhai，2011)

哥倫比亞(Columbia)超大陸的聚合與裂解是古—中元古代全球規(guī)模的重大地質(zhì)事件之一，盡管目前對(duì)于Columbia超大陸的聚合和形成時(shí)間及超大陸的原始格局還存在不同的認(rèn)識(shí)，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為Columbia超大陸約在1.8iGa已經(jīng)形成，隨后進(jìn)入拉張伸展構(gòu)造階段(Zhai and Liu，2003；Zhaoetal.,2003，2005；Santosh,2010)。伴隨Columbia超大陸的裂解，華北克拉通也發(fā)生了顯著的裂解，在其周緣形成燕遼坳拉槽、渣爾泰—白云鄂博—化德坳拉槽以及熊耳坳拉槽等(劉超輝和劉福來(lái)，2015；Zhaietal.,2015)(圖 1)。其中，以燕遼坳拉槽最為典型，沉積了厚達(dá)上萬(wàn)米的碎屑巖—碳酸鹽巖—黏土巖序列。古元古代末期至中元古代，華北克拉通的構(gòu)造基底并不十分穩(wěn)定，與基底沉降和伸展裂解有關(guān)的巖漿事件以幕式方式從大約1.8iGa一直斷續(xù)持續(xù)到約1.3iGa(耿元生等，2019)，如：1.62～1.68iGa 時(shí)期大紅峪組鉀質(zhì)火山巖(陸松年和李惠民，1991；Luetal.,2002；胡俊良等，2007；Wangetal.,2015)，1.56～1.58iGa 時(shí)期薊縣—延慶高于莊組凝灰?guī)r和斑脫巖(李懷坤等，2009；田輝等，2015)，1.48iGa 的薊縣地區(qū)霧迷山組斑脫巖(李懷坤等，2014)，1.44iGa 的平泉和薊縣地區(qū)鐵嶺組斑脫巖(蘇文博等，2010；李懷坤等，2014)，1.36～1.39iGa時(shí)期下馬嶺組斑脫巖(高林志等，2007，2008a，2008b；Suetal.,2008；蘇文博等，2010；張健等，2015)，1.30～1.33iGa以及1.21～1.23iGa的基性巖墻(床)(李懷坤等，2009；Zhangetal.,2009，2012)。此外，在燕遼坳拉槽古—中元古代地層中還發(fā)現(xiàn)了至少十余層與地震活動(dòng)密切相關(guān)的軟沉積物變形構(gòu)造(段吉業(yè)等，2002)。上述一系列的構(gòu)造和巖漿事件表明，華北克拉通應(yīng)屬于Columbia超大陸的一部分。

古元古代末期至中元古代，在Columbia超大陸裂解構(gòu)造背景下，華北克拉通邊緣裂陷槽內(nèi)形成了多個(gè)中型—大型錳礦床(點(diǎn))。20世紀(jì)70—90年代，地質(zhì)學(xué)家對(duì)華北中元古代錳礦床開(kāi)展了較多研究，在中元古界高于莊組、鐵嶺組以及下馬嶺組均發(fā)現(xiàn)有富錳礦層，比較典型的有“薊縣式”錳礦床(高于莊組)(Fanetal.,1999a)、“瓦房子型”鐵錳礦床(鐵嶺組)(Fanetal.,1999b)、“四海式”沉積型鐵錳礦(鐵嶺組碳酸鹽巖建造)和“麻黃峪式”鐵錳礦(下馬嶺組碎屑巖建造)(方同明等，2020；王麗瑛等，2020)。

錳是一種變價(jià)元素，其賦存狀態(tài)受水體氧化還原條件的制約(張飛飛，2014)。在還原條件下錳以Mn2+溶于水中，而在氧化環(huán)境中呈Mn3+/Mn4+，并以不可溶的氧化物或氫氧化物形式發(fā)生沉淀。地球早期的2次“大氧化”事件均對(duì)應(yīng)于大規(guī)模的錳成礦作用(Roy，2006)。華北中元古界高于莊組二段錳的富集也被認(rèn)為與該時(shí)期地球表層系統(tǒng)的初步氧化有一定的耦合關(guān)系(Shangetal.,2019)，目前關(guān)于該區(qū)錳質(zhì)來(lái)源有多種不同的觀點(diǎn)：(1)來(lái)自于由構(gòu)造活動(dòng)引起的深成幔源熱動(dòng)力場(chǎng)(孟祥化和劉紅軍，1992)；(2)來(lái)源于周緣陸地的風(fēng)化剝蝕(Fanetal.,1999b)；(3)錳質(zhì)屬于海底熱水沉積形成的產(chǎn)物(肖榮閣等，2002)；(4)來(lái)源于海底熱液與陸源物質(zhì)風(fēng)化的雙重輸入(Fanetal.,1999a，1999b；汪凱明和羅順社，2010)。對(duì)于錳的成礦作用，也有淺水海灣和潟湖潮坪沉積成礦(肖成東等，2007)、生物成礦(Fanetal.,1999b)、火山熱液沉積成礦(曾貽善，1983；肖榮閣等，2002；王秋舒等，2013)、海相蒸發(fā)富集成礦(王培君，1996；王富良等，2016)等不同的認(rèn)識(shí)。盡管如此，大多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為錳礦的形成與燕遼坳拉槽的盆地裂谷背景具有密不可分的聯(lián)系。目前來(lái)看，前人對(duì)華北中元古代錳礦床的研究多處于礦產(chǎn)普查階段，對(duì)錳礦形成的構(gòu)造背景關(guān)注較少。文中將主要通過(guò)對(duì)華北克拉通北緣燕遼坳拉槽內(nèi)中元古界高于莊組含錳巖系的空間展布規(guī)律、典型錳礦床的地質(zhì)和地球化學(xué)特征、主要錳礦床(點(diǎn))分布與裂谷盆地內(nèi)同沉積斷裂的空間關(guān)系進(jìn)行研究，試圖探討該時(shí)期大地構(gòu)造對(duì)錳礦沉積的控制作用。

2 地質(zhì)背景

華北克拉通是中國(guó)最古老、覆蓋面積最廣的三大克拉通之一，由東部陸塊和西部陸塊沿著中部造山帶碰撞拼合而成，具有太古宙—古元古宙變質(zhì)基底、中元古代似蓋層和新元古代穩(wěn)定蓋層組成的典型克拉通地殼結(jié)構(gòu)(Wildeetal.,2002；Zhaoetal.,2005)(圖 1)。燕遼坳拉槽位于華北克拉通北緣中段燕山地區(qū)，其不僅是中國(guó)北方元古界的主要分布區(qū)，而且也是中國(guó)中—新元古界的標(biāo)準(zhǔn)剖面所在地。1.8～0.8iGa期間，該地區(qū)沉積了厚達(dá)上萬(wàn)米的碎屑巖—碳酸鹽巖—黏土巖序列，自下而上包括長(zhǎng)城系、薊縣系、西山系和青白口系(圖 2)。

a—古元古代末期—新元古代地層柱；b—高于莊組巖性柱狀圖。年代學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)源于：陸松年和李惠民，1991； 李懷坤等，1995，2009，2010，2014；高林志等，2007，2008a，2008b；蘇文博等，2010；田輝等，2015圖 2 燕遼坳拉槽古元古代末期至新元古代沉積及年代地層格架Fig.2 Depositional and chronostratigraphic framework of Yanliao aulacogen from the Late Paleoproterozoic to Neoproterozoic

長(zhǎng)城系自下而上由常州溝組、串嶺溝組、團(tuán)山子組和大紅峪組組成，為一套河流—濱淺海碎屑巖和碳酸鹽巖組合，代表燕遼坳拉槽伸展背景下的最早期沉積。薊縣系自下而上由高于莊組、楊莊組、霧迷山組、洪水莊組和鐵嶺組組成，下部為巨厚的碳酸鹽沉積，上部為頁(yè)巖、泥質(zhì)白云巖和砂巖組合。下馬嶺組為一套黑色頁(yè)巖、粉砂巖夾白云巖組合，在區(qū)域上與下伏鐵嶺組多為平行不整合接觸，過(guò)去一直被認(rèn)為是青白口系最下部的地層單元，但隨著高精度鋯石U-Pb定年技術(shù)的發(fā)展，先后在下馬嶺組內(nèi)部凝灰?guī)r夾層中獲得了相對(duì)一致的鋯石U-Pb年齡(1366～1368iMa)(高林志等，2007，2008a，2008b；Suetal.,2008)，因此被建議歸入中元古代。根據(jù)對(duì)華北克拉通中—新元古代地層格架的重新梳理和限定，有學(xué)者將下馬嶺組被置于新建的“西山系”(喬秀夫等，2007)。在新的地層歸屬體系下，現(xiàn)青白口系包括下部的長(zhǎng)龍山組和上部的景兒峪組，巖性以砂巖和頁(yè)巖為主，夾少量碳酸鹽巖，厚度小且橫向展布穩(wěn)定，代表穩(wěn)定的蓋層沉積。

文中涉及的錳礦層賦存于中元古界薊縣系高于莊組下部。高于莊組自下而上分為4個(gè)亞組：官地亞組底部為石英砂巖，向上為中厚層含燧石白云巖、泥質(zhì)白云巖及疊層石白云巖；桑樹(shù)鞍亞組為錳礦賦存層位，主要由薄層含錳粉砂巖和含錳泥質(zhì)白云巖組成，下部常發(fā)育粉砂質(zhì)泥頁(yè)巖；張家峪亞組以灰色—深灰色含泥或泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，發(fā)育碳酸鹽結(jié)核和“臼齒構(gòu)造”；環(huán)秀寺亞組底部為深灰色巨厚層瀝青質(zhì)白云巖或角礫白云巖，上部為厚層含燧石白云巖和疊層石白云巖(圖 2-b)。李懷坤等(2010)在北京延慶地區(qū)高于莊組張家峪亞組上部地層中發(fā)現(xiàn)了凝灰?guī)r層，并對(duì)其中的鋯石進(jìn)行了U-Pb年齡測(cè)定，分別獲得了1559±12iMa 的SHRIMP U-Pb年齡和1560±5iMa 的LA-MC-ICPMS U-Pb年齡，為高于莊組地層形成時(shí)代提供了精確的錨點(diǎn)。結(jié)合早前獲得的下伏大紅峪組和上覆霧迷山組鋯石U-Pb年齡1622～1625iMa(陸松年和李惠民，1991)和1483±13iMa(李懷坤等，2014)，綜合考慮地層沉積速率等因素，推測(cè)高于莊組的形成時(shí)限約為1600～1550iMa。

3 高于莊組錳礦床地質(zhì)特征

3.1 含錳巖系的分布

圖 3 燕遼裂陷槽北部高于莊期巖相古地理(a)及含錳巖系厚度(m)等值線(xiàn)圖(b)Fig.3 Lithofacies palaeogeographic map(a)and isoline map of the manganese-bearing strata thickness(m)(b) within northern Yanliao aulacogen in the Gaoyuzhuang period

高于莊組發(fā)育研究區(qū)中元古代最大規(guī)模的一次海侵沉積，在區(qū)域上表現(xiàn)為東厚西薄的特征，如東部的遷西馬蹄峪一帶，高于莊組厚達(dá)2008.30im，中部密云一帶厚約1012im，西部的陽(yáng)原縣牛坊溝地區(qū)厚度只有127.53im。自東經(jīng)約115°以西，即從宣化、涿鹿附近以西，高于莊組只有官地亞組和桑樹(shù)鞍亞組在巖性和巖相上與薊縣相同，表明東經(jīng)約115°以東和以西地區(qū)在地殼運(yùn)動(dòng)形式上是不相同的，以東的涿鹿、薊縣、高板河、平泉等地張家峪亞組沉積了廣海相的瘤狀白云巖，反映了地殼的下降運(yùn)動(dòng)，而以西地區(qū)則表現(xiàn)出地殼上升，從而呈現(xiàn)出西高東低的古地理特征(圖 3-a)。此外，受古隆起和古斷裂的控制，高于莊期在燕遼裂陷槽北緣形成3個(gè)沉積中心，分別是興隆—寬城、薊縣—遷西以及宣化—赤城，且這3個(gè)沉積中心盡管不在一條直線(xiàn)上，但大致呈東西向展布(圖 3-a)。

高于莊組錳礦分布嚴(yán)格受地層的控制，礦體呈似層狀、透鏡狀或扁豆?fàn)睿槍赢a(chǎn)出于桑樹(shù)鞍亞組下部，俗稱(chēng)“含錳巖系”，自下而上為灰褐色薄層含錳粗砂巖、含粉砂泥質(zhì)頁(yè)巖、含錳粉砂巖、錳礦層、雜色頁(yè)巖夾灰紫色含錳粉砂巖、厚層和巨厚層白云巖。高于莊組含錳巖系主要分布于燕遼裂陷槽東部較深水區(qū)域，如河北興隆、寬城、遷西、平泉及天津薊縣和北京平谷等地，沉積中心與高于莊組沉積中心大致相當(dāng)(圖 3)。圍繞坳拉槽內(nèi)的宣龍海盆(繆建普等，2015)、興隆—寬城海槽和遷西—薊縣海盆(Fanetal.,1999a)發(fā)育多個(gè)聚錳盆地，且越靠近海槽(盆)中心含礦巖系的厚度越大(圖 3-b)。其中，以遷西姚家峪—秦家峪—東溝峪錳礦、薊縣東水廠—前干澗—西水廠錳礦的規(guī)模最大，經(jīng)勘探被確定為大型錳礦床(Fanetal.,1999a；王富良等，2016)。

3.2 典型錳礦床地質(zhì)特征

通過(guò)對(duì)燕遼坳拉槽內(nèi)多個(gè)典型錳礦床對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)錳礦礦體賦存層位基本一致，礦體呈層狀/似層狀產(chǎn)出，包含上下2層礦體。燕遼坳拉槽內(nèi)的遷西縣秦家峪錳礦床研究程度較高，具有廣泛的代表性。現(xiàn)將該礦床特征介紹如下：

Ⅰ礦層：礦體斷續(xù)長(zhǎng)3900im左右，厚0.67～4.40im，平均厚1.94im。走向EW-SEE，傾向S，傾角47°～60°。該礦體地表不連續(xù)，延深很淺。根據(jù)施工的淺鉆揭露，礦體賦存層位延深不超過(guò)4im，其對(duì)應(yīng)層位巖石的錳礦品位小于10%，說(shuō)明Ⅰ礦層原巖為含錳粉砂巖，后經(jīng)風(fēng)化淋濾富集形成錳氧化殼，分布只局限于地表淺部。

a—原生礦帶礦層厚度及錳礦品位等值線(xiàn)圖；b—表生礦帶礦層厚度及錳礦品位等值線(xiàn)圖圖 4 河北遷西秦家峪錳礦含礦層厚度(m)及錳礦品位(%)等值線(xiàn)圖Fig.4 Isoline map of manganese ore bed thickness(m)and ore grade(%) of Qinjiayu manganese deposit in Qianxi County, Hebei Province

Ⅱ礦層：與Ⅰ礦層平行產(chǎn)出，位于其上部層位，兩者相距2～10im，礦體長(zhǎng)10ikm?？煞譃榈乇硌趸V帶和深部原生礦帶。礦體總體走向近東西，西段礦體傾角50°～70°，東段礦體傾角36°～52°，沿走向礦體總體傾斜厚度比較穩(wěn)定。

根據(jù)錳礦勘查數(shù)據(jù)資料，繪制了遷西秦家峪錳礦區(qū)礦層厚度等值線(xiàn)圖和錳礦品位等值線(xiàn)圖(圖 4)。從該圖中可以看出，原生礦帶錳礦層厚度在3.4～7.4im之間，礦層最大厚度位于礦區(qū)北緣中段；錳礦品位相對(duì)均一，為10.1%～12.1%，北段較南段品位值略有降低(圖 4-a)。表生礦帶錳礦層厚度在4.5～10.5im之間，錳礦品位為11%～17%(圖 4-b)。由此可見(jiàn)，表生礦床的錳礦品位要高于原生礦段，表明錳在近地表環(huán)境中發(fā)生了次生淋濾作用，品位有相對(duì)增加的趨勢(shì)。

表 1 燕遼裂陷槽典型錳礦床地質(zhì)特征Table1 Geological characteristics of typical manganese deposits in Yanliao aulacogen

3.3 典型錳礦床礦石類(lèi)型及地球化學(xué)特征

3.3.1 典型錳礦床礦石特征

研究區(qū)典型錳礦床大多具有“表生氧化礦帶和深部原生礦帶”雙層結(jié)構(gòu)(表 1)。依據(jù)物相分析結(jié)果，原生礦帶錳賦存礦物主要為菱錳礦和錳方硼石，在近地表氧化礦帶被氧化，以水錳礦、軟錳礦、硬錳礦、褐錳礦等氧化錳為主，占比一般大于80%(表 1)。常見(jiàn)伴生礦物有黃鐵礦、磁鐵礦和黃銅礦等，脈石礦物為鐵白云石、石英、長(zhǎng)石、黏土礦物等。礦石結(jié)構(gòu)主要為自形—自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形粒狀變晶結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)和溶蝕交代殘余結(jié)構(gòu)等；礦石的構(gòu)造較復(fù)雜，常見(jiàn)變鮞狀構(gòu)造、變豆?fàn)顦?gòu)造、致密塊狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造等。如秦家峪錳礦礦石主要為菱錳礦，具有同心圈層的豆鮞狀構(gòu)造(圖 5-a，5-b)和交代結(jié)構(gòu)(圖 5-c)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖 5-d)等典型錳礦石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征。

3.3.2 典型錳礦床地球化學(xué)特征

筆者對(duì)研究區(qū)典型錳礦床——遷西秦家峪錳礦進(jìn)行了原生礦帶樣品的元素分析，測(cè)試結(jié)果顯示錳礦石樣品中Mn含量為9.58%～11.56%，平均值10.60%；底板含錳巖系樣品中Mn含量為0.60%～8.60%，平均值為2.93%。錳礦石具有富Si、Fe、Mn而貧Al、Ti、K和Na等熱水沉積特征。

鋁被認(rèn)為主要來(lái)自大陸風(fēng)化，因此常用來(lái)判別沉積物的來(lái)源。從Al2O3-Mn相關(guān)性圖解(圖 6-c)中可以看出，Mn與Al2O3含量之間具有顯著的負(fù)相關(guān)性(R2=0.7061)，表明陸源風(fēng)化并非錳的主要物質(zhì)來(lái)源。從PAAS標(biāo)準(zhǔn)化(McLennan，1989)稀土元素配分曲線(xiàn)圖(圖 6-d)中可以看出，錳礦石樣品(Mn含量大于8%)和底板樣品(Mn含量小于8%)具有相似的REE配分模式，無(wú)明顯的Ce、Eu異常，錳礦石樣品∑REE總量為85.69～118.74iμg/g，底板樣品為103.28～276.10 μg/g，略高于錳礦石，進(jìn)一步驗(yàn)證了錳的非陸源屬性。

a—錳礦石呈豆鮞狀同心構(gòu)造，單偏光；b—鮞粒同心圈層放大照片，正交光；c—錳礦石被白云石交代，單偏光； d—微含錳白云巖呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，含少量錳質(zhì)，單偏光圖 5 河北遷西秦家峪錳礦礦石顯微特征Fig.5 Microphotographs showing microcosmic characters of Qinjiayu manganese deposit in Qianxi County，Hebei Province

a—Al/(Al+Fe+Mn)-Fe/Ti判別圖解；b—SiO2-Al2O3判別圖解； c—Mn-Al2O3關(guān)系圖；d—稀土元素PAAS標(biāo)準(zhǔn)化圖(PAAS數(shù)據(jù)來(lái)源于McLennan，1989)圖 6 河北遷西秦家峪錳礦ZK58鉆孔含錳巖系樣品元素地球化學(xué)判別圖解Fig.6 Discrimination diagrams of elemental geochemistry of manganese-bearing samples from Drilling ZK58 in Qinjiayu manganese deposit in Qianxi County，Hebei Province

4 燕遼坳拉槽的盆地格局演化及其對(duì)錳礦的控礦作用

4.1 古—中元古代沉積演化

古元古代末期，呂梁運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致東、西陸塊碰撞拼合，形成了華北統(tǒng)一的剛性基底，成為Columbia超大陸的一部分。隨后，Columbia超大陸發(fā)生全球規(guī)模的裂解作用，華北克拉通也發(fā)生了廣泛的裂陷活動(dòng)(翟明國(guó)和卞愛(ài)國(guó)，2000；侯貴廷等，2005；Houetal.,2006a，2006b)，周緣發(fā)育多個(gè)次級(jí)坳拉槽。燕遼坳拉槽位于華北克拉通北緣，古元古界長(zhǎng)城系、中元古界薊縣系和西山系、新元古界青白口系代表了燕遼坳拉槽的沉積充填序列。從古元古代末期至中元古代早期，燕遼坳拉槽經(jīng)歷了從初始陸內(nèi)裂解階段向被動(dòng)大陸邊緣階段過(guò)渡的演化歷程(潘建國(guó)等，2013)。

4.1.1 1.8～1.6iGa陸內(nèi)裂解階段

這一時(shí)期華北克拉通的構(gòu)造基底并不十分穩(wěn)定,板內(nèi)斷裂、 地震和火山活動(dòng)頻發(fā)(陸松年和李惠民,1991； 段吉業(yè)等,2002； 胡俊良等,2007； Luetal.,2008； Wangetal.,2015),基底沉降明顯,沉積厚度巨大,且橫向變化顯著,地層之間多為不整合沉積接觸。 沉積物以碎屑巖為主,自下而上包括常州溝組、 串嶺溝組、 團(tuán)山子組和大紅峪組。

圖 7 燕遼坳拉槽古元古代末期—中元古代初期構(gòu)造 演化示意圖(據(jù)Meng et al.,2011；孫求實(shí)等，2017)Fig.7 Sketch map showing the tectonic evolution process of Yanliao aulacogen during the Late Paleoproterozoic to Early Mesoproterozoic(after Meng et al.,2011;Sun et al.,2017)

常州溝組以砂礫巖相角度不整合于下伏太古宙—古元古宙變質(zhì)基底之上,代表了裂陷槽的最初始沉積。 華北克拉通裂解引起地殼側(cè)向拉伸減薄，北緣發(fā)育張裂系，形成近北東向展布的三叉型裂谷盆地的雛形。受基底地形控制,常州溝組在燕遼坳拉槽內(nèi)呈北東向展布,地層厚度橫向變化很大,在裂陷槽中部厚度普遍達(dá)1000im以上,向盆地邊緣以及盆內(nèi)水下隆起區(qū)厚度顯著減薄(圖 7-a)。 串嶺溝期—團(tuán)山子期,燕遼坳拉槽地塹式基底進(jìn)一步拉伸,邊界發(fā)育一系列正斷層并產(chǎn)生斷塊運(yùn)動(dòng)(圖 7-b,7-c)。 在地塹式基底地形和不均一性沉降作用影響下,串嶺溝組在興隆、 寬城一帶沉積厚度普遍達(dá)800～1000im,為潟湖沉積,但在燕遼坳拉槽西北側(cè)的昌平—懷柔水下隆起區(qū)及以西,串嶺溝組厚度僅幾十米,主要由黑色碳質(zhì)頁(yè)巖、 翠綠色富鉀頁(yè)巖和礁狀疊層石白云巖組成。 團(tuán)山子期燕遼坳拉槽基底繼續(xù)沉降,裂陷加深,沿張裂隙地幔物質(zhì)發(fā)生部分熔融和巖漿分異并沿?cái)嗔淹ǖ绹娨?在北京平谷、 冀北興隆和冀西地區(qū),團(tuán)山子組白云巖間夾有杏仁狀富鉀粗面安山巖、 流紋質(zhì)凝灰?guī)r,為非造山巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物(圖 7-c)。 團(tuán)山子期沉積中心仍位于東部薊縣、 興隆、 寬城一帶,厚達(dá)幾百米,在西北部昌平—懷柔水下隆起區(qū)及其以西,以及冀東遷西地區(qū),厚度明顯變小,一般僅100余米,甚至不足百米。 大紅峪組主要由厚層石英砂巖、 砂質(zhì)白云巖、 疊層石白云巖和富鉀的粉砂質(zhì)頁(yè)巖組成,是燕遼坳拉槽裂陷活動(dòng)最強(qiáng)烈時(shí)期的沉積,在東部薊縣、 興隆一帶發(fā)育大量火山巖建造(和政軍等,2000)(圖 7-d)。

4.1.2 1.6～1.4iGa被動(dòng)陸緣階段

中元古代初期，華北克拉通逐漸由陸內(nèi)裂陷階段向被動(dòng)陸緣階段過(guò)渡，形成以碳酸鹽巖為主夾少量泥頁(yè)巖的沉積序列，自下而上包括高于莊組、楊莊組、霧迷山組、洪水莊組和鐵嶺組。高于莊期是薊縣紀(jì)最空前廣泛的海侵期，在燕遼坳拉槽周緣可見(jiàn)高于莊組直接超覆于下伏長(zhǎng)城系甚至太古代—古元古代變質(zhì)基底之上。桑樹(shù)鞍亞組出現(xiàn)含錳粉砂巖、粉砂質(zhì)白云巖沉積，局地富集成礦。張家峪亞組發(fā)育瘤狀構(gòu)造，代表碳酸鹽欠飽和的較深水環(huán)境。從瘤狀灰?guī)r的分布特征來(lái)看，坳拉槽向北水體逐漸變深，與廣海相連(潘建國(guó)等，2013)(圖 7-e)。高于莊組的海域范圍奠定了之上楊莊組、霧迷山組的海域范圍。整體來(lái)看，薊縣紀(jì)華北克拉通構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)平靜，但仍具有短暫張裂活動(dòng)性質(zhì)，沉積物呈面型分布，普遍發(fā)育微生物沉積建造(史曉穎等，2008)，為陸表海環(huán)境。

4.2 高于莊期古構(gòu)造格局

燕遼坳拉槽形成于華北克拉通邊緣拉張伸展構(gòu)造背景下，其空間格局及發(fā)展演化受克拉通邊緣同沉積斷裂活動(dòng)的制約。古—中元古代燕遼坳拉槽內(nèi)斷裂系統(tǒng)主要有北東向延伸的盆緣—盆內(nèi)斷裂和北西向的傳遞斷層。

4.2.1 北東向盆緣—盆內(nèi)斷裂

興隆—平泉—凌源—北票斷裂是燕遼坳拉槽北緣最重要的北東向同沉積斷裂，控制著裂谷盆地的空間展布和沉積相。斷裂的同沉積活動(dòng)證據(jù)主要有：(1)沉積等厚線(xiàn)沿?cái)嗔炎呦虺湿M帶狀平行展布，沉積厚度梯度變化大；在斷裂兩側(cè)，沉積物的厚度及物質(zhì)組分有較大差異；(2)斷裂沿線(xiàn)發(fā)育砂礫質(zhì)沖積扇、大規(guī)模碳酸鹽滑塌角礫巖和水下碳酸鹽重力流沉積；(3)興隆—寬城一帶長(zhǎng)期處于較深水沉積環(huán)境，發(fā)育黑色頁(yè)巖(串嶺溝期)、黑色頁(yè)巖—泥晶碳酸鹽韻律沉積和瘤狀灰?guī)r(高于莊期)，并時(shí)有小規(guī)模低密度流出現(xiàn)；(4)沿該斷裂帶與傳遞斷層相交部位，出露有大紅峪期火山巖(圖 8)；(5)該斷裂旁側(cè)長(zhǎng)城系與下伏結(jié)晶基底之間多為斷層接觸，前人對(duì)該斷裂面性質(zhì)進(jìn)行了研究，認(rèn)為其可能代表了燕遼坳拉槽北側(cè)的一個(gè)構(gòu)造滑脫面(和政軍，1991)。

F1：興隆—平泉—凌源—北票斷裂； F2：赤城—灤縣斷層； F3：喜峰口—撫寧斷層； F4：冀遼省界斷層圖 8 燕遼坳拉槽北緣高于莊期同沉積斷層與主要 錳礦床(點(diǎn))分布圖(據(jù)和政軍等，1994，2000)Fig.8 Distribution of syn-sedimentary faults and major manganese deposits within northern Yanliao aulacogen during the Gaoyuzhuang Period(after He et al.,1994,2000)

此外，在燕遼坳拉槽南緣，大致沿遷安—撫寧—建昌方向，分布有2組近平行排列的北東向同沉積斷裂(圖 8)。斷裂帶兩側(cè)具有高坡降斜坡地勢(shì)和巖相突變帶，控制了陸屑濁流沉積、水下碳酸鹽巖—陸屑重力流的形成和分布。沿?cái)嗔逊较?，陸源沉積物中普遍含有大量不穩(wěn)定碎屑組分，在灤縣、撫寧和建昌等地大紅峪組還發(fā)育凝灰質(zhì)組分或凝灰質(zhì)角礫，表明在該斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)期存在著斷裂陡坎。

4.2.2 北西向傳遞斷層

燕遼坳拉槽古—中元古代同沉積傳遞斷層主要有赤城—灤縣、喜峰口—撫寧和冀遼省界斷層(和政軍，1991)(圖 8)。

赤城—灤縣斷層是長(zhǎng)城紀(jì)最活躍的傳遞斷層，在密云以南，垂直該斷層方向出現(xiàn)巖相突變帶，沉積厚度在兩側(cè)差異巨大。該斷層與北東向興隆—平泉—凌源—北票盆緣斷裂交匯處(平谷、興隆一帶)，是整個(gè)長(zhǎng)城紀(jì)時(shí)期燕遼坳拉槽最大的沉陷區(qū)，由于斷裂活動(dòng)產(chǎn)生的水平錯(cuò)動(dòng)，造成密云—平谷附近發(fā)生構(gòu)造轉(zhuǎn)折，形成封閉、滯流的水體環(huán)境。赤城—灤縣傳遞斷層與北緣主斷層的交匯處也是大紅峪期火山巖出露面積最廣的地區(qū)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在平谷和薊縣一帶大紅峪組火山巖最大厚度分別可達(dá)780im和500im。

喜峰口—撫寧傳遞斷層是在先存的基底斷裂基礎(chǔ)上形成的，同沉積活動(dòng)在與北東向主斷裂相交部位較明顯，在撫寧以北發(fā)現(xiàn)有火山熔巖產(chǎn)出(和政軍，1991)。冀遼省界傳遞斷層大致沿平泉—綏中西部一帶延伸，在與遷安—撫寧—建昌盆緣斷裂交匯處，從常州溝組至大紅峪組，連續(xù)有沖積扇、陸屑濁流沉積和扇三角洲等與斷裂活動(dòng)相關(guān)的沉積記錄。在冀遼省界傳遞斷層兩側(cè)，沉積物厚度變化也非常明顯，例如在斷裂西側(cè)，大紅峪期沉積砂體厚度普遍在110～310im之間，而斷裂以東同期砂體厚度猛增至429～795im，巖性和巖相變化也極為顯著，砂頁(yè)巖比例在斷裂兩側(cè)明顯不同。

燕遼坳拉槽內(nèi)古—中元古代北東向的盆緣—盆內(nèi)斷層與北西向的傳遞斷層相互交織，空間上構(gòu)成網(wǎng)狀構(gòu)造格局(圖 8)，共同控制著坳拉槽的空間展布和沉積相。

4.3 高于莊組裂陷盆地對(duì)錳礦的控制作用

燕遼坳拉槽高于莊組錳礦是在下伏長(zhǎng)城系常州溝組—大紅峪組的基礎(chǔ)上繼承和發(fā)展而來(lái)的，裂谷盆地基底及古構(gòu)造格局對(duì)高于莊組錳礦沉積具有重要的控制作用。盆地內(nèi)北東向主斷裂與北西向傳遞斷層相互交織，共同控制了長(zhǎng)城系和薊縣系的沉積相、沉積物厚度以及錳的成礦作用。從目前勘探發(fā)現(xiàn)的錳礦床(點(diǎn))分布來(lái)看(圖 8)，在裂陷盆地主斷裂和傳遞斷層的交匯處，或是被2組斷裂所圍限的相對(duì)閉塞、深水滯流環(huán)境，是形成大型錳礦床的最有利部位，而在斷裂形成的掀斜部位，一般形成水下高地(隆起)，無(wú)錳礦分布(圖 3-b)。

另外，裂谷盆地同沉積斷裂成為深部火山巖漿和熱液上升的通道，可能為高于莊組錳礦的形成提供了主要的礦質(zhì)來(lái)源。例如，在赤城—灤縣傳遞斷層與北緣主斷裂的交匯處出露大面積大紅峪組火山巖，經(jīng)前期勘探，在其鄰區(qū)發(fā)現(xiàn)大型“薊縣式”錳硼礦體(肖成東等，2007)。前人對(duì)該礦區(qū)含錳礦物進(jìn)行了顯微沉積特征、微量元素、碳同位素(Fanetal.,1999a)和硼同位素(肖榮閣等，2002)等研究，認(rèn)為錳方硼石礦為海底熱水沉積型礦床，長(zhǎng)城系大紅峪組海底火山活動(dòng)后形成的汽水熱液是高于莊組錳礦的重要礦質(zhì)來(lái)源。富錳、鐵的氣液流體沿著同沉積斷裂噴溢，在盆地內(nèi)氧化還原界面附近形成富錳沉積，局地錳含量達(dá)到工業(yè)品位，形成工業(yè)型錳礦床。

此外，桑樹(shù)鞍亞組也是鉛、鋅、汞等多金屬沉積型礦床的賦存層位。燕遼坳拉槽內(nèi)部多個(gè)地區(qū)，如高板河、楊樹(shù)臺(tái)、黃土梁、椴木峪以及沙窩店等，在錳礦層之上均發(fā)現(xiàn)了鉛、鋅、汞多金屬礦床(馮鐘燕和張興余，1985；Gaoetal.,2020)，推測(cè)其成因上可能與錳礦具有一定的聯(lián)系，為受盆地同沉積斷裂控制的海底熱液沉積型金屬礦床。

5 結(jié)論

1)燕遼坳拉槽高于莊組錳礦穩(wěn)定產(chǎn)出于桑樹(shù)鞍亞組下部，一般具有“表生氧化礦帶和深部原生礦帶”的雙層結(jié)構(gòu)。在原生礦帶含錳礦物主要為菱錳礦、錳方硼石，至淺部以水錳礦、軟錳礦、硬錳礦、褐錳礦等氧化錳礦物為主。根據(jù)錳礦勘察數(shù)據(jù)資料建立了遷西秦家峪錳礦區(qū)礦層厚度和錳礦品位等值線(xiàn)圖，表明錳在近地表環(huán)境中發(fā)生了次生氧化和淋濾富集作用，礦石品位高于原生礦帶。

2)錳礦的礦物組成、地球化學(xué)特征表明錳質(zhì)主要來(lái)源于深部熱液，燕遼坳拉槽裂解形成的同沉積斷裂作為熱液活動(dòng)的通道，為成錳盆地提供了主要的礦質(zhì)來(lái)源。

3)目前發(fā)現(xiàn)的大型錳礦床主要分布在靠近北東向和北西向斷裂交匯處，或?yàn)閿嗔阉鶉薜拈]塞、深水滯流環(huán)境，表明燕遼坳拉槽裂谷盆地結(jié)構(gòu)對(duì)高于莊組錳礦的時(shí)空展布具有重要的控制作用。

致謝感謝河北省地礦局戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源找礦研究專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)和三稀礦產(chǎn)找礦與綜合利用研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的支持，感謝河北省地礦局副總工程師韓玉丑教授級(jí)高級(jí)工程師，感謝兩位審稿專(zhuān)家對(duì)本文提出的寶貴修改意見(jiàn)。