周 琦，吳沖龍，杜遠(yuǎn)生，張志庭，覃永軍

(1.自然資源部基巖區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工程技術(shù)創(chuàng)新中心，貴州 貴陽 550081；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)信息科技研究所，湖北 武漢 430074；3.貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽，550081)

沉積礦產(chǎn)和層控礦產(chǎn)的形成過程，除了與物源及運(yùn)移方式有關(guān)外，還與一定的沉積環(huán)境、水動力條件、介質(zhì)物理化學(xué)條件和水生生物條件等相關(guān)。由此，必然會在這類礦床的礦體、夾石和圍巖中，打下一些相關(guān)的烙印。這些烙印以隱性或者顯性形態(tài)存在，可以通過巖性、巖相、沉積相和層位等特征分析來感知。貴州省的優(yōu)勢礦產(chǎn)資源，基本上都是沉積礦產(chǎn)和層控礦產(chǎn)，為了認(rèn)識并掌握其形成、分布規(guī)律，需要深入開展沉積學(xué)研究，細(xì)致地觀察、識別、研究和提取其特征信息。因此，加強(qiáng)沉積學(xué)特征的觀察、搜集和研究，對這次重要礦產(chǎn)資源大精查而言，意義是不言而喻的。下面結(jié)合若干示例，談?wù)勗谶@次貴州省重要礦產(chǎn)資源大精查中，開展沉積學(xué)研究和采集沉積學(xué)數(shù)據(jù)的作用。

1 獲取成礦機(jī)制的同沉積證據(jù)

黔東北的一系列超大型、大型菱錳礦礦床，具有明顯的內(nèi)生外成特征。從露頭、巖芯和薄片中發(fā)現(xiàn)了許多重要現(xiàn)象，提出了全新的含錳礦氣液噴溢沉積成礦模型(周琦 等，2013，2016，2017，2019；袁良軍 等，2018；張遂 等，2015)。在這次大精查中，通過巖芯觀察，又發(fā)現(xiàn)了許多具有成因標(biāo)識意義的沉積構(gòu)造，可補(bǔ)充在深水環(huán)境中同沉積成礦的證據(jù)(圖1)。其中包括在巖(礦)芯中普遍發(fā)育的滑塌構(gòu)造(圖1a)、同生礫(圖1b)、粒序?qū)永?圖1e下)、火焰構(gòu)造(圖1e下)、負(fù)載構(gòu)造(圖1e下)、砂球構(gòu)造(圖1c下)和條帶狀互層層理(圖1d)和遞變粉砂層，以及不完整的鮑瑪序列(圖1c中上和圖1e中)。

圖1 菱錳礦層(灰黑色條帶)與水下重力流沉積(滑積、碎屑流、濁積，a-e)以及菱錳礦團(tuán)塊狀構(gòu)造(f，g)

在圖1中，灰黑色碎屑狀物質(zhì)為細(xì)砂級和粉砂級菱錳礦泥晶團(tuán)塊，它們與炭泥質(zhì)碎屑混雜共生(圖1f)，部分菱錳礦泥晶具明顯的鮞狀特征(圖1g)。灰白色碎屑為陸源碎屑，應(yīng)屬異地重力流成分。上述沉積構(gòu)造在大塘坡組一段大量出現(xiàn)，并分別與水下重力流沉積亞相對應(yīng)(圖2)，即滑塌構(gòu)造對應(yīng)滑積亞相，同生礫對應(yīng)碎屑流亞相；而粒序?qū)永?、火焰?gòu)造、負(fù)載構(gòu)造、砂球構(gòu)造、不完整的鮑瑪序列、條帶狀互層層理和遞變粉砂層，則分別對應(yīng)濁積亞相的近端、中部和遠(yuǎn)端微相。這些現(xiàn)象說明，菱錳礦礦層形成于較深水體底部，屬于該處海底原地的原生沉積物。層理中的每一個菱錳礦泥晶條帶，可能是一次含錳流體底辟噴溢到水底后與原地炭泥質(zhì)混合(凝聚)的產(chǎn)物。堆積于噴溢口附近的互層狀菱錳礦泥晶薄層-炭泥質(zhì)碎屑薄層，被卷入滑塌事件的情況表明重力流作用的規(guī)模較大。在一個滑塌構(gòu)造中，被卷入的菱錳礦泥晶條帶越多，說明重力流事件規(guī)模越大。碎屑流和濁流沉積層的存在，表明重力流事件規(guī)模較小。水下重力流的成因，可能與含錳熱流體大規(guī)模底辟-噴溢作用有關(guān)，也可能與風(fēng)暴、地震等事件有關(guān)，有待系統(tǒng)的沉積學(xué)研究來揭示。

圖2 水下重力流沉積模式及其沉積物沉積構(gòu)造空間分布(據(jù)Shanmugam等，1995)Fig.2 Under water gravity sedimentary mode and its sedimentary structure spatial distribution of sediment

此外，在巖芯中還發(fā)現(xiàn)了含錳氣液有三種不同的噴溢方式，即導(dǎo)管式噴溢、煙霧式噴溢和噴泉式噴溢。這三種噴溢方式，同樣說明含錳氣液流體底辟上涌到達(dá)海底時，大塘坡組一段仍處于沉積過程中。噴溢方式的差異，反映了含錳氣液噴溢動力的強(qiáng)弱不同，以及含錳熱流體噴溢成礦機(jī)制的差異。對此，將另外撰文介紹。

2 揭示成礦環(huán)境條件和成礦過程

鋁土礦在貴州省內(nèi)分布廣泛，前人做過大量研究工作，在成礦地質(zhì)背景、物質(zhì)來源、賦存位置、礦床規(guī)模、埋藏條件、成礦過程和成礦規(guī)律等，都取得了豐碩的成果。已有的研究證明，貴州省的鋁土礦多為一水硬鋁石型鋁土礦，總體上屬于風(fēng)化殼中的異地沉積礦床；鋁土物質(zhì)歷經(jīng)了風(fēng)化、剝蝕和搬運(yùn)作用，沉積于海灣環(huán)境中，又經(jīng)分選、淘洗得到初步富集，然后在地下水化學(xué)系統(tǒng)中通過脫硅和脫鐵再富集，最后通過淋漓作用而進(jìn)一步得到富集(陳履安，1993；殷科華，2009；翁申富 等，2010；韓忠華，2008；余文超 等，2013；崔滔 等，2013；杜遠(yuǎn)生 等，2014，2015；金中國 等，2018)。然而，對于與成礦過程和機(jī)制相關(guān)的一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)問題，還需要進(jìn)一步研究和闡明。例如，成礦鋁土物質(zhì)在水體中是如何沉積的?是一次性異地搬運(yùn)沉積而成，還是經(jīng)過異地搬運(yùn)沉積后，又經(jīng)微異地遷移再沉積而成?不同礦石類型分別具備什么沉積相，反映了什么水動力條件?富礦體和貧礦體各自的空間分布特征和分布規(guī)律如何?主要控制因素是什么?等等。

這些問題的進(jìn)一步解決，同樣需要通過系統(tǒng)的巖芯和露頭沉積相分析來實現(xiàn)。在這次大精查中，盡管我們沒有條件開展系統(tǒng)的工作，但僅通過ZK15906的初步觀察，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些有助于這些問題解決的重要信息——沉積相標(biāo)志。從ZK15906的巖芯上所看到的沉積相標(biāo)志，主要是含礦層大竹園組中的一些宏觀沉積構(gòu)造。為了便于說明這些沉積相標(biāo)志所反映的相關(guān)信息，需要循著沉積過程由下而上進(jìn)行闡述。

在大竹園組下部，即通常所說的由綠泥石粘土巖、含黃鐵礦粘土巖和粘土組成的“粘土巖”段，實際上是具有大量撕裂狀泥質(zhì)同生礫和渾濁狀(包卷?)層理的灰黑色泥巖(圖3)，其中夾有多個代表原地沉積的薄層水平紋理泥巖和粉砂質(zhì)泥巖。從垂向?qū)有蚝蜋M向分布狀況推測，可能屬于海灣潮下帶環(huán)境中形成的泥質(zhì)碎屑流沉積。它們可能是潮坪上半固結(jié)或未固結(jié)的泥質(zhì)碎屑，在風(fēng)暴發(fā)生時被卷入潮下帶較深水處的。

向上至鋁土礦層底部，為具負(fù)載構(gòu)造和砂球構(gòu)造的細(xì)砂級鋁土礦(巖)分層，內(nèi)部具塊狀構(gòu)造，即塊狀鋁土礦(巖)，應(yīng)屬鋁土質(zhì)濁積巖(圖4a上部)。與下伏灰黑色鋁土質(zhì)泥巖呈連續(xù)沉積關(guān)系，相互間無沉積間斷，可能是在某種動力(風(fēng)暴或地震)作用下，停積在濱岸或潮坪上的鋁土質(zhì)碎屑，以濁流形式進(jìn)入潮下帶沉積而成的。

圖3 旦坪中二疊統(tǒng)大竹園組下部灰黑色鋁土質(zhì)碎屑流沉積中的鋁土質(zhì)同生礫和原地水平紋理狀泥巖

再向上為具土狀、半土狀的鋁土礦富礦分層(圖4b)，顯示出清晰的變形層理，大量不規(guī)則的黃灰色鋁土質(zhì)團(tuán)塊與灰黑色泥質(zhì)礫屑混雜在一起。這些鋁土質(zhì)團(tuán)塊和泥質(zhì)礫屑，具有明顯的內(nèi)碎屑特征，應(yīng)屬于鋁土質(zhì)碎屑流沉積。究其成因，可能是更大規(guī)模和強(qiáng)度的風(fēng)暴作用，以碎屑流形式將停積在濱岸或潮坪上富鋁沉積物，卷入潮下帶沉積而成的。從沉積學(xué)角度看，鋁土質(zhì)碎屑流也是水下重力流的一種類型。

圖4 鋁土巖層中不同含礦段的沉積特征Fig.4 Sedimentary characteristics of different ore bearing seam in aluminum rock layer

再向上是具有鮞、豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的貧礦分層，其中的鮞、豆粒狀鋁土礦顆粒形態(tài)完整，粒度分選較好，即便破損也形成完整的再生鮞、豆，表明均為原生鮞粒和豆粒，后生風(fēng)化和改造并不明顯(圖5c)。鮞粒和豆粒是波浪做垂向運(yùn)動時，使從下伏鋁土質(zhì)碎屑流沉積物中析出的氧化鋁凝膠上下翻滾、逐步凝聚而成的，指示潮下帶浪基面附近較深水環(huán)境。粒度越大，表明波浪作用的動力越強(qiáng)并且持續(xù)過程越長。鮞粒密集堆積而鋁品位低，可能與未經(jīng)淋漓脫硅、脫鐵有關(guān)，也可能與鮞、豆粒間充填大量非鋁土質(zhì)碎屑有關(guān)。

再向上是梁山組煤層，顯示海水已經(jīng)退出，轉(zhuǎn)變?yōu)楹ｊ懡换サ某擅涵h(huán)境。

綜上所述，ZK15906的大竹園組含礦層巖芯，為我們清晰地展示出了早二疊世的一個較完整的海退沉積序列，即自下而上：由浪基面以下的潮下帶深水環(huán)境，到浪基面附近的潮下帶較深水環(huán)境，再到浪基面以上的潮下帶較淺水環(huán)境，最后到海陸交互的成煤環(huán)境。在大竹園組沉積初期，風(fēng)暴作用由弱而強(qiáng)，不間斷地發(fā)生并對鋁土礦的成礦作用產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。我們由此而有理由認(rèn)為，只要能夠?qū)?wù)正道鋁土礦田的全部或大部鉆孔巖芯、露頭，進(jìn)行系統(tǒng)沉積相和沉積環(huán)境觀察和分析，就一定能夠進(jìn)一步深化已有的各項研究成果，全面把握這里的鋁土礦礦床的成因條件、控礦因素和分布規(guī)律。

3 查明礦體厚度分布的同期破壞 因素

對貴州開陽-甕福磷礦的成因及其分布規(guī)律的研究成果很多，特別是從沉積學(xué)角度對其成礦機(jī)理和成礦模式的認(rèn)識，已經(jīng)得到普遍認(rèn)同，其預(yù)測模式也很成熟了(朱士興，王硯耕，1983；東野脈興，2001；陳國勇 等，2015；王澤鵬 等，2016；杜遠(yuǎn)生 等，2017；張亞冠 等，2016；劉建中 等，2019)。然而，在具體工作中，還是常被一些意想不到的狀況所困惑。例如，明明是磷質(zhì)成礦最有利的部位，卻為何礦層分叉變薄甚至消失?為什么明明應(yīng)該是高品位、高純度礦體出現(xiàn)的部位，卻被一大堆角礫狀的鋁硅質(zhì)或碳酸鹽質(zhì)碎屑所占據(jù)?是后期構(gòu)造現(xiàn)象還是同沉積現(xiàn)象?所有這些問題，也可以通過對巖芯、露頭的沉積學(xué)觀察和分析來解決。下面擬以甕福磷礦田大灣勘查區(qū)的一個典型事例來加以說明。

甕福磷礦田的圍巖是硅化巖系，包括硅化白云巖和硅化碎屑巖系。通過對巖(礦)芯的觀察，發(fā)現(xiàn)a、b磷礦層之間的夾石層幾乎全由水下重力流沉積構(gòu)成，同樣包含滑塌堆積、碎屑流堆積和濁流沉積，沉積物的粒度、圓度和球度不同，分選性極差，成分主要是白云巖和碎屑巖，具有滑塌構(gòu)造、遞變粒序?qū)永砗拓?fù)載構(gòu)造(圖5)。

圖5 大灣磷礦區(qū)a礦層和b礦層之間夾石層的水下重力流特征

大灣磷礦區(qū)及其外圍的a礦層和b礦層夾石層的等厚線，呈現(xiàn)出向北東伸出的扇形。根據(jù)其整體的厚度變化趨勢，推測是一個向東伸出的大型重力流扇體(圖6a)。這個夾石層等厚度圖，與a礦層+b礦層的等厚度圖(圖6b)，正好構(gòu)成此消彼長的對應(yīng)關(guān)系。這種情況說明，磷灰石的沉積成礦作用與重力流作用同時進(jìn)行，后者的頻繁出現(xiàn)干擾和破壞了前者的沉積環(huán)境，導(dǎo)致磷礦層厚度與重力流扇厚度互為消長。

有證據(jù)表明，同成礦期的水下重力流對甕福磷礦田各礦床的影響和破環(huán)，是一種普遍現(xiàn)象。甚至在開陽磷礦田，都存在此種現(xiàn)象。如果我們能夠在鉆探巖芯編錄時，注意這個問題，對整個甕福磷礦田乃至開陽磷礦田的所有鉆孔，重新進(jìn)行一次全面的沉積相觀察和分析，并且制作其沉積相分布圖、夾石層(水下重力流)和磷礦層累計厚度分布圖，便有可能掌握同沉積期近岸水下重力流活動情況、空間分布及其對磷礦層厚度的影響，進(jìn)而對磷礦層厚度及品位的空間變化趨勢做出準(zhǔn)確預(yù)測。這對于勘探靶區(qū)選擇、勘查區(qū)范圍劃定和勘探工程的部署，以及見礦情況的預(yù)測將會有很大好處。

4 基于沉積相模式開展礦區(qū)外 圍的成礦預(yù)測

天柱-新晃重晶石成礦帶，位于揚(yáng)子地塊東南緣的晚震旦世-早寒武世陸緣裂谷邊緣。對于該重晶石礦床的成因，雖然還有一些分歧，但越來愈多的證據(jù)表明，應(yīng)屬于海底熱液噴流沉積型(胡清潔，1997；吳朝東 等，1999；彭軍 等，1999；方維萱 等，2002；夏菲 等，2004；楊瑞東 等，2007)，其中可能有生物有機(jī)質(zhì)共同作用(高懷忠，1998；韓善楚 等，2014)。一系列重晶石礦床沿著一條深斷裂平行展布，分別處于深部含礦熱流體噴涌的熱點(diǎn)上(楊瑞東 等，2007)，表明該深斷裂是含礦熱流體噴涌的同沉積導(dǎo)礦斷裂。

但是，目前對于礦床中的重晶石顆粒狀碎屑是如何沉淀的?其厚度變化規(guī)律如何?受到什么因素控制?尚缺乏從沉積學(xué)角度開展研究。顯然，這幾個問題的解決，對于了解這些礦床的成礦機(jī)制，開展深部和外圍的成礦預(yù)測，有重要的意義。在這次大精查中，通過對寨腳勘查區(qū)多個鉆孔的含礦段巖(礦)芯和野外露頭進(jìn)行系統(tǒng)觀察，同樣找到了許多典型的沉積相標(biāo)志。這些沉積相標(biāo)志，基本上都是反映與水下重力流有關(guān)的沉積構(gòu)造，例如滑塌構(gòu)造、碎屑流構(gòu)造和濁流構(gòu)造。其中，滑塌構(gòu)造包括滑塌褶皺、包卷層理或變形層理(圖7a)；碎屑流構(gòu)造包括同生砂泥角礫和撕裂砂泥塊(圖7b，c)；濁流構(gòu)造包括負(fù)載構(gòu)造、砂球構(gòu)造、砂枕構(gòu)造和遞變層理(圖7d，e)，甚至構(gòu)成不完整的鮑瑪序列。

圖7 重晶石質(zhì)濁流沉積中的負(fù)載構(gòu)造、砂球構(gòu)造和變形構(gòu)造(右側(cè)圖片為鏡下照片)

這些反映不同類型和不同動力學(xué)條件的水下重力流沉積構(gòu)造，不但普遍存在于礦區(qū)內(nèi)所有重晶石巖(礦)芯中，更在平面上有規(guī)律地分布著，而且與重晶石礦層的厚度有很好的對應(yīng)關(guān)系(圖8)。以鉆孔中該段巖(礦)芯的主要沉積構(gòu)造所反映的沉積環(huán)境為標(biāo)志，以重晶石礦層厚度4.0 m和2.5 m為界，大致可以把寨腳重晶石礦體劃分為滑積亞相、碎屑流亞相和濁積亞相。三個亞相及其空間分布，很好地刻畫出了寨腳礦區(qū)重晶石水下重力流扇的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和形成機(jī)制——由南向北、由南東向北西方向傾瀉而來。

這實際上是由多個規(guī)模大小不等的水下重力流扇疊置而成的復(fù)合體，因而在扇頭部的厚度最大，中部其次，而扇尾部最薄。而且，根據(jù)重力流的形成機(jī)制，滑塌現(xiàn)象靠近碎屑物料原始堆積處(近源)，碎屑流現(xiàn)象離碎屑物料原始堆積處較遠(yuǎn)，而濁流現(xiàn)象離碎屑物料堆積處最遠(yuǎn)(遠(yuǎn)源)。這種情況說明，寨腳勘查區(qū)重晶石礦層的厚度變化，一方面受控于與導(dǎo)礦同沉積深斷裂及熱流體噴溢口的距離，另一方面受控于同沉積水下重力流的作用，而與成礦期的裂谷古地形和后期的逆沖推覆斷層改造、破壞，關(guān)系并不大。根據(jù)這一基本認(rèn)識，利用大河邊-寨腳勘查區(qū)的全部鉆孔資料，制作了重晶石礦層等厚線圖(圖9)，并開展基于水下重力流扇沉積模式的礦區(qū)外圍勘探靶區(qū)預(yù)測。

圖8 寨腳重晶石礦區(qū)含礦層段礦層厚度和沉積構(gòu)造分布對比

圖9 大河邊-寨腳地區(qū)基于水下重力流扇沉積模式的重晶石礦區(qū)外圍勘探靶區(qū)預(yù)測Fig.9 Peripheral prspection target prediction of the barite deposit based on under water gravity flow deposit mode in Dahebian-Zhaijiao area

5 若干初步認(rèn)識

在巖(礦)芯編錄中進(jìn)行細(xì)致觀察，識別并正確地提取其中的沉積相標(biāo)志，是一項基礎(chǔ)性的沉積學(xué)工作。通過以上的觀察和分析，得到如下幾點(diǎn)初步認(rèn)識：

(1)貴州省的優(yōu)勢礦產(chǎn)資源，多是沉積礦產(chǎn)和層控礦產(chǎn)。在勘查中開展系統(tǒng)的沉積學(xué)研究，對于認(rèn)識其形成、分布條件和成礦機(jī)制有重要意義。

(2)在本次優(yōu)勢礦產(chǎn)資源大精查中，沉積學(xué)研究的作用主要體現(xiàn)在如下幾個方面：獲取成礦機(jī)制的同沉積證據(jù)、揭示礦床形成的環(huán)境條件和成礦過程、查明礦體空間分布的準(zhǔn)同生破壞因素和基于沉積相模式開展礦區(qū)外圍的成礦預(yù)測等。

(3)實踐表明，系統(tǒng)而準(zhǔn)確地進(jìn)行巖(礦)芯和露頭觀察，是識別沉積構(gòu)造并獲取其特征信息，判別其沉積相和沉積環(huán)境的基本方法，也是揭示沉積礦床和層控礦床形成條件、機(jī)制和分布規(guī)律的根本途徑，需要加強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)和工作。

(4)水下重力流是較深水環(huán)境的時常發(fā)生的事件沉積，因此滑塌構(gòu)造、碎屑流構(gòu)造和濁流構(gòu)造等水下重力流沉積構(gòu)造，常見于海底熱流體噴溢沉積礦體中，這在已有的工作得到了初步證實，今后還需特別注意相關(guān)的觀察、分析和研究。

上述觀察和分析十分粗略，介紹的目的只是為了說明沉積學(xué)工作的重要性。如果要查明各個精查區(qū)的礦床成礦背景、控礦因素、成因機(jī)制和空間分布規(guī)律，進(jìn)而提供進(jìn)行外圍和深部礦床勘探靶區(qū)預(yù)測的有效依據(jù)，還需要進(jìn)行系統(tǒng)而深入的沉積學(xué)研究。