陳 旭， 李朗田， 叢 源， 曹景良， 黃 飛， 雷玉龍， 肖德長， 李連支

(1.中國冶金地質總局 中南地質調查院，湖北 武漢 430080； 2.中國冶金地質總局 礦產資源研究院，北京 101300；3.中國地質科學院 礦產資源研究所 自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037)

湘中地區(qū)是中國重要的錳礦集中區(qū)，存在中南華世湘潭、中奧陶世桃江兩個成錳盆地，已發(fā)現錳礦床(點)57處，其中大型2處(湘潭、桃江)、中型6處(九潭沖、棠甘山、金石、黑油洞、月山鋪、祖塔)，已探獲推斷及以上級別錳礦資源量超過6 400萬t，其中優(yōu)質錳礦2 400萬t[1-3](1)中國冶金地質總局中南地質調查院，揚子陸塊東南緣南華系錳礦成礦預測與選區(qū)報告，2019。。2014年以來，該區(qū)經礦產地質調查新增推斷及以上級別錳礦資源量2 807.6萬t(2)中國冶金地質總局中南地質調查院，湘西—滇東地區(qū)礦產地質調查報告，2019。 中國冶金地質總局中南地質調查院，上揚子東南緣錳礦調查評價項目2019年度進展報告，2019。，有望使湘中地區(qū)成為中國又一處大型錳礦資源基地。

近年來，前人針對湘潭、桃江成錳盆地開展了多項調查與研究工作，基本厘清了兩個成錳盆地的結構[3-4](3)中國冶金地質總局中南地質調查院，揚子陸塊東南緣南華系錳礦成礦預測與選區(qū)報告，2019。。在此基礎上，本次應用錳礦層厚度—品位等值線，解析成錳盆地內部聚錳槽盆的結構，圈定蘊含錳礦資源潛力的地段，對錳礦找礦工作部署有很好的指導作用。

1 成錳盆地結構研究的理論依據

依據“內源外生”錳礦成礦說[5]，在成錳盆地形成、演化過程中，其內部的深大斷裂、同沉積斷裂、基底淺層斷裂相互溝通，為“內源”成礦物質提供了運移通道；同沉積斷裂帶、基底淺層斷裂帶交匯部位發(fā)生沉陷，為“外生”作用下形成錳礦提供了合適的沉積環(huán)境。因此，海相沉積型錳礦往往受成礦期構造的控制。

在海相沉積型錳礦成礦過程中，匯入海盆區(qū)的“初始錳源”包括陸源Mn、殼源Mn和殼—幔(火山)源Mn，但主要為盆內源，包括殼—幔源Mn經海底火山—噴流或噴氣方式進入海水，大陸或洋殼蝕源區(qū)Mn經酸性海水水解、萃取進入海水[6]。中國南方海相沉積型錳礦為同生沉積成巖成礦，其成礦過程為：含低濃度Mn的成礦物質(“初始錳源”)從源區(qū)匯入盆地海域→“初始錳源”在海水中長期穩(wěn)定地蘊集→含高濃度Mn的海水在盆地中沉淀→含Mn沉積物經埋藏和成巖富集成礦[7]。

湘潭、桃江盆地均為大陸邊緣拉張裂谷內的斷陷盆地，深大斷裂、同沉積斷裂、基底淺層斷裂組成的多級成錳構造體系為盆內源的“初始錳源”提供了運移通道。在斷裂拉張引發(fā)的斷陷作用下，深大斷裂間形成成錳盆地，同沉積斷裂間形成聚錳槽盆，基底淺層斷裂間形成成錳凹陷帶，組成成錳盆地—聚錳槽盆—成錳凹陷帶這一成錳沉積體系，為“外生”錳礦成礦作用提供了水體深度較大、弱氧化、弱堿性、欠補償、低能低速率的沉積條件[5]，控制了海相沉積型錳礦床的空間分布特征。在這一過程中，藻類、微生物是水體氧化—還原作用的催化劑，能明顯地促進錳質沉淀或溶解[8]；動物、浮游生物“糞球”中的有機物分解可能促進錳的富集，錳含量隨海水深度的增加而增大[5]。因此，研究成錳盆地的結構、還原其形成演化過程并圈定錳礦分布范圍及其沉積中心，可指導錳礦找礦工作部署。

2 聚錳槽盆結構研究方法

受成錳盆地古構造、古地理、古氣候條件的綜合影響，盆地的構造空間結構和沉積結構發(fā)生時空演變，從而形成現有的盆地內部三維結構。成錳盆地結構研究即研究盆地形成、演化過程，首先分析盆地的構造空間結構，查明構造期次，還原其形成過程；再分析不同構造期次的沉積結構，還原其沉積環(huán)境及盆地演化過程。

自元古代以來，湘中地區(qū)以整體隆起—沉降的斷塊構造活動為主，因此該區(qū)地層產狀總體水平，錳礦層也總體平緩。由于海相沉積型錳礦的主體沉積于同沉積斷裂斷陷形成的聚錳槽盆內，其含錳巖系及礦層厚度明顯大于槽盆外部，因此錳礦層厚度等值線圖一直被用來定位含錳巖系沉積中心和圈定聚錳槽盆范圍[9]。該方法在民樂、棠甘山、月山鋪—祖塔等礦區(qū)的錳礦找礦工作中均得到有效應用。貴州省深部錳礦勘查工作發(fā)現錳礦沉積中心的礦層厚度、品位均有明顯增加[10]，本次工作亦發(fā)現錳礦層品位等值線與厚度等值線可共同指示錳礦集中區(qū)范圍及礦體走向，且更清晰地顯示出沉積中心的展布范圍及空間特征。因此，本次研究以錳礦層厚度—品位等值線圖為主要研究方法，通過分析沉積厚度等值線趨勢、參考品位等值線來解析聚錳槽盆的結構。

3 湘潭成錳盆地內部聚錳槽盆結構

3.1 湘潭成錳盆地結構

湘潭成錳盆地位于揚子陸塊東南緣錳礦集中區(qū)的湘中—桂中北成礦帶內，是由深大斷裂斷陷形成的。以南華系中統(tǒng)大塘坡組的厚度突變帶、沉積巖相突變帶為主要標志，可在盆地內識別出7條主要同沉積斷裂帶；以重力梯度變異帶、構造變異帶為主要標志，可識別出4條主要基底淺層平移斷裂帶，同沉積斷裂帶與基底淺層平移斷裂帶共同控制了聚錳槽盆(表1，圖1)。

圖1 湘潭成錳盆地構造空間結構圖Fig.1 Structure diagram of Xiangtan manganese basin1.隱伏巖石圈斷裂及編號;2.切殼斷裂及編號;3.控制Ⅳ級斷陷(地塹)或隆起(地壘)的同沉積斷裂帶;4.控制Ⅴ級斷陷(地塹)或隆起(地壘)的同沉積斷裂帶;5.武陵—雪峰期褶皺基底淺層平移斷裂帶及編號;6.Ⅵ級斷陷(地塹)所控制的聚錳槽盆;7.Ⅳ級隆起(地壘)范圍;8.Ⅴ級隆起(地壘)范圍;9.Ⅴ級斷陷(地塹)范圍;10.含錳建造等厚線及厚度(m);11.沉積型錳礦(超大、大、中、小型);12.古陸;13.古水下隆起。

表1 湘潭成錳盆地南華紀早期主要斷裂(帶)特征表Table 1 Structures of main faults in Early Nanhua in Xiangtan manganese basin

從圖1可見，湘潭成錳盆地內的聚錳槽盆呈“二行四列”展布，主要分布于同沉積斷裂帶與基底淺層平移斷裂帶交匯的“盆中盆”部位，其中同沉積斷裂帶控制了錳礦沉積中心的延展方向。棠甘山礦區(qū)ZK6601孔揭露錳礦層向NW方向延伸，錳礦層厚度—品位等值線圖亦顯示出九潭沖—楠木沖聚錳槽盆的走向為NW向，均證實了上述論斷。

南華紀早期，湘潭盆地位于拉張型板塊邊緣，受NE-SW向主拉張應力影響，形成F33、F41等深大斷裂并斷陷形成湘潭裂谷盆地，在盆地內部形成XF1—XF4等NW向同沉積斷裂帶。在盆地拉張過程中，由于湘東古陸“錨定”不動，受其拉扯出現近NW向拉張應力，形成近NE向基底淺層平移斷裂帶。在基底淺層平移斷裂帶與同沉積斷裂帶交匯處，因斷陷作用形成了“盆中盆”式的聚錳槽盆(圖2)，在聚錳槽盆內部形成“凹中凹”式的成錳凹陷帶。

圖2 湘潭成錳盆地內同沉積斷裂帶剖面圖Fig.2 Synsedimentary fault belt section in Xiangtan manganese basin1.新生界；2.中生界；3.古生界；4.震旦系；5.南華系中—上統(tǒng)(包括含錳巖系)；6.南華系下統(tǒng)；7.青白口系；8.中元古界；9.隱伏巖石圈斷裂及編號；10.基底淺層平移斷裂帶及編號。

3.2 九潭沖—楠木沖聚錳槽盆結構

在九潭沖—楠木沖聚錳槽盆內，大塘坡組含錳巖系呈NW向連續(xù)分布于多個NE向向斜的兩翼，存在九潭沖、楠木沖等中小型錳礦床(圖3)。錳礦層厚度—品位等值線指示區(qū)內錳礦層的空間分布受NW向聚錳槽盆控制。九潭沖礦區(qū)存在NE向成錳凹陷帶，目前鉆孔控制其寬度約1 400 m，錳礦層1.0 m、2.0 m等厚線具有明顯的NE向延伸趨勢；錳礦層品位均≥15%，且東部品位增高至20%以上，指示九潭沖礦區(qū)的NE部仍有較大找礦潛力。ZK1508揭露的含錳巖系內未見礦層，ZK1901見礦化層(品位10.03%，厚度1.28 m)，兩孔連線可能指示NE向的水下隆起。楠木沖礦區(qū)也存在NE向的成錳凹陷帶，目前鉆孔控制其寬度約1 750 m，錳礦層等厚線有明顯的NE向延伸趨勢，錳礦層品位≥15%曲線亦顯示NE向深部有較大找礦潛力。值得注意的是，九潭沖與楠木沖礦區(qū)之間錳礦層連續(xù)分布，可能存在多個未發(fā)現的成錳凹陷帶，值得進一步探索。

圖3 九潭沖—楠木沖礦區(qū)地質及聚錳槽盆結構簡圖Fig.3 Geology and structure of manganese trough basin in Jiutanchong-Nanmuchong mining area1.石炭系下統(tǒng)上司組；2.石炭系下統(tǒng)孟公坳組與天鵝坪組；3.泥盆系上統(tǒng)錫礦山組；4.泥盆系上統(tǒng)水車坪組；5.泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組；6.泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組；7.寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組；8.震旦系金家洞組與留茶坡組；9.南華系上統(tǒng)南沱組；10.南華系中統(tǒng)大塘坡組；11.南華系下統(tǒng)富祿組；12.板溪群多益塘組；13.氧化錳礦體；14.見礦鉆孔；15.未見礦鉆孔；16.含錳巖系分布范圍；17.錳礦層厚度等值線；18.15%>錳品位≥10%；19.20%>錳品位≥15%；20.錳品位≥20%。

3.3 九潭沖—楠木沖礦區(qū)成礦期后構造

本次對九潭沖—楠木沖礦區(qū)加里東期、印支期隱伏褶皺進行探索研究，推測含錳巖系在深部的空間展布形態(tài)、產狀等特征，為深部找礦工作部署提供依據。區(qū)內在新元古代—早古生代屬于揚子陸塊邊緣加里東期造山帶的一部分，前泥盆紀地層發(fā)生褶皺變形，晚古生代發(fā)展成為陸內裂谷盆地。在九潭沖—楠木沖礦區(qū)西部，三個AMT物探剖面顯示了加里東期NE向“三向兩背”褶皺的深部形態(tài)(圖4)，與前人發(fā)現的橫蘭棚向斜、銀珠坳向斜吻合較好；顯示泥盆系覆蓋區(qū)的地層西高東低，反映了NW向印支期向斜。九潭沖礦區(qū)ZK2308所見含錳巖系呈現出“大陡坡”形態(tài)，與AMT物探剖面反映的含錳巖系在深部呈陡立形態(tài)的特征相吻合。因此，地質與物探相結合，先勾勒褶皺空間形態(tài)，再以鉆探工程驗證，是探索覆蓋區(qū)和隱伏區(qū)深部構造特征的有效方法。

圖4 九潭沖—楠木沖礦區(qū)地質及AMT推斷褶皺構造簡圖Fig.4 Geology and AMT inferred fold structure of Jiutanchong-Nanmuchong mining area1.石炭系下統(tǒng)上司組；2.石炭系下統(tǒng)孟公坳組與天鵝坪組；3.泥盆系上統(tǒng)錫礦山組；4.泥盆系上統(tǒng)水車坪組；5.泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組；6.泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組；7.寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組；8.震旦系金家洞組與留茶坡組；9.南華系上統(tǒng)南沱組；10.南華系中統(tǒng)大塘坡組；11.南華系下統(tǒng)富祿組；12.板溪群多益塘組；13.氧化錳礦體；14.見礦鉆孔；15.未見礦鉆孔；16.物探推斷含錳巖系深部形態(tài)。

4 桃江成錳盆地內部聚錳槽盆結構

4.1 桃江成錳盆地結構

桃江成錳盆地位于揚子陸塊東南緣錳礦集中區(qū)的湘中—桂中北成礦帶內，產出奧陶系中統(tǒng)煙溪組優(yōu)質碳酸錳礦床。該成錳盆地位于湘桂地塹的北端，受新化—龍勝斷裂帶(F3)、婁底—邵陽斷裂帶(F4)等斷裂帶的斷陷作用控制，形態(tài)為呈NE向延長的橢圓形(圖5)。

圖5 桃江成錳盆地結構圖(據參考文獻[4])Fig.5 The structure diagram of Taojiang manganese basin1.錳礦床(點)；2.含錳巖系厚度等值線(m)；3.同沉積斷裂帶；4.盆地邊界線；5.基底斷裂。

南華紀—早泥盆世，湘中地區(qū)發(fā)生了多期次的區(qū)域構造運動，晚期形成的斷裂多為早期斷裂的重新活動，具有繼承性特點。加里東晚期，區(qū)域構造運動使湘潭成錳盆地內切穿烏田—金磨槽盆、大福坪槽盆的NNW向深大斷裂重新活動(表1，圖1)，在桃江盆地內形成了一組NNW向、近等距平行排列、自西向東梯次下降的同沉積張性斷裂帶(圖6)。這些同沉積斷裂帶的張裂活動使桃江成錳盆地內形成了一系列NNW向、近等距平行排列的斷陷槽，從東到西主要有5條，即南壩斷陷槽(F′1)、萬家洞斷陷槽(F′2)、響濤源—祖塔斷陷槽(F′3)、木瓜溪—梅子洞斷陷槽(F′4)及泗里河—高明斷陷槽(F′5)(圖5)。在中奧陶世煙溪成礦期，主要于F′3、F′4斷陷槽的有利地段形成了優(yōu)質沉積型錳礦(圖7)。

圖6 桃江成錳盆地同沉積斷裂帶與盆地演化關系略圖(據參考文獻[4])Fig.6 Relationship between basin evolution andsynsedimentary fault in Taojiang manganese basin1.含礦段界線；2.含錳巖系界線；3.同沉積斷裂帶。

4.2 月山鋪—祖塔聚錳槽盆結構

在月山鋪—祖塔聚錳槽盆內，奧陶系中統(tǒng)煙溪組含錳黑色頁巖呈NNW向連續(xù)分布于一系列軸向近EW的褶皺兩翼(圖8)，從北向南發(fā)育黑油洞、毛臘、月山鋪、祖塔等中小型錳礦床。錳礦層厚度—品位等值線圖(圖8)顯示，月山鋪—祖塔聚錳槽盆總體呈NNW向展布，槽盆內部存在多個由NEE向成錳凹陷帶控制的錳礦沉積中心。月山鋪礦區(qū)的NEE向成錳凹陷帶目前由鉆孔控制寬度約1 600 m，錳礦層0.5 m、1.0 m等厚線均明顯地向NEE向延伸，錳礦層品位均≥15%，由西向東錳礦品位有增高趨勢，因此該成錳凹陷帶SWW、NEE方向找礦潛力均較大。沖天蠟燭向斜核部的ZK1701、ZK1702所見錳礦層厚度薄、品位低，指示該處為水下隆起。祖塔礦區(qū)也存在NEE向展布的成錳凹陷帶，目前鉆孔控制其寬度約1 300 m，錳礦層0.5 m等厚線有明顯的NEE向延伸趨勢，錳礦層品位均≥15%，因此該凹陷帶東部找礦潛力較大。值得注意的是，祖塔礦區(qū)4ZK1、4ZK2、408ZK3三個鉆孔所見礦層均被斷層破壞，該地段并非是無礦帶。綜上所述，推測月山鋪、祖塔兩個成錳凹陷帶之間存在尚未發(fā)現的錳礦沉積中心，推測在月山鋪北部可能存在兩個NEE向成錳凹陷帶，可能將極大地拓展找礦空間。

圖8 月山鋪—祖塔礦區(qū)地質及聚錳槽盆結構簡圖Fig.8 Geology and structure of manganese trough basin in Yueshanpu-Zuta mining area1.第四系；2.泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組；3.志留系下統(tǒng)新灘組；4.志留系下統(tǒng)龍馬溪組；5.奧陶系中統(tǒng)煙溪組；6.奧陶系下統(tǒng)橋亭子組；7.寒武系；8.氧化錳礦體；9.見礦鉆孔；10.見礦化鉆孔；11.未見礦鉆孔；12.含錳巖系分布范圍；13.錳礦層厚度等值線(m)；14.15%>錳品位≥10%；15.20%>錳品位≥15%；16.25%≥錳品位≥20%；17.錳品位≥25%。

5 聚錳槽盆對錳礦的控制作用

通過對聚錳槽盆結構的解析，識別出了九潭沖—楠木沖、月山鋪—祖塔聚錳槽盆的邊界，進一步確定了聚錳槽盆及其中錳礦帶的總體走向。在兩個聚錳槽盆內各識別出兩個已成形的成錳凹陷帶并確定了其走向，指出了具有較大錳礦資源潛力的地段，為錳礦找礦工作部署提供了依據。

在九潭沖—楠木沖礦區(qū)和月山鋪—祖塔礦區(qū)內，成錳凹陷帶的形成與其所賦存的聚錳槽盆息息相關。南華系或奧陶系錳礦成礦期，在大陸板塊裂解、大陸邊緣裂谷拉伸的背景下，深大斷裂間斷陷形成了成錳盆地，盆內拉張形成多條NW向或NNW向同沉積斷裂帶，這些斷裂間的基底沉陷演化形成了聚錳槽盆，同時槽盆內部亦因NE向、NEE向基底淺層平移斷裂帶沉陷演化形成了成錳凹陷帶。區(qū)內錳礦帶總體上受聚錳槽盆范圍的限制，各錳礦區(qū)的礦床則受成錳凹陷帶的控制，錳礦層均形成于不同級別的同生構造交匯部位(“凹中凹”)。上述特征說明，同沉積斷裂帶等構造提供了錳礦的物質來源通道、沉積環(huán)境及成礦空間，促進了海相沉積型錳礦的形成。通過解析聚錳槽盆的結構，還原聚錳槽盆、成錳凹陷帶的空間分布特征，可以有效地預測具有較大錳礦資源潛力的地段。

6 結論

(1) 采用錳礦層厚度—品位等值線方法，對湘潭成錳盆地九潭沖—楠木沖聚錳槽盆、桃江成錳盆地月山鋪—祖塔聚錳槽盆的結構進行解析，有效識別出聚錳槽盆的總體走向及其內部成錳凹陷帶的空間分布特征，可有效應用于定位錳礦沉積中心和預測錳礦找礦方向。

(2) 通過成錳盆地內部聚錳槽盆結構解析研究，形成了“聚錳槽盆控制錳礦帶、成錳凹陷帶控制錳礦床并指示錳礦沉積中心”的認識。

(3) 綜合地質、物探、鉆探等手段，揭露了九潭沖—楠木沖錳礦區(qū)的隱伏成礦后褶皺構造，推斷了含錳巖系的深部空間形態(tài)特征，可用于指導錳礦深部探礦工程的布設。