曹默雷，陳建平

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

2.北京市國(guó)土資源信息研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083

0 引言

湘渝黔毗鄰區(qū)的南華紀(jì)“大塘坡式”錳礦是我國(guó)最主要的海相沉積型錳礦資源，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了一系列大—中型錳礦床，探明菱錳礦資源上億噸[1-3]。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)大塘坡式錳礦成礦模式及規(guī)律開(kāi)展了許多研究，目前普遍認(rèn)為南華紀(jì)大塘坡式錳礦形成于一系列北東、北北東向拉張斷陷盆地之中，受盆地結(jié)構(gòu)、古斷裂、巖相古地理以及古海洋環(huán)境控制[4-9]，這些因素都是層序地層學(xué)研究的重要理論基礎(chǔ)[10-11]。因此，運(yùn)用層序地層學(xué)理論分析大塘坡式錳礦的成礦規(guī)律，總結(jié)其成礦模式是完全可行的。目前關(guān)于此類錳礦的層序地層學(xué)研究并不深入，基于層序地層學(xué)理論的成礦規(guī)律研究鮮有涉及。湘黔交界處松桃—花垣區(qū)調(diào)報(bào)告中根據(jù)野外標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)剖面建立了三級(jí)層序格架[12-14]，但對(duì)于大塘坡式錳礦來(lái)說(shuō)，僅根據(jù)三級(jí)層序難以解釋多期次、不同形態(tài)、厚度錳礦的沉積過(guò)程，需要更加細(xì)致的層序劃分。本文以湘西北大型碳酸錳礦床民樂(lè)錳礦（圖1a）為例，根據(jù)礦區(qū)沉積特征建立三級(jí)、四級(jí)層序格架，并針對(duì)民樂(lè)錳礦提出了基于層序地層學(xué)理論的成礦模式及規(guī)律，為湘渝黔毗鄰區(qū)的沉積型礦產(chǎn)勘探提供了新的研究思路。

1 地質(zhì)概況

民樂(lè)錳礦位于湘黔地區(qū)交界處民樂(lè)成錳盆地中心，是湘黔地區(qū)兩個(gè)超大型海相碳酸錳礦床之一[1]。礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育的地層由下到上包括富祿組、大塘坡組、南陀組、陡山陀組和第四系，偶爾可見(jiàn)五強(qiáng)溪組、牛蹄塘組和燈影組，礦區(qū)周圍還出露青白口紀(jì)和寒武紀(jì)地層。民樂(lè)礦區(qū)附近發(fā)育北東軸向的向斜和背斜。民樂(lè)鎮(zhèn)—竹子村地區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，除個(gè)別為正斷層外，其余為逆斷層[15]，其中水田壩—高家灣（F1）、水田壩—當(dāng)路坪（F2）都屬于區(qū)域大型斷裂花垣—張家界斷層分支，具有長(zhǎng)期活動(dòng)的特點(diǎn)，雖然現(xiàn)今表現(xiàn)為逆斷層特征，但本區(qū)構(gòu)造演化特征顯示它們?cè)诩永飽|運(yùn)動(dòng)之前屬于控巖相的同沉積斷層，控制了南華紀(jì)早期至志留紀(jì)末期的沉積（圖1b）。

圖1 民樂(lè)錳礦地質(zhì)概況圖（a）湘渝黔毗鄰區(qū)成錳盆地分布圖；（b）民樂(lè)錳礦地質(zhì)圖Fig.1 The geological background of the Minle manganese deposit(a)The distribution of the manganese mineralizing basin in the adjacent areas of Hunan,Guizhou,and Chongqing provinces;(b)The geological map of the Minle manganese deposit

2 民樂(lè)錳礦地層對(duì)比及沉積特征

本文依據(jù)前人的地層對(duì)比研究成果[12-13,16]，修編了民樂(lè)礦區(qū)的大塘坡組下段（成礦期）地層的分層方案（表1）。在此分層方案基礎(chǔ)上，均勻選取礦區(qū)內(nèi)不過(guò)斷層的鉆孔，根據(jù)其地層厚度信息在Surfer軟件中運(yùn)用Kringing 插值法分別繪制了大塘坡組下段下亞段1 段、2 段以及大塘坡組下段上亞段地層厚度圖（圖2）。大塘坡組下段下亞段發(fā)育黑色炭質(zhì)頁(yè)巖及錳礦，大塘坡組下段上亞段發(fā)育黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，夾雜碳泥質(zhì)白云巖、淺色黏土、星點(diǎn)狀黃鐵礦等，不含錳礦。其中，下亞段又可以按照錳礦形態(tài)分為1、2 兩段，1 段發(fā)育塊狀和密集條帶狀錳礦體，夾雜少量黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，厚度多為5～10 m，底部巖性多為砂質(zhì)或粉砂質(zhì)的黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，有些鉆孔中也可見(jiàn)細(xì)砂巖、粉砂巖，厚度較小，幾十厘米至四五米不等。此時(shí)沉積環(huán)境屬于海灣內(nèi)局限的斷陷海盆，礦區(qū)整體呈北北東向展布，北部沉積厚度大，水體較深，在ZK7-10—ZK9-4—ZK10-4、ZK5-16 以及ZK4-10 一帶形成沉積中心，ZK5-16 處厚度超過(guò)15 m，盆地南部水體較淺，沉積較薄，較厚處如ZK17-1、ZK162-7、ZK14-7 也只有4 m左右（圖2a）。

表1 民樂(lè)錳礦成礦期分層方案Table 1 The stratigraphic classification scheme of the Minle manganese deposit’s mineralization period

大塘坡組下段下亞段2 段錳礦多為薄層錳條帶斷續(xù)夾雜于黑色炭質(zhì)頁(yè)巖中，地層厚度多在15～20 m之間。此時(shí)成錳斷陷進(jìn)入擴(kuò)張階段，水體范圍擴(kuò)大，水體變淺，邊界已不如下亞段1 段清晰。與1 段相比，此時(shí)西南側(cè)ZK20-1—ZK162-7 一帶變?yōu)榈貙雍穸却蟮纳钏练e，中部ZK13-2-ZK10-7一帶和東北部ZK7-12—ZK5-16—ZK2-5 則變?yōu)榈貙雍穸刃〉臏\水沉積。盆內(nèi)水體不再表現(xiàn)出南淺北深的特征，最厚處向礦區(qū)北部遷移，集中在ZK3-2、ZK1-6 附近，局部厚度超過(guò)40 m（圖2b）。大塘坡組下段上亞段巖性為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾薄層白云巖和灰色黏土，常見(jiàn)粉末狀、線裝黃鐵礦以及石英、白云石脈體，厚度多為20 m 左右，不發(fā)育錳礦體。此時(shí)沉積范圍與之前相比有所收斂，北部邊界逐漸清晰，東南部開(kāi)始擴(kuò)張。盆地整體依然呈現(xiàn)北東向展布，北部地層厚度與南部相比仍具優(yōu)勢(shì)，水體更深，ZK101-1、ZK3-10、ZK8-6、ZK11-2 處發(fā)育多個(gè)厚度中心，其中ZK8-6 處沉積最厚，超過(guò)60 m（圖2c）。

大塘坡組下段主要發(fā)育的黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、鋼灰色菱錳礦體以及其上亞段發(fā)育的黃鐵礦[17-18]都代表了當(dāng)時(shí)安靜的深水還原環(huán)境[19]。同位素組成數(shù)據(jù)也清楚地反映了沉積盆地在成錳時(shí)期處在一個(gè)水深、局限、滯流、還原和不具備強(qiáng)烈蒸發(fā)條件（即非蒸發(fā)巖相）的環(huán)境之中[20]。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征以及大塘坡組下段經(jīng)常出現(xiàn)的薄層灰色黏土和白云巖可以判定，民樂(lè)礦區(qū)在南華紀(jì)早期屬于受兩側(cè)盆緣斷裂活動(dòng)控制的海灣內(nèi)小型斷陷盆地[19,21]，安靜的深水還原環(huán)境促進(jìn)了錳礦體的形成。錳礦的發(fā)育程度、巖性組成、地球化學(xué)等特征[5,14]表明大塘坡組下段自下到上水體逐漸變淺，還原程度逐漸降低。

圖2 民樂(lè)礦區(qū)大塘坡組下段厚度圖（a）大塘坡組下段下亞段1段厚度圖；（b）大塘坡組下段下亞段2段厚度圖；（c）大塘坡組下段上亞段厚度圖Fig.2 Stratigraphic thickness maps of the lower section of the Datangpo Formation in the Minle mining area(a)The stratigraphic thickness map of the first member of lower sub-formation in the lower section of Datangpo Formation;(b)The stratigraphic thickness map of the second member of lower sub-formation in the lower section of Datangpo Formation;(c)The stratigraphic thickness map of the upper sub-formation in the lower section of Datangpo Formation

3 民樂(lè)礦區(qū)層序劃分方案

花垣地區(qū)地質(zhì)調(diào)查報(bào)告已經(jīng)提供了該區(qū)域三級(jí)層序及體系域界面的劃分方案，花垣地區(qū)南華紀(jì)層序類型屬于海相碎屑巖沉積中具有陸棚坡折的Ⅰ型層序，自下而上由低位（LST）、海侵（TST）、凝縮層（SS）高位體系域（HST）組成。低位體系域在相對(duì)海平面下降以及其后的緩慢上升時(shí)期形成，通常為盆底扇、斜坡扇等；海侵體系域在海平面快速上升期間，可容空間增長(zhǎng)速率大于沉積物供給速率時(shí)形成，底界為初次海泛面，頂界為最大海泛面，主要沉積體系有陸棚三角洲、海陸交互沉積、潮坪—潟湖等；高位體系域在海平面相對(duì)上升速率不斷降低、可容空間增長(zhǎng)速率小于沉積物供給速率時(shí)形成，沉積類型與海侵體系域初期類似，多為連片發(fā)育的三角洲沉積與河道砂體。在海侵達(dá)到最大時(shí)會(huì)形成由沉積速率極低的薄層半深海、深海沉積物組成的凝縮層（SS），其分布范圍由盆地延伸至陸棚，屬于薄層且穩(wěn)定的沉積單元，能夠?qū)I淺海沉積與較深水的遠(yuǎn)海沉積地層聯(lián)系起來(lái)[10]。

本次研究在此基礎(chǔ)上建立了研究區(qū)成礦期（大塘坡組下段）層序格架?；ㄔ貐^(qū)民樂(lè)—下椿木剖面[13]顯示南華紀(jì)地層中富祿組厚度158 m；大塘坡組厚度為220 m，其中大塘坡組下段50 m，大塘坡組上段170 m；南陀組厚度20 m。花垣地區(qū)南華紀(jì)沉積根據(jù)層序地層學(xué)原理可歸為“LST+TST（富祿/古城組）+SS（大塘坡組下段）+HST（大塘坡組上段）+LST+TST（南陀組）”的二級(jí)層序體系域組合。鉆孔數(shù)據(jù)顯示研究區(qū)中的富祿組、大塘坡組下段和大塘坡組上段沉積可歸為一個(gè)二級(jí)層序，其中富祿組下部屬于低位域，發(fā)育扇體沉積，巖性以不等粒碎屑巖和粗顆粒白云巖為主，其上部屬于海侵體系域向大塘坡組過(guò)渡；大塘坡組下段底部發(fā)育的細(xì)砂巖、粉砂巖以及砂質(zhì)、粉砂質(zhì)頁(yè)巖仍屬于海侵體系域，向上發(fā)育的黑色炭質(zhì)頁(yè)巖及錳礦體段代表海平面上升至最高時(shí)安靜、沉積速率極低的緩慢沉積，本段厚度與富祿組和大塘坡組上段相比較薄，本次研究認(rèn)為其屬于凝縮層體系域；大塘坡組上段下部發(fā)育淺色板狀頁(yè)巖，上部發(fā)育砂質(zhì)、粉砂質(zhì)頁(yè)巖以及粉砂巖、細(xì)砂巖，屬于高位體系域，水體趨于動(dòng)蕩，沉積環(huán)境也逐漸向其上部的南陀組冰海碎屑巖沉積過(guò)渡。

研究區(qū)大塘坡組下段地層三級(jí)層序體系域特征類型為“SS+HST”的組合。大塘坡組下段下亞段發(fā)育黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾錳礦，代表最大海泛時(shí)期安靜還原的深水低能環(huán)境，屬于凝縮層體系域（SS）；大塘坡組下段上亞段則發(fā)育黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾黃鐵礦，不再有錳礦體發(fā)育，與下亞段相比，海平面下降，水體變淺，還原性降低，屬于三級(jí)層序中的高位體系域（HST）。相關(guān)文獻(xiàn)[6,22-23]顯示大塘坡組下段底部年齡為665 Ma，南陀組頂部年齡為635 Ma，共經(jīng)歷30 Ma。結(jié)合松桃花垣區(qū)域民樂(lè)—下椿木剖面，大塘坡組底部至南陀組頂部厚度為240 m，本區(qū)四級(jí)層序時(shí)間范圍內(nèi)的地層厚度按照常規(guī)層序劃分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為0.8～8 m，但由于標(biāo)準(zhǔn)剖面也無(wú)法準(zhǔn)確的反映研究區(qū)內(nèi)每一處的地層發(fā)育情況，因此該厚度范圍應(yīng)存在一定程度的浮動(dòng)。本次研究取厚度0.1 m 以上的巖礦特征為標(biāo)志，在地層對(duì)比基礎(chǔ)上，選取北部ZK9-10 鉆孔（圖3a）以及南部ZK19-9 鉆孔（圖3b）作為代表井，建立四級(jí)層序格架。民樂(lè)礦區(qū)大塘坡組下段下亞段一般可分為4～5 個(gè)四級(jí)層序，條帶狀、密集條帶狀、致密塊狀礦體以及黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾薄層錳條帶作為海侵體系域，水體相對(duì)較深；在各段錳礦之間夾雜的黑色炭質(zhì)頁(yè)巖作為高位體系域，水體相對(duì)較淺（圖3）。

圖3 民樂(lè)錳礦層序劃分方案（a）ZK9-10鉆孔層序劃分方案；（b）ZK19-9鉆孔層序劃分方案Fig.3 Sequence stratigraphic classification of the Minle manganese deposits(a)Sequence stratigraphic classification of the ZK9-10 well;(b)Sequence stratigraphic classification of the ZK19-9 well

4 三、四級(jí)層序控制的成礦期沉積過(guò)程

本節(jié)通過(guò)恢復(fù)成礦期三、四級(jí)層序的古地貌分析成礦期沉積過(guò)程。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)南華紀(jì)地層屬于青白口紀(jì)末期不整合之后的連續(xù)沉積，故可采用以巖相古地理和層序地層學(xué)特征為基礎(chǔ)的相對(duì)古地貌恢復(fù)思路[24-25]，其主要流程如下：1）根據(jù)研究區(qū)構(gòu)造演化特征明確恢復(fù)時(shí)期（圖4a）。2）古地理和層序特征確定沉積旋回（圖4b）。3）運(yùn)用巖性、礦物以及古生物標(biāo)志定性估計(jì)第一期最大水進(jìn)（海泛）面的水深（圖4c），用該水深作為高程，插值形成第一個(gè)沉積期的古地貌。4）以第一個(gè)沉積期古地貌為基準(zhǔn)，逐級(jí)累加各層厚度，確立各沉積期古高程，空間插值形成各沉積期古地貌，直至該層序的高位體系域結(jié)束為止（圖4d）。5）在經(jīng)歷了第一期“水進(jìn)—填平”旋回后，若為陸相沉積，則逐級(jí)層厚累加（圖4e）；若為海相沉積，則對(duì)每一個(gè)新的層序都重復(fù)3、4 兩步，直至連續(xù)沉積階段結(jié)束（下一期不整合面）為止（圖4f）。本次研究在礦區(qū)內(nèi)均勻選取大塘坡組沉積完整的鉆孔（不過(guò)斷層），在大塘坡組下段1段底部砂質(zhì)炭質(zhì)頁(yè)巖段厚度、2段厚度基礎(chǔ)上分別建立三級(jí)層序最大海泛面、三級(jí)層序高位體系域頂面相對(duì)古地貌模型；以大塘坡組下段由下到上四段礦層的厚度及礦體形態(tài)為依據(jù)建立四級(jí)層序中四次最大海泛面的相對(duì)古地貌模型。由于資料有限，本次研究中的水深及高程皆為假設(shè)值，只能展現(xiàn)出古地形的相對(duì)高低。

圖4 古地貌恢復(fù)流程Fig.4 The process of restoring ancient terrains

三級(jí)層序格架下的成礦期（大塘坡組下段）沉積過(guò)程可以簡(jiǎn)單概括為一個(gè)“最大海泛—填平”的沉積旋回。大塘坡組下段下亞段初期盆緣斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，斷陷盆地在較短時(shí)間內(nèi)快速形成并不斷沉降，可容空間增長(zhǎng)速率大于沉積物供給速率，水體不斷加深，還原性逐漸增強(qiáng)，動(dòng)蕩程度逐漸減弱直至密集條帶狀、致密塊狀菱錳礦形成；大塘坡組底層砂質(zhì)炭質(zhì)頁(yè)巖頂面為最大海泛面，其上為三級(jí)層序凝縮層體系域，發(fā)育安靜還原的深水環(huán)境，可容空間最大，水體最深（圖5a）；之后水體相對(duì)較淺，還原性降低，只能形成斷續(xù)錳條帶夾雜于黑色炭質(zhì)頁(yè)巖之中（圖3），直至不再有錳礦形成，凝縮層體系域結(jié)束；大塘坡組下段上亞段屬于高位體系域，沉積物供給速率超過(guò)可容空間增長(zhǎng)速率，盆地逐漸被填平。水體變淺、還原性降低，只能形成黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾星點(diǎn)狀黃鐵礦，水體動(dòng)蕩程度增加，一些鉆孔如ZK22-4、ZK8-16、ZK6-8 等可見(jiàn)淺色黏土、碳泥質(zhì)白云巖（圖5b）。

圖5 民樂(lè)礦區(qū)成礦期三級(jí)層序古地形變化（a）三級(jí)層序最大海泛面古地形；（b）三級(jí)層序高位體系域頂面古地形Fig.5 Ancient landform changes during the third order sequence of the mineralization period in the Minle mining areas(a)Ancient landform for the maximum flooding surface of the third order;(b)Sequence Ancient landform for the top of the high-stand system tract of the third order

四級(jí)層序格架下的大塘坡組下段下亞段沉積過(guò)程主要可分為四次“海侵—高位”旋回，每一次海侵規(guī)模不同，形成的礦體形態(tài)、厚度也不相同。第一次海侵由細(xì)砂巖、粉砂巖逐漸過(guò)渡至黑色炭質(zhì)頁(yè)巖和條帶狀菱錳礦，此時(shí)礦區(qū)處于富祿組的潮坪—潟湖沉積向大塘坡組海灣內(nèi)局限盆地轉(zhuǎn)變的過(guò)渡環(huán)境，還看不出明顯的盆地形態(tài)，南北地勢(shì)整體相似，均呈現(xiàn)“溝梁相間”的局面，水體較淺、還原性低，成礦能力不強(qiáng)，礦體多呈厚度不足1 m 的薄層條帶狀賦存在黑色炭質(zhì)頁(yè)巖中（圖6a）。第二次海侵水體深度增長(zhǎng)較多，水體較第一次更加安靜、還原性更強(qiáng)，黑色炭質(zhì)頁(yè)巖逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅軌K狀和密集條帶狀菱錳礦體，礦區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)“南淺北深”的格局，這也與該段錳礦的厚度變化趨勢(shì)相匹配，ZK7-12、ZK8-10、ZK5-14 等均發(fā)育厚層菱錳礦體。此時(shí)沉積環(huán)境已經(jīng)變?yōu)楹硟?nèi)局限斷陷盆地，礦區(qū)北部也展現(xiàn)出盆地中心相的地形特征（圖6b）。第三次海侵與第二次海侵類似，都是形成了較厚的致密塊狀和密集條帶狀菱錳礦體，經(jīng)歷高位填平之后，礦區(qū)南部深水范圍逐漸擴(kuò)張，整個(gè)礦區(qū)盆地形態(tài)以及“南淺北深”的趨勢(shì)更加明顯（圖6c）。第四次海侵已經(jīng)進(jìn)入大塘坡組下段下亞段2段，此時(shí)礦區(qū)仍處于海灣內(nèi)局限斷陷盆地環(huán)境，但水體與二、三次海侵相比已經(jīng)明顯變淺，局部如ZK22-4、ZK6-8 等還可見(jiàn)淺色黏土和白云巖，說(shuō)明水體動(dòng)蕩程度加劇，因此只能形成厚度不足0.1 m 薄層菱錳礦條帶斷續(xù)分布在黑色炭質(zhì)頁(yè)巖中。此時(shí)盆地已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)大范圍的填平現(xiàn)象，礦區(qū)北部也不再像二、三次海侵時(shí)那樣具有顯著的沉積中心，反而南部礦區(qū)水體相對(duì)北部礦區(qū)更深（圖6d）。

圖6 民樂(lè)礦區(qū)成礦期四級(jí)層序最大海泛面古地形（a）第一次最大海泛面古地形；（b）第二次最大海泛面古地形級(jí)；（c）第三次最大海泛面古地形級(jí)；（d）第四次最大海泛面古地形級(jí)Fig.6 Ancient landforms changes during different maximum flooding surfaces of the fourth order sequence from the mineralization period in the Minle mining areas(a)Ancient landforms of the first maximum flooding surface;(b)Ancient landform of the first maximum flooding surface;(c)Ancient landform of the third maximum flooding surface;(d)Ancient landform of the fourth maximum flooding surface;

5 層序地層學(xué)對(duì)于大塘坡式錳礦研究的意義

層序地層學(xué)是研究以不整合面或與之相對(duì)應(yīng)的整合面為邊界的年代地層格架中具有成因聯(lián)系的、旋回巖性序列間相互關(guān)聯(lián)的的地層學(xué)分支學(xué)科[10-11]。層序、體系域的幾何形態(tài)及地層疊置樣式是由海平面相對(duì)變化造成的，與沉積環(huán)境、體系聯(lián)系密切[26]。大塘坡式錳礦作為我國(guó)南方地區(qū)典型的海相沉積型礦產(chǎn)，其形成過(guò)程嚴(yán)格受到各級(jí)海平面升降以及巖相古地理環(huán)境的控制。因此，層序地層學(xué)可以作為解釋大塘坡式錳礦成礦期沉積過(guò)程、分析成礦規(guī)律、總結(jié)成礦模式的有效工具。此外，對(duì)于大塘坡式錳礦的成礦預(yù)測(cè)研究也經(jīng)常會(huì)涉及到成礦期的層序、體系域以及構(gòu)造—沉積環(huán)境識(shí)別與劃分，如何準(zhǔn)確地對(duì)比地層、建立層序格架以及如何建立各級(jí)層序及體系域的三維模型均對(duì)大塘坡組錳礦的成礦預(yù)測(cè)具有重要意義。

5.1 基于水體環(huán)境演變的成礦規(guī)律研究

大塘坡式海相碳酸錳礦形成于海灣內(nèi)局限斷陷環(huán)境中，安靜的深水還原環(huán)境是其形成的關(guān)鍵。成礦期（大塘坡組下段）多期海侵造成的水深、氧化還原環(huán)境以及水體動(dòng)蕩程度的變化產(chǎn)生了多層錳礦與黑色炭質(zhì)頁(yè)巖相間的現(xiàn)象[14]。由層序地層學(xué)角度分析水體環(huán)境的變化，對(duì)于研究成礦過(guò)程、總結(jié)成礦模式都有重要意義。以湘西北民樂(lè)成錳盆地為例，其成礦模式可以通過(guò)三級(jí)層序和四級(jí)層序兩個(gè)研究尺度共同解釋（圖7）。三級(jí)層序尺度解釋錳礦形成過(guò)程，而四級(jí)層序尺度則揭示了多期不同形態(tài)、厚度錳礦的沉積過(guò)程。在三級(jí)層序尺度中，凝縮層體系域產(chǎn)生之前的最大海泛時(shí)期（富祿組頂層、大塘坡組下段下亞段底部）快速構(gòu)造沉降產(chǎn)生了較大的可容空間，這為之后錳礦及黑色頁(yè)巖的沉積提供了空間上的保障。本區(qū)構(gòu)造演化特征顯示礦區(qū)西側(cè)的水田壩—當(dāng)路坪（F2）以及水田壩—高家灣（F1）斷層都屬于花垣—張家界斷層在研究區(qū)的分支斷層，在大塘坡期，屬于拉張斷陷環(huán)境中的同沉積斷層，控制著成錳盆地內(nèi)部地塹、半地塹的形成[13]。大塘坡組下段下亞段屬于三級(jí)層序中的凝縮層體系域，安靜的深水還原環(huán)境自下而上形成了黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾錳礦、錳礦體夾黑色炭質(zhì)頁(yè)巖以及黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾錳條帶沉積。大塘坡組上亞段屬于高位體系域沉積，此時(shí)水體在達(dá)到最深之后開(kāi)始逐漸被填平，動(dòng)蕩程度增加，不再利于錳礦的形成。

圖7 民樂(lè)錳礦成礦模式圖Fig.7 Metallogenic model of the Minle manganese deposit

三級(jí)層序中的凝縮層體系域（大塘坡組下段下亞段）在四級(jí)層序尺度上又可以大體分為四個(gè)“海侵+高位”的層序旋回（圖7）。大塘坡間冰期氣候溫暖濕潤(rùn)，藻類等微生物大量繁殖使得水中氧含量逐漸上升，微生物的新陳代謝以及盆地的不均勻沉降促進(jìn)了氧化還原界面的形成[27]，氧化還原界面之上的錳離子會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)形成錳氧化物，海侵活動(dòng)使得盆地內(nèi)上下水體發(fā)生交換作用，并會(huì)造成藻類等微生物的大量死亡，死亡的微生物會(huì)與錳氧化物一同沉入氧化還原界面之下的深水還原環(huán)境中，使其有機(jī)質(zhì)含量大幅增加[4]。，進(jìn)入深水還原環(huán)境中的錳氧化物分解形成錳離子，有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生碳酸氫根離子，二者結(jié)合形成碳酸錳沉淀（圖8）。之后的高位體系域中，水體變淺，達(dá)不到形成碳酸錳沉淀的水深和氧化還原條件，只能形成黑色炭質(zhì)頁(yè)巖覆蓋在之前形成的碳酸錳沉淀上。與此同時(shí)，淺層水體氧氣濃度增加，可以形成更多的氧化錳沉淀，為下一次海侵成錳提供物質(zhì)來(lái)源。通過(guò)間歇性的海侵與“通風(fēng)”[27]，形成多期錳礦與黑色炭質(zhì)頁(yè)巖互層沉積。不同期的錳礦的厚度和形態(tài)特征也受控于四級(jí)層序尺度的水體環(huán)境特征。四級(jí)層序格架中第一層序位于大塘坡組底部由富祿組砂礫巖向大塘坡組頁(yè)巖轉(zhuǎn)變的過(guò)渡時(shí)期，水體相對(duì)較淺，氣候正由寒冷向溫暖濕潤(rùn)轉(zhuǎn)變，氧氣濃度并不高[28]，難以形成大量錳氧化物，因此錳礦較薄且絕大多數(shù)均為條帶狀產(chǎn)出。第二、三層序位于大塘坡組下段下亞段的1 段中，海侵規(guī)模較大，錳質(zhì)充足，水體深、安靜且還原性強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)含量較高，形成礦體厚且多以塊狀、密集條帶狀產(chǎn)出。第四層序位于大塘坡組下段下亞段2段中，本段黑色炭質(zhì)頁(yè)巖中常夾雜白云巖、灰色黏土，水體較第二、三層序更淺，更動(dòng)蕩，不利于錳質(zhì)以及藻類的聚集，只能形成薄層錳條帶，局部可見(jiàn)塊狀和密集條帶錳礦產(chǎn)出（圖7）。

圖8 海侵對(duì)民樂(lè)錳礦形成的影響[27]Fig.8 The transgressive effect of the Minle manganese deposit mineralization[27]

5.2 對(duì)成礦預(yù)測(cè)的指示

層序地層學(xué)研究對(duì)于成礦預(yù)測(cè)具有重要意義，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面通過(guò)層序格架分析沉積過(guò)程得到的成礦規(guī)律可以為成礦預(yù)測(cè)提供理論指導(dǎo)，另一方面運(yùn)用劃分層序的控制點(diǎn)坐標(biāo)可以建立模型，進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。

層序格架中各級(jí)層序及其體系域都對(duì)應(yīng)著不同的水體環(huán)境和狀態(tài)，而反映這些水體狀態(tài)的巖性、地球物理、地球化學(xué)標(biāo)志都可以成為重要的找礦判別標(biāo)志[4,8]。以本文研究的湘西北民樂(lè)錳礦為例，三級(jí)層序格架中，大塘坡組下段按照巖性可劃分為凝縮層和高位域兩個(gè)體系域，凝縮層以黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、菱錳礦體為主。高位體系域雖然也沉積大量黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，但水體較淺，難以形成錳礦，淺色黏土、炭泥質(zhì)白云巖發(fā)育較多。由此可見(jiàn)，在民樂(lè)錳礦及其周圍區(qū)域，若是在鉆井或者野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾雜較多灰色黏土以及炭泥質(zhì)白云巖的特征，就說(shuō)明此段很可能屬于成礦期三級(jí)層序中的高位體系域，水體淺且相對(duì)動(dòng)蕩，不利于大塘坡式錳礦的形成。同理，若是發(fā)現(xiàn)了砂質(zhì)、炭質(zhì)頁(yè)巖以及細(xì)砂巖、粉砂巖，說(shuō)明該層有可能是成礦期四級(jí)層序第一次海泛之前的低位—海侵體系域，可判斷其上層有可能發(fā)育薄層條帶狀的碳酸錳沉積。此處介紹的是巖性標(biāo)志，其他類型的層序劃分標(biāo)志也同樣具有類似的指示作用。因此，在建立層序格架時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量多參考各種沉積環(huán)境判別的依據(jù)，將各級(jí)層序不同體系域之間的差別統(tǒng)計(jì)詳細(xì)，這樣才能為成礦預(yù)測(cè)提供更多的層序地層學(xué)方面的找礦標(biāo)志。湘渝黔地區(qū)作為大塘坡式錳礦主要賦存區(qū)域，在層序地層學(xué)研究方面并未達(dá)到非常精細(xì)的程度，目前找礦預(yù)測(cè)中應(yīng)用較多的是根據(jù)巖性特征建立的三級(jí)層序格架，認(rèn)為大塘坡式錳礦賦存于大塘坡組地層三級(jí)層序中的凝縮層黑色炭質(zhì)頁(yè)巖中[12-14]。目前的研究認(rèn)識(shí)很難解釋成礦期的沉積過(guò)程，達(dá)到精細(xì)找礦的目的。因此，若要得到更多層序地層學(xué)角度的成礦規(guī)率，還應(yīng)當(dāng)多結(jié)合物探、測(cè)井等當(dāng)下較為流行的層序地層學(xué)辨別手段[10-11]，總結(jié)更多的層序地層學(xué)找礦標(biāo)志，通過(guò)建立層序角度的成礦有利因素組合指導(dǎo)找礦和預(yù)測(cè)礦產(chǎn)分布。

運(yùn)用層序控制點(diǎn)建立二維、三維找礦數(shù)字模型進(jìn)行成礦定量預(yù)測(cè)目前也廣泛應(yīng)用于各類沉積礦產(chǎn)勘探之中，常規(guī)的層序建模并不復(fù)雜，剖面連接或者空間插值形成頂?shù)酌婧笙鄿p即可建立各級(jí)層序及體系域的體模型[29]。以民樂(lè)錳礦為例，三級(jí)層序凝縮層體系域模型、四級(jí)層序海侵體系域模型均與礦體對(duì)應(yīng)良好，都可以作為找礦數(shù)字模型投入到定量預(yù)測(cè)之中。不過(guò)，對(duì)于現(xiàn)今的三維地質(zhì)建模研究來(lái)說(shuō)，三維模型僅做到與礦體適當(dāng)匹配或者包含礦體是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，目前的研究更加重視三維地質(zhì)體的產(chǎn)狀以及頂?shù)酌娴恼鎸?shí)形態(tài)的反映。對(duì)于本文所述的民樂(lè)錳礦甚至整個(gè)湘西北地區(qū)來(lái)說(shuō)，目前鮮有專門針對(duì)層序以及沉積環(huán)境三維地質(zhì)建模技術(shù)的研究，筆者認(rèn)為隨著三維成礦預(yù)測(cè)技術(shù)未來(lái)在該區(qū)域逐漸普及，這一類研究也會(huì)成為一個(gè)新的熱點(diǎn)。

6 結(jié)論

（1）民樂(lè)錳礦大塘坡組下段地層三級(jí)層序體系域特征類型為“SS（凝縮層，大塘坡組下段下亞段）+HST（高位體系域，大塘坡組下段上亞段）”的組合，其中凝縮層通?？梢浴板i礦+頁(yè)巖”的沉積旋回為依據(jù)劃分為四個(gè)“TST（海侵體系域）+ HST（高位體系域）”四級(jí)層序。

（2）民樂(lè)錳礦沉積過(guò)程可以通過(guò)三級(jí)層序和四級(jí)層序兩個(gè)研究尺度共同解釋，三級(jí)層序尺度解釋錳礦形成過(guò)程，而四級(jí)層序尺度則揭示了多期不同形態(tài)、厚度錳礦的沉積過(guò)程。

（3）大塘坡組底部的砂體、砂質(zhì)頁(yè)巖以及上部的淺色黏土、碳泥質(zhì)白云巖等可指示水體環(huán)境的巖性標(biāo)志對(duì)于大塘坡式錳礦的賦存具有重要指示意義，可以作為大塘坡式錳礦成礦預(yù)測(cè)、三維地質(zhì)建模的依據(jù)。

致謝 感謝中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）陳建平老師的指導(dǎo)以及湖南省地質(zhì)調(diào)查院對(duì)本文給予的研究資料方面的支持。