湘西及鄰區(qū)早震旦世錳礦成礦規(guī)律探討

付勝云,謝小青

(1.湖南省地質(zhì)調(diào)查院,湖南 長沙 410011;2.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四○五隊(duì),湖南 吉首 416007)

湘西及鄰區(qū)早震旦世錳礦成礦規(guī)律探討

付勝云1,謝小青2

(1.湖南省地質(zhì)調(diào)查院,湖南 長沙 410011;2.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四○五隊(duì),湖南 吉首 416007)

錳礦床(點(diǎn))的分布大部分受揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)東南邊緣之武陵臺(tái)陷的控制,錳礦主要生成于濱海相的半局限海灣含錳頁巖亞相中,應(yīng)屬于暖溫帶—亞熱帶氣侯。分析此類礦床的成礦物質(zhì)來源、錳質(zhì)搬運(yùn)方式、錳質(zhì)沉積作用,對(duì)缺錳地區(qū)尋找類似錳礦床具有重要意義。

早震旦世;錳礦;成礦規(guī)律

0 前 言

湘渝黔錳成礦區(qū)域是我國重要的錳礦基地。湘西及鄰區(qū)出露地層齊全:與錳礦關(guān)系較密切的有上元古界板溪群、震旦系地層;與錳礦關(guān)系不密切的有古生界寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、三疊系,中—新生界白堊系及第四系地層。湘西地區(qū)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的上揚(yáng)子臺(tái)隆之東側(cè),即武陵臺(tái)陷主體的所在位置;北西與黔江臺(tái)拱相接,南東與雪峰臺(tái)拱毗連;區(qū)內(nèi)與錳礦關(guān)系較密切的褶皺為古丈復(fù)背斜、摩天嶺背斜、八斗山背斜等。早震旦世錳礦在湘西及鄰區(qū)分布廣泛;錳礦的建造類型甚多,包括碳質(zhì)含錳建造—硅質(zhì)、碳質(zhì)含錳建造—硅質(zhì)含錳建造,各類礦床既有相似性,又有特殊性,其形成條件也各具特色[1]。區(qū)內(nèi)湘錳期成礦錳質(zhì)主要來自海底火山,次為古陸風(fēng)化及火山活動(dòng)等,湘錳期有利的古地理、古構(gòu)造、古氣候環(huán)境組成三位一體,聯(lián)合控制了錳礦床的形成和空間展布[2]。

1 礦床地質(zhì)特征

1.1 含礦層特征

本區(qū)錳礦賦存于下震旦統(tǒng)湘錳組(Z1x)下段,該段黑色頁巖夾菱錳礦層即含錳巖系,巖性為黑色頁巖、黑色炭質(zhì)頁巖、黑色含錳質(zhì)頁巖,頂部時(shí)見云巖透鏡體,厚0～51.39 m,礦石平均品位為16.68%～24.23%。含錳巖系厚度越大,錳礦體越厚,品位增高,變化趨穩(wěn)定。含錳巖系中的黑色頁巖成分如果以伊利石為主,成分簡單,則有利于藻類和菱錳礦沉積,如果粉砂質(zhì)含量增高,水體能量增大,多形成條帶狀礦石,如果出現(xiàn)綠泥石和高嶺石,則難于形成工業(yè)礦體。

1.2 礦體特征

錳礦一般產(chǎn)于含錳巖系下部[3],中夾1～2層碳酸錳礦,僅湘西古丈野竹錳礦產(chǎn)于含錳巖系中上部,中夾1～3層碳酸錳礦。錳礦體系由若干似層狀、透鏡狀、層狀礦體緊密交錯(cuò)迭置而成,礦體與圍巖在總體上呈整合接觸,礦體產(chǎn)狀與頂?shù)装鍑鷰r基本一致。錳礦體距底板(即江口組頂界面或湘錳組底界)一般0.4～10 m。單個(gè)礦體變化較大,常有膨脹收縮,尖滅再現(xiàn),相互重迭現(xiàn)象。礦體直接頂板為含錳粉砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖夾少量菱錳礦條帶。礦體直接底板:為粉砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖夾細(xì)砂巖,含礫砂巖和云巖透鏡體。礦體頂、底板具有明顯的紋理構(gòu)造,局部可見交錯(cuò)層理等淺水標(biāo)志。

1.3 礦石自然類型

湘西北錳礦可分為原生錳礦石和次生氧化錳礦石兩大類。原生錳礦石主要為塊狀菱錳礦石和條帶狀菱錳礦石,次生氧化錳礦石主要為皮殼狀氧化錳礦石。

1.4 礦石礦物成分

礦石礦物組成一般較復(fù)雜,但主要礦物成分為含錳碳酸鹽系列礦物,其中原生錳礦石礦物成分主要為菱錳礦、氧化錳礦石礦物成分主要為軟錳礦、次為硬錳礦等;脈石礦物成分比較復(fù)雜,但主要由白云石、方解石、石英、伊利石等組成。特別是錳礦石常見黃鐵礦、次生石英等存在。

1.5 礦石化學(xué)成分

主要有用組分為Mn,其它元素?zé)o綜合回收價(jià)值,組成錳礦石化學(xué)成分主要為Mn、CaO、MgO、CO2,其次為SiO2、Al2O3、TiO2、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O、H2O、P2O5、C、S等,此外,有機(jī)質(zhì)占1%～4%。

1.6 礦石主要結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

原生錳礦礦石結(jié)構(gòu)主要有:(不等粒砂狀變形)內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)、顯微球粒結(jié)構(gòu),隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要有:皮殼狀、蜂窩狀、土狀和條帶狀構(gòu)造。

2 成礦規(guī)律

2.1 成礦空間規(guī)律

1)錳礦與含錳巖系和巖相序列的空間關(guān)系:湘、黔、川、鄂等省同類型錳礦床,均產(chǎn)于震旦系下統(tǒng)民樂組下段一黑色頁巖段下部。有錳礦分布的地段,必然有黑色頁巖存在,無黑色頁巖存在的地段則無錳礦產(chǎn)出;而且含錳巖系與錳礦層厚度具正相關(guān)關(guān)系,含錳巖系厚度大,礦層厚度亦大。

該類錳礦的空間分布與含錳巖系的巖相序列的關(guān)系也很密切。民樂礦區(qū)中心向四周分出四個(gè)巖相序列:A序列自下而上為:礫巖或角礫巖一粉砂質(zhì)頁巖、巖屑砂巖—粉砂質(zhì)黑色頁巖、含黃鐵礦黑色頁巖一條帶狀菱錳礦—黑色頁巖—塊狀菱錳礦—黑色頁巖夾錳質(zhì)條帶—黑色頁巖夾云巖及薄層粘土巖—云巖;B序列:含礫粉砂巖—黑色頁巖、含黃鐵礦黑色頁巖—塊狀或條帶狀錳礦層—黑色頁巖—云巖;C序列:粉砂巖—黑色頁巖—黑色頁巖夾錳礦條帶—黑色頁巖—云巖;D序列:粉砂巖—黑色頁巖—云巖。

由此可以看出,以A序列發(fā)育最完善,沉積韻律性顯著,依次往外發(fā)育越來越簡單,沉積韻律越來越單一。錳礦主要出現(xiàn)在A、B序列,C序列所夾錳礦條帶不具大的工業(yè)意義,D序列則無錳礦存在。其中尤以A序列所夾菱錳礦層數(shù)最多,厚度較大,品位較高。說明含錳巖系的厚度大小和巖相序列發(fā)育的完整程序,直接控制著礦床的空間分布。

2)錳礦與古構(gòu)造的空間關(guān)系:湘、黔、川、鄂邊境民樂式錳礦床(點(diǎn))的分布大部分受揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)東南邊緣之武陵臺(tái)陷的控制,尤其是工業(yè)意義較大的錳礦床,多集中分布于該臺(tái)陷的各種東北向臺(tái)凹所造成的半局限海盆地中,如民樂小盆地、大塘坡小盆地、古丈小盆地,其東南側(cè)都有構(gòu)造小凸起充當(dāng)障壁島,而與外海隔開,海水不很暢通,使盆地處于半封閉狀態(tài),有利于錳質(zhì)聚集,因而形成一些大、中型錳礦床。而南面的雪峰臺(tái)拱的控礦條件則遜于武陵臺(tái)陷,該臺(tái)拱在早震旦世是處于開闊的濱海一淺海地帶,缺乏封閉條件,不利于錳質(zhì)聚集,目前僅發(fā)現(xiàn)一些工業(yè)意義不大的錳礦點(diǎn)。

總之,武陵臺(tái)陷中各種北東向臺(tái)凹所造成的半局限海盆地控制著民樂式錳礦床的分布,民樂小盆地中的未補(bǔ)償(充填)凹地直接控制著民樂錳礦的形成。

3)錳礦與巖相古地理的空間關(guān)系:通過對(duì)巖相古地理的綜合分析,認(rèn)為湘、黔、川邊境錳礦的空間分布與成錳期海洋沉積環(huán)境中的各巖相帶有著密切的內(nèi)在聯(lián)系。錳礦主要生成于濱海相的半局限海灣含錳頁巖亞相中,由于該巖相帶屬于半局限海,水動(dòng)力條件較弱,錳質(zhì)不易散失,又具有堿性還原條件,所以生成為數(shù)眾多的大、中、小型錳礦床。而在濱海相的開闊海灘頁巖亞相中,由于成礦條件較差,僅形成少數(shù)不達(dá)工業(yè)要求的錳礦點(diǎn)。至于淺海相的開闊半淺海粉砂—泥巖亞相中則未形成錳礦。

民樂錳礦床直接受潮坪中—低能弱咸水瀉湖微相所控制,這一微相由內(nèi)向外有規(guī)律地依次出現(xiàn)三套巖類組合:灰色頁巖—黑色頁巖—菱錳礦礦石組合;灰色頁巖—黑色含黃鐵礦含菱錳礦條帶頁巖組合;灰色頁巖—黑色微含錳質(zhì)頁巖組合。它們由中心向邊緣呈環(huán)帶狀分布,錳礦生成于這一微相的中心地段,即第一巖類組合之中。

4)錳礦與古氣侯帶的空間關(guān)系:一般認(rèn)為外生礦床的空間分布受古氣候帶所制約,從古緯度資料得知,鄂、湘、川、黔的一些錳礦床,包括長陽錳礦床、民樂錳礦床、楊立掌錳礦床、溶溪錳礦床以及與民樂組下段相當(dāng)?shù)氖T楊家坪黑色頁巖層,大體處于一個(gè)緯度帶,緯度為20(°)～28.5(°),平均約24(°),應(yīng)屬于暖溫帶—亞熱帶氣侯,早震旦世民樂式錳礦床就分布于這一暖溫帶—亞熱帶內(nèi)。

5)錳礦與藻類生物的空間關(guān)系:在湘、黔、川的一些早震世民樂期錳礦床中,均發(fā)現(xiàn)豐富的藻類化石,如民樂錳礦石中主要含石囊藻科(Entophysalis)和色球藻科(Choococcaceae)的分子,這些化石藻類大多數(shù)已被礦化,其細(xì)胞腔的礦物質(zhì)為錳碳酸鹽系列的礦物,這是由于藻類具有濃集錳質(zhì)的機(jī)能所致。所以化石藻類發(fā)育的地段,菱錳礦顆粒就密集,錳品位就增高,反之,化石藻類貧乏的地段,菱錳礦顆粒就減少,錳的品位就降低?？梢娀孱惖陌l(fā)育程度也制約著錳礦的空間分布。

6)成礦區(qū)域的劃分;根據(jù)不同級(jí)別的大地構(gòu)造單元,礦床(點(diǎn))的特點(diǎn)及其分布,控制礦化的地質(zhì)因素,將湘西及其鄰區(qū)劃分I至V級(jí)成礦區(qū)(見圖1)。

圖1 湘西及鄰區(qū)早震旦世錳礦成礦分區(qū)

各級(jí)成礦區(qū)的界線與大地構(gòu)造相應(yīng)的單元界線大體一致[4]。

民樂礦田的礦床物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造在空間上的分布規(guī)律雖然不甚明顯,但礦床內(nèi)沿礦體的傾向和走向仍具有一定的分帶性:

a垂向分帶:本礦區(qū)雖屬礦物相單一的同生沉積碳酸錳礦床,但下礦層(Ⅰ礦層)以條帶狀菱錳礦石相為主;上礦層(Ⅱ礦層)以塊狀菱錳礦石相為主,沿傾向每延伸100～150 m則厚度減薄1 m的趨勢。礦層在地表出露地段,有不甚發(fā)育的次生氧化錳礦物相。

b水平分帶:從古丈—梵凈山蘊(yùn)礦帶看,大塘坡礦田(包括楊立掌、大屋、石塘、大塘坡等礦床),下礦層為主礦層,民樂礦田則上礦層為主礦層,似有由南西往北東方向主礦層部位有升高的趨勢。從民樂礦區(qū)看,下礦層(Ⅰ礦層)中心厚度較大,向邊緣逐漸變薄,以致相變?yōu)楹i頁巖。上礦層(Ⅱ礦層)則以中心向邊緣逐漸變薄,另在13張-19線淺部地段,厚度亦較大,而深部厚度較小,往南西厚度變薄,直至相變?yōu)楹i頁巖。

2.2 成礦時(shí)代的規(guī)律

民樂錳礦及同類型錳礦床形成于加里東成礦期的震旦紀(jì)成礦階段,早震旦世中期是錳礦的生成時(shí)代,民樂組含錳巖系,經(jīng)銣—鍶法同位素地質(zhì)年齡測定,全巖等時(shí)線年齡為728±27 Ma,湖北長陽古城含錳巖系的Rb-Sr全巖等時(shí)線年齡為739 Ma,二者基本一致,證明鄂湘川黔早震旦世錳礦是同一地質(zhì)時(shí)期形成的,這一時(shí)期是前寒武紀(jì)地史上最重要的成錳時(shí)期。該類錳礦床產(chǎn)于海侵巖系下部的層位中,各礦床與沉積間斷面的距離不盡相同,民樂錳礦與沉積間斷面相距30 m,一般產(chǎn)生于盆地構(gòu)造由活動(dòng)較變?yōu)榉€(wěn)定的轉(zhuǎn)折時(shí)期。震旦紀(jì)成礦階段有自己的成礦系列,在區(qū)域上由下而上依次為鐵礦—錳礦—磷礦,這種系列的出現(xiàn),歸根結(jié)底,是地殼成礦物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與演化的結(jié)果。

以上闡述的空間因素和時(shí)間因素是相互依存的,在成錳期并不是所有的地方都成礦,只有在一定的地層、構(gòu)造、巖相、古地理、古氣候等條件下才會(huì)成礦,表明時(shí)間和空間是彼此不能分割的,因?yàn)槲镔|(zhì)的運(yùn)動(dòng)與演化必定同時(shí)具有時(shí)間和空間兩個(gè)方面。

3 礦床成因初步探討

中國南方早震旦世大塘坡期錳礦的形成一直存在熱水成因、生物成因或化學(xué)成因的爭議。通過對(duì)貴州松桃早震旦世大塘坡期錳礦的碳、硫同位素和藻類化石的研究[5],認(rèn)為早震旦世大塘坡期錳礦是在700～695 Ma全球性Sturtian冰期后形成,由于大氣中含有很高的CO2與海洋中的Ca2+、Mn2+反應(yīng),造成大量CaCO3和MnCO3快速沉淀,形成“碳酸鹽巖帽”(碳酸錳)所致。

湘黔川鄂邊境同層位的錳礦稱為民樂式錳礦。該類型錳礦床均處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的上揚(yáng)子臺(tái)褶帶中,沉積盆地屬于淺水環(huán)境,含錳巖系一般不含硅質(zhì)層,錳礦床含磷高、含硫低,與湘潭及湘中一帶錳礦具有不同的特點(diǎn)。在民樂錳礦床中發(fā)現(xiàn)了豐富的藻類化石和火山碎屑,并對(duì)成礦控制因素和礦床成因進(jìn)行了研究探索,初步認(rèn)為民樂錳礦是以陸源為主兼有其他來源的海灣潮坪—瀉湖中化學(xué)及生物—化學(xué)沉積礦床。

3.1 成礦物質(zhì)來源

認(rèn)為主要來自陸源巖石的風(fēng)化析離,兼有來自沉積火山碎屑巖的海解作用和地殼深部的熱液。還可能有其他來源,如來自沉積風(fēng)化殼(即底板滲出礦質(zhì))等。

3.2 錳質(zhì)搬運(yùn)方式

由于錳質(zhì)是以陸源為主多來源的,成礦物質(zhì)的般運(yùn)方式也是多樣的。來自陸源的錳質(zhì)主要是河流搬運(yùn),其搬運(yùn)形式又與古大氣圈、水圈的性質(zhì)有關(guān)。來自海底火山作用的錳質(zhì),其搬運(yùn)方式先是海洋底流,后是波浪和潮流,在海底火山活動(dòng)時(shí),噴出大量的細(xì)凝灰質(zhì)和火山灰塵,這已被礦床本身存在這種火山物質(zhì)所證實(shí)。來自地下深處的錳質(zhì),主要是一種高礦化度、高能量的熱水溶液,沿深斷裂的通道上升進(jìn)入盆地。根據(jù)地殼深處和上地幔的研究,上升熱液中的錳質(zhì)主要呈重碳酸錳的形式,因?yàn)榈叵律钐帀毫艽?又是一個(gè)完全封閉的條件,所以重碳酸鹽可以一直從深處上升到地表而進(jìn)入海盆。

3.3 錳質(zhì)沉積作用

成礦期為潮濕的亞熱帶氣侯,當(dāng)時(shí)大氣圈,水圈是一個(gè)富CO2,貧O2的還原環(huán)境;菱錳礦形成的pH值一般為>7～8,最高為8.5,Eh值以負(fù)值為主;成礦盆地為近岸的海灣潮坪—瀉湖;潮坪—淀湖又處于半局限狀態(tài),盆地內(nèi)發(fā)育著大量的藍(lán)藻生物。當(dāng)河流、海流(深部)熱流攜帶的錳質(zhì),以重碳酸錳形式進(jìn)入潮坪—瀉潮后,增加了盆地礦物質(zhì)總濃度,重碳酸錳越聚越多,就要發(fā)生沉積作用。由于礦石中菱錳礦呈微細(xì)泥晶結(jié)構(gòu)和藍(lán)藻化石細(xì)胞已經(jīng)礦化的特點(diǎn),按照碳酸鹽沉積理論,其沉積方式為二:一部分菱錳礦由于化學(xué)作用直接從水體中沉積,一部分是藻類死亡后堆積。

[1] 湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)局.湖南省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1988.

[2] 吳迎春.湖南團(tuán)山-牛坡頭湘錳期錳礦成礦規(guī)律及找礦方向[J].華南地質(zhì)與礦產(chǎn),2002,(4):12-14.

[3] 付勝云.湖南花垣-古丈錳礦床地質(zhì)特征及找礦方向[J].中國錳業(yè),2005,23(1):23-25、37.

[4] 唐世瑜,吳世芳,謝小青,等.湖南省花垣縣民樂錳礦地質(zhì)特征和成礦規(guī)律研究報(bào)告[R].湖南省地礦局四○五隊(duì),1985.

[5] 楊瑞東,歐陽自遠(yuǎn),等.早震旦世大塘坡期錳礦成因新認(rèn)識(shí)[J].礦物學(xué)報(bào),2002,(4):20-24.

A Study on the Western Hunan and Neighbouring Area Zhendan World Manganese in Ore Mineralization Rule Pays Early

FU Sheng-yun1,XIE Xiao-qing2

(1.Hunan Province geological investigation courtyard,Changsha,Hunan 410011,China;2.Hunan Province geological investigation courtyard lucky f irst minerals Geological survey,Jishou,Hunan 416007,China)

The manganese ore deposit(spot)in the distributed majority of the control which Wuling edge falls the Yangzi paraplatform southeast.The manganese ore of main generation to the littoral facies about half limitation bay,including the manganese shale subfacies,should belong to a warm temperate zone of subtropics climate,the fossil algae in growth land sector.The rhodochrosite pellet is crowded,the manganese personal status advances. The analytical study of this kind of ore deposits origin and mineralization rule,then it seeks for the similar manganese ore deposit to lack the manganese area finds to have its important meaning.

Manganese ore;Mineralization rule;Western Hunan and neighbouring area

book=52,ebook=52

P618.32

B

1002-4336(2010)03-0030-04

2010-03-22

付勝云(1965-),男,湖南寧鄉(xiāng)人,高級(jí)工程師,主要從事野外一線的礦產(chǎn)勘查及礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查工作,E-mail: 741212046@qq.com.