貴州遵義-納雍一帶寒武系黑色巖系中鉬鎳礦層的沉積特征

高軍波，魏懷瑞，劉 坤，譚代衛(wèi)，楊瑞東

（貴州大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，貴州貴陽550003）

貴州遵義-納雍一帶寒武系黑色巖系中鉬鎳礦層的沉積特征

高軍波，魏懷瑞，劉 坤，譚代衛(wèi)，楊瑞東

（貴州大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，貴州貴陽550003）

遵義-納雍一帶的鉬鎳礦主要產(chǎn)于下寒武統(tǒng)牛蹄塘組的黑色頁巖系中.通過對遵義金頂山新土溝鉬鎳礦剖面及納雍水東鉬礦區(qū)的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)鉬鎳礦主要以碎屑狀（竹葉狀）、星散狀、微層狀分布，碎屑具有明顯的定向排列，并具有波浪狀展布的特點.靠近礦層中上部，碎屑粒徑不斷變小，以一些黃鐵礦、黏土物質(zhì)為主，呈黃褐色、土黃色的星散狀、微層狀分布，其中富礦部位黃鐵礦十分發(fā)育，紋層較清晰；在礦層下部，發(fā)育一套熱水成因的粗晶灰?guī)r，下部見較多的熱水成因的透鏡狀、柱狀、結(jié)核狀碳質(zhì)體等構(gòu)造標(biāo)志.這些特征反映出該地區(qū)鉬鎳礦主要是在熱水（液）噴流沉積作用下形成.

沉積特征；有機質(zhì)；熱水（液）噴流；鎳鉬礦；貴州省

下寒武統(tǒng)牛蹄塘組的黑色頁巖在湘西北、黔北及黔東北分布較廣，該層厚度較大，層位穩(wěn)定.最早黑色巖系及相關(guān)礦床主要是作為生油源巖來進行研究，80年代以來，黑色巖系及黑色巖系礦床的經(jīng)濟意義不斷提升，由于其富含 V、U、P、Ni、Mo、As、Se、Re、Au、Ag、Pt、Pd、REE等許多有用元素，成為眾多學(xué)者研究的熱點.近年來許多學(xué)者對不同地區(qū)的鉬鎳礦床的物質(zhì)來源、成因進行了研究，但成因卻眾說紛紜：（1）生物地球化學(xué)成因下的同生沉積礦床［1-3］；（2）海底噴氣所形成的礦床［4-5］；（3）與巖漿、熱水及機械沉積有關(guān)的礦床［6］；（4）與海底熱水（液）噴流作用有關(guān)，同時伴隨著生物有機質(zhì)的吸附作用［7-13］.更多學(xué)者則認為是第（4）種成因.但從礦體的沉積結(jié)構(gòu)及構(gòu)造特征對礦床成因等問題進行研究的則相對較少.筆者主要是通過對遵義-納雍一帶鉬鎳礦沉積構(gòu)造、結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)野外調(diào)查和室內(nèi)研究，為該類型礦床熱水（液）噴流沉積成因提供更為簡潔、直觀的證據(jù).

1 區(qū)域地質(zhì)背景

早寒武紀時期所形成的這套黑色巖系在貴州境內(nèi)分布較廣，其厚度大，層位穩(wěn)定，主要以層狀假整合于下伏燈影組白云巖之上，巖性組合以黑色、灰黑色的頁巖、炭質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖及硅質(zhì)巖為主.本研究區(qū)位于貴州省西北部，從巖相古地理上來看（圖1），該地區(qū)在寒武紀早期屬于揚子陸棚海與江南邊緣海的過渡地帶，同時所形成的黑色巖系的空間分布受到一系列北東向、北北東向展布的區(qū)域性深大斷裂控制［14］，在區(qū)域構(gòu)造特征上屬于穩(wěn)定區(qū)向活動區(qū)過渡的部位［15］.由于受到區(qū)域環(huán)境差異及構(gòu)造運動的影響，遵義－納雍一帶的鉬鎳礦主要以層狀、似層狀或透鏡狀分布于下寒武統(tǒng)牛蹄塘組的黑色巖系之中，其含礦巖系為一套碳硅泥質(zhì)黑色巖系.因該地區(qū)鉬鎳礦體所處部位為揚子區(qū)后濱－遠濱相，水體相對較深，因而陸源物質(zhì)參與較少.

2 鉬鎳礦層區(qū)域分布規(guī)律

鉬鎳礦主要分布在揚子區(qū)近濱－遠濱相區(qū)的廣海斜坡相區(qū)，在找尋鉬鎳礦床時，應(yīng)該把重點放在控制黑色巖系分布的一些背斜構(gòu)造上［5］.這種沉積型的鉬鎳礦在貴州主要集中在黔中至黔北一帶，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)很多礦床.據(jù)樊正烈［16］統(tǒng)計，大中型2個，中型2個，中小型2個，小型3個，礦點及礦化點9個.其中大中型的礦床多數(shù)分布于牛蹄塘組黑色巖系底部（），位于磷塊巖之上.本次研究所選的遵義金頂山新土溝鉬鎳礦及納雍水東鉬礦也是位于該層位，其富礦部位距下伏燈影組白云巖約2～3m，主要以層狀、似層狀或透鏡狀產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀與圍巖基本一致，但礦體與圍巖的準確界線需靠化學(xué)分析來確定［16］.含礦巖系的礦物組合比較復(fù)雜，主要有黑色板狀碳質(zhì)巖、碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)黏土巖、粉砂質(zhì)黏土巖、細粒黃鐵礦型粉砂巖、鱗片狀頁巖、高碳質(zhì)頁巖及一些碳質(zhì)結(jié)核等組合而成.據(jù)易發(fā)成［17］對遵義金頂山下寒武統(tǒng)黑色巖系有機地球化學(xué)進行研究，在鉬鎳礦富集部位，其內(nèi)部礦物成分主要有黃鐵礦、閃鋅礦、毒砂、輝鉬礦、針鎳礦、砷鎳礦、輝砷鎳礦、輝銅礦、黃銅礦、方鉛礦等.鉬礦體主要以硫鉬礦的形式存在［18］.

總體而言，鉬鎳礦的分布比較穩(wěn)定，厚度及層位變化不大，含礦巖系及礦體內(nèi)部礦物組合比較復(fù)雜.

3 鉬鎳礦層沉積層序

遵義－納雍一帶分布的鉬鎳礦與下伏燈影組白云巖為假整合接觸關(guān)系，礦體中分布有較多的硫化物，其中以黃鐵礦居多，礦石主要以碎屑狀（竹葉狀）、星散狀、微層狀黃鐵礦構(gòu)造為主，紋層較發(fā)育.在礦體中下部所含的碎屑物質(zhì)具有明顯的定向排列，且具波浪狀展布的特點.靠近礦層上部，碎屑顆粒直徑逐漸變小，以一些黏土物質(zhì)為主，顏色表現(xiàn)為褐黃色、土黃色.可見一些黃鐵礦脈斜穿于黑色巖系之中.

鉬鎳礦層距燈影組白云巖2～3m，礦層主要呈層狀、似層狀或透鏡狀分布于黑色巖系之中.其沉積序列自上而下分為8個巖性段（圖2）.

（7）黑色鱗片狀碳質(zhì)泥巖：呈泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部含有少量細小的石英碎屑，局部可見黃鐵礦以細晶或微晶的形式呈微層狀、小透鏡狀分布，厚度大于30m.

（6）微層狀黃鐵礦型鎳鉬礦層：遵義一帶一般厚0.3m，納雍一帶厚約 0.15m.層理較發(fā)育，礦體主要以層狀、似層狀或透鏡狀分布于黑色碳質(zhì)巖系中，礦石主要以碎屑狀、竹葉狀、條帶狀分布，且內(nèi)部含有晶形較大且分布較多的黃鐵礦顆粒.其中黃鐵礦近似層狀分布，靠近富礦部位頂部，微層狀黃鐵礦發(fā)育，黏土物質(zhì)含量明顯增多，顏色呈棕褐色；從富礦部位底部往上，碎屑物質(zhì)逐漸減少，粒徑逐漸變細（圖3）.其中礦體內(nèi)部可見碎屑物質(zhì)呈波浪狀連續(xù)分布（圖3），且其長軸基本沿微層面呈定向排列.該層主要以黑色、灰黑色的黏土層、泥質(zhì)層、黃鐵礦層及鉬鎳礦層為主，最大的特點就是分布有較多的碎屑物質(zhì)，成分以碳泥質(zhì)、針鎳礦、硫鉬礦等為主，內(nèi)部可見黃鐵礦、閃鋅礦等顆粒，碎屑物質(zhì)粒徑在1～20 mm之間，形狀呈竹葉狀、小透鏡狀、結(jié)核狀，其長軸方向以層狀或波狀沿層展布，這些物質(zhì)多被一些黏土質(zhì)、粉砂質(zhì)、碳泥質(zhì)及鉬鎳礦所膠結(jié)，厚 0.15～0.3m.

（5）黑色碳質(zhì)巖夾透鏡狀碳酸鹽巖層：內(nèi)部含有泥晶～微晶狀的黃鐵礦，在靠近該層頂部，分布有一套粗晶灰?guī)r.該碳酸鹽巖在納雍一帶厚度相對較小，約為15 cm，其紋層較為發(fā)育，從下往上灰?guī)r結(jié)晶顆粒逐漸變細（圖 3）.遵義一帶該層較厚，約為 50 cm.厚度 1.5～1.7m.

（4）含大量透鏡狀、結(jié)核體碳質(zhì)層：在納雍鉆孔所取巖芯中較為清楚（圖3），直徑最大8 cm，最小1 cm，少數(shù)呈小的球體分布.結(jié)核體內(nèi)部含有較多的細晶－微晶的黃鐵礦，局部可見一些脈狀碳酸鹽穿插于黃鐵礦與泥巖層之中.厚度 0.8～1.1m.

（3）黑色含微晶－細晶黃鐵礦泥巖：該層紋層發(fā)育，黃鐵礦與黑色泥巖互層產(chǎn)出，局部可見少量碳質(zhì)、磷質(zhì)小結(jié)核.厚度 0.2～0.4m.

（2）含砂質(zhì)磷塊巖、磷質(zhì)白云巖：硅化較強烈，內(nèi)部含大量次生大氣淡水作用形成的滲流豆.厚度0.3～0.4m.

（1）風(fēng)化殼層：主要為一些土黃色的鐵質(zhì)、黏土質(zhì)物質(zhì)，厚度 0.1m.

（0）灰白色中厚層狀白云巖：層位屬燈影組，白云巖有硅化現(xiàn)象，時夾黑色碳質(zhì)泥巖，內(nèi)部可見呈脈狀、網(wǎng)絡(luò)狀分布的方解石.厚度大于5.0m.

4 鉬鎳礦層沉積結(jié)構(gòu)及構(gòu)造

通過野外實地調(diào)查和室內(nèi)研究分析，遵義－納雍一帶的鉬鎳礦層從底部向上，根據(jù)其沉積結(jié)構(gòu)及構(gòu)造特征可劃分為3種不同的類型，即：碎屑狀、竹葉狀構(gòu)造，星散狀構(gòu)造和微層狀黃鐵礦構(gòu)造.同時遵義－納雍一帶所分布的鉬鎳礦層的下部均發(fā)育粗晶灰?guī)r層，在不同地區(qū)其厚度略有變化.

4.1 碎屑狀、竹葉狀構(gòu)造

鉬鎳礦層底部物質(zhì)的堆積主要呈碎屑狀、竹葉狀（圖3），厚10 cm左右，這些碎屑物質(zhì)的長軸方向具明顯的定向排列.宏觀特征上具波浪狀展布的特點（圖3），是受到海底熱水（液）噴流時引起周圍水動力條件的改變所致.該層鉬鎳礦的含量最高.

在碎屑物質(zhì)之間，充填有較多的碳泥質(zhì)、粉砂質(zhì)（圖4）.碎屑物質(zhì)有些邊緣光滑，有些則成棱角狀，且大小不一.這是因為在熱水（液）噴流的初期階段，熱水（液）中攜帶的深部物質(zhì)較多，這些物質(zhì)能以較快的速率進行沉積、成巖.因噴流強度較大，噴流作用可帶動周圍水體運動，改變原有的水動力條件，對先期沉積但并未成巖的礦物質(zhì)、黏土質(zhì)等進行改造、運移、堆積，形成碎屑狀鉬鎳礦層.同時水體定向流動，使碎屑物質(zhì)隨之產(chǎn)生運動，迫使其長軸沿水流方向呈定向排列，宏觀特征上呈波浪狀展布.碎屑物質(zhì)重新堆積后，其間存在的空隙多被同期或后期的有機質(zhì)、黏土質(zhì)、碳泥質(zhì)所充填、膠結(jié).

4.2 星散狀構(gòu)造

在碎屑狀的鉬鎳礦石之上，即富礦部位中部，鉬鎳礦石主要以星散狀分布于鉬鎳礦之間或被一些黏土物質(zhì)及有機質(zhì)所包圍（圖4）.該層最大的特點就是物質(zhì)的分布不具層狀，局部呈小片狀展布.這主要是因為在海底熱水（液）噴流過程中，熱水（液）除了攜帶有鉬鎳硫化物外，還有其他一些熱水礦物、有機質(zhì)、粉砂質(zhì)、黏土物質(zhì)等，從而使得鉬鎳硫化物的濃度降低.同時該時期可能熱水（液）噴流強度相對較弱，礦物質(zhì)供給少，鉬鎳硫化物以星散狀分布于有機質(zhì)及黏土物質(zhì)之間，從而在宏觀形態(tài)上形成星散狀構(gòu)造特征.

4.3 微層狀黃鐵礦構(gòu)造

礦體上部礦石主要以微層狀黃鐵礦型鉬鎳礦為主（圖3）.該層鉬鎳礦含量相對較低，硫化物主要以黃鐵礦為主，構(gòu)造特征呈微層狀（圖4）.

在宏觀特征上該層最大的特點就是微層狀黃鐵礦層與碳泥質(zhì)、粉砂質(zhì)巖互層產(chǎn)出，紋層較發(fā)育，這可能是因為到了噴流作用的晚期階段，噴流強度大幅度減弱，或出現(xiàn)間歇式噴流沉積；由于其強度弱，攜帶的深部物質(zhì)含量相對降低，經(jīng)過噴發(fā)后，熱水（液）中攜帶的金屬硫化物由于比重相對較大首先沉積，粉砂質(zhì)、黏土質(zhì)及一些碳泥質(zhì)巖類因比重較小，沉積速率較慢，隨后發(fā)生沉積.這一時期的硫化物主要以黃鐵礦為主，鉬鎳硫化物含量較低，因此先期沉積的物質(zhì)主要為細粒黃鐵礦，其含量較大，混入物質(zhì)相對較少，呈微層狀分布.隨后黏土質(zhì)、碳泥質(zhì)緩慢沉積，形成碳質(zhì)泥巖層覆蓋在先期沉積的黃鐵礦脈之上.該作用多次循環(huán)，形成微層狀黃鐵礦與碳泥質(zhì)、粉砂質(zhì)巖以微層狀互層產(chǎn)出.

總之，遵義－納雍一帶的鉬鎳礦沉積，在結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征上表現(xiàn)出：碎屑狀、竹葉狀構(gòu)造－星散狀構(gòu)造－微層狀黃鐵礦構(gòu)造，這一沉積特征代表了熱水（液）噴流強度逐漸減弱的過程.

4.4 粗晶灰?guī)r層

該地區(qū)鉬鎳礦層與其他地區(qū)的鉬鎳礦層層序上最大的區(qū)別是：在距礦層底部約15 cm處分布有一套粗晶灰?guī)r，其厚度10～15 cm.粗晶灰?guī)r層由下至上礦物顆粒逐漸變小，靠近頂部呈微晶質(zhì)、黏土質(zhì)，與上覆碳質(zhì)頁巖呈過渡關(guān)系（圖3）.筆者對該層進行了鉆孔資料及顯微鏡下分析，其礦物組合主要以方解石為主，含量達到95%以上，其余為一些黏土物質(zhì)（圖4）.

黑色碳質(zhì)泥巖、硅質(zhì)巖組合是下寒武統(tǒng)主要的巖石類型，粗晶灰?guī)r層分布于上述巖石組合類型之中.近年來關(guān)于寒武系底部黑色巖系的成因已研究的較為深入，認為是在缺氧環(huán)境下，通過海底熱水（液）噴流而形成.貴州黑色巖系中分布有硅質(zhì)巖層.據(jù)張位華等［19］研究認為，硅質(zhì)巖主要形成于深水緩坡至淺水緩坡的滯流海環(huán)境中.海底熱水（液）噴流攜帶有H2O、SO2、CO2等揮發(fā)組分，引起海底嚴重缺氧和海水呈酸性特征.根據(jù)肖榮閣等［20］研究，發(fā)現(xiàn)碳酸鹽礦物的結(jié)晶與CO2有著密切的關(guān)系，深海區(qū)由于具較高的壓力（PCO2）時，碳酸鹽巖難沉淀，同時，海水呈酸性特征時碳酸鈣容易溶解，不利用碳酸鹽巖沉淀.由此我們推測遵義-納雍一帶黑色頁巖中粗晶灰?guī)r層是在非常規(guī)環(huán)境下形成，可能是海底噴流形成的產(chǎn)物.

5 鉬鎳礦成因分析

經(jīng)研究，多金屬富集層中的貴金屬及其他有用元素可能與海底熱水噴流有著直接的關(guān)系［7］，在強烈噴流的地段最有可能形成具有工業(yè)價值的礦床.通過對鉬鎳礦沉積結(jié)構(gòu)研究，礦體內(nèi)部發(fā)育類似海底噴流的熱氣浪底沉積所形成的波浪狀紋層［9］.礦石在礦體下部主要呈碎屑狀分布，且內(nèi)部碎屑顆粒基本趨于層狀分布，碎屑及角礫的長軸也沿礦層中的微層面呈定向排列，一定程度上顯示出因熱水噴流帶動深層海水流動所形成的特征，也可見明顯的結(jié)核狀、蠕蟲狀、短柱狀、透鏡狀（圖 3）等一系列熱水沉積的構(gòu)造標(biāo)志［21］；礦層上部則顯示間歇式噴流所形成的微層狀黃鐵礦與碳泥質(zhì)互層產(chǎn)出的特征.這些證據(jù)都表明這一地區(qū)鉬鎳礦的形成與海底熱水（液）噴流沉積有密切關(guān)系.

同時，在貴州下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色巖系底部發(fā)現(xiàn)了大型海綿類、雙殼類、菌類及蠕蟲類化石組合類型［9］.而生物、微生物及有機組分在黑色巖系型礦床的形成過程中又起到了重要作用［22］.下寒武統(tǒng)黑色巖系中的有機質(zhì)主要來自淺水臺地邊緣的藻類、凝源類及浮游動物［23］；而黑色巖系中所富含的有機碳和有機硫均在金屬富集層中的鉬礦層中達到了最大值［24］；黑色巖系中有機碳含量在一定程度與鉬鎳礦的富集有著正相關(guān)關(guān)系［12］.

總之，下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色巖系中分布的鉬鎳礦的形成與海底熱水（液）噴流及有機質(zhì)有著密切的關(guān)系，但海底熱水（液）噴流對鉬鎳礦的富集成礦貢獻較大，噴流中心往往是有利的多金屬富集成礦部位.

6 結(jié)論

通過對遵義-納雍一帶下寒武統(tǒng)鉬鎳礦的沉積結(jié)構(gòu)及構(gòu)造特征的野外實地調(diào)查和室內(nèi)分析研究，發(fā)現(xiàn)遵義-納雍一帶下寒武統(tǒng)鉬鎳礦具有海底熱水（液）噴流所形成的典型構(gòu)造特征：如鉬鎳礦層底部礦石為碎屑狀、竹葉狀構(gòu)造；中部為星散狀構(gòu)造；上部為微層狀黃鐵礦構(gòu)造.鉬鎳礦層顯示的碎屑狀、竹葉狀—星散狀—微層狀黃鐵礦構(gòu)造這一典型的熱水（液）沉積序列，反映熱水（液）噴流由強→弱的一個漸變過程.鉬鎳礦層具有的碎屑狀、竹葉狀—星散狀—微層狀黃鐵礦構(gòu)造，為該類型礦床的成因提供了更為簡潔、直觀的識別標(biāo)志.同時，通過鉬鎳礦層沉積構(gòu)造的研究，認為鉬鎳礦層是熱水（液）噴流沉積成因.

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SEDIMENTARY FEATURES OF MOLYBDENUM-NICKEL-BEARING STRATA IN THE CAMBRIAN BLACK ROCK SERIES IN ZUNYI-NAYONG AREA,GUIZHOU PROVINCE

GAO Jun-bo,WEI Huai-rui,LIU Kun,TAN Dai-wei,YANG Rui-dong

（College of Resources and Environment Engineening,Guizhou University,Guiyang 550003,China）

The Mo-Ni deposits in Zunyi-Nayong area of Guizhou Province occur mainly in the black shale series of Lower Cambrian Niutitang formation,with ores in clasts,specks and micro-veins.The Mo-Ni-bearing fragments represent clear orientation and undulate distribution.The upper part of the Mo-Ni bed is composed of brown fine fragments with pyrite and clay.At the lower part,the ore bed consists of Mo-Ni-bearing clasts and clay.The sizes of the fragments get finer from bottom to top of the bed.Macrocrystalline limestone is developed under the Mo-Ni bed.The characteristics of the Mo-Ni bed shows that the Mo-Ni deposits in the Niutitang formation is formed by hydrothermal eruption sedimentation.

sedimentary features;hydrothermal eruption;Mo-Ni deposit;Guizhou Province

1671-1947（2011）03-0234-06

P618.65；P618.63

A

2010－05－17；

2010-07-29.編輯：李蘭英.

貴州省優(yōu)秀科技教育人才省長專項目資金項目（黔省專治合字（2009）105號）和貴州大學(xué)博士點建設(shè)項目聯(lián)合資助.

高軍波（1985—），男，碩士研究生，從事沉積礦床科研工作，通信地址 貴州大學(xué)（蔡家關(guān)校區(qū)）資環(huán)學(xué)院礦床學(xué)09級2班，E-mail//gaojunbo1985@126.com

楊瑞東，E-mail//rdyang@gzu.edu.cn