湘中南二疊系錳礦成礦地質(zhì)特征及找礦方向

摘 要:強(qiáng)烈的加里東運(yùn)動不僅使湖南境內(nèi)的江南古陸定型，而且還在江南古陸東南緣的湘中南地帶造就了一系列北東向為主的褶皺、斷裂及與之交織成網(wǎng)的北西向斷裂，這些具長期活動性的基底斷裂，控制著湘中南地區(qū)的古地理和沉積環(huán)境。特別是中二疊晚期，邵陽—新寧、祁陽－零陵、耒陽一郴州一帶的臺盆對錳礦的空間分布具有重要的控制作用，控制整個湘中南區(qū)二疊系孤峰組沉積錳礦的分布，這些錳礦床在成礦地質(zhì)條件等方面具有很相的特點。文章通過實際工作與分析湘中南地區(qū)中二疊晚期的基底構(gòu)造、巖相古地理環(huán)境等成礦地質(zhì)條件的研究，對錳礦成礦規(guī)律提出了一些新的認(rèn)識，并對該區(qū)今后錳礦找礦方向提出了初步認(rèn)識。不僅對開展湘中南地區(qū)碳酸錳礦勘查具有引導(dǎo)作用，而且對勘查、開發(fā)湘中南地區(qū)的碳酸錳礦資源，具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義。

關(guān)鍵詞:成礦地質(zhì)特征 湘中南地區(qū) 成礦規(guī)律 找礦方向

中圖分類號:P618文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0056-03

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湘中南地區(qū)位于揚(yáng)子板塊與華夏板塊縫合帶之南東側(cè)的華夏板塊內(nèi)，分布于東經(jīng):110°45′～113°30′，北緯:25°15′～27°20′，地理展布于城步—洞口—新化一線以東及新化—湘鄉(xiāng)—醴陵一線以南，即“雪峰弧”之南東，其西界基本與“雪峰弧”東南界一致(圖1)，屬我國南嶺成礦帶的中段北緣。大地構(gòu)造發(fā)展演化[1]中經(jīng)歷了加里東運(yùn)動(O3—D1)、印支運(yùn)動(T1—T3)、燕山運(yùn)動(J—K)等幾次強(qiáng)烈的褶皺運(yùn)動。

奧陶紀(jì)以前，本區(qū)一直處于大活動性的邊緣海槽盆拗陷，接受巨厚的濁流沉積。中志留世末，席卷湖南全省的加里東造山運(yùn)動，使南華地塊的南半部與北半部在連縣—安遠(yuǎn)一線發(fā)生碰撞拼接而致使華南南嶺拗拉槽全部褶皺回返，形成前泥盆紀(jì)南嶺東西向構(gòu)造帶。加里東運(yùn)動造成區(qū)內(nèi)前泥盆紀(jì)地層中形成大量緊閉—同斜褶皺與韌脆性走向逆斷裂，同時形成部分NW向平移斷裂(如邵陽—郴州斷裂)。在武陵、雪峰期成生發(fā)展的陽明山—塔山緯向隆起帶，在本期發(fā)展定型，斜貫湖南全省的灰湯—新寧大斷裂、長壽街—雙牌大斷裂在本期開始活動，這些早期構(gòu)造的存在，在很大程度上控制了中生代構(gòu)造-巖漿活動格局。加里東造山運(yùn)動還形成了白馬山、吳集、東洛、雪花頂、越城嶺等志留紀(jì)大型花崗巖體。

加里東造山運(yùn)動之后，全省隆起成陸，湘中南從晚元古代至早古生代一直處于活動性大、沉降幅度大、以雜陸屑復(fù)理式建造為主的邊緣海槽盆的歷史也宣告結(jié)束。由于地?zé)?、?gòu)造應(yīng)力調(diào)整，從而出現(xiàn)夷平作用為主導(dǎo)的外力地質(zhì)作用，在未完全準(zhǔn)平原化的情況下，古特提斯洋打開，湘中南區(qū)成為陸表海環(huán)境。由于陸表海受近南北向基底隆凹地形和北東、北北東向斷裂活動控制，使淺海呈“臺”、“盆”相間的古地形地貌，控制了晚古生代的巖相分布。

中二疊世早期，本區(qū)接受半封閉的淺海沉積;中二疊世晚期(即茅口期)，顯著的受白馬山—龍山—醴陵東西向穹斷帶形成，造成湖南沉積分異明顯，大致以北緯27°20′，即新化、湘鄉(xiāng)、醴陵一線為界，分為兩個沉積區(qū)，北為茅口組沉積區(qū)，屬開闊臺地碳酸鹽沉積，南為孤峰組沉積區(qū)，屬海水較深、環(huán)境安靜的臺盆硅質(zhì)巖相沉積。中二疊世末期，東吳上升影響全省發(fā)生海退，茅口組分布區(qū)大多隆起成陸，孤峰組分布區(qū)則海水變淺，至晚二疊世，地殼有所抬升，海平面升高，陸源物質(zhì)很少注入，以內(nèi)源沉積為主，在湘中南的大部分地區(qū)形成水動力極弱的還原或弱還原環(huán)境的臺盆。

早三疊海侵是晚二疊世海侵的延續(xù)和發(fā)展，湖南全省海域連為一片;中三疊世“江南古陸”向南北兩側(cè)擴(kuò)展，南海岸線達(dá)到本區(qū)衡陽—零陵一線以南，結(jié)束了湖南長期以來的海浸歷史。

由于地殼發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺運(yùn)動，自早三疊世末期至晚三疊世晚期，巖漿強(qiáng)烈活動，又一次沿深大斷裂帶上侵，成生了高坪、龍山、紫云山、關(guān)帝屆、陽明山、塔山等三疊紀(jì)巖體。

本文闡述的永州市零陵區(qū)米篩井錳礦區(qū)，就位于湘南與廣西接壤的石灰沖—米篩井向斜之南段。

2 成錳盆地構(gòu)造特征

湖南位于揚(yáng)子板塊與華夏板塊縫合部位，湘中南則位于華夏板塊內(nèi)。早古生代以前該板塊由一系列的塊體拼接而成，因此在區(qū)內(nèi)發(fā)育著一系列規(guī)模不等的斷裂帶。根據(jù)湘中南的沉積建造、地層特征、變質(zhì)變形及巖漿活動，結(jié)合重、磁力場等地球物理資料，本區(qū)的較大深斷裂構(gòu)造主要有:北東向的溆浦—城步巖石圈斷裂帶(F1)及與之平行接近重合的地殼仰沖斷裂帶、灰湯—邵陽—新寧大(F2)長壽街—雙牌大斷裂(F3)、常寧—江華深斷裂帶(F4)、茶陵—臨武逆沖斷裂帶(F5);北西向發(fā)育的有新寧—藍(lán)山斷裂帶(F7)、陽明山—香花嶺斷裂帶(F8)、邵陽—郴州深斷裂帶(F9)、湘鄉(xiāng)—安仁斷裂帶(F10)等。這些不同方向的斷裂構(gòu)造帶將本區(qū)切割成大小不同的菱形塊體(圖1)。

上述北東向構(gòu)造形跡大多成生于加里東期或更早，少部分則是沿襲早期北東向構(gòu)造形跡，在海西、印支期成生和發(fā)展的，在后期的地殼運(yùn)動過程中多期次活動，地表構(gòu)造形跡較清;而北西向構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)為隱伏性質(zhì)，地表僅發(fā)育規(guī)模較小的次級斷裂而形跡顯示不太清晰。但各種跡象表明該斷裂確實存在，如區(qū)域上邵陽—郴州大斷裂長220km，寬10～20km，走向320°左右。斷裂帶在布加重力異常圖上呈NW—NNW向橢圓形重力負(fù)異常，異常值變化范圍為-35～-6-Gal，區(qū)域磁異常圖上表現(xiàn)為NW向串珠狀異常，強(qiáng)度0～60nT(饒家榮等，1993)。特別是形態(tài)狹長的大義山巖體(主體于中侏羅世侵位)沿斷裂線展布，明確反映出深部NW向斷裂對巖漿活動的控制(伍光英等，2000)。該斷裂帶對震旦紀(jì)—泥盆紀(jì)的巖相古地理環(huán)境有明顯的控制作用。斷裂北東面，震旦紀(jì)—奧陶紀(jì)為活動陸緣近源濁積盆地，早奧陶世盆地擴(kuò)張為次生海盆地，中晚奧陶世又轉(zhuǎn)為陸屑濁積盆地。斷裂南西面，震旦—奧陶紀(jì)為活動陸源遠(yuǎn)源濁積盆地，出現(xiàn)深水炭硅泥質(zhì)沉積，伴有海底火山巖噴發(fā)。加里東運(yùn)動之后的泥盆紀(jì)，斷裂控制了沉積盆地的古斜坡帶。以上表明，該斷裂在加里東期即有活動。對湘中南地區(qū)二疊系錳礦的分布起著很關(guān)鍵的控制作用。

中三疊世末，印支期主幕安源運(yùn)動發(fā)生，在省內(nèi)廣大地區(qū)強(qiáng)烈褶皺造山，使本區(qū)上古生界和下中三疊統(tǒng)發(fā)生過渡型及緊閉線型褶皺及壓性、壓扭性斷裂，從此成生、發(fā)展并了定型省內(nèi)的南北向構(gòu)造、祁陽山字型構(gòu)造和晚期華夏系構(gòu)造。區(qū)內(nèi)以三疊系地層為核部地層、軸向近南北向的多個向斜也由此成生并定型(圖1)。燕山運(yùn)動結(jié)束了本區(qū)的沉積歷史。燕山運(yùn)動在本區(qū)表現(xiàn)特別強(qiáng)烈，巖漿活動多沿基底斷裂構(gòu)造發(fā)育，從東向西逐步減弱。

總之，從總體分析，湘中南各個時期的巖相分布和礦源層的產(chǎn)出，均與基底斷裂構(gòu)造的分布及其活動密切相關(guān)，由于基底斷裂帶的活動控制了該區(qū)的古地理面貌，從而控制了礦源層沉積盆地的形成，導(dǎo)致后期錳礦床的分布及質(zhì)量的優(yōu)劣。

3 巖相分布及其含礦性

加里東運(yùn)動結(jié)束后，湘中南從晚元古代至早古生代一直處于活動性大、沉降幅度大、以雜陸屑復(fù)理式建造為主的邊緣海槽盆的歷史也宣告結(jié)束。并使全省隆起成陸，至中泥盆世早期，來自西南方向的華南海侵，使本區(qū)重新淪陷為濱海接受沉積;至晚泥盆世末，本省普遍海退，基本形成了北部白馬山—龍山串珠狀窿起，西南越城嶺——牛頭寨——四明山串珠狀隆起，東部彭公廟—萬洋山串珠狀隆起，南部金雞嶺——騎天嶺串珠狀窿起，中部衡山、關(guān)帝廟、陽明山－塔山串珠狀水下隆起，邵陽盆地西為雪峰古陸，各隆起間有線狀海盆相通，成為海水流動的通道。邵陽、零陵、郴州地區(qū)成為三個拗陷的半封閉淺海盆地(圖2)。沉積了一套灰質(zhì)夾硅質(zhì)薄層與團(tuán)塊地層。早二疊世晚期，本區(qū)屬臺盆，下部沉積了一套深灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主的碳酸鹽巖，稱為棲霞組(P2q);上部沉積了一套富含鐵錳質(zhì)的硅質(zhì)巖、碳酸鹽巖和泥巖，稱為孤峰組(P2g)，厚12～124m。同時，在孤峰期，由于相鄰古陸及火山活動區(qū)的物質(zhì)，經(jīng)強(qiáng)烈化學(xué)分解形成氧化硅、錳、鐵流入海盆，加之海水表層、海底分別繁育大量放射蟲、硅質(zhì)海綿，故形成錳(鐵錳)礦(圖3)。晚二疊世早期，接受含煤性差或不含煤碎屑、粘土沉積;至晚期，海水進(jìn)退頻繁，形成一套含煤的砂、泥巖沉積，含植物化石，稱為龍?zhí)督M上段或稱龍?zhí)督M含煤段(P3l)。晚二疊世晚期，祁零和邵陽盆地復(fù)為淺海，發(fā)育了一套深灰色石灰?guī)r，稱為大隆組(P3d)。由此可見，在二疊紀(jì)時，邵陽盆地、郴耒盆地與祁零盆地在沉積相和成礦規(guī)律上具有相似性，在巖相、古地理等條件上有利于海相沉積型鐵錳礦的形成。

4 礦床成因

4.1 錳質(zhì)來源

沉積盆地內(nèi)，同沉積的基底大斷裂，如:溆浦—城步巖石圈斷裂、灰湯—邵陽—新寧、長壽街—雙牌、茶陵—臨武、新寧—藍(lán)山、陽明山—香花嶺、邵陽—郴州等，它們在長期的活動過程中切穿地殼，將地殼深處及上地幔的錳質(zhì)導(dǎo)入盆地;此外盆地周圍古陸、盆內(nèi)隆起的老地層中含錳巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)，其中錳質(zhì)能在一定條件下以懸浮物或膠體溶液的形式聚集于盆地水介質(zhì)中。使沉積盆地具有廣泛的錳質(zhì)來源。

4.2 巖相古地理條件

中二疊世早期，“黔桂上升”使地殼發(fā)生差異性回升，海平面升高，本區(qū)接受半局限—開闊臺地相沉積;至中二疊晚期，在湘中南的一帶，盆地西北緊鄰江南古陸，內(nèi)有越城嶺、衡山、陽明山—塔山等水下隆起，古陸和水下隆起間則主要形成了邵陽、祁零、郴耒三大臺盆，臺盆內(nèi)海水較深、水動力極弱，成為還原或弱還原環(huán)境，不僅使物理作用減弱，陸源碎屑減少，沉積速度減慢，而且給錳質(zhì)的富集提供了充裕的時間和寧靜的環(huán)境，更多的錳質(zhì)進(jìn)入水介質(zhì)中，化學(xué)作用增強(qiáng)，清潔的水體又有利于生物的大量繁殖，在微生物的作用下使錳質(zhì)富集。

4.3 成礦機(jī)理

根據(jù)碳酸錳礦床的基本特征和產(chǎn)出地質(zhì)條件，推測在中二疊世孤峰期，湘中南盆地處于深大斷裂活動期，海底基底斷裂與海水構(gòu)成了一個海底熱水循環(huán)體系，當(dāng)下滲的循環(huán)海水，被深部上升的熱流體加熱，熱水淋濾萃取地殼中的錳質(zhì)沿海底裂隙上涌噴出海底，與陸源的細(xì)碎屑物形成條帶狀碳酸錳礦;在遠(yuǎn)離熱水通道的沉積盆地中，有機(jī)質(zhì)在氧化、腐解的過程中要消耗大量的自由氧和化合氧，且細(xì)菌等微生物的活動也要消耗氧，結(jié)果造成了含有大量有機(jī)質(zhì)，有機(jī)氣體H2S、FeS2的典型的缺氧還原環(huán)境，在pH6.48～7.2這一環(huán)境中Mn2+長期溶解、遷移和相對富集。在錳的成礦過程中，生物不僅可以從溶液中氧化和沉淀金屬氧化物，而且在富含CO2和HCO3的環(huán)境中，借助還原的Mn2+形成菱錳礦建造。在成巖過程中富含有機(jī)質(zhì)的沉積物不僅發(fā)生物質(zhì)重新分配、脫水作用及重結(jié)晶作用，而且還原、脫氨基、脫甲基、環(huán)化、歧化等也隨之發(fā)生，產(chǎn)生CO2和H2S，使在水盆地和底部沉積物中形成還原環(huán)境，并影響后來的生物和化學(xué)過程;釋放出的Mn2+在重結(jié)晶作用過程中交代碳酸鹽，使礦石品位提高，也可以與CO2結(jié)合形成MnCO3沉淀。

由此可見，海底基底斷裂中上涌噴出海底的錳質(zhì)是錳礦形成的主要物質(zhì)來源;生物，尤其是微生物在錳的成礦過程使錳重新分布并以一種新的形式富集，在有利的環(huán)境下形成品位較高的礦床。

5 找礦方向探討

(1)祁零盆地已知礦區(qū)(米篩井錳礦區(qū))的沉積碳酸錳礦僅產(chǎn)于二疊系中統(tǒng)孤峰組地層中，嚴(yán)格受二疊系中統(tǒng)孤峰組炭質(zhì)頁巖相和碳酸鹽巖相及硅質(zhì)巖—灰?guī)r相控制，與巖漿巖無關(guān);(2)湘中南區(qū)氧化堆積錳礦的礦源均為二疊系孤峰組含錳灰?guī)r或含錳硅質(zhì)灰?guī)r，而邵陽盆地和郴耒盆地在二疊紀(jì)孤峰戎的沉積古地理環(huán)境、巖相、含礦性等特征，均與祁零盆地已知礦區(qū)(米篩井錳礦區(qū))沉積古地理環(huán)境、巖相、含礦性等特征類同;(3)灰湯—邵陽—新寧(F2)、長壽街—雙牌(F3)、茶陵—臨武(F5)、新寧—藍(lán)山(F7)、陽明山—香花嶺(F8)、邵陽—郴州(F9)等深大斷裂與錳礦分布有關(guān)，距深大斷裂越近，成礦越有利;(4)整個湘中南地區(qū)，因風(fēng)化剝蝕較強(qiáng)，二疊系中統(tǒng)孤峰組含錳巖系零星分布(圖1)，僅保存在個別向斜構(gòu)造中，含礦向斜出露的核部地層，一般為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M—三疊系下統(tǒng)大冶組;有二疊系中統(tǒng)孤峰組含錳巖系出露地表的地方，一般都有開采錳礦的新老采場，可作為最直接找礦標(biāo)志;(5)湘中南地區(qū)尋找二疊系孤峰組碳酸錳礦的找礦方向應(yīng)放在“邵陽盆地”和“祁零盆地”以及“郴耒盆地”的二疊系孤峰組分布區(qū)。特別是緊鄰基底斷裂的交匯部位，找錳前景更佳。如邵陽盆地內(nèi)的聚保沖至隆回至灘頭向斜、黃泥塘向斜、高掛山至邵陽市向斜等;祁零盆地內(nèi)的米篩井向斜、東湘橋至蕎麥沖向斜、高溪市向斜等;郴耒盆地內(nèi)的黃沙坪至香花嶺向斜、大義山向斜、臨武至郴州至青江山向斜、青草坪向斜等，均具有巨大的找錳前景。

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