遵義地區(qū)二疊系錳礦成礦物質(zhì)來源及成礦模式探討

向文勤

貴州省地礦局102地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563000

黔北遵義地區(qū)二疊系錳礦資源豐富，是貴州省內(nèi)僅次于黔東北地區(qū)的重要錳礦富集區(qū)及生產(chǎn)基地。劉巽鋒等【1】認(rèn)為其成礦時代為晚二疊世龍?zhí)镀?，但多?shù)學(xué)者趨向認(rèn)為是中二疊世茅口期【2～4】，陶平等【2】通過比較貴州及鄰區(qū)二疊系錳礦的地質(zhì)特征，指出含錳巖系為中二疊統(tǒng)茅口組白泥塘層。錳礦的形成作用和物質(zhì)來源的認(rèn)識大致可分為“陸源說”和“火山成礦說”。前者認(rèn)為，成錳環(huán)境主要發(fā)生在古陸邊緣，受限于陸緣淺?；驕\海陸棚環(huán)境，是常溫常壓下冷水沉積（包括藻類沉積）的產(chǎn)物【1】。后者則認(rèn)為，錳礦的發(fā)育與地槽發(fā)展早期階段的火山噴發(fā)有關(guān)，礦化發(fā)育在火山沉積巖系中。隨著海洋地球物理調(diào)查和研究的深入，海底熱水成礦說越來越受到人們重視【5～6】。一些研究表明，遵義地區(qū)二疊系錳礦為熱水沉積成因【2，7～10】]，并且錳質(zhì)來源與峨眉山玄武巖噴發(fā)關(guān)系密切【3】。然而，熱水沉積的熱源及成礦的物源來自哪里？是否與當(dāng)時的地幔熱柱活動有直接或間接聯(lián)系？目前還存在不少爭議。因此，本文基于前人研究成果，通過對貴州遵義二疊系錳礦床地質(zhì)特征詳細(xì)調(diào)查，分析遵義地區(qū)二疊系錳礦區(qū)的古構(gòu)造、巖相古地理條件及典型錳礦床地質(zhì)特征等，探討了成礦物質(zhì)來源和成礦模式，為該地區(qū)找錳工作提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

遵義錳礦區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上處于揚子準(zhǔn)地臺黔北臺隆的六盤水?dāng)嘞輲Ш妥窳x斷拱內(nèi)，跨揚子陸塊南部被動邊緣褶沖帶的鳳岡滑脫褶皺帶、畢節(jié)前陸褶皺帶和黔中隆起三個構(gòu)造單元【11】。中、晚二疊世之間的東吳運動，引發(fā)地幔熱柱成因的基性火山巖（峨眉山玄武巖）沿深大斷裂大規(guī)模噴發(fā)，是峨眉地幔柱演化晚階段巖石圈張裂延伸至上地慢，并發(fā)生橫向擴張的產(chǎn)物【12】。峨眉山玄武巖噴發(fā)于中二疊世茅口晚期至晚二疊世龍?zhí)对缙?，噴溢環(huán)境以陸相為主，具有多期次噴發(fā)特征。巖石組合主要為玄武質(zhì)熔巖及多層少量玄武質(zhì)火山碎屑巖，內(nèi)夾少量正常沉積巖。劉平等【7】認(rèn)為玄武巖噴發(fā)大致可分為前后兩個“噴溢時代”，前期噴發(fā)玄武巖主要位于中二疊統(tǒng)茅口組內(nèi)，后期噴發(fā)玄武巖主要呈巖被狀假整合于下伏茅口組和上覆龍?zhí)督M（或宣威組）之間。東吳運動引起地殼不均衡裂陷，也使碳酸鹽臺地發(fā)生了分異，形成了一條自云南宣威，經(jīng)貴州水城、納雍、黔西到遵義的北東向黔中臺溝【13】（圖 1）。貴州二疊系的錳礦則分布于此臺溝內(nèi)。錳礦區(qū)出露地層有南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、第四系，缺失泥盆系地層。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 含礦巖系建造特征

由于遵義錳礦的成礦時代歷來有爭議，因此不同研究者對含礦巖系的地層劃分、歸屬及命名也不盡一致。劉平等【7】對遵義錳礦區(qū)含錳巖系地層劃分沿革進(jìn)行歸納，將茅口頂部0 2m厚的黑色碳質(zhì)粘土巖及無煙煤層之上的粉砂質(zhì)粘土巖劃入龍?zhí)督M第一段，之下的“錳鐵層”與下伏“白泥塘層”一并歸入茅口組第二段，稱之為“茅口組第二段白泥塘-含錳巖系”。本次工作根據(jù)茅口組（P2m）巖性組合、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和巖相等將其分為以下三個巖性段：

茅口組第一段（P2m1）：灰、淺灰色厚層至塊狀生物灰?guī)r，生物灰?guī)r，并夾泥質(zhì)條帶灰?guī)r，偶夾白云質(zhì)灰?guī)r及燧石條帶、團塊，中上部具少量波狀-透鏡狀層理。富產(chǎn)蜓、腕足、珊瑚、有孔蟲、藻等化石。與棲霞組整合接觸。巖性厚度較為穩(wěn)定，厚110 130m；

茅口組第二段（P2m2）：根據(jù)巖性差異又可分為兩種建造類型：

A：碳硅質(zhì)灰?guī)r建造類型：巖性為灰、深灰、灰黑色薄至中厚層狀含碳、硅質(zhì)灰?guī)r，間夾薄層硅質(zhì)灰?guī)r少量，微細(xì)平行層理明顯，燧石條帶分布于層間，并由下往上逐漸增加，化石以放射蟲、海綿骨針為代表，腕足類、瓣鰓類、介形蟲產(chǎn)于下部，而腹足類、植物化石等則位于上部。厚43.43 88.70m。

B：灰?guī)r建造類型：即開闊臺地碳酸鹽巖沉積，分布在碳硅質(zhì)灰?guī)r類型以外的廣大地區(qū)，為淺灰色夾深灰色厚層塊狀石灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，含燧石團塊及條帶，在接近碳硅質(zhì)灰?guī)r類型時燧石條帶增加，且與灰?guī)r呈消長關(guān)系，遠(yuǎn)離碳硅質(zhì)灰?guī)r類型時燧石減少，灰?guī)r增加，并在近碳硅質(zhì)灰?guī)r類型時，有大量的生物化石構(gòu)成的化石層，富產(chǎn)蜓、腕足、珊瑚、瓣鰓等化石，厚40 50m。

茅口組第三段（P2m3）：根據(jù)巖性組合不同分為二種建造類型，一是灰?guī)r建造類型，巖性為較純的灰?guī)r組合，下部為淺灰、灰色厚層狀生物碎屑灰?guī)r，上部為淺灰白色厚層塊狀生物碎屑灰?guī)r，富產(chǎn)蜓，又稱蜓灰?guī)r，厚0 -50m。另一種為含錳巖系建造類型，巖性從下往上為含菱錳礦粘土巖、錳礦層、灰黑色含菱鐵礦粘土巖夾層狀菱錳礦、白色粘土巖。

遵義錳礦區(qū)含礦巖系為龍?zhí)督M第一段以及中二疊統(tǒng)茅口組第三段。根據(jù)巖性和層序?qū)⒑V巖系從上到下分為8個建造（圖2）：

⑧為深灰色薄至中厚層含硅質(zhì)灰?guī)r，中夾黑色燧石團塊及黃鐵礦結(jié)核，厚度為5m；

第一步，教師對本節(jié)教學(xué)的重點和難點及學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中存在的共性問題，通過講授、討論等方法進(jìn)行有針對性教學(xué)。

⑦黑色煤層，厚度為0.13m；

⑥灰白色粘土頁巖，含黃鐵礦細(xì)脈，厚度0.87m；

⑤灰、灰褐及灰黑色黃鐵礦質(zhì)水云母粘土巖，含少量砂屑，中下部含少量菱錳礦顆粒，微波狀層理，頂部為豆?fàn)铄i鐵礦，厚度為1.19m；

④灰、灰褐及灰黑色錳礦層。上部為黃鐵礦質(zhì)菱錳礦，菱錳礦呈沙狀、粒狀、少數(shù)呈礫狀，中部含黃鐵礦質(zhì)菱錳礦，鈣菱錳礦，厚度1.83m；

③灰至灰白色含菱錳礦及黃鐵礦質(zhì)粘土巖，上部含翠綠色粘土巖，厚度0.38m；

②黑色碳質(zhì)粘土巖，厚度0.05m；

①深灰色、黑灰色中厚層含碳碳質(zhì)灰?guī)r，厚度10m。

2.2 錳礦體（層）形態(tài)

2.3 錳礦石特征

錳礦石可分為原生錳礦和次生的氧化錳礦，以原生錳礦為主。原生錳礦石由碳酸鹽錳礦組成，有菱錳礦、鈣菱錳礦、錳方解石和黑錳礦等，次生氧化錳礦石有硬錳礦、軟錳礦和偏錳酸礦等。原生礦石主要結(jié)構(gòu)有碎屑結(jié)構(gòu)（多由菱錳礦、鈣菱錳礦、綠泥石等組成，亦見玄武巖和凝灰?guī)r的殘余結(jié)構(gòu)），次要有泥晶結(jié)構(gòu)、生物碎屑結(jié)構(gòu)。具條帶狀構(gòu)造、疊層石構(gòu)造、攪動構(gòu)造、蟲孔構(gòu)造等構(gòu)造特征。本次工作以遵義銅鑼井錳礦為例，分析了礦石沉積成巖各階段的礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及礦物組合特征，見表 1。根據(jù)礦石的化學(xué)組成可知，區(qū)內(nèi)礦石中含錳13%～20%，礦石屬低磷、高鐵、高硫的酸性礦石，具有 Mn/TFe小于 2.5（礦石中含較多黃鐵礦和少量菱鐵礦），CaO+MgO/SiO2+Al2O3小于 0.5的特點，造渣組分亦偏高。

表1 遵義銅鑼井錳礦礦石沉積成巖各階段的特征Table 1 The Tongluojing Manganese ore of Zunyi ore deposition diagenesis characteristics at each stage

3 錳質(zhì)的物質(zhì)來源探討

對于遵義錳礦的成礦物質(zhì)來源， 陶平等【14】及劉巽鋒等【1】在20世紀(jì)80年代先后作過探討，綜合近年來的研究進(jìn)展，綜合認(rèn)為，遵義錳礦物質(zhì)來源可能存在三種途徑： ①地幔熱柱強烈活動，在地幔柱的托升作用【15】，引起已存在的貴陽深斷裂、紫云-埡都深斷裂活動，由于地殼不均衡裂陷（拉張和同沉積斷裂的影響），在碳酸鹽臺地的基礎(chǔ)上發(fā)生了分異，形成了一條自云南，經(jīng)貴州水城-納雍-黔西-遵義的自西向北東向的黔中臺溝【13】，富硅、錳的熱液流體沿水城-納雍-黔西-遵義的北東向黔中臺溝通道運移，為遵義錳礦的沉積提供了物質(zhì)來源；②海底噴流出富含硅、錳質(zhì)熱液流體，沿著次生裂隙通道運移，在遵義臺溝形成噴流，其中的錳質(zhì)在熱海水的滲入作用下，不斷析出，進(jìn)入弱堿性的海水中，為錳礦沉積提供物質(zhì)來源；③貴州西部茅口期玄武巖噴發(fā)形成的玄武巖， 富含錳質(zhì)【1】， 一般 MnO 大于 0.12% ，高者0.135%～0.171%。因此，在龍?zhí)镀诮?jīng)強化學(xué)風(fēng)化作用下，可經(jīng)—剝蝕—搬運，淋濾出鐵、錳質(zhì)向遵義臺溝遷移、集中，帶入遵義瀉湖—潮坪環(huán)境中成礦。此外，亦有學(xué)者提出，貴州西部茅口期玄武巖噴發(fā)（海底噴流）物質(zhì)，通過海水運移至遵義臺盆， 使遵義地區(qū)白泥塘層富含錳質(zhì)（及硅質(zhì)），含錳1%～13% ，并且向上逐步增高至3.86% ，局部已次生富集為偏錳酸礦的礦體，此后因東吳運動抬升，受到大面積剝蝕， 造成白泥塘層錳質(zhì)帶入瀉湖潮坪中成為遵義錳礦的礦質(zhì)來源【2】。

綜合來看，成礦期的同生構(gòu)造活動（主要是峨眉地幔熱柱活動）及其引發(fā)的巖漿活動為錳質(zhì)聚集提供了前提，而玄武巖陸相噴溢或海底熱液噴流帶來的富錳物質(zhì)，以直接海解沉淀或風(fēng)化再剝蝕沉積的方式為遵義錳礦提供物質(zhì)來源。下文將重點探討具體的含錳物質(zhì)運移途徑及成礦模式。

4 礦床成因模式探討

我國南方錳礦成礦具有多時代性，但其共同點是均分布在大陸邊緣與拉張活動有關(guān)的沉積盆地之中【16】。揚子地臺周邊已知工業(yè)錳礦賦存的13 個層序（Pt3-T3）都與II級海平面升降周期的高水位準(zhǔn)周期相聯(lián)系，且其沉積構(gòu)造背景與盆地的拉張及其伴隨的火山噴出階段相對應(yīng)【17】。遵義地區(qū)錳礦的成礦為二疊紀(jì)中期，正是東吳運動時期，此時由峨眉地幔熱柱活動引起的在貴州、云南、四川等省大規(guī)模玄武巖噴發(fā)溢流，以及頻繁的海底火山爆發(fā)等事件，為錳礦提供了物質(zhì)來源。

遵義錳礦的礦石特征及地球化學(xué)性質(zhì)研究也表明，成礦物質(zhì)來源與峨眉山玄武巖有密切聯(lián)系。主要依據(jù)：①峨眉山玄武巖普遍具有較高的錳質(zhì)背景值，不同地點玄武巖樣品分析結(jié)果顯示，氧化錳含量較高值達(dá)0.35%，較低值為0.15%，平均為0.22%，具備錳質(zhì)富集成礦的物質(zhì)可能；②錳礦石中親鐵微量元素的含量較高，與峨眉山玄武巖微量元素特征相似。峨眉山玄武巖以含鈦高為特點，TiO2約4%，錳礦層中的粘土巖含TiO2也接近 4%。鈦的含量由基性巖到花崗巖，隨巖石基性程度降低遞減，至超基性巖中鈦含量亦減小【18】，含錳巖系中 TiO2的含量異常反映成礦物質(zhì)應(yīng)來自基性巖，即峨眉山玄武巖；③各含錳地層剖面中 Mn、V、Mo、P、Cr、Co、Ni、Zn、Ga、Be、Ca等11種元素的含量與玄武巖對應(yīng)元素的富集特征相同，且二者聚類分析譜系圖類似，說明遵義錳礦與玄武巖有著密切的親緣關(guān)系；④錳礦中的含鈦礦物組合（榍石、白鈦礦、鈦鐵礦、金紅石、銳鈦礦等）、硫化物礦物組合（黃鐵礦、白鐵礦、黃銅礦、含鈷鎳黃鐵礦、閃鋅礦等）以及其它礦物組合綠泥石、方解石、磁鐵礦、黑云母、磷灰石、鋯石、石英等，均與峨眉山玄武巖相似；⑤遵義錳礦石中見有泥晶火山碎屑、凝塊石等結(jié)構(gòu)， 殘余的玄武巖屑、凝灰?guī)r屑已被鈣菱錳礦交代。

上述證據(jù)表明，遵義二疊系錳礦的成礦物質(zhì)來源與峨眉山玄武巖關(guān)系密切，二者具有同源性。但問題是錳質(zhì)究竟是大陸峨眉山玄武巖風(fēng)化產(chǎn)物經(jīng)搬運在臺溝中堆積成礦還是由與峨眉山玄武巖噴發(fā)同期、同源的海底火山活動直接供給的？

陶平等認(rèn)為在多種可能的錳質(zhì)來源中，以白泥塘層所含錳質(zhì)遭受風(fēng)化剝蝕再沉積為主【2】。筆者在分析成礦期背景、成礦環(huán)境以及礦層巖石組合和含錳性的基礎(chǔ)上，認(rèn)為遵義二疊系錳礦的成礦物質(zhì)主要來自海底火山噴發(fā)引起的熱液（水）噴流沉積，而大陸峨眉山玄武巖風(fēng)化產(chǎn)物對錳礦成礦的貢獻(xiàn)較小。二疊系錳礦的成礦大背景是峨眉地幔熱柱的強烈活動，除大陸玄武巖大規(guī)模噴溢之外，還引起地殼受熱-拉張-變薄而形成一條北東向黔中臺溝，臺溝內(nèi)頻繁的海底火山噴發(fā)使大量富硅、錳的熱液流體即沿著臺溝斷裂運移，在合適的水介質(zhì)條件下沉淀成巖、成礦。遵義錳礦與同時期的水城、納雍等地的錳礦點均集中分布在臺溝內(nèi)，證明海底熱液噴流為遵義錳礦的沉積提供了物源。大量資料表明，茅口組第二段硅質(zhì)巖中普遍含錳質(zhì)，一般地段含錳為 0.15%～0.45%，局部地區(qū)地段可達(dá)8%～9%，這些含錳硅質(zhì)巖與錳鐵層為連續(xù)沉積【7】，同為熱水沉積產(chǎn)物。遵義錳礦主礦層下部，礦石具微細(xì)紋層構(gòu)造，中部見有攪動構(gòu)造，上部具明顯角礫狀構(gòu)造，暗示在錳礦形成過程中，具有熱流體上涌（或上噴）的特征；特別是，分布在錳礦區(qū)四周邊緣的硅質(zhì)角礫巖。更表明在茅口晚期，在東吳運動基性巖漿的噴發(fā)和侵位過中曾經(jīng)發(fā)生過熱流體的強烈噴發(fā)事件【9】。遵義錳礦礦層礦物組合包括錳方解石、含錳方解、石黃鐵礦、黃銅礦、藍(lán)銅礦、重晶石、電氣石、石膏等熱水沉積礦物【9，19】，表明錳礦為熱水沉積成因。此外，礦石稀土元素含量低、Ce虧損明顯、REE配分模式為右傾以及包裹體測溫為 90 275℃等地球化學(xué)數(shù)據(jù)【9，10，19】，對錳礦的熱水沉積成因提供了有力證據(jù)。

有人根據(jù)玄武巖及凝灰?guī)r的巖屑易于受到風(fēng)化的特點，以及錳礦層中存在較多的綠泥石、水云母和少量蒙脫石等玄武巖風(fēng)化、海解產(chǎn)物，認(rèn)為錳質(zhì)來自大陸玄武巖風(fēng)化后搬運至臺溝中沉積，這種認(rèn)識是不全面的。首先，錳礦沉積環(huán)境為臺溝，并非海岸過渡帶，距離大陸玄武巖距離較遠(yuǎn)，陸源玄武巖質(zhì)碎屑的供給有限。其次，錳礦層中碎屑沉積物大小懸殊、分選性差、外形不規(guī)則，不具有長距離搬運的特征。因此，遵義二疊系錳礦的成礦物質(zhì)主要來自深部，并且以強烈熱水（液）噴流形成沉積成礦（圖3）。

5 結(jié)論

遵義錳礦含礦巖系位于中二疊統(tǒng)茅口組第三段，巖性從下往上為含菱錳礦粘土巖、錳礦層、灰黑色含菱鐵礦粘土巖夾層狀菱錳礦、白色粘土巖。錳礦體（層）產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，礦石以原生錳礦為主，主要由碳酸鹽錳礦組成，屬低磷、高鐵、高硫的酸性礦石。遵義錳礦與峨眉山玄武巖在礦石特征、礦物組合、礦石結(jié)構(gòu)以及元素地球化學(xué)特征等方面具有相似性，表明成礦物質(zhì)與峨眉山玄武巖有關(guān)。在成礦期峨眉地幔熱柱強烈活動的大背景下，茅口組第三段硅質(zhì)巖的含錳性、錳礦石的熱水沉積標(biāo)志性結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦物組合以及微量元素、包裹體測溫等證據(jù)表明，遵義二疊系錳礦主要形成于海底火山噴發(fā)引起的熱液（水）噴流沉積，大陸峨眉山玄武巖風(fēng)化產(chǎn)物對錳礦成礦的貢獻(xiàn)較小。

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