貴州松桃新元古代大塘坡期錳礦熱水沉積構(gòu)造特征

何志威，楊瑞東，高軍波，程 偉，溫官國(guó)

(1.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025;2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局103地質(zhì)大隊(duì)，貴州 銅仁 554300)

貴州松桃錳礦區(qū)位于銅仁市松桃縣，經(jīng)過(guò)多年勘查研究，已成為我國(guó)重要的錳礦基地之一。松桃錳礦位于揚(yáng)子陸塊東南緣被動(dòng)大陸邊緣，自晉寧運(yùn)動(dòng)后，原本拼接一起的揚(yáng)子古陸與華夏古陸，由于活動(dòng)性差異明顯及周圍板塊活動(dòng)的影響，導(dǎo)致他們之間由碰撞擠壓體系轉(zhuǎn)化為離散拉張走滑體系，板塊的基底板溪群發(fā)生褶皺和斷裂，形成一系列NENEE向地塹式的同沉積斷裂、斷陷盆地及火山活動(dòng)，為錳礦的沉積提供了良好的場(chǎng)所。筆者運(yùn)用地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)及巖石學(xué)的研究方法，系統(tǒng)地總結(jié)松桃錳礦的沉積構(gòu)造特征及其規(guī)律，進(jìn)而分析礦床的成礦環(huán)境及成因，為松桃錳礦的進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

1 沉積特征

貴州松桃錳礦區(qū)礦體受地層控制明顯，呈層狀、似層狀或透鏡體狀，產(chǎn)于新元古代南華系大塘坡組第1段，礦層中普遍存在層間滑動(dòng)(圖1－J)，與頂、底板界線清楚(圖1－L)，呈整合接觸關(guān)系。含錳巖系主要由炭質(zhì)頁(yè)巖、含錳炭質(zhì)頁(yè)巖、菱錳礦層及有機(jī)質(zhì)炭質(zhì)頁(yè)巖等組成，礦物組成以碳酸錳為主，次為錳白云石、含錳方解石，黃鐵礦、石英、長(zhǎng)石、粘土礦物及炭質(zhì)有機(jī)質(zhì)，少量硫酸鹽(石膏、重晶石、磷灰石重礦物)等。主要發(fā)育有角礫狀、網(wǎng)脈、致密塊狀、條帶狀、紋層狀、破裂、薄膜等構(gòu)造。

1.1 角礫狀構(gòu)造

角礫狀錳礦為松桃錳盆地特有的1種礦石構(gòu)造類型，角礫磨圓度較差，大小不一，大為3 cm×5 cm，小為1 mm×1 mm，分布不均勻。主要成分為長(zhǎng)石或重晶石含量較高的泥質(zhì)白云巖(圖1－B)，長(zhǎng)石主要為鈉長(zhǎng)石，呈大顆?；蚱瑺?，偶見(jiàn)聚片雙晶，與石英呈聚斑或2者單獨(dú)呈斑晶產(chǎn)出，長(zhǎng)石斑晶的周邊參差不齊，呈港灣狀或受擠壓碎裂，有明顯的被溶蝕或交代現(xiàn)象，膠結(jié)物主要為重晶石、石膏、錳方解石、菱錳礦、白云石等組成，可見(jiàn)星散狀分布的黃鐵礦。

1.2 網(wǎng)脈狀構(gòu)造

此類構(gòu)造在錳礦石中比較常見(jiàn)，主要由方解石、重晶石、石英、黃鐵礦和石膏等集合體，交代碳酸錳及炭質(zhì)粘土或者充填在其裂縫中所形成，脈體大多呈寬窄不一的不規(guī)則狀、網(wǎng)狀，寬度為0.01～5 mm，個(gè)別可達(dá)8 mm(圖1－F)。

1.3 塊狀構(gòu)造

礦石致密堅(jiān)硬(圖1－A、D)，菱錳礦與錳方解石常呈致密均勻分布，部分塊狀礦石表面含大量磷質(zhì)、碳質(zhì)結(jié)核體，結(jié)核徑粒約1～10 mm，按結(jié)核體的形態(tài)來(lái)說(shuō)，有球狀、橢球狀、透鏡狀、倒滴水狀、云朵狀、管狀、裂隙狀及囊狀等不規(guī)則形態(tài)，石英方解石細(xì)脈較少發(fā)育(圖1－A)。

1.4 條帶(紋)構(gòu)造

松桃錳礦礦體中沉積層理很發(fā)育，因產(chǎn)地不同，層理厚度及成分不盡相同。常見(jiàn)有3種:a由菱錳礦組成的粗條帶，一般條帶厚度為3～10 mm，較為穩(wěn)定，條帶間多為極薄的碎屑巖(圖1－G)。顯微結(jié)構(gòu)下，菱錳礦與錳方解石定向排列成線狀，寬窄不一，與微粒石英加玉髓等互層;b細(xì)紋層菱錳礦與炭質(zhì)粘土巖互層，韻律非常好，炭質(zhì)粘土中含豐富浸染狀黃鐵礦或細(xì)黃鐵礦脈(圖1－I)，紋層寬度為0.1～3 mm，一般0.5～2 mm;c局部礦段顯示菱錳礦與硅質(zhì)巖互層(圖1－E)或夾硅質(zhì)巖透鏡體(圖1－J)，多顯示滑動(dòng)卷曲特征(圖1－H)。

1.5 破碎構(gòu)造和薄膜構(gòu)造

破碎構(gòu)造常見(jiàn)于礦層上部，礦石破碎、無(wú)層理，棱角發(fā)育，并見(jiàn)石英、方解石、石膏等礦物充填于礦石的破裂縫中(圖1－C);而部分條帶礦石表層分布炭質(zhì)或錳質(zhì)薄膜，構(gòu)成薄膜構(gòu)造(圖1－G)，多為成巖(礦)期同生變形構(gòu)造。

圖1 貴州松桃錳礦沉積構(gòu)造特征

2 討論

長(zhǎng)期以來(lái)，許多學(xué)者對(duì)于熱水沉積巖的沉積特征做了諸多研究，如廣西熱水成因重晶石礦(巖)構(gòu)造類型表現(xiàn)為條帶狀、紋層狀、塊狀等構(gòu)造［1］，廣東古水熱水硅質(zhì)巖表現(xiàn)為條帶狀、紋層狀、塊狀、角礫狀等構(gòu)造［2］，貴州重晶石礦中條帶狀、紋層狀、塊狀構(gòu)造、角礫構(gòu)造等為熱水沉積礦的典型構(gòu)造［3］。而熱水沉積礦床與熱水沉積巖具有同一成巖成礦過(guò)程及相同沉積特征，尤其是黑色巖系中金屬礦產(chǎn)的形成與演化過(guò)程中，成巖成礦作用表現(xiàn)為同一過(guò)程的特點(diǎn)更為明顯［4］。貴州松桃錳礦在沉積特征上與廣西熱水成因重晶石礦(巖)、廣東古水熱水硅質(zhì)巖及貴州熱水成因重晶石礦表現(xiàn)出明顯的相似之處，貴州松桃錳礦也同屬典型熱水噴流沉積礦床。

角礫構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造一般出現(xiàn)在錳礦層底部，代表了深部熱水流體噴溢的通道［5］，為熱水高峰期產(chǎn)物。先期形成的熱水沉積巖封存熱水噴溢通道，致使熱水通道內(nèi)能量積聚增大，至臨界點(diǎn)后，在熱水噴溢通道內(nèi)及附近發(fā)生熱水液壓致裂和熱水爆炸作用形成角礫［6］，由于體積較大，難以搬運(yùn)或經(jīng)過(guò)近距離的搬運(yùn)，主要堆積在原處或附近，并很快被深部來(lái)源的熱水礦物充填膠結(jié)，形成定向性明顯的同生沉積角礫巖［7］。此類具特殊成因意義的角礫巖不僅是識(shí)別水下噴流巖極其重要的巖石學(xué)標(biāo)志，同時(shí)可直接指示噴流口的所在位置［5］5。深部熱水(液)沿著各個(gè)裂隙穿插交代充填形成網(wǎng)脈狀礦體，這一脈狀熱液交代充填特征，被視作識(shí)別脈狀交代充填型噴流巖和指示噴流口所在位置的最重要標(biāo)志［8］。

塊狀構(gòu)造分布于礦層中部，由深部成礦物質(zhì)快速冷凝而成，成分均勻。由于熱水能量逐漸減弱，當(dāng)不能破碎礦石時(shí)，便在礦石底面留下氣孔，氣孔被后期磷質(zhì)、錳質(zhì)或炭質(zhì)充填，形成各種形態(tài)的結(jié)核。條帶(紋)構(gòu)造一般分布在礦體中上部，代表熱水強(qiáng)度的低能狀態(tài)，條帶狀錳礦形成時(shí)的熱水活動(dòng)要稍高于條紋狀錳礦。條帶的韻律顯示了熱水噴溢沉積的周期性，深部上來(lái)的熱水(液)物質(zhì)中錳質(zhì)豐富時(shí)便沉積錳礦，間斷期便主要沉積碎屑巖(含黃鐵礦炭質(zhì)粘土巖及硅質(zhì)巖等)，而硅質(zhì)巖是現(xiàn)代海底熱水噴溢沉積的典型產(chǎn)物。此外，這些條帶(紋層)構(gòu)造特征反映了錳礦形成時(shí)物理化學(xué)條件及物質(zhì)組分的差異以及明顯的熱水沉積特征，他不僅表明條帶層理形成過(guò)程中具備良好的熱水礦物結(jié)晶條件，同時(shí)也間接證明了海底存在相對(duì)封閉、持續(xù)穩(wěn)定、寧?kù)o和低洼的沉積環(huán)境［5］5。

破碎構(gòu)造、薄膜構(gòu)造一般都發(fā)育在礦層的上部，初步沉積的熱水沉積物因?qū)娱g小斷裂錯(cuò)動(dòng)或重力作用滑脫或?qū)娱g軟弱層液化滑動(dòng)而形成，礦層間的滑動(dòng)往往會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)礦石破碎或帶有卷曲揉皺及炭質(zhì)薄膜等特征，破碎礦石沒(méi)有明顯的壓扁痕跡，說(shuō)明壓實(shí)作用不甚強(qiáng)烈。一般會(huì)引起水體輕微動(dòng)蕩，待環(huán)境穩(wěn)定后，便進(jìn)入正常沉積體系，沉積紋層等層理構(gòu)造。此為最后錳礦沉積構(gòu)造，多為含錳炭質(zhì)頁(yè)巖，錳質(zhì)較差，最后變?yōu)楹谏抠|(zhì)頁(yè)巖。

角礫構(gòu)造、網(wǎng)脈構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、條帶(紋)構(gòu)造為典型的熱水同生沉積構(gòu)造，破碎構(gòu)造、薄膜構(gòu)造為成巖期同生變形構(gòu)造。

松桃錳礦層在垂直剖面上具有由角礫構(gòu)造—網(wǎng)脈—塊狀—條帶—紋層—破碎—紋層(薄膜、揉皺)的變化，存在著明顯的礦石構(gòu)造的垂直分帶特征:a下部角礫巖巖筒及細(xì)脈、網(wǎng)脈狀礦石為深部熱水(液)流體通道產(chǎn)物;b中部的條帶、紋層等層狀礦體為熱液與海水混合后的正常海相沉積產(chǎn)物，與上述角砂網(wǎng)脈構(gòu)造共生便構(gòu)建為典型的“二元”結(jié)構(gòu)［9］;c上部的破碎構(gòu)造及薄膜構(gòu)造為典型的成巖期同生變形構(gòu)造。這個(gè)完整的垂直分帶反映了海底熱水噴流的強(qiáng)度由強(qiáng)變?nèi)跬暾难莼^(guò)程，代表著1個(gè)完整熱水沉積旋回的完成。

在水平剖面上，層狀、似層狀及透鏡狀錳礦體的邊部礦體普遍發(fā)生滑(錯(cuò))動(dòng)變形，并且條帶的寬度較窄、泥質(zhì)炭質(zhì)等雜質(zhì)成分和夾層數(shù)量增多，常呈揉皺、滑動(dòng)破碎及薄膜狀。往礦體的中心，條紋構(gòu)造的寬度逐漸增大成條帶狀，到巖體的中心部則變?yōu)椴伙@層理的塊狀，反映了熱水沉積速率快，正常沉積的雜質(zhì)物質(zhì)相對(duì)比例較低的特點(diǎn)，總體具有揉皺及薄膜構(gòu)造紋層—條帶—塊狀—條帶—具有揉皺及薄膜構(gòu)造紋層對(duì)稱發(fā)育的特征，且構(gòu)成薄—厚—薄的“透鏡體”礦體。該構(gòu)造特征在現(xiàn)代熱水沉積巖及礦床中普遍存在，是熱水沉積巖(礦)的典型特征，體現(xiàn)了熱水流體集中噴溢的特性［10］。

3 成礦方式

貴州松桃錳礦既有典型的海相沉積巖的某些特征，如其分布具有一定的時(shí)代性和層位性，礦體呈層狀、似層狀或透鏡狀，與周圍地層呈整合接觸并與其同步揉皺和變形，同時(shí)又具有熱水沉積巖的標(biāo)志特征，如沿深大斷裂構(gòu)造分布，具明顯的熱水沉積角礫狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、條帶(紋)構(gòu)造等。這說(shuō)明在貴州松桃錳礦礦床中存在2類不同的成礦方式，雖都屬于熱水沉積的整體成礦系統(tǒng)，但是熱水沉積進(jìn)行的不同階段以不同的方式開(kāi)展。

熱水噴流管道內(nèi)及噴流口為典型的單一熱水噴流成礦方式，熱水物質(zhì)驟然由熱水管道內(nèi)噴流而出時(shí)，代表著高濃度與高溫高壓的封閉物理化學(xué)條件向開(kāi)放物理化學(xué)條件轉(zhuǎn)變，熱水聚集的高能量突然爆發(fā)釋放，導(dǎo)致該處礦石都具有典型網(wǎng)脈狀及角礫狀的熱水沉積構(gòu)造。此外，單一熱水噴流成礦方式下形成的沉積物由非常復(fù)雜的物質(zhì)組成，出現(xiàn)鋁硅酸鹽礦物+硫酸鹽礦物+碳酸鹽礦物+微量金屬硫化物礦物的組合，隨著熱水能量的逐步釋放，熱水活動(dòng)的強(qiáng)度減弱。當(dāng)內(nèi)外達(dá)到物理化學(xué)條件，特別是壓力在此消彼長(zhǎng)中達(dá)到平衡，海底環(huán)境由劇烈動(dòng)蕩慢慢寧?kù)o下來(lái)，塊狀構(gòu)造及粗條帶狀構(gòu)造便會(huì)非常發(fā)育，礦物組合也趨于簡(jiǎn)單化，硫酸鹽及硅酸鹽等明顯減少。最后熱水活動(dòng)進(jìn)一步減弱甚至消亡時(shí)，海水靜壓力已經(jīng)超過(guò)管道內(nèi)流體的壓力，海水便會(huì)下滲與流體混合，混合流體流出通道后應(yīng)由熱水凹陷中心的噴流口向凹陷邊緣對(duì)流和循環(huán)擴(kuò)散，海底環(huán)境恢復(fù)寧?kù)o，進(jìn)入正常的沉積體系，此時(shí)沉積的礦石以細(xì)條帶及條紋為主，層理構(gòu)造非常發(fā)育。礦物組合也非常簡(jiǎn)單，即使有熱水硅質(zhì)巖，也會(huì)呈層理順層沉積。此為熱水與海水混合成礦方式。

貴州松桃錳礦熱水噴流沉積體系的2套不同的成礦方式(階段)的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致礦石構(gòu)造及礦物組合非常復(fù)雜，但是仍然具有明顯的分帶性展布規(guī)律:體現(xiàn)出由噴流中心向外作放射性擴(kuò)散，溫度壓力由高到低，物質(zhì)組分及構(gòu)造由復(fù)雜到簡(jiǎn)單，礦物濃度由大到小及流體體系由封閉到開(kāi)放等物理化學(xué)條件的變化梯度。代表海底噴流作用強(qiáng)—弱的過(guò)程。反映了海底熱水噴流沉積的沉積特征，同時(shí)豐富了海底熱水噴流沉積的成礦體系。

4 結(jié)論

貴州松桃錳礦為國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)的大型錳礦基地之一。系統(tǒng)地分析其沉積構(gòu)造特征，簡(jiǎn)單地分析其成礦系統(tǒng)，形成如下結(jié)論:

1)礦石中既有代表熱水噴流沉積的角礫構(gòu)造、網(wǎng)脈構(gòu)造、塊狀構(gòu)造，又有反映熱水混合沉積的條帶(紋)構(gòu)造等，同時(shí)存在成巖期同生變形構(gòu)造:薄膜構(gòu)造、破裂構(gòu)造等。

2)礦石構(gòu)造在垂直剖面上具有由角礫構(gòu)造—網(wǎng)脈—塊狀—條帶—紋層—(破碎、薄膜)紋層的變化特征，且典型的“二元”結(jié)構(gòu)，反映了海底熱水噴流由強(qiáng)變?nèi)跬暾难莼^(guò)程，代表著1個(gè)完整熱水沉積旋回的完成。在水平剖面上，具有紋層—條帶—塊狀—條帶—紋層對(duì)稱發(fā)育的特征，且構(gòu)成薄—厚—薄的“透鏡體”礦體，體現(xiàn)了熱水流體集中噴溢的特性。

3)礦床中存在2類不同的成礦方式:熱水噴流單一成礦方式及熱水與海水混合沉積方式，他們屬于熱水沉積這個(gè)整體成礦系統(tǒng)，但是熱水活動(dòng)進(jìn)行的不同階段以不同的方式開(kāi)展成礦作用。

［1］陳大經(jīng)，謝世業(yè).廣西熱水沉積成礦作用的基本特征［J］.礦產(chǎn)與地質(zhì)，2004，18(5):415－421.

［2］周永章，涂光熾，Edward H.Chown，等.粵西古水剖面震旦系頂部層狀硅巖的熱永成因?qū)傩?巖石學(xué)和地球化學(xué)證據(jù)［J］.沉積學(xué)報(bào)，1994，12(3):1－10.

［3］高軍波，楊瑞東，陶平，等.貴州鎮(zhèn)寧樂(lè)紀(jì)泥盆系重晶石礦熱水沉積特征［J］.沉積學(xué)報(bào)，2012，30(3):422－428.

［4］方維萱，劉方杰，胡瑞忠，等.鳳太泥盆紀(jì)拉分盆地中硅質(zhì)鐵白云巖—硅質(zhì)巖特征及成巖成礦方式［J］.巖石學(xué)報(bào)，2000，16(4):700－710.

［5］鄭榮才，王成善，朱利東，等.酒西盆地首例湖相“白煙型”噴流巖—熱水沉積白云巖的發(fā)現(xiàn)及其意義［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，30(1):1－8.

［6］劉淑文，薛春紀(jì)，李強(qiáng)，等.秦嶺旬陽(yáng)盆地下古生界鈉長(zhǎng)石巖巖石學(xué)和地球化學(xué)特征［J］.中國(guó)地質(zhì)，2005，32(3):424－433.

［7］謝桂青，胡瑞忠，方維萱，等.云南墨江金礦熱水噴流沉積成巖成礦的地質(zhì)地球化學(xué)證據(jù)［J］.沉積學(xué)報(bào)，2002，20(3):387－393.

［8］肖榮閣，楊忠芳，楊衛(wèi)東，等.熱水成礦作用［J］.地學(xué)前緣，1994，1(3/4):140－147.

［9］高計(jì)元，王一先，裘愉卓，等.白云鄂博礦床含礦白云巖的成因探討［J］.沉積學(xué)報(bào)，1999，17(1z):675－680.

［10］陳多福，陳先沛.貴州省松桃熱水沉積錳礦的地質(zhì)地球化學(xué)特征［J］.沉積學(xué)報(bào)，1992，10(4):35－43.