四川黑水-平武地區(qū)三疊系菠茨溝組錳賦礦層沉積環(huán)境及找礦潛力

許遠平，劉賢桂，孫崇波，何政偉，李志堅

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059;2.四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊，四川 成都 611730)

黑水-平武地區(qū)位于四川省北部(圖1)。自20世紀(jì)50年代始，研究區(qū)內(nèi)陸續(xù)有錳礦、鐵錳礦的發(fā)現(xiàn)，進入21世紀(jì)后，錳礦勘探取得較大進展，如筆者所在的勘探團隊于2004～2007年間在黑水縣下口錳礦普查中探獲錳礦石(332+333+334)資源量2348萬噸，屬大型錳礦。前人進行的地質(zhì)勘查和一系列科研工作表明［1-5］，該地區(qū)是四川主要的錳成礦帶，含礦地層為三疊系菠茨溝組?！八拇ㄊ〉V產(chǎn)資源潛力評價”項目將本區(qū)域劃分為平武虎牙-黑水下口Mn-Fe-(Au)礦遠景區(qū)(圖2)。

至目前為止，盡管菠茨溝組在遠景區(qū)內(nèi)連續(xù)出露，有找礦突破的地區(qū)卻僅集中于遠景區(qū)南西端的黑水下口錳礦靶區(qū)和北端松潘西溝-平武火燒橋錳礦靶區(qū)。這固然與遠景區(qū)中段地形惡劣、地質(zhì)工作難度大有關(guān)，但更與對菠茨溝組控礦因素的研究不足有關(guān)。為此，中國地質(zhì)調(diào)查局下達了“四川黑水瓦布梁子地區(qū)錳礦遠景調(diào)查”項目(編號:1212011220417)。本論文是該項目研究的部分成果。

圖1 交通位置圖Fig.1 Location of the Heishui-Pingwu region in western Sichuan

圖2 成礦區(qū)帶劃分圖Fig.2 Division of the metallogenic zones

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于揚子地塊北西緣可可西里-松潘前陸盆地之松潘邊緣海成錳盆地［6］，系四川省重要鐵錳成礦帶之一。

研究區(qū)地層屬巴顏喀拉地層區(qū)瑪多-馬爾康地層分區(qū)金川小區(qū)。出露地層有:泥盆系危關(guān)組(Dw)，巖性為黑色千枚巖夾少量粉砂巖;石炭系西溝組(Cx)，巖性為灰黑色薄層狀結(jié)晶灰?guī)r夾黑色千枚巖;二疊系三道橋組(Ps)巖性為灰白色結(jié)晶灰?guī)r或白云巖、深灰色絹云鈣質(zhì)粉砂巖、灰黑色千枚巖;二疊系－三疊系菠茨溝組(P3T1b)巖性為鈣質(zhì)粉砂巖、含錳粉砂巖或薄層狀結(jié)晶灰?guī)r;上三疊統(tǒng)雜谷腦組(T3z)為灰黑色砂質(zhì)板巖和變質(zhì)砂巖;侏倭組(T3^zw)灰黑色薄-中層狀粉砂質(zhì)板巖、鈣質(zhì)板巖、鈣質(zhì)粉砂巖及新都橋組(T3xd)深灰黑色板巖(或千枚巖)。其中菠茨溝組(P3T1b)為本區(qū)含錳巖系(圖3)。區(qū)域褶皺構(gòu)造帶屬松潘-金湯-甘孜弧形構(gòu)造，區(qū)域構(gòu)造多屬印支運動發(fā)展起來的線型-緊密褶皺，研究區(qū)位于較場-石大關(guān)-摩天嶺弧形構(gòu)造帶。其中，四美溝-瓦布梁子復(fù)背斜和摩天嶺復(fù)式構(gòu)造控制了黑水-平武地區(qū)含錳層位的空間分布，是區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造。

研究區(qū)巖漿活動不發(fā)育，在研究區(qū)外圍有少量印支晚期的花崗巖。

2 菠茨溝組研究進展

2.1 概況

本次工作在1 000 km2的1:50 000區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)填圖的基礎(chǔ)上，重點加強了對菠茨溝組的剖面研究，共測制了1∶500比例尺的剖面5條，1∶2 000比例尺的剖面9條，選擇其中具有代表性的6條剖面對比(圖4)。

2.2 菠茨溝組特征及沉積相

研究區(qū)內(nèi)菠茨溝組的地層厚度、巖性組合橫向變化較大，詳細情況見表1。

上述剖面研究表明，橫向上菠茨溝組在研究區(qū)北東部平武地區(qū)多為灰?guī)r、砂巖、千枚巖等，地層厚度為196～436 m;在研究區(qū)南西部黑水地區(qū)則多為鈣質(zhì)粉砂巖、千枚巖等，地層受褶皺影響，厚度變大，一般500 m左右。反映出兩個地區(qū)沉積環(huán)境存在差異，平武地區(qū)碳酸鹽較發(fā)育，而黑水地區(qū)主要為碎屑物質(zhì)占優(yōu)勢。但無論平武地區(qū)還是黑水地區(qū)，錳礦層均產(chǎn)在鈣質(zhì)(或至少含鈣質(zhì))巖石與碎屑巖交替變化的層位，且?guī)r石多呈薄層狀韻律互層，反映一種變化迅速但又規(guī)律重復(fù)的沉積。

圖3 研究區(qū)博茨溝組柱狀對比圖Fig.3 Correlation of the stratigraphic columns in the Bocigou Formation

表1 研究區(qū)代表性剖面特征簡表Table 1 Characteristics of the representative sections in the study area

縱向上，平武地區(qū)菠茨溝組總體上以灰?guī)r→碎屑巖(變質(zhì)為千枚巖)→灰?guī)r的沉積演變?yōu)橹?，但對比火燒橋和楊柳壩兩條典型剖面，其微細變化卻有顯著的差異。含礦的火燒橋剖面巖性為薄層的結(jié)晶灰?guī)r夾千枚巖，在礦體附近，結(jié)晶灰?guī)r與千枚巖呈厚度為10 cm左右的韻律反復(fù)出現(xiàn)，反映當(dāng)時沉積環(huán)境反復(fù)變遷，促使成礦物質(zhì)多次分散、集中，構(gòu)成多個沉積旋回，有利于成礦。而不含礦的楊柳壩剖面上則僅在中-厚層結(jié)晶灰?guī)r中夾少量黑色千枚巖(結(jié)晶灰?guī)r單元厚2～5 m，千枚巖僅有10～20 cm)，其沉積環(huán)境的演替速度緩慢，代表當(dāng)時為較為穩(wěn)定的海相沉積環(huán)境，陸源成礦物質(zhì)注入少，不利于成礦。黑水地區(qū)的菠茨溝組以薄層鈣質(zhì)粉砂巖為主，同時綠泥石粉砂巖與含錳粉砂巖往往呈韻律互層，也反映出沉積環(huán)境較為動蕩，陸源碎屑周期性注入沉積盆地，隨之帶來大量礦源物質(zhì)，為富集成礦提供了可能。在出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)錳礦的下口剖面上，菠茨溝組厚度巨大，去掉褶皺重復(fù)地層后的總厚度達556 m，僅含礦的中段就厚達159.2 m，接近一些不含礦地層的整組厚度。地層中沉積韻律極發(fā)育，在含礦層相鄰層位，一些地層韻律厚度小于1 cm。而在水溝子剖面上，由于主體位于水下隆起，故含礦性不好，但其中較發(fā)育的碳質(zhì)板巖反映其有過一段較深水沉積時期(由于其上下層位灰?guī)r均較發(fā)育，橫向上也沒有其它古隆起阻礙，故由水體滯流引起缺氧的可能性較小，而更傾向于解釋為海侵所致)當(dāng)其出現(xiàn)短暫的深水環(huán)境時，緊鄰該碳質(zhì)層，出現(xiàn)了厚度不大(總厚度僅5 m)的由灰?guī)r與碎屑巖(變質(zhì)為千枚巖)組成的韻律層，且在其中的兩者薄層狀互層位置出現(xiàn)了微弱的錳礦化，充分體現(xiàn)了沉積環(huán)境對成礦作用的制約。最近的研究表明，這一制約與錳元素地球化學(xué)行為是相關(guān)的:當(dāng)水體中氧含量發(fā)生變化時，錳即以不同形式沉淀，所以動蕩的沉積環(huán)境有利于溶液中錳元素發(fā)生聚集-沉淀-聚集-再沉淀過程［7］。

綜合來看，在橫向上，研究區(qū)菠茨溝組沉積環(huán)境變化較大，沉積基底有較大的起伏，導(dǎo)致各處地層厚度相差較大。地層的含礦性方面，呈薄層狀層理的灰?guī)r或細碎屑巖(及其變質(zhì)形成的千枚巖)為成礦有利巖性組合，在此前提下，菠茨溝組厚度越大，礦體厚度越大，礦石質(zhì)量越好，越有利于尋找工業(yè)錳礦體。

2.3 菠茨溝組沉積環(huán)境演化

晚二疊世－早三疊世，伴隨著揚子陸塊拉張裂陷，研究區(qū)演化為松潘-邊緣海盆地的一部分，緊鄰上揚子陸塊北西緣，接受來自陸地的風(fēng)化剝蝕產(chǎn)物。由于峨眉山玄武巖之上多數(shù)缺失早－中三疊世沉積，因此不排除有一部份峨眉山玄武巖風(fēng)化剝蝕成為研究區(qū)菠茨溝組物源的可能［1，8，9］。

在下口剖面上，菠茨溝組覆于以鈣質(zhì)碎屑沉積為主的三道橋組之上，三道橋組中的礫屑灰?guī)r不發(fā)育，顯示缺乏碳酸鹽斜坡環(huán)境，其沉積環(huán)境是相對平緩的陸架海，且陸源碎屑供給充足，抑制了碳酸鹽生成。剖面向上，可能水體有加深，巖石普遍為含鈣質(zhì)細碎屑巖，之后演變?yōu)楹i地層，且由下向上，反映滯流還原環(huán)境的黃鐵礦逐漸出現(xiàn)且漸次增多，地層顏色加深。含錳層位中，先是出現(xiàn)錳礦化層(含錳1% ～5%)，至菠茨溝組二段，沉積環(huán)境水體達到形成錳礦體的理想深度(比鐵成礦深度深，研究區(qū)僅見錳礦體，未發(fā)現(xiàn)錳鐵礦體)，形成下口大型錳礦，其水深總體仍為陸架海，與歐洲侏羅紀(jì)Liassic Marls錳礦類似。菠茨溝組三段，水體持續(xù)加深，不再適合錳礦的成礦作用。至雜谷腦組沉積期，巖石沉積標(biāo)志顯示沉積環(huán)境有了較大的改變，該組由底部夾少量泥質(zhì)巖變質(zhì)的千枚巖，向上演變?yōu)榫吡Ｐ驅(qū)拥膸r屑雜砂巖，可能已屬于大陸斜坡環(huán)境了。

對比沉積厚度較大而不含礦的黃臘坪剖面，厚達272.64 m的菠茨溝組為單調(diào)的鈣質(zhì)板巖，向上雜谷腦組顯示的沉積環(huán)境也變化不大，剖面上未見典型的濁流沉積構(gòu)造。表明其沉積環(huán)境可能長期位于古隆起部位，成礦潛力不佳。

3 巖相古地理環(huán)境與成礦專屬性研究

通過各地質(zhì)剖面對比研究，表明沉積環(huán)境、沉積相和構(gòu)造對錳礦的沉積富集起決定性作用。

3.1 巖相古地理環(huán)境對沉積錳礦的控制

(1)沉積相對錳礦的控制

平武地區(qū)菠茨溝期沉積錳礦的巖相古地理環(huán)境為陸棚碳酸巖-鐵錳質(zhì)巖相，黑水地區(qū)為陸棚碳酸鹽巖-碎屑巖-鐵錳質(zhì)巖亞相［1］，兩者為錳礦的主要和次要沉積相。

(2)巖相和古地形變化與錳礦的關(guān)系

在縱向上，位于菠茨溝組上段碳酸鹽巖向碎屑巖過渡的部位，含礦巖性為含鐵錳質(zhì)綠泥千枚巖、片巖、鐵礦、錳礦、灰?guī)r。在橫向上，平武地區(qū)位于松潘邊緣?；⒀腊枷莸貛В谒貐^(qū)位于瓦缽梁子水下凹陷帶，而兩者之間為相對隆起的卓尼突起地段，將此二者相對隔離、沉積環(huán)境有差異、錳礦石質(zhì)量亦有差異。錳礦床產(chǎn)出的位置多數(shù)處于水下凹陷帶內(nèi)，即巖相古地形為邊緣海近古陸一側(cè)相對凹陷的地帶部位。

(3)水下隆起對錳礦的控制

平武地區(qū)大坪、老隊部、火燒橋等錳礦床位于虎牙凹陷帶內(nèi)，黑水地區(qū)下口、三支溝、瓦缽梁子等錳礦床產(chǎn)于瓦缽梁子凹陷帶內(nèi)，兩者之間的卓尼突起帶目前尚未發(fā)現(xiàn)錳礦。且平武、黑水兩地的錳礦石質(zhì)量明顯存在差異，反映了水下隆起對錳礦的形成有抑制作用。

3.2 構(gòu)造對沉積錳礦的控制

(1)錳礦的分布主要受控于同生斷裂構(gòu)造?；⒀罃嗔褜⒀腊枷輲У男纬善鹂刂谱饔?，平武地區(qū)的錳礦形成與此二斷裂有關(guān)系并受其控制，虎牙斷裂附近為錳礦的礦化集中區(qū)。

(2)次級構(gòu)造對含礦地層的分布、錳礦體的產(chǎn)出形態(tài)起控制作用。平武地區(qū)的菠茨溝組分布受磨子坪倒轉(zhuǎn)復(fù)向斜、虎牙背斜、渾水溝倒轉(zhuǎn)復(fù)向斜、花海子復(fù)背斜的控制，黑水地區(qū)受瓦缽梁子背斜的控制。

4 研究區(qū)錳成礦潛力與靶區(qū)預(yù)測

4.1 研究區(qū)錳礦成礦潛力

四川黑水-平武地區(qū)位于揚子板塊北西緣的龍門山坳陷帶，揚子板塊構(gòu)造演化與錳礦的形成關(guān)系密切。

揚子板塊北西緣的龍門山坳陷帶的形成與構(gòu)造演化帶來構(gòu)造巖漿活動頻繁，沉積環(huán)境反復(fù)變遷，促使成礦物質(zhì)多次分散集中，構(gòu)成一個繼承性的多旋回成礦帶，加之二疊紀(jì)的峨眉山玄武巖事件從地殼或更深的幔源帶來大量的錳質(zhì)，經(jīng)海水運移至松潘邊緣海東側(cè)近古陸一側(cè)、并與由陸源帶來的錳質(zhì)相互混合，由此改變了物理化學(xué)條件，在古陸邊緣容易形成錳礦。目前已發(fā)現(xiàn)了黑水下口和平武大坪兩個大型錳礦床。因此研究區(qū)錳礦找礦潛力較大。

4.2 找礦靶區(qū)預(yù)測

平武地區(qū)位于松潘邊緣海虎牙凹陷地帶，黑水位于瓦缽梁子水下凹陷帶，兩個地區(qū)具有錳成礦有利的古地理環(huán)境，并已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了平武大坪和黑水下口兩個大型錳礦床，具有成礦事實支撐，本項目也發(fā)現(xiàn)一批較好的找礦線索。因此，平武虎牙地區(qū)和黑水下口地區(qū)為尋找工業(yè)錳礦的有利地段，根據(jù)本次工作成果劃分了兩個預(yù)測靶區(qū)，詳見表2。

表2 預(yù)測找礦靶區(qū)特征一覽表Table 2 Prognosis of the exploration targets of manganese deposits

5 結(jié)論

研究區(qū)位于揚子地塊北西緣之可可西里-松潘前陸盆地松潘邊緣海成錳盆地，系四川省重要鐵錳成礦帶之一，已發(fā)現(xiàn)了黑水下口、平武大坪等一批大、中型錳礦床。在本文預(yù)測的兩個找礦靶區(qū)內(nèi)，成礦條件優(yōu)越，已知礦床研究程度較高，成礦主要受地層和沉積相控制，找礦標(biāo)志清晰，具有進一步尋找大型錳礦的有利條件。

致謝:

本次研究工作得到了四川省冶金地質(zhì)勘查局李仕榮、楊永鵬教授及四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)調(diào)隊彭東教授的悉心指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝。

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