貴州省松桃縣道坨錳礦地質特征及成因分析

吳自成，何志威

（貴州省銅仁市國土資源局，貴州 銅仁 550025）

貴州省松桃縣道坨錳礦地質特征及成因分析

吳自成，何志威

（貴州省銅仁市國土資源局，貴州 銅仁 550025）

黔東新元古代“大塘坡式”錳礦由于儲量規(guī)模大，品位高而受到專家學者的關注，道坨錳礦是錳礦整裝勘查過程中新發(fā)現(xiàn)的超大型錳礦床，實現(xiàn)了貴州錳礦找礦40多年來最重大的突破。通過對道坨錳礦結構構造，礦體沉積特征的研究，發(fā)現(xiàn)道坨錳礦石物質組成復雜，具有熱水沉積礦物組成特征，且發(fā)育熱水與海水混合沉積的塊狀構造、條帶構造、氣泡構造，礦體的形態(tài)呈薄—厚—薄的“透鏡體”，具有熱水沉積集中供源的特征。

熱水沉積；錳礦；結構構造；成礦模式

0 前 言

中元古代至新元古代，揚子陸塊經(jīng)歷了武陵運動及晉寧運動強烈的地殼變形期，形成了統(tǒng)一的剛性基底，陸塊進入相對穩(wěn)定的沉積蓋層階段，主要以NNE向的陸內伸展—裂解為主，伴隨同沉積斷裂、斷陷盆地及火山活動［1］。新元古代大塘坡期錳礦作為這一時期主要礦產而引起地質學家們的廣泛關注［2-7］。大塘坡期錳礦成礦物質來源和形成機制研究成果頗豐：a成礦物質來源，大陸巖石的風化離析，即大陸巖石風化形成Mn質，隨河流等進入海洋進行沉積［8］；成礦物質來源于海底火山、熱泉等，主要為現(xiàn)代海洋擴張形成深大斷裂、導致海底火山噴發(fā)（黑/白煙囪等）或熱泉噴發(fā)，或下滲的海水進入深大斷裂，到達深部后海水被加熱，淋濾深部成礦物質（Mn），而后沿同沉積斷裂上涌注入海底［9-12］；成礦物質來源于深部古天然氣滲漏系統(tǒng)［2］；成礦物質多來源，但可能以深部火山作用提供成礦物質為主［13］。b錳礦床的形成機制點，沉積成因［14］；生物化學成因［15］；類似冰期“碳酸鹽巖帽”成因［16］；冷泉成因［2］；火山噴發(fā)—沉積成因［13］；熱水沉積成因［3，6，10-12］；生物—濁流沉

積［17］。

1 礦床地質特征

道坨超大型隱伏錳礦床受冷水斷裂、木耳溪斷裂及道坨向斜控制，兩條斷裂帶之間的斷陷盆地為錳礦體的沉積提供了良好的儲集場所，表現(xiàn)出“構造控盆、盆控巖相、巖相控礦”的特點。錳礦體產于下南華統(tǒng)大塘坡組第一段（Nh1d1）下部炭質頁巖中，礦體形態(tài)簡單，呈層狀、似層狀緩傾斜產出，礦體與圍巖產狀一致，北西部礦體走向SE-NW，傾向SW，傾角3（o）～ 15（o），南東部礦體走向NE-SW向，傾向NW，傾角5（o）～ 19（o）。根據(jù)施工鉆孔的見礦資料分析：礦體呈NE向展布，長大于5 500 m，寬約1 300 ～ 3 500 m，礦體厚度極值0.60 ～ 12.52 m，一般厚3.26 ～5.65 m。礦體從北東向南西的變化趨勢為：ZK001孔（5.63 m）→ZK305孔（1.57 m）→ZK308孔（6.58 m）→ZK312孔（12.52 m）→ZK3105孔（4.51 m），呈由厚到薄又逐漸增厚的趨勢；從北西向南東的變化趨勢為：ZK505孔（1.52 m）→ZK304孔（5.39 m）→ZK204孔（2.61m）及ZK402孔（0.65m），呈由薄到厚又逐漸變薄甚至殲滅的趨勢。礦體總體呈透鏡體，規(guī)模為超大型（見圖1）。

道坨錳礦石中的礦物組成以菱錳礦、鈣菱錳礦為主，次為錳白云石、含錳方解石、黃鐵礦、黃銅礦、石英、長石、黏土礦物及碳質有機質，少量硫酸鹽（石膏、重晶石等重礦物）等。菱錳礦與錳方解石常呈致密泥晶狀分布于大顆粒石英或片狀長石周圍構成斑狀結構，或呈小顆粒分布成碎屑狀，或呈線性定向排列成條紋狀；硫酸鹽充填于礦石裂隙、孔穴中或鑲嵌在石英方解石脈中，一般顆粒細小，極難發(fā)現(xiàn)；硫化物（黃鐵礦）結晶粒度大小不一，以零星狀、浸染狀的形式分布于含錳碳質頁巖或碳質黏土巖中，呈定向排列構成條紋狀，或呈草莓狀、致密狀，在碳質薄層中相對集中分布；石英晶屑多呈自形—半自形粒狀、尖銳棱角狀、脈狀、凹面棱角狀、棍棒狀、溶蝕狀等多樣形狀，集合體呈網(wǎng)脈狀、柱狀相互穿插交代于菱錳礦石及泥質中，與他形微晶狀石英組成了顯微交織結構，且發(fā)生明顯的層間滑動錯斷或呈小顆粒順層產出；長石主要為鈉長石，呈大顆?；蚱瑺睿c石英有時呈聚斑或兩者單獨呈斑晶產出，長石邊緣明顯有被溶蝕或交代現(xiàn)象，斑晶的周邊參差不齊，呈港灣狀或受擠壓碎裂。

圖1 貴州松桃道坨錳礦礦區(qū)地質

區(qū)內含錳巖系中含有淺灰—淺灰白色凝灰質砂巖或凝灰質粘土巖，即細微粒級的火山灰，一般呈兩種狀態(tài)：a呈大小不一的透鏡體，大致順層產出，產狀與地層基本一致，厚度約0 ～ 1.50 m，變化極大，富含細粒黃鐵礦、炭質及方解石細脈；b往往與錳質條紋互相混合堆積構成條帶狀，或成團塊狀混入粉細砂巖或粘土質頁巖中，偶爾在菱錳礦層內也有分布。該礦區(qū)中心周圍（離中心較近）地帶含礦層含凝灰?guī)r較多，對應礦區(qū)中部的氣泡狀菱錳礦，而礦體外圍地段火山物質少，僅局部見有凝灰質粉細砂巖或凝灰質粘土頁巖小透鏡體。

松桃典型的“大塘坡式”錳礦層中存在大量多樣的構造，從下往上表現(xiàn)為：角礫狀構造、網(wǎng)脈構造、致密塊狀構造、條帶狀構造、紋層狀構造、破裂構造、薄膜構造等。但根據(jù)野外實地調查，道坨錳礦的結構構造發(fā)育不全，主要發(fā)育有塊狀構造、條帶（條紋）構造。同時，還具有一種典型的氣泡狀構造［2］。

1） 塊狀構造

礦石致密堅硬，菱錳礦與錳方解石常呈致密均勻分布，部分錳礦石含有機質較豐富。

2） 條帶（紋）構造

礦層中沉積層理很發(fā)育，厚度及成分不盡相同。常見有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。顯微結構下，菱錳礦與錳方解石呈定向排列成線狀，寬窄不一，與微粒石英加玉髓等互層；b細紋層菱錳礦與碳質粘土巖互層，韻律非常好，碳質粘土中含豐富侵染黃鐵礦或細黃鐵礦脈；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石英玉髓互層，主要表現(xiàn)為碳酸錳與石英玉髓互層或石英透鏡體，多顯示滑動卷曲特征。

3） 氣泡狀構造

黑色氣泡狀（類似魚眼睛）菱錳礦，主要分布在道坨錳礦床SW部，厚度約2 m，該段氣泡較發(fā)育，氣泡由一圈白色物質包裹豆狀大小暗色物質組成，白邊多為石英及方解石、玉髓；包裹物成分多為錳質，磷質，碳質，鉆孔（ZK310）為氣泡錳礦石主要富集地，為礦層最厚的部位，初步推測為含礦氣泡（類似包裹體）在沉積過程中壓實沉積形成。

2 道坨錳礦沉積特征及沉積序列

道坨錳礦區(qū)含錳巖系賦存于南華系大塘坡組第一段，含錳巖系厚度12.51 ～ 53.61 m。按巖性組合由上至下由炭質頁巖、菱錳礦、凝灰質粘土巖、菱錳礦及粉砂質炭質頁巖等大致5層組成，在空間及平面上大多具可對比性。各層詳述如下。

上覆大塘坡組第二段（Nh1d2）：灰、深灰色層紋狀含炭粉砂質頁巖。

1） 黑色粉砂質炭質頁巖，具砂泥質結構，星點狀黃鐵礦發(fā)育。厚0 ～ 3.04 m。

2） 鋼灰色、灰黑色塊狀、條帶狀、氣泡狀菱錳礦夾黑色薄-中層粉砂質炭質頁巖，星點狀、斷線狀黃鐵礦發(fā)育，可見石英細脈。厚0 ～ 12.52 m。

3） 灰、深灰色薄—中層凝灰質粘土巖，見零星顆粒狀黃鐵礦。厚0 ～ 1.46 m。

4） 黑色薄層菱錳礦夾灰黑色粉砂質炭質頁巖，菱錳礦數(shù)量一般為1～5層，具條帶及塊狀構造，星點狀黃鐵礦發(fā)育。厚0 ～ 5.71 m。

5） 灰黑、深灰色粉砂質炭質頁巖，多見星點狀黃鐵礦。厚12.51 ～ 30.88 m。

下伏鐵絲坳組（Nh1t）：灰、灰黑色薄—中層含礫雜砂巖，星點狀黃鐵礦發(fā)育，上部偶夾黑色薄層粉砂質炭質頁巖，局部為薄層條帶狀菱錳礦。

3 討 論

關于“大塘坡式”錳礦的成因至今仍沒有取得一致觀點，目前對生物化學成因［15］、熱水沉積成因［9］、冷泉成因［2］爭議較大。本文將基于道坨錳礦床及湘黔渝成礦帶新元古代“大塘坡式”錳礦床的地質特征，對道坨錳礦成礦機制進行探討。

復雜的礦物組分及結構，與熱水噴流沉積物及其與海水混合后正常沉積物的混合有關，也與他們沉積后的成巖、交代作用有關［3］，道坨錳礦石中發(fā)育的黃鐵礦、黃銅礦、石英、長石及少量硫酸鹽（石膏、重晶石）為典型的熱水礦物［6］。

道坨錳礦石構造主要為塊狀構造、條帶（紋層）構造、氣泡構造。塊狀構造分布于礦層中下部，由深部成礦物質快速冷凝而成，成分均勻，代表熱水強度的中等能量狀態(tài)。條帶（紋）構造一般分布在礦體中上部，代表熱水強度的低能狀態(tài)，條帶狀錳礦形成時的熱水活動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，深部上來的熱水（液）物質中錳質豐富時，便沉積錳礦，間斷期便主要沉積碎屑巖（含黃鐵礦炭質粘土巖及硅質巖等），而硅質巖是現(xiàn)代海底熱水噴溢沉積的典型產物。此外，這些條帶（紋層）構造特征反映了錳礦形成時物理化學條件及物質組分的差異以及明顯的熱水沉積特征，它不僅表明條帶層理形成過程中具備良好的熱水礦物結晶條件，同時也間接證明了海底存在相對封閉、持續(xù)穩(wěn)定、寧靜和低洼的沉積環(huán)境。氣泡構造主要分布在整個礦層中部，與凝灰?guī)r對應，應為同時沉積，認為是熱水噴流間歇期，有火山噴氣作用，從深部帶來大量氣體及凝灰?guī)r，這些氣體可能包含液態(tài)物質，類似包裹體一樣，沉積成巖時破裂，液態(tài)錳質被擠入成礦，所以形成外圈石英或燧石，里圈為錳質的結構。

貴州松桃道坨錳礦床礦體呈層狀、似層狀、透鏡體狀展布，礦石具有泥晶、破碎結構，角礫、狀條帶狀、紋層狀、塊狀、網(wǎng)脈狀構造等特征，與廣西熱水成因重晶石礦（巖）結構、構造［18］，華南、廣西丹池、廣東古水熱水硅質巖結構、構造［19］及貴州重晶石礦結構、構造［9］等熱水沉積礦床的典型結構、構造相似，表現(xiàn)類似的熱水成礦作用［20］。

何志威等［11］通過對松桃錳礦石結構、構造的研究，認為松桃錳礦床屬存在兩套不同的成礦方式（熱水噴流管道內及噴流口為典型的單一熱水噴流成礦方式，及熱水與海水混合成礦方式），構成一個完整的熱水噴流成礦序列。而一個完整的熱水成礦序列一般具備礦體“二元”結構（下部角礫巖巖筒及細脈、網(wǎng)脈狀礦石為深部熱水（液）流體通道產物；上部的條帶、紋層等層狀礦體為熱液與海水混合后的正常海相沉積產物）。據(jù)作者野外調查，貴州松桃道坨錳礦礦石缺少角礫構造，網(wǎng)脈構造等熱水流體通道相產物，只具備塊狀構造、條帶（條紋）構造等熱水與海水混合相產物，說明道坨錳礦主要是以第二套成礦方式（熱水與海水混合）沉積成礦的。

圖2 貴州松桃道坨錳礦含錳巖系沉積模式

基于以上研究，我們初步探討道坨錳礦海底噴流的成礦模式（見圖2）。攜帶大量金屬元素（如Mn）及CO2水合物的熱水（鹽水）流體隨著深大斷裂上涌，上涌過程中不斷萃取深部巖石中的Mn等金屬元素，同時由于斷裂裂隙發(fā)育，冷的海水也可能下滲循環(huán)，把深部Mn帶入海底。在噴流口內或者噴流口附近，流體中Mn的含量及CO2水合物的含量都非常高，因此，碳酸錳便可以大量富集成礦，此種類型沉積的錳礦具有典型的熱水噴流沉積特征及完整的噴流沉積序列，即在垂直剖面上由下往上為角礫狀—網(wǎng)脈狀—塊狀—條帶狀—紋層狀—紋層變形構造變化規(guī)律，存在著明顯的礦石構造的垂直分帶特征：下部角礫巖巖筒及細脈、網(wǎng)脈狀礦石為深部熱水（液）流體通道產物；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物，這兩種特征差異甚大的沉積構造構建為典型的“二元”結構；上部的紋層變形構造及薄膜構造為典型的成巖期同生變形構造。這一完整的垂直分帶反映了海底熱水噴流的強度由強變弱完整的演化過程，代表著一個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）動變形，并且條帶的寬度較窄、泥質炭質等雜質成分和夾層數(shù)量增多，常呈揉皺、滑動破碎及薄膜狀；往礦體的中心，條紋構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，正常沉積的雜質物質相對比例較低的特點，總體具有揉皺及質薄膜構造紋層—條帶—塊狀—條帶—具有揉皺及薄膜構造紋層對稱發(fā)育的特征，且構成薄—厚—薄的“透鏡體”礦體。這一構造特征在現(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。

隨著錳質的逐步減少及熱水活動的脈動頻率變化，部分錳質仍溶解在海水中不斷循環(huán)，直至運移到地勢較高的、較為氧化的大陸斜坡環(huán)境。此時，Mn2+被氧化為Mn4+，以錳氧化物或氫氧化物形式初步富集。因為在富氧的條件下，MnO2類型的礦物才能穩(wěn)定存在［21-22］，此外，研究表明在水體的氧化—還原界面附近，錳的溶解度有一個突變點，還原水體溶解錳的量比含氧水的溶解量要大1 000倍。在水體出現(xiàn)分層的地方，在界面的氧化一側，有錳的氧化物沉淀，而當下沉到界面的還原一側時則又被還原以Mn2+存在，這部分Mn2+在貧氧的底層水和空隙中逐漸富集起來并達到一定的濃度。

間冰期溫暖時期海侵作用廣泛發(fā)育，水體不斷加深，海洋中各種浮游生物進一步大量繁殖，消耗掉海洋富氧層中大部分氧氣，使富氧層變薄，海水中CO2含量增加，氧化還原界面也隨之上升，而生物死亡后的海解作用及熱水作用的不斷活動，帶入大量的CO2水合物（CO2、CH4、H2S等），進一步促使海水缺氧，當氧化還原界面超過氧化物和氫氧化物沉積界面時，錳氧化物和氫氧化物則被還原釋放出Mn2+，便和CO32-在還原環(huán)境中結合沉淀形成錳的碳酸氫鹽［Mn（HCO3）2］，隨著有機質的海解、熱水活動及SO42-+CH4=CO32-+H2O+H2S的還原反應不斷進行，海底的Mn及CO32-、H2S的含量不斷升高，錳碳酸氫鹽［Mn（HCO3）2］就轉化為錳碳酸鹽（MnCO3）。Calvert等［23］認為，在海相沉積物中錳碳酸鹽沉積是由孔隙水中溶解的Mn2+的濃度控制的，孔隙水中溶解有足夠的碳酸氫鹽時，則形成錳碳酸鹽沉淀。此外，張飛飛等［7］研究湖北古城錳礦時簡單表示了Mn2+和CO32-在深部沉淀物表面結合沉淀形成菱錳礦的過程，其轉化方程為2MnO2+CH2O+HCO3-=2MnCO3+ H2O+HO-。此種類型氧化—還原界面附近沉淀形成的錳礦，不具備熱水噴流沉積的完整沉積序列，缺少噴流口附近的噴流角礫構造，而發(fā)育紋層狀構造，具有熱水與海水混合沉積的地質特征。由于熱水活動的脈動周期，錳質供給源源不斷，因此，此類錳礦更容易形成大型，超大型錳礦床。

4 結 論

1） 道坨錳礦賦存于南華系大塘坡組第一段底部黑色頁巖中，礦層呈層狀，似層狀展布，受斷層控制，表現(xiàn)出“構造控盆、盆控巖相、巖相控礦”的特點。礦體走向傾向上都呈中間厚，兩端薄的特征，具有“透鏡狀”構造，可能是熱水沉積局部供源的反映。

2） 道坨錳礦的礦物成分以鈣菱錳礦為主，次為錳白云石、含錳方解石，黃鐵礦、石英、粘土礦物及炭質有機質，少量硫酸鹽（石膏、重晶石、磷灰石等礦物）及凝灰?guī)r等，復雜的礦物組合特征反映道坨錳礦形成與海底火山噴流或海底熱水活動有關。

3） 道坨錳礦礦石主要呈現(xiàn)泥晶結構、碎裂結構及塊狀構造、條帶（紋層）構造、氣泡構造。為典型的熱水噴流沉積序列典型的“二元”結構上部熱水與海水混合作用所形成。此外，還發(fā)育獨特氣泡構造，氣泡構造與凝灰?guī)r對應，為有火山噴氣作用形成，從深部帶來大量氣體及凝灰?guī)r，這些氣體可能包含液態(tài)物質，類似包裹體一樣，沉積成巖時破裂，液態(tài)錳質被擠入成礦，所以形成外圈石英或燧石，里圈為錳質的結構。

4） 道坨錳礦形成經(jīng)歷了以下兩個階段：a氧化錳富集階段：深部熱水（鹽水）及CO2水合物（CO2、CH4、H2S等）萃取深部巖石Mn質，上涌到海底后，經(jīng)過先期階段的成礦作用（盆地噴流口內及噴流口附近的成礦作用）后，仍剩余大量錳質溶解在還原的海水中，不斷循環(huán)，直到被運移到地勢較高的氧化條件下初步富集。而底部缺氧海水中Mn仍然處于飽和狀態(tài)，不斷向氧化條件下Mn運移富集。b氧化錳向錳碳錳的轉化階段：相對海侵時期，水體進一步加深，海洋中各種浮游生物進一步大量繁殖，有機質大量流入貧氧層。而有機質的海解、熱水活動及SO2-4+CH4=CO32-+H2O+H2S的還原反應不斷進行，海水的缺氧度及鹽度繼續(xù)增加，氧化還原界面也隨之上升高，當此界面超過錳氧化物或氫氧化物富集帶時，錳被還原釋放出Mn2+，與CO32-結合沉淀形成菱錳礦。

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The M anganese Ore Geological Characteristics and Factor Analysis of Daotuo M anganese Deposit， Songtao Country of Guizhou Province

WU Zhicheng，HE Zhiwei
（Bureau of Land and Resources of Tongren in Guizhou，Tongren，Guizhou 550025，China）

The large reserves of high grade of neoproterozoic “Datangpo type” manganese deposit in East guizhou that attract of experts. Daotuo manganese deposit is The super large mega manganese deposit found in the process of exploration. It is the most signif cant breakthrough of the manganese ore prospecting in guizhou more than 40 years. This article through to research the structure and sedimentary characteristics of the daotuo manganese ore. Found the manganese ore composition complex. has the characteristics of hot water sedimentary m ineral composition. The block structure， banded structure， bubble structure has the hydrothermal and seawater m ixed Characteristics. The morphology of the ore body whit thin-thick-thin “l(fā)ens form”， it has the characteristics of hydrothermal deposition for source concentrate.The authors analyzed Daotuo manganese deposit genetic model， Hope for the future of manganese deposit deep prospecting provide more basis.

Hyderthermal sedimentation； Manganese deposit；Structures and Textures；Metallogenic model

P618.32

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.03.002

2016-06-28

吳自成（1984-），男（侗族），貴州玉屏人，地質工程師，研究方向：沉積礦床，手機：13885666733，E-mail：970751288@qq.com.