湖南省沉積型錳礦地質(zhì)環(huán)境及成礦作用

石少華，唐分配，羅小亞，陳劍鋒

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院 湖南長(zhǎng)沙 410116)

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湖南省沉積型錳礦地質(zhì)環(huán)境及成礦作用

石少華，唐分配，羅小亞，陳劍鋒

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院 湖南長(zhǎng)沙 410116)

湖南省沉積型錳成礦時(shí)代跨度大，最早由早元古代板溪群馬底驛期至早二疊世孤峰期。其中，早南華紀(jì)大塘坡期、中奧陶世煙溪期及中二疊世孤峰期為三個(gè)最主要成錳集中期，并且大體呈現(xiàn)出朝東南方向成礦時(shí)代變新的趨勢(shì)。成錳沉積盆地是錳礦床就位的重要場(chǎng)所，相應(yīng)的巖相古地理環(huán)境為錳成礦創(chuàng)造了有利條件，即相對(duì)缺氧的、滯流的安靜環(huán)境。這種環(huán)境在諸多古地理環(huán)境中都可以形成，導(dǎo)致了錳成礦巖相古地理環(huán)境的多樣性，如淺海陸棚相、次深海棚緣盆地相、次深海臺(tái)緣斜坡相及陸表次深海海盆相。三個(gè)主要成錳期錳成礦作用具有統(tǒng)一性，成礦作用與地殼拉張、海侵事件、缺氧事件等區(qū)域性重大地質(zhì)事件關(guān)聯(lián)密切。

沉積型錳礦地質(zhì)環(huán)境成礦作用巖相古地理拉張環(huán)境缺氧環(huán)境湖南省

錳礦是湖南的優(yōu)勢(shì)礦種，資源豐富，類型齊全，開(kāi)發(fā)利用歷史悠久，同時(shí)，湖南成礦條件優(yōu)越，錳礦資源找礦潛力巨大。沉積型錳礦為湖南省內(nèi)最重要的錳礦產(chǎn)類型，以“湘潭式”、“桃江式”及“民樂(lè)式”錳礦為典型代表。前人就這些主要沉積型錳礦典型礦床地質(zhì)特征及成礦作用等進(jìn)行了較多的總結(jié)研究(蔣德和等，1985；祝壽泉，1996；羅燦輝，1998； Tangetal. ,1999；于沛然，2008)，但對(duì)全省各主要成錳期內(nèi)錳成礦作用及不同成錳期成礦作用對(duì)比研究鮮有開(kāi)展。本文在前人有關(guān)湖南省內(nèi)典型礦床研究認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，對(duì)湖南省沉積型錳礦床分布、主要含錳地層與含錳巖系、主要成錳期巖相古地理進(jìn)行了較全面的研究，對(duì)湖南省沉積型錳礦成礦作用進(jìn)行了探討。

1 湖南省沉積型錳礦的分布

湖南省錳礦資源豐富，點(diǎn)多面廣，貧礦多，富礦少。大多為中、小型礦床，但少數(shù)的大型礦床往往決定著錳礦床分布的時(shí)空格局，如產(chǎn)于早南華世大塘坡期的湘西花垣民樂(lè)錳礦及湘中湘潭錳礦，產(chǎn)于中奧陶世煙溪期的桃江響濤源錳礦，以及產(chǎn)于中二疊世孤峰期的東湘橋錳礦。類型上，有沉積型、變質(zhì)型、熱液型、表生型及以上各類型的復(fù)合疊加。其中，沉積型錳礦是最重要的類型。錳礦賦存層位時(shí)代跨度大，由老至新有元古界板溪群馬底驛組、下南華統(tǒng)大塘坡組、下震旦統(tǒng)陡山沱組、下寒武統(tǒng)小煙溪組、中奧陶統(tǒng)煙溪組、中上泥盆統(tǒng)棋梓橋組和佘田橋組、石炭系大塘階組及壺天群、中二疊統(tǒng)孤峰組。其中，馬底驛組、棋梓橋組及佘田橋組發(fā)育的錳礦床雖然較上規(guī)模，但成礦均為后期熱液或表生疊加形成，這些層位僅僅是經(jīng)歷了成巖階段錳的初始富集。其余賦錳層位賦存了全省60%以上的資源儲(chǔ)量，最主要的沉積型賦錳層位有大塘坡組、煙溪組及孤峰組。其中，大塘坡組的錳礦占49%以上，為省內(nèi)最重要的賦錳層位。煙溪組錳礦所占資源儲(chǔ)量比例較少，但質(zhì)量好，多為優(yōu)質(zhì)錳礦資源。孤峰組錳礦分布上很廣，但品位普遍較低，已開(kāi)采利用的多為經(jīng)后期表生富集的氧化錳礦石。錳礦床成礦時(shí)代上，呈現(xiàn)出自北西朝東南方向由老至新分布的特點(diǎn)。大塘坡期錳礦大量地分布在湘西，瀘溪、鳳凰、花垣、麻陽(yáng)、大庸等地，湘中，湘潭、湘鄉(xiāng)、寧鄉(xiāng)等地，及湘西南，洞口、黔陽(yáng)一帶。煙溪期錳礦集中分布在湘中段，東起益陽(yáng)南壩，經(jīng)桃江響濤源、寧鄉(xiāng)月山，再至桃江黃土塘，近東西方向延展，湘南有少量分布。孤峰期錳礦在邵陽(yáng)-衡陽(yáng)一線以南地區(qū)分布，其中以零陵、邵陽(yáng)、邵東、新邵、桂陽(yáng)、耒陽(yáng)、常寧等地最為發(fā)育(圖1)。

圖1 湖南省主要沉積型錳礦床及主要賦錳地層分布Fig.1 Sketch map showing the distribution of sedimentary manganese deposits and manganese-bearing formation in Hunan 1-下南華統(tǒng)大塘坡組；2-中奧陶統(tǒng)煙溪組；3-中二疊統(tǒng)孤峰組；4-主要成錳期沉積型錳礦床/點(diǎn)1-Datangpo formation of lower Nanua system; 2-Yanxi formation of middle Ordovician; 3-Gufeng formation of middle Permian; 4-manganese ore deposit and mineral occurrence formed at dominant manganese mineralization periods

2 主要含錳地層與含錳巖系

2.1 主要含錳地層

2.1.1 下南華統(tǒng)大塘坡組

目前，比較認(rèn)可的是華南地區(qū)在南華紀(jì)發(fā)生了兩次冰川事件——南沱冰期與江口冰期，并分別與全球性的Marinoan和Sturtian雪球事件對(duì)應(yīng)，兩者之間的間冰期為大塘坡期。間冰期大塘坡組形成了以炭質(zhì)、粉砂質(zhì)頁(yè)巖為主體的巖石組合，是湖南省最重要的錳礦形成時(shí)期，形成了花垣民樂(lè)錳礦、湘潭錳礦等礦床，主要分布于湘西、湘中及湘西南地區(qū)。就地層的發(fā)育而言，湘中厚度最小，向湘西南增厚，到江口厚度最大，均有錳礦產(chǎn)出。湘南桂陽(yáng)一帶為變質(zhì)泥質(zhì)巖與粗碎屑巖互層，基本未見(jiàn)錳沉積。本組的化石主要為疑源類微古植物，大量的藍(lán)綠藻類化石在礦石中呈細(xì)粒狀、不規(guī)則狀的集合體或假鮞狀產(chǎn)出。

湘西地區(qū)，錳礦一般產(chǎn)于大塘坡組下部，有工業(yè)錳礦層二層，由若干似層狀、透鏡狀礦體緊密交疊而成。礦石中有機(jī)組分含量一般為2.0%～2.5%，炭質(zhì)常與粘土質(zhì)組成相間的細(xì)紋層，紋理寬一般為0.1mm～0.3mm，呈平直或微彎曲密集相間排列。湘中地區(qū)，含礦地層主要為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、條帶狀含炭質(zhì)、粉砂質(zhì)頁(yè)巖夾似層狀碳酸錳礦，礦層之下為灰色硅質(zhì)頁(yè)巖，黃鐵礦很多呈薄層產(chǎn)出。礦層之上為深黑色頁(yè)片狀炭質(zhì)頁(yè)巖，含少量星點(diǎn)狀或結(jié)核狀黃鐵礦。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，一般只有一層，局部于主礦層之上2m～4m處黑色頁(yè)巖中有1～2層透鏡狀小礦體。湘西南地區(qū)，該區(qū)段大塘坡組內(nèi)夾碳酸錳礦三層。主礦層產(chǎn)于大塘坡組底部，距底板1m～5m，礦體呈似層狀產(chǎn)出，沿傾斜方向厚度變化較大，一般0.4m～2.0m，深部為0.4m～6.2m。中間是局部的小礦體，主要由互層狀、薄層狀菱錳礦石組成；頂部礦體由互層狀、薄層狀、角礫狀、塊狀礦石組成，呈小透鏡狀產(chǎn)出。

2.1.2 中奧陶統(tǒng)煙溪組

中奧陶統(tǒng)大致以吉首、常德桃源一線為界，西北側(cè)為碳酸鹽臺(tái)地沉積，沉積了寶塔組的泥質(zhì)灰?guī)r，少量地分布于湘西北、湘北及湘東北臨湘一帶；而東南側(cè)為水深較大的外陸架盆地?zé)熛M的一套黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖沉積。錳礦主要賦存于湘中地區(qū)的煙溪組中。另外，湘中及湘南地區(qū)上覆于煙溪組的天馬山組底部，淺變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖、粉砂巖與泥巖互層的一套陸緣碎屑沉積中亦有少量碳酸錳礦沉積。煙溪組含豐富的筆石化石，且一般均保存較好，排列無(wú)定向，另有少量三葉蟲(chóng)及腕足類化石。

錳成礦部位為黑色頁(yè)巖與灰?guī)r之間，且兩者之間常有灰白色粘土巖分布，蔣德和等(1995)研究認(rèn)為粘土巖的形成受火山活動(dòng)控制，表現(xiàn)在北部地區(qū)的益陽(yáng)南壩一帶粘土層位中有火山凝灰?guī)r，往南至桃江響濤源一帶的粘土巖中仍含有一定數(shù)量的火山碎屑，并見(jiàn)有殘留的蒙脫石等礦物。礦層一般與本組巖石厚度呈正相關(guān)關(guān)系，地層厚度大，則礦層穩(wěn)定，厚度也大。含礦一般一層，有些地區(qū)可見(jiàn)2～4層，礦層延伸長(zhǎng)一般700m～2500m，礦體呈似層狀或透鏡狀，碳酸錳單層礦層一般厚0.2m～1m，厚者可達(dá)2m～3m，層位穩(wěn)定，但沿走向、傾向礦體分枝復(fù)合、尖滅再現(xiàn)，沿傾向往深部變薄變貧。

2.1.3 中二疊統(tǒng)孤峰組

大致以城步-洞口-漣源-萍鄉(xiāng)為界，往湘北及湘西北地區(qū)為茅口組，其巖性為中層至厚層塊狀的灰色至深灰色石灰?guī)r和生物碎屑巖，含較多的燧石團(tuán)塊或條帶；往南為碳酸鹽濁積盆地，沉積了一套灰黑色、褐黑色的薄層硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖和泥頁(yè)巖，夾少量泥灰?guī)r和石灰?guī)r，稱孤峰組。孤峰組分布的最典型化石為菊石類，另有腕足類及放射蟲(chóng)等的分布。賦存于該層位錳礦的顯著特點(diǎn)是礦床(點(diǎn))多、規(guī)模小，礦石貧錳、高鐵、高磷及高硅。沉積的碳酸錳礦一般只是在小部分地區(qū)有礦床存在，大部分地區(qū)的工業(yè)礦體都是經(jīng)過(guò)次生富集的氧化錳。

2.2 含錳巖系

盡管用法和解釋有所不同，但大量的地學(xué)研究文獻(xiàn)都試圖拋開(kāi)時(shí)間或空間羈絆，使用沉積建造或類似的術(shù)語(yǔ)來(lái)研究沉積巖之間的相互關(guān)系及其組合規(guī)律。由于對(duì)大地構(gòu)造、沉積學(xué)、古氣候及礦床成因等沉積建造構(gòu)成部分認(rèn)識(shí)的不確定性，現(xiàn)有有關(guān)含錳沉積建造的認(rèn)識(shí)及分類(黃世坤等，1985；孟祥化等，1985；姚敬劬等，1995；Fanetal.，1999)亦很難統(tǒng)一。目前，我國(guó)大多數(shù)地學(xué)工作者采用的方法是，僅限定于把某一地層單位中的含錳巖系的特征巖石共生組合作為分類命名的依據(jù)。姚敬劬等(1995)根據(jù)沉積環(huán)境和地球化學(xué)特點(diǎn)將含錳巖系劃分為六大類：黑色炭質(zhì)泥巖系、泥質(zhì)(碎屑)巖系、碳酸鹽巖系、鈣硅泥巖系、硅質(zhì)巖系和紅色泥礫巖系。湖南省沉積型錳礦含錳巖系主要有黑色炭質(zhì)泥巖系及硅質(zhì)巖系兩類。

其一，黑色炭質(zhì)泥巖系，產(chǎn)出層位為下南華統(tǒng)大塘坡組和中奧陶統(tǒng)煙溪組，是湖南省最重要的含錳巖系。下南華統(tǒng)大塘坡組黑色炭質(zhì)泥巖系，由一套紋層狀、薄層狀富含炭質(zhì)及黃鐵礦的黑色頁(yè)巖、粘土巖、局部含錳灰?guī)r，夾碳酸錳礦層組成，厚十幾米到四、五十米。碳酸錳礦層通常呈大型層狀、似層狀、或呈碳酸錳夾黑色頁(yè)巖的韻律互層。富含種類繁多的藍(lán)藻類和有機(jī)質(zhì)。屬南華紀(jì)間冰期的沉積物，形成于揚(yáng)子陸塊東南被動(dòng)陸緣，與加里東早期拉張構(gòu)造背景有關(guān)的裂陷盆地環(huán)境。代表性礦床有民樂(lè)及湘潭錳礦等。中奧陶統(tǒng)煙溪組黑色炭質(zhì)泥巖系，由富含筆石、三葉蟲(chóng)和介殼類混生化石的水平紋層狀、條帶狀、塊狀含黃鐵礦頁(yè)巖、粘土巖、夾碳酸錳和生物碎屑灰?guī)r、泥灰?guī)r組成，通常厚度10m～30m。碳酸錳礦體呈層狀、似層狀延伸。屬揚(yáng)子陸塊東南緣臺(tái)地斜坡的非補(bǔ)償邊緣海盆地沉積，形成了低磷低鐵的優(yōu)質(zhì)錳礦帶，代表性礦床有響濤源錳礦。

其二，硅質(zhì)巖系，產(chǎn)出層位為中二疊統(tǒng)孤峰組，為一套硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥頁(yè)巖、含錳灰?guī)r和鈣質(zhì)頁(yè)巖，局部可富集成礦。一般厚十幾米到一百多米，含菊石、有孔蟲(chóng)、頭足類、腕足類等生物化石。錳礦層通常含錳量較低(<12%)，賦存于該層位的錳礦床(點(diǎn))，多為后期表生富集的產(chǎn)物，在湘南有大量分布，且集中于綏寧-邵陽(yáng)及郴州-衡陽(yáng)地區(qū)。與湘北、湘西北中上揚(yáng)子陸塊茅口組同屬淺海裂陷臺(tái)盆半深海相沉積物。代表性礦床有東湘橋錳礦。

其它含錳巖系或多或少在湖南省內(nèi)亦有分布，但或其內(nèi)無(wú)工業(yè)價(jià)值的錳礦床，或所產(chǎn)錳礦床為后期地質(zhì)作用富集的產(chǎn)物。如含錳碳酸鹽巖系，巖性組合主要為灰?guī)r或白云巖，泥盆系棋梓橋組即為此含錳巖系，其內(nèi)錳礦床主要為后期熱液改造富集而成。代表性礦床有后江橋及瑪瑙山礦床。含錳紅色泥礫巖系主要是礦胚層通過(guò)紅土化作用形成的含錳質(zhì)結(jié)合的紅色、磚紅色、棕黃色粘土、亞粘土層，廣布于其它各類型含錳巖系分布區(qū)。

3 主要成錳期巖相古地理

在前人有關(guān)華南地區(qū)與主要成錳期對(duì)應(yīng)各地質(zhì)時(shí)期巖相古地理研究基礎(chǔ)上(王立亭等，1994；夏文杰等，1994；周名魁等，1994；姚敬劬等，1998)，綜合考慮了湖南省大地構(gòu)造演化、古構(gòu)造、巖漿活動(dòng)及含錳地層與巖系等，對(duì)三個(gè)主要成錳期巖相古地理環(huán)境進(jìn)行了劃分(表1、圖2、圖3、圖4)。本文巖相古地理分類命名方法采用劉寶珺(1985)的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 湖南省主要成錳期沉積巖相與古地理類型Table 1 Sedimentary facies and paleogeography of 3 manganese mineralization periods in Hunan

圖2 湖南省早南華世大塘坡期巖相古地理Fig.2 Sketch map showing sedimentary facies and paleogeography of Datangpo period in early Nanhua, Hunan 沉積相/亞相：Li-海岸相；Sh-陸棚相；Shp-陸棚平原亞相；Shs-陸棚淺灘亞相；Shb-棚內(nèi)盆地亞相；SMB-棚緣盆地；SMBn正常沉積盆地；SMBb棚內(nèi)盆地亞相；古地理單元：Ⅰ1-上揚(yáng)子陸塊；Ⅰ2-下?lián)P子陸塊；江南低地；江南隆起；Ⅱ-揚(yáng)子陸塊東南被動(dòng)大陸邊緣；Ⅱ1-武陵斷陷盆地；花垣成錳沉積盆地；鳳凰成錳沉積盆地；塹壘單元；Ⅱ2-湘桂斷陷盆地；黔陽(yáng)成錳沉積盆地；湘潭成錳沉積盆地；塹壘單元；Ⅲ -華夏裂谷盆地；沉積巖相：1-含礫砂巖、砂巖相；2-粉砂巖、泥巖相；3-砂巖、粉砂巖、泥巖相；4-砂巖、粉砂巖相；5-砂巖、泥巖、錳碳酸鹽相；6-凝灰質(zhì)砂巖、含礫粉砂巖、泥巖相；7-粉砂巖、泥巖碳酸鹽相；8-凝灰質(zhì)砂巖、泥巖、錳碳酸鹽相；9-粉砂巖、泥巖相；10-粉砂巖、泥巖、碳酸鹽相、11-古陸；12-沉積巖相界線；13-沉積亞相界線；14-成錳沉積盆地；15-古地 理單元界線；16-大塘坡期沉積型錳礦床/點(diǎn)sedimentary facies and sub-facies: Li-littoral-shallow sea face; Sh-shelf face;Shp-shelf-plain face; Shs-shelf-shoal face; Shb-shelf-basin face； SMB-shelf marginal basin； SMBn-normal sedimentary basin; SMBb-basin in shelf；ⅡⅢ -Cathaysia rift basin; sedimentary lithofacies: 1-conglomeratic sandstone and sandstone face; 2-siltite and mudstone face; 3-sandstone, siltite and mudstone face; 4-sandstone and siltite face; 5-sandstone, mudstone and Mn-bearing carbonate face; 6-tuffaceous sandstone, conglomeratic sandstone and mudstone face; 7-siltite and muddy carbonate face; 8-tuffceous sandstone, mudstone and Mn-bearing carbonate face; 9-siltite and mudstone; 10-siltite, mudstone and carbonate face; 11-old land; 12-boundary of sedimentary face; 13-boundary of sedimentary sub-face; 14-manganese sedimentary basin; 15-bound-ary of paleogeography unit; 16-manganese ore deposit and mineral occurence of Datangpo period

圖3 湖南省中奧陶世煙溪期巖相古地理Fig.3 Sketch map showing sedimentary facies and paleogeography of Yanxi period of middle Ordovician,in Hunan 沉積相/亞相：OP-碳酸鹽開(kāi)闊臺(tái)地相；PSh-臺(tái)緣陸棚相；PFS-臺(tái)緣斜坡相；PFSU-上斜坡相；PFSL-下斜坡相；CSB-陸緣淺盆相；古地理單元：Ⅰ1-上揚(yáng)子陸塊；湘鄂開(kāi)闊盆地；湘黔臺(tái)緣陸棚；Ⅰ2-下?lián)P子陸塊；Ⅱ-揚(yáng)子?xùn)|南臺(tái)緣斜坡；Ⅱ1-上斜坡；桃江成錳沉積盆地；Ⅱ2-下斜坡；Ⅲ -湘東南陸緣盆地；沉積巖相：1-泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r及瘤灰?guī)r相；2-鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥灰?guī)r相；3-炭質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、泥巖相；4-炭質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、錳碳酸鹽巖相；5-砂質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)巖相；6-硅質(zhì)、硅泥質(zhì)泥巖相；7-沉積巖相界線；8-沉積亞相界 線；9-成錳沉積盆地；10-古地理單元界線；11-煙溪期沉積型錳礦床/點(diǎn)sedimentary facies and sub-facies: OP-open carbonate platform face；Ⅰ2-lower Yangtze block; ⅡⅡ2-lower slope; Ⅲ-platform marginal basin of southeastern Hunan;sedimentary lithofacies: 1-argillaceous limestone, limestone and nodular limestone face;2-cal-shale, argillaceous limestone face;3-carbonaceous shale, siliceous shale and mudstone face; 4-carbonaceous shale, siliceous shale and Mn-carbonate face;5-sandy shale and silicalite face;6-silicalite and siliceous mudstone face; 7-boundary of sedimentary face;8-boundary of sedimentary sub-face;9-manga-nese sedimentary basin; 10-boundary of paleogeography unit; 11-manganese ore deposit and mineral occurence of Yanxi period

圖4 湖南省中二疊世孤峰期巖相古地理Fig.4 Sketch map showing sedimentary facies and paleogeography of Gufeng period of middle Permian,in Hunan 沉積相/亞相：OP-碳酸鹽開(kāi)闊臺(tái)地相； PFS-臺(tái)緣斜坡相；DSB-海盆相；古地理單元：Ⅰ-上揚(yáng)子陸塊；Ⅱ-江南隆起；Ⅲ -湘東南陸緣盆地；Ⅲ 1-邵陽(yáng)成錳沉積盆地；Ⅲ 2-永州成錳沉積盆地；Ⅲ 3-桂陽(yáng)成錳沉積盆地；Ⅲ 4-衡東成錳沉積盆地；沉積巖相：1-泥質(zhì)、硅質(zhì)灰?guī)r相；2-泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r相；3-硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)巖相；4-頁(yè)巖、泥灰?guī)r、硅質(zhì)巖相；5-頁(yè)巖、硅灰?guī)r、錳碳酸鹽巖相；6-碳酸 鹽巖碎屑、礫巖相；7-沉積巖相界線；8-沉積亞相界線；9-成錳沉積盆地；10-古地理單元界線；11-孤峰期沉積型錳礦床/點(diǎn)sedimentary facies and sub-facies: OP-open carbonate platform face; PFS-platform marginal slope face; DSB-deep sea basin; paleogeography units: Ⅰ-upper Yangtze block; Ⅱ-Jiangnan uplift; Ⅲ-platform marginal basin of southeastern Hunan; Ⅲ1-Shaoyang manganese sedimentary basin; Ⅲ2-Yongzhou manganese sedimentary basin; Ⅲ3-guiyang manganese sedimentary basin; Ⅲ4-Hengdong manganese sedimentary basin; sedimentary lithofacies: 1-argillaceous and siliceous limestone face; 2-argillaceous and dolomitic limestone face; 3-silicalite, siliceous shale and mudstone face; 4-shale, argillaceous limestone and silicalite face; 5-shale, siliceous limestone and Mn-bearing carbonate face; 6-carbonaceous clastic and conglomerate face; 7-boundary of sedimentary face; 8-boundary of sedimentary sub-face; 9-manganese sedimentary basin; 10-boundary of paleo-geography unit; 11-manganese ore deposit and mineral occurence of Gufeng period

與錳礦沉積密切關(guān)聯(lián)的巖相環(huán)境如下：

棚內(nèi)盆地亞相：為早南華紀(jì)大塘坡期含錳建造分布的主要沉積相之一，是湘西北淺海陸棚上局限滯流的沉積環(huán)境，其形成原因可以是由于地形低洼長(zhǎng)期處于風(fēng)暴浪基面之下，造成水體滯流的環(huán)境；或者是由于周圍有相對(duì)隆起的淺灘或島嶼起障壁作用而形成局限環(huán)境。根據(jù)含錳巖系、錳礦床(點(diǎn))等分布情況，劃分出了三個(gè)成錳沉積盆地：花垣盆地、鳳凰盆地、及湘潭盆地。另外，同期湘中次深海棚緣盆地內(nèi)，沉積環(huán)境及成因等與淺海陸棚相盆內(nèi)沉積亞相類似，且沉積巖性組合中出現(xiàn)了含碳酸鹽巖及碳酸鹽巖，為含錳巖系分布的又一沉積相。主要成錳沉積盆地為黔陽(yáng)盆地。

臺(tái)緣斜坡相：該沉積相帶內(nèi)沉積特征極不相同，以湘中一帶的煙溪組為代表，厚度不大，約20m，為一套黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、粘土質(zhì)頁(yè)巖夾含錳灰?guī)r或鈣質(zhì)白云巖，有的地段可構(gòu)成碳酸錳礦。水平微層理發(fā)育，以筆石為主，偶見(jiàn)浮游生活的三葉蟲(chóng)，在新化爐觀、桃江一帶還發(fā)現(xiàn)放射蟲(chóng)和硅質(zhì)海綿骨針。其內(nèi)的桃江成錳沉積盆地，發(fā)育了中奧陶世最重要的錳礦礦集區(qū)。

次深海海盆相：江南水下隆起區(qū)東南的湘桂盆地為次深海海盆相，是整個(gè)南方早二疊世海水最深的相帶，沉積了一套硅質(zhì)巖系。硅質(zhì)巖系底部以灰黑色、黑色頁(yè)巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)灰?guī)r為主，夾泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及硅質(zhì)巖。上部主要為灰黑色、棕褐色含錳硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r，夾頁(yè)巖、硅質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r。主要生物化石有頭足類、腕足類、雙殼類、菊石等。在海盆張裂的凹陷槽中，集中沉積了一套含錳硅質(zhì)巖，至少可劃分出四個(gè)成錳沉積盆地：邵陽(yáng)盆地、永州盆地、桂陽(yáng)盆地及衡東盆地。

4 成礦作用討論

4.1 拉張環(huán)境與錳成礦

盡管三個(gè)主要成錳期錳成礦在不同的構(gòu)造演化階段都各具特色，但是錳礦的分布卻僅局限在與離散的拉張環(huán)境有關(guān)的沉積盆地中。拉張環(huán)境對(duì)錳成礦的貢獻(xiàn)至少體現(xiàn)在2個(gè)方面：①造就了容礦的成錳盆地，為錳的沉淀創(chuàng)造了有利的相對(duì)滯流的、較為平靜的環(huán)境。②深部乃至幔源物質(zhì)上涌，為成礦提供礦質(zhì)來(lái)源，主要表現(xiàn)為各成錳期成錳盆地或近盆的熱鹵水或海底火山活動(dòng)。大塘坡期：在益陽(yáng)石羊莊有安山質(zhì)-英安質(zhì)火山角礫及凝灰熔巖流和火山集塊巖等噴發(fā)；隆回石橋鋪有安山質(zhì)火山角礫噴發(fā)；黔陽(yáng)山石洞有角礫狀?；鋷r流噴溢。煙溪期：益陽(yáng)南壩一帶粘土巖層位中有火山凝灰?guī)r，往南至桃江響濤源一帶的粘土巖中仍含有一定數(shù)量的火山碎屑，并見(jiàn)有殘留的蒙脫石礦物(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1985)。

4.2 巖相古地理對(duì)錳成礦的約束

巖相古地理對(duì)錳成礦的約束主要體現(xiàn)在營(yíng)造了相對(duì)缺氧的、滯流的安靜環(huán)境，這種環(huán)境在諸多古地理環(huán)境中都可以形成，如本次研究的三個(gè)主要成錳期錳成礦古地理環(huán)境就有淺海陸棚相、棚緣盆地相、次深海臺(tái)緣斜坡相、次深海海盆相等?？紤]礦質(zhì)供給及沉淀等因素，不難對(duì)各成錳期錳成礦分布及規(guī)模做出解釋。各個(gè)相帶中錳礦分布模式示意圖見(jiàn)圖5：

(1)淺海陸棚相帶

這類沉積相帶對(duì)錳的成礦是最為有利的，因?yàn)樘幱谶@類相帶中的成錳沉積區(qū)既是滯流安靜的環(huán)境，水體又相對(duì)較淺，有更多的藻類等浮游生物發(fā)育。同時(shí)，更為重要的是，成錳沉積區(qū)外為廣袤分布的陸棚平原，可以大規(guī)模接受來(lái)自深源或陸源等的礦質(zhì)，并逐步在相對(duì)低洼的成錳沉積盆地中就位成礦。以民樂(lè)及湘潭錳礦為代表，稱之為“湘潭式”(圖5a)。

(2)臺(tái)緣斜坡相帶

臺(tái)緣斜坡相帶是水流較為暢通的環(huán)境，但局部地帶由于上翻洋流等影響，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被帶到斜坡帶表層水體中，在這個(gè)地帶生物具有很高的繁育力和生產(chǎn)力，這樣使得水體的氧化作用減弱，從而導(dǎo)致后來(lái)形成氧的最低值，造就缺氧滯流環(huán)境。以響濤源錳礦為代表，稱之為“桃江式”(圖5b)。

(3)深水盆地相帶

沉積成巖及成礦方式與淺海陸棚相帶類似，主要區(qū)別之處在于水體更深，這類水體光合作用所能到達(dá)的界面有限，下部水體光合作用減弱，耗氧量增加，極易形成缺氧環(huán)境。此類相帶遠(yuǎn)離陸緣，陸緣物質(zhì)很難對(duì)其形成有效供給。可細(xì)化為以黑色頁(yè)巖為主的次深海棚緣盆地沉積，代表性沉積成礦區(qū)如大塘坡期黔陽(yáng)成錳沉積區(qū)；以硅質(zhì)巖為主的次深海海盆沉積區(qū)，整個(gè)湘南地區(qū)孤峰組均屬于此(圖5a)。

4.3 缺氧環(huán)境與錳成礦

華南地區(qū)新元古代-古生代發(fā)育多幕次的大洋缺氧事件，已有研究成果表明，新元古代至少發(fā)育兩次：早南華世大塘坡期及震旦紀(jì)陡山沱和燈影期。古生代研究較多且有較多證據(jù)的至少有以下期次：早寒武世筇竹寺期、中奧陶世廟坡期、晚奧陶世五峰期、早志留世龍馬溪期(姜月華等，1994；李任偉等，1996)、早二疊世孤峰期以及晚二疊世大隆期(吳勝和等，1994)。無(wú)一例外，正如拉張環(huán)境及巖相古地理約束一樣，湖南省主要錳成礦期均為大洋缺氧事件發(fā)育時(shí)期，具有統(tǒng)一性。南華紀(jì)大塘坡組及煙溪組含錳巖系主要為一套黑色巖系，富含有機(jī)質(zhì)，黃鐵礦條帶及結(jié)核十分發(fā)育，含大量浮游生物化石，具典型缺氧環(huán)境標(biāo)識(shí)。孤峰組除黑色頁(yè)巖外，薄層硅質(zhì)巖十分發(fā)育，另外還有暗色紋層狀石灰?guī)r。另外，磷的含量高，且以磷結(jié)核形式產(chǎn)出，一般呈扁橢球形，結(jié)核中含P2O5為2%～30%，一般為10%。泥頁(yè)巖、石灰?guī)r甚至硅質(zhì)巖中殘余有機(jī)碳含量都非常高，形成了黑色頁(yè)巖-薄層硅質(zhì)巖-紋層石灰?guī)r的缺氧沉積組合。

圖5 各沉積相帶錳沉淀模式Fig.5 Model of manganese precipitation under different sedimentary facies and paleogeography a-淺海陸棚及深水盆地相帶；b-臺(tái)緣斜坡相帶a-shallow sea shelf and deep basin sedimentary environment; b-platform marginal slope sedimentary environment

三個(gè)成錳期缺氧環(huán)境及其沉積物是多種因素共同作用的結(jié)果：①三個(gè)成錳期均為海侵期，海侵使水體加深，浪基面上升，光合作用所達(dá)到的界面也相應(yīng)抬升。這樣水體下部的光合作用減弱，耗氧量增大。②氣候、海水能量及上升洋流等的影響，導(dǎo)致水體垂向混合作用較弱，使較深層水體因供氧不足而氧含量急劇降低。③大塘坡組及孤峰組成錳沉積區(qū)均為海底凹陷槽，這種凹陷槽限制了內(nèi)部海水循環(huán)，從而在這些地區(qū)形成了停滯的帶狀水體，出現(xiàn)缺氧環(huán)境。缺氧環(huán)境水體常成為一種弱酸性還原水體，在這種水體中錳質(zhì)被不斷溶解、還原，使水體中較分散的Mn2+相對(duì)富集。

5 結(jié)論

(1)湖南省沉積型錳礦成礦作用主要發(fā)生于早南華世大塘坡期、中奧陶世煙溪期及中二疊世孤峰期。錳成礦在大塘坡期大量地分布于湘中及湘西段，煙溪期集中于湘中段，孤峰期則分布于湘南地區(qū)。大塘坡組及煙溪組含錳巖系為黑色炭質(zhì)泥巖系，孤峰組為一套硅質(zhì)巖系。

(2)成錳沉積盆地是錳礦床就位的重要場(chǎng)所，對(duì)應(yīng)的巖相古地理環(huán)境為錳成礦創(chuàng)造了有利條件。大塘坡期——民樂(lè)盆地、鳳凰盆地及湘潭盆地，巖相古地理環(huán)境為淺海陸棚相；黔陽(yáng)盆地，巖相古地理環(huán)境為次深海棚緣盆地相。煙溪期——桃江盆地，巖相古地理環(huán)境為次深海臺(tái)緣斜坡相。孤峰期——邵陽(yáng)盆地、永州盆地、桂陽(yáng)盆地及衡東盆地，巖相古地理環(huán)境為陸表次深海海盆相。

(3)對(duì)錳成礦作用至關(guān)重要的兩個(gè)因素為區(qū)域離散拉張環(huán)境及缺氧環(huán)境。巖相古地理對(duì)錳成礦的約束主要體現(xiàn)在營(yíng)造了相對(duì)缺氧的、滯留的安靜環(huán)境，由于這種環(huán)境在諸多古地理環(huán)境中都可以形成，導(dǎo)致了錳成礦巖相古地理環(huán)境的多樣性。

(4)三個(gè)主要成錳期成錳作用具有統(tǒng)一性，成礦作用與地殼拉張、海侵事件、缺氧事件等區(qū)域性重大地質(zhì)事件關(guān)聯(lián)密切。

致謝 湖南省地質(zhì)調(diào)查院朱倫杰高級(jí)工程師及陳俊高級(jí)工程師在巖相古地理工作開(kāi)展過(guò)程中給予了悉心的指導(dǎo)，審稿專家及編輯部對(duì)完善本文提出了許多寶貴意見(jiàn)及建議，在此謹(jǐn)致謝意。

Hunan Bureau of Geology and Mineral Resources. 1985. Regional Geology of Hunan Province[M]. Beijing: Geological Publishing House:77-78(in Chinese)

Huang Shi-kun, Song Xiong.1985.Types, ore controlling factors and gennesis of manganese ore deposits in China[J]. Geology and Prospecting,21(10):1-7(in Chinese with English abstract)

Jiang De-he, Yang Zhen-qiang.1995.Studies of Ore-Forming process of “Taojiang-type manganese ”, middle Ordivician in Central Hunan Province[J]. Acta Sedimentologica Sinica,13(1):59-68(in Chinese wit English abstract)

Jiang Yue-hua, Yue Wen-zhe, Ye Zhi-zheng. 1994. Anoxic event, black shales and related mineral resources: taking the Lower Palaeozoic in Southern China as an example[J]. Geological Exploration for Non-ferrous Metals, (05): 272-278 (in Chinese wit English abstract)

Li Ren-wei, Zhang Shu-kun, Lei Jia-jin, Shen Yan-an, Chen Jing-shi, Chu Xue-lei. 1996. Temporal and spacial variation in δ34S values of pyrite from Sinian stratadiscussion on relationship between Yangtze block and the Late Proterozoic supercontinent[J]. Scientia Geologica Sinica, 1996, (03): 2-10 (in Chinese with English abstract)

Liu Bao-jun, Zeng Yun-fu. 1985. Lithofacies Paleogeography:from Principles to analyses[M]. Beijing: Geological Publishing House: 90-237 (in Chinese)

Luo Can hui. 1998. Petrographic palaeogeography of early Sinian metallogenic peorid and minerogenic prognosis of the Xiangtan Mn-orefield[J]. Geology and Prospecting, 26(4): 1-6(in Chinese with English abstract)

Meng Xiang-hua, Ge Ming. 1985. A new concept of sedimentary formations and the principles for analysis[J]. Regional Geology of China, 15(5): 67-78 (in Chinese wit English abstract)

Tang Shi-yu, Liu Tie-bing. 1999. Origin of the early Sinian Minle manganese deposit, Hunan Province, China[J]. Ore Geology Reviews, 15: (2): 71-78

Wang Li-ting, Lu Yan-bang, Zhao Shi-jiu, Luo Jing-hui. 1994. Permian Lithofacies Paleogeography and Mineralization in South China[M]. Beijing: Geological Publishing House: 81-84 (in Chinese with English abstract)

Wu Sheng-he, Feng Zeng-zhao, He You-bin. 1994. Study on anoxic enviroments of Permian in the Middle and Lower Yangtze Region[J]. Acta Sedimentologica Sinica, (02): 29-36 (in Chinese wit English abstract)

Xia Wen-jie, Du Sen-guan, Xu Xin-huang. 1994. Sinian Lithofacies Paleogeography and Mineralization in South China[M]. Beijing: Geological Publishing House : 24-70(in Chinese with English abstract)

Yao Jing-qu, Wang Liu-ming, Su Chang-guo. 1995. Manganese mineralization in the Southern Margin of Yangtze Plate and its Adjacent Areas[M]. Beijing: Metallurgical Industry Press: 33-35 (in Chinese)

Yao Jing-qu, Su Chang-guo, Peng San-guo. 1998. Manganese-forming Sedimentary Basins and Manganese Prospeting in Central and Southern Hunan[M]. Beijing: Metallurgical Industry Press: 41-70 (in Chinese)

Yu Pei ran. 2008. Geologic charcters and prospect in Huayuan Mingle Mn-ore deposit of Hunan[J]. China's Manganese Industry, 26(4): 9-13(in Chinese with English abstract)

Zhou Ming-kui, Wang Ru-zhi, Li Zhi-ming. 1994. Ordovician Lithofacies Paleogeography and Mineralization in South China[M]. Beijing: Geological Publishing House: 28-45 (in Chinese with English abstract)

Zhu Shou quan. 1996. Characteristics of Taojiang-type hydrothermal sedimentary manganese deposits[J]. Geological Review, 42(5): 397-403(in Chinese with English abstract)

[附中文參考文獻(xiàn)]

湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 1988. 湖南省區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京: 地質(zhì)出版社: 77-78

黃世坤, 宋 雄. 1985. 我國(guó)錳礦類型、控礦因素及成因探討[J]. 地質(zhì)與勘探, 21 (10): 1-7

蔣德和, 楊振強(qiáng). 1995. 湘中地區(qū)中奧陶統(tǒng) “桃江式” 錳礦的成礦作用研究[J]. 沉積學(xué)報(bào), 13(1): 59-68

姜月華，岳文浙，業(yè)治錚. 1994. 華南下古生界缺氧事件與黑色頁(yè)巖及有關(guān)礦產(chǎn)[J]. 有色金屬礦產(chǎn)與勘查, 3(05): 272-278

李任偉，張淑坤，雷加錦，沈延安，陳錦石，儲(chǔ)雪蕾. 1996. 震旦紀(jì)地層黃鐵礦硫同位素組成時(shí)-空變化特征及揚(yáng)子地塊與晚元古超大陸關(guān)系的論證[J]. 地質(zhì)科學(xué), 31(03): 2-10

劉寶珺, 曾允孚. 1985. 巖相古地理基礎(chǔ)和工作方法[M]. 北京: 地質(zhì)出版社: 90-237

羅燦輝. 1998. 湘潭錳礦田早震旦世成礦期巖相古地理及成礦預(yù)測(cè)[J]. 地質(zhì)與勘探, 26(4): 1-6

孟祥化, 葛 銘. 1985. 沉積建造的新概念及其分析原理[J]. 中國(guó)區(qū)域地質(zhì), 15(5): 67-78

王立亭, 陸彥邦, 趙時(shí)久, 羅晉輝. 1994. 中國(guó)南方-二疊紀(jì)巖相古地理與成礦作用[M]. 北京: 地質(zhì)出版社: 81-84

吳勝和, 馮增昭, 何幼斌. 1994. 中下?lián)P子地區(qū)二疊紀(jì)缺氧環(huán)境研究[J]. 沉積學(xué)報(bào), 12(02): 29-36

夏文杰, 杜森官, 徐新煌. 1994. 中國(guó)南方震旦紀(jì)巖相古地理與成礦作用[M]. 北京: 地質(zhì)出版社: 24-70

姚敬劬, 王六明, 蘇長(zhǎng)國(guó). 1995. 揚(yáng)子地臺(tái)南緣及其鄰區(qū)錳礦研究[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社: 33-35

姚敬劬, 蘇長(zhǎng)國(guó), 彭三國(guó). 1998. 湘中湘南古構(gòu)造成錳盆地及錳礦找礦[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社: 41-70

于沛然. 2008. 湖南花垣民樂(lè)錳礦床主要地質(zhì)特征及其找礦前景[J]. 中國(guó)錳業(yè), 26(4): 9-13

周名魁, 王汝植, 李志明. 1993. 中國(guó)南方奧陶—志留紀(jì)巖相古地理與成礦作用[M]. 北京: 地質(zhì)出版社: 28-45

祝壽泉. 1996. 桃江式錳礦的熱水沉積特征[J]. 地質(zhì)論評(píng), 42(5): 397-403

Geological Environment and Mineralization of Sedimentary Manganese Deposits in Hunan Province

SHI Shao-hua, TANG Fen-pei, LUO Xiao-ya, CHEN Jian-feng

(HunanInstituteofGeologicalSurvey,Changsha,Hunan410116)

The sedimentary manganese mineralization in Hunan spanned a large age, from the Madiyi period of early Proterozoic to the Gufeng period of middle Permian. Of it, the Datangpo of early Nanhua, Yanxi of middle Ordovician and Gufeng of middle Permian are 3 dominant periods of concentrating manganese mineralization. In addition, the mineralization ages roughly tend to be younger towards southeast. Manganese-forming sedimentary basins accommodate manganese precipititating. The sedimentary facies of these basins are favorable to manganese mineralization because they have created an anoxic, stagnant and quiet environment. In fact, such environments can be formed in many plaeo-geographical settings, which leads to manganese-forming sedimentary facies diversity, such as shallow marine shelf, bathyal shelf margin basin, bathyal platform-margin slope and continental bathyal basin related to Hunan sedimentary manganese mineralization. Meanwhile, it is concluded that the 3 periods of manganese mineralization have consistency, which are associated with crustal extension, transgression, and anoxic events in this region.

sedimentary manganese deposit, geological environment, mineralization, sedimentary facies and paleogeography, extensional settings, anoxic environments, Hunan province

2015-07-03；

2016-01-25；[責(zé)任編輯]陳偉軍。

湖南省礦業(yè)權(quán)價(jià)款地質(zhì)勘查項(xiàng)目“湖南省沉積型錳礦評(píng)價(jià)與找礦方向研究”(編號(hào)：201003003) 及全國(guó)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)項(xiàng)目“湖南省錳礦資源潛力評(píng)價(jià)”(編號(hào)：1212011121015)聯(lián)合資助。

石少華(1979年-)，男，2011年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所，博士，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事地質(zhì)調(diào)查及礦產(chǎn)勘查工作。E-mail: ssh311@163.com。

P534; P611.2+2

A

0495-5331(2016)02-0209-11

Shi Shao-hua, Tang Fen-pei, Luo Xiao-ya, Chen Jian-feng. Geological environment and mineralization of sedimentary manganese deposits in Hunan Province[J]. Geology and Exploration, 2016,52(2):0209-0219