重慶小茶園錳礦典型礦床地質(zhì)及地球化學(xué)特征

張禮敏,謝篩珍,凌 云,劉 偉,馬志鑫

(1. 重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 607地質(zhì)隊，重慶 400050；2. 中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081)

本文將區(qū)域錳—鋅(鉛)—釩(鉬)—螢石重晶石熱水(液)礦床看成一個時空連續(xù)的系統(tǒng)過程，提取重要構(gòu)造演化期(南華期、寒武期)含礦巖系的地球化學(xué)、構(gòu)造信息，試圖從盆地構(gòu)造演化理論出發(fā)，識別系列低溫層控金屬礦床的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)與控制因素，對資源環(huán)境評價有重要實際作用。

1 地質(zhì)特征

小茶園錳礦床所處大地構(gòu)造位置屬揚子陸塊—上揚子陸塊—揚子陸塊南部被動邊緣褶沖帶—秀山穹褶束；揚子地塊東南緣大塘坡式錳礦是Rodinia超大陸裂解背景下大規(guī)模錳礦成礦作用的結(jié)果[1]。

1.1 含錳巖系

含錳巖系指南華系下統(tǒng)大塘坡組第1段(Nh1d1)，其厚度及巖性組合與錳礦有著直接的關(guān)系。

上覆地層南華系下統(tǒng)大塘坡組二段(Nh1d2)：深灰色含有機質(zhì)碳質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖[2]。

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含錳巖系:南華系下統(tǒng)大塘坡組第1段(Nh1d1)

1)灰色凝灰?guī)r條帶少量夾生于含粉砂水云母頁巖(黑色)以及含泥質(zhì)水云母頁巖內(nèi)，黑色水云母也少量夾生，含菱錳礦條帶水云母頁巖(含碳質(zhì))部分在底部位置上夾生。分布于上部的巖層與分布于下層的巖層呈現(xiàn)逐漸變化的特征，達到28.10～39.60 m的厚度。

2)含礦層主要呈現(xiàn)餅狀以及透鏡狀的菱錳礦，水云母粘土巖(含碳質(zhì))以及水云母巖(黑色含碳質(zhì))共同所構(gòu)成。高含錳是此巖層的主要特征(通常達1.5%～5%)，呈現(xiàn)出多次韻律變化。錳方解石以及菱錳礦(分散狀)和微層菱錳礦廣泛分布于其間，黃鐵礦在其中則非常少見。有20%左右的含碳泥質(zhì)物分布于圍巖中，有益高含錳段更為突出，能夠超過30%以上，部分的區(qū)段內(nèi)在10%以下。同時還含有很多絹云母粘土和水云母，達到80%以上。分散狀碳酸鹽(Fe、Ca、Mg)以及高嶺石族和石英份屑等也分布其中。泥質(zhì)物以及粉屑物在無礦的位置上表現(xiàn)為韻律擴增。水云母以及有機炭等在其間分布則比較少見。其厚度約為3.05～8.53 m之間。

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下統(tǒng)千子門組(Nh1q)南華系下統(tǒng)是該礦的主要下伏地層，該地層主要呈現(xiàn)冰水建造，為夾水云母巖(含碳質(zhì)、薄層)的含礫巖屑砂巖，其顏色主要呈現(xiàn)灰綠色以及深灰色和灰色等特征。

1.2 礦體特征

在含礦層內(nèi)，礦體有1～5個層次進行產(chǎn)出，分布較多的為2～3層次，單個的礦體在規(guī)模上都比較小，有的長度能達到數(shù)十米，有的則為數(shù)米，產(chǎn)出特征主要呈現(xiàn)似層狀以及餅狀和豆角狀與透鏡狀等特征，包卷層理、紋層理發(fā)育。通常分布于2.05～6.79 m的厚度之間，含礫長石巖屑砂巖主要分布于該層的底板位置上[3](見圖1)。

圖1 小茶園礦體特征

1.3 礦物組成、礦石特征

原生碳酸錳礦的礦石礦物，含錳方解石非常少，而菱錳礦則非常多，有機質(zhì)以及水云母則是其主要的脈石礦物，硅質(zhì)巖以及黃鐵礦和方解石與石英、長石和綠泥石與部分晶屑等在其中少量含有。高嶺石以及膠磷礦玉髓和自生閃鋅礦等在其中偶然可以見到。脈石礦物在富礦區(qū)域內(nèi)則很少，凝灰質(zhì)碎屑以及陸源碎屑相較之則更少，脈石礦物尤以貧礦內(nèi)比較豐富。有機質(zhì)以及水云母等在其間分布非常不均勻。菱鐵礦也是如此。因此，造成不同構(gòu)造特征的礦石類型，有的呈現(xiàn)氣泡特征。錳土以及軟、硬錳礦等屬于次生氧化錳礦的礦石礦物類型。石英以及粘土和褐鐵礦是其主要的脈石礦物。

2 礦床地球化學(xué)特征

2.1 元素地球化學(xué)特征

2.1.1 氧化還原條件分析

海洋生物的演化以及活動和分布斗魚區(qū)內(nèi)的氧化—還原條件存在非常緊密的聯(lián)系，而且區(qū)內(nèi)的某些物質(zhì)在其不斷遷移富集階段同樣受此影響比較突出。區(qū)內(nèi)的金屬以及非金屬礦在其形成階段上主要受到區(qū)內(nèi)的缺氧環(huán)境的影響。所以正確的認識區(qū)內(nèi)氧化—還原條件，能夠進一步促進固體礦產(chǎn)更加深入的研究工作。

研究認為，氧化還原的古海洋環(huán)境的具體狀態(tài)，都可以通過U/Th以及V/(V+Ni)和Ni/Co與V/Cr等被指示出來，并給出了相應(yīng)標準。厭氧環(huán)境下V/Cr超過4.25以上，而貧氧環(huán)境情況下，則其分布在2.00～4.25的范圍內(nèi)，但氧化環(huán)境情況下則在2.00以下。V/Cr在研究區(qū)內(nèi)的ZK0606主要呈現(xiàn)開始升高而逐漸變低的狀態(tài)。V/Cr在千子門組中則在2.00的上下波動，提示氧化特征是其水體的主要特征。多個研究者、大量數(shù)據(jù)分析一致表明，V/Cr在大塘坡組一段位置上快速的進行擴增，當(dāng)擴增到4.8的高值時則開始變小，其變化范圍主要分布在2.84～4.8的方位內(nèi)。證明厭氧—貧氧特征是其水體的主要特征。V/Cr在大塘坡二段主要呈現(xiàn)越來越小的狀態(tài)，主要分布在2.00以下，氧化環(huán)境是其主要的特征(見表1)。

表1 重慶秀山大塘坡組一段元素比值特征對比

與地球化學(xué)具有相同特征的元素主要為稀土元素，主要呈現(xiàn)連續(xù)變化三價特征分布于沉積環(huán)境內(nèi)，而Ce與大多數(shù)稀土元素存在很大區(qū)別，其氧化過程能夠在海水中發(fā)生，主要呈現(xiàn)四價特點，而且不溶于海水，并最先發(fā)生沉淀，由此分餾特征比較明顯。氧化還原的地層水和Ce異常存在非常密切的聯(lián)系。海水中氧化條件下Ce4+一般不會發(fā)生溶解。所以負異常特征是海水中Ce虧損的主要特征。

2.1.2 沉積微相分析

研究表明秀山縣魚泉錳礦區(qū)大塘坡組一段微量元素中，As、Sb、Ag、Ba、Zn、Co、Bi、W、Pb、Cu、Ni、Th、U、V、Mo、Nb等元素的平均含量分別為26.56，3.36，0.16，843，189，30.6，0.51，2，28，67，51.7，12.75，2.92，153，22.34，13.2 μg/g，分別高出正常沉積巖的1～170倍不等，表明可能為熱液沉積成因。

秀山縣鐘靈地壘區(qū)微量元素Zn、Co、Pb、Cu、V等元素的平均含量分別為65，8.86，13，4.2，53 μg/g，低于正常沉積巖、遠遠低于秀山縣魚泉錳礦區(qū)大塘坡組一段，證明地壘上大塘坡期沉積沒有熱液作用參與。

2.1.3 成因分析

研究結(jié)果得出秀山縣魚泉錳礦區(qū)大塘坡組一段中，Co/Zn 0.23,(Co+Ni+Cu)149.26；秀山縣魚泉鉬釩礦區(qū)牛蹄塘組中，Co/Zn 0.04,(Co+Ni+Cu) 928.90；通過判別圖得出均落到熱液沉積區(qū)(圖2)。Zn、Ni在含鉬釩巖系中明顯增高，分別達到2.72，16.33倍。

Ⅰ 熱液沉積區(qū)；Ⅱ 水成沉積區(qū)

2.1.4 沉積成礦條件分析

秀山縣魚泉錳礦區(qū)大塘坡組一段中，V/Cr 2.15、V/(V+Ni) 0.75,表現(xiàn)出缺氧—貧氧的環(huán)境；秀山縣魚泉鉬釩礦區(qū)牛蹄塘組中，V/Cr 3.764、V/(V+Ni) 0.74，表現(xiàn)出缺氧—貧氧的條件。而Ni/Co，前者為1.690，后者為67.545，指示含錳層偏于氧化，含鉬釩層偏于還原。由此推論，錳的沉積作用發(fā)生在向貧氧環(huán)境變化的過程中，且對氧化還原條件敏感；鉬釩的沉積作用發(fā)生在總體還原環(huán)境中且對氧化還原條件不敏感，起關(guān)鍵控制的因素可能是酸堿度。

2.2 硫同位素

采樣分析重慶秀山小茶園ZK0608礦樣，在硫同位素上陡山沱組以及南沱組和大塘坡組存在很大不同，34SV-CDT值在大塘坡組中沒有太大變化，而在前兩者中卻變化非常明顯。本次研究結(jié)果和陳多福陳多福、周琦以及李任偉等研究結(jié)果非常類似。王家生對分布于南海大洋鉆探ODP1146站黃鐵礦的同位素進行研究的結(jié)果與本次研究存在非常的類似性，34SV-CDT值在47.8‰～67.1‰之間[4]。重晶石分布于現(xiàn)代鄂霍茨克海底，但其34SV-CDT值卻與前者相比則要低很多。上述成因可以將錳礦成因歸結(jié)為類似于現(xiàn)代深海的熱液關(guān)系密切。

2.3 常量元素與稀土元素

沉積物構(gòu)造背景特征可以通過Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)進行判別，它是一種非常重要的指標。0.42～0.83范圍Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值是大塘坡組的主要特征，能夠更好的反應(yīng)其大陸邊緣標志0.5～0.9。Al/(Al+Fe+Mn)值提示沉積物，主要呈現(xiàn)大洋中脊(0.008 19)向洋島以及大洋盆地(0.319)再到大陸邊緣(0.616)主要為不斷增高的狀態(tài)。大陸邊緣值與大塘坡組Al/(Al+Fe+Mn)值具有非常相同的類似特征。

構(gòu)造環(huán)境能夠通過Eu異常和沉積物所含有的稀土量給充分的反映出來，Eu負異常以及輕稀土元素富集和高稀土含量等特征主要反應(yīng)沉積物(被動大陸邊緣)的特點。Eu虧損以及富集大量的重稀土元素和稀土總量不高等特征反應(yīng)沉積物(活動大陸邊緣)的主要特點。這與2015年田洋研究結(jié)果非常類似。稀土總量表現(xiàn)大陸邊緣沉積物和大塘坡組樣品具有非常相似的特征。

3 結(jié) 論

1)黔湘渝毗鄰區(qū)南華紀“大塘坡式”錳礦床產(chǎn)于南華系下統(tǒng)大塘坡組第1段,現(xiàn)已成為中國最重要、資源潛力最大的錳礦床類型，黔湘渝錳三角錳產(chǎn)業(yè)新格局為我國錳資源產(chǎn)業(yè)調(diào)整具有重要作用。

2)通過稀土元素、微量元素、硫同位素等地球化學(xué)特征研究，提出錳礦產(chǎn)于相對深水缺氧—貧氧的局限邊緣盆地，與海底熱泉有密切關(guān)系。

3)比對含錳巖系微量元素在含錳區(qū)(地塹微相)與不含錳區(qū)(地壘微相)有、無熱液作用的差異明顯，且缺氧—貧氧、氧化環(huán)境分異顯著。

4)含錳層(Nh1d1)、含鉬釩層(∈1n)Co/(Co+Ni+Cu)等判別分析均落到熱液沉積區(qū)，有相似的沉積作用特征，且都處于缺氧—貧氧環(huán)境，但沉積成礦作用對氧化還原條件有著敏感、不敏感的分異。

參考文獻：

[1] 尹崇玉,王硯耕,唐烽,等.貴州松桃南華系大塘坡組凝灰?guī)r鋯石SHRIMPⅡU-Pb年齡[J].地質(zhì)學(xué)報,2006,80(2):273-278.

[2] 王劍,劉寶珺,潘桂棠.華南新元古代裂谷盆地演化—Rodinia超大陸解體的前奏[J].礦物巖石,2001,21(3):135-145.

[3] 羅亮，孫志明，馬志鑫，等.黔東渝東南地區(qū)南華紀沉積序列與沉積環(huán)境演變[J].地質(zhì)科技情報,2015，34(2),27-35.

[4] 李任偉,張淑坤,雷加錦.震旦紀地層黃鐵礦硫同位素組成時—空變化特征及揚子地塊與晚元古超大陸關(guān)系的論證[J].地質(zhì)科學(xué),1996,31(3):209-217.