南大巴山震旦紀(jì)沉積環(huán)境及成礦模式

何明英 黃維富

(重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川東南地質(zhì)大隊)

大巴山位于四川盆地東北緣，山脈走向東段近EW向，西段NW向，越往西逐漸過渡為近SN向，是陜西、湖北與四川、重慶的分界山脈。南大巴山處于大巴山山脈以南，主要為重慶市、四川省所轄。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜、巖類多樣、礦產(chǎn)種類多，分布廣，尤其受城巴斷裂的影響。解放后，該區(qū)地質(zhì)普查找礦工作得到了廣泛開展，20世紀(jì)50年代，地質(zhì)、冶金、化工等部門在研究區(qū)內(nèi)的震旦系發(fā)現(xiàn)了鉛鋅、磷、鐵、錳等礦產(chǎn)；20世紀(jì)70年代，隨著1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的開展和專題研究的不斷深入，測制了大量震旦系剖面，建立了地層系統(tǒng)，初步查明了震旦系沉積、層控礦產(chǎn)的時空分布情況；20世紀(jì)90年代初，川東南地質(zhì)大隊在研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行了城口、修齊、大竹河、黃溪河4幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，隨后開展了萬源、白沙(1996—1998年)以及明中、東安(2001—2003年)區(qū)域地質(zhì)聯(lián)測工作。在此期間，地勘單位及科研院校在南大巴山地區(qū)開展過金、鉑等貴重金屬礦產(chǎn)普查工作和鉛鋅、錳、鋇及硫鐵礦等礦產(chǎn)勘查工作，其中也包括震旦系磷、鉛鋅、錳、鐵等礦產(chǎn)。本研究結(jié)合相關(guān)地質(zhì)工作成果，著重對區(qū)內(nèi)震旦紀(jì)沉積環(huán)境及成礦模式進(jìn)行研究，供相關(guān)研究及找礦實踐參考。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

南大巴山地區(qū)區(qū)域地層分區(qū)與大地構(gòu)造單元基本一致(圖1)，其間多以區(qū)域斷裂為界。各時代地層發(fā)育齊全，沉積類型復(fù)雜，但部分地層尤其是震旦紀(jì)以前地層的形成時代和層序?qū)W術(shù)界仍有較大爭議。

(1)秦巴地區(qū)(Ⅱ)。秦巴地區(qū)指秦嶺—大巴山地區(qū)，處于華北地塊與揚(yáng)子地塊、松潘—甘孜地槽之間，屬地槽型建造，其南部屬研究區(qū)范圍一部分(即城巴斷裂以北部分)。太古代、元古代多為火山-沉積巖，火山物質(zhì)以中—基性為主，酸性次之。地層形成時代南北老、中部新，東部老、西部新，地層分布東段窄、西段寬。北秦嶺北部以中元古代—早古生代優(yōu)地槽沉積為主，南部以泥盆系類復(fù)理石建造為主，南秦嶺以古生代—中生代冒地槽沉積為主。早古生代，北秦嶺以火山巖系沉積為主，南秦嶺以黑色泥砂質(zhì)沉積巖為主。晚古生代，北秦嶺缺失D沉積，C、P沉積以陸相碎屑巖沉積為主，含煤，南秦嶺D沉積齊全，以碳酸鹽巖為主，C沉積以海相碳酸鹽巖為主，P沉積以碳酸鹽巖、碎屑巖為主。侏羅紀(jì)以來，該區(qū)全變?yōu)殛懴喑练e，多數(shù)陸相盆地的展布與前侏羅紀(jì)地層的展布方向斜交，侏羅系—第四系分布區(qū)往往跨數(shù)個地層分區(qū)，超覆不整合于前侏羅系地層之上。

(2)華北地層區(qū)(Ⅰ)。華北地臺“基底巖系”為經(jīng)過強(qiáng)烈變質(zhì)的太古代和下元古代巖石。地臺的沉積蓋層為長城系(Ch)、鯨縣系(Jx)、青白口系(Qb)，除熊耳群等主要由火山巖組成外，其余主要由鈣鎂質(zhì)碳酸鹽巖組成。震旦系(Z)分布零星，主要由砂礫巖組成。古生界發(fā)育不全，普遍缺失上奧陶統(tǒng)(O3)、志留系(S)、泥盆系(D)、下石炭統(tǒng)(C1)。∈、O以碳酸鹽巖為主，C、P沉積為海陸交互相含鐵、鋁質(zhì)沉積。

(3)揚(yáng)子地層區(qū)(Ⅳ)。其北部為研究區(qū)范圍一部分。地臺 “基底巖系”為淺變質(zhì)的中、上元古界(Ch、Jx、Qb)。Ch、Jx、Qb以火山巖和復(fù)理石沉積為主。Z沉積發(fā)育，漢南和四川西北地區(qū)下統(tǒng)為巨厚火山復(fù)陸屑式建造。古生界較為發(fā)育，∈、O以碎屑巖為主，S、D沉積以泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖為主，C、P沉積以海相石灰?guī)r為主[1-2]。

(4)松潘—甘孜地層區(qū)(Ⅲ)。為地槽型三疊系復(fù)理石沉積，厚度巨大，分布廣泛。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造單元分為4個一級構(gòu)造單元，14個二級構(gòu)造單元(圖2)，區(qū)域深大斷裂分布情況如圖3所示。

圖2 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單元劃分

圖3 研究區(qū)區(qū)域深大斷裂分布特征

(1)中朝準(zhǔn)地臺。是我國最古老的地臺，中條運(yùn)動使其基底固結(jié)進(jìn)入地臺發(fā)展階段。基底主要由太古界片麻巖、混合巖及厚度巨大的下古生界濱?！獪\海相陸源碎屑巖組成。蓋層由中元古代海相中—基性火山巖、陸源碎屑巖-鎂質(zhì)碳酸鹽巖，晚元古代海相碳硅質(zhì)巖、泥質(zhì)—碳酸鹽巖，寒武—奧陶紀(jì)海相碳酸鹽巖及中石炭—晚二疊世海陸交互相含煤、鋁建造組成，侏羅—白堊紀(jì)形成陸相盆地[3]。地質(zhì)構(gòu)造總體特點是基底構(gòu)造復(fù)雜，以緊密褶皺為主，并伴隨強(qiáng)烈的區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化作用；蓋層構(gòu)造比較簡單，主要為菱形斷快及寬緩形褶皺。該地臺區(qū)不屬于研究區(qū)范圍。

(2)揚(yáng)子準(zhǔn)地臺。經(jīng)過晉寧運(yùn)動基底最終固結(jié)后，進(jìn)入地臺發(fā)展階段，形成海相沉積蓋層，晚三疊世轉(zhuǎn)入后地臺活化階段，形成陸相沉積?；字饕獮榍罢鸬┫祷鹕綇?fù)陸屑式建造，均已遭受區(qū)域動力變質(zhì)作用，局部發(fā)生混合巖化作用。蓋層的形成是震旦紀(jì)在基底不平的基礎(chǔ)上經(jīng)歷了冰期及其后的廣泛海侵所致。早古生代總體由海相泥質(zhì)巖、碎屑巖、碳酸鹽巖組成；晚泥盆世—石炭紀(jì)大部分地區(qū)處于剝蝕狀態(tài)，臺緣局部凹陷，形成海相碳酸鹽巖，三疊紀(jì)以大巴山—大洪山地區(qū)發(fā)育最佳，為含煤、鐵、石膏的白云巖—石灰?guī)r建造；侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)為內(nèi)陸拗陷盆地階段，形成了陸盆型含煤紅色建造；新生代整體隆升，在臺緣局部地區(qū)形成了斷陷型陸相盆地沉積。該地臺北緣為研究區(qū)的主要組成部分。

(3)秦嶺褶皺系。在古生代以前，秦嶺經(jīng)歷了元古代地槽發(fā)展階段，至晚震旦世全部轉(zhuǎn)化為地臺型沉積，并與揚(yáng)子地臺合并。古生代以來，北秦嶺優(yōu)地槽和南秦嶺冒地槽構(gòu)成了聯(lián)合對偶地槽系，加里東運(yùn)動使前者褶皺回返，加里東旋回使后者沉積碳、硅、泥質(zhì)巖，碳酸鹽巖，碎屑巖等。印支運(yùn)動使秦嶺地槽系形成了一系列復(fù)雜的緊密線狀褶皺及斷裂構(gòu)造，并有中酸性巖漿侵入。侏羅紀(jì)以來，秦嶺地區(qū)整體上升，形成了不同規(guī)模斷裂及中—新生代斷陷盆地。

(4)松潘—甘孜褶皺系。自古生代開始發(fā)生，并逐步擴(kuò)展，到晚三疊世海槽關(guān)閉，褶皺回返成陸。

3 南大巴山震旦紀(jì)沉積環(huán)境演化及沉積盆地分析

研究區(qū)經(jīng)晉寧運(yùn)動之后處于次穩(wěn)定狀態(tài)，自早震旦世開始接受海相沉積，震旦紀(jì)是一次廣泛而連續(xù)的自東向西的海侵時期，在川、渝、滇、黔、陜、鄂、湘等廣大地區(qū)形成了一個淺水碳酸鹽臺地。早震旦世—早寒武世是由大陸冰川沉積到碳酸鹽巖沉積的一個完整的海進(jìn)式沉積旋回。

南華紀(jì)末期，澄江運(yùn)動使南大巴山地區(qū)不均勻抬升出水面經(jīng)受短暫剝蝕。早震旦世，即陡山沱期(或蜈蚣口期)，該區(qū)接受廣泛揚(yáng)子海侵，淪為一片汪洋，形成了與外海連通較好、無障壁的、以陸源物質(zhì)沉積為主的廣海海域，其沉積作用均處于浪基面之下或氧化界面附近的安靜、缺氧的還原環(huán)境中，主要沉積了一套厚度不大的富有機(jī)質(zhì)深灰至黑色頁巖、粉砂巖、碳酸鹽巖及硅質(zhì)巖，沉積方式以垂向加積為主要特征，生物罕見，僅局部見藻類生物。

由于受城巴深斷裂影響，研究區(qū)北側(cè)秦嶺地槽沉降幅度較大，為淺—次深海盆還原環(huán)境，遠(yuǎn)離古陸區(qū)，物源補(bǔ)償不足。海底地勢起伏不平，總體上地勢呈由西向東傾斜，沉積了蜈蚣口組碳酸鹽巖及少量碎屑巖。西部城口縣紅石頭、石馬窩及紫陽縣杜家坪、仗坡等地為相對穩(wěn)定和閉塞之地，局部地段形成了含有大量磷、硫、菱鐵礦結(jié)核的高嶺石黏土巖，但因封閉條件差，穩(wěn)定期短，礦體小，變化大。斷裂南側(cè)揚(yáng)子地臺表現(xiàn)為平穩(wěn)緩慢下降，海水比北側(cè)稍淺，古地勢仍起伏不平，有眾多的“上隆”和“下凹”地貌，該期沉積的陡山沱組厚度大小懸殊、巖相變化劇烈能充分說明這一點，但總體上地勢由東至西逐漸增高，為臺地潮坪—淺海滯流海盆沉積環(huán)境，沉積了陡山沱組碳質(zhì)+陸源碎屑+磷質(zhì)，或錳磷+碳酸鹽巖。根據(jù)錳、磷礦分布及產(chǎn)出特征可知，坪壩—修齊斷裂(即烏坪斷裂)以北的城口—高燕—修齊壩一帶和魚鱗—銅罐溝一帶為2個明顯的較大沉降帶，沉積了厚達(dá)300～400 m的泥硅質(zhì)巖，其末期有錳礦和磷礦的交替沉積；在黑水河以東和長連溪以西的歇腳坡一帶也存在沉降弧度不大的沉降帶。在覃家河以東高梁坪—木魁河—康家坪一帶，為明顯的隆起地區(qū)，使陡山沱組的沉積厚度不大于50 m，并缺失錳礦和磷塊巖的沉積[4-5]。

綜上所述，研究區(qū)陡山沱期可用陸源沉積為主的無障壁海岸的混水沉積模式進(jìn)行描述，蜈蚣口期的沉積作用是在封閉條件較差的環(huán)境中進(jìn)行的，海水具有一定程度的咸化，生物不發(fā)育，陸源物供給量少，因而是一個以清水沉積為主的半封閉的深水海盆。

4 南大巴山震旦紀(jì)成礦模式

南大巴山震旦紀(jì)沉積、層控礦產(chǎn)資源較為豐富，品種多樣，產(chǎn)出時代和空間分布具有一定的規(guī)律性。從區(qū)域地質(zhì)發(fā)展歷史角度看，某些礦種彼此之間在成礦作用的發(fā)生、發(fā)展以及時空分布上都存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，并構(gòu)成若干個整體，即“成礦系列”。然而，同一時期產(chǎn)出的同一礦種，有時又受控于截然不同的成礦作用。根據(jù)研究區(qū)各礦種的主要地質(zhì)特征及其所反映的控礦因素分析，無論是沉積礦產(chǎn)還是層控礦產(chǎn)，都是沉積階段、成巖階段或成巖階段以后的非巖漿活動及非變質(zhì)作用階段生成的，沉積(成巖)作用為主要的成礦控制因素，巖漿作用與變質(zhì)作用在區(qū)內(nèi)震旦紀(jì)沉積、層控礦產(chǎn)的成礦控制因素中，居于次要地位。本研究將研究區(qū)震旦紀(jì)沉積、層控礦產(chǎn)全部劃歸沉積(成巖)成礦系列組合。在該組合中，起主導(dǎo)作用的應(yīng)為沉積時的巖相古地理條件，是區(qū)分不同沉積成礦系列及進(jìn)一步劃分成礦亞系列的主要依據(jù)。對于某一些礦種，除古地理因素外，其他因素如古構(gòu)造、古氣候、古地球化學(xué)條件、古水文及水動力條件、有機(jī)質(zhì)含量、成巖后生作用等，也是十分重要的，是劃分成礦亞系列和礦床類型(式)的主要標(biāo)志。根據(jù)上述原則，本研究將區(qū)內(nèi)震旦紀(jì)沉積、層控礦產(chǎn)劃分為2個成礦系列。

4.1 淺海深水黑色頁巖、石煤、硅質(zhì)巖組合成礦系列

淺海深水黑色頁巖、石煤、硅質(zhì)巖組合成礦系列的產(chǎn)出時代為早震旦世陡山沱期(蜈蚣口期)和晚震旦世水晶期，沉積環(huán)境為淺海深水滯流深水還原環(huán)境。大地構(gòu)造背景為北大巴山斷坳槽和萬源—巫溪斷隆。該成礦系列分為2個成礦亞系列，其中沉積礦產(chǎn)磷、錳、釩(鉬、鎳)、石煤等可劃為沉積型成礦亞系列；受沉積期后作用疊加改造的層控型鉑、金、黃鐵礦等，可劃歸為層控型成礦亞系列。

沉積磷、錳、釩(鉬、鎳)、石煤成礦亞系列中，各類礦產(chǎn)的形成主要受上述古地理環(huán)境及沉積期后同生、成巖作用控制，后生作用對釩(鉬、鎳)礦的形成也有一定的意義。自然界中，F(xiàn)e、Mn的某些化合物及部分P2O5以膠體形式存在，大體依存硅質(zhì)巖→磷酸鈣→菱鐵礦→菱錳礦的化學(xué)沉積分異規(guī)律。區(qū)內(nèi)礦質(zhì)來源不豐富，磷多呈一些礦點或礦化點展布，錳則多以高磷的菱(鐵)錳礦石形式展布[4]。

釩(鉬、鎳)及石煤的形成，有賴于海洋表層水中的浮游生物(如菌藻類)的生命活動吸取重金屬，死亡后機(jī)體腐爛分解與沉積物一并形成石煤，同時釩、鉬、鎳、硫等元素也富集成礦或形成礦源層，這是研究區(qū)震旦紀(jì)石煤通常與鋇、鉬、鎳礦相伴產(chǎn)出形成共生組合的內(nèi)在原因。同時，它們產(chǎn)出的淺海深水區(qū)水動力較弱的強(qiáng)還原環(huán)境，也有利于膠磷礦、菱鐵礦、菱錳礦產(chǎn)出，組成了沉積磷、錳、釩(鉬、鎳)與石煤相伴產(chǎn)出的成礦系列。該套富含重金屬及有機(jī)質(zhì)的黑色巖系組合，受到沉積期后作用疊加的影響，鉑、金、銅、硫等元素活化、遷移、再富集，形成了萬源、城口一帶的層控型鉑、金礦及黃鐵礦等。

4.2 臺地碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖組合成礦系列

臺地碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖組合成礦系列的產(chǎn)出時代為晚震旦世燈影期，巖性以碳酸鹽巖為主，夾少量硅質(zhì)巖及細(xì)粉砂巖。大地構(gòu)造背景為萬源—巫溪斷隆。沉積環(huán)境主要為碳酸鹽臺地邊緣和潮坪環(huán)境。按照成礦作用的主導(dǎo)因素，該系列可細(xì)分為沉積(磷塊巖)成礦亞系列與受沉積期后疊加的層控型(鉛、鋅)成礦亞系列[6]。磷塊巖的成礦作用以沉積及同生、成巖成礦作用為主，形成了區(qū)內(nèi)晚震旦世晚期燈影組頂部的磷塊巖透鏡體。

晚震旦世受沉積后期作用疊加的層控型成礦亞系列礦床，其物質(zhì)來源受控于古沉積環(huán)境及古構(gòu)造，區(qū)內(nèi)為受斷隆構(gòu)造控制的半局限—局限臺地及潮坪區(qū)的潮間帶至潮上帶，由于蒸發(fā)濃縮作用的影響，鉛、鋅等元素受到濃積，構(gòu)成礦源層，經(jīng)后期改造活化、遷移、富集形成了鉛、鋅礦床。應(yīng)特別指出的是，礦源層是層控礦床成礦的物質(zhì)基礎(chǔ)，沉積期后的疊加改造作用，則是成礦的必要條件，兩者缺一不可。該成礦亞系列的礦產(chǎn)大多是“就地取材”，即容礦地層即為主要的礦質(zhì)來源地層，但層控礦床的礦質(zhì)來源往往是多源的，除震旦紀(jì)容礦地層外，還可能來自上覆、下伏的新老地層。因而上述震旦紀(jì)古構(gòu)造和古地理控礦因素只能是成礦控制因素的一部分[7]。

層控成礦亞系列沉積期后作用疊加，主要表現(xiàn)在礦源層中礦質(zhì)活化、遷移、再富集過程，這一過程主要靠成礦流體完成，而成礦流體主要來自地下熱鹵水及深循環(huán)的天水。層控成礦亞系列礦床成礦物質(zhì)的再富集作用，主要受后期構(gòu)造因素控制。不同級別的構(gòu)造單元控制了不同等級的成礦單元及成礦區(qū)帶，不同類型、規(guī)模的構(gòu)造控制了不同的礦田、礦床或礦體。褶皺構(gòu)造控礦主要為背斜軸部、近軸部兩翼和背斜傾沒端，因碳酸鹽巖等碎性巖石受力后在該類部位易產(chǎn)生層間破碎、裂隙和剝離等次級構(gòu)造，從而構(gòu)成礦液運(yùn)移通道和容礦空間，特別是其上有泥質(zhì)蓋層遮擋，組成了類似石油的“生、儲、蓋”組合時，更有利于成礦。斷裂構(gòu)造在成礦過程中，既是礦液運(yùn)移通道，起導(dǎo)礦作用，又是礦質(zhì)沉淀、富集場所，即容礦空間[8]。

5 結(jié) 語

分析了南大巴山地區(qū)區(qū)域成礦地質(zhì)背景及區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征，并對該區(qū)震旦紀(jì)沉積環(huán)境及成礦模式進(jìn)行了研究，對于該區(qū)后續(xù)找礦勘探工作有一定的參考價值。