貴州省羅甸縣上饒錳礦地質(zhì)特征及成因機理研究

何文平

(1. 河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016； 2. 河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450016)

0 前 言

早在20世紀60年代，地質(zhì)工作者就在貴州省南部地區(qū)發(fā)現(xiàn)了錳礦化線索，但是研究和找礦工作程度較低，錳礦找礦靶位不清，礦潛力情況不明朗，制約了錳礦找礦工作的進展。近年來，隨著黔南地區(qū)二疊系含錳地層的發(fā)現(xiàn)，掀起了錳礦找礦的熱潮[1-7]。劉志臣[3]通過借鑒和應(yīng)用貴州南華紀古天然氣滲漏沉積成錳的理論預(yù)測找礦；周琦等[4]對遵義二疊紀錳礦進行研究，完全突破了貴州二疊紀錳礦成礦的傳統(tǒng)認識，建立了南華紀隱伏錳礦找礦預(yù)測模型。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過礦床地質(zhì)特征分析、巖石地球化學研究，探討了羅甸縣上饒錳礦的礦床成因，為后期找礦提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于揚子陸塊南部，屬揚子準地臺黔南臺陷貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)。在晚古生代和中生代均發(fā)生過裂谷活動，形成裂谷為早二疊世晚期張開，于早侏羅世關(guān)閉的夭折裂谷，與印度板塊、太平洋板塊在華力西期均向揚子板塊俯沖擠壓有關(guān)[1]。

區(qū)域上褶皺軸向大致可以分為北東向和北東東向2組，斷裂以北東向和近南北向為主，這些構(gòu)造形跡展示了目前該地區(qū)的構(gòu)造格架特征，均為燕山期構(gòu)造。沿上述夭折裂谷在燕山早期仍有繼承性構(gòu)造活動，古裂谷帶轉(zhuǎn)為統(tǒng)一的壓扭性構(gòu)造帶[2]。

復(fù)雜的應(yīng)力場，復(fù)雜的構(gòu)造格架，多期次的構(gòu)造運動和巖漿活動，礁相、臺地相碳酸鹽，裂谷晚期廣泛的中三疊統(tǒng)復(fù)理石建造，使研究區(qū)成為有利于錳多金屬成礦的地質(zhì)背景[1](見圖1)。

1.一級大地構(gòu)造單元界限；2. 二級大地構(gòu)造單元界限；3. 三級大地構(gòu)造單元界限；4.燕山期背斜褶皺；5.斷裂帶；6.燕山期花崗巖體；7.隱伏島鏈狀花崗巖體推測邊界；8.華南(pz)褶皺帶；9.威寧北西向構(gòu)造變形區(qū)；10.普安旋鈕構(gòu)造變形區(qū)；11.貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)；12.望謨北西向構(gòu)造變形區(qū)圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造綱要

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層自老到新為泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系、第四系，累計最大厚度7 600 m。地層接觸關(guān)系除白堊系與下伏地層呈角度不整合外，其余均屬整合或假整合接觸。其中含錳巖系為二疊系上統(tǒng)曬瓦群的上部或頂部，巖性為灰白、淺灰薄層硅質(zhì)巖與黏土質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)黏土巖互層，巖層中具水平紋層；在該層上部的土黃色薄層黏土質(zhì)粉砂巖與淺灰、灰白色薄至中層硅質(zhì)巖互層中存在錳礦化，錳礦物主要為軟錳礦，錳礦化層厚約5.5 m，而礦化較強處礦化層有1.8 m厚。錳礦化呈條帶狀(0.2～1 cm)分布在泥質(zhì)粉砂巖中，或沿硅質(zhì)巖的裂隙充填或沿碎裂面呈面狀分布，或呈脈狀(脈寬約0.4 cm)沿斜交巖層面的裂縫分布等。

2.2 構(gòu)造

羅甸縣境北部除三疊紀拉丁期外廣布華力西-印支構(gòu)造階段拉張裂陷環(huán)境的淺水碳酸鹽巖石組合，向南漸變?yōu)榱严葜亮压入A段的深水碳酸鹽及碎屑巖沉積組合[8-9]。中部橫貫的沫陽弧形構(gòu)造帶把羅甸劃分為南、北2個截然不同的構(gòu)造單元[10]。礦區(qū)位于南部構(gòu)造單元，區(qū)內(nèi)斷裂不發(fā)育，褶皺較為發(fā)育。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)西部和南部，分布著輝綠巖體。巖體多沿背斜翼部侵入上古生代地層中，接觸的最新地層為下二疊統(tǒng)茅口組，巖體呈巖床產(chǎn)出，以順層侵入為主。圍巖接觸變質(zhì)一般較弱，主要是大理巖化，次為硅化和黃鐵礦化，局部受后期熱液影響寬度達10 m,在與灰?guī)r接觸部位具有矽卡巖化和含銅磁鐵礦化。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 錳礦(化)層的巖石特點

錳礦(化)層主要由薄層泥質(zhì)粉砂巖與薄層硅質(zhì)巖互層組成(見圖2)。

圖2 含礦泥質(zhì)粉砂巖(a)與含礦薄層硅質(zhì)巖(b)

泥質(zhì)粉砂巖：土黃色，泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，弱固結(jié)，礦物成分主要為長石、石英及少量黏土礦物，黏土礦物主要為蒙脫石、高嶺石，泥質(zhì)粉砂巖層厚一般1～3 cm。

硅質(zhì)巖：一般呈灰白色、白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，但由于后期構(gòu)造作用，巖石較為破碎，硅質(zhì)巖層一般厚5～10 cm。

3.2 錳礦體的特征

上饒礦區(qū)內(nèi)錳礦化帶產(chǎn)于上二疊統(tǒng)曬瓦群內(nèi)，錳礦化較強處，礦化帶厚度一般在1～4 m之間變化，帶內(nèi)具有數(shù)層錳礦層，一般3～6層，相互近于平行，順層分布，各層厚度不一，變化于0～40 cm，變化較大，存在膨脹、收縮現(xiàn)象，錳礦品位變化于18.72%～36.62%之間。錳礦層與黏土巖、粉砂質(zhì)黏土巖、硅質(zhì)巖之間，看不到明顯的沉積間斷，而為連續(xù)沉積。

礦床類型均為錳礦胚層巖石在地表經(jīng)氧化形成的錳帽型礦床。按礦石自然形態(tài)、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等，可將其分為2個亞類：

1)“土狀”礦石:具茶、咖啡、棕黑等色，疏松呈土狀，微-隱晶結(jié)構(gòu)，紋層狀、多孔狀等構(gòu)造，主要礦物為軟錳礦、黏土礦物(伊利石、蒙脫石、高嶺石)。根據(jù)礦石內(nèi)巖石殘留體，以及地表對比研究，這類錳礦石的原始礦胚層巖石為含硅質(zhì)較少的含錳粉砂質(zhì)黏土巖、黏土巖及含錳硅質(zhì)巖。

2)“渣狀”礦石：棕黑、黑色，殘留有較多的薄層硅質(zhì)巖層及黏土巖層碎塊。礦石主要由微-隱晶軟錳礦、硅質(zhì)-石英及黏土礦物(伊利石、蒙脫石)組成。其原始礦胚層巖石主要是含硅質(zhì)較少的含錳粉砂質(zhì)黏土巖、黏土巖及含錳硅質(zhì)巖。

上述兩類礦石的平均含量為：Mn 33.92%，TFe 17.715%，P 0.036%，SiO214.315%，Al2O30.18%，CaO 1.765%，MgO 0.34%，Mn/Fe 1.915，P/Mn 0.001，(CaO+MgO)/( Al2O3+ SiO2) 0.145。該區(qū)錳礦屬高鐵、低磷、低硅酸性氧化錳礦石。

4 地球化學特征

4.1 常量元素地球化學特征

Al2O3和TiO2的含量主要由陸源物質(zhì)輸入量決定，因此，巖石中Al2O3和TiO2的含量可作為大陸邊緣沉積環(huán)境的判別指標[8]。貴州羅甸南部上饒曬瓦群含錳巖系A(chǔ)l2O3和TiO2含量均較低(見表1)，說明含錳巖系受陸源物質(zhì)輸入影響較小。

表1 羅甸縣上饒含錳巖系樣品主量元素含量 %

現(xiàn)代海底含金屬噴流沉積物中，F(xiàn)e/Ti和Al/(Al+Fe+Mn)關(guān)系是判斷沉積物屬于噴流沉積物的有效的地球化學參數(shù)[9]。典型的熱水沉積的Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti、Al/(Al+Fe+Mn)分別為大于20、等于20±5、小于0.35[10]。二疊系曬瓦群含錳巖系的Fe/Ti除Y-15、Y-10外，Y-11約等于20，其余均大于20，尤其是Y-06、D002-4、D003-4均大于100。含錳巖石的(Fe+Mn)/Ti均大于36.55，高于20，特別是含錳高的巖石，其(Fe+Mn)/Ti大于1 000。含錳巖石的Al/(Al+Fe+Mn)均遠遠小于0.35，一般為小于0.06，只有Y-04、Y-05分別為0.174和0.184，接近0.35。從上述這些判斷參數(shù)(見表2)分析，上饒二疊系曬瓦群含錳巖系應(yīng)該屬于熱水沉積的產(chǎn)物。但是從Fe/Ti和Al/(Al+Fe+Mn)的數(shù)值看，二疊系曬瓦群含錳巖系中，硅質(zhì)巖主要是熱水沉積的產(chǎn)物，礦物質(zhì)錳是在硅質(zhì)巖形成的過程中形成的，而細碎屑巖如粉砂質(zhì)黏土巖或黏土巖卻不是熱水沉積的產(chǎn)物，而是深海沉積的產(chǎn)物。

表2 羅甸縣上饒含錳巖系主量元素特征

4.2 微量元素地球化學特征

上饒曬瓦群含錳巖系中Co、As、Ag富集程度高(見表3)，而Ba元素只在Y-08富集程度高，富集系數(shù)達到2.99。富集Co、As、Ag、Ba等元素是熱水沉積所具有的特征。一般情況下，大多數(shù)沉積巖中Th的含量都高于U的含量，而熱水沉積巖中二者的關(guān)系正好相反，由于熱水沉積有較高的沉積速率，常常相對富含U，因此熱水沉積巖中Th/U<1，而非熱水沉積巖中Th/U>1[11]。

表3 羅甸縣上饒曬瓦群含錳巖系的微量元素含量 ×10-6

茅口組含錳巖系的Th/U比值大部分小于1，只有Y-08、Y-10、 Y-11三個樣的Th/U比值略大于1。含錳巖系明顯偏低的Th/U比值反映了巖石形成時富鐵鎂質(zhì)物源的加入，即熱水(液)將深部(下地殼或上地幔)富鐵鎂質(zhì)物源帶入。這說明熱水(液)從深部把錳質(zhì)帶入了沉積巖，錳礦的形成與熱水噴流關(guān)系密切。

4.3 稀土元素地球化學特征

上饒二疊系上統(tǒng)曬瓦群含錳巖石的稀土總量∑REE偏低(見表4)，除Y-08外，樣品的Ce負異常顯著，球粒隕石標準化曲線都為右傾型(見圖3)，大部分樣品的Eu負異常突出，與熱水成因沉積巖(礦)相似。

圖3 羅甸上饒上二疊統(tǒng)曬瓦組含錳巖石稀土元素配分曲線

表4 羅甸縣上饒曬瓦群含錳巖系的稀土元素含量 ×10-6

曬瓦群含錳巖系中稀土總量∑REE在Y-13層最高，達到134.0×10-6，樣品稀土總量平均為24.48×10-6，而羅甸縣輝綠巖稀土元素含量較高，樣品的∑REE為164.9×10-6～187.3×10-6[12]。二者的稀土總量相比相差較遠，而且上饒曬瓦群含錳巖系的稀土總量明顯較低，含錳巖系具有低稀土含量與熱水沉積具有低含量稀土是相似的[13-15]。

5 討 論

5.1 礦床成礦條件分析

1)區(qū)域上二疊統(tǒng)的上部為長興組或大隆組，揚子板塊的中部為淺水碳酸鹽臺地沉積，稱為長興組；而在揚子板塊的南北兩側(cè)，即川北—鄂北—安徽中部和桂北—湘中一帶，以砂泥質(zhì)沉積為主，并夾有含放射蟲的硅質(zhì)層，海水深度明顯較大，即形成大隆組?？梢钥闯鰮P子板塊此時具有中部相對隆起，兩側(cè)裂陷的現(xiàn)象[1]。羅甸南部就位于這個裂陷內(nèi)，由此，羅甸南部研究區(qū)在上二疊世時期為一盆地相區(qū)，含錳巖系曬瓦群在區(qū)域上相當于大隆組，處于深水環(huán)境。

2)羅甸南部上饒曬瓦組含錳巖系樣品的Al2O3和TiO2含量均較低，說明含錳巖系受陸源物質(zhì)輸入影響較小[12]；在錳礦層中，分布著角礫狀粉砂質(zhì)黏土巖、黏土巖以及硅質(zhì)巖，角礫棱角明顯，基本上順層分布；同時在錳礦層中具有攪動構(gòu)造，這些均說明存在有海底熱水的向上噴發(fā)或噴流現(xiàn)象。

3)典型熱水沉積的Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti、Al/(Al+Fe+Mn)分別為大于20、等于20±5、小于0.35[10]。從前述含錳巖系樣品的Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti、Al/(Al+Fe+Mn)看，上饒二疊系曬瓦群含錳巖石應(yīng)該屬于熱水沉積的產(chǎn)物；同時在N(Fe)/N(Ti)-N(Al)/N(Al+Fe+Mn)圖解(見圖4)中。各樣品也主要分布在靠近東太平洋洋隆和紅海熱水沉積物的一側(cè)，同樣表明這些含錳巖石屬于熱水沉積的產(chǎn)物。

圖4 N(Fe)/N(Ti)-N(Al)/N(Al+Fe+Mn)

4)在正常的沉積碎屑巖中，長石及黏土礦物隨著石英含量的增加而減少，因而w(SiO2)與w(Al2O3)常呈負相關(guān)，而噴流-沉積巖則通常富SiO2而貧Al2O3，據(jù)此，根據(jù)Bonatti的w(SiO2)-w(Al2O3)圖解(見圖5)，看出含錳巖石樣品均落在熱水區(qū)，表明是熱水沉積的產(chǎn)物。

圖5 w(SiO2)-w(Al2O3)圖解

5.2 礦床成因

含錳巖系地層為一套復(fù)雜的深水碎屑沉積，薄層硅質(zhì)巖廣泛發(fā)育，與細碎屑巖互層出現(xiàn)。根據(jù)錳礦化的地質(zhì)特點，結(jié)合含錳巖系的地球化學特征，初步認為羅甸上饒二疊系錳礦化層處于紫云-六盤水深斷裂與羅甸-獨山深斷裂的交叉部位，可能是深部熱水(液)發(fā)育部位，礦化層中的錳礦物質(zhì)可能來源于此部位。但錳礦化層中存在有一定的正常沉積，可能是熱水噴流錳礦物質(zhì)與海水發(fā)生混合作用的結(jié)果。

6 結(jié) 論

通過貴州省羅甸縣南部上饒錳礦成礦地質(zhì)背景、含錳巖系、礦(化)體(層)地質(zhì)及地球化學特征分析，得出以下結(jié)論：

1)上饒錳礦區(qū)位于揚子陸塊南部，屬揚子準地臺黔南臺陷貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)。復(fù)雜的應(yīng)力場和構(gòu)造格架，使研究區(qū)成為有利于錳多金屬成礦的地質(zhì)背景。

2)上饒礦區(qū)內(nèi)錳礦化帶產(chǎn)于上二疊統(tǒng)曬瓦群內(nèi)，錳礦化層主要由薄層泥質(zhì)粉砂巖與薄層硅質(zhì)巖互層組成。礦石的平均含量為：Mn 33.92%，TFe 17.715%，P 0.036%，SiO214.315%，Al2O30.18%，CaO 1.765%，MgO 0.34%，Mn/Fe 1.915%，P/Mn 0.001%，(CaO+MgO)/( Al2O3+ SiO2) 0.145%。錳礦石屬高鐵、低磷、低硅酸性氧化錳礦石。

3)地球化學特征分析，認為羅甸縣南部上饒曬瓦組含錳巖系樣品受陸源物質(zhì)輸入影響較小，屬于深水環(huán)境中，熱水沉積的產(chǎn)物。