貴州印江窯上奧陶系湄潭組含錳礦層發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

葉 飛，潘 文，尹廷龍，左 勇，覃智貴，周 靈，周 寧，趙 爽，劉 健

1.貴州省地礦局103地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 554300；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430074；3.貴州省錳礦資源預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)科技創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)，貴州 銅仁 554300)

1 前言

本次工作在黔東北奧陶系湄潭組頂部發(fā)現(xiàn)了錳礦層，礦點(diǎn)位于印江縣窯上奧陶系中-下統(tǒng)湄潭組第三段頂部粉黑色粉砂質(zhì)粘土巖中，有民采老硐遺跡。本次工作通過(guò)刻槽采樣、綜合分析原有資料，采樣17件。目前國(guó)內(nèi)奧陶系錳礦僅見(jiàn)于湖南桃江、益陽(yáng)、安化、寧鄉(xiāng)等地(匡清國(guó)等2003)。鑒于黔東北湄潭組地層分布廣泛，具有一定科學(xué)和找礦意義。

2 地質(zhì)背景

2.1 大地構(gòu)造背景

研究區(qū)大部位于貴州省銅仁市印江縣境內(nèi)，大地構(gòu)造位置位于江南造山帶西南段與揚(yáng)子陸塊過(guò)渡區(qū)域，屬黔中隆起東側(cè)，夾于NW向齊岳山斷裂與SE向梵凈山—走馬穹隆構(gòu)造帶之間，是川黔隔槽式逆沖構(gòu)造帶的一部分。發(fā)育寒武紀(jì)至三疊紀(jì)地層(由于廣西運(yùn)動(dòng)影響，期間缺失泥盆、石炭及二疊系下統(tǒng)地層)。根據(jù)區(qū)域內(nèi)不整合地層接觸關(guān)系，由老到新可將黔東北地區(qū)依次劃分為武陵期、加里東期、燕山-喜馬拉雅期三個(gè)構(gòu)造旋回期(戴傳固等2013)。

從構(gòu)造形跡上來(lái)看，褶皺構(gòu)造大致可分為兩組：即1.近南-北向的線狀褶皺；2.北東-南西向的不對(duì)稱褶皺。早期近南-北向線狀褶皺明顯受后期北東-南西向不對(duì)稱褶皺明顯疊加；使得區(qū)域上近南-北向線狀褶皺發(fā)生左行剪切錯(cuò)斷或成”S”形疊加，區(qū)域上部分線狀褶皺被改造成了短軸褶皺(圖1B)。

2.2 地層

研究區(qū)主要出露上、下古生界及少量中生界地層，區(qū)內(nèi)出露地層從老到新依次為：寒武系、奧陶系、志留系、二段系、三疊系(缺失志留系中上統(tǒng)、泥盆系、石炭系及二疊系下統(tǒng)地層)及第四系。累計(jì)最大出露厚度3 200余米。其面上展布受地形、構(gòu)造控制較明顯。寒武系地層主要集中分布在大壩場(chǎng)幅中部，塘頭幅壩竹埡背斜軸部有零星出露，僅出露寒武系第二統(tǒng)杷郎組中上部-婁山關(guān)組地層，未見(jiàn)底；志留系、二疊系主要呈北東—南西向片狀分布于研究區(qū)許家壩向斜、原區(qū)域邵家橋向斜兩翼。(圖1-A)。地層間接觸關(guān)系類型較全，二疊系上統(tǒng)與中統(tǒng)之間為平行不整合接觸，區(qū)內(nèi)大部奧陶系頂部五峰組頂部，存在一套斑脫巖沉積(葉飛等，2019a)，指證了區(qū)內(nèi)志留系與奧陶系地層為平行不整合接觸，二疊系與下伏志留系呈平行不整合。第四系為角度不整合覆于區(qū)內(nèi)各地層組之上，其余地層組段之間為整合接觸關(guān)系。新發(fā)現(xiàn)錳礦賦存于奧陶系中-下統(tǒng)湄潭組第三段頂部黑色粉砂質(zhì)粘土巖中，受地層控制明顯。

A—研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖；B—研究區(qū)構(gòu)造綱要圖

1—志留系下統(tǒng)新灘組；2—奧陶系五峰組-志留系龍馬溪組；3—寶塔組；4—十字鋪組；5—湄潭組第三段；6—湄潭組第二段；7—地層產(chǎn)狀；8—地質(zhì)界線；9—斷層；10—探槽及編號(hào)；11—老硐及編號(hào)；12—礦層地表露頭線

2.3 構(gòu)造

采樣點(diǎn)位于印江縣南西，平距約30 km，窯上簡(jiǎn)易公路邊。位于區(qū)域青崗灣斷層南東，水家河向斜東翼，構(gòu)造不發(fā)育，以單斜構(gòu)造為主。地層走向NE-NNE，傾向南東，傾角51°～70°，一般為50°左右。礦區(qū)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅見(jiàn)礦區(qū)北部。從地表露頭情況來(lái)看，區(qū)內(nèi)斷層并未破壞礦層。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 含錳巖系特征

新發(fā)現(xiàn)錳礦賦存于奧陶系中統(tǒng)湄潭組第三段頂部，該組段巖性以由條帶狀粘土巖、粉砂質(zhì)粘土巖、鈣質(zhì)粘土巖為主，厚度120～150 m。地層內(nèi)含豐富的筆石化石，屬遠(yuǎn)濱相沉積；沉積層序自下而上如下：

上覆地層：奧陶系十字鋪組(O2-3sh)：灰、淺灰色薄-中層狀泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r

奧陶系中下統(tǒng)湄潭組第三段(O1-2m3)

9.灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r與黃灰色薄層狀粘土巖呈不等厚互層?；?guī)r中重結(jié)晶現(xiàn)象明顯。富含生物；粘土巖中有機(jī)質(zhì)含量較高。由下而上，粘土巖厚度逐漸減薄。

厚度1.3～8.6 m；

8.錳礦層(奧陶系錳礦主要賦存層位)。礦層多呈透鏡狀，地表露頭線沿走向尖滅。含錳礦層1-2層，單層厚0.3～0.5 m，部分地段構(gòu)成了工業(yè)礦體。

厚度0.3～0.98 m；

7.含錳質(zhì)粘土巖，錳礦普遍品位不達(dá)標(biāo)。

厚度2.5～5.9 m；

6.主體以黃灰綠色薄至中層狀粉砂質(zhì)粘土巖、頁(yè)巖為主。砂質(zhì)含量較前略有降低。偶夾灰?guī)r透鏡體。頂部為灰色薄層狀細(xì)——粉晶灰?guī)r。

厚度5.6～8.6 m；

5.灰黑色薄至中層狀含粉砂質(zhì)、炭質(zhì)粘土巖、頁(yè)巖。粘土巖中砂質(zhì)含量較前明顯減少；頁(yè)巖中含少量印膜化石。

厚度37～46.3 m；

4.灰綠色薄至中層狀鈣質(zhì)、粉砂質(zhì)粘土巖與灰、深灰色薄層板狀鈣質(zhì)石英砂巖呈不等厚互層。鈣質(zhì)含量較前略有降低。未見(jiàn)生物化石。

厚度3.6～7.8 m；

3.黃灰綠色含鈣質(zhì)、粉砂質(zhì)中厚層狀粘土巖與灰色薄層板狀富含鈣質(zhì)石英砂巖呈不等厚互層。砂巖層厚3～5 cm。

厚度2.3～4.1 m；

2.黃灰綠色薄至中厚層狀含鈣質(zhì)、粉砂質(zhì)粘土巖、頁(yè)巖；間夾數(shù)層灰色薄板狀泥質(zhì)泥晶灰?guī)r；灰?guī)r中偶見(jiàn)重結(jié)晶現(xiàn)象；未見(jiàn)化石；粘土巖中富含印膜化石。原巖風(fēng)化嚴(yán)重，風(fēng)化后呈葉片狀細(xì)小碎片原地堆積。局部偶夾鈣質(zhì)結(jié)核，呈透鏡狀，大致順層。

厚度27～40 m；

1.黃灰綠色薄至中層狀粉砂質(zhì)粘土巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖。

厚度19.6～23.7 m；

下伏地層：奧陶系中下統(tǒng)湄潭組第二段(O1-2m2)：灰、灰黑色中厚層狀泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r；

錳礦層賦存于湄潭組上部含錳質(zhì)粘土巖內(nèi)，產(chǎn)狀與圍巖一致，一般直接頂?shù)装鍨殇靥督M頂部粉砂質(zhì)粘土巖(圖2)。

圖2 印江窯上奧陶系錳礦點(diǎn)露頭

3.2 礦床產(chǎn)出特征

僅就采樣區(qū)而言，礦體呈北東向透鏡狀產(chǎn)出，走向上發(fā)生尖滅(圖3)。延伸長(zhǎng)度50～500 m，礦層厚0.35～0.8 m，由1-2層錳礦層夾黑色頁(yè)巖組成。錳礦單層厚0.3～0.5 m(表1)。樣品Mn品位均遠(yuǎn)超Mn元素克拉克值，顯示該區(qū)域有較強(qiáng)的Mn元素富集。

圖3 透鏡狀展布錳礦體

表1 奧陶系錳礦采樣分析結(jié)果一覽表

3.3 礦石質(zhì)量

經(jīng)貴州省地礦局黔東測(cè)試中心測(cè)試分析，礦石礦物主要有以氧化錳礦為主，含少量碳酸錳礦。其中，氧化錳礦多呈微細(xì)粒他形粒狀集合體或云霧狀、膠狀凝塊形式產(chǎn)出，常與碳酸錳礦等共生，約占含錳礦物總量的90%以上 。P/Mn比值0.011～0.50，平均0.027，大于0.006，屬高磷礦石。

主要脈石礦物由方解石、白云石、石英、稀土礦物、絹云母、綠泥石及有機(jī)炭等組成。其中，石英、玉髓、蛋白石，主要呈脈狀沿裂隙后期充填，或不規(guī)則狀，團(tuán)塊狀產(chǎn)于含錳碳酸鹽中，常與方解石、白云石、絹云母等共生；伊利石、水云母、絹云母、綠泥石，呈隱晶一鱗片狀，或細(xì)葉片狀，同石英、方解石等嵌生，分布于裂隙或碳酸鹽顆粒間及鮞粒核心中；有機(jī)炭，則呈不規(guī)則尖點(diǎn)狀，不均勻混染礦石(曾孟君等1992)。

4 成因探討

4.1 礦床對(duì)比

目前國(guó)內(nèi)有報(bào)道的奧陶系錳礦僅限于湖南“桃江式”錳礦，且局限分布于桃江、益陽(yáng)、安化、寧鄉(xiāng)等地。本次工作選取研究程度較高的“桃江式”錳礦代表-湖南響濤源錳礦與研究區(qū)進(jìn)行比對(duì)。響濤源錳礦含礦層位為奧陶系中統(tǒng)磨刀溪組、胡樂(lè)組與本次采樣層位相當(dāng)(祝壽泉等1996)，時(shí)代均屬于奧陶系中統(tǒng)。沉積環(huán)境均為前海陸棚相。響濤源錳礦賦礦層巖性組合以黑色頁(yè)巖、條帶狀頁(yè)巖、含錳灰?guī)r為主，本次取樣含礦巖性以鈣質(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖、黑色頁(yè)巖為主，未見(jiàn)灰?guī)r。二者礦層均以層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。響濤源錳礦礦石品位19.63%～20.09%，略高于研究區(qū)。礦層厚度1.2～2.25 m，大于研究區(qū)0.35～0.8 m。在礦石類型方面，響濤源錳礦以碳酸錳礦為主，其次為氧化錳礦，研究區(qū)氧化錳礦為主，其次為碳酸錳礦石，可能與采樣點(diǎn)高度風(fēng)化有關(guān)。在成因方面均屬于海相沉積型碳酸錳礦床。本次工作認(rèn)為，本次所新發(fā)現(xiàn)奧陶系錳礦與“桃江式”錳礦在賦存層位、礦床類型等方面，高度一致，可視為同一類型礦床(表2)。

表2 錳礦特征對(duì)比一覽表

4.2 沉積環(huán)境

區(qū)域上，奧陶系早期，黔東北地區(qū)自西向東可分為湄潭組與大灣組，二者為漸變過(guò)渡關(guān)系，區(qū)域上一般以石阡陡山壩-印江一線為界，以西為湄潭組，以東為大灣組，但采樣區(qū)內(nèi)湄潭組遵義地區(qū)典型湄潭組有較大區(qū)別，兼具“湄潭組”與“大灣組”特色，總的來(lái)說(shuō)砂質(zhì)含量低于典型湄潭組地層，高于典型大灣組地層。鈣質(zhì)含量已具有相同特征(陳朋飛等2006)。

鑒于研究區(qū)湄潭組第三段筆石和大量的雙殼類生物繁盛為特點(diǎn)，發(fā)育水平層理和粒序?qū)永恚揖C合其巖性組合，反映其沉積水體應(yīng)屬較深的內(nèi)陸棚斜坡沉積，即處于湄潭組與大灣組過(guò)渡區(qū)域。

錳礦賦存層位在橫向上位于區(qū)域上奧陶系湄潭組與大灣組過(guò)渡區(qū)域，在縱向上，屬于海侵到海退的轉(zhuǎn)折期的微氧化與堿性環(huán)境中(圖4)。

4.3 成因探討

由于該處礦點(diǎn)為首次發(fā)現(xiàn)，限于區(qū)調(diào)工作手段，尚未進(jìn)行較深入研究，但筆者認(rèn)為，奧陶系大坪階-達(dá)瑞威爾階時(shí)期，伴隨研究區(qū)西側(cè)黔中古陸的隆起，發(fā)生了區(qū)內(nèi)地層發(fā)生了沉積分異，在廣西運(yùn)動(dòng)水下隆起期的影響下，區(qū)內(nèi)發(fā)生了不均一的水下抬升(牛新生等2007)，該抬升過(guò)程延續(xù)到奧陶系末期，在區(qū)內(nèi)形成了一系列的同沉積斷裂；繼而，伴隨奧陶系末期頻繁的火山活動(dòng)(常曉琳等2013)，深部熱液上升，為區(qū)內(nèi)錳礦的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；最終錳質(zhì)沿先期形成的同沉積斷裂上升，最終沉淀在該區(qū)域，形成錳礦層。

5 遠(yuǎn)景分析

區(qū)內(nèi)湄潭組地層分布廣泛，為區(qū)內(nèi)錳礦層提供了良好的賦存空間，區(qū)內(nèi)自西向東，湄潭組逐漸過(guò)渡為大灣組(陳鵬飛等2006)，在過(guò)渡區(qū)域，即砂質(zhì)陸棚向灰質(zhì)陸棚轉(zhuǎn)換帶，為錳礦的賦存提供了良好的空間。本次工作中，在天橋、秦家山等處，均發(fā)現(xiàn)了類似的含錳巖系組合。經(jīng)零星采樣，Mn品位分別為3.8%、6.3%，具有良好的錳質(zhì)富集表現(xiàn)，推測(cè)與采樣位置有關(guān)，不能排除該區(qū)域錳質(zhì)富集可能。筆者認(rèn)為后期工作中，應(yīng)加強(qiáng)該過(guò)渡區(qū)錳礦找礦工作，或能有較大的突破。

圖4 研究區(qū)及鄰區(qū)奧陶紀(jì)大坪期巖相古地理圖(據(jù)葉飛等，2019b)

6 結(jié)論

該錳礦的發(fā)現(xiàn)，是貴州首次對(duì)“桃江式”錳礦的發(fā)現(xiàn)，是對(duì)貴州已有“大塘坡式”錳礦、“遵義式”錳礦、“水城式”錳礦的補(bǔ)充(付勇等2014)。本次限于工作手段及周期，建議后期對(duì)該區(qū)域、該層位錳礦采取針對(duì)性工作。鑒于奧陶系湄潭組出露廣泛，具有一定科學(xué)和找礦意義。