湖北鶴峰走馬坪地區(qū)大塘坡式錳礦找礦模型探討

李江力，孫 騰，郭寧寧，袁 航，胡太平，李志剛

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

湖北省錳礦找礦工作始于20世紀(jì)60年代,不少地勘單位先后在全省范圍內(nèi)開展了不同程度的錳礦調(diào)查評價(jià)和勘查工作。湖北省錳礦成因類型主要為沉積型、風(fēng)化殼型和沉積—變質(zhì)型[1],其中沉積型錳礦分布于揚(yáng)子地塊,賦礦層位主要有南華系大塘坡組(Nh2d)和奧陶系牯牛潭組(O2g),分別以古城錳礦和小觀山錳礦為代表;風(fēng)化殼型錳礦主要分布于嘉魚、大冶、陽新等地,賦存于第四系中更新統(tǒng)善溪窯組(Qp2s),其原生錳礦的主要含礦巖系為二疊系棲霞組(P2q)和茅口組(P2m),以金雞山錳礦為代表;沉積—變質(zhì)型錳礦則分布于秦嶺大別造山帶內(nèi),賦礦層位為震旦系陡山沱組(Z1d),以團(tuán)山溝錳礦為代表。上述礦床中僅古城錳礦為中型,其余礦床均為小型。近年來,中國地質(zhì)調(diào)查局、湖北省地質(zhì)勘查基金管理中心相繼在鄂西地區(qū)開展了大量的錳礦勘查工作，發(fā)現(xiàn)了鶴峰走馬坪錳礦、長陽跑馬錳礦。不少學(xué)者認(rèn)為在鄂西地區(qū)發(fā)育神農(nóng)架、長陽、鶴峰3個(gè)斷陷盆地及6個(gè)次級含錳巖系凹陷聚集區(qū)[2-3]，提出同沉積斷裂與斷陷盆地的存在是形成錳礦的必要因素。

前人對鄂西地區(qū)“大塘坡式”錳礦地質(zhì)特征、沉積環(huán)境、地球化學(xué)特征及礦床成因等進(jìn)行了不同層次的研究,但缺乏對走馬坪地區(qū)錳礦成礦系統(tǒng)的綜合研究。本文在前人工作成果的基礎(chǔ)上,總結(jié)走馬坪地區(qū)錳礦找礦成果,建立鄂西走馬坪地區(qū)錳礦找礦模型，以期指導(dǎo)區(qū)域找礦工作。

1 成礦地質(zhì)背景

新元古代開始,Rodinia超大陸發(fā)生了全球性的大陸裂谷作用,在全球范圍內(nèi)形成了大量的新元古代裂谷盆地[4-6]。與全球性新元古代古構(gòu)造活動(dòng)相對應(yīng),揚(yáng)子地塊與華夏地塊經(jīng)歷了華南地區(qū)發(fā)生的四堡運(yùn)動(dòng),造成了板塊碰撞拼合,之后發(fā)生裂解拉張,在揚(yáng)子地塊東南被動(dòng)邊緣形成了南華裂谷盆地[7]。研究區(qū)即處于揚(yáng)子地塊被動(dòng)邊緣的南華裂谷盆地之湘桂次級裂谷盆地北緣(圖1)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置(據(jù)參考文獻(xiàn)[4]修改)Fig.1 Tectonic position of the study area1.控制盆地生長發(fā)育的主裂谷系斷裂;2.深大斷裂帶;3.克拉通內(nèi)次級盆地支裂谷系斷裂;4.地塊邊界;5.研究區(qū)。

揚(yáng)子地塊東南緣在南華紀(jì)處于拉張斷陷環(huán)境,沿黔東—湘西—鄂西形成北東向的塹—壘式相間的海相盆地[5]。南華紀(jì)大塘坡期為間冰期,氣溫升高,冰川消融,海平面升高,鄂中古陸邊緣外圍依次形成濱岸帶、淺海陸棚沉積[8]。淺海陸棚帶位于恩施、鶴峰、長陽及崇陽、通山一帶。含錳巖系由一套黑色含錳泥巖、炭質(zhì)頁巖、含炭粉砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)粘土巖、含錳質(zhì)條帶粉砂質(zhì)粘土巖及錳層組成,炭質(zhì)頁巖、泥巖與錳質(zhì)層三種呈穩(wěn)定型的沉積韻律,發(fā)育水平層理,為淺海陸棚盆地相沉積。

鄂西鶴峰地區(qū)走馬坪錳礦與長陽地區(qū)古城錳礦均位于湘桂次級裂谷盆地之武陵次級裂谷盆地內(nèi),二者具有相似的構(gòu)造背景和成礦環(huán)境,均發(fā)育南華系間冰期大塘坡組含錳巖系[9-12]。走馬坪地區(qū)含錳巖系特征表現(xiàn)出海相沉積盆地成因。區(qū)域古斷裂構(gòu)造控制了次級裂谷盆地的形成,鄂西地區(qū)南華系沉積期主要建立在次級裂谷盆地之上[13-18]。

1.1 地層

區(qū)內(nèi)地層主要出露南華系蓮沱組(Nh1l)、古城組(Nh2g)、大塘坡組(Nh2d)和南沱組(Nh3n)(圖2)。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Geological map of the study area1.南沱組;2.大塘坡組;3.古城組;4.蓮沱組;5.大藥姑組;6.錳礦(化)體;7.整合界線;8.平行不整合界線;9.角度不整合界線;10.逆斷裂;11.壓性斷裂;12.不明性質(zhì)斷裂;13.層理產(chǎn)狀;14.板理產(chǎn)狀。

蓮沱組：下部多為灰綠色、紫紅色薄—中層狀泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖，夾淺灰色、灰色中—厚層狀長石石英砂巖和少量粉砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)頁巖,局部含礫;中部為淺灰、灰綠色、紫紅色中—厚層狀含礫長石石英砂巖、長石石英細(xì)砂巖、長英質(zhì)硬砂巖夾泥質(zhì)粉砂質(zhì);上部為灰、灰綠色、紫紅色中—厚層狀粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖、長石石英砂細(xì)—粗砂巖。與下伏青白口系大藥姑組(Qbd)呈角度不整合。

古城組：淺灰綠色、灰褐色含礫砂巖、含礫泥質(zhì)砂巖。與下伏蓮沱組呈平行不整合接觸。

大塘坡組：灰黃色、灰色薄—中層狀粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖、灰黑色含炭質(zhì)頁巖、黑褐色含錳炭質(zhì)泥巖夾灰?guī)r、含礫砂巖透鏡體。與下伏古城組呈整合接觸關(guān)系。

南沱組：下部為灰黃色、紫紅色含礫泥質(zhì)粉砂巖,中部為暗灰、黃灰色塊狀含礫不等粒砂巖,上部為灰黃色、磚紅色含礫砂巖、含礫砂質(zhì)泥巖,局部夾少量含炭質(zhì)泥巖。與下伏大塘坡組呈平行不整合接觸關(guān)系。

1.2 構(gòu)造

研究區(qū)主體構(gòu)造線呈NE向,由一系列隔擋式或隔槽式褶皺及走向斷裂構(gòu)成基本構(gòu)造格架。南華系主要出露于走馬坪—東山峰背斜核部。區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的斷裂主要為NE向的孟家溝—青官渡斷裂(F1)和碑埡—自生橋斷裂(F2)。孟家溝—青官渡斷裂具有早期壓性、中期壓扭性、晚期壓扭性特征。該斷裂經(jīng)歷多期活動(dòng),早期見碎斑巖,礫石呈棱形、渾圓狀,成分單一,膠結(jié)物為巖石細(xì)碎物,固結(jié)成巖;中期見綠泥石化片理化帶及構(gòu)造透鏡體,透鏡體包裹早期碎斑巖,順時(shí)針扭動(dòng);晚期見炭化頁理化帶,切割包裹中期綠泥石化帶,反時(shí)針扭動(dòng)。該斷裂走向?yàn)?0°～65°,斷面傾向NW(局部傾向SE),傾角為60°～88°。碑埡—自生橋斷裂形成早期主要在碑埡—官屋場一帶表現(xiàn)為張性,見十余米寬的角礫巖帶,角礫大小混雜,棱角明顯,成分復(fù)雜,鈣泥質(zhì)膠結(jié);中—后期為壓扭性,發(fā)育糜棱巖化碎粒巖、碎斑巖,后期將碎粒巖、碎斑巖擠壓成透鏡體,在旁側(cè)發(fā)育密集劈理,與斷裂面斜交,指示斷裂反時(shí)針扭動(dòng)。該斷裂走向?yàn)?5°～70°,傾向NW或SE,傾角為38°～88°。

兩斷裂夾持的紅羅溝一帶出露的冷家溪群呈NE向單斜構(gòu)造,順層片理、劈理及褶皺較為發(fā)育,其上覆南華系,且具有時(shí)間長、延伸廣、規(guī)模大等特點(diǎn),表現(xiàn)出武陵運(yùn)動(dòng)古北東向斷裂構(gòu)造特征。

1.3 地球化學(xué)特征

1∶5萬水系沉積物測量在王家介一帶圈定2處Mn異常,編號分別為Mn- 4、Mn-5,異常形態(tài)與大塘坡組展布方向基本一致,Mn異常下限為1 383×10-6,最高值為4 803.8×10-6,異常面積均較小,強(qiáng)度中等,濃集中心較為明顯(表1、圖3)。

表1 錳異常特征值表Table 1 Characteristic value table of manganese anomaly

圖3 研究區(qū)Mn異常剖析圖Fig.3 Analysis of Mn anomaly in the study area

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 含礦巖系及礦(化)體特征

區(qū)內(nèi)含礦地層為大塘坡組,該組下部為灰色、灰黃色薄—中層狀粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖夾少量含錳炭質(zhì)泥巖、含礫砂巖、灰?guī)r透鏡體;中部為深灰色、灰黑色薄—中層狀含錳炭質(zhì)泥巖,局部夾含礫砂巖,或以含礫砂巖為主;上部為灰黃色、灰白色薄—中層狀粉砂質(zhì)泥巖、含凝灰質(zhì)粘土巖。沿八十畝—王家介—曹家灣—二等上一線,巖性發(fā)育較為齊全,巖性變化大,厚度變化明顯,一般為0.6～13.6 m,總體為NE向展布,地層傾向SE,傾角較緩。

區(qū)內(nèi)圈定2條錳礦(化)體。錳礦(化)體賦存于大塘坡組中—下部的含錳炭質(zhì)泥巖中,走向?yàn)镹E向,總體傾向SE(110°～150°),傾角一般為6°～19°,沿走向和傾向上呈波狀起伏、斷續(xù)產(chǎn)出。礦(化)體空間形態(tài)呈層狀、似層狀、透鏡狀。礦體底板主要為深灰色含礫砂巖或灰色、灰黃色粉砂質(zhì)泥巖,頂板主要為含炭質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖,但沿走向方向巖性有變化。

Ⅰ錳礦體位于八十畝—王家介—小八十畝一帶,呈層狀、透鏡狀產(chǎn)出,沿走向長約3.7 km,厚度為0.17～0.89 m,平均厚度為0.55 m(局部位置頂部被風(fēng)化剝蝕,未見頂),Mn品位為5.27%～29.71%。

Ⅱ錳礦化體位于曹家灣北東一帶,礦化體呈層狀,沿走向長約850 m,厚度為0.3～0.5 m,Mn品位為6.19%～10.88%。

2.2 礦石特征

錳礦(化)體地表的礦石礦物主要為軟錳礦、硬錳礦、水錳礦、褐錳礦和少量菱錳礦；深部鉆孔顯示以菱錳礦為主。脈石礦物主要為石英、方解石、粘土等。菱錳礦呈褐黑色、鐵黑色,具金屬光澤,摸之污手,比重較大,常以團(tuán)塊狀、蜂窩狀等集合體產(chǎn)于泥巖中,具有隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、炭泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、交代環(huán)邊結(jié)構(gòu)。

2.3 含錳巖系巖性組合及厚度變化規(guī)律

大塘坡組和含錳巖系呈狹長帶狀分布,巖性、厚度變化較大(圖4)。自孟家溝—八十畝一帶,大塘坡組厚度為1.4～3.2 m,但地表基本不見含礦巖系,局部地段頂部風(fēng)化剝蝕,巖性主要為灰黃色、灰白色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖與深灰色、灰黑色含炭質(zhì)泥巖呈不等厚互層,以粉砂質(zhì)泥巖為主,含礦性極差。八十畝—小八十畝一帶,大塘坡組和含錳巖系厚度分別為1.1～13.6 m、0～1.2 m,大塘坡組含礦性較好，含錳巖系巖性主要為含錳泥巖、含錳炭質(zhì)泥巖,發(fā)育順層石英脈和星點(diǎn)狀、浸染狀、團(tuán)塊狀黃鐵礦。以王家介一帶為中心，地表出露的大塘坡組呈現(xiàn)出兩側(cè)厚、中間薄的特點(diǎn),深灰色、灰黑色含炭粉砂質(zhì)泥巖中順層發(fā)育含鐵錳質(zhì)薄膜的石英脈,脈體厚度不等；沿傾向方向厚度變小,但Mn含量相對增加。在小八十畝—二等上一帶,大塘坡組頂部遭受風(fēng)化剝蝕,大塘坡組、含錳巖系厚度也呈現(xiàn)出中間厚、兩側(cè)薄的特點(diǎn),含錳巖系向兩側(cè)逐漸變薄至尖滅。大塘坡組在東、西兩側(cè)巖性顆粒較中間粗,以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主。大塘坡組巖性、厚度變化特征反映區(qū)內(nèi)大塘坡組東、西兩側(cè)靠近盆地邊緣,中部可能為沉積盆地中心。

圖4 大塘坡組北東向柱狀對比圖Fig.4 NE columnar correlation map of Datangpo formation

王家介—古城寨—李家橋一帶施工了ZK0401、ZK0402、ZK0403、ZK1201、ZK701等鉆孔,各個(gè)鉆孔均揭露了大塘坡組和含錳巖系,由南東向北西，大塘坡組、含錳巖系的厚度、Mn含量均呈現(xiàn)出增大的趨勢(表2,圖5)。

圖5 大塘坡組北西向柱狀對比圖Fig.5 NW columnar correlation of Datangpo formation1.泥巖；2.含礫砂巖；3.錳礦化層。

表2 大塘坡組北西向鉆孔見礦情況統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of ore finding in NW drilling of Datangpo formation

通過上述分析,認(rèn)為走馬坪地區(qū)大塘坡組、含錳巖系和錳礦體厚度具有一定的正相關(guān)關(guān)系。大塘坡組在古城寨—李家橋一帶為隱伏狀態(tài),根據(jù)含錳巖系厚度變化規(guī)律來看,在走馬坪地區(qū)可能存在一個(gè)較大的沉積盆地,并表現(xiàn)出斷陷盆地的沉積特征。

3 礦床成因

3.1 成礦環(huán)境和成礦機(jī)制分析

走馬坪錳礦具有典型的“大塘坡式”錳礦成礦特征，受控于斷陷盆地和大塘坡組中—下部黑色含錳巖系。曹文勝等[19]通過分析含錳巖系樣品Mo、V、Ni、Cr、Co、U組成特征，認(rèn)為其形成于氧化環(huán)境,表明區(qū)內(nèi)含錳巖系與古城錳礦具有相似的氧化—還原沉積環(huán)境[8]。南華紀(jì)古城期末至大塘坡期,氣候逐漸變暖,形成一套由下到上的缺氧—弱氧—富氧的海洋水體系統(tǒng),上部的Mn2+在氧化—次氧化條件下形成氧化物和氫氧化物,通過氧化物和氫氧化物大量吸附Mo、V、Ni、Cr等元素,在水體搬運(yùn)及斷陷盆地底部缺氧環(huán)境下沉積,在大塘坡組成巖過程中與有機(jī)質(zhì)相互作用形成菱錳礦[11,19]。

3.2 成礦物質(zhì)來源

走馬坪地區(qū)大地構(gòu)造位置特殊,位于揚(yáng)子地塊被動(dòng)邊緣的拉張裂谷盆地,在南華紀(jì)古城期末—大塘坡期,冰川消融,海平面上升,開始由大陸冰川相沉積向海相沉積逐漸過渡,大塘坡組含錳巖系主要為海相沉積的產(chǎn)物,且伴隨著有少量陸源碎屑物、海底熱液及火山活動(dòng)物質(zhì)的輸入[19]。

4 找礦模型

鶴峰走馬坪錳礦與鄰區(qū)長陽古城錳礦具有相似的區(qū)域成礦背景和成礦環(huán)境。在區(qū)域成礦地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征、礦床成因等綜合研究基礎(chǔ)上,初步總結(jié)了走馬坪地區(qū)“大塘坡式”錳礦成礦要素和找礦標(biāo)志(表3),建立了斷陷盆地—海相沉積型錳礦找礦模型(圖6)。

表3 走馬坪地區(qū)錳礦成礦要素表Table 3 Metallogenic factors and prospecting criteria of manganese deposits in Zoumaping area

圖6 走馬坪地區(qū)斷陷盆地—海相沉積型錳礦找礦模型Fig.6 Exploration model of marine sedimentary manganese deposit in fault basin of Zoumaping area1.粉砂質(zhì)泥巖；2.含礫砂巖；3.錳礦體；4.斷層。

5 結(jié)論

走馬坪錳礦為近年來新發(fā)現(xiàn)的“大塘坡式”錳礦床，賦存于大塘坡組中—下部的黑色含錳巖系中。含錳巖系的巖性組合和厚度在走向及傾向上表現(xiàn)出一定的規(guī)律性變化特征，指示該礦床形成于走馬坪斷陷盆地環(huán)境。在此基礎(chǔ)上初步提出了走馬坪地區(qū)斷陷盆地—海相沉積型錳礦找礦模型。