滇黔桂典型錳礦床礦相學(xué)特征及其對成礦過程的指示

葉太平, 韓 雪, 陳 仁, 王 敏*

1)貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實(shí)驗(yàn)室, 貴州貴陽 550018;2)貴州省地質(zhì)調(diào)查院, 貴州貴陽 550081

錳礦是冶金工業(yè)的重要原料, 也是國民經(jīng)濟(jì)中十分重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)。地球上的錳礦資源主要為陸地上的從前寒武紀(jì)到中—新生代不同地史時(shí)期形成的錳礦床以及海洋中的錳結(jié)核和鐵錳結(jié)殼(符亞洲等, 2017)。近些年, 我國相關(guān)地質(zhì)部門組織實(shí)施了一批全國性或區(qū)帶性的錳礦勘查和科學(xué)研究, 重點(diǎn)圍繞錳礦沉積構(gòu)造環(huán)境、錳的來源及遷移機(jī)制、成礦機(jī)理、時(shí)空分布規(guī)律等基本問題, 取得了一系列科學(xué)研究成果, 并先后在滇東南、黔東北、桂西、新疆等地發(fā)現(xiàn)了一些新的錳礦類型和錳礦產(chǎn)地(李社宏等, 2015; 劉志臣等, 2016; 周琦等, 2016; 高永寶等, 2017)。

滇黔桂地區(qū)具有多個(gè)代表性錳礦床, 其中產(chǎn)于南華系的貴州松桃大塘坡錳礦是我國第二個(gè)超大型錳礦; 產(chǎn)于泥盆系的廣西大新下雷錳礦是錳礦資源儲量超過億噸的整裝型錳礦床; 產(chǎn)于二疊系的遵義銅鑼井錳礦已探明儲量三千多萬噸, 是貴州重要的錳礦石生產(chǎn)基地; 產(chǎn)于三疊系的滇東南斗南大型錳礦是中國南方優(yōu)質(zhì)富錳礦的典型代表。對于這些錳礦的礦床地質(zhì)特征、物質(zhì)成分、成礦構(gòu)造、沉積環(huán)境、控礦巖相古地理?xiàng)l件及礦床成因等方面前人已經(jīng)取得了一系列有重要意義的認(rèn)識(柏萬靈等, 2010;劉志臣等, 2016; 趙立群等, 2016; 周琦等, 2016)。但在錳礦礦石礦相學(xué)研究方面尚且薄弱, 對比研究這些不同時(shí)空古代錳礦礦相學(xué)特征, 對于豐富錳礦成礦理論具有重要意義。本文著眼于大塘坡錳礦、下雷錳礦、銅鑼井錳礦、斗南錳礦典型礦石礦相分析, 結(jié)合碳酸鹽巖微相解析方法進(jìn)行研究, 對其成礦過程合理解釋, 對找礦提供新的思路。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)樣品來自于貴州松桃大塘坡錳礦、廣西大新下雷錳礦、貴州遵義銅鑼井錳礦和云南硯山斗南錳礦典型礦石, 采樣位置見圖 1。對樣品進(jìn)行巖石薄片制備及對應(yīng)樣品進(jìn)行破碎、篩分、混勻、縮分,取部分試樣研磨至 0.076 mm以下(–200目)粒級進(jìn)行X射線衍射分析研究。

圖1 研究區(qū)采樣位置略圖Fig.1 Sketch of sampling location in the study area

1.2 儀器及工作條件

X射線衍射分析儀: 儀器型號為日本理學(xué)Rigaku Ultima IV, 工作條件為: 銅靶(λ=1.5406 nm),管壓40 kV, 管流40 mA, 掃描范圍2θ角5°～60°, 步長0.020°/步, 掃描速度2°/Min。主要應(yīng)用于物相定性分析。

掃描電鏡: 儀器型號為 FEI SCIOS雙束系統(tǒng),能譜型號EDAX ELECT SUPER 70 mm2。主要規(guī)格與技術(shù)指標(biāo)為: 加速電壓 0.2～30 kV, 放大倍數(shù)104 ～ 100 000倍, 最高分辨, 1.0 nm。主要用于樣品表層形貌觀察、微區(qū)成分分析、礦物參數(shù)自動(dòng)分析和微觀結(jié)構(gòu)觀察。

偏光顯微鏡: 儀器型號萊卡 DM-4500P。放大倍數(shù): 光學(xué)放大 50～500倍, 可作透射光及反射光單偏光、正交偏光觀察及顯微照相。本文應(yīng)用于對不同類型錳礦礦石礦物及脈石礦物的偏光檢測及顯微照相。

2 典型礦石特征

2.1 貴州松桃大塘坡錳礦典型礦石特征

松桃錳礦區(qū)位于揚(yáng)子陸塊東南緣被動(dòng)大陸邊緣, 處于大陸陸殼與海洋地殼過度的斜坡地帶, 錳礦產(chǎn)于南華系大塘坡組第一段(Nh1d1); 其下伏地層為南華系鐵絲坳組(Nh1t)灰色巖屑砂巖、含礫黏土巖, 局部地段為角礫狀白云巖; 上覆地層為大塘坡組第二段(Nh1d2)深灰色粉砂質(zhì)頁巖夾碳質(zhì)頁巖(許效松等, 1991)。本次采集樣品來自于貴州松桃大塘坡錳礦(大塘坡組第一段), 典型礦石為塊狀錳質(zhì)巖。

礦石全巖X粉晶衍射如圖2所示, 其礦物成分為菱錳礦、鈣菱錳礦、錳白云石、錳方解石、石英、伊利石。

圖2 貴州松桃大塘坡錳礦典型礦石全巖XRD圖Fig.2 Whole rock XRD pattern of typical ore in Datangpo manganese deposit, Songtao, Guizhou

塊狀錳質(zhì)巖礦石礦物主要為錳質(zhì)碳酸鹽礦物,錳質(zhì)碳酸鹽礦物粒度 0.01～0.3 mm, 含量高達(dá)85%～90%, 見多期次方解石—石英脈穿插切割礦石(圖3A, B)。通過掃描電鏡(圖3C, D)確認(rèn)菱錳礦、鈣菱錳礦呈球粒狀, 由于鈣質(zhì)含量分布不均, 具明顯環(huán)帶, 錳方解石呈亮晶狀分布于菱錳礦、鈣菱錳礦團(tuán)粒之間, 起膠結(jié)作用。巖石中可見由后期充填的含瀝青石英結(jié)核(圖 3E, F, G), 錳白云石(圖 3H)呈自形粒狀, 多分布于后期充填石英邊緣, 具重結(jié)晶特征, 其鈣、錳含量分布較為均勻。

大塘坡礦床典型錳礦石礦相學(xué)特征顯示:(1)礦石結(jié)構(gòu)為泥晶藻團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(微相SMF2)(SMF為標(biāo)準(zhǔn)微相類型)(圖 3C, D), 沉積環(huán)境 FZ1(盆地相)(FZ為相帶)(馬永生主譯, 2006), 成礦過程有藍(lán)綠藻的參與; (2)礦石結(jié)構(gòu)顯示, 錳礦成礦發(fā)生于沉積作用早—中期, 即鈣菱錳礦—菱錳礦質(zhì)藻團(tuán)粒賦礦; (3)鈣菱錳礦—菱錳礦質(zhì)藻團(tuán)粒之間的填隙物為泥晶錳方解石, 表明沉積環(huán)境低能, 且指示成礦作用發(fā)生于沉積環(huán)境的伸展階段; (4)成礦期后流體活動(dòng)弱, 僅見弱硅化、方解石化。

圖3 貴州松桃大塘坡錳礦典型礦石顯微圖Fig.3 Micrograph of typical ore in Datangpo manganese deposit, Songtao, Guizhou

2.2 廣西大新下雷錳礦典型礦石特征

下雷錳礦區(qū)位于華南褶皺系右江褶皺帶的南部,上映倒轉(zhuǎn)向斜的西南端, 錳礦層產(chǎn)于上泥盆統(tǒng)五指山組(D3w), 產(chǎn)狀與圍巖一致(趙東軍等, 2005)。本次采集樣品來自于下雷錳礦(五指山組), 典型礦石包括條帶狀錳質(zhì)巖、塊狀錳質(zhì)巖、錳結(jié)核、錳結(jié)殼。

礦石全巖X粉晶衍射分析結(jié)果如圖4所示, 其礦物成分為褐錳礦、錳鉀礦、菱錳礦、鈣菱錳礦、薔薇輝石、透閃石、石英。

圖4 廣西大新下雷錳礦典型礦石全巖XRD圖Fig.4 Whole rock XRD pattern of typical ore in Xialei manganese mine, Daxin, Guangxi

條帶狀錳質(zhì)巖(圖5A, B, C)包括褐錳礦及菱錳礦構(gòu)成的暗色條帶、錳鉀礦構(gòu)成的暗紅色條帶、薔薇輝石及透閃石構(gòu)成的粉色條帶(具穿層現(xiàn)象(圖5B), 為后期蝕變產(chǎn)物)。錳結(jié)核包括褐錳礦結(jié)核(圖5F)和菱錳礦結(jié)核(圖5D, J)。塊狀錳質(zhì)巖(圖5E, K, L)由方解石膠結(jié)菱錳礦團(tuán)粒而成, 與貴州銅仁大塘坡錳礦具相同形態(tài)特征。后期熱液蝕變產(chǎn)物包括透閃石、薔薇輝石、重晶石等(圖5A, B, G, H)。

下雷礦床典型錳礦石礦相學(xué)特征顯示: (1)礦石結(jié)構(gòu)為泥晶藻團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(微相SMF2)(圖5E, K, L)、泥晶豆粒結(jié)構(gòu)(微相 SMF15-M)(圖 5D, F, G), 沉積環(huán)境為 FZ7(臺地相)(馬永生, 2006), 礦石構(gòu)造為條帶狀構(gòu)造, 成礦過程有藍(lán)綠藻的參與; (2)礦石結(jié)構(gòu)顯示, 錳礦成礦發(fā)生于沉積作用早—中期, 即鈣菱錳礦—菱錳礦質(zhì)藻團(tuán)粒、豆粒賦礦; (3)鈣菱錳礦—菱錳礦質(zhì)藻團(tuán)粒、豆粒之間的填隙物為泥晶錳方解石, 表明沉積環(huán)境較低能, 且指示成礦作用發(fā)生于沉積環(huán)境的伸展階段; (4)成礦期后流體活動(dòng)強(qiáng)烈,見薔薇輝石化、透閃石化、重晶石化、硅化等。

圖5 廣西大新下雷錳礦典型礦石礦物顯微圖Fig.5 Micrograph of typical ore in Xialei manganese mine, Daxin, Guangxi

2.3 貴州遵義銅鑼井錳礦典型礦石特征

遵義錳礦床位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺黔中古陸北緣, 黔中臺溝的北東端, 錳礦層產(chǎn)于于中二疊統(tǒng)茅口組第二段(P2m2); 其上覆為二疊系龍?zhí)督M(P3l)深灰色含植物化石黏土巖; 其下伏地層為二疊系茅口二段(P2m2) 硅質(zhì)灰?guī)r(汪洋等, 2018)。本次樣品采集于銅鑼井錳礦床(茅口組第二段), 典型礦石包括砂屑錳質(zhì)巖、塊狀錳質(zhì)巖、蝕變錳質(zhì)巖。

礦石全巖X粉晶衍射分析結(jié)果如圖6所示, 其礦物成分包括菱錳礦、鈣菱錳礦、錳方解石、錳白云石、硫錳礦、黃鐵礦、閃鋅礦、高嶺石、伊利石、菱鐵礦。

圖6 貴州遵義銅鑼井錳礦典型礦石全巖XRD圖Fig.6 Whole rock XRD patterns of typical ore in Tongluojing manganese mine, Zunyi, Guizhou

圖 7A、B、C顯示錳質(zhì)碳酸鹽礦物作為膠結(jié)物分布于黏土質(zhì)砂屑之間, 錳質(zhì)碳酸鹽礦物包括錳方解石、鈣菱錳礦、菱錳礦, 其中錳方解石多分布于砂屑之間, 其膠結(jié)作用, 膠結(jié)物由晶粒狀(圖 7A 下部,圖7B)向圈層狀轉(zhuǎn)變(圖7A上部, 圖7B), 代表水體能量的升高; 鈣菱錳礦、菱錳礦多充填交代部分黏土質(zhì)砂屑。圖7D、G顯示菱錳礦呈粒狀集合體, 局部見黏土團(tuán)塊、黃鐵礦分布。沉積晚期圖 7E、F、H、I顯示熱液蝕變, 大量硫化物出現(xiàn), 包括黃鐵礦、閃鋅礦、硫錳礦等, 其中硫錳礦替代巖石中菱錳礦部分, 保存原巖中錳白云石部分。

圖7 貴州遵義銅鑼井錳礦典型礦石顯微圖Fig.7 Micrograph of typical ore in Tongluojing manganese deposit, Zunyi, Guizhou

銅鑼井礦床典型錳礦石礦相學(xué)特征顯示: (1)礦石結(jié)構(gòu)為亮晶砂屑結(jié)構(gòu)(微相 SMF17)(圖 7E, F, H,I)、亮晶鮞粒結(jié)構(gòu)(微相SMF15-C)(圖7A, B, C, D),沉積環(huán)境為 FZ7(臺地相)(馬永生主譯, 2006), 礦石構(gòu)造為塊狀構(gòu)造; (2)礦石結(jié)構(gòu)顯示, 錳礦成礦發(fā)生于沉積作用中—晚期, 即黏土礦物質(zhì)砂屑間鈣菱錳礦質(zhì)填隙物賦礦; (3)黏土礦物質(zhì)砂屑之間的填隙物為亮晶鈣菱錳礦, 表明沉積環(huán)境高能, 且指示成礦作用發(fā)生于沉積環(huán)境的收縮階段; (4)成礦期后流體活動(dòng)強(qiáng)烈, 見黃鐵礦、閃鋅礦化、硫錳礦化等。

2.4 云南硯山斗南錳礦典型礦石典型礦石特征

斗南錳礦區(qū)在構(gòu)造上位于華南褶皺系滇東南褶皺帶文山—富寧斷褶束薄竹山拱褶北西端斗南弧形向斜中偏西部, 礦體產(chǎn)于中三疊統(tǒng)法郎組(T2f)(張錢榮等, 2017)。本次樣品采集于斗南錳礦(法郎組), 典型礦石主要為核形石錳質(zhì)巖。

礦石全巖X粉晶衍射結(jié)果如圖8所示, 其礦物成分包括褐錳礦、水錳礦、鈣菱錳礦、含錳方解石、方解石、石英。

圖8 云南硯山斗南錳礦典型礦石全巖XRD圖Fig.8 Whole rock XRD patterns of typical ores from Dounan manganese deposit, Yanshan, Yunnan

沉積早期, 褐錳礦以膠體化學(xué)沉積方式分布于方解石砂屑之間(圖9A); 中期形成以單晶方解石、多晶方解石、方解石質(zhì)生物碎屑為內(nèi)核, 褐錳礦、水錳礦、錳方解石、鈣菱錳礦為外圈層的核形石(圖9B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L), 其填隙物主要為方解石、錳方解石、石英。成巖后期具壓溶作用的明顯改造(圖9K, L)。

斗南礦床典型錳礦石礦相學(xué)特征顯示: (1)礦石結(jié)構(gòu)為泥晶砂屑結(jié)構(gòu)(沉積微相SMF4)(圖9A, B, C,D, E, F)、泥晶核形石結(jié)構(gòu)(SMF13)(圖9E, G, H, I, J,K, L), 沉積環(huán)境 FZ4(斜坡相)(馬永生主譯, 2006),礦石構(gòu)造為條帶狀構(gòu)造; (2)礦石結(jié)構(gòu)顯示, 錳礦成礦發(fā)生于整個(gè)沉積作用階段, 即核形石及填隙物皆賦礦; (3)砂屑、核形石之間的填隙物為泥晶鈣菱錳礦, 表明沉積環(huán)境在沉積早期高能、晚期低能, 且指示成礦作用發(fā)生于沉積環(huán)境的伸展階段; (4)成礦期后流體活動(dòng)弱, 僅見弱硅化。

圖9 云南硯山斗南錳礦核形石錳質(zhì)巖典型錳礦石顯微圖Fig.9 Micrograph of typical manganese ore in the oncolite manganese rock of Dounan manganese deposit, Yanshan, Yunnan

2.5 小結(jié)

滇黔桂代表性錳礦床礦相特征分析對比表見表1。

表1 滇黔桂代表性錳礦床典型礦相對比表Table 1 Comparison of typical ore facies of representative manganese deposits in Yunnan, Guizhou, and Guangxi

3 討論

錳礦的沉積過程方面, 自20世紀(jì)50年代開始研究。

(1)20世紀(jì) 50—60年代, 前蘇聯(lián)別捷赫金院士認(rèn)為錳質(zhì)主要來源于大陸風(fēng)化, 從海岸到盆地深處,隨著物理化學(xué)條件變化, 分別出現(xiàn)硬(軟)錳礦(四價(jià)錳)、水錳礦(三價(jià)錳)和菱錳礦(二價(jià)錳)三個(gè)相帶(袁見齊等, 1979)。

(2)Force and Cannon(1988)根據(jù)錳元素在氧化環(huán)境中會(huì)以氧化物或氫氧化物的形式沉淀, 在還原環(huán)境中則會(huì)以二價(jià)陽離子的形式在溶液中呈游離態(tài),結(jié)合現(xiàn)代黑海中Mn元素在水體氧化還原界線上下明顯的濃度差異, 提出了黑色頁巖盆地中錳質(zhì)沉積的形成原理。即在氧化還原界面上的區(qū)域大量沉淀錳氧化物或氫氧化物; 而在界面之下的區(qū)域形成錳碳酸鹽。

(3)Calvert and Pedersen(1996)認(rèn)為錳氧化物與氫氧化物與有機(jī)質(zhì)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是在早期成巖作用階段, 埋入沉積物中的錳氧化物及氫氧化物會(huì)重新溶解造成沉積物孔隙水中錳離子濃度升高, 之后與有機(jī)物分解產(chǎn)生的碳酸氫根反應(yīng)生成碳酸錳沉積。

(4)Huckriede and Meischner(1996)通過對現(xiàn)代波羅地海中錳質(zhì)沉積物的成因研究后認(rèn)為, 富氧底流對盆地底部錳礦沉積存在控制作用。波羅地海存在明顯的海水分層, 表層海水富氧但錳質(zhì)較少, 底層海水缺氧卻含有大量溶解錳。當(dāng)密度較大, 富氧海水從北海進(jìn)入波羅地海的海域后, 發(fā)生下沉并造成波羅地海的海底出現(xiàn)短暫的氧化環(huán)境。氧化錳顆粒在這種氧化環(huán)境中形成并進(jìn)入沉積物, 造成孔隙水Mn2+離子飽和, 在與有機(jī)質(zhì)反應(yīng)后析出菱錳礦沉淀。

(5)侯宗林等(1997)在研究古錳礦床的成因時(shí),發(fā)現(xiàn)越來越多火山作用、深成熱水的參與。結(jié)合對現(xiàn)代海洋的研究, 結(jié)果表明洋底近熱水噴溢口的錳品位顯著高于其背景值。陸地錳礦石的包裹體測溫也表明, 許多錳礦床形成于非常溫環(huán)境。涂光熾(1989)提出熱水沉積錳礦床的重要性不亞于陸源沉積錳礦床。

目標(biāo)函數(shù)是使分派車輛完成任務(wù)的總費(fèi)用最小，第一個(gè)約束條件保證每一輛車分派到一項(xiàng)任務(wù)；第二個(gè)約束條件保證每項(xiàng)任務(wù)都能有一輛車完成。此模型可用匈牙利算法。

(6)Roy(2006)認(rèn)為海侵作用有利于盆地內(nèi)錳礦沉淀。在海侵過程中往往伴隨著高初級產(chǎn)生率, 因此沉積物中存在較高含量的有機(jī)質(zhì)。此外, 海侵將導(dǎo)致海平面上升, 盆地邊緣被海水覆蓋, 為錳礦聚集提供場所。

(7)Maynard(2010)對盆地水體氧化還原的模式進(jìn)行了細(xì)分, 提出在盆地水體中間會(huì)出現(xiàn)“最小氧化帶”, 將上層海水氧化帶及下層還原帶區(qū)分開,在近岸區(qū)域會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“貧氧楔”, 并可能發(fā)生海水上涌事件, 錳沉淀即形成于貧氧楔上部區(qū)域。

3.1 大塘坡錳礦

劉巽鋒等(1983, 1989)認(rèn)為大塘坡錳礦主要分布在淺水低凹地區(qū), 與潮坪沉積(藻坪)關(guān)系密切,屬于藻類生物成礦。王硯耕等(1985)認(rèn)為大塘坡錳礦形成于海相深水環(huán)境, 菱錳礦富集于成巖階段,是繼黃鐵礦形成之后經(jīng)還原而成, 且碳酸錳由氧化錳轉(zhuǎn)變而成。周琦(1989)認(rèn)為大塘坡錳質(zhì)來源于海底火山。趙東旭(1990)提出大塘坡錳礦是淺水沉積環(huán)境中的錳質(zhì)沉積物經(jīng)破碎后沿著盆地斜坡流入深水地區(qū)與碳、黏土和粉砂沉積在一起形成內(nèi)碎屑菱錳礦。陳多福和陳先沛(1992)認(rèn)為大塘坡錳礦系熱水沉積礦床。侯宗林等(1997)認(rèn)為大塘坡錳礦于濱-淺海(為主)至次深海的半封閉、缺氧、還原環(huán)境中蘊(yùn)集, 經(jīng)同生階段化學(xué)沉積及早期成巖階段微生物的生物化學(xué)作用富集成礦。楊瑞東等(2002)認(rèn)為大塘坡錳礦是在 Sturtian冰期后形成, 由于大氣中含有很高的CO2與海洋中的Ca2+、Mn2+反應(yīng), 造成大量 CaCO3和 MnCO3快速沉淀, 形成“碳酸鹽巖帽”(菱錳礦)所致。楊紹祥和勞可通(2006)也認(rèn)為大塘坡錳礦屬離火山噴發(fā)中心較遠(yuǎn)的海底火山噴發(fā)-沉積錳礦床。周琦等(2013)認(rèn)為大塘坡錳礦石來自地幔錳質(zhì)通過與幔源無機(jī)成因氣等相互作用, 在地殼淺部形成含硫富錳富烴流體藏, 沿同沉積斷層上升在次級裂谷、地塹盆地中心發(fā)生滲漏噴溢沉積成錳作用而形成的菱錳礦礦床。裴浩翔等(2020)認(rèn)為大塘坡式錳礦形成于濱淺海相半封閉性的斷陷盆地之中, 其中 Mn2+以氧化錳形式海水中沉淀, 在沉積成巖過程中氧化錳被沉積物中大量有機(jī)質(zhì)全部還原為Mn2+, 有機(jī)質(zhì)本身被氧化為, 二者結(jié)合形成菱錳礦。

大塘坡錳礦成礦物質(zhì)單一, 主要為錳質(zhì)碳酸鹽礦物, 鈣類質(zhì)同象替換錳, 而形成多種含錳碳酸鹽礦物。菱錳礦、鈣菱錳礦呈球粒狀, 具藻團(tuán)塊特征,與劉巽鋒等(1983, 1989)認(rèn)為大塘坡錳礦屬于藻類生物成礦具有一致性, 為早期生物成因產(chǎn)物; 錳方解石作為填隙物分布于球粒狀菱錳礦、鈣菱錳礦之間; 錳白云石自形程度較高, 為后期重結(jié)晶而成。結(jié)合錳礦石結(jié)構(gòu)特征、礦物組合特征, 表明大塘坡錳礦床屬于深水環(huán)境早期原地沉積成因。

3.2 下雷錳礦

王躍文(1991)提出下雷錳礦沉積于海水較深的“臺溝相”, 屬還原環(huán)境, 其物質(zhì)來源于海底斷裂熱液。周濤等(2007)通過下雷錳礦床硫同位素特征,提出其為熱水沉積礦床。秦元奎等(2010)提出下雷錳礦形成的區(qū)域構(gòu)造背景應(yīng)是被動(dòng)大陸邊緣裂谷環(huán)境, 物源既有來自下地殼的物質(zhì), 又有陸源物質(zhì)的混入和生物作用的產(chǎn)物的加入。王榮庚(2012)提出下雷錳礦淺海盆地深水臺溝相這一沉積相觀點(diǎn), 認(rèn)為下雷錳礦是受海底古地理環(huán)境控制和火山作用共同影響的, 具備陸源物質(zhì)補(bǔ)充的多成因沉積礦床。夏柳靜(2014)提出下雷錳礦床成因?qū)儆谘笾屑够鹕絿娏鞒练e, 成礦物質(zhì)來源于地殼深部。朱建德等(2016)認(rèn)為下雷式錳礦形成于被動(dòng)大陸邊緣, 熱水作用參與了錳礦的形成。金璽和陳顯鋒(2018)認(rèn)為下雷錳礦成為大型優(yōu)質(zhì)錳礦的重要原因是與海底火山噴發(fā)活動(dòng)帶來豐富的成礦物質(zhì)參與密切相關(guān), 礦床成因?qū)儆跓崴畤娏鞒练e礦床。

大洋鐵錳結(jié)殼是一種結(jié)殼狀沉積物, 主要生長在海底硬質(zhì)基巖上, 也可生長于洋底松散沉積物之上, 主要分布在500～3500 m水深的平頂海山、海臺的頂部和斜坡上, 主要是在碳酸鹽補(bǔ)償深度(Carbonate Compensation Depth, CCD)以上、最低含氧層以下(Halbach and Puteanus, 1984)。鐵錳結(jié)殼主要由鐵錳氧化物構(gòu)成, 水羥錳礦是結(jié)殼中最主要的結(jié)晶礦物(白志民等, 2004), 結(jié)殼的結(jié)構(gòu)疏松, 厚度一般為幾毫米至十幾厘米。按形態(tài)可劃分為板狀、礫狀和結(jié)核狀三類。

廣西大新下雷錳礦沉積既包括褐錳礦、錳鉀礦為主的深水臺溝相, 又包括菱錳礦結(jié)核為主的斜坡相, 還包括以菱錳礦球粒為主的潮坪相, 結(jié)合葉連俊等(1994)對廣西下雷錳礦沉積坡面分析, 沉積相變化代表下雷錳礦沉積過程中多期次海進(jìn)、海退的沉積產(chǎn)物。結(jié)合黃明富和楊妍(2014)通過對礦床Co、Ni比值計(jì)算, 判斷其臺溝下覆具有侵入巖熱特征;金璽和陳顯鋒(2018)研究表明薔薇輝石樣品爆裂溫度為 216～364℃, 顯示為熱液參與, 為后期錳礦層矽卡巖化, 出現(xiàn)薔薇輝石、透閃石等新生蝕變礦物提供直接證據(jù)。

3.3 銅鑼井錳礦

關(guān)于遵義二疊紀(jì)錳礦成因及其成礦模式研究,不同學(xué)者之間存在較大爭議, 劉巽鋒等(1989)、魏澤權(quán)和熊敏(2011)認(rèn)為遵義二疊紀(jì)錳礦為風(fēng)化沉積型錳礦; 陶平等(2004)、韓忠華和潘家州(2007)、劉平等(2008)認(rèn)為遵義二疊紀(jì)錳礦為海底火山熱水沉積型錳礦; 楊瑞東等(2009, 2018)、程瑪莉等(2011)、劉志臣等(2013, 2015)認(rèn)為遵義二疊紀(jì)錳礦為海底熱液噴流沉積型錳礦。汪洋等(2018)認(rèn)為貴州遵義二疊紀(jì)錳礦礦床類型屬于“古天然氣滲漏沉積型錳礦床”, 遵義錳礦床是形成于由若干個(gè)氣液滲漏噴溢沉積成礦子系統(tǒng)構(gòu)成的沉積成礦系統(tǒng)。前人大量研究成果主要集中于銅鑼井錳礦礦床成礦模式, 對其成礦古環(huán)境研究較少。

貴州遵義銅鑼井錳礦成礦環(huán)境具有漸變關(guān)系,礦層下部錳質(zhì)碳酸鹽礦物亮晶膠結(jié)泥質(zhì)、菱鐵礦質(zhì)砂屑; 礦層上部錳質(zhì)碳酸鹽礦物主要為菱錳礦、鈣菱錳礦, 其結(jié)晶形態(tài)具纖片狀特征; 成巖期熱液蝕變, 出現(xiàn)硫化物, 包括黃鐵礦、閃鋅礦、硫錳礦等。通過礦層礦物組合特征及結(jié)構(gòu)特征對比, 顯示出由早到晚成錳過程顯示沉積環(huán)境具收縮、水體變淺特征。

3.4 斗南錳礦

斗南錳礦是一個(gè)大型海相沉積型錳礦床(蘇俊華, 1983; 鐘建廷, 1986; 鄭榮才和張錦泉, 1991),它是滇東南錳礦帶的一個(gè)典型礦床類型。對于其錳質(zhì)來源包括陸源含錳風(fēng)化剝蝕、與巖相古地理環(huán)境以及海底古地貌有關(guān)、由深部熱液提供、法郎組地層是重力流成因、與生物有關(guān)等觀點(diǎn)(蘇俊華, 1983;鐘建廷, 1986; 鐘薇和王筱仙, 1987; 劉仁福等,1988; 鄭榮才和張錦泉, 1991; 馬雪等, 2009; 杜秋定和伊海生, 2009; 杜定秋等, 2010; 段建兵, 2019)。夏國清等(2010)、唐云鳳和伊海生(2011)通過對滇東南層序地層格架下的聚錳特征研究, 提出錳礦的沉積受海平面變化的控制。

云南硯山斗南錳礦礦物組成以褐錳礦、水錳礦為主, 其次是錳碳酸鹽礦物; 水錳礦作為硬錳礦、軟錳礦與錳的碳酸鹽礦物過渡礦物, 分布于氧化還原界線附近, 沉積作用早階段由單晶方解石、多晶方解石、生物碎屑等作為核形石內(nèi)核, 褐錳礦、水錳礦、鈣菱錳礦、方解石構(gòu)成核形石外圈層, 填系物主要為晶粒方解石, 確認(rèn)其形成環(huán)境為大陸斜坡;沉積期后錳礦受到明顯熱液作用改造。

4 結(jié)論

(1)通過對滇黔桂地區(qū)代表性錳礦床典型微相解析, 顯示其均具沉積礦床特征;

(2)大塘坡錳礦床典型微相為 SMF2、沉積相FZ1(盆地相), 屬于廣闊的深水環(huán)境早期原地沉積成因, 形成于大陸邊緣裂谷盆地伸展階段;

(3)下雷錳礦床典型微相為SMF2和SMF15-M、沉積相 FZ7(臺地相), 其沉積過程中經(jīng)歷多期次海進(jìn)、海退的沉積產(chǎn)物。后期矽卡巖化, 出現(xiàn)薔薇輝石、透閃石等新生蝕變礦物; 形成于陸內(nèi)裂谷伸展階段;

(4)銅鑼井錳礦床典型微相為 SMF15-C和SMF17、沉積相FZ7(臺地相), 其成礦過程由早至晚沉積環(huán)境具收縮、水體變淺特征, 形成于陸內(nèi)裂陷收縮階段;

(5)斗南錳礦床典型微相為SMF4和SMF13、沉積相 FZ4(斜坡相), 其形成環(huán)境為大陸斜坡, 沉積后期錳礦受到明顯熱液作用改造, 形成于陸間裂谷伸展階段。

致謝: 感謝審稿專家提出的寶貴意見。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No.DD20190370-34), Open Research Fund Project of the State Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry of Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences (No.201909), and Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province (No.QDKKH〔2018〕29).

第四十二卷卷終 The end of Vol.42