重慶城口高燕錳礦沉積（微）相、沉積環(huán)境及控礦性分析

郭英帥*，肖 宇

錳礦作為我國重要戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。城口地區(qū)是我國錳礦探勘的重要戰(zhàn)略區(qū)塊，也是我國正在實施的極為重要的錳礦整裝勘查區(qū)塊之一。

城口錳礦總體受“局限臺盆”控制，但礦體連續(xù)性差，透鏡狀分布，受成巖后生期構(gòu)造疊加改造強烈，找礦準確定位極為困難。導師的研究課題針對該地區(qū)錳礦整裝勘查中的技術問題和困難開展，加強了研究區(qū)更大比例尺（1：5 萬或1：2.5 萬）的沉積（微）體系調(diào)查和研究，開展了高分辨率層序地層分析和大比例尺沉積微相填圖及（微）巖相古地理編圖工作，探索錳找礦準確定位技術。本文是該研究課題關于成礦條件方面的初步分析。

通過對重慶城口高燕區(qū)錳礦床地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)勘探重點解決錳礦沉積成礦時期的主要控礦因素問題。重點對巖性（微）相（實質(zhì)是陸源物供給影響）、沉積（微）相、沉積環(huán)境（如地形地貌條件、古水體條件、古盆地構(gòu)造、古氣候等）“三要素”的控礦作用進行分析，揭示研究區(qū)錳成礦的控礦條件和成礦規(guī)律，為找礦勘探服務。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

1.1 地理位置

錳礦床比較集中的地帶位于川陜渝交界的大巴山地區(qū)，呈帶分布，北起陜西省西鄉(xiāng)縣茶鎮(zhèn)，南至重慶市城口縣，總長165km，從東至西延伸15km ～30km 不等，面積遼闊，有許多豐富的礦產(chǎn)資源。重慶市城口高燕錳礦區(qū)位于城巴磷錳礦帶東段的中部，礦區(qū)分布在上揚子碳酸鹽臺地與秦嶺海盆之間的過渡帶上，這里是構(gòu)造活動帶，同時也是很好的成礦帶，在這里形成了許多大型金屬礦床。

重慶市城口高燕錳礦區(qū)位于大巴山深大斷裂的南側(cè)，屬于揚子地臺與秦嶺地槽的接觸部位，上揚子準地臺北緣巨大坳陷帶內(nèi)，揚子地臺構(gòu)造主要控制著成礦帶的分布，呈北西-南東向延展，與區(qū)域構(gòu)造線一致。

1.2 地層

城口高燕錳礦床賦存在震旦系上統(tǒng)燈影組和震旦系下統(tǒng)陡山沱組的頂部之間，礦石層區(qū)內(nèi)出露的地層總體有：震旦系上統(tǒng)燈影組第一巖性段，第二巖性段，第三巖性段，和震旦系下統(tǒng)陡山沱組第二巖性段，寒武系下統(tǒng)。地層走向300°，傾向北東，主要含礦地層為震旦系上統(tǒng)陡山沱組。

1.2.1 陡山沱組（Z1d）

礦層主要集中在第二巖性段（Z1d2）：其中，含礦層位于頂部，上部為含錳炭質(zhì)頁巖或黑色頁巖，中下部為絹云母化頁巖。含錳巖系常常具有球粒結(jié)構(gòu)和鮞粒結(jié)構(gòu)，發(fā)育明顯的粒序特征。由于該含礦層受各級大小不同斷裂的破壞，含錳礦層以下的地層大都缺失，厚度大小不同，一般3m ～20m。

1.2.2 燈影組（Z2d）

礦層主要集中在第一巖性段（Z2ds1）：頂部為鋼灰色鈣質(zhì)頁巖，上部為淺灰色中厚層狀泥質(zhì)白云巖，中下部為薄層狀含錳泥質(zhì)白云巖、錳白云巖，厚10.0m ～25.0m。

第二巖性段（Z2ds2）：頂部常為黑色水云母頁巖，上部為中薄層狀泥微晶灰?guī)r，中下部為中厚層鋼灰色致密塊狀泥微晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r。平均厚度為40m ～250m。

第三巖性段（Z2ds3）：鋼灰色中厚層狀白云巖，黑色中厚層狀硅質(zhì)巖夾深灰色薄層狀白云巖。平均厚度60m ～150m。

1.2.3 寒武系下統(tǒng)（∈1）

該地區(qū)出露地層完整，特征清晰：石龍洞組（∈1sh）分布深灰色白云巖、淺黑灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r；天河板組（∈1t）灰色薄至中層狀泥質(zhì)石英砂巖，間夾紫色頁巖和灰?guī)r；石牌組（∈1sh）頂部為頁巖，中下部薄至中層狀石英砂巖，少見頁巖；水井沱組（∈1s）分布黑色粉砂質(zhì)巖粉砂頁巖，少量粘土巖，灰?guī)r透鏡體普遍分布。

1.3 構(gòu)造

城口錳礦區(qū)的總體呈現(xiàn)為一個向斜褶皺構(gòu)造，寒武系下統(tǒng)地層是向斜核部，震旦系地層分布在兩翼，向斜總體呈北西—南東走向。目前孫家壩向斜經(jīng)過多次程度大小不等斷裂損壞，各次級褶皺的背斜部分被斷裂破壞至不明顯分辨的程度，卻基本保留了向斜的部分。因此呈現(xiàn)出來的現(xiàn)存構(gòu)造是一個經(jīng)受強烈斷裂活動破壞后剩下的復式向斜褶皺。并且又由于樞紐破壞程度很深，因此很難確定具體位置。

孫家壩復式向斜，由南翼東段袁壩子向斜；中段杜二埡向斜；西段轎頂石向斜；西段貓兒寨向斜；西段寨包向斜；西段大花巖向斜；北翼東段上山坪斷裂帶；以及礦區(qū)中部寒武系地層組成。以上次級大地構(gòu)造，大體構(gòu)成了當前礦區(qū)的各個礦段，各次級地質(zhì)構(gòu)造總體呈斷層接觸。次級構(gòu)造的軸部，雖然大多被斷裂結(jié)構(gòu)破壞，但具體位置仍然可以確定。再者，次級的向斜背斜褶皺，被更次一級的褶皺構(gòu)造活動所斷裂，所以褶皺復雜化加深，在一定礦區(qū)范圍內(nèi)形成了復式向斜構(gòu)造。

2 重慶城口高燕剖面（PM02）描述

高燕（PM02）剖面位于高燕鄉(xiāng)板象溝村，涉及南華系上統(tǒng)明月組（Nh2my）、震旦系下統(tǒng)觀音崖組（Z1g）、震旦系下統(tǒng)陡山沱組（Z2ds）、震旦系上統(tǒng)燈影組（Z2d）四個地層，分為5 段，實測地層總厚度162.7m，分28 層，剖面具體情況如表1。

表1 重慶城口高燕剖面（PM02）描述詳情

3 沉積（微）相及控礦性分析

3.1 沉積相識別標志

海相中存在很多沉積相類型，鑒定沉積相的標志分別有巖石類型及成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、生物化石等，而重慶城口高燕礦區(qū)的沉積相屬陸緣淺海陸棚相：①巖石類型：碎屑礦物成分成熟度高，含少量不穩(wěn)定成分，膠磷礦，海綠石是沉積相中常見的自生礦物。粘土巖中常常含有砂質(zhì)、錳質(zhì)、鋁質(zhì)或黃鐵礦等。②結(jié)構(gòu)：巖石圓度和分選性好。砂質(zhì)結(jié)構(gòu)成熟度高但比濱海岸程度差一點，填隙物大多為化學膠結(jié)物，雜基少，顆粒基質(zhì)的比值高。③構(gòu)造：具有對稱或不對稱浪成波痕。也可常見到交錯層理，而在水體較深處的地方發(fā)育有水平層理。同時還有生物攪動構(gòu)造，底沖刷，蟲孔等，但是不存在雨痕和干裂。④生物化石：淺水陸棚區(qū)有生物大量繁殖，種類和數(shù)量繁多，有珊瑚、海綿、藻類等造礁生物，同時也生長有雙殼類，腕足類等生物。

3.2 主要沉積相特征

該地區(qū)燈影組下段沉積模式為陸緣局限淺海（RMS）模式的碳酸鹽臺地沉積（為主）體系中的臺盆（PB）。

陡山沱組上段沉積模式為臺-棚系局限臺地（潮間帶），陡山沱組下段沉積模式為陸緣冰（濱淺）海外部組合-海灣模式的緩坡-海灣體系，淺水緩坡含潮坪、瀉湖、淺灘，并且賦存含磷巖系（套），底部發(fā)育有部分白云巖。海灣相則發(fā)育有席狀砂。因此根據(jù)以上分析可知，該組是沉積相中心帶。

觀音崖組為陸緣冰（濱淺）海外部組合-海灣模式的海灣體系，發(fā)育席狀砂。在該組中賦存火山灰蝕變黏土（套）、“蓋帽”白云質(zhì)巖系（套）、碎屑巖系。

當揚子板塊進入陡山沱期后，大量的碳酸鹽沉積分布在揚子板塊上。陡山沱早期，主要為湖泊相沉積，形成錳礦的沉積盆地是弱氧化、弱還原環(huán)境，水深較淺，除此以外的其他地區(qū)都是水深較深的還原環(huán)境。陡山沱組中期，是沼澤相沉積，產(chǎn)出了大量富黑色炭質(zhì)頁巖，含大量黃鐵礦細晶，局部則賦存透鏡狀煤。陡山沱組晚期，為滯流海灣相沉積。大小不等的一系列菱錳礦或磷塊巖礦床沿海岸線形成產(chǎn)出。

陡山沱晚期海灣相沉積根據(jù)其空間分布的特征規(guī)律和沉積相標志，因此將海灣沉積相分成三個沉積相帶：

（1）海灣碎屑磷塊巖（邊緣相）帶。分布于鎮(zhèn)巴—城口海灣北西端，從高觀往北面一直到鎮(zhèn)巴楊家河的北面，在區(qū)內(nèi)可見磷錳礦化現(xiàn)象。

（2）海灣相帶磷塊巖、菱錳礦、頁巖或白云巖相過渡帶。賦存在城口一鎮(zhèn)巴海灣東南端，其相帶的延伸方向與海岸線大體一致，有兩種含錳礦石類型：大渡溪礦石類型主要為菱錳礦；麻柳壩礦石類型主要為球狀結(jié)構(gòu)、鮞狀結(jié)構(gòu)以及少量疊層石構(gòu)造的錳白云石；富含黃鐵礦細晶。海底里的地形情況復雜，沉降幅度和沉積作用強度不均勻，海底水滯流但是局部微有動蕩。該礦段屬于還原環(huán)境

（3）海灣相滯水炭質(zhì)頁巖菱錳礦相中心帶。分布于城口一鎮(zhèn)巴海灣的東南方向，修齊、高燕一帶。礦石結(jié)構(gòu)以球粒狀結(jié)構(gòu)為主，其次者為鮞狀結(jié)構(gòu)，礦層自底部向頂部其球粒狀結(jié)構(gòu)存在著從細變粗的遞變規(guī)律；賦存較多黃鐵礦細晶。根據(jù)以上特征，可以判斷這地區(qū)水平面穩(wěn)定平靜，但也受到一定程度上的海浪作用并且形成了鮞狀結(jié)構(gòu)。所以該段礦層屬于滯水還原環(huán)境。

3.3 錳礦的沉積相控特征

城口高燕錳礦沉積相控特征明顯，總體受“局限臺盆”（PB）控制，其中臺地前緣（內(nèi)）斜坡-局限臺地（瀉湖）（I）PLS-RP（Lg）錳礦發(fā)育的主要相帶，局限臺地（潮下）RP（RDTf）次之。

4 沉積環(huán)境及控礦性分析

4.1 陡山沱組沉積環(huán)境

陡山沱組早期該地區(qū)構(gòu)成的障壁海岸沉積環(huán)境。隨著海侵程度加深，海水深度變深，從而使陡山沱中晚期該地區(qū)成為相對滯流的海灣相環(huán)境，有以下證據(jù)：水平層理較為發(fā)育，含原生產(chǎn)出黃鐵礦細晶條帶（寬0.5cm ～2cm），此礦段位于潮坪環(huán)境的上部。該段上部則是陡山沱組錳礦層，呈薄層狀透鏡體產(chǎn)出，表明在還原環(huán)境的前提下，海水加深有利于錳礦石的富集產(chǎn)出。

在燈影組下段在橫向上穩(wěn)定產(chǎn)出，說明燈影組早期該地區(qū)是一個咸化的瀉湖環(huán)境。并且瀉湖是由原先的滯流海灣沉積發(fā)育形成的。

中段的灰?guī)r至白云巖層序反映了海水深度變淺的海退序列，燈影組上部黑色泥頁巖可見水平層理，并含有部分黃鐵礦細晶，可以判斷得出在燈影組早期發(fā)生海侵后又形成了一個新的海侵過程。引起海侵形成的原因則推測與該地區(qū)的二次拉張斷裂的重新活動有關聯(lián)。海盆的一盆斷裂后形成下降盤，并且海水變深；而位于陸地的一盤則相對升高，巖石的剝蝕作用也變得越來越活躍起來，地區(qū)因此沉積了以粘土巖為主的沉積物，此時沉積環(huán)境為淺水陸棚環(huán)境。

從城口高燕組采取的黑色層狀硅質(zhì)巖間夾著黑色碳質(zhì)頁巖。并且經(jīng)過薄片研究得出此類巖石主要為玉髓、石英質(zhì)巖石與細粉砂泥質(zhì)物呈顯微互層狀形成，沒有交代的痕跡，而在巖石化學成分中Cao 含量并不高，僅為0.9%，因此可以得出判斷該段硅質(zhì)巖為原生沉積所形成產(chǎn)出的，并且應為深水陸棚環(huán)境產(chǎn)物。

4.2 成錳環(huán)境分析

城口錳礦總體受停池缺氧“局限臺盆”控制，弱還原-弱氧化、偏堿性環(huán)境有利錳質(zhì)沉淀、交代和保存；藻發(fā)育環(huán)境有利吸收錳質(zhì)（原生錳質(zhì)源）及還原環(huán)境形成；一定的水動力動蕩環(huán)境、一定的坡度地形、有利于內(nèi)碎屑形成、遷移和富集環(huán)境，風暴流沉積、重力流沉積、洋流沉積等發(fā)育，為重要的次生錳質(zhì)來源，為富集的菱錳礦交代作用奠定物質(zhì)基礎。

5 結(jié)論

通過室內(nèi)外巖礦鑒定及測試分析、實測剖面（含大量鉆井剖面）的巖性統(tǒng)計，區(qū)域上巖相類型為海相過渡類型，并進一步劃分出6 個巖系（套）、23 個巖相組合、一系列巖石類型。含礦巖系主要為黑色巖系（套）（BRS）和含錳巖系（套）（BMnS）。在整個高燕PM02 剖面中，陸源碎屑巖系出現(xiàn)較少。

錳礦主要賦存于震旦系下統(tǒng)陡山沱組頂部，主要在黑色巖系和含錳巖系中，以層狀、似層狀、透鏡體狀產(chǎn)出為主，以塊狀、鮞粒結(jié)構(gòu)為主。礦物的組成成分上則是以白云石和菱錳礦為主。礦石類型以原生碳酸錳礦石為主。礦石構(gòu)造則以沉積成因的層狀、條帶狀構(gòu)造為主，礦區(qū)構(gòu)造較為發(fā)育。

陡山沱組的含礦巖層是頂部的陸源物質(zhì)和在底部的火山碎屑巖的基礎上沉積的。根據(jù)城口錳礦礦區(qū)的各個礦床大小不同，礦體厚度不同，變化較大，礦區(qū)巖相變化較大，可以判斷出該礦是在許多地勢起伏不平的微地貌環(huán)境和海灣滯流環(huán)境下沉積的。

巖性相對錳礦有一定的控礦性。黑色巖系（套），特別是黑色（炭質(zhì)）頁巖常與錳質(zhì)巖共生，Rh/（BSh）Ass.是錳礦形成的有利巖石組合；錳礦的發(fā)育與陸源物質(zhì)供給關系密切，砂、粉砂、粘土（S/SS/Cl）供應充足，沉積速率大的沉積環(huán)境及巖石組合不利于錳礦形成。

含錳巖礦層的上部為海相碳酸鹽巖，而礦層的下部是海陸過渡沉積相的粉砂質(zhì)頁巖和黑色炭質(zhì)頁巖；再往下的是陸相亞長石砂巖。因此錳礦層賦存在震旦系的海浸序列中。

從PM02 實測剖面來觀察，錳礦礦層的頂板是中厚層含泥質(zhì)白云巖，底板則是黑色頁巖，炭質(zhì)頁巖。而且頂?shù)装宓膸r類的主要化合物成分是Ca、Mg。因此判斷為較溫暖濕潤的古氣候環(huán)境。而錳礦礦石是只在弱還原、弱氧化的條件下的淺海環(huán)境中沉積環(huán)境中產(chǎn)出。

在含礦層中鮞粒結(jié)構(gòu)普遍分布發(fā)育，偶爾可見海綠石，但礦段邊緣的磷元素則含量較低，中間地區(qū)的錳礦中磷含量較高?？傮w在空間分布上錳、磷礦呈層狀間互產(chǎn)出。根據(jù)以上特點和礦段的規(guī)律特征，可以推斷出城口高燕礦區(qū)為淺海沉積環(huán)境，屬于淺海相沉積礦床。