由層序地層學角度分析大塘坡式錳礦沉積過程
——以湘西北民樂錳礦為例

曹默雷，陳建平

1.中國地質(zhì)大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083

2.北京市國土資源信息研究開發(fā)重點實驗室，北京 100083

0 引言

湘渝黔毗鄰區(qū)的南華紀“大塘坡式”錳礦是我國最主要的海相沉積型錳礦資源，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了一系列大—中型錳礦床，探明菱錳礦資源上億噸[1-3]。近些年來，國內(nèi)外學者針對大塘坡式錳礦成礦模式及規(guī)律開展了許多研究，目前普遍認為南華紀大塘坡式錳礦形成于一系列北東、北北東向拉張斷陷盆地之中，受盆地結構、古斷裂、巖相古地理以及古海洋環(huán)境控制[4-9]，這些因素都是層序地層學研究的重要理論基礎[10-11]。因此，運用層序地層學理論分析大塘坡式錳礦的成礦規(guī)律，總結其成礦模式是完全可行的。目前關于此類錳礦的層序地層學研究并不深入，基于層序地層學理論的成礦規(guī)律研究鮮有涉及。湘黔交界處松桃—花垣區(qū)調(diào)報告中根據(jù)野外標準地質(zhì)剖面建立了三級層序格架[12-14]，但對于大塘坡式錳礦來說，僅根據(jù)三級層序難以解釋多期次、不同形態(tài)、厚度錳礦的沉積過程，需要更加細致的層序劃分。本文以湘西北大型碳酸錳礦床民樂錳礦（圖1a）為例，根據(jù)礦區(qū)沉積特征建立三級、四級層序格架，并針對民樂錳礦提出了基于層序地層學理論的成礦模式及規(guī)律，為湘渝黔毗鄰區(qū)的沉積型礦產(chǎn)勘探提供了新的研究思路。

1 地質(zhì)概況

民樂錳礦位于湘黔地區(qū)交界處民樂成錳盆地中心，是湘黔地區(qū)兩個超大型海相碳酸錳礦床之一[1]。礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育的地層由下到上包括富祿組、大塘坡組、南陀組、陡山陀組和第四系，偶爾可見五強溪組、牛蹄塘組和燈影組，礦區(qū)周圍還出露青白口紀和寒武紀地層。民樂礦區(qū)附近發(fā)育北東軸向的向斜和背斜。民樂鎮(zhèn)—竹子村地區(qū)斷裂構造較發(fā)育，除個別為正斷層外，其余為逆斷層[15]，其中水田壩—高家灣（F1）、水田壩—當路坪（F2）都屬于區(qū)域大型斷裂花垣—張家界斷層分支，具有長期活動的特點，雖然現(xiàn)今表現(xiàn)為逆斷層特征，但本區(qū)構造演化特征顯示它們在加里東運動之前屬于控巖相的同沉積斷層，控制了南華紀早期至志留紀末期的沉積（圖1b）。

圖1 民樂錳礦地質(zhì)概況圖（a）湘渝黔毗鄰區(qū)成錳盆地分布圖；（b）民樂錳礦地質(zhì)圖Fig.1 The geological background of the Minle manganese deposit(a)The distribution of the manganese mineralizing basin in the adjacent areas of Hunan,Guizhou,and Chongqing provinces;(b)The geological map of the Minle manganese deposit

2 民樂錳礦地層對比及沉積特征

本文依據(jù)前人的地層對比研究成果[12-13,16]，修編了民樂礦區(qū)的大塘坡組下段（成礦期）地層的分層方案（表1）。在此分層方案基礎上，均勻選取礦區(qū)內(nèi)不過斷層的鉆孔，根據(jù)其地層厚度信息在Surfer軟件中運用Kringing 插值法分別繪制了大塘坡組下段下亞段1 段、2 段以及大塘坡組下段上亞段地層厚度圖（圖2）。大塘坡組下段下亞段發(fā)育黑色炭質(zhì)頁巖及錳礦，大塘坡組下段上亞段發(fā)育黑色炭質(zhì)頁巖，夾雜碳泥質(zhì)白云巖、淺色黏土、星點狀黃鐵礦等，不含錳礦。其中，下亞段又可以按照錳礦形態(tài)分為1、2 兩段，1 段發(fā)育塊狀和密集條帶狀錳礦體，夾雜少量黑色炭質(zhì)頁巖，厚度多為5～10 m，底部巖性多為砂質(zhì)或粉砂質(zhì)的黑色炭質(zhì)頁巖，有些鉆孔中也可見細砂巖、粉砂巖，厚度較小，幾十厘米至四五米不等。此時沉積環(huán)境屬于海灣內(nèi)局限的斷陷海盆，礦區(qū)整體呈北北東向展布，北部沉積厚度大，水體較深，在ZK7-10—ZK9-4—ZK10-4、ZK5-16 以及ZK4-10 一帶形成沉積中心，ZK5-16 處厚度超過15 m，盆地南部水體較淺，沉積較薄，較厚處如ZK17-1、ZK162-7、ZK14-7 也只有4 m左右（圖2a）。

表1 民樂錳礦成礦期分層方案Table 1 The stratigraphic classification scheme of the Minle manganese deposit’s mineralization period

大塘坡組下段下亞段2 段錳礦多為薄層錳條帶斷續(xù)夾雜于黑色炭質(zhì)頁巖中，地層厚度多在15～20 m之間。此時成錳斷陷進入擴張階段，水體范圍擴大，水體變淺，邊界已不如下亞段1 段清晰。與1 段相比，此時西南側ZK20-1—ZK162-7 一帶變?yōu)榈貙雍穸却蟮纳钏练e，中部ZK13-2-ZK10-7一帶和東北部ZK7-12—ZK5-16—ZK2-5 則變?yōu)榈貙雍穸刃〉臏\水沉積。盆內(nèi)水體不再表現(xiàn)出南淺北深的特征，最厚處向礦區(qū)北部遷移，集中在ZK3-2、ZK1-6 附近，局部厚度超過40 m（圖2b）。大塘坡組下段上亞段巖性為黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層白云巖和灰色黏土，常見粉末狀、線裝黃鐵礦以及石英、白云石脈體，厚度多為20 m 左右，不發(fā)育錳礦體。此時沉積范圍與之前相比有所收斂，北部邊界逐漸清晰，東南部開始擴張。盆地整體依然呈現(xiàn)北東向展布，北部地層厚度與南部相比仍具優(yōu)勢，水體更深，ZK101-1、ZK3-10、ZK8-6、ZK11-2 處發(fā)育多個厚度中心，其中ZK8-6 處沉積最厚，超過60 m（圖2c）。

大塘坡組下段主要發(fā)育的黑色炭質(zhì)頁巖、鋼灰色菱錳礦體以及其上亞段發(fā)育的黃鐵礦[17-18]都代表了當時安靜的深水還原環(huán)境[19]。同位素組成數(shù)據(jù)也清楚地反映了沉積盆地在成錳時期處在一個水深、局限、滯流、還原和不具備強烈蒸發(fā)條件（即非蒸發(fā)巖相）的環(huán)境之中[20]。結合區(qū)域構造特征以及大塘坡組下段經(jīng)常出現(xiàn)的薄層灰色黏土和白云巖可以判定，民樂礦區(qū)在南華紀早期屬于受兩側盆緣斷裂活動控制的海灣內(nèi)小型斷陷盆地[19,21]，安靜的深水還原環(huán)境促進了錳礦體的形成。錳礦的發(fā)育程度、巖性組成、地球化學等特征[5,14]表明大塘坡組下段自下到上水體逐漸變淺，還原程度逐漸降低。

圖2 民樂礦區(qū)大塘坡組下段厚度圖（a）大塘坡組下段下亞段1段厚度圖；（b）大塘坡組下段下亞段2段厚度圖；（c）大塘坡組下段上亞段厚度圖Fig.2 Stratigraphic thickness maps of the lower section of the Datangpo Formation in the Minle mining area(a)The stratigraphic thickness map of the first member of lower sub-formation in the lower section of Datangpo Formation;(b)The stratigraphic thickness map of the second member of lower sub-formation in the lower section of Datangpo Formation;(c)The stratigraphic thickness map of the upper sub-formation in the lower section of Datangpo Formation

3 民樂礦區(qū)層序劃分方案

花垣地區(qū)地質(zhì)調(diào)查報告已經(jīng)提供了該區(qū)域三級層序及體系域界面的劃分方案，花垣地區(qū)南華紀層序類型屬于海相碎屑巖沉積中具有陸棚坡折的Ⅰ型層序，自下而上由低位（LST）、海侵（TST）、凝縮層（SS）高位體系域（HST）組成。低位體系域在相對海平面下降以及其后的緩慢上升時期形成，通常為盆底扇、斜坡扇等；海侵體系域在海平面快速上升期間，可容空間增長速率大于沉積物供給速率時形成，底界為初次海泛面，頂界為最大海泛面，主要沉積體系有陸棚三角洲、海陸交互沉積、潮坪—潟湖等；高位體系域在海平面相對上升速率不斷降低、可容空間增長速率小于沉積物供給速率時形成，沉積類型與海侵體系域初期類似，多為連片發(fā)育的三角洲沉積與河道砂體。在海侵達到最大時會形成由沉積速率極低的薄層半深海、深海沉積物組成的凝縮層（SS），其分布范圍由盆地延伸至陸棚，屬于薄層且穩(wěn)定的沉積單元，能夠將濱淺海沉積與較深水的遠海沉積地層聯(lián)系起來[10]。

本次研究在此基礎上建立了研究區(qū)成礦期（大塘坡組下段）層序格架。花垣地區(qū)民樂—下椿木剖面[13]顯示南華紀地層中富祿組厚度158 m；大塘坡組厚度為220 m，其中大塘坡組下段50 m，大塘坡組上段170 m；南陀組厚度20 m?；ㄔ貐^(qū)南華紀沉積根據(jù)層序地層學原理可歸為“LST+TST（富祿/古城組）+SS（大塘坡組下段）+HST（大塘坡組上段）+LST+TST（南陀組）”的二級層序體系域組合。鉆孔數(shù)據(jù)顯示研究區(qū)中的富祿組、大塘坡組下段和大塘坡組上段沉積可歸為一個二級層序，其中富祿組下部屬于低位域，發(fā)育扇體沉積，巖性以不等粒碎屑巖和粗顆粒白云巖為主，其上部屬于海侵體系域向大塘坡組過渡；大塘坡組下段底部發(fā)育的細砂巖、粉砂巖以及砂質(zhì)、粉砂質(zhì)頁巖仍屬于海侵體系域，向上發(fā)育的黑色炭質(zhì)頁巖及錳礦體段代表海平面上升至最高時安靜、沉積速率極低的緩慢沉積，本段厚度與富祿組和大塘坡組上段相比較薄，本次研究認為其屬于凝縮層體系域；大塘坡組上段下部發(fā)育淺色板狀頁巖，上部發(fā)育砂質(zhì)、粉砂質(zhì)頁巖以及粉砂巖、細砂巖，屬于高位體系域，水體趨于動蕩，沉積環(huán)境也逐漸向其上部的南陀組冰海碎屑巖沉積過渡。

研究區(qū)大塘坡組下段地層三級層序體系域特征類型為“SS+HST”的組合。大塘坡組下段下亞段發(fā)育黑色炭質(zhì)頁巖夾錳礦，代表最大海泛時期安靜還原的深水低能環(huán)境，屬于凝縮層體系域（SS）；大塘坡組下段上亞段則發(fā)育黑色炭質(zhì)頁巖夾黃鐵礦，不再有錳礦體發(fā)育，與下亞段相比，海平面下降，水體變淺，還原性降低，屬于三級層序中的高位體系域（HST）。相關文獻[6,22-23]顯示大塘坡組下段底部年齡為665 Ma，南陀組頂部年齡為635 Ma，共經(jīng)歷30 Ma。結合松桃花垣區(qū)域民樂—下椿木剖面，大塘坡組底部至南陀組頂部厚度為240 m，本區(qū)四級層序時間范圍內(nèi)的地層厚度按照常規(guī)層序劃分標準應為0.8～8 m，但由于標準剖面也無法準確的反映研究區(qū)內(nèi)每一處的地層發(fā)育情況，因此該厚度范圍應存在一定程度的浮動。本次研究取厚度0.1 m 以上的巖礦特征為標志，在地層對比基礎上，選取北部ZK9-10 鉆孔（圖3a）以及南部ZK19-9 鉆孔（圖3b）作為代表井，建立四級層序格架。民樂礦區(qū)大塘坡組下段下亞段一般可分為4～5 個四級層序，條帶狀、密集條帶狀、致密塊狀礦體以及黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層錳條帶作為海侵體系域，水體相對較深；在各段錳礦之間夾雜的黑色炭質(zhì)頁巖作為高位體系域，水體相對較淺（圖3）。

圖3 民樂錳礦層序劃分方案（a）ZK9-10鉆孔層序劃分方案；（b）ZK19-9鉆孔層序劃分方案Fig.3 Sequence stratigraphic classification of the Minle manganese deposits(a)Sequence stratigraphic classification of the ZK9-10 well;(b)Sequence stratigraphic classification of the ZK19-9 well

4 三、四級層序控制的成礦期沉積過程

本節(jié)通過恢復成礦期三、四級層序的古地貌分析成礦期沉積過程。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結果表明，研究區(qū)內(nèi)南華紀地層屬于青白口紀末期不整合之后的連續(xù)沉積，故可采用以巖相古地理和層序地層學特征為基礎的相對古地貌恢復思路[24-25]，其主要流程如下：1）根據(jù)研究區(qū)構造演化特征明確恢復時期（圖4a）。2）古地理和層序特征確定沉積旋回（圖4b）。3）運用巖性、礦物以及古生物標志定性估計第一期最大水進（海泛）面的水深（圖4c），用該水深作為高程，插值形成第一個沉積期的古地貌。4）以第一個沉積期古地貌為基準，逐級累加各層厚度，確立各沉積期古高程，空間插值形成各沉積期古地貌，直至該層序的高位體系域結束為止（圖4d）。5）在經(jīng)歷了第一期“水進—填平”旋回后，若為陸相沉積，則逐級層厚累加（圖4e）；若為海相沉積，則對每一個新的層序都重復3、4 兩步，直至連續(xù)沉積階段結束（下一期不整合面）為止（圖4f）。本次研究在礦區(qū)內(nèi)均勻選取大塘坡組沉積完整的鉆孔（不過斷層），在大塘坡組下段1段底部砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖段厚度、2段厚度基礎上分別建立三級層序最大海泛面、三級層序高位體系域頂面相對古地貌模型；以大塘坡組下段由下到上四段礦層的厚度及礦體形態(tài)為依據(jù)建立四級層序中四次最大海泛面的相對古地貌模型。由于資料有限，本次研究中的水深及高程皆為假設值，只能展現(xiàn)出古地形的相對高低。

圖4 古地貌恢復流程Fig.4 The process of restoring ancient terrains

三級層序格架下的成礦期（大塘坡組下段）沉積過程可以簡單概括為一個“最大海泛—填平”的沉積旋回。大塘坡組下段下亞段初期盆緣斷裂活動強烈，斷陷盆地在較短時間內(nèi)快速形成并不斷沉降，可容空間增長速率大于沉積物供給速率，水體不斷加深，還原性逐漸增強，動蕩程度逐漸減弱直至密集條帶狀、致密塊狀菱錳礦形成；大塘坡組底層砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖頂面為最大海泛面，其上為三級層序凝縮層體系域，發(fā)育安靜還原的深水環(huán)境，可容空間最大，水體最深（圖5a）；之后水體相對較淺，還原性降低，只能形成斷續(xù)錳條帶夾雜于黑色炭質(zhì)頁巖之中（圖3），直至不再有錳礦形成，凝縮層體系域結束；大塘坡組下段上亞段屬于高位體系域，沉積物供給速率超過可容空間增長速率，盆地逐漸被填平。水體變淺、還原性降低，只能形成黑色炭質(zhì)頁巖夾星點狀黃鐵礦，水體動蕩程度增加，一些鉆孔如ZK22-4、ZK8-16、ZK6-8 等可見淺色黏土、碳泥質(zhì)白云巖（圖5b）。

圖5 民樂礦區(qū)成礦期三級層序古地形變化（a）三級層序最大海泛面古地形；（b）三級層序高位體系域頂面古地形Fig.5 Ancient landform changes during the third order sequence of the mineralization period in the Minle mining areas(a)Ancient landform for the maximum flooding surface of the third order;(b)Sequence Ancient landform for the top of the high-stand system tract of the third order

四級層序格架下的大塘坡組下段下亞段沉積過程主要可分為四次“海侵—高位”旋回，每一次海侵規(guī)模不同，形成的礦體形態(tài)、厚度也不相同。第一次海侵由細砂巖、粉砂巖逐漸過渡至黑色炭質(zhì)頁巖和條帶狀菱錳礦，此時礦區(qū)處于富祿組的潮坪—潟湖沉積向大塘坡組海灣內(nèi)局限盆地轉變的過渡環(huán)境，還看不出明顯的盆地形態(tài)，南北地勢整體相似，均呈現(xiàn)“溝梁相間”的局面，水體較淺、還原性低，成礦能力不強，礦體多呈厚度不足1 m 的薄層條帶狀賦存在黑色炭質(zhì)頁巖中（圖6a）。第二次海侵水體深度增長較多，水體較第一次更加安靜、還原性更強，黑色炭質(zhì)頁巖逐漸轉變?yōu)橹旅軌K狀和密集條帶狀菱錳礦體，礦區(qū)開始出現(xiàn)“南淺北深”的格局，這也與該段錳礦的厚度變化趨勢相匹配，ZK7-12、ZK8-10、ZK5-14 等均發(fā)育厚層菱錳礦體。此時沉積環(huán)境已經(jīng)變?yōu)楹硟?nèi)局限斷陷盆地，礦區(qū)北部也展現(xiàn)出盆地中心相的地形特征（圖6b）。第三次海侵與第二次海侵類似，都是形成了較厚的致密塊狀和密集條帶狀菱錳礦體，經(jīng)歷高位填平之后，礦區(qū)南部深水范圍逐漸擴張，整個礦區(qū)盆地形態(tài)以及“南淺北深”的趨勢更加明顯（圖6c）。第四次海侵已經(jīng)進入大塘坡組下段下亞段2段，此時礦區(qū)仍處于海灣內(nèi)局限斷陷盆地環(huán)境，但水體與二、三次海侵相比已經(jīng)明顯變淺，局部如ZK22-4、ZK6-8 等還可見淺色黏土和白云巖，說明水體動蕩程度加劇，因此只能形成厚度不足0.1 m 薄層菱錳礦條帶斷續(xù)分布在黑色炭質(zhì)頁巖中。此時盆地已經(jīng)開始出現(xiàn)大范圍的填平現(xiàn)象，礦區(qū)北部也不再像二、三次海侵時那樣具有顯著的沉積中心，反而南部礦區(qū)水體相對北部礦區(qū)更深（圖6d）。

圖6 民樂礦區(qū)成礦期四級層序最大海泛面古地形（a）第一次最大海泛面古地形；（b）第二次最大海泛面古地形級；（c）第三次最大海泛面古地形級；（d）第四次最大海泛面古地形級Fig.6 Ancient landforms changes during different maximum flooding surfaces of the fourth order sequence from the mineralization period in the Minle mining areas(a)Ancient landforms of the first maximum flooding surface;(b)Ancient landform of the first maximum flooding surface;(c)Ancient landform of the third maximum flooding surface;(d)Ancient landform of the fourth maximum flooding surface;

5 層序地層學對于大塘坡式錳礦研究的意義

層序地層學是研究以不整合面或與之相對應的整合面為邊界的年代地層格架中具有成因聯(lián)系的、旋回巖性序列間相互關聯(lián)的的地層學分支學科[10-11]。層序、體系域的幾何形態(tài)及地層疊置樣式是由海平面相對變化造成的，與沉積環(huán)境、體系聯(lián)系密切[26]。大塘坡式錳礦作為我國南方地區(qū)典型的海相沉積型礦產(chǎn)，其形成過程嚴格受到各級海平面升降以及巖相古地理環(huán)境的控制。因此，層序地層學可以作為解釋大塘坡式錳礦成礦期沉積過程、分析成礦規(guī)律、總結成礦模式的有效工具。此外，對于大塘坡式錳礦的成礦預測研究也經(jīng)常會涉及到成礦期的層序、體系域以及構造—沉積環(huán)境識別與劃分，如何準確地對比地層、建立層序格架以及如何建立各級層序及體系域的三維模型均對大塘坡組錳礦的成礦預測具有重要意義。

5.1 基于水體環(huán)境演變的成礦規(guī)律研究

大塘坡式海相碳酸錳礦形成于海灣內(nèi)局限斷陷環(huán)境中，安靜的深水還原環(huán)境是其形成的關鍵。成礦期（大塘坡組下段）多期海侵造成的水深、氧化還原環(huán)境以及水體動蕩程度的變化產(chǎn)生了多層錳礦與黑色炭質(zhì)頁巖相間的現(xiàn)象[14]。由層序地層學角度分析水體環(huán)境的變化，對于研究成礦過程、總結成礦模式都有重要意義。以湘西北民樂成錳盆地為例，其成礦模式可以通過三級層序和四級層序兩個研究尺度共同解釋（圖7）。三級層序尺度解釋錳礦形成過程，而四級層序尺度則揭示了多期不同形態(tài)、厚度錳礦的沉積過程。在三級層序尺度中，凝縮層體系域產(chǎn)生之前的最大海泛時期（富祿組頂層、大塘坡組下段下亞段底部）快速構造沉降產(chǎn)生了較大的可容空間，這為之后錳礦及黑色頁巖的沉積提供了空間上的保障。本區(qū)構造演化特征顯示礦區(qū)西側的水田壩—當路坪（F2）以及水田壩—高家灣（F1）斷層都屬于花垣—張家界斷層在研究區(qū)的分支斷層，在大塘坡期，屬于拉張斷陷環(huán)境中的同沉積斷層，控制著成錳盆地內(nèi)部地塹、半地塹的形成[13]。大塘坡組下段下亞段屬于三級層序中的凝縮層體系域，安靜的深水還原環(huán)境自下而上形成了黑色炭質(zhì)頁巖夾錳礦、錳礦體夾黑色炭質(zhì)頁巖以及黑色炭質(zhì)頁巖夾錳條帶沉積。大塘坡組上亞段屬于高位體系域沉積，此時水體在達到最深之后開始逐漸被填平，動蕩程度增加，不再利于錳礦的形成。

圖7 民樂錳礦成礦模式圖Fig.7 Metallogenic model of the Minle manganese deposit

三級層序中的凝縮層體系域（大塘坡組下段下亞段）在四級層序尺度上又可以大體分為四個“海侵+高位”的層序旋回（圖7）。大塘坡間冰期氣候溫暖濕潤，藻類等微生物大量繁殖使得水中氧含量逐漸上升，微生物的新陳代謝以及盆地的不均勻沉降促進了氧化還原界面的形成[27]，氧化還原界面之上的錳離子會發(fā)生氧化反應形成錳氧化物，海侵活動使得盆地內(nèi)上下水體發(fā)生交換作用，并會造成藻類等微生物的大量死亡，死亡的微生物會與錳氧化物一同沉入氧化還原界面之下的深水還原環(huán)境中，使其有機質(zhì)含量大幅增加[4]。，進入深水還原環(huán)境中的錳氧化物分解形成錳離子，有機質(zhì)分解產(chǎn)生碳酸氫根離子，二者結合形成碳酸錳沉淀（圖8）。之后的高位體系域中，水體變淺，達不到形成碳酸錳沉淀的水深和氧化還原條件，只能形成黑色炭質(zhì)頁巖覆蓋在之前形成的碳酸錳沉淀上。與此同時，淺層水體氧氣濃度增加，可以形成更多的氧化錳沉淀，為下一次海侵成錳提供物質(zhì)來源。通過間歇性的海侵與“通風”[27]，形成多期錳礦與黑色炭質(zhì)頁巖互層沉積。不同期的錳礦的厚度和形態(tài)特征也受控于四級層序尺度的水體環(huán)境特征。四級層序格架中第一層序位于大塘坡組底部由富祿組砂礫巖向大塘坡組頁巖轉變的過渡時期，水體相對較淺，氣候正由寒冷向溫暖濕潤轉變，氧氣濃度并不高[28]，難以形成大量錳氧化物，因此錳礦較薄且絕大多數(shù)均為條帶狀產(chǎn)出。第二、三層序位于大塘坡組下段下亞段的1 段中，海侵規(guī)模較大，錳質(zhì)充足，水體深、安靜且還原性強，有機質(zhì)含量較高，形成礦體厚且多以塊狀、密集條帶狀產(chǎn)出。第四層序位于大塘坡組下段下亞段2段中，本段黑色炭質(zhì)頁巖中常夾雜白云巖、灰色黏土，水體較第二、三層序更淺，更動蕩，不利于錳質(zhì)以及藻類的聚集，只能形成薄層錳條帶，局部可見塊狀和密集條帶錳礦產(chǎn)出（圖7）。

圖8 海侵對民樂錳礦形成的影響[27]Fig.8 The transgressive effect of the Minle manganese deposit mineralization[27]

5.2 對成礦預測的指示

層序地層學研究對于成礦預測具有重要意義，主要體現(xiàn)在兩個方面，一方面通過層序格架分析沉積過程得到的成礦規(guī)律可以為成礦預測提供理論指導，另一方面運用劃分層序的控制點坐標可以建立模型，進行定量預測。

層序格架中各級層序及其體系域都對應著不同的水體環(huán)境和狀態(tài)，而反映這些水體狀態(tài)的巖性、地球物理、地球化學標志都可以成為重要的找礦判別標志[4,8]。以本文研究的湘西北民樂錳礦為例，三級層序格架中，大塘坡組下段按照巖性可劃分為凝縮層和高位域兩個體系域，凝縮層以黑色炭質(zhì)頁巖、菱錳礦體為主。高位體系域雖然也沉積大量黑色炭質(zhì)頁巖，但水體較淺，難以形成錳礦，淺色黏土、炭泥質(zhì)白云巖發(fā)育較多。由此可見，在民樂錳礦及其周圍區(qū)域，若是在鉆井或者野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了黑色炭質(zhì)頁巖夾雜較多灰色黏土以及炭泥質(zhì)白云巖的特征，就說明此段很可能屬于成礦期三級層序中的高位體系域，水體淺且相對動蕩，不利于大塘坡式錳礦的形成。同理，若是發(fā)現(xiàn)了砂質(zhì)、炭質(zhì)頁巖以及細砂巖、粉砂巖，說明該層有可能是成礦期四級層序第一次海泛之前的低位—海侵體系域，可判斷其上層有可能發(fā)育薄層條帶狀的碳酸錳沉積。此處介紹的是巖性標志，其他類型的層序劃分標志也同樣具有類似的指示作用。因此，在建立層序格架時應當盡量多參考各種沉積環(huán)境判別的依據(jù)，將各級層序不同體系域之間的差別統(tǒng)計詳細，這樣才能為成礦預測提供更多的層序地層學方面的找礦標志。湘渝黔地區(qū)作為大塘坡式錳礦主要賦存區(qū)域，在層序地層學研究方面并未達到非常精細的程度，目前找礦預測中應用較多的是根據(jù)巖性特征建立的三級層序格架，認為大塘坡式錳礦賦存于大塘坡組地層三級層序中的凝縮層黑色炭質(zhì)頁巖中[12-14]。目前的研究認識很難解釋成礦期的沉積過程，達到精細找礦的目的。因此，若要得到更多層序地層學角度的成礦規(guī)率，還應當多結合物探、測井等當下較為流行的層序地層學辨別手段[10-11]，總結更多的層序地層學找礦標志，通過建立層序角度的成礦有利因素組合指導找礦和預測礦產(chǎn)分布。

運用層序控制點建立二維、三維找礦數(shù)字模型進行成礦定量預測目前也廣泛應用于各類沉積礦產(chǎn)勘探之中，常規(guī)的層序建模并不復雜，剖面連接或者空間插值形成頂?shù)酌婧笙鄿p即可建立各級層序及體系域的體模型[29]。以民樂錳礦為例，三級層序凝縮層體系域模型、四級層序海侵體系域模型均與礦體對應良好，都可以作為找礦數(shù)字模型投入到定量預測之中。不過，對于現(xiàn)今的三維地質(zhì)建模研究來說，三維模型僅做到與礦體適當匹配或者包含礦體是遠遠不夠的，目前的研究更加重視三維地質(zhì)體的產(chǎn)狀以及頂?shù)酌娴恼鎸嵭螒B(tài)的反映。對于本文所述的民樂錳礦甚至整個湘西北地區(qū)來說，目前鮮有專門針對層序以及沉積環(huán)境三維地質(zhì)建模技術的研究，筆者認為隨著三維成礦預測技術未來在該區(qū)域逐漸普及，這一類研究也會成為一個新的熱點。

6 結論

（1）民樂錳礦大塘坡組下段地層三級層序體系域特征類型為“SS（凝縮層，大塘坡組下段下亞段）+HST（高位體系域，大塘坡組下段上亞段）”的組合，其中凝縮層通?？梢浴板i礦+頁巖”的沉積旋回為依據(jù)劃分為四個“TST（海侵體系域）+ HST（高位體系域）”四級層序。

（2）民樂錳礦沉積過程可以通過三級層序和四級層序兩個研究尺度共同解釋，三級層序尺度解釋錳礦形成過程，而四級層序尺度則揭示了多期不同形態(tài)、厚度錳礦的沉積過程。

（3）大塘坡組底部的砂體、砂質(zhì)頁巖以及上部的淺色黏土、碳泥質(zhì)白云巖等可指示水體環(huán)境的巖性標志對于大塘坡式錳礦的賦存具有重要指示意義，可以作為大塘坡式錳礦成礦預測、三維地質(zhì)建模的依據(jù)。

致謝 感謝中國地質(zhì)大學（北京）陳建平老師的指導以及湖南省地質(zhì)調(diào)查院對本文給予的研究資料方面的支持。