贵州东北地区锰矿富集区沉积环境与矿床成因新认识，划分出11个聚锰盆地

2019-05-30 09:50:33
来源：中国地质调查成果快讯
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来源于《中国地质调查成果快讯》

摘要：通过1∶5万地质矿产调查，在黔东北大塘坡组一段识别出14种岩相类型，划分出大塘坡早期11类主要古地理单元和11个聚锰盆地。提出黔东北典型大塘坡式锰矿成矿与障壁后侧快速沉降的深水局限盆地密切相关新认识，构建南华纪大塘坡早期大陆边缘障壁海岸体系中的潟湖成矿模式，对于上扬子陆块东南缘大规模锰矿成矿深入研究与区域找矿具有重要意义。

1.项目概况

黔东北地区是我国南华纪大塘坡式沉积型锰矿的重要富集区，近年来陆续发现了4个超大型锰矿床，大中型锰矿床多个，取得了锰矿找矿的重大突破。2016年，自然资源部中国地质调查局部署实施了“武陵山成矿带酉阳—天柱地质矿产调查”项目，归属于“东特提斯成矿带大型资源基地调查”工程，由自然资源部中国地质调查局成都地质调查中心承担。项目周期为2016—2018年。主要科技创新目标任务是深化武陵山成矿带前寒武纪重大地质问题认识，开展含锰岩系与非含锰岩系的时代及环境特征对比研究，编制黔东北地区南华纪大塘坡期岩相古地理图，建立上扬子陆块东缘前寒武纪锰矿成矿模式，揭示沉积古环境对锰矿富集的控制作用。

2.成果简介

（1）确立了黔东北地区大陆边缘障壁海岸沉积环境和陆棚沉积环境两类主要的沉积体系，识别出大塘坡早期主要的古地理单元（表1，图1）。大陆边缘障壁海岸沉积环境由潮坪相、障壁性局限海盆相、障壁岛相和冲溢扇相构成；陆棚体系则主要为浅海陆棚相。大塘坡式锰矿就赋存于障壁性深水海盆（聚锰盆地），表现为障壁后侧潟湖环境下的一套炭质页岩-碳酸锰沉积组合（图2、图3）。

表1 黔东北地区南华纪大塘坡早期古地理单元划分

图1 黔东北松桃-江口地区南华纪大塘坡早期岩相古地理图

EZ—剥蚀区；PL—古陆（古隆起区）；BIs—障壁岛；Fd—冲溢扇；CM（Std）—推测滨岸沼泽（潮上带）；TZ（Itd）—潮坪（潮间带）；BSD—障壁砂坝；SSh—浅水陆棚；RSb—障壁性局限海盆；Rsd—障壁性半深水海盆；Rdb—障壁性深水海盆（聚锰盆地）

图2 岑巩郑家沟南华纪大塘坡早期障壁岛沉积层序

Gl—冰川相；Sh—浅海陆棚相；Itd—潮间带；ss—临滨；bs—后滨；Nh₂t—铁丝坳组；Nh₂d¹—大塘坡组一段；Nh₂d²—大塘坡组二段；a—郑家沟剖面序列；b—铁丝坳组冰碛砾岩；c—铁丝组顶部风化壳砾岩；d—大塘坡组一段下部岩屑砂岩；e—大塘坡组一段中发育平行层理；f—大塘坡组一段砂岩巨砾；g—大塘坡组二段泥质岩类

图3 障壁性深水海盆中的大塘坡组一段含锰岩系

1—大塘坡组一段菱锰矿层；2—大塘坡组一段菱锰矿顶板粉砂质页岩；3—大塘坡组一段菱锰矿显微照片；4—大塘坡组一段含粉砂质炭质页岩显微照片

（2）通过对贵州松桃矿区桃子坪矿段钻孔大塘坡组分析研究表明：陆源物质对于锰成矿的贡献较小，Al/Ca值在含锰岩性段中小于7，明显低于下伏和上覆非赋矿层位；锰成矿期的气候环境为温暖湿润环境，化学风化作用强度（CIA值在菱锰矿层中平均为67.87）最大，明显高于下伏铁丝坳组而低于大塘坡组一段黑色页岩和二段粉砂岩；锰矿层位中的无机碳具有不同的来源（无机碳同位素变化区间为-4.65‰~-7.59‰），既可能来自海水溶解的CO₂，也可能是火山喷气中的CO₂。通过有机碳（锰矿层总有机碳平均值2.06%，6.26%）及有机碳同位素（平均值-32.23‰，最小值为-37.16‰），表明在锰矿富集过程中有大量微生物活动，其生化过程直接参与富集成矿。另外，大塘组一段中V、Mo、U富集和含锰岩系高V/Cr值，显示大塘坡早期海水呈贫氧—厌氧的还原状态，而晚期海水逐渐演变为氧化状态。

（3）综合南华纪大塘坡早期区域构造、沉积相、古环境判别分析，结合前人对菌、藻类生物研究成果认为，在古大陆持续裂解、斯图特冰期结束后海平面上升的地质背景下，在梵净山古陆北东侧的黔东北地区从西往东发育潮坪-潟湖-障壁岛-浅水陆棚的沉积相带，障壁岛后侧潟湖环境是赋存大塘坡式锰矿的最重要相带。通过研究认为，快速伸展背景下，区域性同沉积断裂迅速发展，叠加古陆的围限，障壁后侧潟湖快速演化到一定规模形成强补偿式断陷盆地，为来源于海底热液、母岩风化、火山物质等多源锰质的富集沉淀提供了充足地理空间和必要的还原环境。由冰川融化带来的大量淡水注入以及次级障壁的阻挡，在断陷盆地中形成了海水物质和密度分层现象，海水只能在上层流动，下层形成滞留的静海封闭环境。聚锰盆地中厚达近百米的黑色页岩的形成是盆地基底沉降、大陆风化作用加剧造成的陆源输入增加以及气候变暖诱发微生物繁盛形成有机质丰度大幅提升共同作用的结果。静海封闭的下层还原环境是锰矿富集沉淀的关键因素，在氧化还原界面以下，通过有机质厌氧氧化作用，使有机质中的碳元素以CO₂或者HCO₃^-的形式存在于海水中，当海水中的HCO₃^-达到饱和，就与海水中富有机质还原条件下大量浓集的Mn²⁺胶体结合形成MnCO₃。由于障壁后侧能提供更封闭的环境、更丰富的有机质以及明显的海水分层现象，可使潟湖环境中的锰质更为富集，虽然在障壁外侧铜仁万山、从江高增亦发育有陆棚环境下的沉积型锰矿，但其规模和品位甚至勘探前景不能同松桃地区障壁后侧产出锰矿群相提并论（图4）。显然大塘坡式锰成矿事件是南华纪早期一系列地质、地球化学、环境及生物事件相互作用的耦合响应（图5）。