湘西及邻区早震旦世锰矿成矿规律探讨

付胜云,谢小青

(1.湖南省地质调查院,湖南 长沙 410011;2.湖南省地质矿产勘查开发局四○五队,湖南 吉首 416007)

湘西及邻区早震旦世锰矿成矿规律探讨

付胜云1,谢小青2

(1.湖南省地质调查院,湖南 长沙 410011;2.湖南省地质矿产勘查开发局四○五队,湖南 吉首 416007)

锰矿床(点)的分布大部分受扬子准地台东南边缘之武陵台陷的控制,锰矿主要生成于滨海相的半局限海湾含锰页岩亚相中,应属于暖温带—亚热带气侯。分析此类矿床的成矿物质来源、锰质搬运方式、锰质沉积作用,对缺锰地区寻找类似锰矿床具有重要意义。

早震旦世;锰矿;成矿规律

0 前 言

湘渝黔锰成矿区域是我国重要的锰矿基地。湘西及邻区出露地层齐全:与锰矿关系较密切的有上元古界板溪群、震旦系地层;与锰矿关系不密切的有古生界寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、三叠系,中—新生界白垩系及第四系地层。湘西地区处于扬子准地台的上扬子台隆之东侧,即武陵台陷主体的所在位置;北西与黔江台拱相接,南东与雪峰台拱毗连;区内与锰矿关系较密切的褶皱为古丈复背斜、摩天岭背斜、八斗山背斜等。早震旦世锰矿在湘西及邻区分布广泛;锰矿的建造类型甚多,包括碳质含锰建造—硅质、碳质含锰建造—硅质含锰建造,各类矿床既有相似性,又有特殊性,其形成条件也各具特色[1]。区内湘锰期成矿锰质主要来自海底火山,次为古陆风化及火山活动等,湘锰期有利的古地理、古构造、古气候环境组成三位一体,联合控制了锰矿床的形成和空间展布[2]。

1 矿床地质特征

1.1 含矿层特征

本区锰矿赋存于下震旦统湘锰组(Z1x)下段,该段黑色页岩夹菱锰矿层即含锰岩系,岩性为黑色页岩、黑色炭质页岩、黑色含锰质页岩,顶部时见云岩透镜体,厚0～51.39 m,矿石平均品位为16.68%～24.23%。含锰岩系厚度越大,锰矿体越厚,品位增高,变化趋稳定。含锰岩系中的黑色页岩成分如果以伊利石为主,成分简单,则有利于藻类和菱锰矿沉积,如果粉砂质含量增高,水体能量增大,多形成条带状矿石,如果出现绿泥石和高岭石,则难于形成工业矿体。

1.2 矿体特征

锰矿一般产于含锰岩系下部[3],中夹1～2层碳酸锰矿,仅湘西古丈野竹锰矿产于含锰岩系中上部,中夹1～3层碳酸锰矿。锰矿体系由若干似层状、透镜状、层状矿体紧密交错迭置而成,矿体与围岩在总体上呈整合接触,矿体产状与顶底板围岩基本一致。锰矿体距底板(即江口组顶界面或湘锰组底界)一般0.4～10 m。单个矿体变化较大,常有膨胀收缩,尖灭再现,相互重迭现象。矿体直接顶板为含锰粉砂质炭质页岩夹少量菱锰矿条带。矿体直接底板:为粉砂质炭质页岩夹细砂岩,含砾砂岩和云岩透镜体。矿体顶、底板具有明显的纹理构造,局部可见交错层理等浅水标志。

1.3 矿石自然类型

湘西北锰矿可分为原生锰矿石和次生氧化锰矿石两大类。原生锰矿石主要为块状菱锰矿石和条带状菱锰矿石,次生氧化锰矿石主要为皮壳状氧化锰矿石。

1.4 矿石矿物成分

矿石矿物组成一般较复杂,但主要矿物成分为含锰碳酸盐系列矿物,其中原生锰矿石矿物成分主要为菱锰矿、氧化锰矿石矿物成分主要为软锰矿、次为硬锰矿等;脉石矿物成分比较复杂,但主要由白云石、方解石、石英、伊利石等组成。特别是锰矿石常见黄铁矿、次生石英等存在。

1.5 矿石化学成分

主要有用组分为Mn,其它元素无综合回收价值,组成锰矿石化学成分主要为Mn、CaO、MgO、CO2,其次为SiO2、Al2O3、TiO2、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O、H2O、P2O5、C、S等,此外,有机质占1%～4%。

1.6 矿石主要结构、构造

原生锰矿矿石结构主要有:(不等粒砂状变形)内碎屑结构、显微球粒结构,隐晶质结构。矿石构造主要有:皮壳状、蜂窝状、土状和条带状构造。

2 成矿规律

2.1 成矿空间规律

1)锰矿与含锰岩系和岩相序列的空间关系:湘、黔、川、鄂等省同类型锰矿床,均产于震旦系下统民乐组下段一黑色页岩段下部。有锰矿分布的地段,必然有黑色页岩存在,无黑色页岩存在的地段则无锰矿产出;而且含锰岩系与锰矿层厚度具正相关关系,含锰岩系厚度大,矿层厚度亦大。

该类锰矿的空间分布与含锰岩系的岩相序列的关系也很密切。民乐矿区中心向四周分出四个岩相序列:A序列自下而上为:砾岩或角砾岩一粉砂质页岩、岩屑砂岩—粉砂质黑色页岩、含黄铁矿黑色页岩一条带状菱锰矿—黑色页岩—块状菱锰矿—黑色页岩夹锰质条带—黑色页岩夹云岩及薄层粘土岩—云岩;B序列:含砾粉砂岩—黑色页岩、含黄铁矿黑色页岩—块状或条带状锰矿层—黑色页岩—云岩;C序列:粉砂岩—黑色页岩—黑色页岩夹锰矿条带—黑色页岩—云岩;D序列:粉砂岩—黑色页岩—云岩。

由此可以看出,以A序列发育最完善,沉积韵律性显著,依次往外发育越来越简单,沉积韵律越来越单一。锰矿主要出现在A、B序列,C序列所夹锰矿条带不具大的工业意义,D序列则无锰矿存在。其中尤以A序列所夹菱锰矿层数最多,厚度较大,品位较高。说明含锰岩系的厚度大小和岩相序列发育的完整程序,直接控制着矿床的空间分布。

2)锰矿与古构造的空间关系:湘、黔、川、鄂边境民乐式锰矿床(点)的分布大部分受扬子准地台东南边缘之武陵台陷的控制,尤其是工业意义较大的锰矿床,多集中分布于该台陷的各种东北向台凹所造成的半局限海盆地中,如民乐小盆地、大塘坡小盆地、古丈小盆地,其东南侧都有构造小凸起充当障壁岛,而与外海隔开,海水不很畅通,使盆地处于半封闭状态,有利于锰质聚集,因而形成一些大、中型锰矿床。而南面的雪峰台拱的控矿条件则逊于武陵台陷,该台拱在早震旦世是处于开阔的滨海一浅海地带,缺乏封闭条件,不利于锰质聚集,目前仅发现一些工业意义不大的锰矿点。

总之,武陵台陷中各种北东向台凹所造成的半局限海盆地控制着民乐式锰矿床的分布,民乐小盆地中的未补偿(充填)凹地直接控制着民乐锰矿的形成。

3)锰矿与岩相古地理的空间关系:通过对岩相古地理的综合分析,认为湘、黔、川边境锰矿的空间分布与成锰期海洋沉积环境中的各岩相带有着密切的内在联系。锰矿主要生成于滨海相的半局限海湾含锰页岩亚相中,由于该岩相带属于半局限海,水动力条件较弱,锰质不易散失,又具有碱性还原条件,所以生成为数众多的大、中、小型锰矿床。而在滨海相的开阔海滩页岩亚相中,由于成矿条件较差,仅形成少数不达工业要求的锰矿点。至于浅海相的开阔半浅海粉砂—泥岩亚相中则未形成锰矿。

民乐锰矿床直接受潮坪中—低能弱咸水泻湖微相所控制,这一微相由内向外有规律地依次出现三套岩类组合:灰色页岩—黑色页岩—菱锰矿矿石组合;灰色页岩—黑色含黄铁矿含菱锰矿条带页岩组合;灰色页岩—黑色微含锰质页岩组合。它们由中心向边缘呈环带状分布,锰矿生成于这一微相的中心地段,即第一岩类组合之中。

4)锰矿与古气侯带的空间关系:一般认为外生矿床的空间分布受古气候带所制约,从古纬度资料得知,鄂、湘、川、黔的一些锰矿床,包括长阳锰矿床、民乐锰矿床、杨立掌锰矿床、溶溪锰矿床以及与民乐组下段相当的石门杨家坪黑色页岩层,大体处于一个纬度带,纬度为20(°)～28.5(°),平均约24(°),应属于暖温带—亚热带气侯,早震旦世民乐式锰矿床就分布于这一暖温带—亚热带内。

5)锰矿与藻类生物的空间关系:在湘、黔、川的一些早震世民乐期锰矿床中,均发现丰富的藻类化石,如民乐锰矿石中主要含石囊藻科(Entophysalis)和色球藻科(Choococcaceae)的分子,这些化石藻类大多数已被矿化,其细胞腔的矿物质为锰碳酸盐系列的矿物,这是由于藻类具有浓集锰质的机能所致。所以化石藻类发育的地段,菱锰矿颗粒就密集,锰品位就增高,反之,化石藻类贫乏的地段,菱锰矿颗粒就减少,锰的品位就降低。可见化石藻类的发育程度也制约着锰矿的空间分布。

6)成矿区域的划分;根据不同级别的大地构造单元,矿床(点)的特点及其分布,控制矿化的地质因素,将湘西及其邻区划分I至V级成矿区(见图1)。

图1 湘西及邻区早震旦世锰矿成矿分区

各级成矿区的界线与大地构造相应的单元界线大体一致[4]。

民乐矿田的矿床物质成分、结构和构造在空间上的分布规律虽然不甚明显,但矿床内沿矿体的倾向和走向仍具有一定的分带性:

a垂向分带:本矿区虽属矿物相单一的同生沉积碳酸锰矿床,但下矿层(Ⅰ矿层)以条带状菱锰矿石相为主;上矿层(Ⅱ矿层)以块状菱锰矿石相为主,沿倾向每延伸100～150 m则厚度减薄1 m的趋势。矿层在地表出露地段,有不甚发育的次生氧化锰矿物相。

b水平分带:从古丈—梵净山蕴矿带看,大塘坡矿田(包括杨立掌、大屋、石塘、大塘坡等矿床),下矿层为主矿层,民乐矿田则上矿层为主矿层,似有由南西往北东方向主矿层部位有升高的趋势。从民乐矿区看,下矿层(Ⅰ矿层)中心厚度较大,向边缘逐渐变薄,以致相变为含锰页岩。上矿层(Ⅱ矿层)则以中心向边缘逐渐变薄,另在13张-19线浅部地段,厚度亦较大,而深部厚度较小,往南西厚度变薄,直至相变为含锰页岩。

2.2 成矿时代的规律

民乐锰矿及同类型锰矿床形成于加里东成矿期的震旦纪成矿阶段,早震旦世中期是锰矿的生成时代,民乐组含锰岩系,经铷—锶法同位素地质年龄测定,全岩等时线年龄为728±27 Ma,湖北长阳古城含锰岩系的Rb-Sr全岩等时线年龄为739 Ma,二者基本一致,证明鄂湘川黔早震旦世锰矿是同一地质时期形成的,这一时期是前寒武纪地史上最重要的成锰时期。该类锰矿床产于海侵岩系下部的层位中,各矿床与沉积间断面的距离不尽相同,民乐锰矿与沉积间断面相距30 m,一般产生于盆地构造由活动较变为稳定的转折时期。震旦纪成矿阶段有自己的成矿系列,在区域上由下而上依次为铁矿—锰矿—磷矿,这种系列的出现,归根结底,是地壳成矿物质运动与演化的结果。

以上阐述的空间因素和时间因素是相互依存的,在成锰期并不是所有的地方都成矿,只有在一定的地层、构造、岩相、古地理、古气候等条件下才会成矿,表明时间和空间是彼此不能分割的,因为物质的运动与演化必定同时具有时间和空间两个方面。

3 矿床成因初步探讨

中国南方早震旦世大塘坡期锰矿的形成一直存在热水成因、生物成因或化学成因的争议。通过对贵州松桃早震旦世大塘坡期锰矿的碳、硫同位素和藻类化石的研究[5],认为早震旦世大塘坡期锰矿是在700～695 Ma全球性Sturtian冰期后形成,由于大气中含有很高的CO2与海洋中的Ca2+、Mn2+反应,造成大量CaCO3和MnCO3快速沉淀,形成“碳酸盐岩帽”(碳酸锰)所致。

湘黔川鄂边境同层位的锰矿称为民乐式锰矿。该类型锰矿床均处于扬子准地台的上扬子台褶带中,沉积盆地属于浅水环境,含锰岩系一般不含硅质层,锰矿床含磷高、含硫低,与湘潭及湘中一带锰矿具有不同的特点。在民乐锰矿床中发现了丰富的藻类化石和火山碎屑,并对成矿控制因素和矿床成因进行了研究探索,初步认为民乐锰矿是以陆源为主兼有其他来源的海湾潮坪—泻湖中化学及生物—化学沉积矿床。

3.1 成矿物质来源

认为主要来自陆源岩石的风化析离,兼有来自沉积火山碎屑岩的海解作用和地壳深部的热液。还可能有其他来源,如来自沉积风化壳(即底板渗出矿质)等。

3.2 锰质搬运方式

由于锰质是以陆源为主多来源的,成矿物质的般运方式也是多样的。来自陆源的锰质主要是河流搬运,其搬运形式又与古大气圈、水圈的性质有关。来自海底火山作用的锰质,其搬运方式先是海洋底流,后是波浪和潮流,在海底火山活动时,喷出大量的细凝灰质和火山灰尘,这已被矿床本身存在这种火山物质所证实。来自地下深处的锰质,主要是一种高矿化度、高能量的热水溶液,沿深断裂的通道上升进入盆地。根据地壳深处和上地幔的研究,上升热液中的锰质主要呈重碳酸锰的形式,因为地下深处压力很大,又是一个完全封闭的条件,所以重碳酸盐可以一直从深处上升到地表而进入海盆。

3.3 锰质沉积作用

成矿期为潮湿的亚热带气侯,当时大气圈,水圈是一个富CO2,贫O2的还原环境;菱锰矿形成的pH值一般为>7～8,最高为8.5,Eh值以负值为主;成矿盆地为近岸的海湾潮坪—泻湖;潮坪—淀湖又处于半局限状态,盆地内发育着大量的蓝藻生物。当河流、海流(深部)热流携带的锰质,以重碳酸锰形式进入潮坪—泻潮后,增加了盆地矿物质总浓度,重碳酸锰越聚越多,就要发生沉积作用。由于矿石中菱锰矿呈微细泥晶结构和蓝藻化石细胞已经矿化的特点,按照碳酸盐沉积理论,其沉积方式为二:一部分菱锰矿由于化学作用直接从水体中沉积,一部分是藻类死亡后堆积。

[1] 湖南省地质矿产局.湖南省区域地质志[M].北京:地质出版社,1988.

[2] 吴迎春.湖南团山-牛坡头湘锰期锰矿成矿规律及找矿方向[J].华南地质与矿产,2002,(4):12-14.

[3] 付胜云.湖南花垣-古丈锰矿床地质特征及找矿方向[J].中国锰业,2005,23(1):23-25、37.

[4] 唐世瑜,吴世芳,谢小青,等.湖南省花垣县民乐锰矿地质特征和成矿规律研究报告[R].湖南省地矿局四○五队,1985.

[5] 杨瑞东,欧阳自远,等.早震旦世大塘坡期锰矿成因新认识[J].矿物学报,2002,(4):20-24.

A Study on the Western Hunan and Neighbouring Area Zhendan World Manganese in Ore Mineralization Rule Pays Early

FU Sheng-yun1,XIE Xiao-qing2

(1.Hunan Province geological investigation courtyard,Changsha,Hunan 410011,China;2.Hunan Province geological investigation courtyard lucky f irst minerals Geological survey,Jishou,Hunan 416007,China)

The manganese ore deposit(spot)in the distributed majority of the control which Wuling edge falls the Yangzi paraplatform southeast.The manganese ore of main generation to the littoral facies about half limitation bay,including the manganese shale subfacies,should belong to a warm temperate zone of subtropics climate,the fossil algae in growth land sector.The rhodochrosite pellet is crowded,the manganese personal status advances. The analytical study of this kind of ore deposits origin and mineralization rule,then it seeks for the similar manganese ore deposit to lack the manganese area finds to have its important meaning.

Manganese ore;Mineralization rule;Western Hunan and neighbouring area

book=52,ebook=52

P618.32

B

1002-4336(2010)03-0030-04

2010-03-22

付胜云(1965-),男,湖南宁乡人,高级工程师,主要从事野外一线的矿产勘查及矿产远景调查工作,E-mail: 741212046@qq.com.