遵义地区二叠系锰矿成矿物质来源及成矿模式探讨

2013-10-11向文勤

化工矿产地质 2013年2期

向文勤

贵州省地矿局102地质大队，贵州遵义 563000

黔北遵义地区二叠系锰矿资源丰富，是贵州省内仅次于黔东北地区的重要锰矿富集区及生产基地。刘巽锋等【1】认为其成矿时代为晚二叠世龙潭期，但多数学者趋向认为是中二叠世茅口期【2～4】，陶平等【2】通过比较贵州及邻区二叠系锰矿的地质特征，指出含锰岩系为中二叠统茅口组白泥塘层。锰矿的形成作用和物质来源的认识大致可分为“陆源说”和“火山成矿说”。前者认为，成锰环境主要发生在古陆边缘，受限于陆缘浅海或浅海陆棚环境，是常温常压下冷水沉积（包括藻类沉积）的产物【1】。后者则认为，锰矿的发育与地槽发展早期阶段的火山喷发有关，矿化发育在火山沉积岩系中。随着海洋地球物理调查和研究的深入，海底热水成矿说越来越受到人们重视【5～6】。一些研究表明，遵义地区二叠系锰矿为热水沉积成因【2，7～10】]，并且锰质来源与峨眉山玄武岩喷发关系密切【3】。然而，热水沉积的热源及成矿的物源来自哪里？是否与当时的地幔热柱活动有直接或间接联系？目前还存在不少争议。因此，本文基于前人研究成果，通过对贵州遵义二叠系锰矿床地质特征详细调查，分析遵义地区二叠系锰矿区的古构造、岩相古地理条件及典型锰矿床地质特征等，探讨了成矿物质来源和成矿模式，为该地区找锰工作提供理论依据。

1 区域地质背景

遵义锰矿区在区域构造上处于扬子准地台黔北台隆的六盘水断陷带和遵义断拱内，跨扬子陆块南部被动边缘褶冲带的凤冈滑脱褶皱带、毕节前陆褶皱带和黔中隆起三个构造单元【11】。中、晚二叠世之间的东吴运动，引发地幔热柱成因的基性火山岩（峨眉山玄武岩）沿深大断裂大规模喷发，是峨眉地幔柱演化晚阶段岩石圈张裂延伸至上地慢，并发生横向扩张的产物【12】。峨眉山玄武岩喷发于中二叠世茅口晚期至晚二叠世龙潭早期，喷溢环境以陆相为主，具有多期次喷发特征。岩石组合主要为玄武质熔岩及多层少量玄武质火山碎屑岩，内夹少量正常沉积岩。刘平等【7】认为玄武岩喷发大致可分为前后两个“喷溢时代”，前期喷发玄武岩主要位于中二叠统茅口组内，后期喷发玄武岩主要呈岩被状假整合于下伏茅口组和上覆龙潭组（或宣威组）之间。东吴运动引起地壳不均衡裂陷，也使碳酸盐台地发生了分异，形成了一条自云南宣威，经贵州水城、纳雍、黔西到遵义的北东向黔中台沟【13】（图 1）。贵州二叠系的锰矿则分布于此台沟内。锰矿区出露地层有南华系、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、第四系，缺失泥盆系地层。

2 矿床地质特征

2.1 含矿岩系建造特征

由于遵义锰矿的成矿时代历来有争议，因此不同研究者对含矿岩系的地层划分、归属及命名也不尽一致。刘平等【7】对遵义锰矿区含锰岩系地层划分沿革进行归纳，将茅口顶部0 2m厚的黑色碳质粘土岩及无烟煤层之上的粉砂质粘土岩划入龙潭组第一段，之下的“锰铁层”与下伏“白泥塘层”一并归入茅口组第二段，称之为“茅口组第二段白泥塘-含锰岩系”。本次工作根据茅口组（P2m）岩性组合、结构、构造和岩相等将其分为以下三个岩性段：

茅口组第一段（P2m1）：灰、浅灰色厚层至块状生物灰岩，生物灰岩，并夹泥质条带灰岩，偶夹白云质灰岩及燧石条带、团块，中上部具少量波状-透镜状层理。富产蜓、腕足、珊瑚、有孔虫、藻等化石。与栖霞组整合接触。岩性厚度较为稳定，厚110 130m；

茅口组第二段（P2m2）：根据岩性差异又可分为两种建造类型：

A：碳硅质灰岩建造类型：岩性为灰、深灰、灰黑色薄至中厚层状含碳、硅质灰岩，间夹薄层硅质灰岩少量，微细平行层理明显，燧石条带分布于层间，并由下往上逐渐增加，化石以放射虫、海绵骨针为代表，腕足类、瓣鳃类、介形虫产于下部，而腹足类、植物化石等则位于上部。厚43.43 88.70m。

B：灰岩建造类型：即开阔台地碳酸盐岩沉积，分布在碳硅质灰岩类型以外的广大地区，为浅灰色夹深灰色厚层块状石灰岩、生物碎屑灰岩，含燧石团块及条带，在接近碳硅质灰岩类型时燧石条带增加，且与灰岩呈消长关系，远离碳硅质灰岩类型时燧石减少，灰岩增加，并在近碳硅质灰岩类型时，有大量的生物化石构成的化石层，富产蜓、腕足、珊瑚、瓣鳃等化石，厚40 50m。

茅口组第三段（P2m3）：根据岩性组合不同分为二种建造类型，一是灰岩建造类型，岩性为较纯的灰岩组合，下部为浅灰、灰色厚层状生物碎屑灰岩，上部为浅灰白色厚层块状生物碎屑灰岩，富产蜓，又称蜓灰岩，厚0 -50m。另一种为含锰岩系建造类型，岩性从下往上为含菱锰矿粘土岩、锰矿层、灰黑色含菱铁矿粘土岩夹层状菱锰矿、白色粘土岩。

遵义锰矿区含矿岩系为龙潭组第一段以及中二叠统茅口组第三段。根据岩性和层序将含矿岩系从上到下分为8个建造（图2）：

⑧为深灰色薄至中厚层含硅质灰岩，中夹黑色燧石团块及黄铁矿结核，厚度为5m；

第一步，教师对本节教学的重点和难点及学生在自主学习过程中存在的共性问题，通过讲授、讨论等方法进行有针对性教学。

⑦黑色煤层，厚度为0.13m；

⑥灰白色粘土页岩，含黄铁矿细脉，厚度0.87m；

⑤灰、灰褐及灰黑色黄铁矿质水云母粘土岩，含少量砂屑，中下部含少量菱锰矿颗粒，微波状层理，顶部为豆状锰铁矿，厚度为1.19m；

④灰、灰褐及灰黑色锰矿层。上部为黄铁矿质菱锰矿，菱锰矿呈沙状、粒状、少数呈砾状，中部含黄铁矿质菱锰矿，钙菱锰矿，厚度1.83m；

③灰至灰白色含菱锰矿及黄铁矿质粘土岩，上部含翠绿色粘土岩，厚度0.38m；

②黑色碳质粘土岩，厚度0.05m；

①深灰色、黑灰色中厚层含碳碳质灰岩，厚度10m。

2.2 锰矿体（层）形态

2.3 锰矿石特征

锰矿石可分为原生锰矿和次生的氧化锰矿，以原生锰矿为主。原生锰矿石由碳酸盐锰矿组成，有菱锰矿、钙菱锰矿、锰方解石和黑锰矿等，次生氧化锰矿石有硬锰矿、软锰矿和偏锰酸矿等。原生矿石主要结构有碎屑结构（多由菱锰矿、钙菱锰矿、绿泥石等组成，亦见玄武岩和凝灰岩的残余结构），次要有泥晶结构、生物碎屑结构。具条带状构造、叠层石构造、搅动构造、虫孔构造等构造特征。本次工作以遵义铜锣井锰矿为例，分析了矿石沉积成岩各阶段的矿石结构、构造及矿物组合特征，见表 1。根据矿石的化学组成可知，区内矿石中含锰13%～20%，矿石属低磷、高铁、高硫的酸性矿石，具有 Mn/TFe小于 2.5（矿石中含较多黄铁矿和少量菱铁矿），CaO+MgO/SiO2+Al2O3小于 0.5的特点，造渣组分亦偏高。

表1 遵义铜锣井锰矿矿石沉积成岩各阶段的特征Table 1 The Tongluojing Manganese ore of Zunyi ore deposition diagenesis characteristics at each stage

3 锰质的物质来源探讨

对于遵义锰矿的成矿物质来源，陶平等【14】及刘巽锋等【1】在20世纪80年代先后作过探讨，综合近年来的研究进展，综合认为，遵义锰矿物质来源可能存在三种途径： ①地幔热柱强烈活动，在地幔柱的托升作用【15】，引起已存在的贵阳深断裂、紫云-垭都深断裂活动，由于地壳不均衡裂陷（拉张和同沉积断裂的影响），在碳酸盐台地的基础上发生了分异，形成了一条自云南，经贵州水城-纳雍-黔西-遵义的自西向北东向的黔中台沟【13】，富硅、锰的热液流体沿水城-纳雍-黔西-遵义的北东向黔中台沟通道运移，为遵义锰矿的沉积提供了物质来源；②海底喷流出富含硅、锰质热液流体，沿着次生裂隙通道运移，在遵义台沟形成喷流，其中的锰质在热海水的渗入作用下，不断析出，进入弱碱性的海水中，为锰矿沉积提供物质来源；③贵州西部茅口期玄武岩喷发形成的玄武岩，富含锰质【1】，一般 MnO 大于 0.12% ，高者0.135%～0.171%。因此，在龙潭期经强化学风化作用下，可经—剥蚀—搬运，淋滤出铁、锰质向遵义台沟迁移、集中，带入遵义泻湖—潮坪环境中成矿。此外，亦有学者提出，贵州西部茅口期玄武岩喷发（海底喷流）物质，通过海水运移至遵义台盆，使遵义地区白泥塘层富含锰质（及硅质），含锰1%～13% ，并且向上逐步增高至3.86% ，局部已次生富集为偏锰酸矿的矿体，此后因东吴运动抬升，受到大面积剥蚀，造成白泥塘层锰质带入泻湖潮坪中成为遵义锰矿的矿质来源【2】。

综合来看，成矿期的同生构造活动（主要是峨眉地幔热柱活动）及其引发的岩浆活动为锰质聚集提供了前提，而玄武岩陆相喷溢或海底热液喷流带来的富锰物质，以直接海解沉淀或风化再剥蚀沉积的方式为遵义锰矿提供物质来源。下文将重点探讨具体的含锰物质运移途径及成矿模式。

4 矿床成因模式探讨

我国南方锰矿成矿具有多时代性，但其共同点是均分布在大陆边缘与拉张活动有关的沉积盆地之中【16】。扬子地台周边已知工业锰矿赋存的13 个层序（Pt3-T3）都与II级海平面升降周期的高水位准周期相联系，且其沉积构造背景与盆地的拉张及其伴随的火山喷出阶段相对应【17】。遵义地区锰矿的成矿为二叠纪中期，正是东吴运动时期，此时由峨眉地幔热柱活动引起的在贵州、云南、四川等省大规模玄武岩喷发溢流，以及频繁的海底火山爆发等事件，为锰矿提供了物质来源。

遵义锰矿的矿石特征及地球化学性质研究也表明，成矿物质来源与峨眉山玄武岩有密切联系。主要依据：①峨眉山玄武岩普遍具有较高的锰质背景值，不同地点玄武岩样品分析结果显示，氧化锰含量较高值达0.35%，较低值为0.15%，平均为0.22%，具备锰质富集成矿的物质可能；②锰矿石中亲铁微量元素的含量较高，与峨眉山玄武岩微量元素特征相似。峨眉山玄武岩以含钛高为特点，TiO2约4%，锰矿层中的粘土岩含TiO2也接近 4%。钛的含量由基性岩到花岗岩，随岩石基性程度降低递减，至超基性岩中钛含量亦减小【18】，含锰岩系中 TiO2的含量异常反映成矿物质应来自基性岩，即峨眉山玄武岩；③各含锰地层剖面中 Mn、V、Mo、P、Cr、Co、Ni、Zn、Ga、Be、Ca等11种元素的含量与玄武岩对应元素的富集特征相同，且二者聚类分析谱系图类似，说明遵义锰矿与玄武岩有着密切的亲缘关系；④锰矿中的含钛矿物组合（榍石、白钛矿、钛铁矿、金红石、锐钛矿等）、硫化物矿物组合（黄铁矿、白铁矿、黄铜矿、含钴镍黄铁矿、闪锌矿等）以及其它矿物组合绿泥石、方解石、磁铁矿、黑云母、磷灰石、锆石、石英等，均与峨眉山玄武岩相似；⑤遵义锰矿石中见有泥晶火山碎屑、凝块石等结构，残余的玄武岩屑、凝灰岩屑已被钙菱锰矿交代。

上述证据表明，遵义二叠系锰矿的成矿物质来源与峨眉山玄武岩关系密切，二者具有同源性。但问题是锰质究竟是大陆峨眉山玄武岩风化产物经搬运在台沟中堆积成矿还是由与峨眉山玄武岩喷发同期、同源的海底火山活动直接供给的？

陶平等认为在多种可能的锰质来源中，以白泥塘层所含锰质遭受风化剥蚀再沉积为主【2】。笔者在分析成矿期背景、成矿环境以及矿层岩石组合和含锰性的基础上，认为遵义二叠系锰矿的成矿物质主要来自海底火山喷发引起的热液（水）喷流沉积，而大陆峨眉山玄武岩风化产物对锰矿成矿的贡献较小。二叠系锰矿的成矿大背景是峨眉地幔热柱的强烈活动，除大陆玄武岩大规模喷溢之外，还引起地壳受热-拉张-变薄而形成一条北东向黔中台沟，台沟内频繁的海底火山喷发使大量富硅、锰的热液流体即沿着台沟断裂运移，在合适的水介质条件下沉淀成岩、成矿。遵义锰矿与同时期的水城、纳雍等地的锰矿点均集中分布在台沟内，证明海底热液喷流为遵义锰矿的沉积提供了物源。大量资料表明，茅口组第二段硅质岩中普遍含锰质，一般地段含锰为 0.15%～0.45%，局部地区地段可达8%～9%，这些含锰硅质岩与锰铁层为连续沉积【7】，同为热水沉积产物。遵义锰矿主矿层下部，矿石具微细纹层构造，中部见有搅动构造，上部具明显角砾状构造，暗示在锰矿形成过程中，具有热流体上涌（或上喷）的特征；特别是，分布在锰矿区四周边缘的硅质角砾岩。更表明在茅口晚期，在东吴运动基性岩浆的喷发和侵位过中曾经发生过热流体的强烈喷发事件【9】。遵义锰矿矿层矿物组合包括锰方解石、含锰方解、石黄铁矿、黄铜矿、蓝铜矿、重晶石、电气石、石膏等热水沉积矿物【9，19】，表明锰矿为热水沉积成因。此外，矿石稀土元素含量低、Ce亏损明显、REE配分模式为右倾以及包裹体测温为 90 275℃等地球化学数据【9，10，19】，对锰矿的热水沉积成因提供了有力证据。

有人根据玄武岩及凝灰岩的岩屑易于受到风化的特点，以及锰矿层中存在较多的绿泥石、水云母和少量蒙脱石等玄武岩风化、海解产物，认为锰质来自大陆玄武岩风化后搬运至台沟中沉积，这种认识是不全面的。首先，锰矿沉积环境为台沟，并非海岸过渡带，距离大陆玄武岩距离较远，陆源玄武岩质碎屑的供给有限。其次，锰矿层中碎屑沉积物大小悬殊、分选性差、外形不规则，不具有长距离搬运的特征。因此，遵义二叠系锰矿的成矿物质主要来自深部，并且以强烈热水（液）喷流形成沉积成矿（图3）。

5 结论

遵义锰矿含矿岩系位于中二叠统茅口组第三段，岩性从下往上为含菱锰矿粘土岩、锰矿层、灰黑色含菱铁矿粘土岩夹层状菱锰矿、白色粘土岩。锰矿体（层）产状与地层产状一致，呈层状、似层状、透镜状产出，矿石以原生锰矿为主，主要由碳酸盐锰矿组成，属低磷、高铁、高硫的酸性矿石。遵义锰矿与峨眉山玄武岩在矿石特征、矿物组合、矿石结构以及元素地球化学特征等方面具有相似性，表明成矿物质与峨眉山玄武岩有关。在成矿期峨眉地幔热柱强烈活动的大背景下，茅口组第三段硅质岩的含锰性、锰矿石的热水沉积标志性结构、构造和矿物组合以及微量元素、包裹体测温等证据表明，遵义二叠系锰矿主要形成于海底火山喷发引起的热液（水）喷流沉积，大陆峨眉山玄武岩风化产物对锰矿成矿的贡献较小。

1 刘巽锋，王庆生，高兴基.贵州锰矿地质[M].贵阳：贵州人民出版社， 1989.1 194

2 陶平，杜昌乾，马荣，等.贵州及邻区二叠系锰矿地质特征及成矿作用探讨[J].贵州地质，2005，22（2）: 103 108

3 韩忠华，潘家州.浅析贵州二叠系锰矿与峨眉山玄武岩之关系[J].贵州地质，2007，24（3）： 197 201

4 程玛莉，魏怀瑞，刘坤，等.贵州二叠系锰矿沉积特征及成矿时代探讨[J].贵州大学学报（自然科学版），2011，28（1）：53 58.

5 Edmond J.M， von Damm K.Hot springs on the ocean floor[J].Sci.Am， 1983，（248）：70 85

6 Elderfiel H， Schltz A.Mid-ocean ridge hydrothermal fluxes and the chemical composition of the ocean[J].Annu Rev Earth Planet Sci，1996，（24）：191 224

7 刘平，廖友常，韩忠华，等.茅口晚期黔中台沟锰矿地质特征及控矿条件[J].贵州地质，2005，22 （1）：31 38

8 杨瑞东，王伟，鲍淼，等.贵州水城-纳雍一带中二叠世茅口组顶部锰矿沉积及矿床成因分析[J].矿物岩石地球化学通报，2007，26（增刊）：409 410

9 刘平，廖友常，殷科华，等.与火山活动有关的热水沉积锰矿——以贵州二叠纪锰矿为例[J].中国地质，2008， 35（5）：992 1006

10 杨瑞东，程玛莉，魏怀瑞，等.贵州水城二叠系茅口组含锰岩系地质地球化学特征与锰矿成因分析[J].大地构造与成矿学，2009，33（4）： 613 619

11 贵州省地质矿产局.贵州省区域地质志[M].北京：地质出版社， 1987

12 宋谢炎，侯增谦，汪云亮，等.峨眉山玄武岩的地幔热柱成因[J].矿物岩石，2002，22 （4）：27 32