贵州松桃新元古代大塘坡期锰矿热水沉积构造特征

何志威，杨瑞东，高军波，程 伟，温官国

(1.贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550025;2.贵州省地质矿产勘查开发局103地质大队，贵州 铜仁 554300)

贵州松桃锰矿区位于铜仁市松桃县，经过多年勘查研究，已成为我国重要的锰矿基地之一。松桃锰矿位于扬子陆块东南缘被动大陆边缘，自晋宁运动后，原本拼接一起的扬子古陆与华夏古陆，由于活动性差异明显及周围板块活动的影响，导致他们之间由碰撞挤压体系转化为离散拉张走滑体系，板块的基底板溪群发生褶皱和断裂，形成一系列NENEE向地堑式的同沉积断裂、断陷盆地及火山活动，为锰矿的沉积提供了良好的场所。笔者运用地质学、矿物学及岩石学的研究方法，系统地总结松桃锰矿的沉积构造特征及其规律，进而分析矿床的成矿环境及成因，为松桃锰矿的进一步研究提供依据。

1 沉积特征

贵州松桃锰矿区矿体受地层控制明显，呈层状、似层状或透镜体状，产于新元古代南华系大塘坡组第1段，矿层中普遍存在层间滑动(图1－J)，与顶、底板界线清楚(图1－L)，呈整合接触关系。含锰岩系主要由炭质页岩、含锰炭质页岩、菱锰矿层及有机质炭质页岩等组成，矿物组成以碳酸锰为主，次为锰白云石、含锰方解石，黄铁矿、石英、长石、粘土矿物及炭质有机质，少量硫酸盐(石膏、重晶石、磷灰石重矿物)等。主要发育有角砾状、网脉、致密块状、条带状、纹层状、破裂、薄膜等构造。

1.1 角砾状构造

角砾状锰矿为松桃锰盆地特有的1种矿石构造类型，角砾磨圆度较差，大小不一，大为3 cm×5 cm，小为1 mm×1 mm，分布不均匀。主要成分为长石或重晶石含量较高的泥质白云岩(图1－B)，长石主要为钠长石，呈大颗粒或片状，偶见聚片双晶，与石英呈聚斑或2者单独呈斑晶产出，长石斑晶的周边参差不齐，呈港湾状或受挤压碎裂，有明显的被溶蚀或交代现象，胶结物主要为重晶石、石膏、锰方解石、菱锰矿、白云石等组成，可见星散状分布的黄铁矿。

1.2 网脉状构造

此类构造在锰矿石中比较常见，主要由方解石、重晶石、石英、黄铁矿和石膏等集合体，交代碳酸锰及炭质粘土或者充填在其裂缝中所形成，脉体大多呈宽窄不一的不规则状、网状，宽度为0.01～5 mm，个别可达8 mm(图1－F)。

1.3 块状构造

矿石致密坚硬(图1－A、D)，菱锰矿与锰方解石常呈致密均匀分布，部分块状矿石表面含大量磷质、碳质结核体，结核径粒约1～10 mm，按结核体的形态来说，有球状、椭球状、透镜状、倒滴水状、云朵状、管状、裂隙状及囊状等不规则形态，石英方解石细脉较少发育(图1－A)。

1.4 条带(纹)构造

松桃锰矿矿体中沉积层理很发育，因产地不同，层理厚度及成分不尽相同。常见有3种:a由菱锰矿组成的粗条带，一般条带厚度为3～10 mm，较为稳定，条带间多为极薄的碎屑岩(图1－G)。显微结构下，菱锰矿与锰方解石定向排列成线状，宽窄不一，与微粒石英加玉髓等互层;b细纹层菱锰矿与炭质粘土岩互层，韵律非常好，炭质粘土中含丰富浸染状黄铁矿或细黄铁矿脉(图1－I)，纹层宽度为0.1～3 mm，一般0.5～2 mm;c局部矿段显示菱锰矿与硅质岩互层(图1－E)或夹硅质岩透镜体(图1－J)，多显示滑动卷曲特征(图1－H)。

1.5 破碎构造和薄膜构造

破碎构造常见于矿层上部，矿石破碎、无层理，棱角发育，并见石英、方解石、石膏等矿物充填于矿石的破裂缝中(图1－C);而部分条带矿石表层分布炭质或锰质薄膜，构成薄膜构造(图1－G)，多为成岩(矿)期同生变形构造。

图1 贵州松桃锰矿沉积构造特征

2 讨论

长期以来，许多学者对于热水沉积岩的沉积特征做了诸多研究，如广西热水成因重晶石矿(岩)构造类型表现为条带状、纹层状、块状等构造［1］，广东古水热水硅质岩表现为条带状、纹层状、块状、角砾状等构造［2］，贵州重晶石矿中条带状、纹层状、块状构造、角砾构造等为热水沉积矿的典型构造［3］。而热水沉积矿床与热水沉积岩具有同一成岩成矿过程及相同沉积特征，尤其是黑色岩系中金属矿产的形成与演化过程中，成岩成矿作用表现为同一过程的特点更为明显［4］。贵州松桃锰矿在沉积特征上与广西热水成因重晶石矿(岩)、广东古水热水硅质岩及贵州热水成因重晶石矿表现出明显的相似之处，贵州松桃锰矿也同属典型热水喷流沉积矿床。

角砾构造、网脉状构造一般出现在锰矿层底部，代表了深部热水流体喷溢的通道［5］，为热水高峰期产物。先期形成的热水沉积岩封存热水喷溢通道，致使热水通道内能量积聚增大，至临界点后，在热水喷溢通道内及附近发生热水液压致裂和热水爆炸作用形成角砾［6］，由于体积较大，难以搬运或经过近距离的搬运，主要堆积在原处或附近，并很快被深部来源的热水矿物充填胶结，形成定向性明显的同生沉积角砾岩［7］。此类具特殊成因意义的角砾岩不仅是识别水下喷流岩极其重要的岩石学标志，同时可直接指示喷流口的所在位置［5］5。深部热水(液)沿着各个裂隙穿插交代充填形成网脉状矿体，这一脉状热液交代充填特征，被视作识别脉状交代充填型喷流岩和指示喷流口所在位置的最重要标志［8］。

块状构造分布于矿层中部，由深部成矿物质快速冷凝而成，成分均匀。由于热水能量逐渐减弱，当不能破碎矿石时，便在矿石底面留下气孔，气孔被后期磷质、锰质或炭质充填，形成各种形态的结核。条带(纹)构造一般分布在矿体中上部，代表热水强度的低能状态，条带状锰矿形成时的热水活动要稍高于条纹状锰矿。条带的韵律显示了热水喷溢沉积的周期性，深部上来的热水(液)物质中锰质丰富时便沉积锰矿，间断期便主要沉积碎屑岩(含黄铁矿炭质粘土岩及硅质岩等)，而硅质岩是现代海底热水喷溢沉积的典型产物。此外，这些条带(纹层)构造特征反映了锰矿形成时物理化学条件及物质组分的差异以及明显的热水沉积特征，他不仅表明条带层理形成过程中具备良好的热水矿物结晶条件，同时也间接证明了海底存在相对封闭、持续稳定、宁静和低洼的沉积环境［5］5。

破碎构造、薄膜构造一般都发育在矿层的上部，初步沉积的热水沉积物因层间小断裂错动或重力作用滑脱或层间软弱层液化滑动而形成，矿层间的滑动往往会导致相应矿石破碎或带有卷曲揉皱及炭质薄膜等特征，破碎矿石没有明显的压扁痕迹，说明压实作用不甚强烈。一般会引起水体轻微动荡，待环境稳定后，便进入正常沉积体系，沉积纹层等层理构造。此为最后锰矿沉积构造，多为含锰炭质页岩，锰质较差，最后变为黑色炭质页岩。

角砾构造、网脉构造、块状构造、条带(纹)构造为典型的热水同生沉积构造，破碎构造、薄膜构造为成岩期同生变形构造。

松桃锰矿层在垂直剖面上具有由角砾构造—网脉—块状—条带—纹层—破碎—纹层(薄膜、揉皱)的变化，存在着明显的矿石构造的垂直分带特征:a下部角砾岩岩筒及细脉、网脉状矿石为深部热水(液)流体通道产物;b中部的条带、纹层等层状矿体为热液与海水混合后的正常海相沉积产物，与上述角砂网脉构造共生便构建为典型的“二元”结构［9］;c上部的破碎构造及薄膜构造为典型的成岩期同生变形构造。这个完整的垂直分带反映了海底热水喷流的强度由强变弱完整的演化过程，代表着1个完整热水沉积旋回的完成。

在水平剖面上，层状、似层状及透镜状锰矿体的边部矿体普遍发生滑(错)动变形，并且条带的宽度较窄、泥质炭质等杂质成分和夹层数量增多，常呈揉皱、滑动破碎及薄膜状。往矿体的中心，条纹构造的宽度逐渐增大成条带状，到岩体的中心部则变为不显层理的块状，反映了热水沉积速率快，正常沉积的杂质物质相对比例较低的特点，总体具有揉皱及薄膜构造纹层—条带—块状—条带—具有揉皱及薄膜构造纹层对称发育的特征，且构成薄—厚—薄的“透镜体”矿体。该构造特征在现代热水沉积岩及矿床中普遍存在，是热水沉积岩(矿)的典型特征，体现了热水流体集中喷溢的特性［10］。

3 成矿方式

贵州松桃锰矿既有典型的海相沉积岩的某些特征，如其分布具有一定的时代性和层位性，矿体呈层状、似层状或透镜状，与周围地层呈整合接触并与其同步揉皱和变形，同时又具有热水沉积岩的标志特征，如沿深大断裂构造分布，具明显的热水沉积角砾状构造、网脉状构造、条带(纹)构造等。这说明在贵州松桃锰矿矿床中存在2类不同的成矿方式，虽都属于热水沉积的整体成矿系统，但是热水沉积进行的不同阶段以不同的方式开展。

热水喷流管道内及喷流口为典型的单一热水喷流成矿方式，热水物质骤然由热水管道内喷流而出时，代表着高浓度与高温高压的封闭物理化学条件向开放物理化学条件转变，热水聚集的高能量突然爆发释放，导致该处矿石都具有典型网脉状及角砾状的热水沉积构造。此外，单一热水喷流成矿方式下形成的沉积物由非常复杂的物质组成，出现铝硅酸盐矿物+硫酸盐矿物+碳酸盐矿物+微量金属硫化物矿物的组合，随着热水能量的逐步释放，热水活动的强度减弱。当内外达到物理化学条件，特别是压力在此消彼长中达到平衡，海底环境由剧烈动荡慢慢宁静下来，块状构造及粗条带状构造便会非常发育，矿物组合也趋于简单化，硫酸盐及硅酸盐等明显减少。最后热水活动进一步减弱甚至消亡时，海水静压力已经超过管道内流体的压力，海水便会下渗与流体混合，混合流体流出通道后应由热水凹陷中心的喷流口向凹陷边缘对流和循环扩散，海底环境恢复宁静，进入正常的沉积体系，此时沉积的矿石以细条带及条纹为主，层理构造非常发育。矿物组合也非常简单，即使有热水硅质岩，也会呈层理顺层沉积。此为热水与海水混合成矿方式。

贵州松桃锰矿热水喷流沉积体系的2套不同的成矿方式(阶段)的转变，导致矿石构造及矿物组合非常复杂，但是仍然具有明显的分带性展布规律:体现出由喷流中心向外作放射性扩散，温度压力由高到低，物质组分及构造由复杂到简单，矿物浓度由大到小及流体体系由封闭到开放等物理化学条件的变化梯度。代表海底喷流作用强—弱的过程。反映了海底热水喷流沉积的沉积特征，同时丰富了海底热水喷流沉积的成矿体系。

4 结论

贵州松桃锰矿为国内罕见的大型锰矿基地之一。系统地分析其沉积构造特征，简单地分析其成矿系统，形成如下结论:

1)矿石中既有代表热水喷流沉积的角砾构造、网脉构造、块状构造，又有反映热水混合沉积的条带(纹)构造等，同时存在成岩期同生变形构造:薄膜构造、破裂构造等。

2)矿石构造在垂直剖面上具有由角砾构造—网脉—块状—条带—纹层—(破碎、薄膜)纹层的变化特征，且典型的“二元”结构，反映了海底热水喷流由强变弱完整的演化过程，代表着1个完整热水沉积旋回的完成。在水平剖面上，具有纹层—条带—块状—条带—纹层对称发育的特征，且构成薄—厚—薄的“透镜体”矿体，体现了热水流体集中喷溢的特性。

3)矿床中存在2类不同的成矿方式:热水喷流单一成矿方式及热水与海水混合沉积方式，他们属于热水沉积这个整体成矿系统，但是热水活动进行的不同阶段以不同的方式开展成矿作用。

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