重庆城口震旦系下统陡山沱组沉积体系研究

2018-03-23冉瑞清张自贤高彩霞黄朝阳李北平顾文帅

中国煤炭地质 2018年1期

冉瑞清，张自贤，高彩霞，黄朝阳，李北平，李建，顾文帅

(1.重庆市地质矿产勘查开发局205地质队，重庆 401147；2.重庆工程职业技术学院，重庆 402260；3.中国矿业大学煤炭资源与安全国家重点实验室及地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

重庆城口县位于长江上游地区、重庆东北部，地处渝川陕三省(市)交界处，城口锰矿区地质构造十分复杂，陡山沱组较薄，厚度不稳定，区域锰矿资源分布不均衡，开采技术条件复杂、地质灾害比较重。前人对重庆城口地区已经做了大量的研究，例如锰矿资源[1-3]、地质构造特征[4-8]、成矿规律[9-11]、地球化学特征[12-14]、沉积环境[15-16]、层序地层[17-22]等。但是就研究区陡山沱组的沉积微相以及层序格架的演化，进而影响锰矿的赋集规律等研究还比较少。本文在露头、岩心等沉积学研究基础上，建立了研究区震旦系下统陡山沱组的沉积模式，研究了锰矿在沉积环境下的赋集规律。

1 区域地质背景

巴山锰矿成矿带位于扬子地台北缘大巴山加里东褶皱带内，东以大巴山断裂与南秦岭加里东褶皱带为邻，西以镇巴大断裂和扬子地台的汉南米仓山地台隆起区相接。由于受多期构造运动的影响，形成城巴凹褶断束。城口地区锰矿床由北西往南东分布有明月、高燕、大渡溪和修齐锰矿床，并组成城口锰矿带。在锰矿带北侧，发育城巴大断裂带，南侧发育乌坪断裂带，两个断裂带不仅控制城口锰矿带分布，同时受二者影响，成矿带中次级别断层及褶皱极其发育，地层倾角变大，部分地层倾向发生倒转，构造十分复杂(图1)。研究区陡山沱组分两段：第一段岩性为黑色砂质页岩与粉砂岩互层，下部砂质成分增多；第二段顶部为锰矿层，锰矿层之下为黑色炭质页岩及黑色泥质页岩(图2)。

图1 重庆城口区域地质图Figure 1 Regional geological map of Chengkou area, Chongqing

图2 重庆城口震旦系下统陡山沱组沉积相与层序地层综合柱状图Figure 2 Lower Sinian Doushantuo Formation sedimentary facies and sequence stratigraphic comprehensive column in Chengkou area, Chongqing

2 城口震旦系下统陡山沱组沉积环境

2.1 陡山沱组岩相类型及其特征

2.1.1 陡山沱组岩相类型

岩石相是综合岩石结构特征和沉积构造特征来反映各微相沉积物形成过程中古水动力能量大小和变化的术语。重庆城口陡山沱组主要由碎屑岩、泥质岩、白云岩和锰质岩组成(图2、图3、图4)，基于钻孔岩心、实测剖面等资料，研究区岩石类型多样，沉积构造、颜色丰富，本研究将所有岩性归纳到7个岩相类型之中，如表1所示。

图3 高燕ZK133-19岩心图版(菱锰矿)Figure 3 Plates of rhodochrosite core from Gaoyan borehole ZK133-19

图4 岩心图版(灰岩、白云岩、页岩)Figure 4 Limestone, dolomite and shale core plates

2.1.2 研究区主要岩相组合

岩相组合是沉积环境变化的主要指示，也是含矿地层预测矿床发育状况变化情况的主要依据，根据该地区钻孔资料分析可将该地区的岩相组合分为以下几种，见表2。

2.2 陡山沱期沉积微相及其特征

重庆城口震旦系下统陡山沱组沉积相，根据研究区岩石类型、结构、构造、古生物组合、指相矿物、地层剖面的纵向序列、地化特征等，并结合单剖面分析以及沉积断面图的研究，按地理位置，结合研究区陡山沱期的沉积特点对该区进行了沉积相划分。根据各种岩相类型及不同沉积类型的沉积特征，在城口陡山沱组中可识别出浅海陆棚沉积相，包括过渡相和滨外陆棚两个微相(图2、图5)。

2.2.1 过渡相

过渡带是指临滨与滨外陆棚之间的过渡地带，位于浪基面一下。其深度变化较大，具体取决于海岸带的能量。过渡带沉积比滨岸相沉积物细，比滨外陆棚沉积物粗，一般为粉砂质砂及泥质粉砂岩沉积；有时因风暴而形成暴砂层，与滨外陆棚相比，砂层厚而数量多。

研究区浅海陆棚过渡相主要为陡山沱组第一段下部(图2)，岩性为黄灰色、深灰色薄至中厚层状粉砂岩、炭质页岩夹薄层粉砂岩，无菱锰矿赋集。

表2 研究区主要岩相组合及其含锰矿性

图5 研究区陡山沱组沉积环境示意图Figure 5 A schematic diagram of Doushantuo Formation sedimentary environment in study area

2.2.2 滨外陆棚

滨外陆棚位于过渡带外侧至大陆破内边缘的浅海区，也常称为“陆架”或“陆棚”。古代滨外陆棚沉积主要为黏土岩、粉砂岩、细砂岩，砾岩较少，并有大量化学岩及生物化学岩，如碳酸盐岩，部分铁、锰、磷沉积岩等。碎屑矿物成分成熟度和结构成熟度高，不稳定成分少，磨圆度及分选较好，但比滨岸相稍差，填隙物多为化学胶结物。海绿石、鲕绿泥石、胶磷矿是常见的自生矿物。黏土岩可含有砂质、铝质、海绿石质、硅质、灰质、沥青质、黄铁矿等。

研究区滨外陆棚相主要位于陡山沱组第二段(图2)，岩性主要为深灰色隐晶质菱锰矿夹炭质页岩与黑色炭质页岩、灰色薄层状含锰白云岩，且鲕状、球状、条带状菱锰矿赋集。

3 陡山沱组沉积环境演化

中元古代在结晶基底上，发育广泛强烈的扩张裂谷与小洋盆并存，同时伴有大量幔源物质加入本区地壳。南华纪，受澄江运动的影响，整个扬子地台整体抬升，扬子地台北缘的南秦岭海受城口—房县同沉积断裂控制，形成北深南浅的海盆，同时，大量海底火山喷发物质，为早震旦世陡山沱期含锰建造奠定基础。由于全球气候变冷，区域冰雪覆盖严重，近海地带以冰川泥石流形成于城巴断裂南北两侧分别形成了南华系上统明月组冰碛层及南沱组冰水冰筏沉积。

至南华纪末期，继续受澄江运动影响，扬子地台大面积上升，结束了区域沉积历史而遭受广泛剥蚀，重庆城口地区形成了南华系上统明月组与震旦系下统观音崖组之间的平行不整合接触。

早震旦世，气候变暖，冰川融化，全球海平面上升，首次发生了大规模的海侵，沉积了一套观音崖组，岩性主要为紫红色薄层粉砂岩、粉砂质泥岩、泥晶灰岩。之后陡山沱期发生了四次大规模的海侵，沉积了陡山沱组浅海陆棚过渡相以及滨外陆棚两个微相。过渡相岩性主要为黄灰色、深灰色薄至中厚层状粉砂岩、炭质页岩夹薄层粉砂岩，无菱锰矿赋集。滨外陆棚相岩性主要为深灰色隐晶质菱锰矿夹炭质页岩与黑色炭质页岩、灰色薄层状含锰白云岩，且鲕状、球状、条带状菱锰矿赋集(图6)。