南華裂谷武陵次級(jí)裂谷西段Ⅳ級(jí)地塹大塘坡組地層特征對(duì)比與錳礦成礦預(yù)測(cè)

謝小峰，袁良軍，潘 文，楊炳南，劉 健，姚希財(cái)，楊俊華

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局103地質(zhì)大隊(duì)，貴州 銅仁 554300；3.自然資源部基巖區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工程技術(shù)創(chuàng)新中心，貴州 貴陽 550004)

黔東錳礦礦集區(qū)既是是中國(guó)錳礦資源最豐富的地區(qū)，也是世界級(jí)的錳礦資源富集區(qū)之一。根據(jù)周琦等(2016；2017；2018)劃分，它位于南華裂谷武陵次級(jí)裂谷(Ⅱ級(jí))，即武陵山巨型錳礦成礦帶中。具體受武陵次級(jí)裂谷(Ⅱ級(jí))中石阡-松桃-古丈Ⅲ級(jí)地塹盆地西段中的黑水溪-楊家灣、李家灣-高地-道坨、大屋、大塘坡和寨英-西溪堡等系列Ⅳ級(jí)地塹盆地的控制。同時(shí)，提出了南華紀(jì)“大塘坡式”錳礦床是一種新的錳礦床類型——含烴氣液噴溢沉積型錳礦床(亦稱“古天然氣滲漏沉積型錳礦床”)，并建立了該類型錳礦床裂谷盆地噴溢沉積成礦系統(tǒng)模式和找礦預(yù)測(cè)模型，具體指導(dǎo)黔東錳礦礦集區(qū)新發(fā)現(xiàn)四個(gè)世界級(jí)隱伏超大型錳礦床，實(shí)現(xiàn)我國(guó)錳礦找礦歷史性突破(李建威等，2019)。

據(jù)周琦等(2013；2016；2017；2019)研究，華南南華紀(jì)含烴氣液噴溢沉積型錳礦床是在Rodinia超大陸裂解背景下，發(fā)生錳礦大規(guī)模成礦作用的一次事件沉積。南華裂谷盆地(I級(jí))分別由武陵、雪峰次級(jí)裂谷盆地和其間的天柱-懷化地壘三個(gè)Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元構(gòu)成。武陵次級(jí)裂谷盆地中進(jìn)一步可劃分出2個(gè)Ⅲ級(jí)地塹盆地，1個(gè)Ⅲ級(jí)地壘和多個(gè)Ⅳ級(jí)地塹盆地(圖1)，黔東錳礦礦集區(qū)主要位于其中的石阡-松桃-古丈Ⅲ級(jí)地塹盆地的西段。錳礦床則分布在Ⅲ級(jí)地塹盆地中的Ⅳ級(jí)地塹盆地中心，地壘區(qū)域則無錳礦體分布。因此，Ⅳ級(jí)地塹盆地是該類型錳礦床的關(guān)鍵地質(zhì)找礦標(biāo)志之一。本文就黔東松桃地區(qū)石阡-松桃-古丈地塹盆地(Ⅲ級(jí))中主要幾個(gè)Ⅳ級(jí)地塹盆地大塘坡組地層特征進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比，探討各Ⅳ級(jí)地塹盆地大塘坡組地層的異同，進(jìn)一步細(xì)化該類型隱伏錳礦找礦預(yù)測(cè)模型，指導(dǎo)該類型隱伏錳礦床的找礦預(yù)測(cè)工作。

圖1 黔東及毗鄰區(qū)南華紀(jì)早期武陵次級(jí)裂谷盆地結(jié)構(gòu)與構(gòu)造古地理圖(據(jù)周琦等，2016修改)

Fig.1 Structural and tectonic paleogeographic sketch of the Early Nanhua period Wulin secondary rift basin in the Eastern Guizhou and its border area

1—控制Ⅲ級(jí)地塹盆地和地壘的同沉積斷層；2—控制Ⅳ級(jí)地塹盆地和地壘的同沉積斷層；3—同沉積斷層編號(hào)；4—Ⅳ級(jí)地塹盆地及所控制的錳礦床名稱；5—Ⅲ級(jí)地塹盆地；6—Ⅲ級(jí)隆起；7—研究區(qū)大地構(gòu)造位置；8—區(qū)域性斷裂及地塊邊界；9—Ⅰ級(jí)裂谷盆地邊界

1 主要Ⅳ級(jí)地塹盆地

黔東松桃地區(qū)石阡-松桃-古丈地塹盆地(Ⅲ級(jí))中較典型的Ⅳ級(jí)地塹盆地主要有5個(gè)，分別為黑水溪-楊家灣地塹盆地、李家灣-高地-道坨地塹盆地、大屋地塹盆地、大塘坡地塹盆地、寨英-西溪堡地塹盆地。每個(gè)Ⅳ級(jí)成錳地塹盆地包含有數(shù)個(gè)錳礦床(表1)。

表1 研究區(qū)Ⅳ級(jí)地塹盆地劃分表

2 大塘坡組地層巖石學(xué)特征對(duì)比

通過收集整理研究區(qū)地質(zhì)勘查及科研成果資料(謝小峰等，2014；安正澤等，2014；張遂等，2018；謝興友等，2018；張平壹等，2018；袁良軍等，2019)，總結(jié)出各Ⅳ級(jí)地塹盆地中大塘坡組地層巖石學(xué)特征(見表2)。本區(qū)南華系大塘坡組(Nh2d)地層劃分為兩大段，即大塘坡組第二段(Nh2d2)及大塘坡組第一段(含錳巖系)(Nh2d1)。

2.1 大塘坡組二段

本區(qū)各Ⅳ級(jí)盆地大塘坡組地層巖石學(xué)特征基本類似，其中大塘坡組第二段巖性主要為灰、深灰色薄-中層粉砂質(zhì)頁巖或灰色粘土巖及兩者的互層，底部為炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)粘土巖，越往深部，炭質(zhì)成分增加，巖石顏色逐漸變深。

2.2 大塘坡組一段(含錳巖系)

大塘坡組第一段巖性主要為黑色炭質(zhì)頁巖，黃鐵礦普遍發(fā)育，呈星點(diǎn)狀、條帶狀分布，底部一般為塊狀、條帶狀菱錳礦。所不同的是，在大塘坡、李家灣-高地-道坨及黑水溪-楊家灣成錳地塹盆地中的鐵礦坪、高地、楊家灣等礦床中可見氣泡狀菱錳礦。

表2 大塘坡組地層巖石學(xué)特征對(duì)比表

3 大塘坡組地層厚度特征對(duì)比

通過收集整理統(tǒng)計(jì)研究區(qū)各Ⅳ級(jí)地塹盆地錳礦床大塘坡組地層厚度，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3，從表3中可以看出，不同Ⅳ級(jí)地塹盆地整個(gè)大塘坡組地層厚度差別較大，厚度最小的為黑水溪-楊家灣地塹盆地，平均為181.59 m，最厚的為寨英-西溪堡地塹盆地，平均為457.18 m。其他盆地一般厚度介于200～250 m之間。

3.1 大塘坡組二段

從表3中可以看出，本區(qū)不同Ⅳ級(jí)地塹盆地大塘坡組第二段地層厚度差別較大，黑水溪-楊家灣地塹盆地相對(duì)較薄，平均為131.14 m，寨英-西溪堡地塹盆地最厚，平均為408.75 m，李家灣-高地-道坨和大塘坡地塹盆地厚度差不多，平均分別為216.37 m和221.92 m。

3.2 大塘坡組一段(含錳巖系)

從表3中可以看出，不同Ⅳ級(jí)地塹盆地大塘坡組第一段地層厚度有一定差別，但是沒有第二段大，大屋和大塘坡地塹盆地平均厚度接近且相對(duì)薄一點(diǎn)，分別為20.30 m和18.52 m，而李家灣-高地-道坨、寨英-西溪堡及黑水溪-楊家灣地塹盆地平均厚度接近且相對(duì)厚一點(diǎn)，分別為32.27 m、37.02 m及39.78 m。

表3 大塘坡組地層厚度對(duì)比表

4 礦石品位及礦體厚度特征對(duì)比

黔東松桃地區(qū)南華紀(jì)“大塘坡式”錳礦體主要賦存于各Ⅳ級(jí)地塹盆地大塘坡組第一段(含錳巖系)底部，本次收集整理統(tǒng)計(jì)研究區(qū)各Ⅳ級(jí)地塹盆地錳礦床礦石品位、礦體厚度數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4，從表4中可以看出，大塘坡地塹盆地錳礦石平均品位最高，為19.52%，黑水溪-楊家灣地塹盆地最低，為14.13%；李家灣-高地-道坨地塹盆地礦體厚度平均值最大，為3.85 m，大屋地塹盆地礦體厚度平均值最小，為1.34 m。

表4 錳礦品位及礦體厚度對(duì)比表

5 礦石相特征對(duì)比及錳礦成礦預(yù)測(cè)

在Ⅳ級(jí)地塹盆地中，以噴溢口(一般為狹長(zhǎng)帶狀)為中心向外，依次可明顯地劃分出中心相、過渡相和邊緣相三個(gè)含烴氣液噴溢成礦的特征相帶，而在成礦過程中形成的中心相、過渡相和邊緣相是隱伏錳礦體的空間定位與找礦預(yù)測(cè)的關(guān)鍵標(biāo)志(周琦等，2013)。

5.1 黑水溪-楊家灣地塹盆地

黑水溪-楊家灣地塹盆地出露完整，盆地中心走向?yàn)楸睎|65°～70°左右，盆地展布長(zhǎng)大于10 km，北東延伸至重慶市境內(nèi)，盆地寬2.5～3 km。垂直盆地走向方向的剖面形態(tài)，表現(xiàn)為一北西緩、南東陡的Ⅳ級(jí)地塹盆地(謝興友等，2018)。出現(xiàn)有完整的中心相、過渡相及邊緣相。

中心相：位于楊家灣錳礦床ZK402至ZK203一線為中心，呈長(zhǎng)軸方向北東65°～70°橢圓狀分布，長(zhǎng)約1 100 m，寬約500 m。其主要特征為含錳巖系下部菱錳礦體中出現(xiàn)氣泡狀菱錳礦石和噴溢成礦過程中產(chǎn)生的系列軟沉積變形紋理、滲漏管構(gòu)造等，一般錳礦石品位高，礦體厚度大，主要為氣泡狀、塊狀和少量條帶狀菱錳礦。

過渡相：以圍繞中心相呈環(huán)帶狀分布為特征，主要以塊狀菱錳礦石及條帶狀菱錳礦石為特征，發(fā)育2-3層菱錳礦體，錳礦體品位較中心相低，含錳巖系厚度也較中心相區(qū)有所減薄。

邊緣相：以圍繞過渡相呈環(huán)帶狀分布為特征，主要為條帶狀錳礦石和與炭質(zhì)頁巖互層為特征，錳礦體品位又較過渡相低。含錳巖系厚度較過渡相區(qū)明顯減薄，越靠近地塹盆地邊緣，菱錳礦體厚度越來越薄，直至尖滅。

該盆地目前已查明錳資源儲(chǔ)量2 000余萬t，盆地北東端延入重慶市境內(nèi)，南西端仍在向石梁南部延伸，勘查程度較低，成礦條件有利，找礦資源潛力大，預(yù)測(cè)資源量超過5 000萬t。

5.2 李家灣-高地-道坨地塹盆地

李家灣-高地-道坨地塹盆地出露完整，盆地中心走向大致為北東65°～70°左右，盆地展布長(zhǎng)大于35 km，盆地寬3～5 km。在平面上呈現(xiàn)中部寬緩向北西凸出、兩端向南東逐漸收斂，形成 “新月形”的地塹盆地，在橫向剖面上顯示出南東陡、北西寬緩的“箕狀”地塹盆地(袁良軍等，2019)。盆地出現(xiàn)有完整的中心相、過渡相及邊緣相。

中心相：大致以李家灣錳礦床ZK107孔至高地錳礦床ZK2715孔一線為中心，其長(zhǎng)軸方向?yàn)楸睎|65°～70°。主要特征是含錳巖系下部菱錳礦體中均出現(xiàn)被瀝青充填的氣泡狀菱錳礦石和噴溢成礦過程中產(chǎn)生的系列軟沉積變形紋理、底劈構(gòu)造等，一般分布有多層菱錳礦體，錳礦體平均品位最高，出現(xiàn)一層或多層凝灰質(zhì)粘土巖等，主要分布在道坨-高地-毛塘-李家灣一帶，呈長(zhǎng)橢圓狀分布，其南西側(cè)目前尚未控制圈邊，已控制的該相帶寬1.2～1.8 km，長(zhǎng)大于5 km。

過渡相：以圍繞中心相呈環(huán)帶狀分布為特征，主要以塊狀菱錳礦石及部分條帶狀菱錳礦石為特征，發(fā)育2-3層菱錳礦體，錳礦體品位較中心相低，含錳巖系厚度也較中心相區(qū)有所減薄。主要分布在鍋廠、關(guān)口坳、烏羅鎮(zhèn)、紅巖、耿溪、乜江及楊立掌、毛塘、大路等一帶大致限定的區(qū)域，該相帶單側(cè)寬150～1 500 m，長(zhǎng)大于20 km。

邊緣相：以圍繞過渡相呈環(huán)帶狀分布為特征。主要為條帶狀錳礦石和與炭質(zhì)頁巖互層，錳礦體品位又較過渡相低，含錳巖系厚度較過渡相區(qū)明顯減薄。越靠近地塹盆地邊緣，菱錳礦體厚度越來越薄，直至尖滅，在高地錳礦床邊緣相的北西、南西側(cè)的邊界尚未完全控制。

該地塹盆地兩端閉合位置目前還未控制，高地錳礦床位于其中部，李家灣錳礦床及楊立掌錳礦床、道坨錳礦床及大路錳礦床分屬其南西段、北東段，高地錳礦床北側(cè)、李家灣錳礦床北側(cè)和鍋廠-李家灣地區(qū)及道坨及大路錳礦床北東側(cè)均是錳礦找礦十分有利的區(qū)域，成礦地質(zhì)條件好、資源潛力較大。該地塹盆地除目前已查明錳資源量3.4億t，預(yù)測(cè)至少還有2億t的找礦潛力。

5.3 大屋地塹盆地

大屋地塹盆地出露不完整，僅殘存出露盆地北西部分，盆地的中心相及西南緣已被剝蝕。盆地中心走向大致為北東70°左右，推測(cè)盆地展布長(zhǎng)大于14 km，盆地寬約4 km(張平壹等，2018)。

中心相：大屋錳礦含錳巖系內(nèi)無凝灰?guī)r層、礦體單一較薄呈條帶狀構(gòu)造。從兩界河組、含錳巖系、錳礦體厚度遞增規(guī)律尚未達(dá)到峰值，因此大屋錳礦的中心相可能在較南東的齊公坡一帶的長(zhǎng)3.2 km、寬600 m的區(qū)域，但已被風(fēng)化剝蝕。

過渡相：為盆地中兩界河組、含錳巖系、礦體厚度由邊緣相向中心相峰值遞增區(qū)域。北西以大坳、大屋為界，南東以柳樹塘、竹溝為邊長(zhǎng)大于14 km、寬1.5～2.6 km。礦層單一，礦體厚度較中心變薄且呈條帶狀，無凝灰?guī)r層產(chǎn)出，錳礦品位介于15%～18%。

邊緣相：為盆地過渡相帶與兩側(cè)黑色頁巖相帶間的狹長(zhǎng)地帶(長(zhǎng)大于14 km)，短軸方向范圍極窄距過渡相約500 m。邊緣相礦體主要為層紋條帶狀、品位低于15%，厚度較薄，含錳巖系、底板兩界河組厚度均變化至最低。

該地塹盆地的中心相及西南緣已被剝蝕，除目前已查明錳資源量1 200余萬t，預(yù)測(cè)還有300～500萬t的找礦潛力。

5.4 大塘坡地塹盆地

大塘坡地塹盆地出露不完整，大部分已被剝蝕，僅剩盆地北西側(cè)殘端，噴溢中心的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征出露于地表。盆地中心走向大致為北東65°～70°左右，推測(cè)盆地展布長(zhǎng)大于20 km，盆地寬約3～5 km。

中心相：主要分布在大塘坡錳礦床內(nèi)鐵礦坪、吊水洞、中山等地，其長(zhǎng)軸方向?yàn)楸睎|65°～70°。主要特征是發(fā)育一系列典型的含烴氣液噴溢沉積構(gòu)造，如被瀝青充填的氣泡狀構(gòu)造、底辟構(gòu)造、滲漏管構(gòu)造、泥火山構(gòu)造和軟沉積變形紋理等。錳礦體平均品位最高、平均厚度最大。

過渡相：僅出露北西段，大部分已被剝蝕。同樣以圍繞中心相呈環(huán)帶狀分布為特征，主要以塊狀菱錳礦石及部分條帶狀菱錳礦石為特征，發(fā)育多層菱錳礦體，錳礦體品位較中心相低，含錳巖系厚度也較中心相區(qū)有所減薄。

邊緣相：僅出露北西段，大部分已被剝蝕。以圍繞過渡相呈環(huán)帶狀分布為特征，主要為條帶狀錳礦石和與炭質(zhì)頁巖互層，錳礦體品位又較過渡相低，含錳巖系厚度較過渡相區(qū)明顯減薄。越靠近地塹盆地邊緣，菱錳礦體厚度越來越薄，直至尖滅。

該地塹盆地大部分已被剝蝕，在北東端松桃鄧堡一帶已基本圈邊，南西端已剝蝕殆盡，殘留的大塘坡錳礦區(qū)范圍內(nèi)勘查程度高，目前已查明資源儲(chǔ)量1 000余萬t，找礦資源潛力不大。

5.5 寨英-西溪堡地塹盆地

寨英-西溪堡地塹盆地出露完整，盆地中心走向大致為北東65°～70°左右，盆地展布長(zhǎng)大于30 km，盆地寬5～8 km。該盆地在平面上呈現(xiàn)北東部寬緩，南西部相對(duì)狹窄，盆地出露有完整的中心相、過渡相及邊緣相(張遂等，2018)。

中心相：該盆地存在兩個(gè)噴溢中心，分別位于ZK1012、ZK1010、ZK414、ZK614、ZK1208和ZK5011、ZK4409一帶，以前者為主。長(zhǎng)度大于2 000 m，寬度1 000～1 500 m。主要特征是普遍見有噴溢沉積構(gòu)造和軟沉積變形紋理，見較多的草莓狀黃鐵礦，δ34S出現(xiàn)異常高的正值，ZK1010孔中黃鐵礦的δ34S最高可達(dá)66.66‰，大于60‰，錳礦體夾有凝灰?guī)r透鏡體，以塊狀錳礦石為主，礦石品位最高，一般大于20%，礦體厚度和含錳巖系厚度最大。

過渡相：是盆地的主體，其主要特征是在錳礦體上下及礦體中，以水平層理為主，可見較多的草莓狀黃鐵礦，δ34S出現(xiàn)也出現(xiàn)異常高的正值，但明顯較中心相有所降低，一般為55‰～60‰，錳礦體中一般不含碳玻屑晶屑凝灰?guī)r透鏡體，主要為一層礦體，以條帶狀錳礦石為主，塊狀錳礦石次之。礦石錳品位中等，一般15%～17%，錳礦體厚度與含錳巖系較中心相區(qū)減小。

邊緣相：分布寬度較窄，其主要特征有：錳礦體中及上下含錳巖系中，為水平層理，草莓狀黃鐵礦明顯減少，δ34S高正的值迅速降低，為40‰～55‰，主要為條帶狀錳礦石，并夾多層炭質(zhì)頁巖。錳礦石品位較低，一般12%～16%，錳礦體厚度與含錳巖系厚度均較小。

該地塹盆地往北西、北東和南西方向均未完全控制，錳礦找礦潛力巨大。該地塹盆地除目前已查明錳資源量3億t，預(yù)測(cè)至少還有2億t的找礦潛力。

6 結(jié)論

通過對(duì)黔東松桃地區(qū)各Ⅳ級(jí)地塹盆地大塘坡組地層特征進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比研究后，總結(jié)出如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)不同Ⅳ級(jí)地塹盆地大塘坡組巖石特征基本類似，大塘坡組第二段巖性主要為灰-深灰色薄-中層粉砂質(zhì)頁巖或灰色粘土巖及兩者的互層，底部為炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)粘土巖，越往深部，炭質(zhì)成分增加，巖石顏色逐漸變深；大塘坡組第一段巖性主要為黑色炭質(zhì)頁巖，部分夾凝灰?guī)r及白云巖透鏡體，同時(shí)產(chǎn)于大塘坡組一段中的錳礦石類型有所不一樣。

(2)不同Ⅳ級(jí)地塹盆地大塘坡組地層厚度不一樣，前人研究大塘坡組不同組段厚度與錳礦有著正相關(guān)關(guān)系，該認(rèn)識(shí)應(yīng)該要限定在同一Ⅳ級(jí)成錳地塹盆地內(nèi)才成立。大塘坡組地層厚度在寨英-西溪堡地塹盆地最厚，其次為李家灣-高地-道坨及大塘坡地塹盆地。

(3)不同Ⅳ級(jí)地塹盆地大塘坡組地層中錳礦石品位及厚度不一樣，大塘坡地塹盆地錳礦石平均品位最高，為19.52%，黑水溪-楊家灣地塹盆地最低，為14.13%；李家灣-高地-道坨地塹盆地礦體厚度平均值最大，為3.85 m，大屋地塹盆地礦體厚度平均值最小，為1.34 m。

(4)通過對(duì)各Ⅳ級(jí)地塹盆地礦相(中心相、過渡相、邊緣相)特征總結(jié)及對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)寨英-西溪堡、李家灣-高地-道坨地塹盆地最完整，其次為黑水溪-楊家灣地塹盆地，其找礦潛力最大，為今后錳礦找礦工作的重點(diǎn)地區(qū)。