貴州松桃新元古代大塘坡期錳礦熱水沉積構造特征

何志威，楊瑞東，高軍波，程 偉，溫官國

(1.貴州大學資源與環境工程學院，貴州 貴陽 550025;2.貴州省地質礦產勘查開發局103地質大隊，貴州 銅仁 554300)

貴州松桃錳礦區位于銅仁市松桃縣，經過多年勘查研究，已成為我國重要的錳礦基地之一。松桃錳礦位于揚子陸塊東南緣被動大陸邊緣，自晉寧運動后，原本拼接一起的揚子古陸與華夏古陸，由于活動性差異明顯及周圍板塊活動的影響，導致他們之間由碰撞擠壓體系轉化為離散拉張走滑體系，板塊的基底板溪群發生褶皺和斷裂，形成一系列NENEE向地塹式的同沉積斷裂、斷陷盆地及火山活動，為錳礦的沉積提供了良好的場所。筆者運用地質學、礦物學及巖石學的研究方法，系統地總結松桃錳礦的沉積構造特征及其規律，進而分析礦床的成礦環境及成因，為松桃錳礦的進一步研究提供依據。

1 沉積特征

貴州松桃錳礦區礦體受地層控制明顯，呈層狀、似層狀或透鏡體狀，產于新元古代南華系大塘坡組第1段，礦層中普遍存在層間滑動(圖1－J)，與頂、底板界線清楚(圖1－L)，呈整合接觸關系。含錳巖系主要由炭質頁巖、含錳炭質頁巖、菱錳礦層及有機質炭質頁巖等組成，礦物組成以碳酸錳為主，次為錳白云石、含錳方解石，黃鐵礦、石英、長石、粘土礦物及炭質有機質，少量硫酸鹽(石膏、重晶石、磷灰石重礦物)等。主要發育有角礫狀、網脈、致密塊狀、條帶狀、紋層狀、破裂、薄膜等構造。

1.1 角礫狀構造

角礫狀錳礦為松桃錳盆地特有的1種礦石構造類型，角礫磨圓度較差，大小不一，大為3 cm×5 cm，小為1 mm×1 mm，分布不均勻。主要成分為長石或重晶石含量較高的泥質白云巖(圖1－B)，長石主要為鈉長石，呈大顆粒或片狀，偶見聚片雙晶，與石英呈聚斑或2者單獨呈斑晶產出，長石斑晶的周邊參差不齊，呈港灣狀或受擠壓碎裂，有明顯的被溶蝕或交代現象，膠結物主要為重晶石、石膏、錳方解石、菱錳礦、白云石等組成，可見星散狀分布的黃鐵礦。

1.2 網脈狀構造

此類構造在錳礦石中比較常見，主要由方解石、重晶石、石英、黃鐵礦和石膏等集合體，交代碳酸錳及炭質粘土或者充填在其裂縫中所形成，脈體大多呈寬窄不一的不規則狀、網狀，寬度為0.01～5 mm，個別可達8 mm(圖1－F)。

1.3 塊狀構造

礦石致密堅硬(圖1－A、D)，菱錳礦與錳方解石常呈致密均勻分布，部分塊狀礦石表面含大量磷質、碳質結核體，結核徑粒約1～10 mm，按結核體的形態來說，有球狀、橢球狀、透鏡狀、倒滴水狀、云朵狀、管狀、裂隙狀及囊狀等不規則形態，石英方解石細脈較少發育(圖1－A)。

1.4 條帶(紋)構造

松桃錳礦礦體中沉積層理很發育，因產地不同，層理厚度及成分不盡相同。常見有3種:a由菱錳礦組成的粗條帶，一般條帶厚度為3～10 mm，較為穩定，條帶間多為極薄的碎屑巖(圖1－G)。顯微結構下，菱錳礦與錳方解石定向排列成線狀，寬窄不一，與微粒石英加玉髓等互層;b細紋層菱錳礦與炭質粘土巖互層，韻律非常好，炭質粘土中含豐富浸染狀黃鐵礦或細黃鐵礦脈(圖1－I)，紋層寬度為0.1～3 mm，一般0.5～2 mm;c局部礦段顯示菱錳礦與硅質巖互層(圖1－E)或夾硅質巖透鏡體(圖1－J)，多顯示滑動卷曲特征(圖1－H)。

1.5 破碎構造和薄膜構造

破碎構造常見于礦層上部，礦石破碎、無層理，棱角發育，并見石英、方解石、石膏等礦物充填于礦石的破裂縫中(圖1－C);而部分條帶礦石表層分布炭質或錳質薄膜，構成薄膜構造(圖1－G)，多為成巖(礦)期同生變形構造。

圖1 貴州松桃錳礦沉積構造特征

2 討論

長期以來，許多學者對于熱水沉積巖的沉積特征做了諸多研究，如廣西熱水成因重晶石礦(巖)構造類型表現為條帶狀、紋層狀、塊狀等構造［1］，廣東古水熱水硅質巖表現為條帶狀、紋層狀、塊狀、角礫狀等構造［2］，貴州重晶石礦中條帶狀、紋層狀、塊狀構造、角礫構造等為熱水沉積礦的典型構造［3］。而熱水沉積礦床與熱水沉積巖具有同一成巖成礦過程及相同沉積特征，尤其是黑色巖系中金屬礦產的形成與演化過程中，成巖成礦作用表現為同一過程的特點更為明顯［4］。貴州松桃錳礦在沉積特征上與廣西熱水成因重晶石礦(巖)、廣東古水熱水硅質巖及貴州熱水成因重晶石礦表現出明顯的相似之處，貴州松桃錳礦也同屬典型熱水噴流沉積礦床。

角礫構造、網脈狀構造一般出現在錳礦層底部，代表了深部熱水流體噴溢的通道［5］，為熱水高峰期產物。先期形成的熱水沉積巖封存熱水噴溢通道，致使熱水通道內能量積聚增大，至臨界點后，在熱水噴溢通道內及附近發生熱水液壓致裂和熱水爆炸作用形成角礫［6］，由于體積較大，難以搬運或經過近距離的搬運，主要堆積在原處或附近，并很快被深部來源的熱水礦物充填膠結，形成定向性明顯的同生沉積角礫巖［7］。此類具特殊成因意義的角礫巖不僅是識別水下噴流巖極其重要的巖石學標志，同時可直接指示噴流口的所在位置［5］5。深部熱水(液)沿著各個裂隙穿插交代充填形成網脈狀礦體，這一脈狀熱液交代充填特征，被視作識別脈狀交代充填型噴流巖和指示噴流口所在位置的最重要標志［8］。

塊狀構造分布于礦層中部，由深部成礦物質快速冷凝而成，成分均勻。由于熱水能量逐漸減弱，當不能破碎礦石時，便在礦石底面留下氣孔，氣孔被后期磷質、錳質或炭質充填，形成各種形態的結核。條帶(紋)構造一般分布在礦體中上部，代表熱水強度的低能狀態，條帶狀錳礦形成時的熱水活動要稍高于條紋狀錳礦。條帶的韻律顯示了熱水噴溢沉積的周期性，深部上來的熱水(液)物質中錳質豐富時便沉積錳礦，間斷期便主要沉積碎屑巖(含黃鐵礦炭質粘土巖及硅質巖等)，而硅質巖是現代海底熱水噴溢沉積的典型產物。此外，這些條帶(紋層)構造特征反映了錳礦形成時物理化學條件及物質組分的差異以及明顯的熱水沉積特征，他不僅表明條帶層理形成過程中具備良好的熱水礦物結晶條件，同時也間接證明了海底存在相對封閉、持續穩定、寧靜和低洼的沉積環境［5］5。

破碎構造、薄膜構造一般都發育在礦層的上部，初步沉積的熱水沉積物因層間小斷裂錯動或重力作用滑脫或層間軟弱層液化滑動而形成，礦層間的滑動往往會導致相應礦石破碎或帶有卷曲揉皺及炭質薄膜等特征，破碎礦石沒有明顯的壓扁痕跡，說明壓實作用不甚強烈。一般會引起水體輕微動蕩，待環境穩定后，便進入正常沉積體系，沉積紋層等層理構造。此為最后錳礦沉積構造，多為含錳炭質頁巖，錳質較差，最后變為黑色炭質頁巖。

角礫構造、網脈構造、塊狀構造、條帶(紋)構造為典型的熱水同生沉積構造，破碎構造、薄膜構造為成巖期同生變形構造。

松桃錳礦層在垂直剖面上具有由角礫構造—網脈—塊狀—條帶—紋層—破碎—紋層(薄膜、揉皺)的變化，存在著明顯的礦石構造的垂直分帶特征:a下部角礫巖巖筒及細脈、網脈狀礦石為深部熱水(液)流體通道產物;b中部的條帶、紋層等層狀礦體為熱液與海水混合后的正常海相沉積產物，與上述角砂網脈構造共生便構建為典型的“二元”結構［9］;c上部的破碎構造及薄膜構造為典型的成巖期同生變形構造。這個完整的垂直分帶反映了海底熱水噴流的強度由強變弱完整的演化過程，代表著1個完整熱水沉積旋回的完成。

在水平剖面上，層狀、似層狀及透鏡狀錳礦體的邊部礦體普遍發生滑(錯)動變形，并且條帶的寬度較窄、泥質炭質等雜質成分和夾層數量增多，常呈揉皺、滑動破碎及薄膜狀。往礦體的中心，條紋構造的寬度逐漸增大成條帶狀，到巖體的中心部則變為不顯層理的塊狀，反映了熱水沉積速率快，正常沉積的雜質物質相對比例較低的特點，總體具有揉皺及薄膜構造紋層—條帶—塊狀—條帶—具有揉皺及薄膜構造紋層對稱發育的特征，且構成薄—厚—薄的“透鏡體”礦體。該構造特征在現代熱水沉積巖及礦床中普遍存在，是熱水沉積巖(礦)的典型特征，體現了熱水流體集中噴溢的特性［10］。

3 成礦方式

貴州松桃錳礦既有典型的海相沉積巖的某些特征，如其分布具有一定的時代性和層位性，礦體呈層狀、似層狀或透鏡狀，與周圍地層呈整合接觸并與其同步揉皺和變形，同時又具有熱水沉積巖的標志特征，如沿深大斷裂構造分布，具明顯的熱水沉積角礫狀構造、網脈狀構造、條帶(紋)構造等。這說明在貴州松桃錳礦礦床中存在2類不同的成礦方式，雖都屬于熱水沉積的整體成礦系統，但是熱水沉積進行的不同階段以不同的方式開展。

熱水噴流管道內及噴流口為典型的單一熱水噴流成礦方式，熱水物質驟然由熱水管道內噴流而出時，代表著高濃度與高溫高壓的封閉物理化學條件向開放物理化學條件轉變，熱水聚集的高能量突然爆發釋放，導致該處礦石都具有典型網脈狀及角礫狀的熱水沉積構造。此外，單一熱水噴流成礦方式下形成的沉積物由非常復雜的物質組成，出現鋁硅酸鹽礦物+硫酸鹽礦物+碳酸鹽礦物+微量金屬硫化物礦物的組合，隨著熱水能量的逐步釋放，熱水活動的強度減弱。當內外達到物理化學條件，特別是壓力在此消彼長中達到平衡，海底環境由劇烈動蕩慢慢寧靜下來，塊狀構造及粗條帶狀構造便會非常發育，礦物組合也趨于簡單化，硫酸鹽及硅酸鹽等明顯減少。最后熱水活動進一步減弱甚至消亡時，海水靜壓力已經超過管道內流體的壓力，海水便會下滲與流體混合，混合流體流出通道后應由熱水凹陷中心的噴流口向凹陷邊緣對流和循環擴散，海底環境恢復寧靜，進入正常的沉積體系，此時沉積的礦石以細條帶及條紋為主，層理構造非常發育。礦物組合也非常簡單，即使有熱水硅質巖，也會呈層理順層沉積。此為熱水與海水混合成礦方式。

貴州松桃錳礦熱水噴流沉積體系的2套不同的成礦方式(階段)的轉變，導致礦石構造及礦物組合非常復雜，但是仍然具有明顯的分帶性展布規律:體現出由噴流中心向外作放射性擴散，溫度壓力由高到低，物質組分及構造由復雜到簡單，礦物濃度由大到小及流體體系由封閉到開放等物理化學條件的變化梯度。代表海底噴流作用強—弱的過程。反映了海底熱水噴流沉積的沉積特征，同時豐富了海底熱水噴流沉積的成礦體系。

4 結論

貴州松桃錳礦為國內罕見的大型錳礦基地之一。系統地分析其沉積構造特征，簡單地分析其成礦系統，形成如下結論:

1)礦石中既有代表熱水噴流沉積的角礫構造、網脈構造、塊狀構造，又有反映熱水混合沉積的條帶(紋)構造等，同時存在成巖期同生變形構造:薄膜構造、破裂構造等。

2)礦石構造在垂直剖面上具有由角礫構造—網脈—塊狀—條帶—紋層—(破碎、薄膜)紋層的變化特征，且典型的“二元”結構，反映了海底熱水噴流由強變弱完整的演化過程，代表著1個完整熱水沉積旋回的完成。在水平剖面上，具有紋層—條帶—塊狀—條帶—紋層對稱發育的特征，且構成薄—厚—薄的“透鏡體”礦體，體現了熱水流體集中噴溢的特性。

3)礦床中存在2類不同的成礦方式:熱水噴流單一成礦方式及熱水與海水混合沉積方式，他們屬于熱水沉積這個整體成礦系統，但是熱水活動進行的不同階段以不同的方式開展成礦作用。

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