贵州遵义-纳雍一带寒武系黑色岩系中钼镍矿层的沉积特征

高军波，魏怀瑞，刘 坤，谭代卫，杨瑞东

（贵州大学资源与环境学院，贵州贵阳550003）

贵州遵义-纳雍一带寒武系黑色岩系中钼镍矿层的沉积特征

高军波，魏怀瑞，刘 坤，谭代卫，杨瑞东

（贵州大学资源与环境学院，贵州贵阳550003）

遵义-纳雍一带的钼镍矿主要产于下寒武统牛蹄塘组的黑色页岩系中.通过对遵义金顶山新土沟钼镍矿剖面及纳雍水东钼矿区的系统研究，发现钼镍矿主要以碎屑状（竹叶状）、星散状、微层状分布，碎屑具有明显的定向排列，并具有波浪状展布的特点.靠近矿层中上部，碎屑粒径不断变小，以一些黄铁矿、黏土物质为主，呈黄褐色、土黄色的星散状、微层状分布，其中富矿部位黄铁矿十分发育，纹层较清晰；在矿层下部，发育一套热水成因的粗晶灰岩，下部见较多的热水成因的透镜状、柱状、结核状碳质体等构造标志.这些特征反映出该地区钼镍矿主要是在热水（液）喷流沉积作用下形成.

沉积特征；有机质；热水（液）喷流；镍钼矿；贵州省

下寒武统牛蹄塘组的黑色页岩在湘西北、黔北及黔东北分布较广，该层厚度较大，层位稳定.最早黑色岩系及相关矿床主要是作为生油源岩来进行研究，80年代以来，黑色岩系及黑色岩系矿床的经济意义不断提升，由于其富含 V、U、P、Ni、Mo、As、Se、Re、Au、Ag、Pt、Pd、REE等许多有用元素，成为众多学者研究的热点.近年来许多学者对不同地区的钼镍矿床的物质来源、成因进行了研究，但成因却众说纷纭：（1）生物地球化学成因下的同生沉积矿床［1-3］；（2）海底喷气所形成的矿床［4-5］；（3）与岩浆、热水及机械沉积有关的矿床［6］；（4）与海底热水（液）喷流作用有关，同时伴随着生物有机质的吸附作用［7-13］.更多学者则认为是第（4）种成因.但从矿体的沉积结构及构造特征对矿床成因等问题进行研究的则相对较少.笔者主要是通过对遵义-纳雍一带钼镍矿沉积构造、结构的系统野外调查和室内研究，为该类型矿床热水（液）喷流沉积成因提供更为简洁、直观的证据.

1 区域地质背景

早寒武纪时期所形成的这套黑色岩系在贵州境内分布较广，其厚度大，层位稳定，主要以层状假整合于下伏灯影组白云岩之上，岩性组合以黑色、灰黑色的页岩、炭质页岩、砂质页岩及硅质岩为主.本研究区位于贵州省西北部，从岩相古地理上来看（图1），该地区在寒武纪早期属于扬子陆棚海与江南边缘海的过渡地带，同时所形成的黑色岩系的空间分布受到一系列北东向、北北东向展布的区域性深大断裂控制［14］，在区域构造特征上属于稳定区向活动区过渡的部位［15］.由于受到区域环境差异及构造运动的影响，遵义－纳雍一带的钼镍矿主要以层状、似层状或透镜状分布于下寒武统牛蹄塘组的黑色岩系之中，其含矿岩系为一套碳硅泥质黑色岩系.因该地区钼镍矿体所处部位为扬子区后滨－远滨相，水体相对较深，因而陆源物质参与较少.

2 钼镍矿层区域分布规律

钼镍矿主要分布在扬子区近滨－远滨相区的广海斜坡相区，在找寻钼镍矿床时，应该把重点放在控制黑色岩系分布的一些背斜构造上［5］.这种沉积型的钼镍矿在贵州主要集中在黔中至黔北一带，现已发现很多矿床.据樊正烈［16］统计，大中型2个，中型2个，中小型2个，小型3个，矿点及矿化点9个.其中大中型的矿床多数分布于牛蹄塘组黑色岩系底部（），位于磷块岩之上.本次研究所选的遵义金顶山新土沟钼镍矿及纳雍水东钼矿也是位于该层位，其富矿部位距下伏灯影组白云岩约2～3m，主要以层状、似层状或透镜状产出，矿体产状与围岩基本一致，但矿体与围岩的准确界线需靠化学分析来确定［16］.含矿岩系的矿物组合比较复杂，主要有黑色板状碳质岩、碳质泥岩、碳质黏土岩、粉砂质黏土岩、细粒黄铁矿型粉砂岩、鳞片状页岩、高碳质页岩及一些碳质结核等组合而成.据易发成［17］对遵义金顶山下寒武统黑色岩系有机地球化学进行研究，在钼镍矿富集部位，其内部矿物成分主要有黄铁矿、闪锌矿、毒砂、辉钼矿、针镍矿、砷镍矿、辉砷镍矿、辉铜矿、黄铜矿、方铅矿等.钼矿体主要以硫钼矿的形式存在［18］.

总体而言，钼镍矿的分布比较稳定，厚度及层位变化不大，含矿岩系及矿体内部矿物组合比较复杂.

3 钼镍矿层沉积层序

遵义－纳雍一带分布的钼镍矿与下伏灯影组白云岩为假整合接触关系，矿体中分布有较多的硫化物，其中以黄铁矿居多，矿石主要以碎屑状（竹叶状）、星散状、微层状黄铁矿构造为主，纹层较发育.在矿体中下部所含的碎屑物质具有明显的定向排列，且具波浪状展布的特点.靠近矿层上部，碎屑颗粒直径逐渐变小，以一些黏土物质为主，颜色表现为褐黄色、土黄色.可见一些黄铁矿脉斜穿于黑色岩系之中.

钼镍矿层距灯影组白云岩2～3m，矿层主要呈层状、似层状或透镜状分布于黑色岩系之中.其沉积序列自上而下分为8个岩性段（图2）.

（7）黑色鳞片状碳质泥岩：呈泥质结构，内部含有少量细小的石英碎屑，局部可见黄铁矿以细晶或微晶的形式呈微层状、小透镜状分布，厚度大于30m.

（6）微层状黄铁矿型镍钼矿层：遵义一带一般厚0.3m，纳雍一带厚约 0.15m.层理较发育，矿体主要以层状、似层状或透镜状分布于黑色碳质岩系中，矿石主要以碎屑状、竹叶状、条带状分布，且内部含有晶形较大且分布较多的黄铁矿颗粒.其中黄铁矿近似层状分布，靠近富矿部位顶部，微层状黄铁矿发育，黏土物质含量明显增多，颜色呈棕褐色；从富矿部位底部往上，碎屑物质逐渐减少，粒径逐渐变细（图3）.其中矿体内部可见碎屑物质呈波浪状连续分布（图3），且其长轴基本沿微层面呈定向排列.该层主要以黑色、灰黑色的黏土层、泥质层、黄铁矿层及钼镍矿层为主，最大的特点就是分布有较多的碎屑物质，成分以碳泥质、针镍矿、硫钼矿等为主，内部可见黄铁矿、闪锌矿等颗粒，碎屑物质粒径在1～20 mm之间，形状呈竹叶状、小透镜状、结核状，其长轴方向以层状或波状沿层展布，这些物质多被一些黏土质、粉砂质、碳泥质及钼镍矿所胶结，厚 0.15～0.3m.

（5）黑色碳质岩夹透镜状碳酸盐岩层：内部含有泥晶～微晶状的黄铁矿，在靠近该层顶部，分布有一套粗晶灰岩.该碳酸盐岩在纳雍一带厚度相对较小，约为15 cm，其纹层较为发育，从下往上灰岩结晶颗粒逐渐变细（图 3）.遵义一带该层较厚，约为 50 cm.厚度 1.5～1.7m.

（4）含大量透镜状、结核体碳质层：在纳雍钻孔所取岩芯中较为清楚（图3），直径最大8 cm，最小1 cm，少数呈小的球体分布.结核体内部含有较多的细晶－微晶的黄铁矿，局部可见一些脉状碳酸盐穿插于黄铁矿与泥岩层之中.厚度 0.8～1.1m.

（3）黑色含微晶－细晶黄铁矿泥岩：该层纹层发育，黄铁矿与黑色泥岩互层产出，局部可见少量碳质、磷质小结核.厚度 0.2～0.4m.

（2）含砂质磷块岩、磷质白云岩：硅化较强烈，内部含大量次生大气淡水作用形成的渗流豆.厚度0.3～0.4m.

（1）风化壳层：主要为一些土黄色的铁质、黏土质物质，厚度 0.1m.

（0）灰白色中厚层状白云岩：层位属灯影组，白云岩有硅化现象，时夹黑色碳质泥岩，内部可见呈脉状、网络状分布的方解石.厚度大于5.0m.

4 钼镍矿层沉积结构及构造

通过野外实地调查和室内研究分析，遵义－纳雍一带的钼镍矿层从底部向上，根据其沉积结构及构造特征可划分为3种不同的类型，即：碎屑状、竹叶状构造，星散状构造和微层状黄铁矿构造.同时遵义－纳雍一带所分布的钼镍矿层的下部均发育粗晶灰岩层，在不同地区其厚度略有变化.

4.1 碎屑状、竹叶状构造

钼镍矿层底部物质的堆积主要呈碎屑状、竹叶状（图3），厚10 cm左右，这些碎屑物质的长轴方向具明显的定向排列.宏观特征上具波浪状展布的特点（图3），是受到海底热水（液）喷流时引起周围水动力条件的改变所致.该层钼镍矿的含量最高.

在碎屑物质之间，充填有较多的碳泥质、粉砂质（图4）.碎屑物质有些边缘光滑，有些则成棱角状，且大小不一.这是因为在热水（液）喷流的初期阶段，热水（液）中携带的深部物质较多，这些物质能以较快的速率进行沉积、成岩.因喷流强度较大，喷流作用可带动周围水体运动，改变原有的水动力条件，对先期沉积但并未成岩的矿物质、黏土质等进行改造、运移、堆积，形成碎屑状钼镍矿层.同时水体定向流动，使碎屑物质随之产生运动，迫使其长轴沿水流方向呈定向排列，宏观特征上呈波浪状展布.碎屑物质重新堆积后，其间存在的空隙多被同期或后期的有机质、黏土质、碳泥质所充填、胶结.

4.2 星散状构造

在碎屑状的钼镍矿石之上，即富矿部位中部，钼镍矿石主要以星散状分布于钼镍矿之间或被一些黏土物质及有机质所包围（图4）.该层最大的特点就是物质的分布不具层状，局部呈小片状展布.这主要是因为在海底热水（液）喷流过程中，热水（液）除了携带有钼镍硫化物外，还有其他一些热水矿物、有机质、粉砂质、黏土物质等，从而使得钼镍硫化物的浓度降低.同时该时期可能热水（液）喷流强度相对较弱，矿物质供给少，钼镍硫化物以星散状分布于有机质及黏土物质之间，从而在宏观形态上形成星散状构造特征.

4.3 微层状黄铁矿构造

矿体上部矿石主要以微层状黄铁矿型钼镍矿为主（图3）.该层钼镍矿含量相对较低，硫化物主要以黄铁矿为主，构造特征呈微层状（图4）.

在宏观特征上该层最大的特点就是微层状黄铁矿层与碳泥质、粉砂质岩互层产出，纹层较发育，这可能是因为到了喷流作用的晚期阶段，喷流强度大幅度减弱，或出现间歇式喷流沉积；由于其强度弱，携带的深部物质含量相对降低，经过喷发后，热水（液）中携带的金属硫化物由于比重相对较大首先沉积，粉砂质、黏土质及一些碳泥质岩类因比重较小，沉积速率较慢，随后发生沉积.这一时期的硫化物主要以黄铁矿为主，钼镍硫化物含量较低，因此先期沉积的物质主要为细粒黄铁矿，其含量较大，混入物质相对较少，呈微层状分布.随后黏土质、碳泥质缓慢沉积，形成碳质泥岩层覆盖在先期沉积的黄铁矿脉之上.该作用多次循环，形成微层状黄铁矿与碳泥质、粉砂质岩以微层状互层产出.

总之，遵义－纳雍一带的钼镍矿沉积，在结构构造特征上表现出：碎屑状、竹叶状构造－星散状构造－微层状黄铁矿构造，这一沉积特征代表了热水（液）喷流强度逐渐减弱的过程.

4.4 粗晶灰岩层

该地区钼镍矿层与其他地区的钼镍矿层层序上最大的区别是：在距矿层底部约15 cm处分布有一套粗晶灰岩，其厚度10～15 cm.粗晶灰岩层由下至上矿物颗粒逐渐变小，靠近顶部呈微晶质、黏土质，与上覆碳质页岩呈过渡关系（图3）.笔者对该层进行了钻孔资料及显微镜下分析，其矿物组合主要以方解石为主，含量达到95%以上，其余为一些黏土物质（图4）.

黑色碳质泥岩、硅质岩组合是下寒武统主要的岩石类型，粗晶灰岩层分布于上述岩石组合类型之中.近年来关于寒武系底部黑色岩系的成因已研究的较为深入，认为是在缺氧环境下，通过海底热水（液）喷流而形成.贵州黑色岩系中分布有硅质岩层.据张位华等［19］研究认为，硅质岩主要形成于深水缓坡至浅水缓坡的滞流海环境中.海底热水（液）喷流携带有H2O、SO2、CO2等挥发组分，引起海底严重缺氧和海水呈酸性特征.根据肖荣阁等［20］研究，发现碳酸盐矿物的结晶与CO2有着密切的关系，深海区由于具较高的压力（PCO2）时，碳酸盐岩难沉淀，同时，海水呈酸性特征时碳酸钙容易溶解，不利用碳酸盐岩沉淀.由此我们推测遵义-纳雍一带黑色页岩中粗晶灰岩层是在非常规环境下形成，可能是海底喷流形成的产物.

5 钼镍矿成因分析

经研究，多金属富集层中的贵金属及其他有用元素可能与海底热水喷流有着直接的关系［7］，在强烈喷流的地段最有可能形成具有工业价值的矿床.通过对钼镍矿沉积结构研究，矿体内部发育类似海底喷流的热气浪底沉积所形成的波浪状纹层［9］.矿石在矿体下部主要呈碎屑状分布，且内部碎屑颗粒基本趋于层状分布，碎屑及角砾的长轴也沿矿层中的微层面呈定向排列，一定程度上显示出因热水喷流带动深层海水流动所形成的特征，也可见明显的结核状、蠕虫状、短柱状、透镜状（图 3）等一系列热水沉积的构造标志［21］；矿层上部则显示间歇式喷流所形成的微层状黄铁矿与碳泥质互层产出的特征.这些证据都表明这一地区钼镍矿的形成与海底热水（液）喷流沉积有密切关系.

同时，在贵州下寒武统牛蹄塘组黑色岩系底部发现了大型海绵类、双壳类、菌类及蠕虫类化石组合类型［9］.而生物、微生物及有机组分在黑色岩系型矿床的形成过程中又起到了重要作用［22］.下寒武统黑色岩系中的有机质主要来自浅水台地边缘的藻类、凝源类及浮游动物［23］；而黑色岩系中所富含的有机碳和有机硫均在金属富集层中的钼矿层中达到了最大值［24］；黑色岩系中有机碳含量在一定程度与钼镍矿的富集有着正相关关系［12］.

总之，下寒武统牛蹄塘组黑色岩系中分布的钼镍矿的形成与海底热水（液）喷流及有机质有着密切的关系，但海底热水（液）喷流对钼镍矿的富集成矿贡献较大，喷流中心往往是有利的多金属富集成矿部位.

6 结论

通过对遵义-纳雍一带下寒武统钼镍矿的沉积结构及构造特征的野外实地调查和室内分析研究，发现遵义-纳雍一带下寒武统钼镍矿具有海底热水（液）喷流所形成的典型构造特征：如钼镍矿层底部矿石为碎屑状、竹叶状构造；中部为星散状构造；上部为微层状黄铁矿构造.钼镍矿层显示的碎屑状、竹叶状—星散状—微层状黄铁矿构造这一典型的热水（液）沉积序列，反映热水（液）喷流由强→弱的一个渐变过程.钼镍矿层具有的碎屑状、竹叶状—星散状—微层状黄铁矿构造，为该类型矿床的成因提供了更为简洁、直观的识别标志.同时，通过钼镍矿层沉积构造的研究，认为钼镍矿层是热水（液）喷流沉积成因.

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SEDIMENTARY FEATURES OF MOLYBDENUM-NICKEL-BEARING STRATA IN THE CAMBRIAN BLACK ROCK SERIES IN ZUNYI-NAYONG AREA,GUIZHOU PROVINCE

GAO Jun-bo,WEI Huai-rui,LIU Kun,TAN Dai-wei,YANG Rui-dong

（College of Resources and Environment Engineening,Guizhou University,Guiyang 550003,China）

The Mo-Ni deposits in Zunyi-Nayong area of Guizhou Province occur mainly in the black shale series of Lower Cambrian Niutitang formation,with ores in clasts,specks and micro-veins.The Mo-Ni-bearing fragments represent clear orientation and undulate distribution.The upper part of the Mo-Ni bed is composed of brown fine fragments with pyrite and clay.At the lower part,the ore bed consists of Mo-Ni-bearing clasts and clay.The sizes of the fragments get finer from bottom to top of the bed.Macrocrystalline limestone is developed under the Mo-Ni bed.The characteristics of the Mo-Ni bed shows that the Mo-Ni deposits in the Niutitang formation is formed by hydrothermal eruption sedimentation.

sedimentary features;hydrothermal eruption;Mo-Ni deposit;Guizhou Province

1671-1947（2011）03-0234-06

P618.65；P618.63

A

2010－05－17；

2010-07-29.编辑：李兰英.

贵州省优秀科技教育人才省长专项目资金项目（黔省专治合字（2009）105号）和贵州大学博士点建设项目联合资助.

高军波（1985—），男，硕士研究生，从事沉积矿床科研工作，通信地址 贵州大学（蔡家关校区）资环学院矿床学09级2班，E-mail//gaojunbo1985@126.com

杨瑞东，E-mail//rdyang@gzu.edu.cn