重庆小茶园锰矿典型矿床地质及地球化学特征

张礼敏,谢筛珍,凌 云,刘 伟,马志鑫

(1. 重庆市地质矿产勘查开发局 607地质队，重庆 400050；2. 中国地质调查局 成都地质调查中心，四川 成都 610081)

本文将区域锰—锌(铅)—钒(钼)—萤石重晶石热水(液)矿床看成一个时空连续的系统过程，提取重要构造演化期(南华期、寒武期)含矿岩系的地球化学、构造信息，试图从盆地构造演化理论出发，识别系列低温层控金属矿床的系统关联与控制因素，对资源环境评价有重要实际作用。

1 地质特征

小茶园锰矿床所处大地构造位置属扬子陆块—上扬子陆块—扬子陆块南部被动边缘褶冲带—秀山穹褶束；扬子地块东南缘大塘坡式锰矿是Rodinia超大陆裂解背景下大规模锰矿成矿作用的结果[1]。

1.1 含锰岩系

含锰岩系指南华系下统大塘坡组第1段(Nh1d1)，其厚度及岩性组合与锰矿有着直接的关系。

上覆地层南华系下统大塘坡组二段(Nh1d2)：深灰色含有机质碳质粉砂质泥岩、泥质粉砂岩[2]。

————————整合———————

含锰岩系:南华系下统大塘坡组第1段(Nh1d1)

1)灰色凝灰岩条带少量夹生于含粉砂水云母页岩(黑色)以及含泥质水云母页岩内，黑色水云母也少量夹生，含菱锰矿条带水云母页岩(含碳质)部分在底部位置上夹生。分布于上部的岩层与分布于下层的岩层呈现逐渐变化的特征，达到28.10～39.60 m的厚度。

2)含矿层主要呈现饼状以及透镜状的菱锰矿，水云母粘土岩(含碳质)以及水云母岩(黑色含碳质)共同所构成。高含锰是此岩层的主要特征(通常达1.5%～5%)，呈现出多次韵律变化。锰方解石以及菱锰矿(分散状)和微层菱锰矿广泛分布于其间，黄铁矿在其中则非常少见。有20%左右的含碳泥质物分布于围岩中，有益高含锰段更为突出，能够超过30%以上，部分的区段内在10%以下。同时还含有很多绢云母粘土和水云母，达到80%以上。分散状碳酸盐(Fe、Ca、Mg)以及高岭石族和石英份屑等也分布其中。泥质物以及粉屑物在无矿的位置上表现为韵律扩增。水云母以及有机炭等在其间分布则比较少见。其厚度约为3.05～8.53 m之间。

————————整合———————

下统千子门组(Nh1q)南华系下统是该矿的主要下伏地层，该地层主要呈现冰水建造，为夹水云母岩(含碳质、薄层)的含砾岩屑砂岩，其颜色主要呈现灰绿色以及深灰色和灰色等特征。

1.2 矿体特征

在含矿层内，矿体有1～5个层次进行产出，分布较多的为2～3层次，单个的矿体在规模上都比较小，有的长度能达到数十米，有的则为数米，产出特征主要呈现似层状以及饼状和豆角状与透镜状等特征，包卷层理、纹层理发育。通常分布于2.05～6.79 m的厚度之间，含砾长石岩屑砂岩主要分布于该层的底板位置上[3](见图1)。

图1 小茶园矿体特征

1.3 矿物组成、矿石特征

原生碳酸锰矿的矿石矿物，含锰方解石非常少，而菱锰矿则非常多，有机质以及水云母则是其主要的脉石矿物，硅质岩以及黄铁矿和方解石与石英、长石和绿泥石与部分晶屑等在其中少量含有。高岭石以及胶磷矿玉髓和自生闪锌矿等在其中偶然可以见到。脉石矿物在富矿区域内则很少，凝灰质碎屑以及陆源碎屑相较之则更少，脉石矿物尤以贫矿内比较丰富。有机质以及水云母等在其间分布非常不均匀。菱铁矿也是如此。因此，造成不同构造特征的矿石类型，有的呈现气泡特征。锰土以及软、硬锰矿等属于次生氧化锰矿的矿石矿物类型。石英以及粘土和褐铁矿是其主要的脉石矿物。

2 矿床地球化学特征

2.1 元素地球化学特征

2.1.1 氧化还原条件分析

海洋生物的演化以及活动和分布斗鱼区内的氧化—还原条件存在非常紧密的联系，而且区内的某些物质在其不断迁移富集阶段同样受此影响比较突出。区内的金属以及非金属矿在其形成阶段上主要受到区内的缺氧环境的影响。所以正确的认识区内氧化—还原条件，能够进一步促进固体矿产更加深入的研究工作。

研究认为，氧化还原的古海洋环境的具体状态，都可以通过U/Th以及V/(V+Ni)和Ni/Co与V/Cr等被指示出来，并给出了相应标准。厌氧环境下V/Cr超过4.25以上，而贫氧环境情况下，则其分布在2.00～4.25的范围内，但氧化环境情况下则在2.00以下。V/Cr在研究区内的ZK0606主要呈现开始升高而逐渐变低的状态。V/Cr在千子门组中则在2.00的上下波动，提示氧化特征是其水体的主要特征。多个研究者、大量数据分析一致表明，V/Cr在大塘坡组一段位置上快速的进行扩增，当扩增到4.8的高值时则开始变小，其变化范围主要分布在2.84～4.8的方位内。证明厌氧—贫氧特征是其水体的主要特征。V/Cr在大塘坡二段主要呈现越来越小的状态，主要分布在2.00以下，氧化环境是其主要的特征(见表1)。

表1 重庆秀山大塘坡组一段元素比值特征对比

与地球化学具有相同特征的元素主要为稀土元素，主要呈现连续变化三价特征分布于沉积环境内，而Ce与大多数稀土元素存在很大区别，其氧化过程能够在海水中发生，主要呈现四价特点，而且不溶于海水，并最先发生沉淀，由此分馏特征比较明显。氧化还原的地层水和Ce异常存在非常密切的联系。海水中氧化条件下Ce4+一般不会发生溶解。所以负异常特征是海水中Ce亏损的主要特征。

2.1.2 沉积微相分析

研究表明秀山县鱼泉锰矿区大塘坡组一段微量元素中，As、Sb、Ag、Ba、Zn、Co、Bi、W、Pb、Cu、Ni、Th、U、V、Mo、Nb等元素的平均含量分别为26.56，3.36，0.16，843，189，30.6，0.51，2，28，67，51.7，12.75，2.92，153，22.34，13.2 μg/g，分别高出正常沉积岩的1～170倍不等，表明可能为热液沉积成因。

秀山县钟灵地垒区微量元素Zn、Co、Pb、Cu、V等元素的平均含量分别为65，8.86，13，4.2，53 μg/g，低于正常沉积岩、远远低于秀山县鱼泉锰矿区大塘坡组一段，证明地垒上大塘坡期沉积没有热液作用参与。

2.1.3 成因分析

研究结果得出秀山县鱼泉锰矿区大塘坡组一段中，Co/Zn 0.23,(Co+Ni+Cu)149.26；秀山县鱼泉钼钒矿区牛蹄塘组中，Co/Zn 0.04,(Co+Ni+Cu) 928.90；通过判别图得出均落到热液沉积区(图2)。Zn、Ni在含钼钒岩系中明显增高，分别达到2.72，16.33倍。

Ⅰ 热液沉积区；Ⅱ 水成沉积区

2.1.4 沉积成矿条件分析

秀山县鱼泉锰矿区大塘坡组一段中，V/Cr 2.15、V/(V+Ni) 0.75,表现出缺氧—贫氧的环境；秀山县鱼泉钼钒矿区牛蹄塘组中，V/Cr 3.764、V/(V+Ni) 0.74，表现出缺氧—贫氧的条件。而Ni/Co，前者为1.690，后者为67.545，指示含锰层偏于氧化，含钼钒层偏于还原。由此推论，锰的沉积作用发生在向贫氧环境变化的过程中，且对氧化还原条件敏感；钼钒的沉积作用发生在总体还原环境中且对氧化还原条件不敏感，起关键控制的因素可能是酸碱度。

2.2 硫同位素

采样分析重庆秀山小茶园ZK0608矿样，在硫同位素上陡山沱组以及南沱组和大塘坡组存在很大不同，34SV-CDT值在大塘坡组中没有太大变化，而在前两者中却变化非常明显。本次研究结果和陈多福陈多福、周琦以及李任伟等研究结果非常类似。王家生对分布于南海大洋钻探ODP1146站黄铁矿的同位素进行研究的结果与本次研究存在非常的类似性，34SV-CDT值在47.8‰～67.1‰之间[4]。重晶石分布于现代鄂霍茨克海底，但其34SV-CDT值却与前者相比则要低很多。上述成因可以将锰矿成因归结为类似于现代深海的热液关系密切。

2.3 常量元素与稀土元素

沉积物构造背景特征可以通过Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)进行判别，它是一种非常重要的指标。0.42～0.83范围Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值是大塘坡组的主要特征，能够更好的反应其大陆边缘标志0.5～0.9。Al/(Al+Fe+Mn)值提示沉积物，主要呈现大洋中脊(0.008 19)向洋岛以及大洋盆地(0.319)再到大陆边缘(0.616)主要为不断增高的状态。大陆边缘值与大塘坡组Al/(Al+Fe+Mn)值具有非常相同的类似特征。

构造环境能够通过Eu异常和沉积物所含有的稀土量给充分的反映出来，Eu负异常以及轻稀土元素富集和高稀土含量等特征主要反应沉积物(被动大陆边缘)的特点。Eu亏损以及富集大量的重稀土元素和稀土总量不高等特征反应沉积物(活动大陆边缘)的主要特点。这与2015年田洋研究结果非常类似。稀土总量表现大陆边缘沉积物和大塘坡组样品具有非常相似的特征。

3 结 论

1)黔湘渝毗邻区南华纪“大塘坡式”锰矿床产于南华系下统大塘坡组第1段,现已成为中国最重要、资源潜力最大的锰矿床类型，黔湘渝锰三角锰产业新格局为我国锰资源产业调整具有重要作用。

2)通过稀土元素、微量元素、硫同位素等地球化学特征研究，提出锰矿产于相对深水缺氧—贫氧的局限边缘盆地，与海底热泉有密切关系。

3)比对含锰岩系微量元素在含锰区(地堑微相)与不含锰区(地垒微相)有、无热液作用的差异明显，且缺氧—贫氧、氧化环境分异显著。

4)含锰层(Nh1d1)、含钼钒层(∈1n)Co/(Co+Ni+Cu)等判别分析均落到热液沉积区，有相似的沉积作用特征，且都处于缺氧—贫氧环境，但沉积成矿作用对氧化还原条件有着敏感、不敏感的分异。

参考文献：

[1] 尹崇玉,王砚耕,唐烽,等.贵州松桃南华系大塘坡组凝灰岩锆石SHRIMPⅡU-Pb年龄[J].地质学报,2006,80(2):273-278.

[2] 王剑,刘宝珺,潘桂棠.华南新元古代裂谷盆地演化—Rodinia超大陆解体的前奏[J].矿物岩石,2001,21(3):135-145.

[3] 罗亮，孙志明，马志鑫，等.黔东渝东南地区南华纪沉积序列与沉积环境演变[J].地质科技情报,2015，34(2),27-35.

[4] 李任伟,张淑坤,雷加锦.震旦纪地层黄铁矿硫同位素组成时—空变化特征及扬子地块与晚元古超大陆关系的论证[J].地质科学,1996,31(3):209-217.