贵州铜仁高地“大塘坡式”锰矿的成矿机制——硫、碳同位素制约

“大塘坡式”锰矿在我国华南黔湘渝地区广泛分布,是我国最重要的锰矿资源类型之一。它的形成与新元古代Sturtian雪球事件密切相关,但其具体的成矿机制尚不十分清楚,还存在许多争论。本文对贵州铜仁地区新近发现的高地超大型锰矿和共伴生黑色页岩中的微量硫酸盐和黄铁矿的硫同位素、菱锰矿等碳酸盐岩及有机碳的碳同位素进行了系统研究,对该类型锰矿的成矿环境和沉淀机制进行了探讨。高地锰矿大塘坡组一段含锰黑色页岩和锰矿石中硫酸盐的含量很低,为30.9~20439.7μg/g,平均3322.5μg/g,硫酸盐的δ^34SVCDT为51.5‰~68.1‰,平均60.4‰。冰碛岩上部铁丝坳组含砾杂砂岩中黄铁矿的δ^34SVCDT为26.8‰~59.6‰,平均52.1‰;上覆大塘坡组黑色页岩和锰矿石中黄铁矿的δ^34SVCDT为53.7‰~65.6‰,平均63.3‰,与前人在该区域其它矿区得到的结果一致,与硫酸盐的δ^34SVCDT值差别不大;黑色页岩和锰矿石全岩的δ^34SVCDT为41.4‰~63.9‰,平均55.7‰。同一样品中,硫酸盐的δ^34S均高于全岩的值,但差异不大。铁丝坳组顶部含砾杂砂岩的δ^13Ccarb为–11.3‰~–8.3‰,平均–9.6‰,δ^13Corg为–31.7‰~–30.1‰,平均–30.9‰;大塘坡组一段黑色页岩和锰矿石的δ^13Ccarb为–12.4‰~–4.6‰,平均–8.5‰,δ^13Corg为–34.3‰~–32.6‰,平均–33.6‰,二者在含锰段同步下降,有机碳含量明显升高,说明有机质对锰矿的形成发挥了重要作用。综上提出,大塘坡式锰矿形成于滨浅海相半封闭性的断陷盆地之中,含锰地层中δ^34S异常高的黄铁矿是在氧化还原分层明显的静水环境中,由δ^34S异常高的孔隙水硫酸盐在成岩过程中几乎全部还原形成的,而海水硫酸盐的δ^34S正异常与雪球事件、生物爆发和沉积演化等密切相关。雪球融化之后,在断陷盆地的浅层海水中,生物活动和光合作用强盛,氧浓度高,海水中Mn^2+不断被氧化形成氧化锰并从海水中沉淀出来,而深部还原缺氧富Mn^2+的海水不断越过构造脊进来补充。浅层海水中微生物大量繁殖,死亡后沉降于海底,导致断陷盆地底部有机质大量聚集,氧逸度急剧下降。在沉积成岩过程中氧化锰被沉积物中大量有机质全部还原为Mn^2+,有机质本身被氧化为CO3^2-,二者结合形成菱锰矿。

大塘坡期锰矿层中黄铁矿异常高的δ^(34)S值的意义

我国南方末元古代间冰期的锰矿层 (大塘坡期 )出现了普遍超过 +4 0‰的异常高δ3 4 S值的沉积黄铁矿 ,这是全球性的“雪球”事件的响应。全球海洋从“冰室”到“温室”的剧烈环境变化不仅诱发“早寒武世生物大爆发” ,也是产生海洋硫和碳同位素巨大漂移的原因。

黔东地区“大塘坡式”锰矿研究现状及进展综述

"大塘坡式"锰矿指产于黔东及毗邻地区南华系下统大塘坡组第一段黑色炭质页岩岩系中的沉积碳酸锰矿床。该区位于上扬子陆块东南部,跨越上扬子褶皱带与华南复合陆内造山带。锰矿床所处盆地属于Rodinia超大陆裂解作用后形成的被动陆缘裂谷成锰沉积盆地,而这些成锰沉积盆地受一系列北东向古断裂控制。本文对锰矿成因及锰质来源进行了阐述及总结,提出了"大塘坡式"锰矿找矿标志。

湘西南大岩坳向斜“大塘坡式”锰矿成矿地质条件及成矿预测

“大塘坡式”锰矿主要分布于黔湘渝毗邻区,形成于南华纪大塘坡间冰期,其成矿作用受地层、古构造控制,成矿后构造对矿床的空间分布影响较大。本文以黔阳盆地内最大的次级成锰盆地——大岩坳盆地为例,分析了大岩坳向斜对大岩坳盆地内锰矿空间分布的控制作用,并在此基础上划分了预测区。黔阳盆地控盆控矿特征研究表明,北东向同沉积古断裂与北西向武陵-雪峰褶皱基底浅层断裂交汇部位及附近为次一级断陷盆地中心,次一级的断陷盆地在走向上(北东向)呈串珠状分布,垂直走向上(北西向)呈大致线状排列,整体呈网格状分布。据此确定成锰预测区位于照洞-桃阳坪同沉积古断裂一线,其与北西向武陵-雪峰褶皱基底浅层断裂交汇部位是本区寻找中-大型锰矿床的有利地段。本次研究初步确定了照洞、磨石-马颈坳-海坡、易家冲及渔滩4个V级断陷盆地,根据成矿后构造特征结合古构造控盆控矿特征圈定了南、中、北3个预测区。

鄂西走马地区南华系大塘坡式锰矿床中硫同位素特征及其地质意义

近年来,鄂西走马地区发现了“大塘坡式”锰矿床,但是该区内锰矿的硫同位素相关研究尚未见报道。本文对鄂西走马地区的锰矿开展了详细的野外地质调查与钻孔岩心样品的硫同位素研究,结果表明:含锰岩系大塘坡组中黄铁矿δ34S值具有异常高值(33.7‰~46.2‰平均40.1‰)。但与贵州西溪堡、高地、湖南民乐、重庆小茶园、湖北古城等扬子地块周缘典型“大塘坡式”锰矿中黄铁矿δ34S值相比,研究区含锰岩系中黄铁矿δ34S值一般要低12‰~20‰,与黔东地区成锰盆地边缘相的黄铁矿δ34S数值相近,可能是研究区成锰盆地当时的水深比较浅,或者是位于一个大的成锰盆地的边缘相地带,导致水深较浅,含锰岩系厚度小,不利于走马地区大塘坡期大规模锰矿成矿。此外,研究区含锰岩系底部发育Sturtian盖帽碳酸盐岩(灰岩)等特征,也佐证研究区在大塘坡期为浅水沉积。

湖北省鹤峰县走马地区南华系“大塘坡式”锰矿的发现及其地质意义初探

在鹤峰县走马地区南华系大塘坡组黑色含碳质泥(页)岩中发现了"大塘坡式"锰矿。地表和钻孔揭示含锰岩系厚度在0.3~4 m,矿(化)体中Mn品位在2%~29.71%。目前已知该类型锰矿在黔湘渝地区和宜昌长阳地区均有发现,锰矿体均赋存于大塘坡组地层中。走马地区"大塘坡式"锰矿的发现,揭示了南华系大塘坡组地层在黔湘渝鄂地区沉积较为连续,锰矿成矿范围较广,层控性明显,厚度变化不一,局部出现间断;走马地区大塘坡组地层中火山凝灰岩的发现,说明在沉积过程中,海底火山活动可能作为其中一种锰质来源且参与了成矿作用;根据目前邻区及周边该类型锰矿的成矿规模和潜力推断,走马地区锰矿的发现具有重要的指示意义。今后锰矿勘查的主要方向是寻找控制锰矿形成和赋存的南华纪早期同沉积断层及其控制的断陷盆地的位置,在此基础上通过深部工程控制,寻找成锰盆地有利区,进而圈定锰矿找矿靶区。

南华系大塘坡组菱锰矿矿床地质特征及成因新见解

黔湘渝鄂毗邻地区新元古界大塘坡组菱锰矿矿床属于典型的海洋化学-生物化学沉积型菱锰矿床。大塘坡式菱锰矿属于一种海洋自生碳酸盐岩,在横向上常与含锰白云岩、白云岩、灰岩呈过渡关系,其结构构造又类似于灰岩、白云岩。作者认为,要形成区域上那么多的大中型菱锰矿床,必须要在成锰期之前漫长的地壳演化中,由岩浆-火山作用、各种海底喷流、古大陆风化剥蚀和搬运、古天然气渗漏等多种地质作用或事件,源源不断地为海洋盆地水介质提供大量的锰质,通过长期的各种地质作用和海解作用,使海洋盆地水介质中积累储存了丰富的Mn2+离子。在成锰期,其沉积盆地位于一个较宽阔的和多障壁地形的温暖、阳光充足、清澈的局限至半局限海岸-浅海陆架区,海流频繁,其中,浅海陆架盆地相带是菱锰矿沉积聚积的最佳相带。菱锰矿形成时的p H值在7~8,Eh值在-0.3EV左右。在此缺氧还原、碱性的底层水介质条件下,海水中的Mn2+离子易与HCO3-离子结合生成MnCO3析出沉淀。适宜的聚锰环境长期稳定、反复存在也是形成该区域内一些菱锰矿床中的多层富厚矿体的时间因素之一。

高精度重力方法在“大塘坡式”锰矿找矿中的应用

随着1∶20万区域重力调查工作的深入开展,圈定了一大批具有找矿意义的重力异常。如何对这些异常进一步研究,并详细探讨与成矿密切相关的岩株、岩墙、岩脉及控矿断裂构造、含矿建造等地下赋存形态,已经成为深部找矿工程中需要突破的瓶颈,解决这些问题迫在眉睫。但国内一些地形复杂的地区,高精度重力测量工作起步较晚,如贵州省高精度重力测量工作基本为空白。贵州省地质调查院为了开展并实施好成矿带区域地球物理调查和高精度重力调查工作,优选省内优势矿种,在贵州省松桃县道坨多金属矿产普查区内开展试验工作,证明了高精度重力测量方法对"大塘坡式"锰矿找矿简单有效,为在该地区开展高精度重力调查工作提供了实践依据。

鄂西走马地区南华系大塘坡式锰矿C-O同位素特征及锰矿成矿作用

近年来,鄂西走马地区发现了“大塘坡式”锰矿(化),但该区锰矿(化)的成矿物质来源、成矿机制以及氧化还原环境的C-O同位素地球化学示踪研究较少。对鄂西走马地区的锰矿开展详细的野外地质调查与钻孔新鲜岩芯样品的C、O同位素研究。结果表明含锰矿物主要为菱锰矿,部分为含锰方解石,呈纹层状、透镜状、条带状、团块状、鲕状及结核状;δ^(13)_C(V-PDB)值为-6.98‰~-2.75‰,δ^(18)O_(V-PDB)值为-17.29‰~-9.12‰,均为负值。结合前人研究成果,认为走马地区大塘坡组锰矿(化)的锰质来源主要受到陆源物质和海底热水的双重作用影响,大塘坡间冰期锰质沉积时古海水温度较高,洋底热流上涌将Sturtian冰期水体内富集的Mn^(2+)与陆源输入的Mn^(2+)在氧化性水体中形成了锰的氧化物,随后沉降在氧化—还原环境界面之下,在成岩过程中和有机物质互相作用,氧化物被还原释放出的Mn2+和有机碳被氧化释放出的CO_(3)^(2-)结合形成菱锰矿。

重庆秀山地区大塘坡式锰矿地质特征及找矿预测

渝东南秀山地区属武陵山成矿带,该区已发现小茶园、笔架山两处大型锰矿,近年找矿效果显著,但隐伏找矿工作尚未取得突破。基于前人资料从地层特征、构造环境、成矿控制因素探讨了矿床特征和成矿模式,在此基础上并初步进行了成矿预测,圈定了3个隐伏找矿靶区,认为该区具有进一步寻找隐伏锰矿的巨大潜力。

湖南花垣地区大塘坡式锰矿成矿地质条件及裂谷盆地研究

花垣地区位于南华纪锰矿的富集区内。本文通过分析大塘坡式锰矿沉积环境和成矿地质条件,认为锰矿体形成必须以一定厚度的含锰岩系为前提,同沉积断裂和火山活动有利于锰质由地球深部涌到成锰盆地内,武陵裂谷盆地可以划分为四个次级裂谷盆地,即团结盆地、磨子寨盆地、民乐盆地和麻甩盆地,其中磨子寨盆地具有成锰盆地特征,是花垣地区有利的锰矿找矿远景区。

贵州省松桃县道坨超大型锰矿床地质地球化学特征

本文报导了贵州省松桃县新发现的一个全隐伏的超大型锰矿床——道坨锰矿床的地质地球化学基本特征,为进一步开展科学研究奠定基础。矿床赋存在新元古代成冰系(南华系)大塘坡组底部的含锰碳质页岩中,主要由条带状、块状、气泡状菱锰矿矿石组成。主量元素特征为Al_2O_3、TiO_2、Fe_2O_3含量较低,中等程度的P_2O_5富集,MnO、MgO含量相对较高,Fe/Mn比值低。微量元素特征为Rb、Nb和Pb亏损,Co、Zn、Sr、Mo相对富集。稀土元素总稀土含量高、中稀土轻微富集、Ce的正异常明显为特征。道坨锰矿含锰层位中黄铁矿的δ^(34)S_(-VCDT)值异常高,并且变化范围小,所测试黄铁矿的δ^(34)S_(-VCDT)值介于56.2‰~63.3‰,平均60.8‰。新发现的道坨超大型锰矿床属于典型的大塘坡式锰矿床,其发现不仅为研究新元古代大规模成锰作用提供了新机遇,同时也为研究成冰系环境演化及其资源、生物效应提供了新契机。

贵州省松桃县道坨超大型锰矿床的发现及其成因探讨

贵州省松桃县道坨锰矿床是新发现的一个超大型全隐伏锰碳酸盐矿床。文章阐述了该矿床的发现概况及基本的地质和地球化学特征,并应用锰矿石和含锰黑色页岩的元素和碳同位素地球化学特征对菱锰矿的形成机制提出了制约。道坨超大型锰矿床的发现是填图及对区域地质资料综合分析的结果。该矿床具有品位高、厚度大、呈层性好及展布广等特点。其锰矿石的主量元素特征为Al2O3、TiO2、Fe2O3含量较低,P2O5中等程度富集,MnO、MgO含量相对较高,Fe/Mn比值低。在微量元素方面,锰矿石显示出较为明显的Co富集,含锰黑色页岩则显示出较为明显的Co、Mo富集;在稀土元素方面,锰矿石具有较高的稀土元素总量,轻微的"帽式"稀土元素PAAS标准化配分模式及明显的Ce正异常,含锰黑色页岩的稀土元素总量与PAAS接近,其稀土元素PAAS标准化配分模式较为平坦,无Ce异常。碳同位素测试结果显示出菱锰矿富集碳的轻同位素,表明在菱锰矿形成过程中存在有机碳的参与。文章表明,道坨锰矿床内的锰是以氧化物或氢氧化物的形式沉淀,菱锰矿是在缺氧且富含有机物质的成岩环境中转化而成。

黔东地区松桃杨立掌锰矿床矿体空间分布特征与找矿方向探讨

通过对杨立掌锰矿床的杨立掌锰矿段、李家湾锰矿段矿床地质特征和钻孔地质资料综合分析,根据"大塘坡式"锰矿古天然气渗漏成矿系统与成矿理论,阐述了矿石矿物成分、结构构造在平面上的变化特征,总结矿体在平面上及沿成锰沉积小盆地短轴方向上的分布特征,并对含锰岩系厚度、矿石品位与矿体厚度三者关系进行了探讨。在此研究成果的基础上,总结杨立掌锰矿床矿体空间分布特征,指出该锰矿床北东东向深部及F1断裂北西盘的找矿方向。

贵州松桃杨家湾大型锰矿床地质特征与勘查实践

松桃杨家湾大型锰矿床是典型的"大塘坡式"锰矿床。该矿床是在上世纪80年代103队松桃黑水溪锰矿床外围找矿预测的基础上,历经5年(2006—2011年)的勘查实践,提交锰矿资源储量逾2 000万吨,结束了黔东地区当时没有大型锰矿床的历史。在对该矿床的矿床特征和构造古地理等特征分析研究的基础上,认为杨家湾锰矿床位于南华纪大塘坡早期北东65°70°方向展布的黑水溪-杨家湾狭长带状的Ⅳ级地堑盆地中。结合该矿床矮河溪一带发现有被沥青充填的气泡状构造和渗漏管构造等古天然气渗漏沉积构造分布特征,该矿床的成因类型与松桃大塘坡锰矿床一样,属典型的古天然气渗漏沉积型锰矿床。

湘西北民乐锰矿成矿后变化分析

大塘坡式锰矿成矿后变化程度可从地层抬升程度、氧化程度、构造条件、裂隙与岩溶发育程度、顶底板隔水性、地表及气候等方面进行分析评价。民乐锰矿成矿后受到近地表因素、地下水的以及断层发育的影响,其成矿后变化程度可从地层抬升程度、断裂发育程度以及含锰岩系隔水性3方面进行评价。选取含矿层埋深、距断层距离、矿体上覆及下伏黑色页岩段厚度对3个评价因素进行定量表征,制作单因素等值线图并量化评分,运用层次分析法确定各因素权重,将各单因素加权叠加绘制成矿后变化程度系数等值线图,将成矿后变化程度分区与锰矿形态(品位)、厚度范围叠加,定量分析成矿后变化对找矿的指示意义。研究发现,断裂发育程度对于民乐矿区成矿后变化程度最为重要,地层抬升程度次之,含锰岩系隔水性影响较少;民乐矿区成矿后变化程度具有“两侧高、中心低”的特征,呈现从盆地中心至边缘带递增的趋势,西侧更多受地层抬升影响,东侧则以断裂影响为主;成矿后变化程度较低的区域更有利于找矿,但对于不同形态(品位)的矿体指示性并不明显;对各类地质演化过程的恢复和定量表征应成为今后大塘坡式锰矿成矿后保存改造研究的主要方向。

湖南湘潭成锰盆地构造特征与锰矿成矿规律浅析

湘潭成锰盆地位于雪峰次级裂谷盆地东北,受武陵-雪峰期的区域性断裂带主导控制,形成于板溪-早南华世。盆地发育有大量形成于南华纪大塘坡期的“大塘坡式”锰矿床,是湖南重要的锰矿勘查和开发基地。区内的锰矿严格受湘潭盆地的形成演化过程控制,通过对盆地的构造特征与锰矿成矿规律进行研究,可为后续区内的锰矿找矿突破提供方向。

南华盆地新元古代成冰纪成锰作用及其成矿背景

南华盆地成冰系大塘坡组锰矿是我国最重要的锰矿产出层位之一,它形成于成冰纪Sturtian冰川事件之后,其成矿背景及形成机理一直是研究的重点。在系统总结Sturtian冰川事件起始与结束时间、南华裂谷盆地结构演化及古气候演变等重大地质事件的最新研究进展的基础上,综合分析了南华盆地大型沉积型锰矿成矿作用过程与这些重大地质事件之间的联系。揭示了南华盆地Sturtian冰期的启动和结束与全球其他地区基本一致,分别发生在~717 Ma和~660 Ma之前。同时,对南华系大塘坡锰矿成矿时代进行了约束,大约形成于~660 Ma之前。在新元古代中期Rodinia超大陆裂解作用的影响下,南华裂谷盆地内部发育一系列由同沉积断层控制的地垒—地堑次级盆地。沿同沉积断层运移的热液流体为大塘坡锰矿的形成提供了大量的成矿物质,并控制着大塘坡锰矿的发育分布。化学蚀变指数(CIA)、锂同位素(δ7 Li)及锇同位素组成[n(187Os)/n(188Os)]等风化指标显示,南华盆地Sturtian冰期晚期至间冰期大塘坡期早期的气候为寒冷干燥,随后转为温暖湿润并很快变为寒冷干燥。至大塘坡中晚期,气候逐渐由寒冷干燥恢复至温暖湿润,并一直保持至大塘坡晚期。整体来看,Sturtian冰期结束后,南华盆地表层海水逐渐氧化,深部沉积水体出现局部间歇式氧化环境,裂陷阶段热液和陆源输入的Mn 2+被氧化为MnO2发生沉淀,并在底部伴随着有机质的埋藏及早期成岩作用而最终形成菱锰矿。

大地电磁法在重庆秀山成锰槽盆深部结构调查中的应用

黔湘渝毗邻区的“大塘坡式”锰矿床,是南华裂谷盆地形成过程中的次级拉张、断陷小盆地中的沉积产物,查明成锰槽盆的深部结构与主要控盆断裂的空间形态,能够为锰矿资源的远景评价及勘探开发提供深部构造证据。以重庆秀山小茶园锰矿床毗邻区的楠木庄预测成锰槽盆为勘探对象,垂直构造走向布置完成一条宽频带大地电磁勘探剖面,结合研究区的地质构造背景开展了地质地球物理综合解释,解释结果显示:①茶园锰矿床发育于鸡公岭背斜构造,该背斜构造深部电性结构横向与纵向不均匀性特征明显,该背斜构造的边界断裂为楠木庄断裂和漆园坝断裂,断裂带表现为明显的电性梯级带;②楠木庄预测成锰槽盆位于次级獠牙盖地堑盆地中,槽盆深部总体表现为高阻-低阻-高阻的三层电性结构特征,中间低阻层最深处可达地下6 km;③综合分析楠木庄预测成锰槽盆深部电性结构与中间低阻层的埋深,认为该槽盆内发育锰矿床的前景较大,但由于埋深过大,开采价值有限。