贵州遵义二叠系茅口组锰矿成矿建造、盆地原型及锰矿相带特征*

汪 洋 刘志臣，2，3 陈 登，2 肖 林 肖 亮

1 贵州省地质矿产勘查开发局102地质大队，贵州遵义 553003 2 中国地质大学(武汉)地球科学学院，湖北武汉 430074 3 自然资源部基岩区矿产资源勘查工程技术创新中心，贵州贵阳 550081

发现于20世纪40年代的贵州遵义锰矿一直是学者讨论研究的热点：刘巽锋等(2001)认为，锰质来自贵州西部玄武岩和茅口组二段硅质灰岩(俗称“白泥塘层”)风化、搬运、沉积、海解带出的锰矿物质，并在潟湖、潮坪环境沉积成矿；韩忠华和潘家州(2007)认为，锰质来源于峨眉山玄武岩的喷发物；刘平等(2008)、杨瑞东等(2009，2018)认为，贵州的二叠纪锰矿为喷流热水沉积矿床，与深大断裂、火山活动有关。另外，很多学者还在锰矿成矿规律、成矿时代、成矿环境等方面取得了重要进展(陈文一等，2003；陶平等，2005；刘志臣等，2013，2015，2016)。然而，目前对该地区构造古地理、成矿模式及找矿预测模型方面的研究尚不够，且随着浅部资源的枯竭，找矿工作正不断转向深部，因此亟须开展深部找矿预测理论的研究，不断指导勘探工作。

为了提高研究区的勘查效率，降低勘查风险和成本，项目团队依托中国地质调查局发展研究中心实施的“贵州遵义锰矿整装勘查区矿产地质调查与找矿预测”4个子项目的 1︰50000
图幅专项地质调查工作(Kruse and Perry，2013；Wangetal.,2014;王涛等，2016；刘志臣等，2017，2019；汪洋等，2018； 张进等，2018)，在锰矿成矿期建造—构造专项填图实践中，发现锰矿床均分布于受二叠纪茅口期同沉积断层控制形成的地堑盆地内，深部壳幔源的富锰气液沿同沉积断层上升到地堑盆地沉积成矿。由于研究区独特的构造古地理环境，茅口晚期形成了不同的沉积建造类型，从喷溢口向外，锰矿相带可划分为中心相、过渡相和边缘相3个相带，大致呈扁椭圆状、长带状展布。经钻探验证，该理论方法对遵义地区锰矿勘查及找矿预测具有一定的指导意义。文中综合前人的研究成果，就贵州遵义二叠系茅口组锰矿成矿建造、盆地原型及锰矿相带划分及标志展开讨论。

a—研究区位置图； b—遵义锰矿区地质图(据刘志臣等，2019)；c—茅口组含矿岩系柱状图图 1 贵州遵义锰矿区地质图及含矿岩系柱状图Fig.1 Stratigraphic column of ore bearing rock series in manganese mine of Zunyi area，Guizhou Province

1 遵义锰矿的矿产地质特征

遵义锰矿区位于贵州省北部遵义市播州区及红花岗区(图1-a)，地处云贵高原东北部大娄山脉的南麓，地貌以低山丘陵和宽谷盆地为主，海拔多为900～1100 m。大地构造位置处于扬子板块南部黔北褶皱带，紧邻江南隆起带西南缘(杨坤光，2012；戴传固，2014)。研究区处于中国26个重要成矿带中的上扬子东缘Pb、Zn、Cu、Ag、Fe、Mn、Hg、Sb、磷铝土矿、硫铁矿成矿带(翟裕生等，1997；刘志臣等，2017)，区内分布有铜锣井锰矿、深溪锰矿及和尚场锰矿等多个大中型锰矿床，是贵州最早发现及开发的锰矿基地。

1.1 区域地层及含矿岩系

研究区属于羌塘—扬子—华南地层大区之扬子地层区上扬子地层分区。区内主要出露地层有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系以及第四系，缺失志留系和泥盆系。锰矿主要产出于中二叠统茅口组(图1-b)，根据岩性组合特征可将茅口组分为3段：一段主要为灰色、深灰色厚层状泥晶灰岩，偶夹泥质条带及燧石团块，富产腕足类、珊瑚、海百合、有孔虫等化石；二段由于其所处构造古地理位置不同，存在岩性差异，在地堑区为深灰色、灰黑色薄至中厚层状含碳硅质灰岩，产腕足类化石，在地垒区主要岩性为深灰色厚层状夹燧石条带(结核)灰岩；三段在地垒区岩性为灰白色、浅灰色厚层状生物碎屑灰岩，在斜坡区为硅化岩或硅化角砾岩，而在地堑区则为锰矿含矿岩系，由一套灰色、灰黑色的菱锰矿、黏土岩、含锰黏土岩及浅灰绿色凝灰岩组成(图 1-c)。茅口组与上覆龙潭组呈平行不整合接触。

1.2 构造特征

研究区经历了多期构造运动，其中构造活动强烈与变形明显的有中元古代末期的武陵运动、志留纪末期的广西运动、二叠纪东吴运动及侏罗纪—白垩纪的燕山运动(李旭兵等，2011)。广西运动使研究区隆起遭受剥蚀，造成古生界志留系、泥盆系、石炭系大部分地层及奥陶系部分地层缺失(张国伟等，2013)；之后的燕山运动使研究区发生强烈变形。在多期次构造运动的复合、叠加及改造作用下，研究区形成了以NNE-NE向为总体构造线的复杂断褶带，广泛发育由一系列紧密背斜和平缓向斜相间平行排布的典型隔槽式褶皱、侏罗山式褶皱(王砚耕，2000)。断层主要为高角度逆冲—逆掩断层，一般发育于褶皱核部，与褶皱紧密伴生、平行展布。

1.3 矿床特征

研究区锰矿体呈层状、似层状产出，产状基本与围岩一致。矿体长度2～6 km，宽度1～4 km，矿层厚度0.50～5.00 m，Mn品位一般为 15%～28%，具有大型—超大型规模。矿石主要为碳酸锰，矿物以菱锰矿为主，含少量钙菱锰矿、锰方解石、锰白云石、铁菱锰矿等；脉石矿物以黏土矿物为主，次为硫化物和方解石，以及少量炭屑、石英等。矿石结构主要有球粒结构、皮壳状结构、放射鲕结构和纤维状结构，矿石构造主要有块状构造、斑杂状构造、纹层状构造、角砾状构造和碎屑状构造。

1.4 茅口期构造古地理特征

在二叠纪茅口期，伴随着峨眉山地幔柱的抬升(Heetal.,2003；何斌等，2006；Shellnutt and Zhou, 2006; Shellnuttetal.,2010；Zhangetal.,2009)，地壳发生区域性上升，拉张作用造成研究区发生规律性裂解(Liu，1999，2001)。受同沉积断层控制，研究区形成了黔北裂谷盆地(Ⅰ级)及水城、遵义2个次级裂谷盆地(Ⅱ级)，其进一步可划分为多个Ⅲ级、Ⅳ级地堑盆地与地垒等构造古地理单元(图 2)(刘志臣等，2019)。同沉积断层为研究区锰质来源提供了通道，富锰流体沿断层喷溢沉积并富集成矿(Edmond and Von Damn，1983；Bernhard and Olaf，2012；周琦等，2016)。研究区二叠系锰矿床均分布在一系列的次级地堑盆地中，例如深溪、铜锣井大型锰矿床形成于深溪—八里Ⅲ级地堑盆地，和尚场、工农湾锰矿床形成于团溪—尚嵇Ⅲ级地堑盆地中，而在次级地垒区则无锰矿体的产出和分布(刘志臣等，2019)。

2 与成矿有关的建造划分与识别

建造指同一时代、同一构造环境、同一地质作用下形成且宏观上可识别填绘的一套岩石组合(Kuznetsov，2017)，可分为沉积岩建造、火山岩建造、侵入岩建造、变质岩建造等，其中具有一定含矿性、已发现矿(化)体赋存的建造为含矿建造(王砚耕等，2018)。贵州遵义锰矿形成于二叠纪茅口晚期，该时期由于独特的构造古地理环境形成了不同的沉积建造类型，根据不同的岩性组合、结构构造等划分出6个与成矿有关的沉积建造类型(图 3)，分别为富锰建造(P2m3a)、贫锰建造(P2m3b)、含锰建造(P2m3c)、黏土岩建造(P2m3d)、硅化岩建造(P2m3e)和生物灰岩建造(P2m3f)。各建造类型特征如下：

图 2 二叠纪茅口晚期贵州遵义次级裂谷盆地结构与构造古地理图(据刘志臣等，2019；有修改)Fig.2 Structure and tectonic palaeogeography of rift basin in Zunyi area of Guizhou Province during the late Maokou Period of Permian (modified from Liu et al.，2019)

a—富锰建造，谢家坝ZK3101钻孔，深度556.67～561.51im，灰黑色角砾状菱锰矿石；b—贫锰建造，永安YAZB2703钻孔，深度258.11～259.06im，深灰色碎屑状菱锰矿石；c—含锰建造，自南茶锰矿矿井内采集，深灰色含锰黏土岩；d—黏土岩建造，自南茶锰矿矿井内采集，灰色、灰白色含黄铁矿黏土岩；e—硅化岩建造，西坪大同剖面，灰白色夹深灰色薄层状硅化岩；f— 生物灰岩建造，南坪剖面，灰白色厚层状生物灰岩图 3 贵州遵义锰矿成矿期沉积建造Fig.3 Photos showing sedimentary formation of metallogenic period in Zunyi area，Guizhou Province

1)富锰建造(P2m3a)。主要为灰色—灰黑色角砾状、斑杂状构造菱锰矿。底板为茅口组二段(P2m2)碳硅质灰岩建造，主要为一套灰黑色薄层至中厚层状含碳硅质灰岩夹灰岩组合；顶板为龙潭组(P3l)碎屑岩建造，主要为深灰色含植物化石黏土岩或煤层(线)。富锰建造厚0.5～5.0 m，一般大于2 m，矿石品位常大于25%，主要分布在研究区中部谢家坝、深溪和永安场一带，分布范围大致沿NE70°～75°方向呈带状展布，是Ⅳ级地堑盆地锰矿喷溢沉积中心相产物。

2)贫锰建造(P2m3b)。为浅灰色—深灰色块状、碎屑状菱锰矿，底部有1层灰绿色凝灰岩。贫锰建造厚0.5～3.5 m，矿石品位在15%～25%之间，主要分布在研究区中部大窝、共青湖、铜锣井一带，为Ⅳ级地堑盆地锰矿喷溢沉积过渡相产物。

3)含锰建造(P2m3c)。为浅灰色—灰色含锰黏土岩，含少量黄铁矿结核。厚0.2～2.0 m，矿石品位在5%～15%之间，主要分布在龙坪、复兴一带，为Ⅳ级地堑盆地锰矿喷溢沉积边缘相产物。

4)黏土岩建造(P2m3d)。为灰白色、浅灰色黏土岩，含结核状、条带状黄铁矿。厚0.1～2.5 m，矿石品位小于5%，主要分布在鸭溪、团溪、三岔一带，位于Ⅲ级地堑盆地边缘及地垒区。

5)硅化岩建造类型(P2m3e)。为灰白色厚层至块状硅化岩或灰白色与深灰色薄层状硅化岩互层，在同沉积断层附近主要为角砾状硅化岩。其原岩为灰岩，硅含量局部达99%，可达到玻璃用石英岩级别。总体呈线状分布于新蒲—桑树湾、西坪—团溪一带，其分布范围控制了锰矿的产出范围。底部为硅质灰岩建造，与下伏茅口组二段地层呈整合接触。顶部直接与上二叠统龙潭组接触。

6)生物灰岩建造(P2m3f)。为浅灰色、灰白色厚层至块状灰岩、生物碎屑灰岩，富产、腕足类、珊瑚、瓣鳃类等化石。厚30～60 m，与下伏地层呈整合接触。主要分布在黔北裂谷盆地外围，在盆地内的地垒区呈线状分布。

3 遵义二叠纪锰矿的裂谷盆地原型

在相对稳定的大地构造阶段占主导的沉降机制下发育的一套沉积充填组合为原型盆地(何登发等，2011)。遵义次级裂谷盆地格局主要受控于二叠纪茅口期拉张构造环境下形成的同沉积断层。该沉积断层为贵州遵义地区二叠纪锰矿成矿期主要的构造，具正断层性质，是常与沉积、火山成矿作用同时发生、持续进行的一种特殊构造型式，主要发育于裂谷拉张构造环境(朱洪发等，1989；翟裕生等，1997；Childsetal.，2003)。研究区茅口期同沉积断层不仅控制了盆地的形成和演化，也为锰矿成矿提供了物质来源的通道和沉积环境。

表 1 贵州遵义二叠系茅口组含锰岩系地层厚度Table1 Thickness of manganese bearing rock series of the Permian Maokou Formation in Zunyi area，Guizhou Province

其沿NE70°～80°方向大致平行展布，形成了以近东西向为总体构造线的构造古地理格局(刘志臣等，2019)。研究区同沉积断层的识别是锰矿找矿预测的关键要素，文中以具有控盆控相作用的同沉积断层为原型盆地边界，对裂谷盆地原型进行了研究。

3.1 地层厚度突变标志

研究区大量的剖面及钻孔资料显示，在成锰盆地内外，含锰岩系以及上覆、下伏地层厚度均出现了突变，厚度相差较大，甚至缺失。如遵义深溪—八里Ⅲ级地堑盆地中，龙潭组厚度从81.50 m增加到132.51 m(表 1)；含锰岩系在Ⅳ级地堑盆地中心沿同沉积断层迅速增厚，厚度一般4.0～6.0 m，最厚可大于11.21 m(转孔庙ZK501)，锰矿体厚度一般大于2.0 m，品位常大于20%，往两侧龙坪—喇叭、新蒲—割麻垭一带含锰岩系厚度迅速减薄为零。出现硅化岩及生物灰岩，这些地层厚度增厚点连线即为同沉积断层方向。含锰岩系下伏地层茅口组二段，由于所处构造古地理位置不同，出现了岩相分异，在Ⅲ级地堑盆地内形成了一套含碳硅质灰岩，而在地垒区则发育燧石条带灰岩或灰岩与硅质灰岩互层的岩石组合。由于沉积速率的差异，在地堑盆地内外，茅口组二段厚度出现突变，在盆地内由于沉积速率较小，茅口组厚度在40～60 m，而在盆地外沉积速率较大，厚度在80～100 m(图 4)。

图 4 贵州遵义二叠系茅口组地层对比Fig.4 Stratigraphic correlation of the Permian Maokou Formation in Zunyi area，Guizhou Province

3.2 线状展布的硅化角砾岩标志

硅化角砾岩主要分布在赵家寨—新蒲、西坪大同—团溪上龙洞以及龙坪—南白一线，硅含量一般为70%～95%，局部高达99%。硅质来源于沿同沉积断层喷出的富含硅质气液(Maynard，2003；Zengetal.,2011)，在喷溢口附近交代了茅口晚期碳酸盐沉积物(生物灰岩)而形成硅化岩，并完整保存了丰富的生物碎屑化石，生物类型多为类、藻类等。另外，硅质在酸性的环境中易形成SiO2，表现为硅质向偏酸性的环境迁移、沉积、富集，在沉积、成岩过程中发生明显分异，其中在同生或准同生作用阶段，由于同沉积断裂活动和重力作用造成沉积物在塑性和半固结状态下发生滑动变形，形成重力滑塌堆积(硅化角砾岩)(刘志臣等，2013)。角砾直径为2～40 cm，具有明显的滑动构造，以层纹状、花斑状硅质角砾岩为主，一般厚5～20 m，呈线状、长带状分布于遵义次级裂谷盆地中Ⅲ级地堑盆地与地垒交界处。硅化角砾岩为同沉积断层的典型标志，其分布位置及展布方向即为Ⅲ级地堑盆地边界及方向。

3.3 特殊沉积构造标志

贵州遵义地区二叠纪锰矿为沉积型锰矿，原生矿石最常见的构造为块状及纹层状构造。而在盆地中心相区内，矿石构造多为斑杂状、角砾状和块状，基质由微晶菱锰矿矿石组成，可见黄铁矿、方铅矿、毒砂等典型热液矿物组合，砾石主要由下伏茅口组生物碎屑灰岩组成，灰岩碎屑出现明显热液硅化现象。这些特殊的具喷溢沉积构造的锰矿石常呈长带状展布，其分布范围即可指示Ⅳ级地堑盆地中心位置及展布方向。

3.4 AMT地球物理标志

研究区含锰岩系黏土岩、锰矿层显示低阻电性，锰矿底板茅口组一段、二段以及栖霞组以碳酸盐岩为主，显示相对高阻。含矿岩系顶板龙潭组—夜郎组碎屑岩显示低阻电性，嘉陵江组、关岭组岩石组合显示相对高阻。横向上，成矿期(茅口组三段)岩相分异明显，地堑盆地内为锰矿及黏土岩组合，显示相对低阻电性，而地垒区为硅化岩及生物灰岩，显示相对高阻。故含矿岩系在物性上与上覆龙潭组及下伏茅口组地层差异明显，在横向上与同期形成的硅化岩及生物灰岩物性差异明显，具备音频大地电磁测量(AMT)条件。根据横向上电阻率的不连续性，用AMT方法在地堑盆地内识别出成矿地质体厚度相对增加等特征(刘志臣，2016a；Attwa and Henaish, 2018；杨炳南等，2018)，清晰地划分和识别出同沉积断层以及地堑盆地(图 5)。

图 5 贵州遵义地球物理综合成果解释图(测线位置见图7)Fig.5 Interpretation of geophysical comprehensive results in Zunyi area，Guizhou Province(survey line position seen inFig.7)

4 二叠纪锰矿相带划分及标志

在茅口期峨眉山地幔柱抬升的背景下，研究区发育一系列同沉积断层，为深部壳幔源的富锰热液提供了喷溢通道。富锰热液沿同沉积断层上升到Ⅳ级地堑盆地，从喷溢口喷出并沉积成矿(刘志臣等，2019)。自喷口向外，形成中心相、过渡相和边缘相3个锰矿相带，沿同沉积断层大致呈扁椭圆状、长带状展布(周琦等，2013，2017；汪洋等，2018)。

a—中心相矿石，深溪锰矿ZK2711钻孔，深度1546.40～1548.55im，深灰色、褐红色斑杂状菱锰矿石； b—过渡相矿石，湘江锰矿矿井，深灰色块状菱锰矿石；c—边缘相矿石，西台锰矿矿井，灰色铁锰矿石图 6 贵州遵义二叠系茅口组锰矿典型矿相特征Fig.6 Typical mineral facies photos of manganese ore of the Permian Maokou Formation in Zunyi area，Guizhou Province

图 7 贵州遵义深溪—八里地堑盆地二叠纪茅口晚期锰矿建造构造图Fig.7 Metallogenic formation of manganese deposit of the late Maokou period of Permian in Shenxi-Bali graben basin in Zunyi area, Guizhou Province

5 找矿验证

以研究区锰矿建造构造专项填图实测的剖面、调查路线以及各类探矿工程为地质点，以划分的成矿期沉积建造为地质填图单元，结合识别、填绘出的成矿期同沉积断层，运用二叠纪锰矿相带划分及标志理论为指导，填编出了深溪—八里地堑盆地成矿期(茅口晚期)建造构造图(图 7)，并以此为底图，开展找矿预测工作，在矿业权空白区优选出3个全隐伏找矿靶区，分别是忠庄找矿靶区、谢家坝找矿靶区、复兴找矿靶区，预测资源量达1.16×108it。

为了验证该理论方法对深部锰矿找矿预测的实用性及有效性，在谢家坝找矿靶区内29、31、39勘查线分别部署4个验证钻孔(ZK2901、ZK3101、ZK3102、ZK3901)进行靶区验证，其中ZK3101钻孔发现了厚度为3.77 m、品位约28%的富锰矿体；ZK3901钻孔揭露了厚度为3.28 m、品位约为20%的锰矿体；ZK2901终孔孔深340.10 m，探获真厚度5.38 m、品位20%的富锰矿层，初步圈定资源量2200×104t，找矿效果显著(表 2)。

表 2 贵州遵义二叠纪茅口晚期锰矿验证钻孔实际见矿情况与预测对比Table2 Comparison of actual ore of verification borehole and prediction of manganese deposit of the late Maokou Period of Permian in Zunyi area, Guizhou Province

并发现了沉积中心相的斑杂状构造、纹层状构造、搅动构造和角砾状构造等特征，钻孔见矿情况与建造构造填图成果吻合较好。该方法运用在贵州遵义锰矿隐伏区预测锰矿，尤其是富锰矿是有效的，对勘查工作指导效果显著，具有一定的推广意义。

6 结语

1)根据不同的岩性组合、结构构造等，将贵州遵义二叠系茅口组三段与成矿有关的沉积建造划分为6个建造类型，分别为富锰建造(P2m3a)、贫锰建造(P2m3b)、含锰建造(P2m3c)、黏土岩建造(P2m3d)、硅化岩建造(P2m3e)、生物灰岩建造(P2m3f)。

2)研究区茅口期同沉积断层控制了成锰盆地的形成和演化，控制了研究区岩相古地理格局，在同沉积断层两侧含锰岩系及其上覆、下伏地层出现厚度突变，在同沉积断层附近沉积形成了硅化角砾、特殊喷溢沉积构造(斑杂状、角砾状)的锰矿石及方铅矿、毒砂等典型热液矿物组合。根据音频大地电磁测深(AMT)剖面横向上电阻率的不连续性及成矿地质体厚度相对增加等特征，可以划分和识别同沉积断层以及地堑盆地。

4)经钻探验证，4个验证钻孔均揭露富厚锰矿体，见矿情况与预测成果吻合较好，说明该理论方法运用在贵州遵义二叠纪锰矿的隐伏区找矿预测工作中是有效的，具有一定的推广意义。