黔东松桃地区南华系大塘坡组锰矿中黄铁矿硫同位素特征及其地质意义

黔东松桃地区是我国重要的锰矿富集区,其中大塘坡组中黄铁矿δ34S存在比较大的差异.通过CF-IRSM法对松桃李家湾、道坨、西溪堡矿区菱锰矿样品中黄铁矿硫同位素组成开展研究,结果显示出两个明显的特征:(1) 样品中黄铁矿普遍具有极高的δ34S值,为47.69‰~66.76‰;(2) 在同一成锰盆地中,水深相对较浅的李家湾矿区黄铁矿δ34S值(47.69‰~59.15‰)明显低于水深相对较深的道坨矿区的δ34S值(53.85‰~62.86‰),且中心相δ34S的值(53.85‰~66.76‰)明显高于过渡相δ34S的值(47.69‰~59.15‰),黄铁矿硫同位素组成表现出明显的深度梯度效应.大塘坡组含锰层位黄铁矿异常高的δ34S值及其明显的深度梯度特征表明,在新元古代Sturtian冰期刚刚结束的间冰期初期,海水硫酸盐浓度极低,海洋呈现显著的分层现象,这一时期深部海洋可能并没有完全氧化.      

南华裂谷武陵次级裂谷西段Ⅳ级地堑大塘坡组地层特征对比与锰矿成矿预测

黔东锰矿矿集区既是中国锰矿资源最丰富的地区,也是世界级的锰矿资源富集区之一。位于南华裂谷武陵次级裂谷(Ⅱ级),即武陵山巨型锰矿成矿带中。本文拟从武陵次级裂谷(Ⅱ级)中石阡-松桃-古丈Ⅲ级地堑盆地西段中的黑水溪-杨家湾、李家湾-高地-道坨、大屋、大塘坡和寨英-西溪堡等系列Ⅳ级地堑中的大塘坡组地层特征进行详细对比研究,为隐伏锰矿找矿预测提供依据。     

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 ~ 20 439.7 μg/g, 平均3 322.5 μg/g, 硫酸盐的δ34SVCDT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δ34SVCDT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δ34SVCDT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δ34SVCDT值差别不大; 黑色页岩和锰矿石全岩的δ34SVCDT为41.4‰~63.9‰, 平均55.7‰。同一样品中, 硫酸盐的δ34S均高于全岩的值, 但差异不大。铁丝坳组顶部含砾杂砂岩的δ13Ccarb为–11.3‰ ~ –8.3‰, 平均–9.6‰, δ13Corg为–31.7‰ ~ –30.1‰, 平均–30.9‰; 大塘坡组一段黑色页岩和锰矿石的δ13Ccarb为–12.4‰ ~ –4.6‰, 平均–8.5‰, δ13Corg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δ34S异常高的黄铁矿是在氧化还原分层明显的静水环境中, 由δ34S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δ34S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Mn2+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Mn2+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Mn2+, 有机质本身被氧化为CO2– 3, 二者结合形成菱锰矿。     

重庆秀山小茶园地区南华纪大塘坡组沉积环境与锰矿产出规律

在系统分析重庆秀山小茶园锰矿区大批钻孔数据资料的基础上,基于野外地质调查和室内沉积学、地球化学等分析得出,盆地中心相的沉积物厚度大,TOC、U、Mo、V、δ34Spy的含量高,草莓状黄铁矿丰富,指示了缺氧的水体条件,且锰矿的品位和厚度大.向盆地边缘相、斜坡相,沉积物厚度减小,TOC、U、Mo、V、δ34Spy含量降低,...     

重庆秀山小茶园地区南华纪大塘坡组沉积环境与锰矿产出规律

在系统分析重庆秀山小茶园锰矿区大批钻孔数据资料的基础上,基于野外地质调查和室内沉积学、地球化学等分析得出,盆地中心相的沉积物厚度大,TOC、U、Mo、V、δ34S_py的含量高,草莓状黄铁矿丰富,指示了缺氧的水体条件,且锰矿的品位和厚度大。向盆地边缘相、斜坡相,沉积物厚度减小,TOC、U、Mo、V、δ34S_py含量降低,指示水体缺氧程度减弱,同时锰矿的品位和厚度减小。锰矿体厚度的变化与含锰岩系厚度的变化规律一致,二者呈正相关关系。小茶园矿区矿体展布方向与小茶园次级地堑盆地长轴方向基本一致,为NE60°左右。因此,小茶园矿区锰矿床矿体产出受到次级地堑盆地和沉积相带的控制,缺氧的盆地中心相成矿最佳,其次为盆地边缘相,斜坡相成矿较差。     

贵州铜仁松桃锰矿国家整装勘查区地质找矿主要进展及潜力预测

贵州铜仁松桃锰矿国家整装勘查区位于扬子地块东南缘的武陵山成矿带。著名的南华纪大塘坡早期(660-667 Ma)"大塘坡式"锰矿,形成于Rodinia超大陆裂解背景下的南华裂谷盆地。近年来,项目团队在该国家整装勘查区及黔渝湘毗邻区,通过长期的产学研协同攻关,厘清了锰矿大规模成矿作用的独特地质背景和构造古地理格架,发现了新的锰矿床类型——古天然气渗漏沉积型锰矿床,建立锰矿裂谷盆地古天然气渗漏成矿理论和深部隐伏矿找矿预测模型,圈定了若干找矿靶区。通过该整装勘查区的实践检验,累计投入各类勘查资金6亿多元,先后新发现了松桃西溪堡(普觉)、松桃道坨、松桃高地和松桃桃子坪四个隐伏超大型锰矿床。该整装勘查区新发现的超大型锰矿床数,占全球已发现超大型锰矿床总数约三分之一。新发现的锰矿资源量,超过了2011年全国锰矿保有资源量的总和,实现了我国有史以来锰矿找矿的最大突破,且锰矿找矿潜力依然巨大。使黔东成为中国锰矿资源最丰富的地区和新的世界级锰矿资源富集区。古天然气渗漏沉积型锰矿床成为中国最重要的锰矿床类型,是继传统的海相沉积型、沉积变质型锰矿床类型之后,全球最重要的三大锰矿床类型之一。     

音频大地电磁测深在湘西“大塘坡式”锰矿勘查区应用研究

湘西磨石锰矿勘查区位于湘黔桂三省交界处,属于扬子地台东南缘,区内赋矿地层南华系大塘坡组与黔东松桃特大型锰矿赋矿层位属同一地层。但本文区内沉积锰矿层具有总体连续,局部断续的特点,而且后期构造变形复杂,因此确定深部矿体走向具有很大难度。赋矿地层大塘坡组岩性为黑色含锰炭质板岩,下伏地层南华系富禄组为中细粒石英砂岩,上覆地层南华系洪江组为含砾砂质板岩,含矿地层与围岩电阻率物性差异显著。本文在磨石矿区开展音频大地地磁测深,大致查明了地层走向与构造特征,为下一步勘查工作提供了重要依据。     

黔东松桃南华系大塘坡组锰矿层物源:来自Sr同位素的证据

锰矿床的物质来源是锰矿床研究的难点问题之一.辨别黔东松桃地区南华系大塘坡组锰矿沉积的物质来源有助于加深对锰矿成矿过程的理解.对黔东松桃地区南华系大塘坡组锰矿沉积的Sr同位素研究显示,15个锰矿石、锰质页岩及炭质页岩样品87Sr/86Sr同位素比值变化范围为0.705 727~0.732 536,其中炭质页岩样品具有最高的Sr同位素比值0.732 536,含锰岩系样品87Sr/86Sr同位素比值平均值为0.711 128.样品中87Sr/86Sr比值随着Al含量的上升,分别出现87Sr/86Sr比值上升与下降的两个分异趋势.87Sr/86Sr比值随Mn含量的上升总体呈现下降的趋势,但该趋势无显著相关性,残差分析显示这主要是由于样品中87Sr/86Sr比值随着Mn含量上升出现收敛性波动造成.上述现象是由于陆源碎屑成分和海底热液成分混合输入造成.通过与大塘坡组同时代(约660 Ma)古海水Sr同位素组成,世界范围内不同时代锰矿沉积以及现代红海沉积物的Sr同位素结果对比,发现黔东松桃地区南华系锰矿层中Sr同位素比值分布范围较宽,部分锰矿样品87Sr/86Sr比值低于古海水87Sr/86Sr比值,与典型大洋成因的锰矿层或铁锰结核具有不同的Sr同位素特征.联系黔东南华系大塘坡组锰矿层形成时期的特殊地质背景,认为锰质积累过程与沉淀过程为不同阶段产物——锰质的积累过程在Sturtian冰期盆地缺氧水体中完成,可能主要以海底热液喷溢系统完成;而锰矿的沉淀过程则是在间冰期伊始古海洋化学条件动荡的水体中完成.      

贵州松桃南华系大塘坡组凝灰岩锆石SHRIMPⅡU-Pb年龄

新元古代冰期和冰期发生的确切时代一直是全球前寒武纪地质学家关注的话题之一.本文应用高分辨率、高精度离子微探针(SHRIMPⅡ)锆石U-Pb定年方法,测定采自贵州松桃黑水溪锰矿大塘坡组底部凝灰岩锆石U-Pb年龄为667.3±9.9 Ma(MSWD=1.6).这一年龄结果与前不久Zhou等(2004)在"Geology"上报道的贵州松桃寨郎沟剖面大塘坡组下部凝灰质层的锆石U-Pb年龄662.9±4.3 Ma (MSWD=1.24) 完全一致,进一步限定了我国南华系大塘坡组间冰期的下限年龄.综合近年来同位素年代学新资料,认为南华系南沱冰期与新元古代马利诺(Marinoan)冰期相当,时限大致在660～630 Ma之间.南华系的下冰期与斯图特(Sturtian) 冰期相当,时限大致在750～670 Ma之间.     

贵州铜仁新元古界大塘坡组黄铁矿Re-Os同位素组成及意义

从贵州铜仁西溪堡矿区新元古界大塘坡组第一段“含锰岩系”中选取8件黄铁矿样品,对其进行了Re-Os同位素分析。结果表明其等时限年龄为(459±16)Ma,明显晚于间冰期大塘坡组的沉积时代（670～635 Ma）,表明该地区受加里东晚期的构造热事件影响。此次所分析的所有样品均具有高Re、低Os含量、高Re/Os比值及高187Os/188Os同位素比值,且187Os/188Os初始值为1.02±0.41,明显大于地幔特征值（0.12～0.13）,指示成矿物质来源于壳源。     

贵州东部及邻区震旦纪大塘坡期事件沉积与地层对比

本文以大量而翔实的锰矿钻孔原始编录及人工与自然露头剖面的观测资料为素材，运用当代事件地层学与层序地层学的基本原理，重新划分并论证了黔东及邻近地区各聚锰盆地大大塘波组（Ｚ１ｄ）／铁丝坳组（Ｚ１ｔ）的自然分层界线，即大塘坡组底界应以标志海平面迅速上升，温暖气候条件下菌藻类生物的空前繁盛及海底缺氧环境沉积的黑色炭质页岩（或富真藻类灰（云）岩或者真是同时异相的页岩）为对比依据，其底界恰好代表一个初始海泛面     

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。     

贵州新元古代大塘坡期巨量锰矿成矿物质来源分析

新元古代大塘坡期,贵州松桃等地形成锰矿集聚区,并发育4个世界级锰矿床,累计探明锰资源量达7亿t。但是什么地质条件下,能导致如此巨量的锰质富集成矿,其成矿物质来源问题一直没有得到满意的解释。本文通过对含锰岩系大塘坡组基底板溪群及海底火山岩中锰含量特征、江南造山带演化以及Rodinia超大陆解体与锰矿成矿关系分析,认为基底板溪群中锰含量高,MnO含量达到0. 16%,板溪群风化壳中锰含量更高,MnO达0. 88%。板溪群中的同期岛弧玄武岩含MnO更高,达到0. 25%,它们可能是锰矿成矿的物源层,是形成巨量锰矿的基础;江南造山带造山挤压变质作用,引起板溪群和岛弧玄武岩中锰质活化、迁移富集;Rodinia超大陆解体,在650 Ma发生拉张裂谷作用,使活化富锰变质流体沿着断裂喷流出海底,形成大量锰矿。     

贵州省松桃大塘坡组含锰岩系的形成环境分析

贵州黔东断裂坳陷带是我国重要的锰矿成矿区,发育了新元古代大塘坡早期富锰黑色页岩。一般认为,锰矿是氧化环境下沉积的MnO₂在早成岩过程中与有机质之间发生氧化—还原反应形成的;但最近研究显示,也有可能直接从缺氧海水中沉淀而成。本文对贵州省松桃县西溪堡锰矿区大塘坡组一段含锰岩系和大塘坡锰矿区铁矿坪锰矿床的大塘坡组一段含锰岩系中的样品,采用总有机碳、总硫、显微镜薄片鉴定、扫描电镜、电感耦合等离子体质谱等研究方法,探讨了大塘坡组一段的沉积环境,为锰矿成因提供新的线索。本研究分别提取和测试了碳酸盐矿物和残余物（主要为粘土矿物）微量元素、稀土元素的含量后发现,去除碳酸盐矿物后余样Sr/Ba比值为0.06~0.19、B/Ga比值为1.44~5.01,碳酸盐矿物成分中Y/Ho比值为16.18~29.78,均指示锰矿层沉积于Sturtian冰期后冰川消融而成的淡水—半咸水的环境。锰矿的稀土总量高,类似于大洋铁锰氧化壳的“帽型”稀土元素配分模式,具有Ce/Ce*正异常;氧化还原敏感元素双原子比U/Th比值为0.16~0.35、V/Cr比值主要为0.35~5.84、Ni/Co比值介于0.64~12.45。这些值中绝大部分都低于氧化—还原临界值,表明西溪堡和铁矿坪含锰岩系都沉积于氧化环境。于是,锰以氧化态形式（锰氧化物）从水沉淀下来,后期在成岩过程中被还原而形成碳酸锰矿床。

     

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。     

黔东松桃高地锰矿区寒武系中上部娄山关组与毛田组地层界面处铅锌矿成矿可能性分析

黔东松桃高地锰矿区娄山关组与毛田组地层界面处普遍发育一层厚10m的方解石、白云石脉体带,个别点上见弱矿化蚀变。结合湘西黔东铅锌矿成矿环境分析,成矿元素可以来自于下伏的富含铅锌元素的早寒武世-震旦纪地层,成矿时代可能为印支早期,该时期热液或成矿热液活动已经逐渐减弱强,但局部地段可能因深大断裂的导通作用,会有类似湘西花垣地区铅锌矿那样的局部富集成矿条件。     

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。     

湖南湘潭锰矿的地球化学特征及成矿机制

湘潭锰矿床的锰矿层赋存于新元古代南华系(成冰系)大塘坡组底部含锰黑色页岩中,含锰矿物主要为菱锰矿。湘潭锰矿的Fe/Mn值低,Th/U、V/(V+Ni)和V/Cr值等地球化学指标显示其发育在氧化-次氧化的沉积环境中,暗示菱锰矿并不是由Mn~(2+)和CO_3~(2-)直接沉淀形成的。湘潭锰矿稀土元素含量高,稀土元素配分模式存在轻微的中稀土元素富集,具有明显的Ce正异常,这些特征指示湘潭锰矿含锰矿物是以锰氧化物或氢氧化物的形式沉淀的。同时,锰矿的碳同位素富集碳的轻同位素,说明有机物参与了菱锰矿的形成过程。综合分析表明,湘潭锰矿成矿过程可以分为沉淀和转化两个阶段:在氧化性的水体中,Mn以氧化物或氢氧化物的形式沉淀;在缺氧且富含有机物质的成岩环境中,Mn氧化物或氢氧化物被有机物还原而转化生成菱锰矿。这与华南地区其他几个典型的大塘坡式锰矿的成矿机制一致。     

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三方面进行评价。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三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。     

黔东松桃地区大塘坡组LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义

南华裂谷盆地在南华纪出现地垒区与地堑区的明显沉积分异。在对黔东松桃地区将军山剖面南华系地层进行实测的基础上,与地堑区南华系地层进行了对比。发现地垒区与地堑区的沉积分异主要表现在铁丝坳组与大塘坡组的岩性与厚度变化上。在此基础之上,对将军山剖面大塘坡组底部凝灰层进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究,得到年龄值为664.2±2.4 Ma。通过该年龄与前人在地堑区所获得的对应地层年龄进行对比,可将南华裂谷盆地地垒区Sturtian冰期结束时间限定在不晚于663~667 Ma范围内,这证明Sturtian冰期消退事件在黔东地区范围内具有等时性,整个Sturtian—Marinoan间冰期持续时间约为10 Ma。与此同时,通过与世界范围内各古板块上Sturtian冰后期沉积的最新定年结果进行对比工作,得出全球Sturtian冰期结束时间同样具有等时性的结论。