淺析鄂西南南華紀大塘坡期沉積盆地形成與劃分

楊宏偉,劉 海,秦元奎,郭 威,姚敬劬,范玖琳,陳夢杰,王 騰

(中南冶金地質研究所,湖北 宜昌 443000)

淺析鄂西南南華紀大塘坡期沉積盆地形成與劃分

楊宏偉,劉 海,秦元奎,郭 威,姚敬劬,范玖琳,陳夢杰,王 騰

(中南冶金地質研究所,湖北 宜昌 443000)

近幾年大塘坡式錳礦勘查在湘黔渝鄂地區取得了突破性進展,成為中國錳礦的一種重要類型。鄂西南長陽、神農架、鶴峰等地均有南華系大塘坡式錳礦產出,均發育于南華紀含錳沉積盆地中。在羅迪尼亞超大陸裂解的背景下,華南地區形成南華系裂谷盆地,在鄂西南形成了神長鶴次級裂谷,發育神農架、長陽、鶴峰3個斷陷盆地,神農架、跑馬坪、古城、楊樹坳、黃家坪、走馬嶺等6個次級凹陷,次級凹陷為鄂西“大塘坡式”錳礦找礦潛力區。神—長—鶴次級裂谷盆地控制了鄂西南地區錳礦的形成與分布,錳礦沉積于靠近活動性斷裂和水體較深的冰湖盆地中心區域。

沉積盆地;大塘坡組;錳礦;鄂西南

湘黔渝為中國重要的錳礦資源富集區,發現了多處大型超大型錳礦,如貴州道坨、楊立掌,湖南花垣,重慶秀山等。近些年來貴州地區大塘坡式錳礦找礦成果豐碩,與之毗鄰的湖北鄂西南地區也具有相似的找礦地質條件,因此,鄂西南也成為了湖北省地勘基金近幾年錳礦勘查重點區域。自20世紀70年代發現古城錳礦以來,近40年湖北省錳礦找礦停滯不前,2013年度湖北省地勘基金在長陽地區設置錳礦整裝勘查,截至目前新增資源儲量已達到中大型規模,取得了較大的找礦突破。鄂西南鶴峰、神農架與長陽地區具有相似的成礦地質背景,均發育南華系間冰期大塘坡組含錳巖系,具有有利的找礦條件。而大塘坡式錳礦為海相沉積型錳礦,發育于沉積盆地中,因此,大塘坡期沉積盆地研究對錳礦成礦研究具有重要意義。

1 鄂西南南華系地質特征

1.1 南華系劃分沿革

鄂西南南華系主要分布于神農架背斜、黃陵背斜周邊和長陽背斜、走馬坪背斜核部地區。1949年以來,多位學者及機構對湖北省原震旦系進行過較為詳細的研究[1-6],并取得重大進展。南華系一名是由第三屆全國地層會議(北京,2003)新定義的新建系,系名源自于劉鴻允命名的“南華大冰期”。中國地層表(2014)將其分為上、中、下三統,即下統蓮沱組,中統包括古城組和大塘坡組,上統南沱組,屬新元古代。下與青白口系相接,上為震旦系所覆蓋,與國際地層表(2000)中成冰系相對應。

1.2 南華紀古構造格局

鄂西南南華系沉積時期,由于所處大地構造部位比較特殊,其古構造格局顯得十分復雜?，F有研究資料表明,區內古斷裂構造對南華紀大塘坡期沉積盆地的形態以及物質分配與錳礦分布有明顯控制作用。其古斷裂構造由北向南主要有青峰斷裂、陽日灣斷裂、霧渡河斷裂、天陽坪—監利斷裂等,這些斷裂特點是規模大、延伸遠、活動時間長,屬規模較大的古斷裂,其中青峰斷裂和天陽坪—監利斷裂還具有同沉積斷裂特點,它們于南華紀前就已存在[7],并有明顯活動跡象,既控制南華紀大塘坡期成錳盆地的形成、形態與錳質分布,同時后期改造作用也較為明顯(見圖1)。

1.3 南華系地層特征

區內南華系以碎屑巖沉積為主,沉積由南往北具增厚特點,其厚度變化與所處沉積盆地位置和物質來源密不可分。按照當前南華系地層劃分方案,由下向上依次劃分為蓮沱組、古城組、大塘坡組及南沱組。

圖1 鄂西大塘坡期古斷裂分布圖Fig.1 Ancient faults distribution map of Datangpo formation in Southwestern Hubei Province1.研究區范圍;2.研究區內斷裂構造。

1.3.1 蓮沱組

主要為一套紫紅、棕黃色厚層—中層狀砂礫巖、粗砂巖、中細砂巖以及泥巖的組合,具有由粗變細的正韻律,為河流相相變為濱海相沉積環境,其上部夾沉凝灰質粉砂巖,表明蓮沱組沉積期該區外圍曾發生有火山活動。神農架厚344.97 m、長陽地區厚334.11 m、鶴峰走馬嶺厚419.18 m。

1.3.2 古城組

古城組地層在鶴峰走馬嶺、長陽古城以及神農架背斜西南翼出露范圍小,厚度由南往北有小幅增大趨勢。由于冰川沉積主要為刨蝕作用,因此古城組礫石成分與下伏地層相關性較高,不同地區巖性差異較大。其中鶴峰走馬嶺礫石成分主要為板巖,長陽背斜主要為砂巖,而神農架地區則主要為白云巖、灰巖,均與下伏基底巖性一致。

1.3.3 大塘坡組

大塘坡組與古城組相伴出露,巖性和厚度由北向南皆有一定變化。北部神農架一帶為黑色炭質粉砂質頁巖夾含錳質白云巖凸鏡體,厚9.6～25 m；長陽古城主要為黑色薄—中層狀炭質頁巖與粉砂質粘土巖組成韻律層對,中部夾多層菱錳礦層和含錳炭質頁巖,水平層理為主,見少量波狀層理,發育黃鐵礦、錳質結核(見圖2),并于古城村形成中型錳礦床,厚26.72 m。南部鶴峰走馬嶺背斜巖性為灰黑、灰綠色條帶狀含砂質泥巖、水云母粘土巖、黑色炭質頁巖夾薄層含礫粉砂巖,頂部夾含錳白云巖透鏡體,厚2.06～10.8 m。據其巖性組合、沉積構造特征,大塘坡期為間冰期冰湖沉積環境,總體具南北較淺、中部稍深的盆地型沉積特征。形成于長陽古城、銅寶山等地的錳礦床的含錳巖系由黑色炭質頁巖、含錳頁巖和錳礦層組成,礦層一般厚5～6 m,最厚達18.77 m,平均品位18.19%,礦體產狀與含礦巖系一致,巖層為水平層理。上述特點表明,該區為較深水冰湖之沉積部位。

圖2 鄂西南南華系含錳巖系沉積構造特征Fig.2 Sedimentary structure characteristics of manganese-bearing rock series of Nanhua period in Southwestern Hubei ProvinceA.小型波狀層理；B.波狀層理與塊狀黃鐵礦；C.水平層理；D.錳質結核。

1.3.4 南沱組

區內南沱組分布廣泛,鶴峰、長陽地區南沱組巖性為灰綠色、紫紅色塊狀冰磧礫巖,無明顯粗細韻律,礫石成分主要為板巖、砂巖,礫石無規律排列。神農架官門山、紅坪等地南沱組下部為灰綠色冰磧礫巖,向上變為灰綠色薄層狀冰磧砂泥巖,共兩個韻律,且礫石成分為白云巖、灰巖,礫石順層定向排列。整體上南沱組長陽地區厚度小,神農架、鶴峰厚度相對較大。厚50～270 m。

2 鄂西南南華紀沉積盆地形成與劃分

2.1 揚子古陸塊的形成

根據黃陵斷穹出露的變質巖系(崆嶺群)的研究,可以推斷揚子古陸塊的核心形成于新太古代及古元古代(2 900—1 800 Ma)。其下部東沖河雜巖含TTG巖套,該巖套是原始古陸形成的標志,其上的黃涼河組具有孔茲巖系特征,代表了古陸核邊緣淺海陸源碎屑及碳酸鹽建造,為陸核邊緣的增生大陸,通過增生、拼貼,使穩定大陸區不斷擴大,在揚子陸塊的邊緣形成了四堡群、冷家溪群等沉積。

圖3 華南地區南華紀古構造略圖(羅亮等,2015年修改)[9]Fig.3 Palaeotectonic sketch of Nanhua period in South China1.研究區范圍；2.控制盆地生長發育的主裂谷系斷裂帶；3.克拉通內次級盆地支裂谷系斷裂帶；4.古大陸邊界；5.河流；6.錳礦床。

與此同時,發生在川南康定群、滇中哀牢山群等地揚子陸塊的陸核也通過大陸增生形成新的穩定的陸殼以及盆緣沉積。約在中元古代晚期(1 200—1 000 Ma)發生全球性的大陸拼合作用(格林威爾造山運動),揚子陸塊成為羅迪尼亞(Rodinia)超大陸的一部分,在超大陸中,揚子陸塊位于東岡瓦納與勞倫、西伯利亞大陸之間[8]。

2.2 沉積盆地形成

新元古代開始,發生了全球性的大陸裂解作用,揚子陸塊從羅迪尼亞超大陸中裂解出來,并在陸塊內部形成一系列大小陸內裂谷,構成了裂谷系統(見圖3)[9]。

揚子陸塊的東南緣發育有揚子東南邊緣主裂谷,東北緣為揚子北緣主裂谷。在康滇、武陵、上揚子、鄂中等隆起區之間發育支裂谷,形成裂谷盆地,南華紀適逢全球大冰期,在隆起邊緣發育了陸上冰磧、山麓碎屑(類磨拉石)組合,在裂谷盆地中則形成了海相冰磧巖(濱海冰磧及冰海冰水沉積)。鄂西南位于上揚子隆起、鄂中隆起之間,有北西、南東和南西向三條支裂谷發育,形成了鄂西南沉積盆地。

越來越多的研究表明,華南南華紀大型超大型錳礦的產出與裂陷構造背景緊密相關,大型超大型錳礦常沿裂谷盆地或深大斷裂呈長條狀分布[10],因此恢復揚子地塊東北緣裂谷盆地對認識南華紀錳礦的時空展布十分必要。

鄂西南沉積盆地為揚子裂谷盆地系統中的次一級盆地,屬于陸內裂谷盆地,控制盆地形成的為拉張型斷裂,盆地的基底應為大陸殼。晉寧運動本區沿房縣九道—神農架宋洛—興山古夫—秭歸周坪—長陽高家堰—宜都枝城深斷裂帶發生裂陷,形成了神—長—鶴斷陷盆地(見圖4),在斷陷盆地的東、東北面為鄂中隆起,西和西南面為上揚子隆起,至此,鄂西南南華系錳礦沉積載體神—長—鶴斷陷盆地形成。

圖4 鄂西南大塘坡期斷陷盆地與隆起關系示意圖(比例尺1∶50萬)Fig.4 Sketch map of faulted basins and uplift relationship of Datangpo formation in Southwestern Hubei Province1.實測剖面點、鉆孔;2.砂質泥巖;3.花崗巖;4.菱錳礦體;5.含錳巖系;6.斷層;7.剖面;8.縱向、橫向比例尺。

2.3 沉積盆地劃分

在南華紀大的裂谷環境下形成的揚子東南緣主裂谷控制了整個華南地區南華系沉積錳礦的形成與分布,其中發育在支裂谷中的神—長—鶴斷陷盆地則控制了鄂西南地區“大塘坡式”錳礦的展布。神—長—鶴斷陷盆地依據其內部同沉積斷層發育特征以及對沉積環境、沉積相、錳礦的控制特征(盆地邊緣均受小型斷層控制,如長陽地區古城盆地、跑馬坪盆地之間受南北向小型同沉積斷層控制),其盆地結構可進一步劃分為3個Ⅲ級斷陷盆地、6個Ⅳ級凹陷等單元(見表1、圖5)。

3 斷陷盆地沉積特征與錳礦成礦

斷陷盆地內由南往北主要發育有走馬嶺、跑馬坪、古城、楊樹拗、黃家坪、茶園等凹陷。凹陷內發育黑色薄層狀炭質頁巖、粉砂巖夾含錳泥巖,見大量團塊狀、條帶狀、星點狀黃鐵礦,凹陷中心發育水平層理,靠近凹陷邊緣發育小型波狀層理、小型透鏡狀層理。其中菱錳礦主要沉積于盆地中心相,邊緣相由于水體淺、環境動蕩不穩定未見錳礦沉積。結合大地構造背景、沉積環境分析認為,鄂西“大塘坡式”錳礦沉積于靠近活動斷裂、環境封閉、水體較深的區域,其錳質有可能來源于冰湖盆地周緣地區,但不排除裂解形成的活動性斷裂為錳質提供通道[11-12],不可否認的是水體較深的沉積環境有利于錳礦聚集與沉淀。此研究結論將為鄂西南進一步取得錳礦找礦突破提供理論依據。

圖5 鄂西南大塘坡期沉積盆地分布圖Fig.5 Sedimentary basin distribution map of Datangpo formation in Southwestern Hubei Province1.Ⅱ級盆地范圍;2.Ⅲ級盆地范圍;3.Ⅳ級凹陷范圍;4.隆起范圍;5.古斷裂。

表1 神—長—鶴斷陷盆地結構劃分表Table 1 Faulted basin structure division table of Shennongjia-Changyang-Hefeng

4 結論

鄂西南作為湖北省錳礦最為集中的產地之一,受古構造控制形成含錳沉積盆地,沉積盆地中發育“大塘坡式”錳礦,因此,尋找含錳沉積盆地為錳礦勘查的先決條件。鄂西南南華紀沉積盆地形成、劃分與錳礦成礦具有以下特征:

(1) 羅迪尼亞超大陸裂解使揚子陸塊內部形成一系列裂谷系統,在鄂西南地區形成神—長—鶴次級裂谷,發育神農架、長陽、鶴峰3個斷陷盆地,神農架、跑馬坪、古城、楊樹坳、黃家坪、走馬嶺等6個次級凹陷,凹陷內為含錳巖系聚集區。

(2) 南華裂谷盆地控制錳礦的形成與分布,其中錳礦沉積于靠近活動斷裂和水體較深的冰湖盆地中心區域。

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(責任編輯：于繼紅)

Formation and Division of Sedimentary Basins of Datangpo Formation,Nanhua Period in Southwestern Hubei Province

YANG Hongwei,LIU Hai,QIN Yuankui,GUO Wei,YAO Jingqu,FAN Jiulin,CHEN Mengjie,WANG Teng

(CentralSouthInstituteofMetallurgicalGeology,Yichang,Hubei443000)

In recent years,Datangpo-type manganese ore exploration has made a breakthrough in the area of Hunan,Guizhou,Sichuan and Hubei,and has become an important type of manganese ore in China.Manganese ore of Datangpo formation,Nanhua period has output in Changyang,Shennongjia,Hefeng and other places of Southwestern Hubei Province,which were developed in the manganese-bearing sedimentary basins of Nanhua period.In the background of the Rodinia supercontinent pyrolysis,forming a rift basin of Nanhua period in South China,and the secondary rift valley of Shennongjia-Changyang-Hefeng is formed in Southwestern Hubei Province.The three rift basins are developed in Shennongjia,Changyang and Hefeng,and six secondary sags are developed in Shennongjia,Paomaping,Gucheng,Yangshu’ao,Huangjiaping,and Zouma,which is the manganese ore prospecting potential area of Datangpo-type in Western Hubei.The formation and distribution of manganese ore in Southwestern Hubei Province are controlled by the Shen-Chang-He subterranean rift basin,and the manganese ore are deposited near the active faults and in the central area of the deep ice lake basin.

sedimentary basin; Datangpo formation; manganese ore; Southwestern Hubei Province

P611.2+2; P618.32

A

1671-1211(2017)05-0521-05

2017-03-10;改回日期2017-08-15

本文受國土資源科技計劃項目(項目編號ETZ2014A05)資助。

楊宏偉(1965-),男,高級工程師,礦產勘查專業,從事礦產勘查工作。E-mail:512009804@qq.com

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1743.004.html數字出版日期2017-08-24 17:43

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.002