重慶城口高燕錳礦沉積（微）相、沉積環境及控礦性分析

郭英帥*，肖 宇

錳礦作為我國重要戰略性礦產資源，在國民經濟中占有極其重要的地位。城口地區是我國錳礦探勘的重要戰略區塊，也是我國正在實施的極為重要的錳礦整裝勘查區塊之一。

城口錳礦總體受“局限臺盆”控制，但礦體連續性差，透鏡狀分布，受成巖后生期構造疊加改造強烈，找礦準確定位極為困難。導師的研究課題針對該地區錳礦整裝勘查中的技術問題和困難開展，加強了研究區更大比例尺（1：5 萬或1：2.5 萬）的沉積（微）體系調查和研究，開展了高分辨率層序地層分析和大比例尺沉積微相填圖及（微）巖相古地理編圖工作，探索錳找礦準確定位技術。本文是該研究課題關于成礦條件方面的初步分析。

通過對重慶城口高燕區錳礦床地質調查和地質勘探重點解決錳礦沉積成礦時期的主要控礦因素問題。重點對巖性（微）相（實質是陸源物供給影響）、沉積（微）相、沉積環境（如地形地貌條件、古水體條件、古盆地構造、古氣候等）“三要素”的控礦作用進行分析，揭示研究區錳成礦的控礦條件和成礦規律，為找礦勘探服務。

1 區域地質特征

1.1 地理位置

錳礦床比較集中的地帶位于川陜渝交界的大巴山地區，呈帶分布，北起陜西省西鄉縣茶鎮，南至重慶市城口縣，總長165km，從東至西延伸15km ～30km 不等，面積遼闊，有許多豐富的礦產資源。重慶市城口高燕錳礦區位于城巴磷錳礦帶東段的中部，礦區分布在上揚子碳酸鹽臺地與秦嶺海盆之間的過渡帶上，這里是構造活動帶，同時也是很好的成礦帶，在這里形成了許多大型金屬礦床。

重慶市城口高燕錳礦區位于大巴山深大斷裂的南側，屬于揚子地臺與秦嶺地槽的接觸部位，上揚子準地臺北緣巨大坳陷帶內，揚子地臺構造主要控制著成礦帶的分布，呈北西-南東向延展，與區域構造線一致。

1.2 地層

城口高燕錳礦床賦存在震旦系上統燈影組和震旦系下統陡山沱組的頂部之間，礦石層區內出露的地層總體有：震旦系上統燈影組第一巖性段，第二巖性段，第三巖性段，和震旦系下統陡山沱組第二巖性段，寒武系下統。地層走向300°，傾向北東，主要含礦地層為震旦系上統陡山沱組。

1.2.1 陡山沱組（Z1d）

礦層主要集中在第二巖性段（Z1d2）：其中，含礦層位于頂部，上部為含錳炭質頁巖或黑色頁巖，中下部為絹云母化頁巖。含錳巖系常常具有球粒結構和鮞粒結構，發育明顯的粒序特征。由于該含礦層受各級大小不同斷裂的破壞，含錳礦層以下的地層大都缺失，厚度大小不同，一般3m ～20m。

1.2.2 燈影組（Z2d）

礦層主要集中在第一巖性段（Z2ds1）：頂部為鋼灰色鈣質頁巖，上部為淺灰色中厚層狀泥質白云巖，中下部為薄層狀含錳泥質白云巖、錳白云巖，厚10.0m ～25.0m。

第二巖性段（Z2ds2）：頂部常為黑色水云母頁巖，上部為中薄層狀泥微晶灰巖，中下部為中厚層鋼灰色致密塊狀泥微晶灰巖、泥晶灰巖。平均厚度為40m ～250m。

第三巖性段（Z2ds3）：鋼灰色中厚層狀白云巖，黑色中厚層狀硅質巖夾深灰色薄層狀白云巖。平均厚度60m ～150m。

1.2.3 寒武系下統（∈1）

該地區出露地層完整，特征清晰：石龍洞組（∈1sh）分布深灰色白云巖、淺黑灰色灰巖、白云質灰巖；天河板組（∈1t）灰色薄至中層狀泥質石英砂巖，間夾紫色頁巖和灰巖；石牌組（∈1sh）頂部為頁巖，中下部薄至中層狀石英砂巖，少見頁巖；水井沱組（∈1s）分布黑色粉砂質巖粉砂頁巖，少量粘土巖，灰巖透鏡體普遍分布。

1.3 構造

城口錳礦區的總體呈現為一個向斜褶皺構造，寒武系下統地層是向斜核部，震旦系地層分布在兩翼，向斜總體呈北西—南東走向。目前孫家壩向斜經過多次程度大小不等斷裂損壞，各次級褶皺的背斜部分被斷裂破壞至不明顯分辨的程度，卻基本保留了向斜的部分。因此呈現出來的現存構造是一個經受強烈斷裂活動破壞后剩下的復式向斜褶皺。并且又由于樞紐破壞程度很深，因此很難確定具體位置。

孫家壩復式向斜，由南翼東段袁壩子向斜；中段杜二埡向斜；西段轎頂石向斜；西段貓兒寨向斜；西段寨包向斜；西段大花巖向斜；北翼東段上山坪斷裂帶；以及礦區中部寒武系地層組成。以上次級大地構造，大體構成了當前礦區的各個礦段，各次級地質構造總體呈斷層接觸。次級構造的軸部，雖然大多被斷裂結構破壞，但具體位置仍然可以確定。再者，次級的向斜背斜褶皺，被更次一級的褶皺構造活動所斷裂，所以褶皺復雜化加深，在一定礦區范圍內形成了復式向斜構造。

2 重慶城口高燕剖面（PM02）描述

高燕（PM02）剖面位于高燕鄉板象溝村，涉及南華系上統明月組（Nh2my）、震旦系下統觀音崖組（Z1g）、震旦系下統陡山沱組（Z2ds）、震旦系上統燈影組（Z2d）四個地層，分為5 段，實測地層總厚度162.7m，分28 層，剖面具體情況如表1。

表1 重慶城口高燕剖面（PM02）描述詳情

3 沉積（微）相及控礦性分析

3.1 沉積相識別標志

海相中存在很多沉積相類型，鑒定沉積相的標志分別有巖石類型及成分、結構、構造、生物化石等，而重慶城口高燕礦區的沉積相屬陸緣淺海陸棚相：①巖石類型：碎屑礦物成分成熟度高，含少量不穩定成分，膠磷礦，海綠石是沉積相中常見的自生礦物。粘土巖中常常含有砂質、錳質、鋁質或黃鐵礦等。②結構：巖石圓度和分選性好。砂質結構成熟度高但比濱海岸程度差一點，填隙物大多為化學膠結物，雜基少，顆粒基質的比值高。③構造：具有對稱或不對稱浪成波痕。也可常見到交錯層理，而在水體較深處的地方發育有水平層理。同時還有生物攪動構造，底沖刷，蟲孔等，但是不存在雨痕和干裂。④生物化石：淺水陸棚區有生物大量繁殖，種類和數量繁多，有珊瑚、海綿、藻類等造礁生物，同時也生長有雙殼類，腕足類等生物。

3.2 主要沉積相特征

該地區燈影組下段沉積模式為陸緣局限淺海（RMS）模式的碳酸鹽臺地沉積（為主）體系中的臺盆（PB）。

陡山沱組上段沉積模式為臺-棚系局限臺地（潮間帶），陡山沱組下段沉積模式為陸緣冰（濱淺）海外部組合-海灣模式的緩坡-海灣體系，淺水緩坡含潮坪、瀉湖、淺灘，并且賦存含磷巖系（套），底部發育有部分白云巖。海灣相則發育有席狀砂。因此根據以上分析可知，該組是沉積相中心帶。

觀音崖組為陸緣冰（濱淺）海外部組合-海灣模式的海灣體系，發育席狀砂。在該組中賦存火山灰蝕變黏土（套）、“蓋帽”白云質巖系（套）、碎屑巖系。

當揚子板塊進入陡山沱期后，大量的碳酸鹽沉積分布在揚子板塊上。陡山沱早期，主要為湖泊相沉積，形成錳礦的沉積盆地是弱氧化、弱還原環境，水深較淺，除此以外的其他地區都是水深較深的還原環境。陡山沱組中期，是沼澤相沉積，產出了大量富黑色炭質頁巖，含大量黃鐵礦細晶，局部則賦存透鏡狀煤。陡山沱組晚期，為滯流海灣相沉積。大小不等的一系列菱錳礦或磷塊巖礦床沿海岸線形成產出。

陡山沱晚期海灣相沉積根據其空間分布的特征規律和沉積相標志，因此將海灣沉積相分成三個沉積相帶：

（1）海灣碎屑磷塊巖（邊緣相）帶。分布于鎮巴—城口海灣北西端，從高觀往北面一直到鎮巴楊家河的北面，在區內可見磷錳礦化現象。

（2）海灣相帶磷塊巖、菱錳礦、頁巖或白云巖相過渡帶。賦存在城口一鎮巴海灣東南端，其相帶的延伸方向與海岸線大體一致，有兩種含錳礦石類型：大渡溪礦石類型主要為菱錳礦；麻柳壩礦石類型主要為球狀結構、鮞狀結構以及少量疊層石構造的錳白云石；富含黃鐵礦細晶。海底里的地形情況復雜，沉降幅度和沉積作用強度不均勻，海底水滯流但是局部微有動蕩。該礦段屬于還原環境

（3）海灣相滯水炭質頁巖菱錳礦相中心帶。分布于城口一鎮巴海灣的東南方向，修齊、高燕一帶。礦石結構以球粒狀結構為主，其次者為鮞狀結構，礦層自底部向頂部其球粒狀結構存在著從細變粗的遞變規律；賦存較多黃鐵礦細晶。根據以上特征，可以判斷這地區水平面穩定平靜，但也受到一定程度上的海浪作用并且形成了鮞狀結構。所以該段礦層屬于滯水還原環境。

3.3 錳礦的沉積相控特征

城口高燕錳礦沉積相控特征明顯，總體受“局限臺盆”（PB）控制，其中臺地前緣（內）斜坡-局限臺地（瀉湖）（I）PLS-RP（Lg）錳礦發育的主要相帶，局限臺地（潮下）RP（RDTf）次之。

4 沉積環境及控礦性分析

4.1 陡山沱組沉積環境

陡山沱組早期該地區構成的障壁海岸沉積環境。隨著海侵程度加深，海水深度變深，從而使陡山沱中晚期該地區成為相對滯流的海灣相環境，有以下證據：水平層理較為發育，含原生產出黃鐵礦細晶條帶（寬0.5cm ～2cm），此礦段位于潮坪環境的上部。該段上部則是陡山沱組錳礦層，呈薄層狀透鏡體產出，表明在還原環境的前提下，海水加深有利于錳礦石的富集產出。

在燈影組下段在橫向上穩定產出，說明燈影組早期該地區是一個咸化的瀉湖環境。并且瀉湖是由原先的滯流海灣沉積發育形成的。

中段的灰巖至白云巖層序反映了海水深度變淺的海退序列，燈影組上部黑色泥頁巖可見水平層理，并含有部分黃鐵礦細晶，可以判斷得出在燈影組早期發生海侵后又形成了一個新的海侵過程。引起海侵形成的原因則推測與該地區的二次拉張斷裂的重新活動有關聯。海盆的一盆斷裂后形成下降盤，并且海水變深；而位于陸地的一盤則相對升高，巖石的剝蝕作用也變得越來越活躍起來，地區因此沉積了以粘土巖為主的沉積物，此時沉積環境為淺水陸棚環境。

從城口高燕組采取的黑色層狀硅質巖間夾著黑色碳質頁巖。并且經過薄片研究得出此類巖石主要為玉髓、石英質巖石與細粉砂泥質物呈顯微互層狀形成，沒有交代的痕跡，而在巖石化學成分中Cao 含量并不高，僅為0.9%，因此可以得出判斷該段硅質巖為原生沉積所形成產出的，并且應為深水陸棚環境產物。

4.2 成錳環境分析

城口錳礦總體受停池缺氧“局限臺盆”控制，弱還原-弱氧化、偏堿性環境有利錳質沉淀、交代和保存；藻發育環境有利吸收錳質（原生錳質源）及還原環境形成；一定的水動力動蕩環境、一定的坡度地形、有利于內碎屑形成、遷移和富集環境，風暴流沉積、重力流沉積、洋流沉積等發育，為重要的次生錳質來源，為富集的菱錳礦交代作用奠定物質基礎。

5 結論

通過室內外巖礦鑒定及測試分析、實測剖面（含大量鉆井剖面）的巖性統計，區域上巖相類型為海相過渡類型，并進一步劃分出6 個巖系（套）、23 個巖相組合、一系列巖石類型。含礦巖系主要為黑色巖系（套）（BRS）和含錳巖系（套）（BMnS）。在整個高燕PM02 剖面中，陸源碎屑巖系出現較少。

錳礦主要賦存于震旦系下統陡山沱組頂部，主要在黑色巖系和含錳巖系中，以層狀、似層狀、透鏡體狀產出為主，以塊狀、鮞粒結構為主。礦物的組成成分上則是以白云石和菱錳礦為主。礦石類型以原生碳酸錳礦石為主。礦石構造則以沉積成因的層狀、條帶狀構造為主，礦區構造較為發育。

陡山沱組的含礦巖層是頂部的陸源物質和在底部的火山碎屑巖的基礎上沉積的。根據城口錳礦礦區的各個礦床大小不同，礦體厚度不同，變化較大，礦區巖相變化較大，可以判斷出該礦是在許多地勢起伏不平的微地貌環境和海灣滯流環境下沉積的。

巖性相對錳礦有一定的控礦性。黑色巖系（套），特別是黑色（炭質）頁巖常與錳質巖共生，Rh/（BSh）Ass.是錳礦形成的有利巖石組合；錳礦的發育與陸源物質供給關系密切，砂、粉砂、粘土（S/SS/Cl）供應充足，沉積速率大的沉積環境及巖石組合不利于錳礦形成。

含錳巖礦層的上部為海相碳酸鹽巖，而礦層的下部是海陸過渡沉積相的粉砂質頁巖和黑色炭質頁巖；再往下的是陸相亞長石砂巖。因此錳礦層賦存在震旦系的海浸序列中。

從PM02 實測剖面來觀察，錳礦礦層的頂板是中厚層含泥質白云巖，底板則是黑色頁巖，炭質頁巖。而且頂底板的巖類的主要化合物成分是Ca、Mg。因此判斷為較溫暖濕潤的古氣候環境。而錳礦礦石是只在弱還原、弱氧化的條件下的淺海環境中沉積環境中產出。

在含礦層中鮞粒結構普遍分布發育，偶爾可見海綠石，但礦段邊緣的磷元素則含量較低，中間地區的錳礦中磷含量較高。總體在空間分布上錳、磷礦呈層狀間互產出。根據以上特點和礦段的規律特征，可以推斷出城口高燕礦區為淺海沉積環境，屬于淺海相沉積礦床。