研究区位于黔湘渝毗邻地区, 华南板块中扬子地块与华夏地块间的江南造山带西南段^{[4, 5]}(图1)。

图1

Fig.1

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	图1 黔湘渝毗邻区“ 大塘坡式” 锰矿床分布与古构造关系示意图[21]Fig.1 Sketch map of distribution of ‘ Datangpo type’ manganese deposits and its relation to paleostructure[21]

中— 新元古代之间的格林威尔造山运动使华夏地块与扬子地块相连形成统一的华南地块且与东冈瓦纳古陆相连, 导致Rodinia超大陆形成。新元古代时期Rodinia超大陆开始裂解, 产生较强烈的岩浆活动^[6], 使华南地块与其余的Rodinia超大陆分离^[7], 华夏地块与扬子地块之间的南华裂谷作用开始^[8], 直至加里东造山运动后南华裂谷盆地才最终关闭^[9]。

新元古代初期, 由于南华裂谷盆地拉张作用, 导致地处裂谷盆地中的黔湘渝毗邻地区形成一系列次级断陷盆地^[10]。研究区内的南华纪“ 大塘坡式” 锰矿床是在南华裂谷盆地形成过程中, 一系列次级拉张、断陷小盆地中发生的古天然气渗漏事件的沉积产物^[11], 时间在662~667 Ma^[12]。因此, 锰矿床在空间分布上明显受古断裂控制^{[13, 14, 15, 16]}(图1)。

研究区出露的地层主要为南华系铁丝坳组、大塘坡组、南沱组, 震旦系陡山沱组、留茶坡组和寒武系九门冲组、变马冲组、杷榔组和清虚洞组^[17]。地层由老至新简述如下。

南华系铁丝坳组(Nh₁t): 块状含砾砂岩, 富含星点状黄铁矿。

南华系大塘坡组(Nh₁d): 第一段(Nh₁d¹)称“ 含锰岩系” , 为区内菱锰矿的唯一赋矿层位。地表未出露, 根据钻孔资料, 由炭质页岩夹片状及块状菱锰矿组成, 见黄铁矿, 厚0~29.89 m; 第二、三段(Nh₁d²⁺³)由粉砂质页岩夹灰色薄层砂岩及黏土岩组成。

南华系南沱组(Nh₂n): 含砾(冰碛)粉砂岩, 中部为粉砂质黏土岩, 成分主要为石英砂岩、黏土岩、白云岩等。

震旦系陡山沱组(Z₁d): 下部为厚层块状粉晶白云岩, 中部为薄层白云岩夹薄层黏土页岩, 上部为薄层黏土页岩。

震旦系留茶坡组(Z₂l): 下部为薄层条带状硅质岩、含黏土质硅质岩; 中部为薄层硅质岩与硅质黏土页岩互层; 上部为薄层含有机质硅质岩; 顶部为磷质结核炭质页岩和薄至中层豆荚状磷块岩。

寒武系九门冲组( ): 下部为粉砂质炭质页岩; 中部为含硅质黏土页岩; 上部为薄至中层状细晶灰岩、黏土页岩。

寒武系变马冲组( ): 上部为粉砂质炭质页岩夹粉砂岩、含炭粉砂质页岩呈不等厚互层; 下部为黏土页岩、粉砂质炭质页岩。

寒武系杷榔组( ): 上部为粉砂质页岩夹灰色薄— 厚层石英砂岩, 下部为粉砂质页岩。

寒武系清虚洞组( ): 顶部为薄层泥灰晶白云岩、砂屑白云岩、砾屑白云岩; 上部为厚层泥粉晶白云岩夹泥粉晶灰岩; 中部为厚层白云质泥粉晶灰岩夹砂砾屑灰岩; 下部为薄层条带状泥粉晶灰岩。

黔湘渝毗邻区南华纪“ 大塘坡式” 锰矿是古天然气渗漏沉积型锰矿床。Rodinia 超大陆裂解导致南华裂谷盆地和一系列的次级断陷盆地形成。由于裂解作用, 使地壳浅层断裂系统逐渐与下地壳或地幔贯通, 壳幔源的无机成因天然气上涌, 沿断裂在盆地中发生小规模的天然气渗漏, 裂解作用继续发展, 使地壳浅层断裂系统与壳幔继续贯通, 壳幔源的无机成因天然气发生大规模上涌, 并作用于深部富锰的岩石, 形成的富锰、含硫气液沿断裂上升, 在断陷盆地中心部位发生古天然气渗漏沉积, 形成古天然气渗漏沉积型菱锰矿体(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 “ 大塘坡式” 古天然气渗漏沉积型锰矿成矿系统与成矿模式[21]Fig.2 Schematic diagram of metallogenic system and pattern of ‘ Datangpo type’ sedimentary manganese deposits related to paleo-gas seepage[21]

经数据整理和处理得到高精度重力方法有效性试验剖面布格重力异常数据(图4), 期间利用了以往区域重力调查数据, 消除了区域布格重力异常的线性影响, 其试验剖面的布格剩余重力异常主要反映出浅表地质体及断裂构造。

图4

Fig.4

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	图4 数据处理流程Fig.4 Flow chart of data processing

从高精度重力方法有效性试验剖面布格重力剩余异常图可以看出(图5(a)), 在剖面500 m和6 500 m处存在两处变化幅度较大且变化相对剧烈的布格重力剩余异常, 这反映出在剖面500 m和6 500 m处存在断裂构造。布格重力异常水平一阶导数图(图5(b))显示, 在500 m和6 500 m附近存在两个较小的极值点。从布格重力剩余异常垂向二阶导数图(图5(c))中可以看出, 0~500 m和6 500~7 000 m之间垂向二阶导数数值相对较大, 500~6 500 m之间垂向二阶导数数值相对较小, 在500 m和6 500 m处存在明显的异常陡变。结合布格剩余重力异常反演拟合图(图6)可知, 500 m和6 500 m处存在断裂构造, 同时综合试验剖面地表断层分布情况(图5(d)), 可进一步确定这两个布格重力剩余异常陡变带是由试验剖面所跨断层引起。这一对比结果印证了高精度重力所推断的断裂真实可靠。

高精度重力方法有效性试验剖面布格剩余重力异常图(图5(a))显示, 在推断的断陷内部存在Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 3个布格剩余重力高值异常, 这3个高值异常的幅值较大, 结合本次物性调查成果, 初步认为这3个布格重力高值异常由菱锰矿层及受含矿气液沉积影响的含黄铁矿地层共同引起。为了印证这一推断, 将重力剖面数据反演计算结果(图6)与勘探线剖面图(图5(d))对比发现, 反演结果与勘探线剖面图近似, 这一信息印证了上述推断。同时, 在本次试验工作剖面上, 贵州省地质矿产局103地质大队组织施工了ZK305、ZK104、ZK005和ZK204钻孔, 这4个钻孔均见达工业品位的菱锰矿, 将试验剖面的布格剩余重力异常与见矿钻孔位置(图5(a))进行对比, 发现4个见矿钻孔位置均在Ⅲ 号布格剩余重力高值异常内, 这进一步印证了布格剩余重力高值异常是由菱锰矿层及受含矿气液沉积影响的含黄铁矿地层共同引起的推断。

图5

Fig.5

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	图5 贵州省松桃县高精度重力反演拟合图Fig.5 Pattern of inversion fitting for high precision gravity method in Songtao county of Guizhou 1.娄山关群; 2.清虚洞组; 3.杷榔组; 4.变马冲组; 5.九门冲组; 6.留茶坡组; 7.陡山沱组; 8.南沱组; 9.铁丝坳组; 10.大塘坡组第二、三段; 11.大塘坡组第一段; 12.锰矿矿层; 13.地质界线; 14.断层; 15.钻孔孔深(m)/锰矿厚度(m); 16.矿钻孔编号。(a)布格剩余重力异常及其与见矿钻孔对比图; (b)布格剩余重力异常水平一阶导数图; (c)布格剩余重力异常垂向二阶导数图; (d)勘探线剖面图