安徽下扬子地区二叠纪锰矿的成岩成矿地质地球化学

【摘要】：锰是地壳中最主要的20种元素之一，与其它同属铁族元素相比，锰在矿物学、地球化学、矿床学等特征上要复杂得多，其地球化学行为也复杂得多。由于锰本身地球化学性质的限制，在自然界只受氧化物和碳酸盐类等几种类型控制，具经济意义的锰矿床是沉积(变质)矿床和表生(残余)矿床。 中国的锰矿床可以产于不同时代的地层中，主要分布于华南，尤以广西、湖南、贵州等地储量丰富，经数十年的勘探，已发现了以下雷、湘潭、松桃等为代表的优质氧化锰矿床。下扬子地区发现的锰矿床较少，且规模也小，仅安徽省贵池地区有一定的储量，其赋矿层位以二叠纪孤峰组为主，其次为震旦纪兰田组(以安徽宁国西坞口锰矿为代表)和石炭纪黄龙组(江西乐华锰矿为代表)。 锰矿资源是我国的紧缺矿种之一，在经济发达的中国东部地区尤为紧缺，安徽贵池地区的富锰矿资源相对较为丰富，主要有贵池地区的唐田、牌楼、徽坑、华督岭、马衙及铜陵地区的大通等锰矿床，其赋矿地层为二叠纪孤峰组。近年来，国家及省、地方均加大了对优质锰矿的找矿勘探力度，故所选课题即具理论意义，又对找矿勘查具实际意义。 沉积锰矿床的研究已从单纯研究锰的物质来源、沉积成矿作用等，转向控锰盆地的性质、属性、古地理及微相、沉积层序的研究。目前盆地分析、层序地层学已成为当今地学的前缘之一。国内外众多学者对此作了大量研究，对研究区二叠纪的地层学、岩相古地理及层序地层学等均有所涉猎，但主要是宏观的、区域性的，对二叠纪、尤其是孤峰组的精细层序地层学、沉积微相等方面论述欠缺。 富氧化锰矿是原生沉积碳酸锰矿经表生作用形成，其过程极为复杂，最终形成地表状态下十分稳定的锰矿物。目前成矿元素的地球化学动力学研究是矿床学的研究热点之一，但对表生状态下成矿元素特别是锰的地球化学动力学行为目前鲜有问津。作为成矿系统的一个重要组成部分，锰矿床的保存和演化具十分重要地位和意义，无论是通过研究矿床的变化来寻找原生矿床，还是研究表生富集矿床，国内外学者对此均做了不同程度的研究，对课题所处的长江中下游地区及中国南部来说，内生矿床均经历了表生变化。前人对此也做过相当多的研究，但主要限于通过矿物学特征等来揭示金属硫化物和氧化物等类型矿床的表生变化。 本论文研究工作中重点侧重以下研究：①通过对沉积锰矿赋存的二叠纪孤峰组进行详细的岩石学、地层学、岩相古地理等研究，尤其是层序地层分析，揭示沉积锰矿形成的古地理环境和条件：②通过对沉积盆地的物源、沉积物堆积序列、地层格架等研究，揭示沉积盆地演化规律；③通过典型矿床及区内矿床对比研究，探讨锰矿床的矿床地质特征和形成规律；④揭示矿床在表生状态下发生的一系列变化，地表(或近地表)成矿元素、流体的地球化学动力学行为及其控制、影响因素。 通过笔者的工作，在以下方面取得了进展： (1)重新厘定了研究区的二叠纪地层序列，对孤峰组进行了详细的岩石学研究，并进行了较详细的区域对比研究。 (2)首次对研究区二叠纪地层层序进行了详细的研究，尤其是三级层序的划分和区域对比研究。将隆林期-栖霞期划分为3个、茅口期划分为4个、吴家坪期划分为2个、长兴期划分为2个三级层序。 (3)首次从层序地层学的角度研究了沉积碳酸锰矿的沉积作用，研究表明沉积碳酸锰矿主要产于三级层序1-3的海侵体系域中，且自下而上锰的含量逐渐减少。构成工业矿体的多是层序1之海侵体系域中赋存的沉积锰矿。 (4)从沉积物源、沉积物堆积序列、地层格架及层序界面等对二叠纪沉积盆地进行了综 合分析，并首次论述了二叠纪茅口期以三级层序为单位的岩相古地理特征，总结了研究区二 叠纪的沉积盆地演化特征。 (5)详细论述了孤峰组含锰岩系的地球化学、指相地球化学及稳定同位素特征，首次明 确提出径县昌桥地区的含锰岩系为热水沉积作用形成的认识。 (6)详细论述了锰矿的氧化作用过程，在减积机制下主要表现为ca、Mg、si、Na、K等 元素的流失，在加积机制下表现为Mh的沉淀富集。Mn的沉淀严格受pH值条件控制。 (7)讨论了影响锰的氧化作用的条件，主要因素有气候、水文、新构造运动及地形地貌、 岩性等，其中最主要的影响因素是气候因素。氧化锰矿石的生长圈层应是气候周期性变化的 沉积响应，在稳定的温暖湿润气候条件下，不断重复进行着的氧化作用，使得Mh的富集程 度和矿体的厚度明显提高。在适宜条件下，可以较快的生长速率和较短的时期形成氧化锰矿。 (8)首次提出氧化锰矿成矿过程的时控及成矿时代，认为形成具工业价值的氧化锰矿的 主要时代为周口店大间冰期。 关键词:二叠纪孤峰组，锰矿，下扬子地区，氧化作用，层序地层