浅析鄂西南南华纪大塘坡期沉积盆地形成与划分

杨宏伟,刘 海,秦元奎,郭 威,姚敬劬,范玖琳,陈梦杰,王 腾

(中南冶金地质研究所,湖北 宜昌 443000)

浅析鄂西南南华纪大塘坡期沉积盆地形成与划分

杨宏伟,刘 海,秦元奎,郭 威,姚敬劬,范玖琳,陈梦杰,王 腾

(中南冶金地质研究所,湖北 宜昌 443000)

近几年大塘坡式锰矿勘查在湘黔渝鄂地区取得了突破性进展,成为中国锰矿的一种重要类型。鄂西南长阳、神农架、鹤峰等地均有南华系大塘坡式锰矿产出,均发育于南华纪含锰沉积盆地中。在罗迪尼亚超大陆裂解的背景下,华南地区形成南华系裂谷盆地,在鄂西南形成了神长鹤次级裂谷,发育神农架、长阳、鹤峰3个断陷盆地,神农架、跑马坪、古城、杨树坳、黄家坪、走马岭等6个次级凹陷,次级凹陷为鄂西“大塘坡式”锰矿找矿潜力区。神—长—鹤次级裂谷盆地控制了鄂西南地区锰矿的形成与分布,锰矿沉积于靠近活动性断裂和水体较深的冰湖盆地中心区域。

沉积盆地;大塘坡组;锰矿;鄂西南

湘黔渝为中国重要的锰矿资源富集区,发现了多处大型超大型锰矿,如贵州道坨、杨立掌,湖南花垣,重庆秀山等。近些年来贵州地区大塘坡式锰矿找矿成果丰硕,与之毗邻的湖北鄂西南地区也具有相似的找矿地质条件,因此,鄂西南也成为了湖北省地勘基金近几年锰矿勘查重点区域。自20世纪70年代发现古城锰矿以来,近40年湖北省锰矿找矿停滞不前,2013年度湖北省地勘基金在长阳地区设置锰矿整装勘查,截至目前新增资源储量已达到中大型规模,取得了较大的找矿突破。鄂西南鹤峰、神农架与长阳地区具有相似的成矿地质背景,均发育南华系间冰期大塘坡组含锰岩系,具有有利的找矿条件。而大塘坡式锰矿为海相沉积型锰矿,发育于沉积盆地中,因此,大塘坡期沉积盆地研究对锰矿成矿研究具有重要意义。

1 鄂西南南华系地质特征

1.1 南华系划分沿革

鄂西南南华系主要分布于神农架背斜、黄陵背斜周边和长阳背斜、走马坪背斜核部地区。1949年以来,多位学者及机构对湖北省原震旦系进行过较为详细的研究[1-6],并取得重大进展。南华系一名是由第三届全国地层会议(北京,2003)新定义的新建系,系名源自于刘鸿允命名的“南华大冰期”。中国地层表(2014)将其分为上、中、下三统,即下统莲沱组,中统包括古城组和大塘坡组,上统南沱组,属新元古代。下与青白口系相接,上为震旦系所覆盖,与国际地层表(2000)中成冰系相对应。

1.2 南华纪古构造格局

鄂西南南华系沉积时期,由于所处大地构造部位比较特殊,其古构造格局显得十分复杂。现有研究资料表明,区内古断裂构造对南华纪大塘坡期沉积盆地的形态以及物质分配与锰矿分布有明显控制作用。其古断裂构造由北向南主要有青峰断裂、阳日湾断裂、雾渡河断裂、天阳坪—监利断裂等,这些断裂特点是规模大、延伸远、活动时间长,属规模较大的古断裂,其中青峰断裂和天阳坪—监利断裂还具有同沉积断裂特点,它们于南华纪前就已存在[7],并有明显活动迹象,既控制南华纪大塘坡期成锰盆地的形成、形态与锰质分布,同时后期改造作用也较为明显(见图1)。

1.3 南华系地层特征

区内南华系以碎屑岩沉积为主,沉积由南往北具增厚特点,其厚度变化与所处沉积盆地位置和物质来源密不可分。按照当前南华系地层划分方案,由下向上依次划分为莲沱组、古城组、大塘坡组及南沱组。

图1 鄂西大塘坡期古断裂分布图Fig.1 Ancient faults distribution map of Datangpo formation in Southwestern Hubei Province1.研究区范围;2.研究区内断裂构造。

1.3.1 莲沱组

主要为一套紫红、棕黄色厚层—中层状砂砾岩、粗砂岩、中细砂岩以及泥岩的组合,具有由粗变细的正韵律,为河流相相变为滨海相沉积环境,其上部夹沉凝灰质粉砂岩,表明莲沱组沉积期该区外围曾发生有火山活动。神农架厚344.97 m、长阳地区厚334.11 m、鹤峰走马岭厚419.18 m。

1.3.2 古城组

古城组地层在鹤峰走马岭、长阳古城以及神农架背斜西南翼出露范围小,厚度由南往北有小幅增大趋势。由于冰川沉积主要为刨蚀作用,因此古城组砾石成分与下伏地层相关性较高,不同地区岩性差异较大。其中鹤峰走马岭砾石成分主要为板岩,长阳背斜主要为砂岩,而神农架地区则主要为白云岩、灰岩,均与下伏基底岩性一致。

1.3.3 大塘坡组

大塘坡组与古城组相伴出露,岩性和厚度由北向南皆有一定变化。北部神农架一带为黑色炭质粉砂质页岩夹含锰质白云岩凸镜体,厚9.6～25 m；长阳古城主要为黑色薄—中层状炭质页岩与粉砂质粘土岩组成韵律层对,中部夹多层菱锰矿层和含锰炭质页岩,水平层理为主,见少量波状层理,发育黄铁矿、锰质结核(见图2),并于古城村形成中型锰矿床,厚26.72 m。南部鹤峰走马岭背斜岩性为灰黑、灰绿色条带状含砂质泥岩、水云母粘土岩、黑色炭质页岩夹薄层含砾粉砂岩,顶部夹含锰白云岩透镜体,厚2.06～10.8 m。据其岩性组合、沉积构造特征,大塘坡期为间冰期冰湖沉积环境,总体具南北较浅、中部稍深的盆地型沉积特征。形成于长阳古城、铜宝山等地的锰矿床的含锰岩系由黑色炭质页岩、含锰页岩和锰矿层组成,矿层一般厚5～6 m,最厚达18.77 m,平均品位18.19%,矿体产状与含矿岩系一致,岩层为水平层理。上述特点表明,该区为较深水冰湖之沉积部位。

图2 鄂西南南华系含锰岩系沉积构造特征Fig.2 Sedimentary structure characteristics of manganese-bearing rock series of Nanhua period in Southwestern Hubei ProvinceA.小型波状层理；B.波状层理与块状黄铁矿；C.水平层理；D.锰质结核。

1.3.4 南沱组

区内南沱组分布广泛,鹤峰、长阳地区南沱组岩性为灰绿色、紫红色块状冰碛砾岩,无明显粗细韵律,砾石成分主要为板岩、砂岩,砾石无规律排列。神农架官门山、红坪等地南沱组下部为灰绿色冰碛砾岩,向上变为灰绿色薄层状冰碛砂泥岩,共两个韵律,且砾石成分为白云岩、灰岩,砾石顺层定向排列。整体上南沱组长阳地区厚度小,神农架、鹤峰厚度相对较大。厚50～270 m。

2 鄂西南南华纪沉积盆地形成与划分

2.1 扬子古陆块的形成

根据黄陵断穹出露的变质岩系(崆岭群)的研究,可以推断扬子古陆块的核心形成于新太古代及古元古代(2 900—1 800 Ma)。其下部东冲河杂岩含TTG岩套,该岩套是原始古陆形成的标志,其上的黄凉河组具有孔兹岩系特征,代表了古陆核边缘浅海陆源碎屑及碳酸盐建造,为陆核边缘的增生大陆,通过增生、拼贴,使稳定大陆区不断扩大,在扬子陆块的边缘形成了四堡群、冷家溪群等沉积。

图3 华南地区南华纪古构造略图(罗亮等,2015年修改)[9]Fig.3 Palaeotectonic sketch of Nanhua period in South China1.研究区范围；2.控制盆地生长发育的主裂谷系断裂带；3.克拉通内次级盆地支裂谷系断裂带；4.古大陆边界；5.河流；6.锰矿床。

与此同时,发生在川南康定群、滇中哀牢山群等地扬子陆块的陆核也通过大陆增生形成新的稳定的陆壳以及盆缘沉积。约在中元古代晚期(1 200—1 000 Ma)发生全球性的大陆拼合作用(格林威尔造山运动),扬子陆块成为罗迪尼亚(Rodinia)超大陆的一部分,在超大陆中,扬子陆块位于东冈瓦纳与劳伦、西伯利亚大陆之间[8]。

2.2 沉积盆地形成

新元古代开始,发生了全球性的大陆裂解作用,扬子陆块从罗迪尼亚超大陆中裂解出来,并在陆块内部形成一系列大小陆内裂谷,构成了裂谷系统(见图3)[9]。

扬子陆块的东南缘发育有扬子东南边缘主裂谷,东北缘为扬子北缘主裂谷。在康滇、武陵、上扬子、鄂中等隆起区之间发育支裂谷,形成裂谷盆地,南华纪适逢全球大冰期,在隆起边缘发育了陆上冰碛、山麓碎屑(类磨拉石)组合,在裂谷盆地中则形成了海相冰碛岩(滨海冰碛及冰海冰水沉积)。鄂西南位于上扬子隆起、鄂中隆起之间,有北西、南东和南西向三条支裂谷发育,形成了鄂西南沉积盆地。

越来越多的研究表明,华南南华纪大型超大型锰矿的产出与裂陷构造背景紧密相关,大型超大型锰矿常沿裂谷盆地或深大断裂呈长条状分布[10],因此恢复扬子地块东北缘裂谷盆地对认识南华纪锰矿的时空展布十分必要。

鄂西南沉积盆地为扬子裂谷盆地系统中的次一级盆地,属于陆内裂谷盆地,控制盆地形成的为拉张型断裂,盆地的基底应为大陆壳。晋宁运动本区沿房县九道—神农架宋洛—兴山古夫—秭归周坪—长阳高家堰—宜都枝城深断裂带发生裂陷,形成了神—长—鹤断陷盆地(见图4),在断陷盆地的东、东北面为鄂中隆起,西和西南面为上扬子隆起,至此,鄂西南南华系锰矿沉积载体神—长—鹤断陷盆地形成。

图4 鄂西南大塘坡期断陷盆地与隆起关系示意图(比例尺1∶50万)Fig.4 Sketch map of faulted basins and uplift relationship of Datangpo formation in Southwestern Hubei Province1.实测剖面点、钻孔;2.砂质泥岩;3.花岗岩;4.菱锰矿体;5.含锰岩系;6.断层;7.剖面;8.纵向、横向比例尺。

2.3 沉积盆地划分

在南华纪大的裂谷环境下形成的扬子东南缘主裂谷控制了整个华南地区南华系沉积锰矿的形成与分布,其中发育在支裂谷中的神—长—鹤断陷盆地则控制了鄂西南地区“大塘坡式”锰矿的展布。神—长—鹤断陷盆地依据其内部同沉积断层发育特征以及对沉积环境、沉积相、锰矿的控制特征(盆地边缘均受小型断层控制,如长阳地区古城盆地、跑马坪盆地之间受南北向小型同沉积断层控制),其盆地结构可进一步划分为3个Ⅲ级断陷盆地、6个Ⅳ级凹陷等单元(见表1、图5)。

3 断陷盆地沉积特征与锰矿成矿

断陷盆地内由南往北主要发育有走马岭、跑马坪、古城、杨树拗、黄家坪、茶园等凹陷。凹陷内发育黑色薄层状炭质页岩、粉砂岩夹含锰泥岩,见大量团块状、条带状、星点状黄铁矿,凹陷中心发育水平层理,靠近凹陷边缘发育小型波状层理、小型透镜状层理。其中菱锰矿主要沉积于盆地中心相,边缘相由于水体浅、环境动荡不稳定未见锰矿沉积。结合大地构造背景、沉积环境分析认为,鄂西“大塘坡式”锰矿沉积于靠近活动断裂、环境封闭、水体较深的区域,其锰质有可能来源于冰湖盆地周缘地区,但不排除裂解形成的活动性断裂为锰质提供通道[11-12],不可否认的是水体较深的沉积环境有利于锰矿聚集与沉淀。此研究结论将为鄂西南进一步取得锰矿找矿突破提供理论依据。

图5 鄂西南大塘坡期沉积盆地分布图Fig.5 Sedimentary basin distribution map of Datangpo formation in Southwestern Hubei Province1.Ⅱ级盆地范围;2.Ⅲ级盆地范围;3.Ⅳ级凹陷范围;4.隆起范围;5.古断裂。

表1 神—长—鹤断陷盆地结构划分表Table 1 Faulted basin structure division table of Shennongjia-Changyang-Hefeng

4 结论

鄂西南作为湖北省锰矿最为集中的产地之一,受古构造控制形成含锰沉积盆地,沉积盆地中发育“大塘坡式”锰矿,因此,寻找含锰沉积盆地为锰矿勘查的先决条件。鄂西南南华纪沉积盆地形成、划分与锰矿成矿具有以下特征:

(1) 罗迪尼亚超大陆裂解使扬子陆块内部形成一系列裂谷系统,在鄂西南地区形成神—长—鹤次级裂谷,发育神农架、长阳、鹤峰3个断陷盆地,神农架、跑马坪、古城、杨树坳、黄家坪、走马岭等6个次级凹陷,凹陷内为含锰岩系聚集区。

(2) 南华裂谷盆地控制锰矿的形成与分布,其中锰矿沉积于靠近活动断裂和水体较深的冰湖盆地中心区域。

[1] 刘鸿允,沙庆安.长江峡东区震旦系新见[J].地质科学,1963(4):177-187.

[2] 刘鸿允,沙庆安,胡世玲.中国南方的震旦系[J].中国科学,1973(2):202-212.

[3] 王日伦.中国北部震旦系和寒武系分界问题[J].地质学报,1963,43(2):1-8.

[4] 崔盛芹.中国北方震旦系[J].地质科技,1973(1):65-89.

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[7] 湖北省地质矿产局.湖北省区域地质志[M].北京:地质出版社,1990:126-438.

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[11] 王砚耕.一个浅海裂谷盆地的古老热水沉积锰矿——以武陵山震旦纪锰矿为例[J].岩相古地理,1990(1):38-45.

[12] 杨绍祥,劳可通.湘西北锰矿床成矿模式研究——以湖南花垣民乐锰矿床为例[J].沉积与特提斯地质,2006,26(2):72-80.

(责任编辑：于继红)

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

本文受国土资源科技计划项目(项目编号ETZ2014A05)资助。

杨宏伟(1965-),男,高级工程师,矿产勘查专业,从事矿产勘查工作。E-mail:512009804@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1743.004.html数字出版日期2017-08-24 17:43

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.002