周 琦，吳沖龍，杜遠生，張志庭，覃永軍

(1.自然資源部基巖區(qū)礦產資源勘查工程技術創(chuàng)新中心，貴州 貴陽 550081；2.中國地質大學(武漢)地質信息科技研究所，湖北 武漢 430074；3.貴州省地質調查院，貴州 貴陽，550081)

沉積礦產和層控礦產的形成過程，除了與物源及運移方式有關外，還與一定的沉積環(huán)境、水動力條件、介質物理化學條件和水生生物條件等相關。由此，必然會在這類礦床的礦體、夾石和圍巖中，打下一些相關的烙印。這些烙印以隱性或者顯性形態(tài)存在，可以通過巖性、巖相、沉積相和層位等特征分析來感知。貴州省的優(yōu)勢礦產資源，基本上都是沉積礦產和層控礦產，為了認識并掌握其形成、分布規(guī)律，需要深入開展沉積學研究，細致地觀察、識別、研究和提取其特征信息。因此，加強沉積學特征的觀察、搜集和研究，對這次重要礦產資源大精查而言，意義是不言而喻的。下面結合若干示例，談談在這次貴州省重要礦產資源大精查中，開展沉積學研究和采集沉積學數(shù)據(jù)的作用。

1 獲取成礦機制的同沉積證據(jù)

黔東北的一系列超大型、大型菱錳礦礦床，具有明顯的內生外成特征。從露頭、巖芯和薄片中發(fā)現(xiàn)了許多重要現(xiàn)象，提出了全新的含錳礦氣液噴溢沉積成礦模型(周琦 等，2013，2016，2017，2019；袁良軍 等，2018；張遂 等，2015)。在這次大精查中，通過巖芯觀察，又發(fā)現(xiàn)了許多具有成因標識意義的沉積構造，可補充在深水環(huán)境中同沉積成礦的證據(jù)(圖1)。其中包括在巖(礦)芯中普遍發(fā)育的滑塌構造(圖1a)、同生礫(圖1b)、粒序層理(圖1e下)、火焰構造(圖1e下)、負載構造(圖1e下)、砂球構造(圖1c下)和條帶狀互層層理(圖1d)和遞變粉砂層，以及不完整的鮑瑪序列(圖1c中上和圖1e中)。

圖1 菱錳礦層(灰黑色條帶)與水下重力流沉積(滑積、碎屑流、濁積，a-e)以及菱錳礦團塊狀構造(f，g)

在圖1中，灰黑色碎屑狀物質為細砂級和粉砂級菱錳礦泥晶團塊，它們與炭泥質碎屑混雜共生(圖1f)，部分菱錳礦泥晶具明顯的鮞狀特征(圖1g)。灰白色碎屑為陸源碎屑，應屬異地重力流成分。上述沉積構造在大塘坡組一段大量出現(xiàn)，并分別與水下重力流沉積亞相對應(圖2)，即滑塌構造對應滑積亞相，同生礫對應碎屑流亞相；而粒序層理、火焰構造、負載構造、砂球構造、不完整的鮑瑪序列、條帶狀互層層理和遞變粉砂層，則分別對應濁積亞相的近端、中部和遠端微相。這些現(xiàn)象說明，菱錳礦礦層形成于較深水體底部，屬于該處海底原地的原生沉積物。層理中的每一個菱錳礦泥晶條帶，可能是一次含錳流體底辟噴溢到水底后與原地炭泥質混合(凝聚)的產物。堆積于噴溢口附近的互層狀菱錳礦泥晶薄層-炭泥質碎屑薄層，被卷入滑塌事件的情況表明重力流作用的規(guī)模較大。在一個滑塌構造中，被卷入的菱錳礦泥晶條帶越多，說明重力流事件規(guī)模越大。碎屑流和濁流沉積層的存在，表明重力流事件規(guī)模較小。水下重力流的成因，可能與含錳熱流體大規(guī)模底辟-噴溢作用有關，也可能與風暴、地震等事件有關，有待系統(tǒng)的沉積學研究來揭示。

圖2 水下重力流沉積模式及其沉積物沉積構造空間分布(據(jù)Shanmugam等，1995)Fig.2 Under water gravity sedimentary mode and its sedimentary structure spatial distribution of sediment

此外，在巖芯中還發(fā)現(xiàn)了含錳氣液有三種不同的噴溢方式，即導管式噴溢、煙霧式噴溢和噴泉式噴溢。這三種噴溢方式，同樣說明含錳氣液流體底辟上涌到達海底時，大塘坡組一段仍處于沉積過程中。噴溢方式的差異，反映了含錳氣液噴溢動力的強弱不同，以及含錳熱流體噴溢成礦機制的差異。對此，將另外撰文介紹。

2 揭示成礦環(huán)境條件和成礦過程

鋁土礦在貴州省內分布廣泛，前人做過大量研究工作，在成礦地質背景、物質來源、賦存位置、礦床規(guī)模、埋藏條件、成礦過程和成礦規(guī)律等，都取得了豐碩的成果。已有的研究證明，貴州省的鋁土礦多為一水硬鋁石型鋁土礦，總體上屬于風化殼中的異地沉積礦床；鋁土物質歷經了風化、剝蝕和搬運作用，沉積于海灣環(huán)境中，又經分選、淘洗得到初步富集，然后在地下水化學系統(tǒng)中通過脫硅和脫鐵再富集，最后通過淋漓作用而進一步得到富集(陳履安，1993；殷科華，2009；翁申富 等，2010；韓忠華，2008；余文超 等，2013；崔滔 等，2013；杜遠生 等，2014，2015；金中國 等，2018)。然而，對于與成礦過程和機制相關的一些關鍵細節(jié)問題，還需要進一步研究和闡明。例如，成礦鋁土物質在水體中是如何沉積的?是一次性異地搬運沉積而成，還是經過異地搬運沉積后，又經微異地遷移再沉積而成?不同礦石類型分別具備什么沉積相，反映了什么水動力條件?富礦體和貧礦體各自的空間分布特征和分布規(guī)律如何?主要控制因素是什么?等等。

這些問題的進一步解決，同樣需要通過系統(tǒng)的巖芯和露頭沉積相分析來實現(xiàn)。在這次大精查中，盡管我們沒有條件開展系統(tǒng)的工作，但僅通過ZK15906的初步觀察，就已經發(fā)現(xiàn)了一些有助于這些問題解決的重要信息——沉積相標志。從ZK15906的巖芯上所看到的沉積相標志，主要是含礦層大竹園組中的一些宏觀沉積構造。為了便于說明這些沉積相標志所反映的相關信息，需要循著沉積過程由下而上進行闡述。

在大竹園組下部，即通常所說的由綠泥石粘土巖、含黃鐵礦粘土巖和粘土組成的“粘土巖”段，實際上是具有大量撕裂狀泥質同生礫和渾濁狀(包卷?)層理的灰黑色泥巖(圖3)，其中夾有多個代表原地沉積的薄層水平紋理泥巖和粉砂質泥巖。從垂向層序和橫向分布狀況推測，可能屬于海灣潮下帶環(huán)境中形成的泥質碎屑流沉積。它們可能是潮坪上半固結或未固結的泥質碎屑，在風暴發(fā)生時被卷入潮下帶較深水處的。

向上至鋁土礦層底部，為具負載構造和砂球構造的細砂級鋁土礦(巖)分層，內部具塊狀構造，即塊狀鋁土礦(巖)，應屬鋁土質濁積巖(圖4a上部)。與下伏灰黑色鋁土質泥巖呈連續(xù)沉積關系，相互間無沉積間斷，可能是在某種動力(風暴或地震)作用下，停積在濱岸或潮坪上的鋁土質碎屑，以濁流形式進入潮下帶沉積而成的。

圖3 旦坪中二疊統(tǒng)大竹園組下部灰黑色鋁土質碎屑流沉積中的鋁土質同生礫和原地水平紋理狀泥巖

再向上為具土狀、半土狀的鋁土礦富礦分層(圖4b)，顯示出清晰的變形層理，大量不規(guī)則的黃灰色鋁土質團塊與灰黑色泥質礫屑混雜在一起。這些鋁土質團塊和泥質礫屑，具有明顯的內碎屑特征，應屬于鋁土質碎屑流沉積。究其成因，可能是更大規(guī)模和強度的風暴作用，以碎屑流形式將停積在濱岸或潮坪上富鋁沉積物，卷入潮下帶沉積而成的。從沉積學角度看，鋁土質碎屑流也是水下重力流的一種類型。

圖4 鋁土巖層中不同含礦段的沉積特征Fig.4 Sedimentary characteristics of different ore bearing seam in aluminum rock layer

再向上是具有鮞、豆狀結構的貧礦分層，其中的鮞、豆粒狀鋁土礦顆粒形態(tài)完整，粒度分選較好，即便破損也形成完整的再生鮞、豆，表明均為原生鮞粒和豆粒，后生風化和改造并不明顯(圖5c)。鮞粒和豆粒是波浪做垂向運動時，使從下伏鋁土質碎屑流沉積物中析出的氧化鋁凝膠上下翻滾、逐步凝聚而成的，指示潮下帶浪基面附近較深水環(huán)境。粒度越大，表明波浪作用的動力越強并且持續(xù)過程越長。鮞粒密集堆積而鋁品位低，可能與未經淋漓脫硅、脫鐵有關，也可能與鮞、豆粒間充填大量非鋁土質碎屑有關。

再向上是梁山組煤層，顯示海水已經退出，轉變?yōu)楹ｊ懡换サ某擅涵h(huán)境。

綜上所述，ZK15906的大竹園組含礦層巖芯，為我們清晰地展示出了早二疊世的一個較完整的海退沉積序列，即自下而上：由浪基面以下的潮下帶深水環(huán)境，到浪基面附近的潮下帶較深水環(huán)境，再到浪基面以上的潮下帶較淺水環(huán)境，最后到海陸交互的成煤環(huán)境。在大竹園組沉積初期，風暴作用由弱而強，不間斷地發(fā)生并對鋁土礦的成礦作用產生強烈影響。我們由此而有理由認為，只要能夠對務正道鋁土礦田的全部或大部鉆孔巖芯、露頭，進行系統(tǒng)沉積相和沉積環(huán)境觀察和分析，就一定能夠進一步深化已有的各項研究成果，全面把握這里的鋁土礦礦床的成因條件、控礦因素和分布規(guī)律。

3 查明礦體厚度分布的同期破壞 因素

對貴州開陽-甕福磷礦的成因及其分布規(guī)律的研究成果很多，特別是從沉積學角度對其成礦機理和成礦模式的認識，已經得到普遍認同，其預測模式也很成熟了(朱士興，王硯耕，1983；東野脈興，2001；陳國勇 等，2015；王澤鵬 等，2016；杜遠生 等，2017；張亞冠 等，2016；劉建中 等，2019)。然而，在具體工作中，還是常被一些意想不到的狀況所困惑。例如，明明是磷質成礦最有利的部位，卻為何礦層分叉變薄甚至消失?為什么明明應該是高品位、高純度礦體出現(xiàn)的部位，卻被一大堆角礫狀的鋁硅質或碳酸鹽質碎屑所占據(jù)?是后期構造現(xiàn)象還是同沉積現(xiàn)象?所有這些問題，也可以通過對巖芯、露頭的沉積學觀察和分析來解決。下面擬以甕福磷礦田大灣勘查區(qū)的一個典型事例來加以說明。

甕福磷礦田的圍巖是硅化巖系，包括硅化白云巖和硅化碎屑巖系。通過對巖(礦)芯的觀察，發(fā)現(xiàn)a、b磷礦層之間的夾石層幾乎全由水下重力流沉積構成，同樣包含滑塌堆積、碎屑流堆積和濁流沉積，沉積物的粒度、圓度和球度不同，分選性極差，成分主要是白云巖和碎屑巖，具有滑塌構造、遞變粒序層理和負載構造(圖5)。

圖5 大灣磷礦區(qū)a礦層和b礦層之間夾石層的水下重力流特征

大灣磷礦區(qū)及其外圍的a礦層和b礦層夾石層的等厚線，呈現(xiàn)出向北東伸出的扇形。根據(jù)其整體的厚度變化趨勢，推測是一個向東伸出的大型重力流扇體(圖6a)。這個夾石層等厚度圖，與a礦層+b礦層的等厚度圖(圖6b)，正好構成此消彼長的對應關系。這種情況說明，磷灰石的沉積成礦作用與重力流作用同時進行，后者的頻繁出現(xiàn)干擾和破壞了前者的沉積環(huán)境，導致磷礦層厚度與重力流扇厚度互為消長。

有證據(jù)表明，同成礦期的水下重力流對甕福磷礦田各礦床的影響和破環(huán)，是一種普遍現(xiàn)象。甚至在開陽磷礦田，都存在此種現(xiàn)象。如果我們能夠在鉆探巖芯編錄時，注意這個問題，對整個甕福磷礦田乃至開陽磷礦田的所有鉆孔，重新進行一次全面的沉積相觀察和分析，并且制作其沉積相分布圖、夾石層(水下重力流)和磷礦層累計厚度分布圖，便有可能掌握同沉積期近岸水下重力流活動情況、空間分布及其對磷礦層厚度的影響，進而對磷礦層厚度及品位的空間變化趨勢做出準確預測。這對于勘探靶區(qū)選擇、勘查區(qū)范圍劃定和勘探工程的部署，以及見礦情況的預測將會有很大好處。

4 基于沉積相模式開展礦區(qū)外 圍的成礦預測

天柱-新晃重晶石成礦帶，位于揚子地塊東南緣的晚震旦世-早寒武世陸緣裂谷邊緣。對于該重晶石礦床的成因，雖然還有一些分歧，但越來愈多的證據(jù)表明，應屬于海底熱液噴流沉積型(胡清潔，1997；吳朝東 等，1999；彭軍 等，1999；方維萱 等，2002；夏菲 等，2004；楊瑞東 等，2007)，其中可能有生物有機質共同作用(高懷忠，1998；韓善楚 等，2014)。一系列重晶石礦床沿著一條深斷裂平行展布，分別處于深部含礦熱流體噴涌的熱點上(楊瑞東 等，2007)，表明該深斷裂是含礦熱流體噴涌的同沉積導礦斷裂。

但是，目前對于礦床中的重晶石顆粒狀碎屑是如何沉淀的?其厚度變化規(guī)律如何?受到什么因素控制?尚缺乏從沉積學角度開展研究。顯然，這幾個問題的解決，對于了解這些礦床的成礦機制，開展深部和外圍的成礦預測，有重要的意義。在這次大精查中，通過對寨腳勘查區(qū)多個鉆孔的含礦段巖(礦)芯和野外露頭進行系統(tǒng)觀察，同樣找到了許多典型的沉積相標志。這些沉積相標志，基本上都是反映與水下重力流有關的沉積構造，例如滑塌構造、碎屑流構造和濁流構造。其中，滑塌構造包括滑塌褶皺、包卷層理或變形層理(圖7a)；碎屑流構造包括同生砂泥角礫和撕裂砂泥塊(圖7b，c)；濁流構造包括負載構造、砂球構造、砂枕構造和遞變層理(圖7d，e)，甚至構成不完整的鮑瑪序列。

圖7 重晶石質濁流沉積中的負載構造、砂球構造和變形構造(右側圖片為鏡下照片)

這些反映不同類型和不同動力學條件的水下重力流沉積構造，不但普遍存在于礦區(qū)內所有重晶石巖(礦)芯中，更在平面上有規(guī)律地分布著，而且與重晶石礦層的厚度有很好的對應關系(圖8)。以鉆孔中該段巖(礦)芯的主要沉積構造所反映的沉積環(huán)境為標志，以重晶石礦層厚度4.0 m和2.5 m為界，大致可以把寨腳重晶石礦體劃分為滑積亞相、碎屑流亞相和濁積亞相。三個亞相及其空間分布，很好地刻畫出了寨腳礦區(qū)重晶石水下重力流扇的結構、形態(tài)和形成機制——由南向北、由南東向北西方向傾瀉而來。

這實際上是由多個規(guī)模大小不等的水下重力流扇疊置而成的復合體，因而在扇頭部的厚度最大，中部其次，而扇尾部最薄。而且，根據(jù)重力流的形成機制，滑塌現(xiàn)象靠近碎屑物料原始堆積處(近源)，碎屑流現(xiàn)象離碎屑物料原始堆積處較遠，而濁流現(xiàn)象離碎屑物料堆積處最遠(遠源)。這種情況說明，寨腳勘查區(qū)重晶石礦層的厚度變化，一方面受控于與導礦同沉積深斷裂及熱流體噴溢口的距離，另一方面受控于同沉積水下重力流的作用，而與成礦期的裂谷古地形和后期的逆沖推覆斷層改造、破壞，關系并不大。根據(jù)這一基本認識，利用大河邊-寨腳勘查區(qū)的全部鉆孔資料，制作了重晶石礦層等厚線圖(圖9)，并開展基于水下重力流扇沉積模式的礦區(qū)外圍勘探靶區(qū)預測。

圖8 寨腳重晶石礦區(qū)含礦層段礦層厚度和沉積構造分布對比

圖9 大河邊-寨腳地區(qū)基于水下重力流扇沉積模式的重晶石礦區(qū)外圍勘探靶區(qū)預測Fig.9 Peripheral prspection target prediction of the barite deposit based on under water gravity flow deposit mode in Dahebian-Zhaijiao area

5 若干初步認識

在巖(礦)芯編錄中進行細致觀察，識別并正確地提取其中的沉積相標志，是一項基礎性的沉積學工作。通過以上的觀察和分析，得到如下幾點初步認識：

(1)貴州省的優(yōu)勢礦產資源，多是沉積礦產和層控礦產。在勘查中開展系統(tǒng)的沉積學研究，對于認識其形成、分布條件和成礦機制有重要意義。

(2)在本次優(yōu)勢礦產資源大精查中，沉積學研究的作用主要體現(xiàn)在如下幾個方面：獲取成礦機制的同沉積證據(jù)、揭示礦床形成的環(huán)境條件和成礦過程、查明礦體空間分布的準同生破壞因素和基于沉積相模式開展礦區(qū)外圍的成礦預測等。

(3)實踐表明，系統(tǒng)而準確地進行巖(礦)芯和露頭觀察，是識別沉積構造并獲取其特征信息，判別其沉積相和沉積環(huán)境的基本方法，也是揭示沉積礦床和層控礦床形成條件、機制和分布規(guī)律的根本途徑，需要加強這方面的學習和工作。

(4)水下重力流是較深水環(huán)境的時常發(fā)生的事件沉積，因此滑塌構造、碎屑流構造和濁流構造等水下重力流沉積構造，常見于海底熱流體噴溢沉積礦體中，這在已有的工作得到了初步證實，今后還需特別注意相關的觀察、分析和研究。

上述觀察和分析十分粗略，介紹的目的只是為了說明沉積學工作的重要性。如果要查明各個精查區(qū)的礦床成礦背景、控礦因素、成因機制和空間分布規(guī)律，進而提供進行外圍和深部礦床勘探靶區(qū)預測的有效依據(jù)，還需要進行系統(tǒng)而深入的沉積學研究。