曹默雷，陳建平

1)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京， 100083；2)北京市國土資源信息研究開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京， 100083

內(nèi)容提要: 大塘坡式錳礦成礦后變化程度可從地層抬升程度、氧化程度、構(gòu)造條件、裂隙與巖溶發(fā)育程度、頂?shù)装甯羲浴⒌乇砑皻夂虻确矫孢M(jìn)行分析評價(jià)。民樂錳礦成礦后受到近地表因素、地下水的以及斷層發(fā)育的影響，其成礦后變化程度可從地層抬升程度、斷裂發(fā)育程度以及含錳巖系隔水性3方面進(jìn)行評價(jià)。選取含礦層埋深、距斷層距離、礦體上覆及下伏黑色頁巖段厚度對3個(gè)評價(jià)因素進(jìn)行定量表征，制作單因素等值線圖并量化評分，運(yùn)用層次分析法確定各因素權(quán)重，將各單因素加權(quán)疊加繪制成礦后變化程度系數(shù)等值線圖，將成礦后變化程度分區(qū)與錳礦形態(tài)(品位)、厚度范圍疊加，定量分析成礦后變化對找礦的指示意義。研究發(fā)現(xiàn)，斷裂發(fā)育程度對于民樂礦區(qū)成礦后變化程度最為重要，地層抬升程度次之，含錳巖系隔水性影響較少；民樂礦區(qū)成礦后變化程度具有“兩側(cè)高、中心低”的特征，呈現(xiàn)從盆地中心至邊緣帶遞增的趨勢，西側(cè)更多受地層抬升影響，東側(cè)則以斷裂影響為主；成礦后變化程度較低的區(qū)域更有利于找礦，但對于不同形態(tài)(品位)的礦體指示性并不明顯；對各類地質(zhì)演化過程的恢復(fù)和定量表征應(yīng)成為今后大塘坡式錳礦成礦后保存改造研究的主要方向。

對各類礦床研究歷來都強(qiáng)調(diào)要兼顧成礦條件和保存改造條件，但目前的研究多數(shù)都集中于成礦方面，已經(jīng)形成了比較系統(tǒng)的概念、學(xué)說、理論，但對于成礦后的保存、改造條件的分析和評估卻鮮有涉及(翟裕生, 1999, 2020; 翟裕生等, 2000; 馮云磊等, 2015)。大塘坡式錳礦是湘渝黔毗鄰地區(qū)大塘坡組地層中賦存的海相碳酸錳礦床(張飛飛等, 2013; 何志威等, 2014; 謝小峰等, 2018)，是該區(qū)域重要的沉積型礦產(chǎn)之一，成礦后受到多種地質(zhì)作用的影響，包括變質(zhì)作用、熱液作用、表生作用以及礦體變形等(石少華等?)。該區(qū)域錳礦賦存的大塘坡組地層歷經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，雖然整體保存情況良好，但后期斷裂、褶皺的發(fā)育、深部流體侵蝕以及抬升至淺層后發(fā)生的氧化及地表、淺層地下流體的淋濾侵蝕等都會對礦體產(chǎn)生不同程度的改造作用。前人對于此類錳礦成礦后變化、保存改造情況的研究較少且多為個(gè)別礦區(qū)的現(xiàn)象描述(袁良軍等, 2013; 周琦等, 2018)，并未針對各礦區(qū)或者勘探區(qū)地質(zhì)特征對其成礦后的變化進(jìn)行分析和評價(jià)。本文以湘西北大型海相碳酸錳礦民樂錳礦主礦區(qū)為例，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)特征分析礦區(qū)成礦后可能存在的變化，根據(jù)地層抬升程度、斷裂發(fā)育程度以及含錳巖系隔水性3個(gè)因素對本區(qū)錳礦形成后的變化程度進(jìn)行定量評估，最后將結(jié)果與本區(qū)礦體厚度、形態(tài)(品位)分布范圍疊合，分析民樂礦區(qū)成礦后變化程度以及成礦后變化對找礦的指示意義，為大塘坡式錳礦成礦后變化的研究提供了一種新的思路。

1 大塘坡式錳礦成礦后變化影響因素

沉積型礦產(chǎn)在淺層會受到氣候、水流、生物等多種地表因素的影響，在深層則會受到斷層、地下水、巖漿等因素的影響，發(fā)生形態(tài)以及物質(zhì)成分的變動(dòng)。大塘坡式錳礦成礦后變化程度可從地層抬升程度、氧化程度、構(gòu)造條件、裂隙與巖溶發(fā)育程度、頂?shù)装甯羲?、地表及氣候等方面進(jìn)行分析評價(jià)(表1)。地層抬升程度指的是礦體受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響的抬升程度，抬升至地表以上則地層遭受剝蝕，而抬升至近地表則會受到各類表生條件的影響。地層抬升程度的定量評估可參考各期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)剝蝕厚度、現(xiàn)今礦層的孔深等指標(biāo)。氧化程度指的是碳酸錳礦體在抬升

表1 湘黔渝地區(qū)大塘坡式錳礦成礦后變化影響因素

至淺層風(fēng)化殼中的氧化帶時(shí)轉(zhuǎn)為氧化錳的程度，主要也受到抬升剝蝕程度的控制(許衛(wèi), 2004)，這種現(xiàn)象在下?lián)P子地區(qū)較為豐富，大塘坡式錳礦在中、上揚(yáng)子區(qū)發(fā)育，但局部也存在抬升至近地表處，因此也會受到氧化反應(yīng)的影響；構(gòu)造條件主要是指礦區(qū)內(nèi)的現(xiàn)今斷層與褶皺的發(fā)育情況，斷層與褶皺都會造成礦體的位移，可以將深部的礦體抬升至淺部。連通性好的斷層可以溝通地表流體，使其交代礦體中的物質(zhì)成分，有時(shí)還會出現(xiàn)錳礦在正斷層下盤保存更加完好的情況(袁良軍等，2013)。對構(gòu)造條件的定量表征可采用斷裂、褶皺密度、規(guī)模指數(shù)、距斷層、褶皺距離等指標(biāo)(牛鵬堃等, 2018a,b)。裂隙、巖溶的發(fā)育程度是決定地表流體、降水是否會對礦體產(chǎn)生溶蝕的重要因素，受到巖性和構(gòu)造條件的制約。裂隙發(fā)育程度可用裂隙綜合指數(shù)、巖層脆性指數(shù)(鄒才能等, 2010; 焦鵬等, 2018)等指標(biāo)定量表征，巖溶發(fā)育程度有時(shí)可用地表、層間化學(xué)巖含量表征。頂?shù)装甯羲灾饕峭ㄟ^礦體上部和下部巖系的巖性和厚度進(jìn)行評估，也可參考沖洗液消耗量、巖芯采取率等指標(biāo)(熊世倫, 1985)。湘渝黔地區(qū)氣候濕熱，降雨多，地表水豐富，氣候及地表?xiàng)l件會對地下錳礦造成影響，可用水系密度、地表徑流量等指標(biāo)表征(熊世倫, 1985)。

2 民樂錳礦地質(zhì)特征

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

民樂地塹盆地是湘黔地區(qū)在南華系早期伸展環(huán)境下形成的一系列北東—北北東向斷陷盆地之一，在盆地結(jié)構(gòu)中屬于四級構(gòu)造單元(周琦等, 2018)(圖1a)。民樂錳礦位于民樂地塹盆地中部，屬于湖南省湘西州花垣縣境，面積18 km2。區(qū)內(nèi)地層主要由青白口系、南華系、震旦系和下古生界的下寒武統(tǒng)組成，未見侵入巖。含礦層為大塘坡組下段，在礦區(qū)西側(cè)遭受嚴(yán)重剝蝕。礦區(qū)及其周圍斷裂按其性質(zhì)分為兩組：一組為NE—NNE向逆斷裂，形成于加里東、印支和燕山運(yùn)動(dòng)中的NWW—SEE向擠壓環(huán)境中(柏道遠(yuǎn)等，2015a，2015b)，其中部分?jǐn)鄬右?guī)模較大，延伸較長，在新元古代和早古生代呈現(xiàn)出同沉積斷層的形式(楊陽等，2016),如花垣—茶洞斷層(F1)、水田壩—當(dāng)路坪斷層(F2)等；另一組為NW向平移斷裂，形成于印支和晚燕山運(yùn)動(dòng)中(圖1b)。

2.2 礦體分布特征

本次研究根據(jù)礦區(qū)內(nèi)鉆孔信息將民樂錳礦成礦期(大塘坡組下段)地層自下而上分為四個(gè)亞段，分別為: ① 第一亞段，大塘坡組底部砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖夾細(xì)砂巖； ② 第二亞段，粉砂巖及條帶狀菱錳礦、致密塊狀、密集條帶狀菱錳礦夾炭質(zhì)頁巖； ③ 第三亞段，黑色炭質(zhì)頁巖夾條帶狀菱錳礦； ④ 第四亞段，黑色炭質(zhì)頁巖夾黃鐵礦。 其中礦體主要集中于第二亞段(致密塊狀、密集條帶狀菱錳礦夾炭質(zhì)頁巖)中，本文將其視為礦體段(圖2a)。礦體厚度分布與大塘坡組下段地層厚度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，都是北部較厚，南部較薄(圖2b、c)，由中北部的厚度中心向周圍邊緣處遞減，這也符合大塘坡式錳礦由成錳盆地中心向邊緣發(fā)育逐漸減弱的規(guī)律(周琦等，2017,2018)。

2.3 構(gòu)造演化特征

圖3 湘西北花垣—麻栗場地區(qū)大塘坡組下段時(shí)期原型盆地恢復(fù)Fig. 3 The restoration of the prototype basin of the lower Datangpo Formation in Huayuan—Malichang area，northwestern Hunan

3 民樂礦區(qū)成礦后變化分析

民樂錳礦在成礦期安靜還原環(huán)境中主要的化學(xué)反應(yīng)為錳離子與碳酸氫根離子結(jié)合以及氧化錳與有機(jī)質(zhì)結(jié)合兩種，均形成碳酸錳沉淀(周琦等，2017；董志國等，2020)，現(xiàn)今礦區(qū)內(nèi)鉆孔中大塘坡組下段巖性為菱錳礦體和黑色炭質(zhì)頁巖，與成礦期相比并未發(fā)生改變?；ㄔ珔^(qū)域地質(zhì)調(diào)查(張曉陽等?)中的遙感礦化蝕變信息顯示民樂鎮(zhèn)地區(qū)出露的南華及震旦紀(jì)地層并沒有顯著的蝕變特征。民樂—兩河鄉(xiāng)一帶的青白口紀(jì)、南華紀(jì)、震旦紀(jì)及早古生代沉積巖層，均遭受區(qū)域低級或極低級變質(zhì)作用。以上特征均說明民樂錳礦含礦層物質(zhì)成分在成礦過程中并未遭受強(qiáng)烈改變。礦區(qū)內(nèi)許多鉆孔中礦體埋深很淺，有些鉆孔中礦體甚至距地表不足30 m，而且孔深300 m以內(nèi)的淺層錳礦Mn含量與深層相比波動(dòng)較大(圖4a)，說明成礦后存在地表及地下淺層因素的影響，主要包括風(fēng)化殼氧化帶中的氧化作用、地表?xiàng)l件的風(fēng)化淋濾以及地下水的侵蝕交代，根據(jù)收集到的鉆孔信息及花垣地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(張曉陽等?)，氧化作用并不顯著，僅在少數(shù)大塘坡組發(fā)育較淺的鉆孔如17-1、181-1近地表處存在氧化現(xiàn)象,可能存在氧化帶的深度范圍在地表以下6～50 m，民樂礦區(qū)僅有少數(shù)錳礦體賦存在該范圍，常量元素的測試結(jié)果中大塘坡組地層中的氧化錳含量與其他地層相比也并沒有顯著優(yōu)勢(圖4b)；鉆孔中的層間裂隙較多、含礦層P、S、SiO2等物質(zhì)成分的波動(dòng)以及常量元素中較為活潑的K、Na、Ca、Mg等元素相比于穩(wěn)定的Al、Fe、Si等元素含量明顯較低等現(xiàn)象(表2)則顯示礦體受到一定程度的地表淋濾和地下水交代作用。本文依據(jù)花垣地區(qū)典型民樂—下椿木實(shí)測剖面地層厚度、中揚(yáng)子地區(qū)志留系末及晚三疊世中期下寒武統(tǒng)Ro值(高瑞祺等, 2001)，類比湘中、湘北地區(qū)巖層發(fā)育情況，計(jì)算剝蝕厚度，繪制花垣區(qū)域埋藏史圖(圖4c)。參考花垣地區(qū)以及湘西北區(qū)域埋藏史圖(陶樹, 2008)，菱錳礦體發(fā)育在南華紀(jì)早期大塘坡組地層中，之后經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，受中侏羅世之后的構(gòu)造抬升影響較大，含礦地層被抬升至近地表處。礦區(qū)地處摩天嶺背斜南東翼，距離區(qū)域斷裂花垣—張家界斷層的分支斷層水田壩—當(dāng)路坪(F2)斷裂較近，且礦區(qū)東側(cè)發(fā)育多條斷裂，對礦體造成切割破壞的同時(shí)也使得地層裂隙發(fā)育，鉆孔資料中破碎帶較多且黑色炭質(zhì)頁巖段常見高角度裂隙發(fā)育。礦區(qū)內(nèi)寒武系、震旦系剝蝕較為嚴(yán)重，碳酸鹽巖發(fā)育不多。保存較好的南華紀(jì)地層以頁巖段為主，局部發(fā)育碳泥質(zhì)、錳質(zhì)白云巖，化學(xué)巖含量也不高，因此，民樂錳礦成礦后受巖溶因素的影響較小。區(qū)內(nèi)礦體上覆、下伏頁巖段厚度均存在一定程度的變化，再加之部分礦體埋深較淺，存在由于上下含錳巖系透水性產(chǎn)生的地表水、地下水侵蝕與交代作用。由此可見，本文研究區(qū)中錳礦成礦后受到近地表因素、地下水的以及斷層發(fā)育的影響。

表2 湘西北花垣地區(qū)南華系巖石化學(xué)成分分析結(jié)果(%)(據(jù)張曉陽等?)Table 2 The chemical composition analysis result (%) of the rocks from Nanhuan System in the Huayuan district (from Zhang Xiaoyang et al., 2013#)

圖4 湘西北花垣民樂錳礦元素含量分析及構(gòu)造演化特征: (a) 含礦層不同起始孔深錳質(zhì)含量; (b) 不同地層氧化錳含量; (c) 花垣地區(qū)埋藏史圖Fig. 4 The analysis of elements of the Minle manganese deposits in the western Hunan province and its tectonic evolution: (a) the variation of the manganese grade of the ore-bearing strata in different drilling depths; (b) the variation of manganese oxides content of different stratums; (c) the buried history of the Huayuan district

4 單因素分析

本次研究選取錳礦層埋深、礦體上覆及下伏黑色炭質(zhì)頁巖段厚度、距斷層的距離四項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)表征成礦后變化程度。礦體埋深分布體現(xiàn)出明顯的“西淺東深”的規(guī)律，最東部大塘坡組地層埋藏較深，受印支、燕山運(yùn)動(dòng)影響較小，絕大多數(shù)井點(diǎn)礦體段孔深都超過350 m，西側(cè)靠近剝蝕區(qū)部分鉆孔礦層埋深已經(jīng)在50 m以內(nèi)，很容易受到地表因素及風(fēng)化殼的影響(圖5a)。第二章已經(jīng)將大塘坡組下段劃分為四個(gè)亞段，其中礦體段為第二亞段礦體，包含兩段碳酸錳礦體及中間的黑色炭質(zhì)頁巖段，考慮到第四亞段(黑色炭質(zhì)頁巖夾黃鐵礦)及大塘坡組上段都存在因地層剝蝕導(dǎo)致厚度不完整的情況，此處選取上覆第三亞段(黑色炭質(zhì)頁巖夾碳酸錳條帶)及下伏第一亞段(砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖夾細(xì)砂巖、粉砂巖及條帶狀菱錳礦)作為礦體頂?shù)赘羲畬?，用它們厚度的變化定量表征含錳巖系的隔水性。上覆第三亞段厚度多數(shù)井點(diǎn)都在10 m以上，僅零星區(qū)域厚度較薄，不足5 m(圖5b)。下伏第一亞段厚度由礦區(qū)西側(cè)向東側(cè)遞減，在礦區(qū)中北部發(fā)育較厚(圖5c)。根據(jù)花垣區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告中的構(gòu)造演化特征，民樂錳礦NE—NNE向逆沖斷層是加里東、印支、燕山運(yùn)動(dòng)中NWW—SEE向擠壓作用的結(jié)果，NW向平移斷層也都在印支、燕山運(yùn)動(dòng)中形成。這些斷層對地層造成切割破壞、抬升剝蝕，還促進(jìn)了地表和層間裂隙的發(fā)育，加劇了地表、近地表因素對于礦體的影響。本文以礦區(qū)內(nèi)部多數(shù)鉆孔間距(100 m)為半徑繪制一級、二級斷裂緩沖區(qū)，全區(qū)內(nèi)多處井孔處于斷裂緩沖區(qū)內(nèi)以及交匯區(qū)域(圖5d)，綜上所述，對本區(qū)而言，斷裂與礦體埋深對成礦后變化程度的影響較大，影響范圍基本覆蓋全區(qū)；蓋層隔水性整體較好，僅在局部地區(qū)存在異常，存在影響，但并不明顯。

圖5 湘西北民樂礦區(qū)成礦后變化各影響因素空間分布圖: (a)礦體段鉆孔深度； (b) 礦體上層黑色頁巖段厚度； (c) 礦體下部黑色頁巖段厚度； (d) 礦區(qū)斷裂及其緩沖區(qū)Fig. 5 The spatial distribution of each factor which influences the manganese deposit's variation after the mineralization period in the Minle mining area, northwestern Hunan: (a) drilling depths of the manganese ore-body; (b) the thickness of the black shale above the manganese ore-body; (c) the thickness of the black shale below the manganese ore-body; (d) faults and their buffers in the mining area

5 層次分析法定權(quán)重

層次分析法(Analytic hierarchy process)基本原理是把與決策有關(guān)的元素分解成遞進(jìn)的層次，在人的經(jīng)驗(yàn)判斷基礎(chǔ)上去比較兩兩元素的相對重要性，據(jù)其標(biāo)度設(shè)置判斷矩陣，進(jìn)而進(jìn)行半定性和半定量分析，此方法具有靈活簡便的優(yōu)點(diǎn)，非常適合確定各個(gè)影響因素的權(quán)重(牛鵬堃等, 2018a,b)。本次研究根據(jù)之前的地質(zhì)特征研究以及單因素分析，針對民樂礦區(qū)建立評價(jià)成礦后變化程度的層次結(jié)構(gòu)及判斷矩陣(圖6, 表3、 表4、 表5)。根據(jù)之前章節(jié)的分析已經(jīng)得出在決策層(C層)對目標(biāo)層(A層)的影響中，礦區(qū)的地層抬升程度(B1)是決定碳酸錳礦體是否達(dá)到古風(fēng)化殼中氧化帶進(jìn)而氧化形成氧化錳的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是地表水以及淺層地下水的淋濾滲透的重要前提；斷裂發(fā)育程度是本礦區(qū)成礦后變化程度評價(jià)中的最重要因素，主要有3點(diǎn)影響，一是斷層發(fā)育造成局部礦體被抬升至淺層，發(fā)生氧化反應(yīng)并遭受地表水以及淺層地下水侵蝕。二是斷層本身具有疏導(dǎo)液體的能力，對于埋藏較深的礦體，這些斷層是它們與地表水、地下水以及深部熱液溝通的最主要通道，大塘坡式錳礦形成較早且長時(shí)間處于地下較深位置，斷層活動(dòng)在其成礦后變化中起著重要作用。三是斷層發(fā)育會造成地表以及層間裂隙的產(chǎn)生，這些裂隙會加劇地表以及地下各因素對礦體的影響。就對本區(qū)成礦后變化程度重要性而言，斷裂發(fā)育程度要比地層抬升程度更強(qiáng)，因?yàn)榈V區(qū)內(nèi)的后期斷裂基本遍布全區(qū)，斷層本身就能夠成為地表滲流的通道而且還能夠促進(jìn)地表以及層間裂隙的發(fā)育，極大地促進(jìn)了地表流體、大氣降水與地下礦層溝通，而礦區(qū)內(nèi)抬升程度并不均衡，除西側(cè)以外，其余區(qū)域并未抬升至非常淺的位置，礦區(qū)東部大片區(qū)域礦體都發(fā)育在地下400～500 m的位置，蓋層較厚，不太容易遭受地表因素的風(fēng)化或者在淺層發(fā)生氧化反應(yīng)。含錳巖系隔水性對于表生條件的重要性在本區(qū)與前兩者相比要弱一些，因?yàn)槊駱返V區(qū)含錳巖系巖性為黑色頁巖，性質(zhì)穩(wěn)定,封閉性好，不太容易造成地表水和地下水對礦體的侵蝕交代作用。因此，本文對B層次重要性評分為剝蝕程度(B1)8、斷裂發(fā)育程度(B2)9、蓋層隔水性(B3)5。由于礦層下伏黑色頁巖段整體厚度較小且其下部富祿組以砂礫巖為主，透水性較強(qiáng)，因此，本段與礦體上覆頁巖段相比更容易使礦體被流體交代。因此對C層次的重要性評分為上覆頁巖段厚度(C3)6、下伏頁巖段厚度(C4)7。通過單排序和總排序，最終確定C層次四個(gè)因素的權(quán)重分別為：礦層起始孔深(C1)0.3636、距斷層距離(C2)0.4091、上覆頁巖段厚度(C3)0.1049、下伏頁巖段厚度(C4)0.1224。與本文類似的層次模型(李延河等, 2018)曾在礦產(chǎn)開采風(fēng)險(xiǎn)性評估中使用，但很少運(yùn)用在成礦后變化的分析之中。

表 3 湘西北花垣民樂礦區(qū)成礦后變化層次模型B層次 單排序矩陣

表 4 湘西北花垣民樂礦區(qū)成礦后變化層次模型C層次 單排序矩陣

表 5 湘西北花垣民樂礦區(qū)成礦后變化層次模型B和C層次 總排序矩陣

表6成礦后變化影響因素評分準(zhǔn)則 Fig. 6 The score criteria of factors which influence the variation after the mineralization period

6 成礦后變化程度分析

對影響成礦后變化程度的各單因素按重要程度逐級賦分(表6)，再按照之前層次分析結(jié)構(gòu)中的權(quán)重加權(quán)計(jì)算各井孔成礦后變化程度，并繪制等值線圖。根據(jù)Surfer網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，可將成礦后變化程度系數(shù)以3.9274為界分為兩檔(圖7)，1.3944～3.9274表示成礦后變化程度較弱，3.9274～5.2124表示表生成礦后變化程度較強(qiáng)。各網(wǎng)格平均值為3.8887，中值為3.9275，總體來說民樂礦區(qū)成礦期之后受地表、地下、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素影響存在一定程度的改造，但并不強(qiáng)烈。根據(jù)成礦后變化系數(shù)空間分布情況(圖8a)，礦區(qū)東西兩側(cè)成礦后變化較強(qiáng)，西側(cè)大塘坡組地層遭到剝蝕，殘存部分遭受強(qiáng)烈抬升，覆蓋地層較少，容易受到地表因素及淺層風(fēng)化殼的影響。礦區(qū)東側(cè)蓋層發(fā)育，成礦后變化更多受到斷層發(fā)育的影響，后期斷層發(fā)育密集，不僅造成礦體破碎、抬升，也容易造成大量裂隙發(fā)育。礦區(qū)中部蓋層覆蓋良好，斷層發(fā)育少，抬升程度適中，僅在南北兩側(cè)兩條近EW(NW)向斷層周圍影響系數(shù)較高。

圖7 成礦后變化程度系數(shù)閾值劃分Fig. 7 The threshold division of the coefficient of the variation degree after the mineralization period

圖8 民樂礦區(qū)成礦后變化程度系數(shù)分布圖(a)及成礦后變化程度低值區(qū)與礦體形態(tài)、厚度范圍空間分析柱狀圖(b)Fig. 8 The spatial distribution of the variation degree coefficient after the mineralization period in the Minle mining area (a) and the column map of the spatial analysis of the district with low variation degree after the mineralization and the range of manganese deposit's different shapes and thicknesses (b)

將錳礦層厚度為10 m、7 m、4 m、1 m的等厚度線以及塊狀和條帶狀為主的礦點(diǎn)以DXF格式轉(zhuǎn)出，經(jīng)mapgis文件轉(zhuǎn)換存為線文件，造區(qū)之后進(jìn)行空間分析，根據(jù)空間分析結(jié)果(圖8b)，64%的鉆孔、65%的產(chǎn)出致密塊狀礦體的鉆孔以及63%的產(chǎn)出條帶狀礦體的鉆孔分布在成礦后變化程度系數(shù)低值區(qū)(≤3.9274)，說明成礦后變化程度對于找礦有一定指示意義，變化程度較低的區(qū)域更有利于找礦，但對于不同形態(tài)(品位)的礦體指示性并不明顯。錳礦厚度范圍與成礦后變化程度系數(shù)分區(qū)的疊合(圖8a、 b)則顯示了成礦后變化程度具有從盆地中心至邊緣帶逐漸遞增的趨勢，根據(jù)區(qū)對區(qū)分析結(jié)果，成礦后變化程度系數(shù)低值區(qū)與礦體段(大塘坡組下段第二亞段)厚度超過10 m區(qū)域公共面積占該厚度范圍的97%，相同類型的結(jié)果在礦體段厚度為7 m和4 m范圍內(nèi)分別為84%和75%，而在礦體段厚度1 m范圍內(nèi)的結(jié)果則降至70%,雖然數(shù)值差距不大，但整體呈現(xiàn)出下降的趨勢。由此可見，越靠近盆地中心的區(qū)域成礦后變化程度系數(shù)低值區(qū)占比越高，礦區(qū)內(nèi)部成礦后變化程度總體具有從中心至邊緣帶遞增的趨勢。

7 討論：成礦后環(huán)境演化對于 大塘坡式錳礦保存的影響

從前人的研究現(xiàn)狀以及本文分析的民樂礦區(qū)成礦后變化都可以看出，對于成礦后環(huán)境演化過程的恢復(fù)和定量表征是大塘坡式錳礦保存改造研究的關(guān)鍵。本文只是根據(jù)現(xiàn)今地質(zhì)特征分析民樂錳礦成礦后的變化，并未對碳酸錳礦體成礦后的變化過程進(jìn)行恢復(fù)，而且對于一些水文條件、表生條件的影響也并未進(jìn)行詳盡的研究，總體而言具有一定探索性，但仍然是比較粗略的。由于研究條件、經(jīng)濟(jì)等因素的限制，目前大塘坡式錳礦分布的湘渝黔毗鄰區(qū)各類地質(zhì)演化研究成果并不豐富(戴傳固等, 2008; 楊坤光等, 2012)。與已經(jīng)比較成熟的成礦條件定量評價(jià)相比，對各類礦產(chǎn)資源保存改造研究卻仍處于探索階段。

7.1 構(gòu)造演化

構(gòu)造演化對于礦產(chǎn)形成后的保存與改造具有重要意義，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的地層抬升剝蝕、形變、斷裂活動(dòng)、應(yīng)力場轉(zhuǎn)換等通常對已形成的礦體產(chǎn)生破壞與改造作用，有時(shí)也存在造成礦體富集的現(xiàn)象(袁良軍等, 2013)。大塘坡組碳酸錳礦主要分布于湘渝黔毗鄰區(qū)域，前人對于這一區(qū)域的構(gòu)造背景已經(jīng)具有較高的研究程度，周琦等(2016, 2017)通過大量剖面和鉆孔的地層對比明確了南華紀(jì)大塘坡組錳礦形成的古地理格架，即在Rodinia超大陸裂解背景下，南華裂谷盆地(Ⅰ級)沿其內(nèi)部多條韌性剪切帶再次裂陷，由北向南形成3個(gè)次級裂谷盆地(Ⅱ級)，本文花垣民樂錳礦所屬的武陵次級裂谷盆地就是其中之一。這些次級裂谷盆地內(nèi)部結(jié)構(gòu)也逐漸被厘清，武陵次級裂谷盆地(Ⅱ級)由松桃—古丈等3個(gè)Ⅲ級裂陷盆地構(gòu)成，而這些級裂陷盆地內(nèi)部又包含多個(gè)Ⅳ級地塹盆地，湘黔地區(qū)幾個(gè)大型錳礦如民樂、道坨、西溪堡等都發(fā)育在這些Ⅳ級盆地中。這些裂谷盆地形成后首先經(jīng)歷了一個(gè)穩(wěn)定沉積階段，從志留紀(jì)晚期開始，陸續(xù)發(fā)生加里東、印支、燕山、喜馬拉雅等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，各期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不僅造成了地層的抬升破壞，還形成了許多后期斷層。湘黔交界地區(qū)也由造山帶(武陵構(gòu)造旋回)逐漸過渡至板塊內(nèi)部(喜馬拉雅構(gòu)造旋回)(戴傳固等, 2008)。斷裂活動(dòng)也是構(gòu)造演化中的重要內(nèi)容，湘渝黔毗鄰區(qū)現(xiàn)今斷裂主要為加里東、印支、燕山3次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的NE—NNE向逆沖斷層以及NEE、NW向的平移斷層。這些斷層不但造成了地層位置的改變，還促進(jìn)了裂隙、巖溶的發(fā)育，增強(qiáng)了地表水的下滲淋濾作用，往往不利于大塘坡式錳礦的保存。根據(jù)本次研究收集到的資料，筆者等認(rèn)為當(dāng)前大塘坡式錳礦構(gòu)造演化的研究還存在以下兩點(diǎn)問題：

7.1.1 埋藏史研究不夠充分

湘渝黔毗鄰區(qū)域在南華紀(jì)形成碳酸錳礦之后經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，但對于各期抬升地層的剝蝕厚度目前鮮有統(tǒng)計(jì)，而剝蝕厚度卻是反映構(gòu)造變形強(qiáng)度、恢復(fù)構(gòu)造演化過程的重要指標(biāo)。本次研究采用的含礦層現(xiàn)今埋深能夠反映出民樂錳礦在印支運(yùn)動(dòng)之后地層的抬升程度，但無法展現(xiàn)礦體在形成后各個(gè)時(shí)期的位置情況?；ㄔ貐^(qū)寒武系、志留系地層都含有頁巖氣資源，油氣類的研究針對一些代表井做過埋藏史圖，但由于大塘坡式錳礦形成地層更老，想要完全展現(xiàn)這類錳礦資源的沉積剝蝕過程，還是應(yīng)當(dāng)針對南華系、震旦系做一些相關(guān)的熱演化研究，通過恢復(fù)沉積—?jiǎng)兾g過程，可以使本區(qū)錳礦原生、次生的判定、在哪一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中被剝蝕以及各期構(gòu)造抬升中成礦后變化程度的分析都比以往更加細(xì)致、充分。

7.1.2 對于斷層的分析還有待提高

斷層的結(jié)構(gòu)與活動(dòng)性對成礦后變化分析意義重大。斷層不僅會切割、抬升礦體，還會促進(jìn)裂隙、巖溶的發(fā)育、溝通地表，增強(qiáng)表生作用對于礦體的影響(袁良軍等, 2013；周琦等, 2017, 2018)。在大塘坡式錳礦大量發(fā)育的湘黔交界區(qū)域，目前對于斷層的研究并不系統(tǒng)。斷裂結(jié)構(gòu)方面，雖然通過大量的野外區(qū)調(diào)對于地表斷層形態(tài)、產(chǎn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納總結(jié)，但對于斷層的地下延伸、形態(tài)、構(gòu)造樣式、切割地層斷距等都缺乏詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，民樂錳礦也存在斷層切割并導(dǎo)致礦體產(chǎn)生位移的現(xiàn)象，但根據(jù)本次研究收集的資料很難對其進(jìn)行定量分析，這方面的工作應(yīng)當(dāng)多結(jié)合物探資料，尤其是電法和地震資料進(jìn)行研究，否則很難判斷現(xiàn)今斷裂對于礦層的影響。斷裂演化方面，缺少對于各組不同走向斷裂活動(dòng)性和演化歷史的分析。在全區(qū)范圍內(nèi)選取幾條解釋良好的物探剖面進(jìn)行回剝反演對本區(qū)原型盆地的恢復(fù)以及礦體形成后的保存改造都有重要意義。此外，對斷層對大塘坡式錳礦體的保存與改造影響的研究還停留在現(xiàn)象分析的階段，發(fā)現(xiàn)了斷層改造礦體的實(shí)例，比如西溪堡錳礦的冷水溪斷層對于錳礦的影響(袁良軍等，2013)，但其他礦床是否有類似現(xiàn)象，或者各礦區(qū)受斷層改造有何異同之處，都缺乏系統(tǒng)的類比，這也會是今后對礦體形成后保存改造研究的重要方向。

7.2 表生條件和地下水環(huán)境的演化

對于大塘坡式錳礦來說，表生條件的影響主要在于在地表及淺層遭受的化學(xué)風(fēng)化、蝕變等，其定量表征可用南華系—志留系各層的化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)(張?zhí)旄５? 2018；鄭杰等, 2019)以及各層內(nèi)氧化物含量等指標(biāo)，其中古風(fēng)化殼中的氧化帶深度是一項(xiàng)非常重要的影響因素，本次研究的民樂礦區(qū)礦體氧化程度較低，鉆孔中并未發(fā)現(xiàn)有顯著的氧化帶，但大塘坡式錳礦在湘渝黔毗鄰區(qū)皆有分布，而且經(jīng)歷的構(gòu)造變動(dòng)十分頻繁，完全具有抬升至地表、淺層形成風(fēng)化殼的可能性，因此對于氧化深度的研究也應(yīng)當(dāng)成為今后表生條件對大塘坡式錳礦影響的重要內(nèi)容，要注重通過野外、鉆孔、地震剖面等信息對氧化帶的識別以及氧化帶層位的構(gòu)造恢復(fù)；地下水的影響是由于地下水環(huán)境(地下水不同時(shí)期pH、Eh值)和含錳巖系厚度、巖礦成分變化共同造成的，其定量表征可用各時(shí)期Ni/Co值、稀土元素異常值[∑REE，LREE/HREE，(La/Yb)N，(La/Sm)N，(Gd/Yb)N]、Ce值、Eu值等地化指標(biāo)、礦體頂?shù)装搴穸取⒋嘈灾笖?shù)、礦化度等，層間裂縫、孔洞中填充的巖性也可用來判斷地下水環(huán)境(石少華等?; 焦鵬等, 2018)。上述指標(biāo)目前在湘渝黔毗鄰區(qū)都有大量的測試數(shù)據(jù)，可以對地下水環(huán)境及其對礦體的影響進(jìn)行較為細(xì)致的評價(jià)，但本次研究收集的資料有限，并未對地下水環(huán)境和表生條件進(jìn)行細(xì)致的定量表征。

8 結(jié)論

(1)民樂礦區(qū)在成礦后主要受到近地表因素、地下水的以及斷層發(fā)育的影響，其成礦后變化程度可從地層抬升程度、斷裂發(fā)育程度以及含錳巖系隔水性3個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)，其中斷裂發(fā)育程度對于民樂礦區(qū)成礦后變化程度最為重要，地層抬升程度次之，含錳巖性隔水性影響較少。

(2)民樂礦區(qū)成礦期之后受地表、地下、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素影響存在一定程度的改造，但并不強(qiáng)烈。礦區(qū)東西兩側(cè)分別受到以斷裂發(fā)育和地層抬升為主的影響，具有較高的成礦后變化程度；礦區(qū)中部蓋層覆蓋良好，斷層發(fā)育少，抬升程度適中，僅在南北兩側(cè)兩條近東西向斷層周圍成礦后變化程度較高。

(3)成礦后變化程度對于找礦有一定指示意義且與成錳盆地結(jié)構(gòu)具有一定的關(guān)聯(lián)性。成礦后變化程度系數(shù)分區(qū)與鉆孔的空間分析顯示變化程度較低的區(qū)域更有利于找礦，但對于不同形態(tài)(品位)的礦體指示性并不明顯；錳礦厚度范圍與成礦后變化程度系數(shù)分區(qū)的疊合則顯示越靠近盆地中心的區(qū)域成礦后變化程度系數(shù)低值區(qū)占比越高，成礦后變化程度具有從盆地中心向邊緣帶遞增的整體趨勢。

(4)大塘坡式錳礦在成礦后變化程度的評價(jià)以現(xiàn)今地表及地下各地質(zhì)要素為主，但其成礦后經(jīng)歷的多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的各要素的演化過程對礦體的影響其實(shí)也不容忽視，構(gòu)造、地表因素及地下水演化過程的恢復(fù)和定量表征應(yīng)成為下一步研究的重點(diǎn)。

致謝：感謝湖南省地質(zhì)調(diào)查院對于本文給予的資料支持。

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(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)

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