为黔北裂陷盆地的底板, 属碳酸盐岩台地正常沉积。岩性主要为灰色、浅灰色厚层至块状生物碎屑灰岩, 夹泥质条带灰岩, 偶夹白云质灰岩及燧石条带、团块, 具少量波状— 透镜状层理, 富产䗴、腕足类、珊瑚、有孔虫、藻等化石。厚度较为稳定, 一般厚110m左右。与栖霞组呈整合接触。

由于分布位置不同, 存在岩性差异, 研究区内可分为2种类型。

1)碳硅质灰岩建造。分布范围遍布整个黔北裂陷中。岩性主要为深灰色薄层含碳质的硅质灰岩, 夹含硅质灰岩, 局部为含硅质灰岩夹硅质岩条带和含燧石结核透镜体, 顶部硅质和锰的含量逐渐增多。化石以放射虫、海绵骨针为代表, 腕足类、瓣鳃类、介形虫化石产于下部。厚度一般为43~68m, 平均52m。与下伏茅口组一段灰岩呈整合接触。

2)含燧石结核灰岩建造。分布于黔北裂陷外围, 属台地正常沉积。在黔北— 黔中地区, 主要为灰黑色、深灰色中厚层燧石灰岩, 夹深灰色泥晶灰岩和含生物碎屑灰岩。含䗴、腕足类、珊瑚和双壳类化石等。一般厚60~140m, 平均70m。与下伏茅口组一段灰岩呈整合接触。

因分布位置不同存在岩性差异, 研究区内可分为3种类型。

1)生物碎屑灰岩建造。分布于黔北裂陷盆地外围以及Ⅱ 级断陷盆地和Ⅰ 级断陷盆地之间。岩性主要为浅灰色夹灰色厚层块状生物碎屑灰岩, 富产䗴、腕足类、珊瑚、瓣鳃类等化石。一般厚40~50m。与下伏茅口组二段呈整合接触。

2)硅化岩建造。分布于黔北裂陷盆地中的地垒地段, 有硅化岩的地方无锰矿分布。硅质含量70%~95%, 在遵义龙坪、西坪和南坪地区为纯硅质岩, 局部硅质含量为99%, 达到粉石英矿级别。一般厚30~50m, 与下伏茅口组二段呈整合接触。值得注意的是, 在同沉积断层附近, 主要为角砾状硅化岩(刘志臣等, 2013)。

3)含锰建造。主要为一套含锰岩系, 局部变为黏土质建造或含锰铁建造。含锰岩系主要由浅灰色、灰绿色、暗灰色至灰黑色含黄铁矿的黏土岩、碳酸锰矿石及粉砂质泥岩组成。以龙坪一带为界, 以西的西部矿段为含锰建造, 以东的东部矿段为含锰铁建造和含锰建造, 两者的岩性及其组合存在一定差异。含矿岩系一般厚1.96~5.95m, 锰矿层产于含矿岩系的中下部, 与下伏地层之间隔有0.5~28cm厚的凝灰岩。与下伏茅口组二段硅质灰岩接触, 上覆地层为龙潭组C1煤层(线)。

研究区二叠系茅口组岩性组合中, 最为典型的是硅质岩组合, 这种组合是特殊地质背景下的产物。二叠纪, 在特提斯地区存在一个持续发育的超级热水体系, 可提供大量的硅质来源(Maynard, 2003; 肖传桃等, 2009; Zeng et al., 2011)。在黔北裂陷盆地的演化过程中, 深部富含硅的气液流体, 先后沿同沉积断裂喷出, 形成不同期次的硅质岩: (1)富硅热液在沉积断裂及上升流的作用下被带到裂陷盆地中, 在深水台盆的还原— 弱还原环境下形成硅质软泥, 并在成岩阶段变成硅质岩; (2)硅质热液分散在碳酸盐沉积物中, 处于弱氧化— 氧化环境下, 在成岩过程中发生分异, 硅质进一步向适宜 SiO₂形成的偏酸性环境中迁移、沉积、富集, 并交代碳酸盐沉积物形成硅化岩(杨海生等, 2003; 周新平等, 2009; 姚旭等, 2013); (3)富锰热水流体喷溢后沉积并富集成矿(Murray, 1994; Maynard, 2010; Bernhard and Olaf, 2012)。

黔北裂陷(Ⅰ 级裂谷盆地)分别在贵州水城、遵义一带沿同沉积断裂带再次发生断陷, 自北东往南西方向为遵义和水城2个Ⅱ 级次级裂谷盆地。根据遵义次级裂谷盆地内部同沉积断层的分布及其对沉积环境和锰矿控制的特征, 发现遵义次级裂谷盆地由深溪— 八里、龙坪— 兴隆、团溪— 尚稽3个Ⅲ 级断陷盆地(地堑)和喇叭— 南北、西坪— 苟江隆起2个Ⅲ 级隆起(地垒)组成。进一步分析发现, 这3个Ⅲ 级断陷盆地(地堑)均由一系列的Ⅳ 级断陷盆地(地堑)和隆起(地垒)等地质单元组成(表 1; 图 2)。

表 1

Table1

表 1(Table1)

表 1 黔北裂陷盆地结构的划分 Table1 Structure division of North Guizhou rift trough basin Ⅰ 级 Ⅱ 级 Ⅲ 级 Ⅳ 级 备注 黔 北 裂 陷 盆 地 遵义次级裂谷盆地 深溪— 八里断陷(地堑) 冯家湾— 铜锣井、共青湖— 转龙庙、深溪断陷(地堑) 黔北裂陷盆地结构划分仅限于茅口晚期— 龙潭期 龙坪— 兴隆断陷(地堑) 张家湾— 木杠台、兴隆断陷(地堑) 团溪— 尚稽断陷(地堑) 长滩— 柏杨坝、和尚场断陷(地堑) 喇叭— 南北、西坪— 苟江隆起(地垒) — 水城次级裂谷盆地 银盘— 麻窝断陷(地堑) 银盘— 徐家寨断陷(地堑)

表 1 黔北裂陷盆地结构的划分 Table1 Structure division of North Guizhou rift trough basin

图 2

Fig.2

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	图 2 贵州遵义次级裂谷盆地二叠纪晚期构造古地理及同沉积断层分布 1— 控制Ⅲ 级断陷(地堑)盆地和隆起(地垒)的同沉积断裂; 2— 控制Ⅳ 级断陷盆地的同沉积断裂; 3— Ⅳ 级断陷盆地及其控制的矿床; 4— Ⅲ 级断陷(地堑)盆地范围; 5— Ⅲ 级隆起(地垒)范围; 6— 同沉积断层编号; 7— 地名Fig.2 Tectonic paleogeography and distribution of synsedimentary faults of the Late Permian in Zunyi rift basin, Guizhou Province

同沉积断层主要发育于裂谷拉张构造环境, 是与沉积、火山、流体和成矿作用同时发生、持续进行的一种特殊构造型式, 具正断层性质。研究区同沉积断层主要有3种判别标志: (1)带状展布的角砾状硅质岩、硅化岩(图 3-A, 3-B)组成的沉积岩相突变带, 指示了同沉积断裂的存在; (2)锰矿石特殊的喷流沉积构造(如斑杂状构造和变形纹理构造等, 图 3-C, 3-D)分布区, 指示了同沉积断裂的位置; (3)地层厚度的突变带, 指示了同沉积断裂的位置, 如研究区中含锰岩系、茅口组二段以及龙潭组的地层厚度均出现了突变, 在有的区域两侧, 地层厚度相差很大, 甚至缺失含锰岩系。

图 3

Fig.3

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	图 3 贵州遵义次级裂谷盆地二叠纪晚期同沉积断层特征 A— 角砾状硅质岩; B— 角砾状硅化岩; C— 斑杂状构造锰矿石; D— 变形纹理构造锰矿石Fig.3 Features of synsedimentary fault during the Late Permian in Zunyi rift basin, Guizhou Province

根据上述标志, 本次在遵义次级裂谷盆地中辨别出14条茅口中晚期的同沉积断层(表 2; 图 2)。这些同沉积断层可划分为2个级别: 一级断层, 是规模大、控盆控相特征明显的断层, 它控制着Ⅲ 级断陷(地堑)盆地和隆起(地垒)的演化, 如SF1和SF2断层是分别控制喇叭— 南北隆起(地垒)、铜锣井— 深溪断陷(地堑)盆地边界的同沉积断层; 二级断层, 是指在Ⅲ 级断陷(地堑)盆地中进一步控制Ⅳ 级断陷(地堑)盆地与隆起(地垒)的同沉积断层, 如SF7、SF8、SF9、SF10断层等, 它们大致呈等间距(约为3km)分布, 展布方向为70° ~80° NE, 与现今燕山期构造改造的NNE-NE区域构造线方向不同。

表 2

Table2

表 2(Table2)

表 2 贵州遵义次级裂谷盆地二叠纪晚期主要同沉积断层及特征 Table2 Synsedimentary faults and their features during the Late Permian in Zunyi rift basin, Guizhou Province 同沉积 断层编号 特 征 控制的断陷盆地(地堑) SF1 沿断层延长方向, 有硅化岩、角砾状硅化岩体; 断层以北含锰岩系减薄为零(地垒) Ⅲ 级盆地 SF2、SF3 沿断层延长方向, 有硅化岩、角砾状硅化岩体; 两个断层之间含锰岩系减薄为零(地垒) Ⅲ 级盆地 SF4、SF5 沿断层延长方向, 有硅化岩、角砾状硅化岩体; 两个断层之间含锰岩系减薄为零(地垒) Ⅲ 级盆地 SF6 沿断层延长方向, 有硅化岩、角砾状硅化岩体; 断层以南含锰岩系减薄为零 Ⅲ 级盆地 SF7 含锰岩系厚度增大, 矿石主要为铁锰及锰铁矿 冯家湾Ⅳ 级盆地 SF8 含锰岩系厚度增大(最厚大于10 m), 矿石具特殊的喷流沉积构造(如斑杂状构造、变形纹理构造等) 铜锣井— 小金沟Ⅳ 级盆地 SF9 含锰岩系厚度增大, 矿石具特殊的喷流沉积构造 共青湖— 天井台Ⅳ 级盆地 SF10 龙潭组厚度最大, 含锰岩系厚度增大(最厚大于15 m), 矿石具特殊的喷流沉积构造(如斑杂状构造、变形纹理构造等) 永安— 深溪Ⅳ 级盆地 SF11 沿断层均出现较厚含矿岩系, 往两侧减薄至零, 含锰岩系中主要为铁锰及锰铁矿 张家湾— 木杠台— 兴隆Ⅳ 级盆地 SF12 沿断层含锰岩系厚度增大, 矿石主要为铁锰及锰铁矿 五龙溪— 铁厂坝Ⅳ 级盆地 SF13 含锰岩系厚度增大, 矿石主要为铁锰及锰铁矿 高石Ⅳ 级盆地 SF14 沿断层均出现较厚含矿岩系, 往两侧减薄至零, 从断层往两侧, 矿石从菱锰矿变为铁锰矿 工农湾— 和尚场Ⅳ 级盆地

表 2 贵州遵义次级裂谷盆地二叠纪晚期主要同沉积断层及特征 Table2 Synsedimentary faults and their features during the Late Permian in Zunyi rift basin, Guizhou Province

茅口晚期, 遵义次级裂谷盆地(Ⅱ 级)进一步裂解, 形成了深溪— 八里、龙坪— 兴隆和团溪— 尚稽3个北西— 南东向的Ⅲ 级断陷(地堑)盆地。在3个Ⅲ 级断陷盆地中, 有规律地分布着菱锰矿带、铁锰矿带、含锰黏土岩带等, 它们分别控制了铜锣井— 深溪锰矿、蒜叶沟— 高山锰矿与和尚场— 龙溪锰矿3个成矿亚带的形成(图 2)。其中, 在铜锣井— 深溪锰矿成矿亚带中, 锰矿的成矿作用最强烈、品位最富, 且形成的锰矿资源量最多, 目前, 已发现了3个大型锰矿床、4个中型锰矿床和多个小型锰矿床。该带是遵义次级裂谷盆地的裂陷中心, 是遵义锰矿成矿带的主体。

通过对裂谷盆地中代表性的钻孔和剖面对比分析(图 4), 可进一步识别和划分出约13个Ⅳ 级断陷(地堑)盆地。研究区的锰矿床均分布在Ⅳ 级盆地中, 至少可形成13个锰矿床(图 2), 即1个Ⅳ 级断陷(地堑)盆地控制形成1个锰矿床。

图 4

Fig.4

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	图 4 贵州遵义次级裂谷盆地中代表性的钻孔和剖面对比图 1— 锰矿层; 2— 含锰黏土岩; 3— 硅化岩; 4— 生物灰岩; 5— 硅质灰岩; 6— 煤层; 7— 黄铁矿黏土岩; 8— 灰岩; 9— 碳质泥岩; 10— 菱铁质灰岩Fig.4 Typical borehole and profile comparison of Zunyi rift basin in Guizhou Province

另外, 在3个Ⅲ 级断陷(地堑)盆地之间为喇叭— 南北、西坪— 苟江2个Ⅲ 级隆起(地垒), 隆起中缺失含锰岩系, 无锰矿分布, 但出现白色、灰白色的硅化岩, 边缘为角砾状硅质岩。

因此, 遵义次级裂谷盆地结构控制了锰矿带的分布, 锰矿在断陷(地堑)盆地中沉积成矿, 在隆起(地垒)区则无锰矿分布。

同沉积断层不仅控制了盆地的空间展布、几何形态, 还可作为锰质气液活动、运移、传输的通道和枢纽, 沟通深部的岩石圈断裂带或壳幔韧性剪切带(Roy, 2006; 蔡学林等, 2008)。周琦等(2016)认为, 中国著名的南华纪锰矿是由于同沉积断层沟通了岩石圈断裂带或壳幔韧性剪切带, 导致壳幔深部的气液与锰质通过同沉积断层上升, 当上升到断陷(地堑)盆地底部时沉积成矿, 因此, 同沉积断层是沟通南华纪锰矿成矿系统中地内子系统与表层子系统的关键。研究区同沉积断层从中二叠世茅口晚期开始活动, 持续到晚二叠世末, 在此期间, 黔北裂陷的构造活动和演化一直较频繁(Sheng and Jin, 1994; Liu, 1999; He et al., 2010), 这为锰矿床的形成提供了可靠的热源及物源(Zeng et al., 2011; 刘志臣等, 2015, 2016, 2018)。

特别值得一提的是, 根据研究区断陷盆地结构分析, 深部富硅和富锰的气液流体分为2期分别喷溢: 首先, 富硅的气液流体先沿Ⅲ 级断陷盆地的同沉积断层喷溢而出, 硅质向适合 SiO₂形成的偏酸性环境中迁移、富集并交代碳酸盐沉积物, 形成硅化岩和硅质岩; 其次, Ⅲ 级断陷盆地再次发生裂陷形成Ⅳ 级断陷盆地, 这个过程中, 富锰流体沿Ⅳ 级断陷盆地同沉积层裂喷溢至盆地中沉积成矿(图 5)。在Ⅳ 级断陷盆地中心及附近, 分布有明显的同沉积断层(图 2), 喷溢构造主要有斑杂状构造、软沉积变形纹理、角砾状构造等(刘志臣等, 2016), 锰含量最高的矿石达35%, 但在过渡相和边缘相区均没有这些特征。

图 5

Fig.5

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	图 5 贵州遵义锰矿成矿模式 1— 同沉积断层; 2— 锰矿层; 3— 凝灰岩; 4— 灰岩; 5— 硅质灰岩; 6— 生物碎屑灰岩; 7— 硅化岩; 8— 燧石条带灰岩; 9— Ⅲ 级断陷期富硅流体运移方向; 10— Ⅳ 级断陷期富锰流体运移方向Fig.5 Metallogenic pattern of Zunyi manganese deposits in Guizhou Province

因此, 遵义二叠系锰矿的形成与同沉积断层活动密切相关, 即同沉积断层不仅是沟通深部富锰、硅气液系统的关键, 而且不同级别的同沉积断层控制相应级别断陷盆地的形成。