喷溢沉积型锰矿床成矿模式、勘查方法与找矿进展

Metallogenic model, exploration methods, and prospecting progress of exhalative sedimentary manganese deposits

摘要

喷溢沉积型锰矿床是中国最重要的一种锰矿床类型，是在“裂谷盆地−传输通道−含锰流体”三元共控机制下，深部含锰流体短时大规模喷溢沉积成矿的产物，主要分布在贵州、湖南、重庆及毗邻地区。该类型锰矿是在Rodinia 超大陆裂解背景下，南华裂谷武陵次级裂谷中心发生大规模喷溢沉积成矿作用而形成，基于此锰矿喷溢沉积成矿系统新模式得以创立。在该成矿模式的指导下，近年来在黔东地区发现并提交了 4 个世界级隐伏超大型锰矿床和一批大−中型锰矿床，成为国际矿床学界为数不多的先建立原创理论，后指导找到世界级隐伏大矿的成功范例之一。本文在介绍喷溢沉积型锰矿成矿模式的基础上，对该类型锰矿喷溢沉积成矿过程，包括裂谷演化与喷溢−沉积成矿旋回、流体底辟−喷溢构造系统和富菱锰矿体中气泡状构造等方面研究的最新进展进行了介绍。依托喷溢沉积型锰矿成矿新模式，研发了喷溢沉积型锰矿找矿勘查技术体系，包括沉积盆地分析、多尺度三维建模、地球物理探测、地球化学探测、喷溢沉积矿石相判别、智能找矿预测、数字勘查等，对通过转化应用，实现中国锰矿找矿历史性突破进行了介绍，并对其他地区具有相似锰矿成矿地质背景的推广应用进行了展望。

Abstract

Exhalative sedimentary manganese deposits represent one of the most important manganese deposit types in China. They are interpreted as the products of rapid and large-scale exhalative sedimentation of deep Mn-bearing fluids. Their formation was controlled by a coupled “rift basin–transport conduit–Mn-bearing fluid” system. These deposits are mainly distributed in Guizhou, Hunan, Chongqing, and adjacent regions. This type of manganese deposit formed during the breakup of the Rodinia supercontinent. Large-scale exhalative sedimentary manganese mineralization occurred in the central part of the Wuling secondary rift within the Nanhua rift. Based on these studies, a new metallogenic model for exhalative sedimentary manganese systems has been established. Guided by this theoretical framework, four world-class concealed extra-large manganese deposits and a series of large- to medium-sized manganese deposits have recently been discovered in eastern Guizhou. This represents one of the few successful international examples in which an original metallogenic theory directly guided the discovery of concealed world-class giant ore deposits. Based on the metallogenic model of exhalative sedimentary manganese deposits, this paper presents recent advances in research on the metallogenic processes of these deposits, including rift evolution and exhalative sedimentary metallogenic cycles, fluid diapiric exhalative structural systems, and bubble-like structures in rhodochrosite-rich orebodies. Based on the new metallogenic model, a technical system for manganese deposit exploration and prospecting has been developed, including sedimentary basin analysis, multi-scale three-dimensional geological modeling, geophysical and geochemical exploration, discrimination of exhalative sedimentary ore facies, intelligent mineral prospectivity prediction, and digital exploration techniques. Historic exploration breakthroughs related to this deposit type are also reviewed. Finally, the potential application of this metallogenic model and exploration framework to other regions with comparable manganese metallogenic settings is discussed.

关键词

锰矿 / 喷溢沉积型 / 成矿模式 / 勘查技术方法 / 找矿进展

Key words

manganese deposit / exhalative sedimentary type / metallogenic model / exploration technique / exploration progress

参考文献

[1] 别捷赫琴， 1957. 矿产专辑. 第 2 辑，矿相学[M]. 徐国风，译. 北京： 地质出版社.

[2] 陈麒玉， 2018. 基于多点地质统计学的三维地质体随机建模方法研究——以闽江口地区第四纪沉积体系建模为例[D]. 武汉： 中国地质大学（武汉）.

[3] Chen Q Y, 2018. Three-dimensional stochastic modeling method of geological entities based on multiple-point geostatistics[D]. Wuhan：China University of Geosciences （Wuhan）. （in Chinese）

[4] 杜远生， 周琦， 金中国， 等， 2013. 黔北务正道地区铝土矿基础地质与成矿作用研究进展[J]. 地质科技情报， 32（ 1）： 1-6.

[5] Du Y S， Zhou Q， Jin Z G， et al.， 2013. Advances in basic geology and metallogenic regularity study of bauxite in Wuchuan-Zheng’an-Daozhen area，northern Guizhou Province[J]. Geological Science and Technology Information， 32（ 1）： 1-6. （in Chinese）

[6] 何明华， 2001. 黔东北及邻区早震旦世成锰期岩相古地理及菱锰矿矿床[J]. 沉积与特提斯地质， 21（3）： 39-47.

[7] He M H, 2001. Sedimentary facies and palaeogeography during the Early Sinian and potential of the rhodochrosite deposits in northeastern Guizhou and its adjacent areas[J]. Sedimentary Geology and Tethyan Geology， 21（3）： 39-47. （in Chinese）

[8] 刘巽锋， 胡肇荣， 曾励训， 等， 1983. 贵州震旦纪锰矿沉积相特征及其成因探讨[J]. 沉积学报， 1（4）： 106-116.

[9] Liu X F， Hu Z R， Zeng L X， et al.， 1983. Origin and characteristics of sedimentary facies of Sinian manganese deposits in Guizhou[J]. Acta Sedimentologica Sinica， 1（4）： 106-116. （in Chinese）

[10] 刘志臣， 周琦， 颜佳新， 等， 2019. 二叠纪贵州遵义次级裂谷盆地结构及其对锰矿的控制作用[J]. 古地理学报， 21（3）： 517-526.

[11] Liu Z C， Zhou Q， Yan J X， et al.， 2019. Structure of Zunyi rift basin in Guizhou Province during the Permian and its controlling on manganese deposits[J]. Journal of Palaeogeography （Chinese Edition）， 21（3）： 517-526. （in Chinese）

[12] 刘志臣， 周琦， 朱璐艳， 等， 2018. 贵州二叠纪与南华纪锰矿主要矿床地质特征对比及意义[J]. 贵州地质， 35（4）： 363-368.

[13] Liu Z C， Zhou Q， Zhu L Y， et al.， 2018. Geological characteristics comparison and its significance of main deposits in Permian and Nanhua manganese deposits of Guizhou[J]. Guizhou Geology， 35（4）： 363-368. （in Chinese）

[14] 卢安康， 周琦， 覃永军， 等， 2021. 广西下雷锰矿床气液喷溢沉积构造的发现及地质意义[J]. 地质科技通报， 40（6）： 124-139.

[15] Lu A K， Zhou Q， Qin Y J， et al.， 2021. Discovery and geological significance of gas-liquid spouting expulsion and effusion depositional structures at Xialei manganese deposit in Guangxi[J]. Bulletin of Geological Science and Technology， 40（6）： 124-139. （in Chinese）

[16] 吴冲龙， 2014. 地质信息科学与技术概论[M]. 北京： 科学出版社.

[17] Wu C L, 2014. Geological information science and technology introduction[M]. Beijing：Science Press. （in Chinese）

[18] 吴冲龙， 刘刚， 周琦， 等， 2020. 地质科学大数据统合应用的基本问题[J]. 地质科技通报， 39（4）： 1-11.

[19] Wu C L， Liu G， Zhou Q， et al.， 2020. Fundamental problems of integrated application of big data in geoscience[J]. Bulletin of Geological Science and Technology， 39（4）： 1-11. （in Chinese）

[20] 吴冲龙， 周琦， 徐凯， 等， 2022. 用于大数据预测的大塘坡式锰矿找矿过程复盘研究[J]. 贵州地质， 39（3）： 189-204.

[21] Wu C L， Zhou Q， Xu K， et al.， 2022. A review study of the prospecting process of Datangpo manganese ore used for big data prediction[J]. Guizhou Geology， 39（3）： 189-204. （in Chinese）

[22] 徐凯， 袁良军， 杨炳南， 等， 2020. 黔东北伴生−次生矿物遥感数据组合式挖掘与隐伏锰矿信息提取[J]. 地质科技通报， 39（4）： 37-43.

[23] Xu K， Yuan L J， Yang B N， et al.， 2020. Extraction of hidden manganese ore information with combined mining of associated and secondary mineral of remote sensing data in northeast Guizhou[J]. Bulletin of Geological Science and Technology， 39（4）： 37-43. （in Chinese）

[24] 杨炳南， 胡祥云， 周琦， 等， 2018. 华南南华纪古天然气渗漏沉积型锰矿 AMT 勘查技术方法研究[J]. 贵州地质， 35（4）： 369-375.

[25] Yang B N， Hu X Y， Zhou Q， et al.， 2018. An audio-frequency magnetotellurics method study on the exploration technology of ancient natural gas seepage sedimentary-type manganese deposit of Nanhua Period in South China[J]. Guizhou Geology， 35（4）： 369-375. （in Chinese）

[26] 余文超， 杜远生， 周琦， 等， 2016. 黔东松桃南华系大塘坡组锰矿层物源：来自 Sr 同位素的证据[J]. 地球科学， 41（7）： 1110-1120.

[27] Yu W C， Du Y S， Zhou Q， et al.， 2016. Provenance of Nanhuan Datangpo Formation manganese Mn deposit in Songtao area，East Guizhou Province：evidence from Sr isotope[J]. Earth Science， 41（7）： 1110-1120. （in Chinese）

[28] 余文超， 杜远生， 周琦， 等， 2020. 华南成冰纪“大塘坡式”锰矿沉积成矿作用与重大地质事件的耦合关系[J]. 古地理学报， 22（5）： 855-871.

[29] Yu W C， Du Y S， Zhou Q， et al.， 2020. Coupling between metallogenesis of the Cryogenian Datangpo-type manganese deposit in South China and major geological events[J]. Journal of Palaeogeography （Chinese Edition）， 22（5）： 855-871. （in Chinese）

[30] 张夏林， 吴冲龙， 周琦， 等， 2018. 贵州省道坨超大型锰矿床精细全息三维地质建模研究[J]. 贵州地质， 35（4）： 291-296.

[31] Zhang X L， Wu C L， Zhou Q， et al.， 2018. Study of fine holographic 3D geological modeling of Daotuo super-large manganese ore in Guizhou[J]. Guizhou Geology， 35（4）： 291-296. （in Chinese）

[32] 张夏林， 吴冲龙， 周琦， 等， 2020. 基于勘查大数据和数据集市的锰矿床三维地质建模[J]. 地质科技通报， 39（4）： 12-20.

[33] Zhang X L， Wu C L， Zhou Q， et al.， 2020. Three-dimensional geological modeling of manganese deposits based on exploration big data and data market[J]. Bulletin of Geological Science and Technology， 39（4）： 12-20. （in Chinese）

[34] 周琦， 1989. 松桃大塘坡菱锰矿床矿枕形成机理初探[J]. 贵州地质， 6（ 1）： 1-7.

[35] Zhou Q, 1989. A preliminary discussion on the formation mechanism of ore pillows of Datangpo rhodochrosite deposit in Songtao County，Guizhou Province[J]. Guizhou Geology， 6（ 1）： 1-7. （in Chinese）

[36] 周琦， 杜远生， 覃英， 2013. 古天然气渗漏沉积型锰矿床成矿系统与成矿模式——以黔湘渝毗邻区南华纪“大塘坡式”锰矿为例[J]. 矿床地质， 32（3）： 457-466.

[37] Zhou Q， Du Y S， Qin Y, 2013. Ancient natural gas seepage sedimentary-type manganese metallogenic system and ore-forming model：a case study of “Datangpo type” manganese deposits formed in rift basin of Nanhua Period along Guizhou-Hunan-Chongqing border area[J]. Mineral Deposits， 32（3）： 457-466. （in Chinese）

[38] 周琦， 杜远生， 袁良军， 等， 2016. 黔湘渝毗邻区南华纪武陵裂谷盆地结构及其对锰矿的控制作用[J]. 地球科学， 41（2）： 177-188.

[39] Zhou Q， Du Y S， Yuan L J， et al.， 2016. The structure of the Wuling Rift Basin and its control on the manganese deposit during the Nanhua period in Guizhou-Hunan-Chongqing border area，South China[J]. Earth Science， 41（2）： 177-188. （in Chinese）

[40] 周琦， 杜远生， 袁良军， 等， 2017. 古天然气渗漏沉积型锰矿床找矿模型——以黔湘渝毗邻区南华纪“大塘坡式”锰矿为例[J]. 地质学报， 91（10）： 2285-2298.

[41] Zhou Q， Du Y S， Yuan L J， et al.， 2017. Exploration models of ancient natural gas seep sedimentary-type manganese ore deposit：a case study of the Nanhua period “Datangpo” type manganese ore in the conjunction area of Guizhou，Hunan and Chongqing[J]. Acta Geologica Sinica， 91（10）： 2285-2298. （in Chinese）

[42] 周琦， 杜远生， 袁良军， 等， 2018. 黔东及毗邻区南华纪“大塘坡式”锰矿研究历史、主要进展及展望[J]. 贵州地质， 35（4）： 270-281.

[43] Zhou Q， Du Y S， Yuan L J， et al.， 2018. Research history，major progress and outlook of ‘Datangpo Type’ manganese deposit in Nanhua period of East Guizhou and nearby area[J]. Guizhou Geology， 35（4）： 270-281. （in Chinese）

[44] 周琦， 袁良军， 吴冲龙， 等， 2023. 贵州新元古代锰、重晶石等矿床成矿系列及找矿突破[J]. 地球学报， 44（5）： 943-954.

[45] Zhou Q， Yuan L J， Wu C L， et al.， 2023. Metallogenic models and exploration breakthrough of Neoproterozoic manganese and barite-dominated deposits in Guizhou[J]. Acta Geoscientica Sinica， 44（5）： 943-954. （in Chinese）

[46] Cui H， Kitajima K， Spicuzza M J， et al., 2018. Questioning the biogenicity of Neoproterozoic superheavy pyrite by SIMS[J]. American Mineralogist， 103（9）： 1362-1400.

[47] Force E R， Cannon W F, 1988. Depositional model for shallow-marine manganese deposits around black shale basins[J]. Economic Geology， 83（1）： 93-117.

[48] Garnit H， Kraemer D， Bouhlel S， et al., 2020. Manganese ores in Tunisia：genetic constraints from trace element geochemistry and mineralogy[J]. Ore Geology Review， 120： 103451.

[49] Gray J, 2009. eScience：a transformed scientific method[M]//Hey T，Tansley S，Tolle K. The fourth paradigm：data-intensive scientific discovery. Redmond：Microsoft Research.

[50] He Z W， Wu C L， Tian Y P， et al., 2008. Three-dimensional reconstruction of geological solids based on section topology reasoning[J]. Geo-Spatial Information Science， 11（3）： 201-208.

[51] Huckriede H， Meischner D, 1996. Origin and environment of manganese-rich sediments within black-shale basins[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta， 60（8）： 1399-1413.

[52] Johnson J E， Webb S M， Ma C， et al., 2016. Manganese mineralogy and diagenesis in the sedimentary rock record[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta， 173： 210-231.

[53] Liu Z C， Liu Y， Zhang S， et al., 2025. A new exhalative sedimentary metallogenetic model for Permian manganese deposits in China[J]. Journal of Asian Earth Sciences， 292： 106740.

[54] Liu Z C， Zhou Q， Liu K， et al., 2023. Sedimentary features and paleogeographic evolution of the Middle Permian trough basin in Zunyi，Guizhou，South China[J]. Journal of Earth Science， 34（6）： 1803-1815.

[55] Mayer-Schönberger V， Cukier K, 2013. Big data：a revolution that will transform how we live，work and think[M]. London：John Murray.

[56] Maynard J B, 2003. 7.11−manganiferous sedimengts, rorks, and ores[J]. Treatise on Geochemistry， 7： 289-308.

[57] Maynard J B, 2010. The chemistry of manganese ores through time：a signal of increasing diversity of earth-surface environments[J]. Economic Geology， 105（3）： 535-552.

[58] Maynard J B, 2014. Manganiferous sediments，rocks，and ores[M]//Holland H D，Turekian K K. Treatise on geochemistry. 2nd ed. Oxford：Elsevier： 327-349.

[59] Ossa F O， Hofmann A， Wille M， et al., 2018. Aerobic iron and manganese cycling in a redox-stratified Mesoarchean epicontinental sea[J]. Earth and Planetary Science Letters， 500： 28-40.

[60] Peng X， Zhu X K， Shi F Q， et al., 2019. A deep marine organic carbon reservoir in the non-glacial Cryogenian ocean （Nanhua Basin，South China） revealed by organic carbon isotopes[J]. Precambrian Research， 321： 212-220.

[61] Roy S, 1988. Manganese metallogenesis：a review[J]. Ore Geology Reviews， 4（1/2）： 155-170.

[62] Roy S, 1992. Environments and processes of manganese deposition[J]. Economic Geology， 87（5）： 1218-1236.

[63] Roy S， 2006. Sedimentary manganese metallogenesis in response to the evolution of the Earth system[J]. Earth-Science Reviews， 77（4）： 273-305.

[64] Shiraishi F， Matsumura Y， Chihara R， et al., 2019. Depositional processes of microbially colonized manganese crusts，Sambe hot spring，Japan[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta， 258： 1-18.

[65] Wittkop C， Swanner E D， Grengs A， et al., 2020. Evaluating a primary carbonate pathway for manganese enrichments in reducing environments[J]. Earth and Planetary Science Letters， 538： 116201.

[66] Wu C L， Zhang S， Xu K， et al., 2025. Sedimentary evolution for the Wuling secondary rift of the western Nanhua Rift and exhalative-sedimentary mineralization cycles of “Datangpo-type” manganese ore deposits in South China[J]. Journal of Asian Earth Sciences， 287： 106566.

[67] Xiao J F， He J Y， Yang H Y， et al., 2017. Comparison between Datangpo-type manganese ores and modern marine ferro-manganese oxyhydroxide precipitates based on rare earth elements[J]. Ore Geology Reviews， 89： 290-308.

[68] Yang B N， Hu X Y， Gao L F， et al., 2025. Discharge and deposition metallogenic model of “Datangpo-type” manganese deposits in China：geophysical evidence from deep electrical structure of manganese-bearing grabens[J]. Journal of Asian Earth Sciences， 292： 106732.

[69] Yu W C， Polgári M， Gyollai I， et al., 2019. Microbial metallogenesis of Cryogenian manganese ore deposits in South China[J]. Precambrian Research， 322： 122-135.

[70] Yuan L J， Yang B N， Zhang S， et al., 2025. A study on the manganese-bearing fluid diapir-discharge structural system of the Datangpo-type manganese deposits in China[J]. Journal of Asian Earth Sciences， 292： 106723.

[71] Zhang S， Yuan L J， Long J X， et al., 2025. Genesis and role of bubble-like structures in rhodochrosite-rich orebodies of “Datangpo-type” sedimentary exhalative manganese deposits in China[J]. Journal of Asian Earth Sciences， 292： 106741.

[72] Zhou Q， Wu C L， Hu X Y， et al., 2022. A new metallogenic model for the giant manganese deposits in northeastern Guizhou，China[J]. Ore Geology Reviews， 149： 105070.

[73] Zhou Q， Yuan L J， Yang B N， et al., 2025. Development and application of a technological system for exploration of “Datangpo-type” concealed manganese deposits in China[J]. Journal of Asian Earth Sciences， 292： 106727.

基金资助

贵州省重大科技专项(黔科合重大 [2025]016)

贵州省科技计划项目(黔科补平台 SSYS[2026]002；黔科合平台人才 ZDSYS[2023]005)

贵州省科技创新人才团队建设项目(黔科合人才 CXTD[2025]026)