城口地区属于秦巴地堑盆地,南北两侧分别受乌坪断裂和城巴断裂共同控制,是北北西—南南东延伸的不连续的成锰盆地的一部分,是重庆重要的锰矿资源来源。城口地区具规模的锰矿区主要有高燕锰矿区、大渡溪锰矿区和修齐锰矿区,以高燕锰矿区为代表。城口地区锰矿属于沉积型碳酸锰矿,具鲕粒、豆粒、球粒结构,条带状、纹层状、块状构造,赋存于陡山沱组顶部,与下覆黑色炭质泥页岩和上覆泥晶白云岩呈连续沉积。锰矿层赋存于黑色炭质泥页岩向泥晶白云岩的过渡层位,具有极强的层控特点。鉴于此,主要以城口地区高燕锰矿区、大渡溪锰矿区和修齐锰矿区的含锰岩系为研究对象,通过野外地质调查、沉积相识别和岩相古地理编图、样品的主量元素、微量元素和稀土元素分析、光薄片鉴定和扫描电镜分析,对锰矿的物质来源、沉积环境和锰矿成因进行研究。对城口明月—高燕—大渡溪—修齐白果坝成锰富集段沉积微相变化及成锰条件分析,晚震旦世明月乡主要沉积含锰白云岩及泥页岩组合,含较多粘土质,少量粉砂质、炭质,说明离岸较近,受陆源物质供给影响较大,代表局限台地(潮坪)相沉积。在此沉积相控制下,条带(透镜状)状锰质岩偶见,类型单一或偶见锰白云岩。高燕乡在此时期沉积锰质岩及泥页岩组合,代表台地前缘内斜坡的沉积相,在此沉积相控制下锰质岩发育,锰矿层具有重力流沉积特征,具正粒序结构层理,并且结构构造多样,有条带状菱锰矿、纹层状菱锰矿、鲕豆状菱锰矿等类型。此沉积相粘土质、粉砂质少,反映出受陆源物质供给影响小,海水较深、坡度较陡,经过风暴作用的鲕豆粒在重力流作用下在此堆积。而同时期的高坪粱地区沉积的是一套含(钙/云/粉砂/碳)质泥页岩组合,代表陆源碎屑潮坪相,在此沉积相控制下,高坪梁地区受陆源物质供给丰富,陆源物质在此沉积,形成相对周边较高的地势,沉积一套单一的砂质、粉砂质泥页岩,无含锰岩系的出现。大渡溪、修齐地区再此时期沉积一套与高燕地区相似的锰质岩及泥页岩组合,但代表的是局限台地泻湖相沉积,在此沉积相的控制下锰质岩也很发育,锰矿层类型也较多,条带状菱锰矿、纹层状菱锰矿较发育。此沉积相下,受陆源物质供给影响小,反映出滞流缺氧、还原的局限台地泻湖相沉积。与高燕地区相比,此沉积相范围更广,沿平行海岸线分布。综上所述,早震旦世陡山沱晚期城口地区呈北北西-南南东相展布的明月—高燕—高坪梁—大渡溪、修齐的沉积相分别是局限台地潮坪相、台地前缘内斜坡相、陆源碎屑潮坪相、局限台地泻湖相。指示陆源物质供给方向为高坪梁到两河口,即垂直于海岸线方向。对含锰岩系光薄片进行鉴定,锰矿石普遍发育大大小小的鲕豆状结构,即便是外观致密的矿石,在高倍镜下也可辨认出超微鲕豆粒。将鲕豆粒按粒径大小分为5级:(1)超微球粒(<0.01mm),(2)微球粒(0.01-0.05mm),(3)细球粒(0.05-0.1mm),(4)中球粒(0.1-0.5mm),(5)粗球粒(>0.5mm)。根据矿石组构将锰矿石分为4类,(1)致密矿,(2)纹层矿,(3)球粒—条带矿,(4)球粒矿。锰矿石普遍具纤维放射状结构及假十字放射消光。矿石中菌藻类遗体多,如变异球集藻、始石囊藻,也有黄铁矿质、硅质显微莓球,代表微生物对锰矿的富集起着重要作用。在大量黄铁矿莓球出现的地方,往往有粗粒菱锰矿产出。有机质含量高,硫酸盐还原作用发育,显示缺氧还原环境。对锰矿石进行扫描电镜分析,显示鲕粒完整性较好,局部受挤压破裂,呈同心圆形,具有2-3层同心环纹。从鲕粒核心向边缘出现亮-暗-亮的变化,说明从核心向边缘为菱锰矿、锰白云石、菱锰矿。说明鲕粒受到从外向内富锰溶液的交代作用。对锰矿石和黑色炭质泥页岩进行元素地球化学分析,主量元素、微量元素和稀土元素都显示黑色炭质泥页岩、锰矿石或多或少反映出热水作用或者生物参与的指示,陆源物质供给较少,与锰矿石和黑色炭质页岩中产出大量黄铜矿、重晶石、萤石的热水矿物组合和大量有机质及生物遗迹构造相符。研究区早震旦世陡山沱期,含锰岩系地层的锰质来源主要是持续的但强弱变化的热水喷流和地表径流带来的锰质,为局限陆缘盆地海水中存在大量的、分散的、浓度不高的锰质奠定了物质基础。生物的参与完成了对大量、分散、浓度不高的锰质的初步富集,并且生物死亡后的腐殖质对锰质进行吸附和络合作用再次富集。相对封闭的盆地前缘内斜坡相和局限台地泻湖相,为锰质的富集提供了深水、滞流、还原、缺氧的环境。之后的气候变化,海水上升,向弱氧化弱还原,酸性向碱性过渡的环境,为锰矿的沉积造就了条件。后期成岩作用形成的富锰粒间水对早期形成的碳酸盐岩进行交代和置换作用,为锰矿的最终富集创造了条件。因此,城口地区“高燕式”锰矿的物质来源主要是沿深大断裂喷流的地下热水,少量地表径流带入的锰质,在生物的参与下富集沉淀,再受后期成岩作用阶段的富锰粒间水的交代、置换、富集最终成矿。