廣西天等縣東平礦區(qū)外圍錳礦地質(zhì)特征與成因研究

龍 濤，彭 磊，丁大慶，張紹屏，龍 鵬，劉 云

(1. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局 廣西地質(zhì)勘查院，廣西 南寧 530022; 2. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局 礦產(chǎn)資源研究院，北京 101300; 3. 廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，廣西 南寧 530023)

0 前 言

研究區(qū)位于廣西天等縣東平鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)107°07′53″～107°11′22″，北緯23°17′17″～23°18′56″，處于我國(guó)著名的桂西南錳礦富集區(qū)的中東部。前人在東平礦區(qū)的冬裕、咸柳、馱仁東、那造、馱仁西、頂花嶺、淥利、迪諾、馱琶、烏鼠山、洞蒙及平堯等12個(gè)礦段已開(kāi)展過(guò)大量的找礦勘查工作，為本次研究提供了較為詳實(shí)的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。本次研究工作的主要對(duì)象為東平礦區(qū)外圍氧化界線(xiàn)下部的碳酸錳礦。開(kāi)展東平錳礦區(qū)外圍錳礦床的成礦規(guī)律和成因研究對(duì)今后在該地區(qū)尋找相同類(lèi)型的礦床有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)所在區(qū)域出露地層有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系及第四系(見(jiàn)圖1)。由于龍州運(yùn)動(dòng)(柳江運(yùn)動(dòng))使地殼緩慢上升，造成區(qū)域性海退，使局部地區(qū)露出海面并遭受風(fēng)化剝蝕形成泥盆系與石炭系間的平行不整合，同時(shí)，海盆內(nèi)某些低洼的水下盆地逐漸形成閉塞環(huán)境，這對(duì)沉積錳的形成具有重要意義[1]；印支運(yùn)動(dòng)使上古生界和下、中三疊統(tǒng)地層全面褶皺，基本形成了目前所見(jiàn)的蓋層構(gòu)造型式。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)比較弱，有海底噴發(fā)和侵入兩類(lèi)，以前者為主。

圖1 東平錳礦區(qū)外圍地質(zhì)圖

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露的地層有石炭紀(jì)上統(tǒng)、二疊紀(jì)中統(tǒng)棲霞組、茅口組、二疊紀(jì)上統(tǒng)合山組、三疊紀(jì)下統(tǒng)馬腳嶺組、北泗組、三疊紀(jì)中統(tǒng)百蓬組及第四系。其中三疊紀(jì)下統(tǒng)北泗組分布在烏鼠山向斜、洞蒙向斜各個(gè)次級(jí)褶皺的兩翼，為工作區(qū)的含錳巖系[2-3]。北泗組地層從下往上分為4個(gè)巖性段28個(gè)分層(見(jiàn)圖2)。其巖性具體如下。

圖2 東平錳礦區(qū)含錳巖系柱狀圖(據(jù)文獻(xiàn)[4]修改)

第1巖性段：灰色—深灰色薄至中層狀微粒含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r、硅質(zhì)泥灰?guī)r，局部夾粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖,厚13.80 m。

第2巖性段：由15個(gè)分層組成，厚40.25 m[4]。1～5分層巖性為微粒薄—紋層狀含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r，其中第1分層、第3分層及第5分層原生帶中含錳一般為5%～8%，氧化帶中均能形成工業(yè)礦體，第2分層、第4分層、第6分層含錳小于5%，為錳礦層中的夾層。7～15分層：巖性為微粒薄—紋層狀含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r，其中7、9、11、13分層為碳酸錳礦層(Mn≥10%)，為工作區(qū)的主礦層，礦層編號(hào)分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，余者含錳一般小于5%，為錳礦層中的夾層。

第3巖性段：由10個(gè)分層組成，巖性為微粒薄—紋層狀硅質(zhì)泥灰?guī)r，其中2、4、6、8、10分層錳含量大于5%，其余分層均為夾層，編號(hào)為Ⅵ～Ⅸ。

第4巖性段：深灰色薄—中層微粒至致密硅質(zhì)泥灰?guī)r、凝灰質(zhì)硅質(zhì)泥灰?guī)r，頂部局部見(jiàn)有含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r層、氧化帶中能形成氧化錳礦層，氧化錳礦層編號(hào)為Ⅺ[4]。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)的地層呈緊密線(xiàn)狀接觸，褶皺發(fā)育，斷裂相對(duì)不發(fā)育，礦區(qū)位于區(qū)域一級(jí)褶皺摩天嶺復(fù)式向斜的南翼，處在區(qū)域二級(jí)褶皺向都背斜北翼與山月嶺向斜南翼之間，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，規(guī)模較大的斷層有F1、F2，小斷裂有F22、F23、 F4、F16。除F1斷層對(duì)礦區(qū)的礦層有挫斷外，其他斷層對(duì)礦區(qū)的錳礦層均無(wú)影響，詳見(jiàn)圖1[4]。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)比較弱，有海底噴發(fā)和侵入兩類(lèi)，以前者為主，且侵入巖有少量輝綠巖脈，分布在工作區(qū)的北東面，侵入上二疊統(tǒng)合山組內(nèi)。噴出巖主要有晶屑凝灰?guī)r和凝灰?guī)r，凝灰?guī)r噴出于百蓬組下部，一般呈層狀，與地層呈順層產(chǎn)出，接觸部位圍巖無(wú)蝕變現(xiàn)象。

3 礦(化)體特征

錳礦層賦存在北泗組中部，層狀產(chǎn)出，與圍巖為整合接觸，氧化界線(xiàn)之上為氧化錳礦，已經(jīng)開(kāi)展過(guò)勘探工作，地表氧化礦也已基本上開(kāi)采殆盡，不是本次研究的對(duì)象；氧化界線(xiàn)之下為碳酸錳礦，以往只作過(guò)了解，未開(kāi)展過(guò)系統(tǒng)的地質(zhì)工作，是本次工作的主要對(duì)象。在原生帶中，含錳巖系中的14層礦胚層，由于其含錳不同，形成錳礦層的連續(xù)性也不同，各個(gè)礦胚層形成的錳礦層的連續(xù)性特征如下。

3.1 各錳礦層的連續(xù)性

Ⅹ1、Ⅹ2、Ⅹ3、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅺ礦層：在工作區(qū)中，Ⅹ3、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅺ等5個(gè)碳酸錳礦層基本上缺失，Ⅹ1、Ⅹ2、Ⅴ等3個(gè)碳酸錳礦層僅在局部地段有出現(xiàn)，原因是各層的原生礦胚層含錳低，一般在4%～5%。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅸ2、Ⅸ1礦層：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ等3個(gè)礦層為工作區(qū)的主礦層，在走向或傾向上，各礦胚層含錳Mn≥8%，且以Mn≥10%為主，因此各碳酸錳礦層連續(xù)性好，厚度穩(wěn)定。

Ⅲ、Ⅸ2、Ⅸ1等3個(gè)礦層為工作區(qū)的次要礦層，礦胚層含錳Mn≥8%的地段，深部發(fā)育有碳酸錳礦，礦胚層含錳在3%～5%的地段，碳酸錳礦層缺失，因此，Ⅲ、Ⅸ2、Ⅸ1等3個(gè)礦層存在尖滅的現(xiàn)象，連續(xù)性差。

3.2 錳礦層形態(tài)產(chǎn)狀及展布特征

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ碳酸錳礦層分布在洞蒙復(fù)式向斜的兩翼，受各級(jí)褶皺構(gòu)造的影響，其形態(tài)、產(chǎn)狀各有不同。展布于洞蒙復(fù)式向斜北翼的礦層總體走向呈北東約60(°)～70(°)方向，傾角為22(°)～68(°)。展布于洞蒙復(fù)式向斜南翼錳礦層總體呈北東約70(°)方向，傾角為17(°)～70(°)。

Ⅸ1、Ⅸ2錳礦層零星分布在洞蒙向斜北翼，賦存在下三疊統(tǒng)北泗組第3巖性段頂部，分別在12～28線(xiàn)、44線(xiàn)及60線(xiàn)有出露。展布于向斜Ⅳ-1北西翼，礦層總體走向呈北東約67(°)方向，傾角為56(°)～61(°)，展布于向斜Ⅳ-1南東翼，礦層總體走向呈北東約247(°)方向，傾角為29(°)～68(°)，展布于背斜Ⅳ-2南東翼，礦層總體走向呈北東約67(°)方向，傾角為26(°)～58(°)。

3.3 錳礦層富集規(guī)律

3.3.1 錳礦層總體富集情況

在走向上，錳礦層在12線(xiàn)至28線(xiàn)最富集，Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層合并層厚度最大，往東、西兩側(cè)錳礦層厚度有變小的趨勢(shì)，錳品位變化不大[2，4]。在傾向上，錳礦層在洞蒙復(fù)式向斜的核部厚度最大，往兩翼厚度有逐漸變小的趨勢(shì)，錳品位變化不大，具體見(jiàn)表1。

表1 沿走向主錳礦層地質(zhì)特征

在傾向上，錳礦層在洞蒙復(fù)式向斜的核部厚度最大，往兩翼厚度有逐漸變小的趨勢(shì)，錳品位變化不大，具體統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 沿傾向主錳礦層地質(zhì)特征表

3.3.2 Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層與第3巖性段的關(guān)系

Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層賦存在第2巖性段上部，與第3巖性段呈整合接觸?？傮w上來(lái)說(shuō)，第3巖性段厚度越大，且其間的Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2等5層含錳性硅質(zhì)泥灰?guī)r含錳越低，Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層厚度就越大，錳品位越富。

3.3.3 Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層與凝灰?guī)r的關(guān)系

總體上錳礦層距離凝灰?guī)r越遠(yuǎn)，含錳越高，形成錳礦層的厚度越大。主要原因是火山噴發(fā)作用產(chǎn)生大量的熱液，流經(jīng)礦胚層時(shí)，萃取其錳質(zhì)，使其含錳變低。如Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2等礦層與凝灰?guī)r層較近，大部分地段不能形成錳礦體[5-6]。

而Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層與凝灰?guī)r層較遠(yuǎn)，含錳較高，形成錳礦層厚度較大。如洞蒙向斜南翼ZK1205鉆孔，所見(jiàn)各個(gè)礦胚層與凝灰?guī)r層距離最大(>136 m)，該孔中Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2含錳均小于5%，Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層厚度達(dá)20.73 m，錳品位為11.64%。

3.3.4 Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層與F1正斷層的關(guān)系

F1正斷層為區(qū)域上的深大斷裂，其活動(dòng)所產(chǎn)生的熱液，對(duì)主礦層的錳質(zhì)疊加及富集有重要作用[7-8]。在上盤(pán)，靠近F1斷層的鉆孔有ZK2804、ZK1203，其中ZK2804鉆孔Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層合并層厚14.68 m，Mn 11.88%；ZK1203鉆孔Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層合并層厚12.11 m，Mn 11.62%。在下盤(pán)，靠近F1斷層的鉆孔有ZK2006、ZK1205，ZK2006鉆孔Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層合并層厚19.44 m，Mn 12.12%，ZK1205鉆孔Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ礦層合并層厚20.73 m，Mn 11.64%。

4 圍巖蝕變

礦區(qū)內(nèi)錳礦層賦存于三疊系下統(tǒng)北泗組中段，見(jiàn)有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅸ1、Ⅸ2等6個(gè)礦層，礦層與圍巖系連續(xù)沉積的整合接觸關(guān)系，錳礦層與圍巖界線(xiàn)明顯。原生碳酸錳礦層頂、底板圍巖均為硅質(zhì)泥灰?guī)r(Mn<5%)、含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r(5%≤Mn<10%)。巖石一般呈深灰、灰黑等色，具隱晶—微晶結(jié)構(gòu)，微—薄層構(gòu)造、豆?fàn)顦?gòu)造、塊狀構(gòu)造等，巖性堅(jiān)硬，主要成分為方解石70%～90%，石英8%～30%，次為白云石3%～8%，粘土礦物1%～5%，含錳礦物主要為菱錳礦，各個(gè)錳礦層頂、底的含錳量稍有差別。

各礦體中均發(fā)育有極少量的石英細(xì)脈，還有含錳方解石細(xì)脈穿插，脈體厚<1 cm，一般0.5～5 cm，呈白色、乳白色、淡黃色。石英脈主要成分為石英、次有粘土質(zhì)和方解石。石英脈只產(chǎn)在礦層中，不切入圍巖，且多與礦層走向垂直或斜交，平行者少見(jiàn)，偶見(jiàn)分叉復(fù)合。

5 礦床成因及控礦因素

5.1 巖相古地理

礦區(qū)處在早三疊世晚期天等—德保成錳沉積盆地中。該盆地屬右江—南盤(pán)江印支期裂隙谷盆地的組成部分，位于靖西—武鳴淺水碳酸鹽臺(tái)地北緣緩坡腳，在德保、田東、天等一帶形成半封閉、滯流內(nèi)灣淺海的拗陷盆地[1]，面積約1 500 km2，如圖3所示。

1 淺海臺(tái)地相；2 臺(tái)地邊緣淺灘相；3 淺海盆地相；4 中型錳礦床；5 小型錳礦床；6 錳礦點(diǎn)；① 東平；② 江城；③ 作登；④ 平堯；⑤ 足榮；⑥ 大旺

從巖相古地理分析，該盆地處半封閉臺(tái)地，并早三疊世晚期海浸擴(kuò)大，海水變深，同時(shí)由于北東向構(gòu)造與北西向構(gòu)造復(fù)合制約，天等東平—德保足榮一帶形成水下海灣。在從沉積相分析，其為含硅質(zhì)的泥粉晶灰?guī)r組合；從含錳礦物分析，其主要為錳方解石，以及含菊石等浮游生物。這些條件表明當(dāng)時(shí)海灣的水動(dòng)力條件較弱，海水滯流，水介質(zhì)呈弱堿性至中性，這對(duì)二價(jià)錳的沉積較為有利[9-11]。

5.2 礦床成因

本文研究認(rèn)為整個(gè)東平地區(qū)碳酸錳礦床的形成過(guò)程可分為碳酸錳原生沉積和熱液改造富集兩個(gè)階段，其礦床成因類(lèi)型應(yīng)為“海相沉積—熱液改造”型碳酸錳礦床。

5.2.1 原生沉積成礦階段

早三疊世晚期海浸擴(kuò)大，海水變深，由于廣西海盆周?chē)脑奖惫抨?、云開(kāi)古陸和江南古陸長(zhǎng)期遭受剝蝕，鐵錳物質(zhì)被搬運(yùn)帶入海盆；同時(shí)，早三疊世晚期桂西地槽廣泛發(fā)育海相基性或中酸性火山巖系，海底火山噴溢活動(dòng)強(qiáng)烈，噴溢的熱鹵水也帶來(lái)豐富的錳質(zhì)，為錳礦的形成提供了另一個(gè)較為充足的物質(zhì)來(lái)源。在海浸環(huán)境半封閉的低能弱還原—還原環(huán)境中，豐富的錳質(zhì)被沉積，沉積形成原生的礦胚層及一套含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r。原生的礦胚層具如下特征：①含顆粒較小的黃鐵礦，其硫同位素分析屬生物硫，為沉積過(guò)程中硫細(xì)菌作用所形成[6]。②含較多的菊石化石，碳酸錳礦石中常見(jiàn)生物擾動(dòng)等沉積構(gòu)造。③沉積環(huán)境形成的礦胚層一般含錳5%～8%。

5.2.2 后期熱液疊加富集成礦階段

原生的礦胚層形成后經(jīng)熱液改造富集，其熱液有兩種來(lái)源，一種是火山噴發(fā)(凝灰?guī)r)所帶來(lái)巖漿熱液，該熱液不含錳質(zhì)，但流經(jīng)下部的Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2等原生含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r時(shí)會(huì)萃取大量的錳質(zhì)，富含錳質(zhì)的熱液經(jīng)長(zhǎng)距離的流動(dòng)，到主礦層時(shí)已減速降溫，有利于在原生主礦層的疊加和富集；另一種是F1斷層活動(dòng)所帶來(lái)的動(dòng)力熱液，富含錳質(zhì)，對(duì)錳礦層的疊加富集十分有利。通過(guò)疊加富集而形成的礦胚層經(jīng)熱液改造富集形成的碳酸錳礦具如下特征。

①錳礦石中含兩種黃鐵礦，其中顆粒較小的為沉積所形成，顆粒較大的為后期所形成，表明工作區(qū)的碳酸錳礦石至少經(jīng)過(guò)兩期形成。

②Ⅳ礦層頂部普遍存在錳鐵葉蛇紋石，為熱液礦床中常見(jiàn)的巖石，見(jiàn)圖4。

圖4 錳鐵葉蛇紋石

③物相分析結(jié)果表明：硅酸鹽中的Mn占總錳的0.44%～1.87%，平均1.23%。選礦試驗(yàn)的分析表明：錳礦物為碳酸錳，分布率93.82%，其次為硅酸錳，其分布率占總錳的3.34%。硅酸鹽中的Mn在熱液礦床中才出現(xiàn)。

④碳酸錳礦石中見(jiàn)有他形粒狀方解石、顯微鱗片狀的綠泥石及纖維狀的陽(yáng)起石和微量他形粒狀長(zhǎng)石不均勻地充填于原巖裂隙中，巖礦鑒定成果表明均為后期熱液作用形成。在ZK7214-5碳酸錳礦石標(biāo)本中，有他形粒狀方解石約占巖石標(biāo)本的20%、顯微鱗片狀的綠泥石及纖維狀的陽(yáng)起石兩者約占標(biāo)本的5%，見(jiàn)圖5(14X01580013，10×2.5倍，透射正交偏光，視域橫5.07 mm)。巖石中原巖(泥質(zhì)灰?guī)r)碎塊(A)間不均勻地填隙著方解石(B)和綠泥石(C)。

圖5 碳酸錳礦石標(biāo)本偏光顯微照片

⑤從面上來(lái)看，礦床距F1斷層越近，呈含錳越富的特點(diǎn)。東平錳礦區(qū)的馱仁西、淥利、馱琶、迪諾、那造、平堯等6個(gè)礦段直接位于F1斷層的上、下盤(pán)，錳礦層厚度大、錳品位高[2，4]；冬裕、咸柳、頂花嶺、烏鼠山、那社、江城、龍懷等7個(gè)礦段偏離F1斷層較遠(yuǎn)，錳品位低，含錳一般6.5≤Mn<10%。

5.3 錳礦層賦存因素

地層因素：早三疊世晚期，工作區(qū)處在淺海沉積環(huán)境，即弱堿性介質(zhì)、弱還原—還原的沉積環(huán)境，沉積了碳酸鹽巖向碎屑巖過(guò)渡的含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r相區(qū)[4]，并沉積形成了碳酸錳礦源層。因此礦區(qū)的錳礦層賦存在三疊系下統(tǒng)北泗組的地層中。

構(gòu)造因素：①褶皺構(gòu)造。次級(jí)褶皺構(gòu)造發(fā)育有利于碳酸錳礦層的后期疊加富集，褶皺構(gòu)造發(fā)育，一系列背斜、向斜緊密接觸，地層容易形成裂隙，巖石具破裂空間大等特點(diǎn)，是熱液活動(dòng)的次級(jí)通道，有利各種熱液的活動(dòng)，提高后期錳質(zhì)熱液疊加富集。向斜核部和背斜傾伏端及其兩翼的次級(jí)褶皺往往是錳礦富集、礦層厚大的有利部位；②斷裂構(gòu)造。F1斷層是深大斷裂，其形成的熱液富含錳質(zhì)，所以靠近F1斷層時(shí)，有利于碳酸錳礦層的后期疊加富集。其他的小斷裂是熱液活動(dòng)的次級(jí)通道，特別當(dāng)小斷裂交匯F1斷層時(shí)，有利于碳酸錳礦層的后期疊加富集。

巖漿巖因素：礦區(qū)的巖漿巖以凝灰?guī)r為主，產(chǎn)于三疊系上統(tǒng)百蓬組底部。凝灰?guī)r帶來(lái)的熱液流經(jīng)下部的含錳巖系北泗組時(shí)萃取大量的錳質(zhì)，有利于碳酸錳礦層的后期疊加富集。

6 結(jié) 語(yǔ)

東平錳礦區(qū)位于桂西南錳礦富集區(qū)中東部，區(qū)內(nèi)成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，找礦潛力巨大。本文通過(guò)對(duì)東平礦區(qū)外圍錳礦的含錳巖系、礦體特征、圍巖蝕變、巖相古地理、礦層賦存因素等方面內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分析和研究，進(jìn)一步總結(jié)了該區(qū)碳酸錳礦床的成因及其富集規(guī)律，為后續(xù)在該地區(qū)繼續(xù)尋找該類(lèi)型的錳礦床提供了理論支撐和參考依據(jù)，因此具有較好地現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)作用。