桂西南早-中三疊世東平-足榮大型錳礦床地球化學(xué)、年代學(xué)及成因研究*

趙立群 趙品忠 于曉飛 周尚國(guó) 吳華英 張敏 莫凌超 陳廣義

1. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 100131 2. 中國(guó)冶金地質(zhì)礦物綜合利用研發(fā)中心，北京 100131 3. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局廣西地質(zhì)勘查院，南寧 5300224. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037 5. 自然資源部礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心，北京 100120 6. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局一局，燕郊 0652017. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局中南地質(zhì)調(diào)查院，武漢 430081

華南地區(qū)在元古代至新生代發(fā)生了大規(guī)模的成礦作用，是世界上最重要的多金屬成礦省之一(Zhaoetal., 2018a, 2021)。受同生斷裂控制的地塹式盆地或裂谷盆地是沉積型碳酸錳礦床發(fā)育的絕佳位置(付勇等, 2014; 趙立群等, 2016; 周琦等, 2017; 劉志臣等, 2019)。右江盆地晚泥盆世裂谷拉張作用達(dá)到頂峰，至早三疊世，右江盆地仍然顯示“臺(tái)-盆-丘-槽”的沉積格局，下三疊統(tǒng)北泗組，中三疊統(tǒng)百逢組、法郎組中發(fā)現(xiàn)了規(guī)模巨大的錳礦(杜秋定和伊海生, 2009; 李社宏等, 2015; 朱建德等, 2016)。廣西東平-足榮大型錳礦賦存于早三疊統(tǒng)晚期一套臺(tái)盆相沉積的含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r中，被稱為“東平式”錳礦(陰江寧等, 2014;叢源等, 2018)。含錳巖系層位穩(wěn)定，出露廣泛，地表氧化錳礦石雖品位不高，但易采選，前人將“東平式”錳礦劃分為次生氧化錳帽型礦床(劉騰飛, 1996; 祝壽泉, 1998, 2001)。隨著找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)持續(xù)推進(jìn)及低品位錳礦綜合利用水平提高，近年來(lái)在廣西東平-足榮大型錳礦深部原生碳酸錳勘查中取得重大成果，扶晚、天等錳礦新增資源儲(chǔ)量1.5億噸(陰江寧和肖克炎, 2014；陜亮等, 2016)，預(yù)測(cè)深部尚有2.5億噸錳礦資源遠(yuǎn)景(陳建平等, 2018)。

目前針對(duì)桂西南地區(qū)三疊系含錳巖系的研究較少，主要圍繞著東平地區(qū)錳礦地質(zhì)特征、賦礦層位、錳質(zhì)來(lái)源及有機(jī)質(zhì)組分進(jìn)行探討(尹青, 2015;黃祥林等, 2017; 李啟來(lái)等, 2017; 伊帆和伊海生, 2017)，雖然也取得一系列成果，但尚缺乏對(duì)錳礦成礦時(shí)限、沉積環(huán)境、成因機(jī)理及構(gòu)造演化的系統(tǒng)分析。尤其是足榮錳礦，目前基本沒(méi)有對(duì)該礦床相關(guān)方面的報(bào)道。因此有必要對(duì)該區(qū)域典型原生錳礦床開(kāi)展詳細(xì)研究，為深部勘查及找礦預(yù)測(cè)提供重要理論依據(jù)。本文選擇東平-足榮錳礦床含錳巖系頂部沉凝灰?guī)r中的鋯石為研究對(duì)象，結(jié)合礦物學(xué)和地球化學(xué)特征，對(duì)錳礦形成時(shí)間進(jìn)行精確限定，并對(duì)東平-足榮錳礦沉積環(huán)境及成礦機(jī)制進(jìn)行探討，為促進(jìn)該區(qū)下一步錳礦勘查工作提供依據(jù)。

1 區(qū)域及礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)位于廣西西南部，處于中國(guó)南部大陸構(gòu)造域與特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域的復(fù)合部位，大地構(gòu)造單元屬華南加里東褶皺系西南段的右江印支褶皺帶的南緣。早三疊世湘南-桂東地區(qū)抬升，桂西地區(qū)凹陷，形成了東平-足榮成錳盆地。該成錳盆地屬于右江-南盤(pán)江印支期裂谷盆地的組成部分，位于靖西-武鳴淺水局限臺(tái)地北緣田東、天等、德保一帶較深水坳陷的內(nèi)灣中，接受相當(dāng)于臺(tái)盆相的灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥巖沉積。

區(qū)內(nèi)出露地層由老到新有寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系及第四系。東平-足榮錳礦床的含錳巖系均為下三疊統(tǒng)石炮組二段頂部非正式填圖單位東平層(T1d)(黃祥林等, 2017)，即原北泗組，主要由一套含錳泥灰?guī)r、含錳灰?guī)r和錳質(zhì)粉砂巖組成。礦區(qū)內(nèi)的主要控礦構(gòu)造為摩天嶺復(fù)式向斜及其次級(jí)褶皺(圖1)，向斜軸走向北東東，長(zhǎng)約50km，寬10km，核部由三疊系中統(tǒng)地層組成，兩翼為三疊系中統(tǒng)及二疊系地層組成。東平錳礦位于摩天嶺復(fù)式向斜的南東翼，錳礦層出露于摩天嶺向斜南西翼及次級(jí)褶皺江城背斜、山月嶺向斜兩翼及轉(zhuǎn)折端，礦體露頭平面上呈“蛇行”展布。足榮礦床位于摩天嶺復(fù)向斜西部北翼，礦區(qū)構(gòu)造線呈近東西走向，主體褶皺為岜意屯背斜。

圖1 右江盆地構(gòu)造格架簡(jiǎn)圖(a，據(jù)杜遠(yuǎn)生等，2013)和桂西南東平-足榮錳礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)Fig.1 Tectonic framework of Youjiang Basin (a, modified after Du et al., 2013) and the geological sketch map of the Dongping-Zurong manganese ore deposit, southwestern Guangxi(b)

錳礦體呈層狀產(chǎn)出，與圍巖為整合接觸，界線清楚，其直接頂?shù)装寰鶠楹i硅質(zhì)泥灰?guī)r，東平層可分為4個(gè)巖性層，共有14層礦(圖2)，其中第一巖性層T1d1：為灰色-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(圖3e)，局部夾粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖；第二巖性層T1d2：為主礦層，由3層貧碳酸錳礦層Ⅹ1、Ⅹ2、Ⅹ3及5層灰-深灰色碳酸錳礦層Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r夾層組成，主礦層累積厚度15.16～28.18m左右；第三巖性層T1d3：由5層貧碳酸錳礦層Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ2、Ⅸ1及含錳硅質(zhì)泥灰?guī)r夾層組成，該巖性層原生碳酸錳含量較低，大多不能形成工業(yè)礦體；第四巖性層T1d4：深灰色薄-中層硅質(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Ⅺ(中國(guó)冶金地質(zhì)總局廣西地質(zhì)勘查院, 2017(1)中國(guó)冶金地質(zhì)總局廣西地質(zhì)勘查院. 2017.廣西天等縣東平錳礦區(qū)外圍錳礦普查報(bào)告)。含錳巖系頂部普遍可見(jiàn)一層或多層沉凝灰?guī)r，一般將該層劃分為中三疊統(tǒng)百逢組的底部。巖石呈淺灰白色，厚度1～15m不等，無(wú)層理顯示，無(wú)圍巖蝕變現(xiàn)象，是非常明顯的見(jiàn)礦標(biāo)志(圖3a, b)。

圖2 桂西南東平-足榮錳礦含錳巖系綜合柱狀圖Fig.2 The histogram map of manganese-bearing rock sequence in Dongping-Zurong manganese ore deposit, southwestern Guangxi

圖3 東平-足榮錳礦野外手標(biāo)本照片及顯微結(jié)構(gòu)特征(a)沉凝灰?guī)r野外露頭；(b)沉凝灰?guī)r與正常沉積巖接觸關(guān)系；(c)微層狀錳礦石；(d)球狀錳礦石；(e)紋層狀硅質(zhì)泥灰?guī)r；(f)球狀錳礦石，單偏光；(g)菱錳礦亮晶集合體，單偏光；(h)錳礦石紋層，背散射；(i)錳礦石球粒，背散射Fig.3 Petrographic- and micro-features of Dongping-Zurong manganese ore deposit(a) the outcrop of the tuffites; (b) the contact relations between sedimentary strata and tuffite; (c) lamellar manganese ore; (d) spherical manganese ore; (e) lamellar siliceous marl; (f) spherical manganese carbonate ore, single nicols; (g) sparry rhodochrosite aggregate, single nicols; (h) lamellar manganese ore, backscattered electron image; (i) spherical manganese ore, backscattered electron image

東平錳礦區(qū)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)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ等3個(gè)礦層為礦區(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。碳酸錳礦石以鈣菱錳礦、錳方解石和錳白云石為主(含量共65%～74%)，多呈他形粒狀、半自形粒狀，粒度多在0.004～0.03mm，礦石整體呈灰色、灰黑色，致密、泥微晶結(jié)構(gòu)，微層狀及球狀構(gòu)造(圖3c, d)，球粒結(jié)晶較圍巖粗大，呈亮晶球狀集合體(圖3f, g)。值得注意的是部分錳礦層內(nèi)球粒及紋層電子探針?lè)治鼋Y(jié)果表明，其中含有一定量的石英、金紅石、及黑云母等礦物(圖3h, i)，呈他形晶且相互嵌生；脈石礦物以石英、方解石、絹云母及高嶺石為主，含少量綠泥石、石墨、白云母、鈉長(zhǎng)石、炭質(zhì)。足榮錳礦區(qū)僅產(chǎn)出Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ礦層，賦存于下三疊統(tǒng)東平層第二巖性層中，該巖性層以普遍含錳為特征，以?shī)A微層理構(gòu)造為標(biāo)志。全層厚12.4～54.5m，平均30.74m。其中以Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含錳層厚度較大，含錳富，分布亦較穩(wěn)定，能形成工業(yè)礦體，特別是Ⅲ號(hào)含錳層，已形成巨大的工業(yè)礦體(中國(guó)冶金地質(zhì)總局廣西地質(zhì)勘查院, 2014(2)中國(guó)冶金地質(zhì)總局廣西地質(zhì)勘查院.2014. 廣西德?？h扶晚礦區(qū)老坡-孟棉礦段1040～575m標(biāo)高錳礦生產(chǎn)勘探報(bào)告)。深灰色、灰黑色碳酸錳礦石主要礦物成份為錳方解石，黃鐵礦；脈石礦物主要為絹云母及水云母、石英、方解石、高嶺石等礦物。礦石呈顯微鱗片泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、泥晶-粉晶結(jié)構(gòu)、粉砂結(jié)構(gòu)；微層狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造。

2 樣品特征及測(cè)試分析方法

2.1 樣品特征

選擇東平礦區(qū)ZK7601、ZK2804和足榮礦區(qū)ZKH0403中的沉凝灰?guī)r層的底部進(jìn)行取樣，地理坐標(biāo)分別為23°18′29″N、107°07′23″E，23°17′32″N，107°09′07″E，23°22′32″N、106°46′38″E，樣品編號(hào)為ZK7601-1、ZK2804-1、ZKH0403-1，采樣位置距錳礦層頂板分別為：38.52m、60.92m、6.85m。這3件沉凝灰?guī)r樣品選取鋯石進(jìn)行U-Pb同位素測(cè)年及全巖地球化學(xué)分析；另取其他鉆孔中同層位沉凝灰?guī)r做全巖地球化學(xué)分析，編號(hào)ZK2801-1(圖4a)、ZKH0802-1；合計(jì)5件沉凝灰?guī)r樣品進(jìn)行全巖地球化學(xué)分析。其中ZK7601-1(圖4b)、ZKH0403-1、ZKH0802-1為灰白色-灰色沉凝灰?guī)r，主要由晶屑、泥質(zhì)、鈣質(zhì)火山碎屑組成。其中基質(zhì)泥質(zhì)、鈣質(zhì)火山碎屑占比60%～80%左右，多呈團(tuán)塊狀產(chǎn)出，局部可見(jiàn)粘土化，晶屑占比15%～25%，粒徑0.1～0.8mm不等，主要為粒狀、棱角狀石英及長(zhǎng)石，巖屑占比5%左右，主要為燧石巖屑；ZK2801-1、ZK2804-1為灰綠色沉凝灰?guī)r，具有弱的定向、層理構(gòu)造。巖石主要由晶屑(30%)、鈣、泥質(zhì)火山碎屑(65%)和部分巖屑(5%)組成，晶屑主要為粒狀、條狀斜長(zhǎng)石，石英；鈣、泥質(zhì)火山碎屑顆粒細(xì)小，多呈彎曲蠕蟲(chóng)狀、鱗片狀集合體，主要為碳酸鹽礦物和粘土礦物。

圖4 東平-足榮錳礦樣品鏡下照片(a)灰白色沉凝灰?guī)r；(b)灰綠色沉凝灰?guī)r；(c)球粒狀錳礦石；(d)紋層狀硅質(zhì)泥灰?guī)rFig.4 Photomicrographs of drilling samples in Dongping-Zurong manganese ore deposit(a) grayish-white tuffite, crossed nicols; (b)vgreyish-green tuffite, crossed nicols; (c) spherical manganese ore, single nicols; (d) lamellar siliceous marl, single nicols

選取東平-足榮地區(qū)鉆孔(ZK3601、ZK1202、ZKH0403)及東平馱仁采坑(編號(hào)TR-)中錳礦礦石及頂?shù)装濉A層圍巖樣品為全巖地球化學(xué)分析測(cè)試對(duì)象。錳礦礦石樣品共10件，為取自Ⅱ-Ⅴ礦層的灰黑色、深灰色紋層狀、球狀碳酸錳礦石，礦石礦物主要為菱錳礦。鏡下觀察主要為泥微晶結(jié)構(gòu)，球狀或紋層狀構(gòu)造，較亮的紋層及球粒中礦物多為亮晶菱錳礦、含錳方解石或含錳白云石，并與周?chē)辔⒕Х浇馐⑹?、黑云母等一起形成礦石的微-薄層理(圖4c)。頂?shù)装寮皧A層的巖石樣品共7件，主要為灰色、深灰色硅質(zhì)泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖，泥微晶結(jié)構(gòu)，紋層狀、塊狀構(gòu)造。主要礦物為泥微晶石英、方解石，含局部可見(jiàn)炭質(zhì)條帶(圖4d)。

2.2 測(cè)試分析方法

2.2.1 主量及微量元素分析

樣品的主量及微量元素的測(cè)試在核工業(yè)地質(zhì)研究院測(cè)試中心完成，測(cè)試方法和依據(jù)為：GB/T 14506.14—2010及GB/T 14506.28—2010，其中全巖主量元素分析測(cè)試采用的X-射線熒光光譜法(XRF)，分析誤差優(yōu)于5%；微量元素測(cè)定采用ICP-MS法，當(dāng)元素含量大于10×10-6時(shí)，誤差小于10%。

2.2.2 鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試

鋯石樣品靶、陰極熒光圖像照相及U-Pb年代學(xué)測(cè)試均在北京離子探針中心制備完成，過(guò)程為在雙目鏡下選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒和標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORAI(年齡417Ma，206Pb/238U比值為0.0668)一起制作環(huán)氧樹(shù)脂靶，利用離子探針質(zhì)譜儀SHRIMP-Ⅱ進(jìn)行鋯石微區(qū)原位同位素測(cè)定，具體操作過(guò)程參考文獻(xiàn)(宋彪等, 2002)。采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM(Blacketal.，2003)和M257(Nasdalaetal., 2008)進(jìn)行同位素分餾校正及U、Th和Pb含量標(biāo)定，年齡計(jì)算和協(xié)和圖處理使用Ludwig編制的Squid(Ludwig，2001)和Isoplot(Ludwig，2003)程序，普通鉛據(jù)實(shí)測(cè)204Pb校準(zhǔn)，單數(shù)據(jù)誤差1σ，加權(quán)平均值誤差為2σ，置信度為95%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石SHRIMP U-Pb年齡

從東平-足榮沉凝灰?guī)r中挑選的鋯石多數(shù)呈無(wú)色或淡黃色，柱狀、板狀的自形晶-半自形晶，晶體長(zhǎng)度大多在100～250μm之間，長(zhǎng)寬比為2～4之間，顯示出發(fā)育良好的巖漿鋯石振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖5)。3件樣品共選取44粒鋯石進(jìn)行測(cè)試，測(cè)年分析點(diǎn)位盡量避開(kāi)裂紋和核部，選擇邊部明顯的環(huán)帶位置，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。巖漿鋯石的Th/U比值受巖漿中原始Th、U含量及其在鋯石與巖漿之間的分配系數(shù)影響(Mojzsis and Harrison，2002)，一般認(rèn)為巖漿鋯石的Th和U含量較高，Th/U比值大。測(cè)試44粒鋯石樣品的Th/U比值介于0.14～0.64(表1)之間，多數(shù)大于0.2，表明其為巖漿鋯石。

圖5 東平錳礦沉凝灰?guī)r(樣品ZK7601-1)鋯石CL特征、測(cè)點(diǎn)號(hào)和206Pb/238U年齡(Ma)Fig.5 Features of zircon (CL), spot number and 206Pb/238U dating of the tuffite (Sample ZK7601-1) in Dongping manganese ore deposit

表1 東平-足榮錳礦沉凝灰?guī)rSHRIMP鋯石U-Th-Pb同位素測(cè)定結(jié)果

東平礦區(qū)沉凝灰?guī)r樣品ZK7601-1的15個(gè)測(cè)點(diǎn)中U含量變化范圍為204.0×10-6～504.7×10-6，Th含量為47.51×10-6～137.7×10-6，Th/U比值0.19～0.64之間，在鋯石諧和年齡圖上，15粒鋯石樣品的分析結(jié)果均位于諧和線上或附近，206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為250.8±2.1Ma (MSWD=0.98) (圖6)。東平礦區(qū)沉凝灰?guī)r樣品ZK2804-1的15個(gè)測(cè)點(diǎn)中U含量變化范圍為210.2×10-6～528.6×10-6，Th含量為33.42×10-6～167.5×10-6， Th/U比值0.16～0.63之間，剔除1個(gè)偏大離群值數(shù)據(jù)點(diǎn)(3.1)后，在鋯石諧和年齡圖上其余14粒鋯石樣品的分析結(jié)果均位于諧和線上或附近，206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為250.6±2.2Ma (MSWD=0.49)。足榮礦區(qū)沉凝灰?guī)r樣品ZKH0403-1的14個(gè)測(cè)點(diǎn)中U含量變化范圍為248.9×10-6～425.5×10-6，Th含量為48.25×10-6～139.2×10-6，Th/U比值0.14～0.58之間，在鋯石諧和年齡圖上14粒鋯石樣品的分析結(jié)果均位于諧和線上或附近，206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為243.6±2.3Ma (MSWD=0.44)。

圖6 東平-足榮錳礦床沉凝灰?guī)r鋯石U-Pb諧和圖Fig.6 Zircon U-Pb concordia diagrams of tuffites of Dongping-Zurong manganese ore deposit

3.2 地球化學(xué)特征

3.2.1 含錳巖系

主量元素相關(guān)性、微量元素濃度(表2、表3、表4)及富集特征被大量應(yīng)用于錳礦成因研究。錳礦石中MnO的含量在8.94%～23.19%之間，平均為16.23%；SiO2含量變化于19.05%～39.96%之間，平均為29.82 %；樣品Fe2O3含量在2.79%～13.53%之間，平均為5.77%；P2O5含量平均為0.25%。東平含錳巖系的MnO、CaO含量平均值為13.82%、14.16%，明顯高于足榮含錳巖系的均值3.12%、4.41%；而足榮含錳巖系的SiO2、Al2O3、TiO2含量均值分別為58.68%、12.22 %、0.50%，明顯高于東平含錳巖系樣品的均值含量29.61%、6.80%、0.31%。主量元素中，錳、鐵、硅、鈦和鋁的含量關(guān)系非常有助于圈定錳礦的來(lái)源(Karakusetal., 2010)。對(duì)所有樣品的主量元素含量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(圖7)，樣品中Al2O3與TiO2呈強(qiáng)正相關(guān)(n=16，r=0.98)關(guān)系，這些組分還與K2O和一些微量元素(如Th、Nb、Zr)呈一定的正相關(guān)系(n=16，r>0.6)。這些值反映了含錳巖系中可能沉積了一定數(shù)量的火山碎屑物質(zhì)或者陸源鎂鐵質(zhì)碎屑(Mohapatraetal., 2009)。錳礦石中Al2O3與MnO(n=10，r=-0.81)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，反映了Mn可能不是來(lái)源于陸表風(fēng)化。

表2 東平-足榮錳礦含錳巖系及沉凝灰?guī)r主量元素含量(wt%)

圖7 東平-足榮錳礦含錳巖系部分主量元素相關(guān)性圖Fig.7 Binary diagrams of key element relations with correlation coefficients of some major and trace elements in ore samples from the Dongping-Zurong manganese ore deposit

東平-足榮錳礦錳礦的含錳巖系中微量元素分析測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3、表4，經(jīng)PAAS(post Archean Australian shale)標(biāo)準(zhǔn)化后(McLennan，1989)，在微量元素蛛網(wǎng)圖上可見(jiàn)東平、扶晚錳礦石樣品的微量元素變化趨勢(shì)是相同的(圖8)，表明它們具有相似的成因。錳礦石樣品的Co、Sr、Mo、Pb元素相對(duì)明顯富集，Ni、Zn元素輕微富集，V、Cr、Rb、Zr、Nb元素相對(duì)較低(圖8a)。而頂?shù)装寮皧A層硅質(zhì)泥灰?guī)r的微量元素蛛網(wǎng)圖則表現(xiàn)出相對(duì)不同的變化趨勢(shì)，可能受到較多陸源碎屑的影響。對(duì)含錳巖系樣品采用澳大利亞后太古代頁(yè)巖(PAAS)標(biāo)準(zhǔn)化(McLennan，1989)(表4)，碳酸錳礦層的ΣREE值為71.24×10-6～216.9×10-6、平均134.5×10-6；LREE/HREE值為7.92～9.62，平均8.58；δCe值為1.04～1.42，平均1.19，顯示弱Ce正異常；δEu值為0.9～1.41，平均1.16，大部分顯示弱的Eu正異常。頂?shù)装寮皧A層硅質(zhì)泥灰?guī)r的ΣREE值略高于錳礦石，為95.68×10-6～236.8×10-6、平均161.3×10-6；LREE/HREE值為5.79～10.89，平均8.14；δCe 值為0.77～0.98，平均0.88，顯示弱Ce負(fù)異常；δEu值為0.83～1.14，平均0.97，無(wú)明顯異常特征。含錳巖系的稀土元素都為近平坦型。稀土總含量特征總體與熱水沉積硅質(zhì)巖(ΣREE<200×10-6，Murrayetal.，1990)的特征相吻合，其中硅質(zhì)泥灰?guī)rΣREE的值均高碳酸錳礦層，這明顯指示了硅質(zhì)泥灰?guī)r沉積過(guò)程中比碳酸錳礦層有更多陸源物質(zhì)的參與。

圖8 東平-足榮錳礦含錳巖系微量元素(a，錳礦石；b，頂?shù)装寮皧A層)和稀土元素(c，錳礦石；d，頂?shù)装寮皧A層)PAAS標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖Fig.8 PAAS-normalized trace elements (a, manganese rocks; b, surrounding rock) and rare earth elements (c, manganese rocks; d, surrounding rock) distribution patterns of Dongping and Zurong manganese ore deposit

3.2.2 沉凝灰?guī)r

東平錳礦ZK2801-1、ZK2804-1的灰綠色沉凝灰?guī)r樣品具有較低的SiO2含量(47.3%、41.8%)和較高燒失量(LOI)(13.98%、14.22%)，且這兩件樣品的CaO含量較高，分別為7.90%、13.15%(表2)，含有較多的碳酸鹽巖成分且蝕變較強(qiáng)烈，反映其鈣質(zhì)沉積物組分含量較高，與鏡下觀察到的特征一致；東平錳礦ZK7601-1及足榮錳礦ZKH0403-1、ZKH0802-1的沉凝灰?guī)r的SiO2含量分別為72.39%、73.83%、75.39%，CaO含量分別為1.08 %、0.23%、0.46%，燒失量也在5%以下。這5件沉凝灰?guī)r樣品的稀土元素(表5)總含量(∑REE)為182.3×10-6～314.4×10-6，平均為246.9×10-6；輕稀土總量(∑LREE)為157.1×10-6～288.1×10-6，平均為221.3×10-6；重稀土總量(∑HREE)為22.28×10-6～29.50×10-6，平均為25.66×10-6；輕、重稀土比(∑LREE /∑HREE)為6.24～10.95，顯示輕、重稀土分異明顯。(La/Yb)N為6.10～15.23，平均值10.54；在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分曲線(圖9b)上表現(xiàn)為輕稀土相對(duì)富集的右傾分布型式。樣品顯示明顯的負(fù)Eu異常，δEu為0.30～0.80，平均值0.51，指示巖漿噴發(fā)之前經(jīng)歷了明顯的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化多元素蛛網(wǎng)圖顯示(圖9a)，沉凝灰?guī)r樣品均表現(xiàn)為富集大離子親石元素(LILE) Rb、Ba、U、Th，而高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti等強(qiáng)烈虧損，其曲線顯示一種典型島弧火山巖的特征(Condie, 1989; Omranietal., 2008)。

圖9 東平-足榮錳礦沉凝灰?guī)r原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖解(a)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式圖解(b)標(biāo)準(zhǔn)化值N-MORB、E-MORB和OIB 數(shù)據(jù)據(jù)Sun and McDonough (1989)；Sanandaj-Sirjan 島弧型火山巖數(shù)據(jù)來(lái)自O(shè)mrani et al. (2008)Fig.9 Primitive mantle-normalized spider diagrams (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) of tuffites in the Dongping and Zurong manganese ore depositData of normalization values and N- MORB, E- MORB and OIB from Sun and McDonough (1989); data of Sanandaj-Sirjan island arc volcanic rocks from Omrani et al. (2008)

表5 東平-足榮錳礦沉凝灰?guī)r微量元素和稀土元素(×10-6)分析結(jié)果

4 討論

4.1 東平-足榮錳礦成礦時(shí)限

早三疊世，右江盆地仍然顯示“臺(tái)-盆-丘-槽”的沉積格局，但形成了一個(gè)從非補(bǔ)償沉積到補(bǔ)償沉積的濁積巖序列。中-晚三疊世，右江盆地由陸源碎屑濁流沉積(曾允孚等, 1995)，到全區(qū)抬升隆起成陸，結(jié)束了右江盆地的海相沉積史。由于廣西三疊紀(jì)地層沉積體系復(fù)雜，目前對(duì)東平-足榮錳礦賦礦地層歸屬仍存在爭(zhēng)議。前人普遍將錳礦賦礦地層劃分為下三疊統(tǒng)北泗組——近碳酸鹽臺(tái)地的淺海臺(tái)盆相碳酸鹽巖沉積(侯宗林等, 1997; 祝壽泉, 2001; 尹青等, 2017)，后區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中認(rèn)為賦礦地層應(yīng)為下三疊統(tǒng)石炮組——深水盆地相沉積(黃祥林等, 2017)，但二者均為跨時(shí)性地層單位(T1-T2)，并不能精確限定東平-足榮錳礦的成礦時(shí)限。華南板塊西南緣中三疊統(tǒng)底部，分布著一層厚度較大且層位穩(wěn)定的凝灰?guī)r(Newkirk，2002；黃虎等, 2012)，研究區(qū)含錳巖系頂部就存在這一套可與區(qū)域?qū)?yīng)的沉凝灰?guī)r層，具有等時(shí)性和分布廣泛的特點(diǎn)，對(duì)含錳巖系頂部地層中沉凝灰?guī)r中鋯石U-Pb同位素年齡測(cè)定可成為約束成礦地層年代及層位對(duì)比的有效手段(Macdonaldetal.，2010)。本文高精度的鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果表明， 東平錳礦層頂部含有加

權(quán)平均年齡分別為250.8±2.1Ma、250.6±2.2Ma的沉凝灰?guī)r；首次報(bào)道的足榮錳礦層頂部為一套年齡243.6±2.3Ma沉凝灰?guī)r層，該年齡代表了同期火山噴發(fā)的年齡及沉積地層就位形成的年齡，這兩組年齡分別對(duì)應(yīng)早三疊世奧倫尼克期和中三疊世安尼期，對(duì)桂西南三疊紀(jì)錳礦成礦時(shí)限提供了很好的制約。由于賦礦地層?xùn)|平層(原北泗組)及其下伏地層中富含大量早三疊世菊石化石(黃祥林等, 2017)，可進(jìn)一步將含錳地層的底界限定為早三疊世中晚期。值得注意的是，前人普遍認(rèn)為東平和足榮錳礦為相同層位錳礦的橫向延伸，但就兩礦區(qū)錳礦層頂部的沉凝灰?guī)r層位及年齡特征來(lái)看，足榮錳礦錳礦層頂板距離沉凝灰?guī)r距離很近(6.85m)，而東平錳礦層頂板距離沉凝灰?guī)r距離較遠(yuǎn)(38.52m、60.92m)且沉凝灰?guī)r形成年齡早于足榮，因此推測(cè)足榮錳礦的成礦時(shí)間應(yīng)略晚于東平錳礦。從早三疊世中晚期至中三疊世安尼期為桂西南地區(qū)的主要成錳期，在該成錳期內(nèi)東平-足榮成錳盆地內(nèi)先后發(fā)育了一系列層位穩(wěn)定的碳酸錳礦層，目前區(qū)域上已發(fā)現(xiàn)的錳礦床分別為東平錳礦(>250.6±2.2Ma)、足榮錳礦(>243.6±2.3Ma)、榮華錳礦(中三疊世百逢組)(李社宏等, 2015)。

4.2 東平-足榮錳成礦構(gòu)造背景

大地構(gòu)造背景控制了沉積盆地的發(fā)育，而盆地中的沉積記錄則可以有效反映盆地沉積時(shí)的構(gòu)造背景以及造山作用機(jī)制(Gayer，1995)。印支期(T1-T2)作為右江盆地從伸展盆地轉(zhuǎn)換為擠壓盆地的重要時(shí)期，盆地的沉積演化特征明顯受該時(shí)期盆地演化的影響。晚泥盆世-早三疊世海盆中的斷裂多發(fā)生于海西期，為長(zhǎng)期活動(dòng)的基底斷裂，下雷-東平臺(tái)溝主要受北東向的下雷-靈馬同生走滑斷裂的控制，從早泥盆世塘丁期至早三疊世，形成了槽狀和不規(guī)則菱形狀相對(duì)封閉和較深水的盆地。早三疊世臺(tái)溝內(nèi)形成的次一級(jí)的拉斷盆地是最為重要的錳礦沉積區(qū)，主要為低能環(huán)境下形成的深水斜坡-臺(tái)盆相硅質(zhì)泥灰?guī)r夾錳質(zhì)層沉積，且具有獨(dú)特的火山碎屑組成，而斷裂帶兩側(cè)則為厚度較大的臺(tái)地相碳酸鹽巖。

至中三疊世，受構(gòu)造影響，火山活動(dòng)頻發(fā)，形成以碎屑巖濁流沉積為主的斜坡碎屑沉積體系。東平-足榮錳礦正好處于這兩種沉積體系轉(zhuǎn)換時(shí)期，研究區(qū)所采沉凝灰?guī)r樣品均產(chǎn)自中三疊世百逢組的底部，可根據(jù)沉凝灰?guī)r的地球化學(xué)特征判斷東平-足榮錳礦產(chǎn)出的構(gòu)造背景，并推斷沉凝灰?guī)r火山質(zhì)成分來(lái)源。我國(guó)華南地區(qū)廣泛分布這套中三疊統(tǒng)底部界限凝灰?guī)r(綠豆巖)(廣西地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1985; 貴州地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987)，目前報(bào)道的主要以中酸性為主，所測(cè)定的同位素年齡在247.6±1.7Ma至239.0±2.9Ma之間(王彥斌等, 2004; 鄭連弟等, 2010; 黃虎等, 2012;謝韜等, 2013)，它們均產(chǎn)自與碰撞相關(guān)的火山弧背景，并具有相似的巖漿來(lái)源(Newkirk，2002)。本文報(bào)道的沉凝灰?guī)r年齡與這套T1-T2界限凝灰?guī)r在誤差范圍內(nèi)一致，巖石學(xué)及地球化學(xué)特征顯示，東平-足榮錳礦頂部的沉凝灰?guī)r均屬于亞堿性系列，具有類(lèi)似與俯沖消減作用有關(guān)的島弧型火山巖相關(guān)特征，表現(xiàn)為REE配分曲線右傾，明顯的負(fù)銪異常；富集大離子親石元素及輕稀土元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素等。沉凝灰?guī)r的微量元素Nb、Ta、Zr、Hf等含量受后期成巖蝕變影響較小，且作為強(qiáng)不相容元素，可根據(jù)其含量及比值大致判斷沉凝灰?guī)r產(chǎn)出的構(gòu)造環(huán)境。沉凝灰?guī)r的La/Nb、Nb/Ta值分別為2.24～3.79、10.64～14.57，平均值為2.96、12.54，接近大陸地殼(La/Nb=2.2、Nb/Ta=11～12；McLennan，1989)，與原始地幔(La/Nb=0.96、Nb/Ta=17.39；Sun and McDonough，1989)明顯不同，顯示原始巖漿受地殼物質(zhì)混染。在Rb-(Yb+Ta)圖解上(圖10a)，沉凝灰?guī)r樣品均落入火山弧花崗巖區(qū)域；在Th/Yb-Ta/Yb圖解上(圖10b)，樣品均落入活動(dòng)大陸邊緣附近；(Nb/Zr)N-Zr圖解(圖10c)顯示，樣品為碰撞相關(guān)背景；在 Th-Nb/16-Hf/3 三角圖解上(圖10d)，樣品均落在島弧火山巖區(qū)域。多構(gòu)造環(huán)境判別圖解顯示巖漿可能形成于與俯沖消減作用相關(guān)的碰撞-弧相關(guān)或活動(dòng)大陸邊緣相關(guān)背景。雖然前人對(duì)中三疊世這套巨厚復(fù)理石建造形成的構(gòu)造背景認(rèn)識(shí)不同(牟傳龍等, 1990;曾允孚和劉文均, 1995;秦建華等, 1996; 呂洪波等, 2003)，但盆地水體逐步變淺、陸源碎屑濁積扇廣泛發(fā)育且直接覆蓋在弧相關(guān)-同碰撞型火山巖或沉凝灰?guī)r層之上，推斷研究區(qū)沉凝灰?guī)r層應(yīng)為華南地塊與印支地塊碰撞相關(guān)的前陸盆地的轉(zhuǎn)換時(shí)期形成，而東平-足榮錳礦應(yīng)形成于弧后盆地拉張構(gòu)造背景中。

圖10 東平-足榮錳礦沉凝灰?guī)r構(gòu)造環(huán)境判別圖解(a) Rb-(Yb+Ta)圖解(據(jù) Pearce et al., 1984); (b) Th/Yb-Ta/Yb(據(jù)Pearce, 1983); (c) (Nb/Zr)N-Zr圖解(據(jù)Thieblemont and Tegyey，1994); (d) Hf/3-Th-Nb/16圖解(據(jù)Wood, 1980)Fig.10 Discrimination diagrams illustrating tectonic settings of tuffites from the Dongping-Zurong manganese ore deposit(a) Rb vs. Yb+Ta diagram (after Pearce et al., 1984); (b) Th/Yb-Ta/Yb diagram (after Pearce，1983); (c) (Nb/Zr)N vs. Zr diagram (after Thieblemont and Tegyey，1994); (d) Hf/3-Th-Nb/16 diagram (after Wood,1980)

4.3 沉凝灰?guī)r源區(qū)

東平-足榮錳礦下三疊統(tǒng)含錳巖系頂部硅質(zhì)泥巖中的沉凝灰?guī)r，不僅是區(qū)域上快速見(jiàn)礦的標(biāo)志，更是構(gòu)造活動(dòng)期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈的指標(biāo)及熱液活動(dòng)的直接標(biāo)識(shí)。已發(fā)現(xiàn)的如貴州南華系的道坨、二疊系遵義、石炭系奧爾托喀訥什等大型-超大型海相沉積型錳礦含錳巖系中曾多次報(bào)道凝灰?guī)r的存在(何志威等, 2014; 楊瑞東等, 2018; 張幫祿等, 2018)。通過(guò)對(duì)凝灰?guī)r及火山灰層的形成時(shí)代、區(qū)域分布特征、巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征研究，前人普遍認(rèn)為右江盆地中三疊統(tǒng)底界與二疊系-三疊系界線附近及下三疊統(tǒng)凝灰?guī)r具有相似的來(lái)源(Newkirk，2002；黃虎等，2012)，是華南西南緣古特提斯和印支板塊俯沖帶弧火山作用的產(chǎn)物(Zhaoetal.，2018b；向坤鵬等，2019)。一般認(rèn)為，近火山噴口的凝灰?guī)r厚度大，遠(yuǎn)離火山口的凝灰?guī)r厚度小。華南西南部貞豐、羅甸、望謨一帶，中三疊底部凝灰?guī)r厚度為4～18m，研究區(qū)東平錳礦百逢組底部沉凝灰?guī)r厚度在0.1～3m之間，足榮錳礦沉凝灰?guī)r層最大厚度可達(dá)13.71m，摩天嶺地區(qū)作登一帶中三疊統(tǒng)底部熔巖凝灰?guī)r及凝灰熔巖，厚度為1～10m，相較于華南北部地區(qū)(四川盆地雷口坡組“綠豆巖”厚度1m、遵義蝦子場(chǎng)玻屑凝灰?guī)r厚度0.6m)應(yīng)距離火山源區(qū)更近。廣西早中三疊世之交的火山巖主要分布在那坡、憑祥、東興一帶(劉文均等, 1993;杜遠(yuǎn)生等, 2013)，其中，憑祥和東興一帶的火山巖主要呈層狀產(chǎn)出于北泗組和板納組上部，前人將北泗組火山巖分為火山碎屑巖及玄武安山巖、英安巖和流紋巖組成的第Ⅰ旋回和流紋巖-凝灰?guī)r組成的第Ⅱ旋回。Ⅰ旋回SHRIMP U-Pb 諧和年齡為246±2Ma、250±2Ma(覃小鋒等, 2011)。憑祥-東興一帶的中酸性火山巖斑晶主要為斜長(zhǎng)石、石英，基質(zhì)含粘土礦物及磁鐵礦、褐鐵礦，與本文報(bào)道的東平-足榮錳礦沉凝灰?guī)r層位、鋯石U-Pb年齡及礦物組成均具有很好的對(duì)應(yīng)。

結(jié)合地球化學(xué)指標(biāo)綜合分析可進(jìn)一步確定凝灰?guī)r源區(qū)。根據(jù)不同性質(zhì)火山巖Ti/Th比值范圍判斷，酸性火山巖Ti/Th比值為30～400、中性火山巖為400～1000、基性火山巖為2500～3500(馮寶華, 1989)。東平-足榮錳礦頂部沉凝灰?guī)r這一比值在93.3～541.6之間，平均值為298.2，表明沉凝灰?guī)r可能源自中酸性巖漿。本研究中沉凝灰?guī)r樣品Th和U的含量都較高(Th平均23.44×10-6、U平均7.43×10-6)，與太古宙后花崗巖、長(zhǎng)英質(zhì)火山巖和中間安山巖的Th和U含量類(lèi)似(Th>3×10-6、U>2×10-6；胡慶, 2011)，也表明其來(lái)源于中酸性或長(zhǎng)英質(zhì)巖石。研究區(qū)沉凝灰?guī)r與憑祥-東興中酸性火山巖都屬于屬亞堿性系列，微量及稀土元素配分型式與島弧型鈣堿性巖石系列的配分型式一致(圖9)，具有島弧或活動(dòng)大陸邊緣的地球化學(xué)特征。上述特征表明，東平-足榮錳礦頂部沉凝灰?guī)r層的分布與廣西憑祥-東興三疊紀(jì)中酸性火山巖整體層序具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，多方面特征均指示二者可能具有相同的火山物質(zhì)來(lái)源。

4.4 沉積環(huán)境及錳礦成因

目前，有關(guān)海相沉積錳礦床成因主流的認(rèn)識(shí)有：①錳質(zhì)主要為海底火山-噴流或噴氣、海解萃取、熱水循環(huán)等方式獲得的深源錳；②生物作用對(duì)錳質(zhì)富集至關(guān)重要；③有機(jī)質(zhì)氧化可能導(dǎo)致海底氧化錳還原產(chǎn)生碳酸錳沉淀富集(薛友智等, 2019)。由于Fe相對(duì)于Mn對(duì)氧化還原條件的變化更加敏感，因此Fe/Mn比通常可為恢復(fù)古環(huán)境的氧化還原條件提供參考(李鳳杰等, 2019; 史富強(qiáng)等, 2016; 周琦, 2008)。東平-足榮錳礦床中的鐵錳比較高且相對(duì)集中(0.16～1.40，平均0.41)，反映了相對(duì)氧化沉積環(huán)境。

具有多種化學(xué)價(jià)態(tài)的U、V和Mo在沉積時(shí)易受氧化還原條件影響，且在成巖作用中幾乎不發(fā)生遷移，保持了沉積時(shí)的原始記錄(Yangetal.，2004；Tribovillardetal., 2006)，因此可根據(jù)它們?cè)诔练e物或沉積巖中的富集程度來(lái)重建古海洋沉積環(huán)境(常華進(jìn)等, 2009)。U、V通常在缺氧的條件下富集，硫化的沉積環(huán)境中U、V和Mo都會(huì)強(qiáng)烈地富集在沉積物中。在富氧-弱氧化的海水環(huán)境中U、V和Mo均不發(fā)生富集，但當(dāng)有鐵錳氧化物或氫氧化物存在時(shí)，Mo則會(huì)被強(qiáng)烈吸附而富集(Morford and Emerson，1999；Erickson and Helz，2000)。而東平-足榮錳礦含錳巖系V、U和Mo值分別為(24.70×10-6～154.0×10-6，平均75.46×10-6)、(0.44×10-6～16.3×10-6，平均2.76×10-6)、(0.11×10-6～5.24×10-6，平均1.15×10-6)，相對(duì)于PASS而言表現(xiàn)出較低的V、U值以及較高的Mo元素含量，說(shuō)明含錳巖系形成于氧化-次氧化的環(huán)境。

微量元素的U/Th、V/Cr、V/(V+Ni)及Ni/Co比值是識(shí)別沉積環(huán)境的重要參數(shù)，被廣泛用于約束古海洋學(xué)、成巖作用和成礦氧化還原條件(Kimura and Watanabe，2001； Tribovillardetal.，2006)。研究表明(Hatch and Leventhal, 1992；Jones and Manning, 1994； Crusius and Thomson，2000)，缺氧海洋沉積物的Ni/Co和U/Th值分別>7和>1.25；Ni/Co<5及U/Th<0.75則代表富氧環(huán)境；而介于中間的為弱氧化環(huán)境。V/Cr比值低于2表示富氧環(huán)境，從2.00變化至4.25表示中等富氧環(huán)境，高于4.25的V/Cr比值則表示缺氧環(huán)境。此外，V/(V+Ni)值在富氧環(huán)境下<0.46；在弱氧化環(huán)境中介于0.46～0.6之間；大于0.6則代表缺氧環(huán)境。研究區(qū)17件樣品中，除了一件錳礦石樣品的U/Th值為3.4之外，其余樣品的U/Th值為0.14～0.63，平均0.25，均<0.75；Ni/Co為0.36～2.50，全部<5，平均1.48，指示了東平-足榮錳礦的沉積環(huán)境為相對(duì)富氧環(huán)境。東平-足榮錳礦的V/Cr值較大多低于2(1.03～3.83，平均1.83)；錳礦石樣品的V/(V+Ni)值0.24～0.60，頂?shù)装寮皧A層硅質(zhì)泥灰?guī)r樣品的V/(V+Ni)值0.52～0.83，表明錳礦層應(yīng)該是在富氧-弱氧化的條件下形成的，而圍巖的形成環(huán)境可能相對(duì)還原(圖11)。

圖11 東平-足榮錳礦Ni/Co-U/Th (a)和V/(V+Ni)-V/Cr (b)圖解Fig.11 The diagrams of Ni/Co vs. U/Th (a) and V/(V+Ni) vs. V/Cr (b) for manganese in the Dongping-Zurong deposit

大量證據(jù)支持火山活動(dòng)和熱液活動(dòng)參與了錳礦床的形成。一是研究區(qū)含錳巖系中沉凝灰?guī)r及球狀錳礦石中長(zhǎng)英質(zhì)火山球粒的發(fā)現(xiàn)(朱建德等, 2016)，是熱液活動(dòng)存在的直接證據(jù)。二是沉積物元素地球化學(xué)特征顯示：由于logU與logTh值在不同沉積區(qū)的特征明顯不同，因此可以用logU-logTh圖解來(lái)判別不同沉積區(qū)(Bostr?m，1983)。從圖12a中可以看到，幾乎所有樣品都投影在熱水鐵錳沉積區(qū)(FH)內(nèi)，表明錳礦層及其夾層的形成都受到熱水作用的影響。現(xiàn)代海底含金屬噴流沉積物中Al/(Al+Fe+Mn)的含量比值越大，則距離洋脊擴(kuò)張中心距離越遠(yuǎn)，因此Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn)圖解是衡量沉積物中熱液組分比例的標(biāo)志，其特征為Fe/Ti>20、Al/(Al+Fe+Mn)<0.35代表熱水沉積(Bostr?m and Peterson，1969)。在Fe/Ti-Al/(AI+Fe+Mn)關(guān)系圖上(圖12b)東平錳礦的碳酸錳礦石樣品主要集中在曲線中部地區(qū)，熱水源比例多在40%左右，而頂?shù)装寮皧A層的硅質(zhì)泥灰?guī)r樣品主要集中在曲線底部地區(qū)，其中有三分之二的樣品熱水源比例為20%以下，這與前述特征一致，表明成礦作用受到熱水作用的影響更大。微量元素Ba含量與火山熱液作用的影響呈正相關(guān)關(guān)系，隨著火山熱液作用加強(qiáng)而大量富集，因而常被稱為火山沉積建造的標(biāo)型元素。在各類(lèi)熱水沉積巖中它常以伴生或獨(dú)立礦物出現(xiàn)(莫斯霖, 1991)。正常海水中Ba的含量?jī)H含20×10-9左右。東平錳礦樣品的Ba含量38.40×10-6～4195×10-6，平均614.1×10-6，含量總體偏高且Ba/Sr值0.1～21.33，平均3.01、這些特征均吻合于熱水沉積巖特征(Ba/Sr>1)。

圖12 東平-足榮錳礦含錳巖系的logU-logTh (a,據(jù)Bostr?m，1983)及Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn)圖解(b,據(jù)Spry，1990)RH-現(xiàn)代紅海熱鹵水沉積區(qū)；EH-現(xiàn)代東太平洋熱水沉積區(qū)；FH-古代熱水鐵錳沉積區(qū)；OS-遠(yuǎn)洋沉積區(qū)；MN-錳結(jié)核沉積區(qū)；AH-鋁土礦區(qū)；EPR-東太平洋隆；RS-紅海；TS-陸源碎屑；PS-深海粘土Fig.12 The diagrams of logU vs. logTh(a, after Bostr?m，1983) and Fe/Ti vs. Al/(Al+Fe+Mn) (b, after Spry，1990)for manganese in the Dongping-Zurong depositRH-Red Sea hot brine sedimentary area; EH-East Pacific hydrothermal sedimentary area; FH-hydrothermal Fe-Mn sedimentary area; OS-pelagic sedimentary area; MN-manganese concretion sedimentary area; AH-bauxite sedimentary area; EPR-East Pacific Rise; RS-Red Sea; TS-terrigenous clastic sediments; PS-abyssal clay sediments

5 結(jié)論

(1)東平-足榮錳礦含錳巖系產(chǎn)于早三疊世次一級(jí)的拉斷盆地內(nèi)，主要為低能環(huán)境下形成的深水斜坡-臺(tái)盆相深灰-灰黑色薄層泥晶灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖、硅質(zhì)泥灰?guī)r夾錳質(zhì)層及火山碎屑沉積，礦石礦物以半自形-他形粒狀鈣菱錳礦、錳方解石和錳白云石為主，泥微晶結(jié)構(gòu)，微層狀及球狀構(gòu)造，球粒中含長(zhǎng)英質(zhì)火山碎屑物質(zhì)。

(2)高精度的鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果表明，東平錳礦層頂部沉凝灰?guī)r的加權(quán)平均年齡分別為250.8±2.1Ma、250.6±2.2Ma；首次報(bào)道的足榮錳礦層頂部沉凝灰?guī)r層年齡為243.6±2.3Ma，對(duì)應(yīng)早三疊世奧倫尼克期和中三疊世安尼期，對(duì)桂西南三疊紀(jì)錳礦成礦時(shí)限提供了很好的制約。

(3)東平-足榮錳礦正好形成于伸展盆地轉(zhuǎn)換為擠壓盆地的重要時(shí)期，盆地的沉積演化特征明顯受該時(shí)期盆地演化的影響。含錳巖系頂部沉凝灰?guī)r樣品的多構(gòu)造環(huán)境判別圖解及La/Nb、Nb/Ta值、REE配分曲線顯示沉凝灰?guī)r巖漿可能形成于與俯沖消減作用相關(guān)的碰撞-弧相關(guān)或活動(dòng)大陸邊緣相關(guān)背景。東平錳礦頂部沉凝灰?guī)r與廣西憑祥-東興三疊紀(jì)中酸性火山巖整體層序具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，顯示東平-足榮錳礦的形成可能受到憑祥-東興火山作用的影響。

(4)含錳巖系的U、V、Mo元素含量及U/Th、V/Cr、V/(V+Ni)、Ni/Co比值顯示東平-足榮錳礦形成于氧化-次氧化的沉積環(huán)境。含錳巖系中沉凝灰?guī)r及球狀錳礦石中長(zhǎng)英質(zhì)火山球粒的發(fā)現(xiàn)是海底熱液作用存在的直接證據(jù)。含錳巖系的logU-logTh和Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn)圖解及微量元素Ba含量、Ba/Sr值顯示成礦作用受到熱水作用的影響。

致謝本次研究野外工作得到中國(guó)冶金地質(zhì)總廣西地質(zhì)勘查院、中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司礦山工作人員的支持；論文寫(xiě)作過(guò)程中受到中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院牛向龍、牛斯達(dá)、周起鳳的大力協(xié)助；審稿專家提出了寶貴的意見(jiàn)；謹(jǐn)此一并致謝。