桂西南東平錳礦成礦地質(zhì)條件及礦床成因分析

黃世財(cái)，阮 荻

（廣西壯族自治區(qū)第四地質(zhì)隊(duì)，廣西 南寧 530033）

東平錳礦地處桂西南地區(qū)，是一處大型紅土型錳礦床[1]。礦區(qū)內(nèi)主要產(chǎn)出錳帽型氧化錳礦和堆積型氧化錳礦，礦層埋藏深部氧化帶以下則為原生沉積型錳礦，沉積型錳礦品位低，但層位穩(wěn)定，分布廣泛。以往礦區(qū)主要開(kāi)采氧化錳礦，隨著近年冶煉技術(shù)的提升，也開(kāi)始對(duì)碳酸錳礦進(jìn)行開(kāi)采利用，其地質(zhì)研究工作日益漸受到重視。碳酸錳礦層主要受沉積相、層序及成礦物質(zhì)來(lái)源等因素控制，本文試圖通過(guò)研究東平錳的成礦地質(zhì)條件、沉積相特征，探討礦床成因及富集規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)位于右江盆地西南緣，大地構(gòu)造位置屬滇黔桂被動(dòng)陸緣富寧-那坡陸緣沉降帶的下雷拗拉谷的西側(cè)，西鄰靖西—田東隆起，東面為西大明山隆起。區(qū)內(nèi)主要出露泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系等地層，泥盆系、石炭系以碳酸鹽巖為主，二疊系以碳酸鹽巖、碎屑巖混合沉積，三疊系以陸緣碎屑巖沉積為主，其中，下三疊統(tǒng)石炮組是區(qū)內(nèi)主要的含礦層位[2]，普遍缺失上三疊統(tǒng)地層。

晚泥盆世至中三疊世，礦區(qū)經(jīng)歷了裂谷盆地-被動(dòng)大陸邊緣-前陸盆地的構(gòu)造演化[3]。早三疊世，礦區(qū)處于活動(dòng)大陸邊緣階段，在天等、田東、德保一帶形成一處拗陷盆地，主要接受碳酸鹽以及越北島弧帶的陸源碎屑混合沉積，發(fā)育灰-深灰色薄層泥灰?guī)r、硅質(zhì)泥灰?guī)r，并含多個(gè)碳酸錳礦層（含錳層）。

區(qū)域構(gòu)造較發(fā)育，主要的控礦構(gòu)造為山月嶺向斜及向都背斜，整體構(gòu)造線方向?yàn)镹E向；區(qū)域斷裂構(gòu)造以NE向?yàn)橹?，次為NW向，斷裂構(gòu)造對(duì)錳礦層具有一定的破壞改造作用。

區(qū)域巖漿巖活動(dòng)較弱，僅在中三疊統(tǒng)地層中發(fā)育少量凝灰?guī)r層。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 含錳巖系及礦體特征

東平礦區(qū)錳礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與圍巖呈整合接觸，主要分布于洞蒙復(fù)式向斜核部及兩翼的次級(jí)褶皺，其分布嚴(yán)格受褶皺形態(tài)的控制。

含錳巖系屬下三疊統(tǒng)的東平層（T1d），東平層是1/5萬(wàn)區(qū)調(diào)最新厘定的非正式地層單位，該層與石炮組上部為同期異相關(guān)系，用以代表該套早三疊世含錳巖系。總體巖性為為灰色-深灰色薄-中層狀（含錳）硅質(zhì)泥灰?guī)r、（含錳）泥灰?guī)r以及硅質(zhì)巖、鈣質(zhì)泥巖等，局部見(jiàn)少量凝灰質(zhì)泥巖、沉凝灰?guī)r，生物稀少，以少量介形蟲(chóng)為主。

東平層可劃分為27個(gè)小層，自下而上包含Ⅹ1、Ⅹ2、Ⅹ3、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2、Ⅺ等14個(gè)含錳層，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五個(gè)礦層可形成具有工業(yè)價(jià)值的碳酸錳礦層。錳礦層錳品位一般7.6-14.5%，厚度為0.26-6.39m。在氧化界線上部，礦層往往氧化富集成氧化錳礦，錳品位較低的含礦層經(jīng)氧化淋慮亦可富集成礦，氧化界線下部為原生碳酸錳礦層。

含錳巖系沉積構(gòu)造較為單一，以水平紋層為主，局部發(fā)育透鏡狀層理，紋層厚幾毫米至2厘米不等，與層面基本平行，礦層與圍巖相比，發(fā)育更為密集的水平紋層構(gòu)造，反映了礦層形成于相對(duì)較深的沉積環(huán)境和較弱的水動(dòng)力環(huán)境。

2.2 礦石特征

碳酸錳礦石的主要礦石礦物為菱錳礦、錳方解石，偶見(jiàn)黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦，礦石結(jié)構(gòu)主要為微晶結(jié)構(gòu)、顯微鱗片泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，次為他形粒狀及顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造以微紋層狀、薄-微紋層狀構(gòu)造為主，次為塊狀構(gòu)造、生物攏動(dòng)構(gòu)造、脈狀穿插構(gòu)造、略具動(dòng)向構(gòu)造、豆鮞狀構(gòu)造等。其中Ⅱ、Ⅳ礦層普遍見(jiàn)豆鮞狀構(gòu)造，鮞豆粒構(gòu)造在鏡下鮞粒與圍巖邊界不明顯，鮞粒中有些礦物重結(jié)晶比較明顯，可以見(jiàn)到一些較粗的礦物晶體，鮞粒本身沒(méi)有明顯的核心，分帶不明顯，或沒(méi)有分帶。脈石礦物主要為方解石和石英，次為水云母和綠泥石，偶見(jiàn)白云石。

3 成礦地質(zhì)條件

3.1 巖相條件

東平錳礦含錳層沉積建造的形成與活動(dòng)被動(dòng)大陸邊緣的沉積構(gòu)造背景密切相關(guān)，錳礦層沉積于具有淺海陸棚特征的盆地中，沉積建造類(lèi)型屬黏土巖-硅質(zhì)-碳酸鹽巖建造，主要巖石類(lèi)型為泥灰?guī)r、硅質(zhì)巖。其中，黏土巖-碳酸鹽巖建造對(duì)成礦較為有利，硅質(zhì)-碳酸鹽巖建造次之。硅質(zhì)含量與錳質(zhì)含量往往呈負(fù)相關(guān)，自礦層向圍巖或礦層頂板，可見(jiàn)硅質(zhì)含量趨于增多，而錳質(zhì)含量則相對(duì)降低。

3.2 沉積相條件

礦區(qū)沉積相可劃分為臺(tái)地相、臺(tái)地邊緣相、斜坡-盆地相3種沉積類(lèi)型[2]，含錳層以深色薄-中層含錳泥質(zhì)灰?guī)r、錳質(zhì)含鈣泥巖沉積為主，化石較少，以介形類(lèi)及薄殼雙殼類(lèi)及浮游菊石為主，指示含錳層形成于深水盆地相中。

目前普遍認(rèn)為錳質(zhì)沉積經(jīng)歷溶解與沉淀的過(guò)程，其過(guò)程主要由氧化作用與還原作用控制，氧化還原界面的變化控制了錳質(zhì)賦存形態(tài)的性質(zhì)，也控制錳礦的發(fā)育。臺(tái)地環(huán)境水體較淺，水動(dòng)力較強(qiáng)，不適宜硅質(zhì)、錳質(zhì)沉積。深水盆地相水體較深，水動(dòng)力較弱，且易受熱水活動(dòng)及海平面升降活動(dòng)的影響，從而引起沉積水體中氧化還原條件的改變，易形成硅質(zhì)、碳酸錳礦沉積的介質(zhì)環(huán)境，有利錳質(zhì)的沉積。深水盆地相同時(shí)具有較為封閉的形態(tài)，較弱的水動(dòng)力環(huán)境也有利于錳質(zhì)的進(jìn)一步富集。

3.3 成礦物質(zhì)來(lái)源

礦區(qū)錳礦中常見(jiàn)發(fā)育的豆鮞粒構(gòu)造，對(duì)成礦物質(zhì)來(lái)源有一定的指示意義。錳礦層中的豆鮞粒與形成于淺海強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境的鮞粒有較大不同。錳礦中的鮞粒沒(méi)有內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)，往往呈球狀或橢球狀，鮞粒與鮞粒間常見(jiàn)彼此相聯(lián)，形成順層分布的串珠狀鮞粒層，具有一定的層理構(gòu)造。鮞粒礦物成分與基質(zhì)無(wú)異，以菱錳礦和二氧化硅為主，鮞粒與基質(zhì)間無(wú)明顯邊界，呈過(guò)渡接觸。上述特征表明豆鮞粒的形成與水流攪動(dòng)無(wú)關(guān)，鮞粒與錳礦層為同期形成，其形成可能與海底熱水帶來(lái)的膠體有關(guān)，海底熱水噴流提供了膠體的物質(zhì)來(lái)源，最終通過(guò)膠體凝聚或是在先期形成的孔洞中沉淀形成鮞粒。

前人對(duì)礦區(qū)含錳巖系開(kāi)展的研究表明，含錳巖系的δEu、δCe及ω（La）/ω（Ce）、ω（La）/ω（Ye）—ω（∑REE）等圖解反映了礦區(qū)錳礦的形成與熱水噴流沉積活動(dòng)有關(guān)[4]。

4 礦床成因分析

晚二疊世至早三疊世，礦區(qū)基本繼承了右江盆地早期臺(tái)盆相間的構(gòu)造格局。早三疊世，在印支運(yùn)動(dòng)拉張作用下，礦區(qū)開(kāi)始進(jìn)入了裂谷坳陷期，在晚古生代就已形成的裂陷帶進(jìn)一步擴(kuò)張，形成大面積的深水盆地，發(fā)育的臺(tái)地-斜坡-盆地的構(gòu)造格局。深水盆地以低能、還原環(huán)境為主，具有較好的封閉條件，為錳礦沉積提供了有利場(chǎng)所。

早三疊世的區(qū)域性拉張活動(dòng)不僅為海底熱水活動(dòng)提供了構(gòu)造動(dòng)力背景，為錳質(zhì)帶來(lái)豐富的來(lái)源，同時(shí)拉張活動(dòng)也為盆地中水體的升降提供了環(huán)境。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于盆地內(nèi)錳礦成礦模式已基本達(dá)成一致認(rèn)識(shí)：有利于成錳的盆地是一個(gè)出現(xiàn)水體分層的海相盆地，錳質(zhì)在盆地缺氧的深水沉積物中溶解儲(chǔ)存，而在盆地氧化還原界面位置重新沉淀。含錳巖系中錳含量的高值與海平面上升期最低含氧帶擴(kuò)展有關(guān)，錳質(zhì)的富集出現(xiàn)在層序地層格架中海侵體系域與高水位體系域轉(zhuǎn)換期內(nèi)（Jarvis，2001）。通過(guò)對(duì)東平層含錳巖系進(jìn)行層序研究分析，可知含錳巖系的發(fā)育經(jīng)歷了多次海平面變化[5]，下三疊統(tǒng)石炮組可劃分為四個(gè)海進(jìn)-海退旋回，且與全球海平面三級(jí)變化具有較好的同步性。水體的變化含錳巖系中也有所體現(xiàn)，礦層與圍巖具有不同的沉積構(gòu)造特征，礦層相比圍巖除鮞粒結(jié)構(gòu)外，發(fā)育了更為密集的紋層結(jié)構(gòu)，表明相對(duì)深水的還原環(huán)境中礦石的品位也會(huì)更高（圖1）。綜合考慮礦區(qū)的巖相條件、古地理?xiàng)l件以及成礦物質(zhì)來(lái)源、海平面升降規(guī)律等方面因素，認(rèn)為礦床的形成經(jīng)歷以下兩個(gè)階段：

圖1 東平錳礦鉆孔巖心礦層與圍巖照片

（1）對(duì)應(yīng)石炮組下部，因?yàn)闊崴顒?dòng)，水體中富含大量溶解態(tài)的Mn2+離子，此時(shí)盆內(nèi)處于水體較淺的氧化環(huán)境，富氧的水層與海水中的溶解態(tài)的Mn2+離子大量混合，最終形成Mn4+離子的高價(jià)氧化物，在界面處，錳主要以氧化物顆粒的形式存在于沉積物表面，并進(jìn)一步在封閉的有利部位富集。

（2）對(duì)應(yīng)東平層（石炮組上部），隨著海侵的逐漸進(jìn)行，海平面上升，盆地內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)為還原環(huán)境，此前形成的Mn4+的氧化物受還原環(huán)境的影響重新變?yōu)镸n2+離子并溶解于海水，隨著離子濃度升高，Mn2+離子于水體中的HCO3-離子結(jié)合形成碳酸錳礦層沉積成礦。

東平錳礦的礦層與圍巖相比，發(fā)育更加密集的紋層結(jié)構(gòu)，表明礦層形成于更加深水的還原環(huán)境中。

5 結(jié)論

（1）東平錳礦碳酸錳礦層賦存于下三疊統(tǒng)東平層中，含錳巖系一般為硅質(zhì)泥灰?guī)r、泥灰?guī)r組合，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體分布受沉積環(huán)境及褶皺、斷裂等后期構(gòu)造的控制，屬于典型的沉積型礦床。

（2）東平錳礦碳酸錳礦層屬黏土巖-硅質(zhì)-碳酸鹽巖建造，形成于深水盆地相，該沉積相中具有良好的封閉性和相對(duì)安靜的水體，有利于錳質(zhì)的富集，該環(huán)境易受熱水活動(dòng)影響從而引起沉積介質(zhì)條件的改變，促進(jìn)了錳質(zhì)的溶解和沉淀作用。

（3）前人研究表明礦區(qū)的錳礦層的形成與熱水噴流沉積活動(dòng)有關(guān)，礦層中普遍發(fā)育的鮞粒與淺海環(huán)境形成的鮞粒不同，其形態(tài)特征以及礦物成分表明其形成于海底熱水相關(guān)，錳礦形成受到熱水活動(dòng)的影響。

（4）早三疊世，礦區(qū)處于活動(dòng)被動(dòng)大陸邊緣階段，區(qū)域性的拉張活動(dòng)形成了有利于錳礦富集沉積的深水盆地，同時(shí)帶來(lái)了深部熱水為錳質(zhì)提供來(lái)源，隨著全球性海平面升降活動(dòng)進(jìn)行，水體中的錳質(zhì)在海退過(guò)程中被氧化為Mn4+氧化物并在氧化還原界面富集沉淀，海侵發(fā)生后富集的錳質(zhì)氧化物重新還原為Mn2+離子并于HCO3

-離子結(jié)合形成碳酸錳礦層。