廣西宜州下石炭統(tǒng)巴平組碳酸錳礦地質(zhì)特征及成因機(jī)理研究

張 鵬

(中國—東盟地學(xué)合作中心，廣西 南寧 530023)

我國錳礦資源分布極不平衡，主要分布于廣西和湖南兩省，主要以氧化錳與碳酸錳礦石為主，其碳酸錳礦石資源量達(dá)全國錳資源總量的一半以上[1]。

廣西地區(qū)含錳地層主要有上泥盆統(tǒng)榴江組和五指山組、下石炭統(tǒng)巴平組2段、下三疊統(tǒng)北泗組[2]。其中，巴平組2段是重要的含錳地層，且為資源量最大的碳酸錳礦礦石類型。對廣西宜州地區(qū)碳酸錳礦沉積特征與成礦環(huán)境進(jìn)行深入的研究，并探討其成因機(jī)理，對于進(jìn)一步開展優(yōu)質(zhì)錳礦的勘查和推動(dòng)地質(zhì)找礦具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于特提斯與濱太平洋構(gòu)造域的接合部位桂中坳陷。主要沉積中泥盆統(tǒng)—中三疊統(tǒng)地層，其中，石炭系和二疊系分布最為廣泛。以北西向、北北西向、北北東向、北東向、近東西向弧形斷裂為主，少量南北向斷裂，構(gòu)成了工作區(qū)主要的構(gòu)造格架。主要發(fā)育宜州斷裂、北牙斷裂、北山斷裂、渡口斷裂等。研究區(qū)錳礦主要分布于上石炭統(tǒng)巴平組2段(C1-2b2)含錳巖系中，主要呈含錳灰?guī)r層[3]。

2 錳礦地質(zhì)特征

2.1 含錳巖系

研究區(qū)巴平組主要分布于龍頭—北牙一帶和東部馬泗—洛東一帶背斜核部，厚50～220 m。根據(jù)其巖性自下而上分為3段：

第1段：巖性主要為深灰色薄-中層狀微晶灰?guī)r、砂屑微晶灰?guī)r、含生物屑砂屑微晶灰?guī)r，夾鈣質(zhì)硅質(zhì)巖、泥巖、硅質(zhì)巖條帶和團(tuán)塊微晶灰?guī)r。整體為臺(tái)溝、臺(tái)凹沉積環(huán)境。

第2段：為研究區(qū)最主要的含錳層位，巖性主要為深灰色薄-中層狀微晶灰?guī)r夾含錳灰?guī)r層(圖1)和錳礦層(圖2)，夾少量薄層狀泥巖、碳質(zhì)泥巖，局部含少量沉積型黃鐵礦，頂部多見一層厚約0.2～0.5 m的鮞?；?guī)r。整體為臺(tái)緣斜坡沉積環(huán)境。

第3段：為灰色中-厚層狀礫屑灰?guī)r、灰白色厚層狀礫屑灰質(zhì)白云巖。整體為局限臺(tái)地沉積環(huán)境。

總之，巴平組沉積水深由下至上淺—深淺的過程，反映了區(qū)域上表現(xiàn)為一次較大的海平面變化，含錳灰?guī)r主要為主海侵-海退的沉積轉(zhuǎn)換面附近。

2.2 礦體產(chǎn)出特征

研究區(qū)礦體基本由4層碳酸錳礦組成，礦層呈薄層狀或似層狀產(chǎn)出。其中，二礦層和四層礦的分布呈層狀，分布較為穩(wěn)定，厚度也較大；一層礦、三層礦呈似層狀-透鏡狀，分布不穩(wěn)定，在下部變薄甚至尖滅。

以龍頭礦區(qū)為例，自上而下為：四礦層位于含錳層頂部，礦石分青灰色和灰黑色兩種，前者紋理發(fā)育，后者不甚清晰，礦厚0.6～0.8 m，個(gè)別最厚達(dá)l.5 m，東北部礦體邊緣最薄0.1～0.15 m，Mn 17.63%；夾3為淺灰或灰黑色硅化結(jié)晶含錳灰?guī)r，厚0.9～1.5 m；三礦層礦石呈淺灰、灰白、粉紅色、具帶狀構(gòu)造，紋層發(fā)育，厚0.3～0.4 m，邊緣部分變薄尖滅，Mn 14.02%；夾2為淺灰色生物屑泥晶含錳灰?guī)r，厚0.9～1.2 m；二礦層為淺灰、灰色碳酸錳礦，紋層發(fā)育，厚0.4～0.5 m，Mn 17.81%；夾1為淺灰色顆粒泥晶含錳灰?guī)r，厚1.8～2.25 m；一礦層位于含錳層底部，厚l.1～1.85 m，Mn 20.93%，其礦石分為灰黑色及棕黃色兩種，前者含褐錳礦，后者具較為發(fā)育的紋層構(gòu)造。

2.3 礦石的類型、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石呈淺灰、深灰色及粉紅、淡肉紅、淡黃色等，具明顯的紋層及條帶狀構(gòu)造。礦物以錳-鈣系列類質(zhì)同相的錳方解石，含錳方解石為主，其次為鈣菱錳礦，含少量的褐錳礦、硫錳礦及錳白云石。其中錳方解石主要分布在第一、三、四礦層，含錳方解石在第一、二、四礦層。鈣菱錳礦主要出現(xiàn)于第三礦層，第四礦層也有少量出現(xiàn)。褐錳礦見于第四礦層灰黑色礦石中，含量約4%。硫錳礦見于第四及第一礦層，含量2%～4%。錳白云石僅見于第二層礦，含量約11%。礦石中脈石礦物主要為石英及方解石，少量玉髓、白云母、黃鐵礦、文石、高嶺石、綠泥石以及泥質(zhì)、碳質(zhì)等。

礦石呈層狀構(gòu)造及團(tuán)塊狀構(gòu)造，前者因礦物的不同顏色而呈條帶分布，構(gòu)成明暗相間的層理。礦石的結(jié)構(gòu)較簡單，常見有顯微粒狀、散粒狀及異粒結(jié)構(gòu)。

3 礦床成因機(jī)制

3.1 地層與成礦的關(guān)系

地層對沉積錳礦的控制作用主要包括：地層產(chǎn)狀和分布對礦層的控制，巖性和巖石組合與礦層的關(guān)系和地層時(shí)代與成礦作用的關(guān)系等。

(1)地層產(chǎn)狀與錳礦層的關(guān)系。研究區(qū)沉積錳礦層或含錳層主要賦存于下石炭統(tǒng)巴平組2段，一般呈層狀，部分為似層狀產(chǎn)出，與圍巖(頂、底板)為同生連續(xù)沉積關(guān)系。錳礦層的分布、產(chǎn)狀、變化與地層協(xié)調(diào)一致，是沉積地層有機(jī)的組成部分。

(2)巖性和巖石組合與錳礦的關(guān)系。研究區(qū)錳礦層主要產(chǎn)于下石炭統(tǒng)巴平組2段的含硅質(zhì)的碳酸鹽巖或硅質(zhì)頁巖地層建造中。與錳礦密切伴生的巖石類型主要為由不同比例的硅質(zhì)、灰質(zhì)和泥質(zhì)所組成的二組分或三組分混積巖；單一的硅質(zhì)巖、灰?guī)r或泥巖等所占比重不大。錳礦層形成階段，以內(nèi)源沉積作用為主，為靜水呈懸浮狀態(tài)加積于內(nèi)源沉積物的產(chǎn)物。錳礦與其伴生的巖石具有基本一致的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，錳質(zhì)混積于巖石中，巖石組分也混積于錳礦石中，有著共同的成因聯(lián)系[4-5]。

(3)地層時(shí)代與錳礦成礦作用。研究區(qū)沉積錳礦主要分布于早石炭世巴平組2段，靠近早石炭世與晚石炭世之交，與桂中坳陷乃至于揚(yáng)子臺(tái)地東南緣的地史演化有著密切關(guān)系。

3.2 沉積相與成礦的關(guān)系

研究區(qū)沉積碳酸錳礦主要賦存于淺海陸棚相臺(tái)溝、臺(tái)凹亞相內(nèi)，整體為低能、半封閉、水體較深的還原環(huán)境中，并呈現(xiàn)水體越深，越閉塞，含錳巖系厚度越大，品位更高，礦體延伸更長。并呈現(xiàn)如下特征：

(1)各沉積相帶中的含錳沉積的巖性、巖石(或礦石)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、生物特征、指相礦物等反映出一種低能、寧靜和較封閉的以還原條件為主的沉積環(huán)境；含錳巖系中，或多或少均有一定數(shù)量的硅質(zhì)沉積；陸源碎屑的摻合作用較為微弱，僅局部有泥巖和少量粉砂巖夾層或透鏡體。

(2)含錳巖系沉積相的演化，反映了海進(jìn)-海退的沉積旋回；海進(jìn)相序的巖石組合含錳較低；而海退相序也較低；沉積錳礦和含錳層主要出現(xiàn)在由海浸轉(zhuǎn)為海退沉積轉(zhuǎn)換面附近的沉積地層中。

(3)在錳礦或含錳層形成之前，首先出現(xiàn)較深水的沉積相，然后才有沉積錳礦或含錳層的形成。

3.3 構(gòu)造控礦特征

廣西含錳巖系在不同的地質(zhì)歷史時(shí)期均有發(fā)育，但具有重要意義的錳礦床主要分布于上泥盆統(tǒng)、下石炭統(tǒng)、下二疊統(tǒng)和下三疊統(tǒng)，主要形成于華力西-印支期，與廣西大地構(gòu)造演化關(guān)系密切。

廣西錳礦成礦期主要分布于地槽結(jié)束以后的地臺(tái)海相蓋層形成時(shí)期；晚加里東運(yùn)動(dòng)所形成的地臺(tái)性質(zhì)和構(gòu)造格局，對以后沉積錳礦的形成。具有重要的控制作用；沉積錳礦的形成。需要一個(gè)相對穩(wěn)定的大地構(gòu)造背景。

3.4 礦床成因機(jī)制

現(xiàn)代大洋中未有錳碳酸鹽的沉積報(bào)道，大洋底部錳結(jié)核和結(jié)殼以氧化物的形式出現(xiàn)，但地史時(shí)期碳酸錳礦床分布廣泛。

通過以上工作發(fā)現(xiàn)：沉積型碳酸錳礦床受地層層位控制明顯，且僅分布于下石炭統(tǒng)巴平組2段；錳礦床分布受沉積相控制極為明顯，錳礦層沿深水臺(tái)溝、臺(tái)凹相區(qū)邊緣，呈帶狀、串珠狀分布，向臺(tái)地方向及臺(tái)溝、臺(tái)凹中心方向兩端尖滅或礦層變薄品位下降；具有控相性質(zhì)的華力西期斷裂構(gòu)造是工作區(qū)主要的控礦因素，斷裂附近的臺(tái)溝、臺(tái)凹邊緣斜坡相地層往往也是錳礦成礦的有利部位。

因此，海平面變化控制著氧化還原界面的波動(dòng)，進(jìn)而控制著碳酸錳礦的形成，構(gòu)造正斷層斷裂的發(fā)育有利于形成錳礦有利的成礦條件。即研究區(qū)碳酸錳礦礦產(chǎn)的成因機(jī)制主要受控于海平面變化變化引起的氧化還原界面(海侵-海退旋回附近有利于碳酸錳礦的沉積)。

4 找礦標(biāo)志

研究區(qū)碳酸錳礦主要受控于地層和沉積相，因此找礦標(biāo)志有如下：

各種錳礦體露頭是重要的直接找礦標(biāo)志；沖溝內(nèi)和山坡上的錳礦碎塊也可作為良好的找礦標(biāo)志；巴平組礦層底板的薄層灰?guī)r與硅質(zhì)巖互層、頂板的鮞?；?guī)r以及蓋層的厚層塊狀白云巖，都可以作為找礦標(biāo)志層；含有很多像黃豆、綠豆般大小的渾圓的錳粒的紅土，或是含有錳礦塊屑的黑土，為含錳巖系風(fēng)化作用的產(chǎn)物，在其下面或附近有望繼續(xù)尋找錳礦床；錳及其伴生元素Pb、Zn、Ag、Cu的次生暈組合異常作為良好的找礦標(biāo)志。

5 結(jié)論

(1)廣西宜州下石炭統(tǒng)巴平組碳酸錳礦的發(fā)育嚴(yán)格受地層和沉積相的控制，主要沿深水臺(tái)溝、臺(tái)凹相區(qū)邊緣呈帶狀、串珠狀分布，并與由不同比例的硅質(zhì)、灰質(zhì)和泥質(zhì)所組成的二組分或三組分混積巖密切有關(guān)。

(2)地臺(tái)性質(zhì)和構(gòu)造格局對錳礦的形成具有重要的控制作用，斷裂附近的臺(tái)溝、臺(tái)凹邊緣斜坡相地層往往是錳礦成礦的有利部位。

(3)研究區(qū)碳酸錳礦礦產(chǎn)的成因機(jī)制主要受控于海平面變化變化引起的氧化還原界面，海侵-海退旋回附近更有利于碳酸錳礦的沉積。