廣西忻城縣馬泗錳礦床地質特征及找礦方向

龍明周，張大明，馬小林，李 偉

(廣西壯族自治區(qū)第四地質隊，廣西 南寧 530031)

0 引言

錳廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)的各個領域，在國民經濟中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。其中冶金工業(yè)是最重要的領域，用錳量占95%，作為脫氧劑、脫硫劑及制造錳系合金[1-2]。中國錳礦資源較豐富，資源量排名世界第5位，主要分布在貴州、廣西、云南、湖南、重慶、四川、遼寧等省區(qū)，河北、甘肅、新彊、陜西、內蒙等省區(qū)也有少量分布。礦床類型有海相沉積型錳礦床、火山-沉積型錳礦床、碳酸鹽中熱水沉積型(或“層控”型)鐵錳鉛鋅礦床、與巖漿作用有關的熱液型礦床、受變質型錳礦床及表生錳礦床[3]。

廣西錳礦成礦地質條件優(yōu)越，錳礦資源豐富，已發(fā)現(xiàn)錳礦工業(yè)礦產地99處，其中大型錳礦床2處，中型錳礦床22處，小型錳礦床75處，累計查明錳礦資源量近3億噸，排名全國第2。礦床類型主要有海相沉積型錳礦床及風化(表生)錳礦床兩類，主要成錳期為晚泥盆世、早石炭世、中二疊世及早三疊世，主要成礦帶有晚泥盆世下雷成礦帶、早石炭世龍頭成礦帶、中二疊世柳州—來賓成礦帶及早三疊世東平成礦帶[4-5]。其中早石炭世龍頭成礦帶位于天峨、南丹、河池、宜州、忻城一帶，該區(qū)以往已探明中型錳礦床兩處(龍頭、理苗)，小型錳礦床多處，近年來在廣西找礦突破戰(zhàn)略行動工作的部署下，又新發(fā)現(xiàn)了馬泗錳礦床，礦床位于龍頭成礦帶東南部，成因類型為海相沉積型，賦礦層位為下—上石炭統(tǒng)巴平組，目前已發(fā)現(xiàn)有5層碳酸錳礦，呈層狀分布在弄竹—塘嶺向斜內，初步估算推斷資源量達1200萬噸以上，取得了良好找礦效果。本文通過對馬泗錳礦床地質特征及成礦條件的分析，探討礦區(qū)及區(qū)域找礦方向，為下一步找礦工作部署提供參考。

1 區(qū)域地質背景

馬泗錳礦床地處廣西壯族自治區(qū)中部，位于桂中早石炭世錳礦三級成礦帶的北西部。大地構造位置處于桂中—桂東北褶皺系來賓凹陷中北部。區(qū)域地層由老至新出露有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系和第四系(圖1)。其中，下—上石炭統(tǒng)巴平組(C1-2b)是本區(qū)的含錳層位，為一套暗色碳酸鹽巖夾硅質條帶沉積，為水體相對較深的凹槽相沉積。

區(qū)域主要構造線為NE、NW向，NE向構造形跡多為小型的短軸背斜，如古段背斜、塘嶺—石脈背斜等，NW向的主要有拉利背斜、六坡—羅村向斜，拉仁斷裂構造主要有NE、NW和近EW向三組。近EW向展布的北牙大斷裂和宜州大斷裂屬區(qū)域性大斷裂丹池斷裂的南東段分枝，北牙大斷裂在宜州-高堡一帶往南突出，為高角度逆斷層，傾角64°～70°，它控制含錳地層和錳礦的分布，是區(qū)域內主要控巖控礦構造。宜州大斷裂走向近東西，西起河池經宜州至柳城，兩端分別與南丹斷裂、桂林斷裂相接，構成向南突出的弧形，控制晚古生代沉積相及白堊紀盆地。NW向規(guī)模較大的斷裂分布于拉仁經索云街至加貴，為丹池斷裂南東段。其他如北山、里苗、洛富、白崖等NW向斷裂則多位于小背斜核部附近且橫穿背斜，延伸不長，錯移各地層。NE向一組斷裂亦較為發(fā)育，貫穿礦區(qū)的馬泗—洛東斷裂是主要代表，具壓扭性特征，為逆斷層或性質不明斷層，沿走向有分枝復合現(xiàn)象。常錯移含錳層位或原生錳礦層至地表形成氧化錳礦床。次級的NW小斷層破壞原生含錳層的連續(xù)性。

圖1 馬泗錳礦區(qū)域地質礦產簡圖

—加貴向斜等。其次級褶皺較發(fā)育，錳礦主要分布于背斜翼部及次級向斜中。礦區(qū)位于塘嶺—石脈背斜南端的塘嶺復式背斜中。

錳礦在區(qū)域上受深大斷裂控制，龍頭—同德一帶的錳礦即分布于兩大區(qū)域性大斷裂間，呈近EW向展布。在忻城馬泗—宜州洛東，北牙大斷裂為NE向，與同為NE向的馬泗—洛東斷裂控制著含錳巖性及錳礦體的分布。

2 礦區(qū)地質特征

2.1 地層

礦區(qū)出露的地層由老至新有上泥盆統(tǒng)融縣組(D3r)、下—上石炭統(tǒng)巴平組(C1-2b)、上石炭統(tǒng)大埔組(C2d)、上石炭—下二疊統(tǒng)南丹組(C2Pn)、中二疊統(tǒng)棲霞組(P2q)(圖2)。各地層巖性特征如下：

融縣組：巖性以淺灰色、灰色、中厚層-塊狀礫屑灰?guī)r，鮞?；?guī)r、砂屑、粉屑灰?guī)r為主，夾白云質灰?guī)r、白云巖，厚度>188.11 m。

巴平組：是本區(qū)的含錳地層，根據(jù)巖性組合可細分為兩個巖性段，各段巖性特征如下：

下段：巖性上部為淺灰、灰色薄-中層狀含硅質條帶、團塊微晶灰?guī)r、泥灰?guī)r，下部為灰、深灰色薄-中層狀含炭質泥巖、泥巖夾硅質巖。厚59.61～90.32 m。

上段：為礦區(qū)的含錳巖系。巖性以灰、深灰色薄-中層狀含錳灰?guī)r、含錳硅質灰?guī)r、含錳豆鮞?；?guī)r為主，夾碳酸錳礦層、生物屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r，局部見硅質條帶或結核。厚6.42～22.36 m。

大埔組：巖性為淺灰、灰色角礫狀白云巖、細晶白云巖、白云質灰?guī)r，細-中晶結構，角礫狀構造、塊狀構造。厚99.17～164.01 m。

南丹組：巖性上部為深灰—灰白色厚層塊狀礫屑灰?guī)r、生物屑灰?guī)r、白云質灰?guī)r；下部為深灰色薄—中層狀微晶灰?guī)r、含生物微晶灰?guī)r夾薄層狀硅質巖、燧石團塊或條帶灰?guī)r。厚70～450 m。

棲霞組：巖性為深灰、灰黑色薄-中厚層狀生物屑泥-粉晶灰?guī)r，含生物屑泥-粉晶灰?guī)r、泥晶藻屑灰?guī)r、生物碎屑泥晶灰?guī)r、亮晶生物屑灰?guī)r等，層間常夾泥質條帶，或硅質條帶和結核。厚375～546 m。

圖2 馬泗礦區(qū)地質簡圖

2.2 構造

礦區(qū)位于宜州裂陷槽盆的中部。區(qū)內次級褶皺發(fā)育，自西向東由洛沖—板么背斜、弄竹-塘嶺向斜及更峒-新洞背斜等3個褶皺所組成，控制著本區(qū)錳礦的空間展布。褶皺特征如下：

洛沖—板么背斜位于礦區(qū)西部，南北長約5.5 km，東西寬1.0～2.0 km，軸向11°，軸面傾向SE，樞紐彎曲。核部地層為上泥盆統(tǒng)融縣組，翼部為下—上石炭統(tǒng)巴平組、上石炭統(tǒng)大埔組、上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)南丹組。巖層傾角較緩，一般為10°～20°。由受F1斷層的破壞，兩翼地層多不對稱，形態(tài)不完整。

弄竹-塘嶺向斜位于礦區(qū)中北部，南北長約6 km，東西寬1.5～2.6 km。核部地層為上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)南丹組，翼部為上石炭統(tǒng)大埔組、下—上石炭統(tǒng)巴平組、上泥盆統(tǒng)融縣組。向斜軸向NE，軸面近直立，兩翼巖層傾角較緩，核部近水平，為一寬緩向斜(圖3)。

更峒-新洞背斜位于礦區(qū)東部，長度約4 km，寬1.0～1.5 km。核部地層為上泥盆統(tǒng)融縣組，翼部依次為下—上石炭統(tǒng)巴平組、上石炭統(tǒng)大埔組及上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)南丹組。背斜軸向21°，軸面傾向NW，兩翼地層多不對稱，NW翼緩10°～20°，NE翼陡40°～60°。

區(qū)內斷裂發(fā)育NE及NW向兩組，其中NE向斷裂均為區(qū)域性斷裂，規(guī)模大，延伸長，對地層的破壞較大，并控制著本區(qū)錳礦層的出露及分布，對礦層影響大。NW向斷裂規(guī)模小，對礦層影響較小。

圖3 馬泗錳礦28勘探線剖面圖

礦區(qū)內未見巖漿巖出露。

3 礦床地質特征

3.1 含錳巖系特征

礦區(qū)賦礦層位位于巴平組，含錳巖系位于巴平組上段，可分為11個分層(圖4)，由下而上：

1分層(底板)：為灰色、深灰色含錳硅質條帶灰?guī)r、泥灰?guī)r，局部含炭質或黃鐵礦條帶，厚2.45～5.46 m。

2分層(Ⅰ層礦)：灰、深灰色碳酸錳礦，微晶結構，薄層狀構造，厚0.10～0.19 m。

3分層(夾一)：淺灰、灰色微晶含錳硅質灰?guī)r，厚0.92～1.84 m。

4分層(Ⅱ礦層)：灰色、深灰色、灰黑色碳酸錳礦，微粒結構、薄-中層狀構造，含束狀、條紋狀黃鐵礦，厚0.36～1.61 m。

5分層(夾二)：灰色泥晶—微晶含錳硅質灰?guī)r，含黃鐵礦、碳質，厚0.33～3.64 m。

6分層(Ⅲ礦層)：灰色、深灰色、灰黑色碳酸錳礦，微粒結構、薄層狀構造，微細粒黃鐵礦呈條帶狀或團塊狀分布，厚0.05～0.16 m。

7分層(夾三)：灰、深灰色生物屑微晶含錳硅質灰?guī)r，常見黃鐵礦、碳質，厚0.79～2.99 m。

8分層(Ⅳ礦層)：深灰色、灰黑色碳酸錳礦，微粒結構、薄層狀構造，含微層狀或透鏡狀黃鐵礦，厚0.59～1.70 m。

9分層(夾四)：淺灰、灰色礫屑含錳硅質灰?guī)r，厚0.72～1.04 m。

10分層(Ⅴ礦層)：深灰色、灰黑色碳酸錳礦，厚0.11～0.55 m。

11分層(頂板)：淺灰、灰色豆鮞粒含錳灰?guī)r，厚0.72～2.17 m。

3.2 礦層特征

礦區(qū)錳礦主要分布于弄竹—塘嶺向斜內，呈NE向展布，以碳酸錳礦為主，地表及淺部有少量氧化錳礦，氧化深度20～30 m。共發(fā)現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五層礦，主礦層為Ⅱ號和Ⅳ號，Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ礦層厚度薄，分布有限，未具工業(yè)價值。主礦層特征：

Ⅱ礦層：分布在16～64線，礦層厚0.36～1.61 m，平均厚0.91 m。Mn的品位為8.61%～18.69%，平均12.71%；w(TFe)為0.22%～1.87%，平均0.76%；w(P)為0.024%～0.170%，平均0.076%；w(SiO2)為5.92%～24.70%，平均17.91%；w(CaO)為0.56%～32.13%，平均25.10%；w(MgO)為3.04%～20.05%，平均4.62%；w(Al2O3)為0.31%～4.19%，平均0.62%；灼失量為26.20%～37.27%，平均30.74%；Mn/TFe比值為5.46～49.33，平均16.72；P/Mn比值為0.0024～0.0173，平均0.0060；w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)比值為0.79～6.22，平均1.60。氧化礦石的Mn品位為10.31%～24.51%。

Ⅳ礦層：分布在07～64線，位于Ⅱ礦層上部，間距1.17～6.79 m。礦層厚0.59～1.70 m，平均厚0.88 m。Mn的品位為9.81%～20.50%，平均15.90%；w(TFe)為0.30%～2.30%，平均1.15%；w(P)為0.041%～0.22%，平均0.120%；w(SiO2)為7.12%～59.67%，平均15.93%；w(CaO)為0.55%～28.03%，平均22.21%；w(MgO)為0.39%～19.26%，平均4.31%；w(Al2O3)為0.23%～6.05%，平均0.48%；灼失量為7.74%～32.67%，平均29.88%；Mn/TFe比值為5.74～58.70，平均13.83；P/Mn比值為0.0023～0.0162，平均0.0075；w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)比值為0.79～4.20，平均1.62。氧化礦石的Mn品位10.44%～24.32%。

圖4 馬泗礦區(qū)含錳巖系柱狀圖

3.3 礦石質量特征

3.3.1 礦石類型及礦石物質組分

礦石自然類型為碳酸錳礦及氧化錳礦，以碳酸錳礦為主。

碳酸錳礦石：礦石礦物以菱錳礦及錳方解石為主，少量黃鐵礦，脈石礦物主要為方解石、次為白云石、石英、玉髓等。

氧化錳礦石：礦石礦物以軟錳礦、硬錳礦為主，次為褐鐵礦，偶見偏錳酸礦、水錳礦。脈石礦物為石英、玉髓、高嶺石、絹云母和水云母等。

礦石工業(yè)類型為冶金用錳礦石，根據(jù)P/Mn比值、Mn/TFe比值及w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)比值，礦石主要為中高磷低鐵堿性礦石。

3.3.2 礦石結構構造

碳酸錳礦石：礦石結構以微晶結構為主，次為隱晶質結構，礦石構造以微—薄層狀(圖5)，次為條帶狀、塊狀。

圖5 微—薄層狀碳酸錳礦石

氧化錳礦石：礦石結構以隱晶質結構、顯微粒狀結構。礦石構造以粉末狀構造為主(圖6)，次為塊狀、軟土狀、角礫狀、條帶狀構造。

圖6 粉末狀氧化錳礦石

4 控礦因素

4.1 地層、巖性

馬泗礦區(qū)錳礦層產于巴平組上段頂部，含錳巖系為一套暗色碳酸鹽巖夾硅質條帶沉積，為水體相對較深的凹槽相沉積，層位較為穩(wěn)定。主要巖性為含錳灰?guī)r、含錳硅質灰?guī)r、含錳硅質條帶灰?guī)r，夾碳酸錳礦層。在礦層頂部3～5 m處普遍存在一層厚0.72～2.71 m的淺灰、灰?guī)r中厚層狀豆鮞粒含錳灰?guī)r，是本區(qū)錳礦重要的找礦標志層。

4.2 構造條件

宜州—忻城地區(qū)錳礦的形成與區(qū)域大地構造的演化密切相關，近EW向斷裂及NE向斷裂是區(qū)內主要控巖控相控礦構造，其控制的臺溝相控制了錳礦點的分布。而NE向次級褶皺控制了馬泗錳礦床的分布，礦層產狀、形態(tài)受褶皺構造控制明顯，因此，褶皺構造具明顯的控礦作用，尤其是向斜構造，對成礦起富集作用并有利于碳酸錳礦層的保存。

4.3 巖相古地理

區(qū)域錳礦床(點)多產于凹槽(臺溝)相帶內(圖7)，馬泗錳礦即產于南丹—宜州臺間凹槽(臺溝)相帶東南部，受巖相控制明顯。因此臺間凹槽(臺溝)相帶是區(qū)域錳礦沉淀的重要場所及控制因素。

圖7 早石炭世巖相古地理圖(據(jù)侯宗林，1996修編)

5 礦床成因

5.1 錳質來源

對于桂中早石炭世錳礦的物質來源目前存在兩種觀點，一種認為是冷水沉積，成礦物質來自于古陸物質[6-7]；另一種認為是熱水沉積，成礦物質來源與海底熱水活動關系密切[8-10]。根據(jù)馬泗礦區(qū)礦石微量元素分析結果(表1)，Co、Ni元素含量普遍較高，Co/Ni比值為0.41～1.43，平均0.76，反應熱水沉積特征，成礦物質來源與海底熱水活動有關[11-14]。另一方面，根據(jù)區(qū)域已知的錳礦床(點)普遍分布于區(qū)域性大斷裂附近，這樣的分布特點，除斷裂控制臺溝分布的原因外，更多是因為區(qū)域性大斷裂規(guī)模較大，切割較深，或可達幔源，成為熱水運移的通道，區(qū)內巴平組含錳巖系中也出現(xiàn)有多層硅質灰?guī)r及硅質巖條帶，說明錳礦的形成有可能受到了熱水沉積作用的影響[15]。綜上所述，筆者認為，馬泗錳礦屬熱水沉積，錳質主要來源于海底熱水活動，不排除古陸物質的參與。

表1 礦石微量元素分析結果

5.2 礦床成因

對宜州—忻城地區(qū)早石炭世錳礦的成因前人已作了較多研究，雖然在錳質來源上尚存在爭議，但對礦床成因類型認識上是一致的，即屬海相沉積型錳礦床[3-6，8-9]。

中泥盆世，在古特提斯洋擴張與區(qū)域性地殼伸展環(huán)境下，近EW向、NW向及NE向的基底斷裂活動頻繁并不斷加強，將本區(qū)分割為臺-盆相間的古地理格局，盆地內沿著近EW向宜州同沉積斷裂形成了次級狹長坳陷槽溝，晚泥盆世，伴隨區(qū)域性的海退，海水變淺，沉積條帶狀、扁豆狀灰?guī)r等淺水沉積。到早石炭世，本區(qū)基本繼承了晚泥盆世臺-盆相間古地理格局，隨著區(qū)域伸展作用的進一步加強，洛東—馬泗一帶以近EW向的引張作用為主，輔以NE向同沉積斷裂，形成了NNE向次級斷裂沉降帶。早石炭世大塘期，隨著區(qū)域地殼的穩(wěn)定抬升，區(qū)內發(fā)生小規(guī)模海退，沉積環(huán)境由穩(wěn)定的還原環(huán)境向一種相對低能、寧靜、半封閉的、以還原—弱氧化過渡，沉積了一套暗色碳酸鹽巖夾硅質條帶沉積，并沉積了多層碳酸錳礦。至大塘期晚期，沉積環(huán)境向臺地邊緣斜坡相過渡，成錳沉積環(huán)境結束，在碳酸錳礦層的頂部形成了角礫狀硅質白云巖、含硅白云巖，使本區(qū)的礦源層完整的保留下來。

6 找礦標志與找礦方向

6.1 找礦標志

1)礦體露頭標志：在礦區(qū)內的沖溝、塌方、民采坑發(fā)現(xiàn)的錳礦層露頭或錳礦轉塊，是直接的找礦標志。

2)地層巖性標志：巴平組上段是本區(qū)錳礦賦礦層位，含錳巖系為一套暗色碳酸鹽巖夾硅質條帶沉積，主要巖性為含錳灰?guī)r、含錳硅質灰?guī)r、含錳硅質條帶灰?guī)r，是重要的找礦標志。此外，在礦層頂部3～5 m處普遍存在一層厚0.72～2.71 m的淺灰、灰?guī)r中厚層狀豆鮞粒含錳灰?guī)r，是本區(qū)錳礦重要的找礦標志層。

3)構造標志：褶皺構造控制著本區(qū)錳礦層的分布、產狀及形態(tài)特征，尤其是向斜構造對成礦起富集作用并有利于碳酸錳礦層的保存，是重要的找礦標志。

6.2 找礦方向

通過區(qū)域地質背景及礦區(qū)成礦地質特征和控礦因素分析，筆者認為馬泗錳礦賦存于NW向南丹-宜州臺溝南東部NE向次級盆地內(圖1)，NW和SE均受同沉積斷裂圈閉，盆地內里苗—洛富—肯棚一帶和礦區(qū)沉積環(huán)境、構造特征基本相似，地表已斷續(xù)發(fā)現(xiàn)氧化錳礦體，深部是碳酸錳礦資源潛力區(qū)。在區(qū)域上北牙-高堡-洛東大斷裂和其北側的宜州大斷裂間的臺溝中巖相古地理和本區(qū)相似，已發(fā)現(xiàn)有一中型錳礦龍頭錳礦床及同德、山等、塘窩等眾多小型氧化錳礦床，深部亦有碳酸錳礦找礦較大潛力。此外，礦區(qū)東部到桂中盆地為大面積分布上石炭—二疊紀沉積，深部石炭系保存完整，局部揚起如忻城大塘、柳江里高等地己發(fā)現(xiàn)有氧化錳礦點，向斜盆地深部有較好的找礦前景。

7 結論

通過對馬泗錳礦床地質特征研究，在初步分析控礦因素、找礦標志和礦床成因基礎上，可得出以下結論：

1)馬泗錳礦床產于下—上石炭統(tǒng)巴平組中，受地層層位、巖性、構造及巖相古地理控制，礦床成因類型屬于海相沉積型。

2)通過對區(qū)域成礦地質背景及礦區(qū)成礦地質特征和控礦因素分析，指出了里苗—洛富—肯棚、龍頭礦區(qū)—同德—山等、忻城大塘、柳江里高等地區(qū)的臺溝相巴平組，是今后尋找早石炭世錳礦有利地區(qū)。