桂西南東平錳礦成礦地質條件及礦床成因分析

黃世財，阮 荻

（廣西壯族自治區第四地質隊，廣西 南寧 530033）

東平錳礦地處桂西南地區，是一處大型紅土型錳礦床[1]。礦區內主要產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，但層位穩定，分布廣泛。以往礦區主要開采氧化錳礦，隨著近年冶煉技術的提升，也開始對碳酸錳礦進行開采利用，其地質研究工作日益漸受到重視。碳酸錳礦層主要受沉積相、層序及成礦物質來源等因素控制，本文試圖通過研究東平錳的成礦地質條件、沉積相特征，探討礦床成因及富集規律。

1 區域地質背景

礦區位于右江盆地西南緣，大地構造位置屬滇黔桂被動陸緣富寧-那坡陸緣沉降帶的下雷拗拉谷的西側，西鄰靖西—田東隆起，東面為西大明山隆起。區內主要出露泥盆系、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，下三疊統石炮組是區內主要的含礦層位[2]，普遍缺失上三疊統地層。

晚泥盆世至中三疊世，礦區經歷了裂谷盆地-被動大陸邊緣-前陸盆地的構造演化[3]。早三疊世，礦區處于活動大陸邊緣階段，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，發育灰-深灰色薄層泥灰巖、硅質泥灰巖，并含多個碳酸錳礦層（含錳層）。

區域構造較發育，主要的控礦構造為山月嶺向斜及向都背斜，整體構造線方向為NE向；區域斷裂構造以NE向為主，次為NW向，斷裂構造對錳礦層具有一定的破壞改造作用。

區域巖漿巖活動較弱，僅在中三疊統地層中發育少量凝灰巖層。

2 礦床地質特征

2.1 含錳巖系及礦體特征

東平礦區錳礦體呈層狀、似層狀產出，與圍巖呈整合接觸，主要分布于洞蒙復式向斜核部及兩翼的次級褶皺，其分布嚴格受褶皺形態的控制。

含錳巖系屬下三疊統的東平層（T1d），東平層是1/5萬區調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）硅質泥灰巖、（含錳）泥灰巖以及硅質巖、鈣質泥巖等，局部見少量凝灰質泥巖、沉凝灰巖，生物稀少，以少量介形蟲為主。

東平層可劃分為27個小層，自下而上包含Ⅹ1、Ⅹ2、Ⅹ3、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2、Ⅺ等14個含錳層，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五個礦層可形成具有工業價值的碳酸錳礦層。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。

含錳巖系沉積構造較為單一，以水平紋層為主，局部發育透鏡狀層理，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，發育更為密集的水平紋層構造，反映了礦層形成于相對較深的沉積環境和較弱的水動力環境。

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，偶見黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦，礦石結構主要為微晶結構、顯微鱗片泥質結構，次為他形粒狀及顯微鱗片變晶結構。礦石構造以微紋層狀、薄-微紋層狀構造為主，次為塊狀構造、生物攏動構造、脈狀穿插構造、略具動向構造、豆鮞狀構造等。其中Ⅱ、Ⅳ礦層普遍見豆鮞狀構造，鮞豆粒構造在鏡下鮞粒與圍巖邊界不明顯，鮞粒中有些礦物重結晶比較明顯，可以見到一些較粗的礦物晶體，鮞粒本身沒有明顯的核心，分帶不明顯，或沒有分帶。脈石礦物主要為方解石和石英，次為水云母和綠泥石，偶見白云石。

3 成礦地質條件

3.1 巖相條件

東平錳礦含錳層沉積建造的形成與活動被動大陸邊緣的沉積構造背景密切相關，錳礦層沉積于具有淺海陸棚特征的盆地中，沉積建造類型屬黏土巖-硅質-碳酸鹽巖建造，主要巖石類型為泥灰巖、硅質巖。其中，黏土巖-碳酸鹽巖建造對成礦較為有利，硅質-碳酸鹽巖建造次之。硅質含量與錳質含量往往呈負相關，自礦層向圍巖或礦層頂板，可見硅質含量趨于增多，而錳質含量則相對降低。

3.2 沉積相條件

礦區沉積相可劃分為臺地相、臺地邊緣相、斜坡-盆地相3種沉積類型[2]，含錳層以深色薄-中層含錳泥質灰巖、錳質含鈣泥巖沉積為主，化石較少，以介形類及薄殼雙殼類及浮游菊石為主，指示含錳層形成于深水盆地相中。

目前普遍認為錳質沉積經歷溶解與沉淀的過程，其過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賦存形態的性質，也控制錳礦的發育。臺地環境水體較淺，水動力較強，不適宜硅質、錳質沉積。深水盆地相水體較深，水動力較弱，且易受熱水活動及海平面升降活動的影響，從而引起沉積水體中氧化還原條件的改變，易形成硅質、碳酸錳礦沉積的介質環境，有利錳質的沉積。深水盆地相同時具有較為封閉的形態，較弱的水動力環境也有利于錳質的進一步富集。

3.3 成礦物質來源

礦區錳礦中常見發育的豆鮞粒構造，對成礦物質來源有一定的指示意義。錳礦層中的豆鮞粒與形成于淺海強水動力環境的鮞粒有較大不同。錳礦中的鮞粒沒有內部圈層結構，往往呈球狀或橢球狀，鮞粒與鮞粒間常見彼此相聯，形成順層分布的串珠狀鮞粒層，具有一定的層理構造。鮞粒礦物成分與基質無異，以菱錳礦和二氧化硅為主，鮞粒與基質間無明顯邊界，呈過渡接觸。上述特征表明豆鮞粒的形成與水流攪動無關，鮞粒與錳礦層為同期形成，其形成可能與海底熱水帶來的膠體有關，海底熱水噴流提供了膠體的物質來源，最終通過膠體凝聚或是在先期形成的孔洞中沉淀形成鮞粒。

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

4 礦床成因分析

晚二疊世至早三疊世，礦區基本繼承了右江盆地早期臺盆相間的構造格局。早三疊世，在印支運動拉張作用下，礦區開始進入了裂谷坳陷期，在晚古生代就已形成的裂陷帶進一步擴張，形成大面積的深水盆地，發育的臺地-斜坡-盆地的構造格局。深水盆地以低能、還原環境為主，具有較好的封閉條件，為錳礦沉積提供了有利場所。

早三疊世的區域性拉張活動不僅為海底熱水活動提供了構造動力背景，為錳質帶來豐富的來源，同時拉張活動也為盆地中水體的升降提供了環境。目前國內外對于盆地內錳礦成礦模式已基本達成一致認識：有利于成錳的盆地是一個出現水體分層的海相盆地，錳質在盆地缺氧的深水沉積物中溶解儲存，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展有關，錳質的富集出現在層序地層格架中海侵體系域與高水位體系域轉換期內（Jarvis，2001）。通過對東平層含錳巖系進行層序研究分析，可知含錳巖系的發育經歷了多次海平面變化[5]，下三疊統石炮組可劃分為四個海進-海退旋回，且與全球海平面三級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，礦層與圍巖具有不同的沉積構造特征，礦層相比圍巖除鮞粒結構外，發育了更為密集的紋層結構，表明相對深水的還原環境中礦石的品位也會更高（圖1）。綜合考慮礦區的巖相條件、古地理條件以及成礦物質來源、海平面升降規律等方面因素，認為礦床的形成經歷以下兩個階段：

圖1 東平錳礦鉆孔巖心礦層與圍巖照片

（1）對應石炮組下部，因為熱水活動，水體中富含大量溶解態的Mn2+離子，此時盆內處于水體較淺的氧化環境，富氧的水層與海水中的溶解態的Mn2+離子大量混合，最終形成Mn4+離子的高價氧化物，在界面處，錳主要以氧化物顆粒的形式存在于沉積物表面，并進一步在封閉的有利部位富集。

（2）對應東平層（石炮組上部），隨著海侵的逐漸進行，海平面上升，盆地內逐漸轉為還原環境，此前形成的Mn4+的氧化物受還原環境的影響重新變為Mn2+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，發育更加密集的紋層結構，表明礦層形成于更加深水的還原環境中。

5 結論

（1）東平錳礦碳酸錳礦層賦存于下三疊統東平層中，含錳巖系一般為硅質泥灰巖、泥灰巖組合，礦體呈層狀、似層狀產出，礦體分布受沉積環境及褶皺、斷裂等后期構造的控制，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-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安靜的水體，有利于錳質的富集，該環境易受熱水活動影響從而引起沉積介質條件的改變，促進了錳質的溶解和沉淀作用。

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

（4）早三疊世，礦區處于活動被動大陸邊緣階段，區域性的拉張活動形成了有利于錳礦富集沉積的深水盆地，同時帶來了深部熱水為錳質提供來源，隨著全球性海平面升降活動進行，水體中的錳質在海退過程中被氧化為Mn4+氧化物并在氧化還原界面富集沉淀，海侵發生后富集的錳質氧化物重新還原為Mn2+離子并于HCO3

-離子結合形成碳酸錳礦層。