廣西宜州下石炭統巴平組碳酸錳礦地質特征及成因機理研究

張 鵬

(中國—東盟地學合作中心，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全國錳資源總量的一半以上[1]。

廣西地區含錳地層主要有上泥盆統榴江組和五指山組、下石炭統巴平組2段、下三疊統北泗組[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。對廣西宜州地區碳酸錳礦沉積特征與成礦環境進行深入的研究，并探討其成因機理，對于進一步開展優質錳礦的勘查和推動地質找礦具有重要的現實意義。

1 區域地質背景

研究區位于特提斯與濱太平洋構造域的接合部位桂中坳陷。主要沉積中泥盆統—中三疊統地層，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，構成了工作區主要的構造格架。主要發育宜州斷裂、北牙斷裂、北山斷裂、渡口斷裂等。研究區錳礦主要分布于上石炭統巴平組2段(C1-2b2)含錳巖系中，主要呈含錳灰巖層[3]。

2 錳礦地質特征

2.1 含錳巖系

研究區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-中層狀微晶灰巖、砂屑微晶灰巖、含生物屑砂屑微晶灰巖，夾鈣質硅質巖、泥巖、硅質巖條帶和團塊微晶灰巖。整體為臺溝、臺凹沉積環境。

第2段：為研究區最主要的含錳層位，巖性主要為深灰色薄-中層狀微晶灰巖夾含錳灰巖層(圖1)和錳礦層(圖2)，夾少量薄層狀泥巖、碳質泥巖，局部含少量沉積型黃鐵礦，頂部多見一層厚約0.2～0.5 m的鮞粒灰巖。整體為臺緣斜坡沉積環境。

第3段：為灰色中-厚層狀礫屑灰巖、灰白色厚層狀礫屑灰質白云巖。整體為局限臺地沉積環境。

總之，巴平組沉積水深由下至上淺—深淺的過程，反映了區域上表現為一次較大的海平面變化，含錳灰巖主要為主海侵-海退的沉積轉換面附近。

2.2 礦體產出特征

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

以龍頭礦區為例，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，前者紋理發育，后者不甚清晰，礦厚0.6～0.8 m，個別最厚達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晶含錳灰巖，厚0.9～1.5 m；三礦層礦石呈淺灰、灰白、粉紅色、具帶狀構造，紋層發育，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巖，厚0.9～1.2 m；二礦層為淺灰、灰色碳酸錳礦，紋層發育，厚0.4～0.5 m，Mn 17.81%；夾1為淺灰色顆粒泥晶含錳灰巖，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，后者具較為發育的紋層構造。

2.3 礦石的類型、結構、構造

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造。礦物以錳-鈣系列類質同相的錳方解石，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。鈣菱錳礦主要出現于第三礦層，第四礦層也有少量出現。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、碳質等。

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

3 礦床成因機制

3.1 地層與成礦的關系

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

(1)地層產狀與錳礦層的關系。研究區沉積錳礦層或含錳層主要賦存于下石炭統巴平組2段，一般呈層狀，部分為似層狀產出，與圍巖(頂、底板)為同生連續沉積關系。錳礦層的分布、產狀、變化與地層協調一致，是沉積地層有機的組成部分。

(2)巖性和巖石組合與錳礦的關系。研究區錳礦層主要產于下石炭統巴平組2段的含硅質的碳酸鹽巖或硅質頁巖地層建造中。與錳礦密切伴生的巖石類型主要為由不同比例的硅質、灰質和泥質所組成的二組分或三組分混積巖；單一的硅質巖、灰巖或泥巖等所占比重不大。錳礦層形成階段，以內源沉積作用為主，為靜水呈懸浮狀態加積于內源沉積物的產物。錳礦與其伴生的巖石具有基本一致的結構和構造，錳質混積于巖石中，巖石組分也混積于錳礦石中，有著共同的成因聯系[4-5]。

(3)地層時代與錳礦成礦作用。研究區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子臺地東南緣的地史演化有著密切關系。

3.2 沉積相與成礦的關系

研究區沉積碳酸錳礦主要賦存于淺海陸棚相臺溝、臺凹亞相內，整體為低能、半封閉、水體較深的還原環境中，并呈現水體越深，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)結構構造、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境；含錳巖系中，或多或少均有一定數量的硅質沉積；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-海退的沉積旋回；海進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在由海浸轉為海退沉積轉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 構造控礦特征

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

廣西錳礦成礦期主要分布于地槽結束以后的地臺海相蓋層形成時期；晚加里東運動所形成的地臺性質和構造格局，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。需要一個相對穩定的大地構造背景。

3.4 礦床成因機制

現代大洋中未有錳碳酸鹽的沉積報道，大洋底部錳結核和結殼以氧化物的形式出現，但地史時期碳酸錳礦床分布廣泛。

通過以上工作發現：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，錳礦層沿深水臺溝、臺凹相區邊緣，呈帶狀、串珠狀分布，向臺地方向及臺溝、臺凹中心方向兩端尖滅或礦層變薄品位下降；具有控相性質的華力西期斷裂構造是工作區主要的控礦因素，斷裂附近的臺溝、臺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，進而控制著碳酸錳礦的形成，構造正斷層斷裂的發育有利于形成錳礦有利的成礦條件。即研究區碳酸錳礦礦產的成因機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 找礦標志

研究區碳酸錳礦主要受控于地層和沉積相，因此找礦標志有如下：

各種錳礦體露頭是重要的直接找礦標志；沖溝內和山坡上的錳礦碎塊也可作為良好的找礦標志；巴平組礦層底板的薄層灰巖與硅質巖互層、頂板的鮞粒灰巖以及蓋層的厚層塊狀白云巖，都可以作為找礦標志層；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，為含錳巖系風化作用的產物，在其下面或附近有望繼續尋找錳礦床；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志。

5 結論

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

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

(3)研究區碳酸錳礦礦產的成因機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。