桂西南海相热水沉积锰矿勘查地球化学标志——以龙邦、龙昌锰矿为例

李 飞 ，施泽明 ，裴云婧 ，李丽芬 ，张 丽 ，黄小东

（1.成都理工大学地球化学与核资源工程系，成都 610059；2.四川地质工程勘察院，成都 610072；3.四川省地学核技术重点实验室，成都 610059；4.四川地质矿产勘查开发局四〇五地质队，四川 都江堰 611830；5.冶金地质总局中南局，武汉 430081）

锰是冶金工业的重要原料，随着我国经济的高速发展，日产锰矿资源满足不了钢铁生产的需求，而桂西南又是中国的锰矿富集区，近年来已发现靖西县龙昌、龙邦地区赋存有泥盆系上统五指山组“下雷式”优质锰矿。为取得良好的找矿效果，对该区典型锰矿地球化学特征进行研究，揭示其成矿规律，对寻找新的锰矿资源基地，扩大锰矿远景资源量，具有特别重要的意义。

1 成矿地质背景

1.1 成锰沉积盆地

图1 晚泥盆世桂西-滇东成锰沉积盆地构造位置

广西锰矿资源主要集中在桂西南的靖西、大新地区，含锰盆地主要有富宁—那坡晚泥盆世拉张盆地、靖西—大新晚泥盆世拉张盆地、早石炭世龙川—宁干走滑拉张盆地等。这些盆地主要属转换型沉积盆地，其形成与走滑断裂系统的拉张作用有关。

富宁—那坡、靖西—大新成锰盆地形成于右江盆地裂谷演化的拉张期，由于北西向断裂的拉张和北东向断裂的走滑拉张共同作用，形成了次级坳陷槽盆。这种坳陷槽盆（槽沟）具有弱碱性还原环境和欠补偿的条件，是深部热液锰质富集储存的有利场所。富宁—那坡、靖西—大新成锰沉积盆地受坳陷槽盆控制，沿北东向断裂呈狭长带状展布（图1），在北西、北东两组断裂交汇处及附近形成了具有工业意义的锰矿床。

桂西南沉积锰盆地在海西—印支期经历了初裂、强裂、逆转、余裂和消亡的全过程，并形成了晚泥盆世、早石炭世和早三叠世，三个阶段的含锰建造体系，龙邦和龙昌主要含锰沉积建造为晚泥盆世赋矿层位五指山组，为浅海盆地台沟式台槽相，硅质—碳酸盐或硅质—粘土岩微相环境形成了工业意义的锰矿床，在沉积分异进行缓慢热水成矿作用持久，并具备陆源碎屑欠补偿的有利条件，易于形成规模巨大沉积锰矿。

1.2 含锰岩系

研究区含锰岩系主要为上泥盆统五指山组，广泛分布于大新—下雷—靖西—那坡一带，为浅海盆地或台沟相硅质、泥质碳酸盐岩建造。含锰岩系主要由钙质泥岩、条带灰岩、藻层—纹层状硅质灰岩、微晶质，夹2～3层碳酸锰矿或碳酸锰—硅酸锰矿层组成。五指山含锰岩系，其岩性各处有所变化。大新下雷—靖西龙邦一带含锰地层岩性大体与下雷锰矿相似，岩石为硅质—泥质—钙质组成的混合类型，由于各种组份含量的变化，形成多种岩石类型，夹2～3层碳酸锰矿。此锰矿带延展长度在60km以上[1]。

2 水系沉积物测量

2.1 采样分析及数理统计

本次对龙邦和龙昌矿区及其外围共计287km2进行了水系沉积物测量工作，样品根据有关技术要求采集，共采得有效样品1 136件。对分析数据数量统计后得到工作区各元素平均值、富集系数及变化系数（表1）。以富集系数大于 1.5和变化系数大于 1为依据作为划分地质体元素组合依据。可得工区组合元素为Mn、Ag、As、Sb、Sn、Mo、Co、Ni。

表1 水系沉积物测量元素特征表

对测区水系沉积物测量结果锰元素含量≥2 500×10-6的475件样品的分析数据进行对数处理后进行相关分析，与锰呈显著正相关的元素有Ag、Mo、Cu、As、Ba等。

2.2 水系沉积物异常特征

1）Mn异常面积一般大于 5Km2，比其他元素大很多，强度最高可达100 000n×10-6，清晰，衬度大。

2）Ⅰ级水系沉积物 Mn异常中心距锰矿长 0～400m，并有 Ag、Mo、Cu、As、Zn、Ni、Ti、Ba、Cr、V等异常；Ⅱ级水系沉积物 Mn异常中心距锰矿带100～500m，伴有Ag、Zn、Cu、Ni、Ti、Ba异常；Ⅲ级水系沉积物中Mn异常在距赋锰地层 2.2～3.2Km水系沉积物中Mn元素含量仍为1 953～3 314×10-6异常，并伴有Cu、As、Zn、Ba、V异常。

水系沉积物异常规模、强度与矿床规模、品位及剥露程度有关，并受地形地貌的影响。通过对水系沉积物元素地球化学特征分析，认为矿床地球化学异常的元素组合为：Mn、Ag、Cu、As、Mo、Co、Ni、V、Sb；Mn 与 Ag、Mo、Cu、As呈正相关（图2）。

2.3 异常查证

图2 HS-7异常剖析图

对HS-7、HS-10、HS-6三个异常进行了查证，证实3个异常浓集中心位于石炭系下统大塘阶地层中。该地层以灰岩为主，夹1～20m的硅质泥岩、泥灰岩、泥岩，局部可见锰泥。施工QJ4浅井对HS-11异常的浓集中心进行查证，见到含角砾状的锰矿层，厚0.52m，锰品位15%～20%，为泥盆系上统榴江组地层中的锰矿层。施工山地工程，也分别对展布于上泥盆统五指山组地层的 HS-8、HS-9、HS-12进行了查证，均见矿。锰矿层厚 0.31～0.73m，锰品位 18%～49%。

表2 龙昌、龙邦锰矿区土壤元素贫化富集参数特征表

3 土壤地球化学测量

龙昌、龙邦属亚热带、温带潮湿气候，第四系残坡积层及植被发育；土壤为硅、铝、铁、锰型浅棕褐—砖红色土。在龙昌、龙邦两个锰矿床进行了土壤地球化学剖面测量，采样点距为20m，剖面总长1 225m，共采得有效样品139件。

3.1 土壤中元素富集特点

通过龙昌、龙邦锰矿床各种岩石与土壤元素富集系数的计算结果（表 2）表明，在锰矿风化后，有Mn、As、Sb、Ag、Hg、Cu、Mo、Zn等富集，Mn富集达4.71倍，As、Sb、Co、Ni达8倍以上，此外还有Ba、Ce、V等。

3.2 土壤地球化学异常特征

土壤地球化学异常与疏松层剥蚀、覆盖厚度有关，在不同残坡积层中形成的异常元素组合及其强度有一定差异。异常范围往往与矿体所处的地形及坡度有关，一般坡度越大异常范围也大，异常中心位移也越大[4]。

相关分析表明，Mn与Ag密切呈正相关，其次与 Ni、Zn、Ba、Cu、Pb、Bi、Sb、Ce等呈正相关，Mn与V、Ti、Cr、Fe呈负相关，而As与Sb、Bi密切正相关，As与Mn接近正相关。

通过龙昌、龙邦锰矿土壤地球化学剖面测量，在已知锰矿体上方土壤中Mn、Ag、Hg、As、Sb、Zn 等均出现了异常（图3），有Mn、Ag、As、Sb、Mo、Ni、Zn、Cu、Hg及 Ce、Ba异常组合，其中Mn、Ag、As、Sb、Hg异常强度高，范围较大。

为评价元素土壤地球化学异常与锰矿的关系，研究了龙昌、龙邦锰矿土壤Mn元素组合异常，（Cu＋Zn）/Zn、(As＋Sb＋Ag)/Ag比值及Mn与Ag元素的相关性，在锰矿上方Mn异常中，（Cu＋Zn）/Zn比值为 1.45～1.79、（AS＋Sb＋Ag）/Ag比值为1.06～1.56，而Mn与Ag相关性为正相关。这三项综合指标，是区分锰矿异常与非锰矿异常的土壤Mn地球化学综合标志（表3）。

表3 龙昌、龙邦锰矿床赋锰矿层上土壤地球化学异常综合判别指标

4 岩石地球化学测量

图3 龙昌锰矿地球化学剖面图

龙昌、龙邦锰矿床为优质富锰矿（地表为氧化锰矿，深部为碳酸锰），锰矿层主要赋存于泥盆系上统五指山组（D3w），第二岩性段（D3w2）中，该段岩性为硅质泥岩～硅质灰岩，Ⅰ、Ⅱ矿层赋存于该段的底部、顶部，受一定层位和含矿岩系控制。因此应用岩石地球化学测量方法建立优质锰矿的岩石地球化学模型，可以很好地指导锰矿找矿[5]。

4.1 赋锰岩系地球化学特征

经统计，赋锰岩系Mn浓集克拉克值最低1.13，最高为48.47；Mn富集系数低值为3.02，最高为 116.11。其中钙质泥岩中Mn浓集克拉克值及富集系数均最高，而硅质灰岩锰浓集克拉克值和富集系数仅低于硅质泥岩，为赋存锰矿岩系居第二位。

钙质泥岩除富集元素 Mn外，还有 As、Sb、Ag、Cu、Co、Ni、Ce等，显然，这个元素组合便是赋锰岩系的指示元素组合。

锰矿与围岩（顶底板）在95%置信度下Mn 与 As、Sb、Hg、Ag、Co、B、Ba、Fe、Ce、P正相关，与Sb、Ag密切相关，与Ti、Cr、V呈负相关。

4.2 赋锰岩石地球化学特征

图4是龙邦锰矿地球化学剖面图，在赋锰矿部位能形成Mn、Ba、及Ag＋As＋Sb、Sb＋Bi元素累加异常，Mn于赋矿层上、下盘，形成了处中带Mn异常，Ba在锰矿体上、下盘形成了外带异常，上盘晕比下盘晕发育已上达地表；Ag＋As＋Sb累加异常也比较发育，其中带包裹于锰矿体与Mn元素中带宽度相当；Sb＋Bi元素异常于锰矿体上，下盘有外、中带异常，中带紧包裹于矿体，异常宽度比Ag＋As＋Sb异常范围窄。

表4 矿层元素比值特征表

热水沉积锰矿床原生晕形成于同生沉积成岩过程，其晕形态简单亦呈层状，晕与成矿元素相同。矿层底板元素含量稍高于顶板含量，具浓度分带特征，而无明显的组分分带特征，难以划分前缘晕、尾晕元素。上述元素岩石地球化学异常表明于赋锰矿层部位有锰元素外、中带异常，Ag＋As＋Sb元素的外、中带异常及Sb＋Bi元素的外、中带异常。这种元素浓度带特征是赋锰岩系岩石地球化学锰矿异常特征。

为研究赋锰矿层岩石地球化学异常特征，建立赋锰矿层岩石地球化学异常评价标志，在已知赋锰矿层中，研究了元素对比值 Mn元素与伴生元素相关性。结果表明，在赋锰矿层中，Ag/（Ag＋Zn＋Cu）比值为 0.59～0.91、Ag/（Ag＋B＋Ce）比值在 0.58～0.82间，Mn、Ag两元素间呈正相关，这三项指标可作为赋锰矿层岩石地球化学综合评价标志。

图4 龙邦锰矿岩石地球化学剖面图

5 结论

综上所述，龙昌、龙邦锰矿区勘查地球化学标志为：

1）水系沉积物测量：①指示元素组合为 Mn、Ag、Cu、As、Mo、Co、Ni、V、Sb，且 Mn 与 Ag、Mo、Cu、As呈正相关；②Mn元素异常面积一般>5Km2,流长>2 200m，Mn异常含量可达n×100 000×10-6，Mn异常强度随离开源远逐渐降低。

2）土壤地球化学测量：①指示元素组为 Mn、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Mo、Co、Ni、Zn、Ba、Ce，Mn 与 Ag呈正相关；②（Cu+Zn）/Zn比值为1.45～1.79，（As+Sb+Ag）/Ag 比值为1.06～1.56。

3）岩石地球化学测量：① 指示元素组合为 Mn、Ag、As、Sb、Hg、Co、Ni、Ti、V、Ba、Ce；②Ag/（Ag＋Zn＋Cu）比值为0.59～0.91、Ag/（Ag＋B＋Ce）比值为 0.58～0.82，Mn、Ag两元素间呈正相关。

最后，提出龙昌、龙邦锰矿的勘查地球化学标志模型如图5。

图5 龙昌、龙邦锰矿的勘查地球化学模型

[1] 李升福，王泽华，李朗田, 等. 桂西南优质锰矿成矿机理分析[J]. 资源环境与工程. 2009, 23, (4).

[2] 黄桂强. 广西靖西县岜爱山矿区优质锰矿普查报告[R]. 2008

[3] 孙凤舟，李惠. 锰矿地球化学勘查方法技术[J]. 中国南方锰矿地质. 1996, 227～234.

[4] 蒋敬业，程建萍，祁士华，向武. 应用地球化学[M]. 中国地质大学出版社, 2006

[5] 李毅. 广西热水沉积矿床成矿规律及找矿方向研究[D]，长沙：中南大学，2007.1～337