广西天等县东平矿区外围锰矿地质特征与成因研究

龙 涛，彭 磊，丁大庆，张绍屏，龙 鹏，刘 云

(1. 中国冶金地质总局 广西地质勘查院，广西 南宁 530022; 2. 中国冶金地质总局 矿产资源研究院，北京 101300; 3. 广西壮族自治区地质调查院，广西 南宁 530023)

0 前 言

研究区位于广西天等县东平镇，地理坐标为东经107°07′53″～107°11′22″，北纬23°17′17″～23°18′56″，处于我国著名的桂西南锰矿富集区的中东部。前人在东平矿区的冬裕、咸柳、驮仁东、那造、驮仁西、顶花岭、渌利、迪诺、驮琶、乌鼠山、洞蒙及平尧等12个矿段已开展过大量的找矿勘查工作，为本次研究提供了较为详实的基础地质资料。本次研究工作的主要对象为东平矿区外围氧化界线下部的碳酸锰矿。开展东平锰矿区外围锰矿床的成矿规律和成因研究对今后在该地区寻找相同类型的矿床有重要的现实指导意义。

1 区域地质概况

研究区所在区域出露地层有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系及第四系(见图1)。由于龙州运动(柳江运动)使地壳缓慢上升，造成区域性海退，使局部地区露出海面并遭受风化剥蚀形成泥盆系与石炭系间的平行不整合，同时，海盆内某些低洼的水下盆地逐渐形成闭塞环境，这对沉积锰的形成具有重要意义[1]；印支运动使上古生界和下、中三叠统地层全面褶皱，基本形成了目前所见的盖层构造型式。区内岩浆活动比较弱，有海底喷发和侵入两类，以前者为主。

图1 东平锰矿区外围地质图

2 矿区地质概况

2.1 地层

矿区内出露的地层有石炭纪上统、二叠纪中统栖霞组、茅口组、二叠纪上统合山组、三叠纪下统马脚岭组、北泗组、三叠纪中统百蓬组及第四系。其中三叠纪下统北泗组分布在乌鼠山向斜、洞蒙向斜各个次级褶皱的两翼，为工作区的含锰岩系[2-3]。北泗组地层从下往上分为4个岩性段28个分层(见图2)。其岩性具体如下。

图2 东平锰矿区含锰岩系柱状图(据文献[4]修改)

第1岩性段：灰色—深灰色薄至中层状微粒含锰硅质泥灰岩、硅质泥灰岩，局部夹粉砂岩、粉砂质泥岩,厚13.80 m。

第2岩性段：由15个分层组成，厚40.25 m[4]。1～5分层岩性为微粒薄—纹层状含锰硅质泥灰岩，其中第1分层、第3分层及第5分层原生带中含锰一般为5%～8%，氧化带中均能形成工业矿体，第2分层、第4分层、第6分层含锰小于5%，为锰矿层中的夹层。7～15分层：岩性为微粒薄—纹层状含锰硅质泥灰岩，其中7、9、11、13分层为碳酸锰矿层(Mn≥10%)，为工作区的主矿层，矿层编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，余者含锰一般小于5%，为锰矿层中的夹层。

第3岩性段：由10个分层组成，岩性为微粒薄—纹层状硅质泥灰岩，其中2、4、6、8、10分层锰含量大于5%，其余分层均为夹层，编号为Ⅵ～Ⅸ。

第4岩性段：深灰色薄—中层微粒至致密硅质泥灰岩、凝灰质硅质泥灰岩，顶部局部见有含锰硅质泥灰岩层、氧化带中能形成氧化锰矿层，氧化锰矿层编号为Ⅺ[4]。

2.2 构造

矿区的地层呈紧密线状接触，褶皱发育，断裂相对不发育，矿区位于区域一级褶皱摩天岭复式向斜的南翼，处在区域二级褶皱向都背斜北翼与山月岭向斜南翼之间，断裂构造不发育，规模较大的断层有F1、F2，小断裂有F22、F23、 F4、F16。除F1断层对矿区的矿层有挫断外，其他断层对矿区的锰矿层均无影响，详见图1[4]。

2.3 岩浆岩

区内岩浆活动比较弱，有海底喷发和侵入两类，以前者为主，且侵入岩有少量辉绿岩脉，分布在工作区的北东面，侵入上二叠统合山组内。喷出岩主要有晶屑凝灰岩和凝灰岩，凝灰岩喷出于百蓬组下部，一般呈层状，与地层呈顺层产出，接触部位围岩无蚀变现象。

3 矿(化)体特征

锰矿层赋存在北泗组中部，层状产出，与围岩为整合接触，氧化界线之上为氧化锰矿，已经开展过勘探工作，地表氧化矿也已基本上开采殆尽，不是本次研究的对象；氧化界线之下为碳酸锰矿，以往只作过了解，未开展过系统的地质工作，是本次工作的主要对象。在原生带中，含锰岩系中的14层矿胚层，由于其含锰不同，形成锰矿层的连续性也不同，各个矿胚层形成的锰矿层的连续性特征如下。

3.1 各锰矿层的连续性

Ⅹ1、Ⅹ2、Ⅹ3、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅺ矿层：在工作区中，Ⅹ3、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅺ等5个碳酸锰矿层基本上缺失，Ⅹ1、Ⅹ2、Ⅴ等3个碳酸锰矿层仅在局部地段有出现，原因是各层的原生矿胚层含锰低，一般在4%～5%。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅸ2、Ⅸ1矿层：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ等3个矿层为工作区的主矿层，在走向或倾向上，各矿胚层含锰Mn≥8%，且以Mn≥10%为主，因此各碳酸锰矿层连续性好，厚度稳定。

Ⅲ、Ⅸ2、Ⅸ1等3个矿层为工作区的次要矿层，矿胚层含锰Mn≥8%的地段，深部发育有碳酸锰矿，矿胚层含锰在3%～5%的地段，碳酸锰矿层缺失，因此，Ⅲ、Ⅸ2、Ⅸ1等3个矿层存在尖灭的现象，连续性差。

3.2 锰矿层形态产状及展布特征

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ碳酸锰矿层分布在洞蒙复式向斜的两翼，受各级褶皱构造的影响，其形态、产状各有不同。展布于洞蒙复式向斜北翼的矿层总体走向呈北东约60(°)～70(°)方向，倾角为22(°)～68(°)。展布于洞蒙复式向斜南翼锰矿层总体呈北东约70(°)方向，倾角为17(°)～70(°)。

Ⅸ1、Ⅸ2锰矿层零星分布在洞蒙向斜北翼，赋存在下三叠统北泗组第3岩性段顶部，分别在12～28线、44线及60线有出露。展布于向斜Ⅳ-1北西翼，矿层总体走向呈北东约67(°)方向，倾角为56(°)～61(°)，展布于向斜Ⅳ-1南东翼，矿层总体走向呈北东约247(°)方向，倾角为29(°)～68(°)，展布于背斜Ⅳ-2南东翼，矿层总体走向呈北东约67(°)方向，倾角为26(°)～58(°)。

3.3 锰矿层富集规律

3.3.1 锰矿层总体富集情况

在走向上，锰矿层在12线至28线最富集，Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层合并层厚度最大，往东、西两侧锰矿层厚度有变小的趋势，锰品位变化不大[2，4]。在倾向上，锰矿层在洞蒙复式向斜的核部厚度最大，往两翼厚度有逐渐变小的趋势，锰品位变化不大，具体见表1。

表1 沿走向主锰矿层地质特征

在倾向上，锰矿层在洞蒙复式向斜的核部厚度最大，往两翼厚度有逐渐变小的趋势，锰品位变化不大，具体统计见表2。

表2 沿倾向主锰矿层地质特征表

3.3.2 Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层与第3岩性段的关系

Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层赋存在第2岩性段上部，与第3岩性段呈整合接触。总体上来说，第3岩性段厚度越大，且其间的Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2等5层含锰性硅质泥灰岩含锰越低，Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层厚度就越大，锰品位越富。

3.3.3 Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层与凝灰岩的关系

总体上锰矿层距离凝灰岩越远，含锰越高，形成锰矿层的厚度越大。主要原因是火山喷发作用产生大量的热液，流经矿胚层时，萃取其锰质，使其含锰变低。如Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2等矿层与凝灰岩层较近，大部分地段不能形成锰矿体[5-6]。

而Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层与凝灰岩层较远，含锰较高，形成锰矿层厚度较大。如洞蒙向斜南翼ZK1205钻孔，所见各个矿胚层与凝灰岩层距离最大(>136 m)，该孔中Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2含锰均小于5%，Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层厚度达20.73 m，锰品位为11.64%。

3.3.4 Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层与F1正断层的关系

F1正断层为区域上的深大断裂，其活动所产生的热液，对主矿层的锰质叠加及富集有重要作用[7-8]。在上盘，靠近F1断层的钻孔有ZK2804、ZK1203，其中ZK2804钻孔Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层合并层厚14.68 m，Mn 11.88%；ZK1203钻孔Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层合并层厚12.11 m，Mn 11.62%。在下盘，靠近F1断层的钻孔有ZK2006、ZK1205，ZK2006钻孔Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层合并层厚19.44 m，Mn 12.12%，ZK1205钻孔Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ矿层合并层厚20.73 m，Mn 11.64%。

4 围岩蚀变

矿区内锰矿层赋存于三叠系下统北泗组中段，见有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅸ1、Ⅸ2等6个矿层，矿层与围岩系连续沉积的整合接触关系，锰矿层与围岩界线明显。原生碳酸锰矿层顶、底板围岩均为硅质泥灰岩(Mn<5%)、含锰硅质泥灰岩(5%≤Mn<10%)。岩石一般呈深灰、灰黑等色，具隐晶—微晶结构，微—薄层构造、豆状构造、块状构造等，岩性坚硬，主要成分为方解石70%～90%，石英8%～30%，次为白云石3%～8%，粘土矿物1%～5%，含锰矿物主要为菱锰矿，各个锰矿层顶、底的含锰量稍有差别。

各矿体中均发育有极少量的石英细脉，还有含锰方解石细脉穿插，脉体厚<1 cm，一般0.5～5 cm，呈白色、乳白色、淡黄色。石英脉主要成分为石英、次有粘土质和方解石。石英脉只产在矿层中，不切入围岩，且多与矿层走向垂直或斜交，平行者少见，偶见分叉复合。

5 矿床成因及控矿因素

5.1 岩相古地理

矿区处在早三叠世晚期天等—德保成锰沉积盆地中。该盆地属右江—南盘江印支期裂隙谷盆地的组成部分，位于靖西—武鸣浅水碳酸盐台地北缘缓坡脚，在德保、田东、天等一带形成半封闭、滞流内湾浅海的拗陷盆地[1]，面积约1 500 km2，如图3所示。

1 浅海台地相；2 台地边缘浅滩相；3 浅海盆地相；4 中型锰矿床；5 小型锰矿床；6 锰矿点；① 东平；② 江城；③ 作登；④ 平尧；⑤ 足荣；⑥ 大旺

从岩相古地理分析，该盆地处半封闭台地，并早三叠世晚期海浸扩大，海水变深，同时由于北东向构造与北西向构造复合制约，天等东平—德保足荣一带形成水下海湾。在从沉积相分析，其为含硅质的泥粉晶灰岩组合；从含锰矿物分析，其主要为锰方解石，以及含菊石等浮游生物。这些条件表明当时海湾的水动力条件较弱，海水滞流，水介质呈弱碱性至中性，这对二价锰的沉积较为有利[9-11]。

5.2 矿床成因

本文研究认为整个东平地区碳酸锰矿床的形成过程可分为碳酸锰原生沉积和热液改造富集两个阶段，其矿床成因类型应为“海相沉积—热液改造”型碳酸锰矿床。

5.2.1 原生沉积成矿阶段

早三叠世晚期海浸扩大，海水变深，由于广西海盆周围的越北古陆、云开古陆和江南古陆长期遭受剥蚀，铁锰物质被搬运带入海盆；同时，早三叠世晚期桂西地槽广泛发育海相基性或中酸性火山岩系，海底火山喷溢活动强烈，喷溢的热卤水也带来丰富的锰质，为锰矿的形成提供了另一个较为充足的物质来源。在海浸环境半封闭的低能弱还原—还原环境中，丰富的锰质被沉积，沉积形成原生的矿胚层及一套含锰硅质泥灰岩。原生的矿胚层具如下特征：①含颗粒较小的黄铁矿，其硫同位素分析属生物硫，为沉积过程中硫细菌作用所形成[6]。②含较多的菊石化石，碳酸锰矿石中常见生物扰动等沉积构造。③沉积环境形成的矿胚层一般含锰5%～8%。

5.2.2 后期热液叠加富集成矿阶段

原生的矿胚层形成后经热液改造富集，其热液有两种来源，一种是火山喷发(凝灰岩)所带来岩浆热液，该热液不含锰质，但流经下部的Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2等原生含锰硅质泥灰岩时会萃取大量的锰质，富含锰质的热液经长距离的流动，到主矿层时已减速降温，有利于在原生主矿层的叠加和富集；另一种是F1断层活动所带来的动力热液，富含锰质，对锰矿层的叠加富集十分有利。通过叠加富集而形成的矿胚层经热液改造富集形成的碳酸锰矿具如下特征。

①锰矿石中含两种黄铁矿，其中颗粒较小的为沉积所形成，颗粒较大的为后期所形成，表明工作区的碳酸锰矿石至少经过两期形成。

②Ⅳ矿层顶部普遍存在锰铁叶蛇纹石，为热液矿床中常见的岩石，见图4。

图4 锰铁叶蛇纹石

③物相分析结果表明：硅酸盐中的Mn占总锰的0.44%～1.87%，平均1.23%。选矿试验的分析表明：锰矿物为碳酸锰，分布率93.82%，其次为硅酸锰，其分布率占总锰的3.34%。硅酸盐中的Mn在热液矿床中才出现。

④碳酸锰矿石中见有他形粒状方解石、显微鳞片状的绿泥石及纤维状的阳起石和微量他形粒状长石不均匀地充填于原岩裂隙中，岩矿鉴定成果表明均为后期热液作用形成。在ZK7214-5碳酸锰矿石标本中，有他形粒状方解石约占岩石标本的20%、显微鳞片状的绿泥石及纤维状的阳起石两者约占标本的5%，见图5(14X01580013，10×2.5倍，透射正交偏光，视域横5.07 mm)。岩石中原岩(泥质灰岩)碎块(A)间不均匀地填隙着方解石(B)和绿泥石(C)。

图5 碳酸锰矿石标本偏光显微照片

⑤从面上来看，矿床距F1断层越近，呈含锰越富的特点。东平锰矿区的驮仁西、渌利、驮琶、迪诺、那造、平尧等6个矿段直接位于F1断层的上、下盘，锰矿层厚度大、锰品位高[2，4]；冬裕、咸柳、顶花岭、乌鼠山、那社、江城、龙怀等7个矿段偏离F1断层较远，锰品位低，含锰一般6.5≤Mn<10%。

5.3 锰矿层赋存因素

地层因素：早三叠世晚期，工作区处在浅海沉积环境，即弱碱性介质、弱还原—还原的沉积环境，沉积了碳酸盐岩向碎屑岩过渡的含锰硅质泥灰岩相区[4]，并沉积形成了碳酸锰矿源层。因此矿区的锰矿层赋存在三叠系下统北泗组的地层中。

构造因素：①褶皱构造。次级褶皱构造发育有利于碳酸锰矿层的后期叠加富集，褶皱构造发育，一系列背斜、向斜紧密接触，地层容易形成裂隙，岩石具破裂空间大等特点，是热液活动的次级通道，有利各种热液的活动，提高后期锰质热液叠加富集。向斜核部和背斜倾伏端及其两翼的次级褶皱往往是锰矿富集、矿层厚大的有利部位；②断裂构造。F1断层是深大断裂，其形成的热液富含锰质，所以靠近F1断层时，有利于碳酸锰矿层的后期叠加富集。其他的小断裂是热液活动的次级通道，特别当小断裂交汇F1断层时，有利于碳酸锰矿层的后期叠加富集。

岩浆岩因素：矿区的岩浆岩以凝灰岩为主，产于三叠系上统百蓬组底部。凝灰岩带来的热液流经下部的含锰岩系北泗组时萃取大量的锰质，有利于碳酸锰矿层的后期叠加富集。

6 结 语

东平锰矿区位于桂西南锰矿富集区中东部，区内成矿地质条件优越，找矿潜力巨大。本文通过对东平矿区外围锰矿的含锰岩系、矿体特征、围岩蚀变、岩相古地理、矿层赋存因素等方面内容进行详细分析和研究，进一步总结了该区碳酸锰矿床的成因及其富集规律，为后续在该地区继续寻找该类型的锰矿床提供了理论支撑和参考依据，因此具有较好地现实指导作用。