广西宜州下石炭统巴平组碳酸锰矿地质特征及成因机理研究

张 鹏

(中国—东盟地学合作中心，广西 南宁 530023)

我国锰矿资源分布极不平衡，主要分布于广西和湖南两省，主要以氧化锰与碳酸锰矿石为主，其碳酸锰矿石资源量达全国锰资源总量的一半以上[1]。

广西地区含锰地层主要有上泥盆统榴江组和五指山组、下石炭统巴平组2段、下三叠统北泗组[2]。其中，巴平组2段是重要的含锰地层，且为资源量最大的碳酸锰矿矿石类型。对广西宜州地区碳酸锰矿沉积特征与成矿环境进行深入的研究，并探讨其成因机理，对于进一步开展优质锰矿的勘查和推动地质找矿具有重要的现实意义。

1 区域地质背景

研究区位于特提斯与滨太平洋构造域的接合部位桂中坳陷。主要沉积中泥盆统—中三叠统地层，其中，石炭系和二叠系分布最为广泛。以北西向、北北西向、北北东向、北东向、近东西向弧形断裂为主，少量南北向断裂，构成了工作区主要的构造格架。主要发育宜州断裂、北牙断裂、北山断裂、渡口断裂等。研究区锰矿主要分布于上石炭统巴平组2段(C1-2b2)含锰岩系中，主要呈含锰灰岩层[3]。

2 锰矿地质特征

2.1 含锰岩系

研究区巴平组主要分布于龙头—北牙一带和东部马泗—洛东一带背斜核部，厚50～220 m。根据其岩性自下而上分为3段：

第1段：岩性主要为深灰色薄-中层状微晶灰岩、砂屑微晶灰岩、含生物屑砂屑微晶灰岩，夹钙质硅质岩、泥岩、硅质岩条带和团块微晶灰岩。整体为台沟、台凹沉积环境。

第2段：为研究区最主要的含锰层位，岩性主要为深灰色薄-中层状微晶灰岩夹含锰灰岩层(图1)和锰矿层(图2)，夹少量薄层状泥岩、碳质泥岩，局部含少量沉积型黄铁矿，顶部多见一层厚约0.2～0.5 m的鲕粒灰岩。整体为台缘斜坡沉积环境。

第3段：为灰色中-厚层状砾屑灰岩、灰白色厚层状砾屑灰质白云岩。整体为局限台地沉积环境。

总之，巴平组沉积水深由下至上浅—深浅的过程，反映了区域上表现为一次较大的海平面变化，含锰灰岩主要为主海侵-海退的沉积转换面附近。

2.2 矿体产出特征

研究区矿体基本由4层碳酸锰矿组成，矿层呈薄层状或似层状产出。其中，二矿层和四层矿的分布呈层状，分布较为稳定，厚度也较大；一层矿、三层矿呈似层状-透镜状，分布不稳定，在下部变薄甚至尖灭。

以龙头矿区为例，自上而下为：四矿层位于含锰层顶部，矿石分青灰色和灰黑色两种，前者纹理发育，后者不甚清晰，矿厚0.6～0.8 m，个别最厚达l.5 m，东北部矿体边缘最薄0.1～0.15 m，Mn 17.63%；夹3为浅灰或灰黑色硅化结晶含锰灰岩，厚0.9～1.5 m；三矿层矿石呈浅灰、灰白、粉红色、具带状构造，纹层发育，厚0.3～0.4 m，边缘部分变薄尖灭，Mn 14.02%；夹2为浅灰色生物屑泥晶含锰灰岩，厚0.9～1.2 m；二矿层为浅灰、灰色碳酸锰矿，纹层发育，厚0.4～0.5 m，Mn 17.81%；夹1为浅灰色颗粒泥晶含锰灰岩，厚1.8～2.25 m；一矿层位于含锰层底部，厚l.1～1.85 m，Mn 20.93%，其矿石分为灰黑色及棕黄色两种，前者含褐锰矿，后者具较为发育的纹层构造。

2.3 矿石的类型、结构、构造

矿石呈浅灰、深灰色及粉红、淡肉红、淡黄色等，具明显的纹层及条带状构造。矿物以锰-钙系列类质同相的锰方解石，含锰方解石为主，其次为钙菱锰矿，含少量的褐锰矿、硫锰矿及锰白云石。其中锰方解石主要分布在第一、三、四矿层，含锰方解石在第一、二、四矿层。钙菱锰矿主要出现于第三矿层，第四矿层也有少量出现。褐锰矿见于第四矿层灰黑色矿石中，含量约4%。硫锰矿见于第四及第一矿层，含量2%～4%。锰白云石仅见于第二层矿，含量约11%。矿石中脉石矿物主要为石英及方解石，少量玉髓、白云母、黄铁矿、文石、高岭石、绿泥石以及泥质、碳质等。

矿石呈层状构造及团块状构造，前者因矿物的不同颜色而呈条带分布，构成明暗相间的层理。矿石的结构较简单，常见有显微粒状、散粒状及异粒结构。

3 矿床成因机制

3.1 地层与成矿的关系

地层对沉积锰矿的控制作用主要包括：地层产状和分布对矿层的控制，岩性和岩石组合与矿层的关系和地层时代与成矿作用的关系等。

(1)地层产状与锰矿层的关系。研究区沉积锰矿层或含锰层主要赋存于下石炭统巴平组2段，一般呈层状，部分为似层状产出，与围岩(顶、底板)为同生连续沉积关系。锰矿层的分布、产状、变化与地层协调一致，是沉积地层有机的组成部分。

(2)岩性和岩石组合与锰矿的关系。研究区锰矿层主要产于下石炭统巴平组2段的含硅质的碳酸盐岩或硅质页岩地层建造中。与锰矿密切伴生的岩石类型主要为由不同比例的硅质、灰质和泥质所组成的二组分或三组分混积岩；单一的硅质岩、灰岩或泥岩等所占比重不大。锰矿层形成阶段，以内源沉积作用为主，为静水呈悬浮状态加积于内源沉积物的产物。锰矿与其伴生的岩石具有基本一致的结构和构造，锰质混积于岩石中，岩石组分也混积于锰矿石中，有着共同的成因联系[4-5]。

(3)地层时代与锰矿成矿作用。研究区沉积锰矿主要分布于早石炭世巴平组2段，靠近早石炭世与晚石炭世之交，与桂中坳陷乃至于扬子台地东南缘的地史演化有着密切关系。

3.2 沉积相与成矿的关系

研究区沉积碳酸锰矿主要赋存于浅海陆棚相台沟、台凹亚相内，整体为低能、半封闭、水体较深的还原环境中，并呈现水体越深，越闭塞，含锰岩系厚度越大，品位更高，矿体延伸更长。并呈现如下特征：

(1)各沉积相带中的含锰沉积的岩性、岩石(或矿石)结构构造、生物特征、指相矿物等反映出一种低能、宁静和较封闭的以还原条件为主的沉积环境；含锰岩系中，或多或少均有一定数量的硅质沉积；陆源碎屑的掺合作用较为微弱，仅局部有泥岩和少量粉砂岩夹层或透镜体。

(2)含锰岩系沉积相的演化，反映了海进-海退的沉积旋回；海进相序的岩石组合含锰较低；而海退相序也较低；沉积锰矿和含锰层主要出现在由海浸转为海退沉积转换面附近的沉积地层中。

(3)在锰矿或含锰层形成之前，首先出现较深水的沉积相，然后才有沉积锰矿或含锰层的形成。

3.3 构造控矿特征

广西含锰岩系在不同的地质历史时期均有发育，但具有重要意义的锰矿床主要分布于上泥盆统、下石炭统、下二叠统和下三叠统，主要形成于华力西-印支期，与广西大地构造演化关系密切。

广西锰矿成矿期主要分布于地槽结束以后的地台海相盖层形成时期；晚加里东运动所形成的地台性质和构造格局，对以后沉积锰矿的形成。具有重要的控制作用；沉积锰矿的形成。需要一个相对稳定的大地构造背景。

3.4 矿床成因机制

现代大洋中未有锰碳酸盐的沉积报道，大洋底部锰结核和结壳以氧化物的形式出现，但地史时期碳酸锰矿床分布广泛。

通过以上工作发现：沉积型碳酸锰矿床受地层层位控制明显，且仅分布于下石炭统巴平组2段；锰矿床分布受沉积相控制极为明显，锰矿层沿深水台沟、台凹相区边缘，呈带状、串珠状分布，向台地方向及台沟、台凹中心方向两端尖灭或矿层变薄品位下降；具有控相性质的华力西期断裂构造是工作区主要的控矿因素，断裂附近的台沟、台凹边缘斜坡相地层往往也是锰矿成矿的有利部位。

因此，海平面变化控制着氧化还原界面的波动，进而控制着碳酸锰矿的形成，构造正断层断裂的发育有利于形成锰矿有利的成矿条件。即研究区碳酸锰矿矿产的成因机制主要受控于海平面变化变化引起的氧化还原界面(海侵-海退旋回附近有利于碳酸锰矿的沉积)。

4 找矿标志

研究区碳酸锰矿主要受控于地层和沉积相，因此找矿标志有如下：

各种锰矿体露头是重要的直接找矿标志；冲沟内和山坡上的锰矿碎块也可作为良好的找矿标志；巴平组矿层底板的薄层灰岩与硅质岩互层、顶板的鲕粒灰岩以及盖层的厚层块状白云岩，都可以作为找矿标志层；含有很多像黄豆、绿豆般大小的浑圆的锰粒的红土，或是含有锰矿块屑的黑土，为含锰岩系风化作用的产物，在其下面或附近有望继续寻找锰矿床；锰及其伴生元素Pb、Zn、Ag、Cu的次生晕组合异常作为良好的找矿标志。

5 结论

(1)广西宜州下石炭统巴平组碳酸锰矿的发育严格受地层和沉积相的控制，主要沿深水台沟、台凹相区边缘呈带状、串珠状分布，并与由不同比例的硅质、灰质和泥质所组成的二组分或三组分混积岩密切有关。

(2)地台性质和构造格局对锰矿的形成具有重要的控制作用，断裂附近的台沟、台凹边缘斜坡相地层往往是锰矿成矿的有利部位。

(3)研究区碳酸锰矿矿产的成因机制主要受控于海平面变化变化引起的氧化还原界面，海侵-海退旋回附近更有利于碳酸锰矿的沉积。