桂西南东平锰矿成矿地质条件及矿床成因分析

黄世财，阮 荻

（广西壮族自治区第四地质队，广西 南宁 530033）

东平锰矿地处桂西南地区，是一处大型红土型锰矿床[1]。矿区内主要产出锰帽型氧化锰矿和堆积型氧化锰矿，矿层埋藏深部氧化带以下则为原生沉积型锰矿，沉积型锰矿品位低，但层位稳定，分布广泛。以往矿区主要开采氧化锰矿，随着近年冶炼技术的提升，也开始对碳酸锰矿进行开采利用，其地质研究工作日益渐受到重视。碳酸锰矿层主要受沉积相、层序及成矿物质来源等因素控制，本文试图通过研究东平锰的成矿地质条件、沉积相特征，探讨矿床成因及富集规律。

1 区域地质背景

矿区位于右江盆地西南缘，大地构造位置属滇黔桂被动陆缘富宁-那坡陆缘沉降带的下雷拗拉谷的西侧，西邻靖西—田东隆起，东面为西大明山隆起。区内主要出露泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系等地层，泥盆系、石炭系以碳酸盐岩为主，二叠系以碳酸盐岩、碎屑岩混合沉积，三叠系以陆缘碎屑岩沉积为主，其中，下三叠统石炮组是区内主要的含矿层位[2]，普遍缺失上三叠统地层。

晚泥盆世至中三叠世，矿区经历了裂谷盆地-被动大陆边缘-前陆盆地的构造演化[3]。早三叠世，矿区处于活动大陆边缘阶段，在天等、田东、德保一带形成一处拗陷盆地，主要接受碳酸盐以及越北岛弧带的陆源碎屑混合沉积，发育灰-深灰色薄层泥灰岩、硅质泥灰岩，并含多个碳酸锰矿层（含锰层）。

区域构造较发育，主要的控矿构造为山月岭向斜及向都背斜，整体构造线方向为NE向；区域断裂构造以NE向为主，次为NW向，断裂构造对锰矿层具有一定的破坏改造作用。

区域岩浆岩活动较弱，仅在中三叠统地层中发育少量凝灰岩层。

2 矿床地质特征

2.1 含锰岩系及矿体特征

东平矿区锰矿体呈层状、似层状产出，与围岩呈整合接触，主要分布于洞蒙复式向斜核部及两翼的次级褶皱，其分布严格受褶皱形态的控制。

含锰岩系属下三叠统的东平层（T1d），东平层是1/5万区调最新厘定的非正式地层单位，该层与石炮组上部为同期异相关系，用以代表该套早三叠世含锰岩系。总体岩性为为灰色-深灰色薄-中层状（含锰）硅质泥灰岩、（含锰）泥灰岩以及硅质岩、钙质泥岩等，局部见少量凝灰质泥岩、沉凝灰岩，生物稀少，以少量介形虫为主。

东平层可划分为27个小层，自下而上包含Ⅹ1、Ⅹ2、Ⅹ3、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ1、Ⅸ2、Ⅺ等14个含锰层，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五个矿层可形成具有工业价值的碳酸锰矿层。锰矿层锰品位一般7.6-14.5%，厚度为0.26-6.39m。在氧化界线上部，矿层往往氧化富集成氧化锰矿，锰品位较低的含矿层经氧化淋虑亦可富集成矿，氧化界线下部为原生碳酸锰矿层。

含锰岩系沉积构造较为单一，以水平纹层为主，局部发育透镜状层理，纹层厚几毫米至2厘米不等，与层面基本平行，矿层与围岩相比，发育更为密集的水平纹层构造，反映了矿层形成于相对较深的沉积环境和较弱的水动力环境。

2.2 矿石特征

碳酸锰矿石的主要矿石矿物为菱锰矿、锰方解石，偶见黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿，矿石结构主要为微晶结构、显微鳞片泥质结构，次为他形粒状及显微鳞片变晶结构。矿石构造以微纹层状、薄-微纹层状构造为主，次为块状构造、生物拢动构造、脉状穿插构造、略具动向构造、豆鲕状构造等。其中Ⅱ、Ⅳ矿层普遍见豆鲕状构造，鲕豆粒构造在镜下鲕粒与围岩边界不明显，鲕粒中有些矿物重结晶比较明显，可以见到一些较粗的矿物晶体，鲕粒本身没有明显的核心，分带不明显，或没有分带。脉石矿物主要为方解石和石英，次为水云母和绿泥石，偶见白云石。

3 成矿地质条件

3.1 岩相条件

东平锰矿含锰层沉积建造的形成与活动被动大陆边缘的沉积构造背景密切相关，锰矿层沉积于具有浅海陆棚特征的盆地中，沉积建造类型属黏土岩-硅质-碳酸盐岩建造，主要岩石类型为泥灰岩、硅质岩。其中，黏土岩-碳酸盐岩建造对成矿较为有利，硅质-碳酸盐岩建造次之。硅质含量与锰质含量往往呈负相关，自矿层向围岩或矿层顶板，可见硅质含量趋于增多，而锰质含量则相对降低。

3.2 沉积相条件

矿区沉积相可划分为台地相、台地边缘相、斜坡-盆地相3种沉积类型[2]，含锰层以深色薄-中层含锰泥质灰岩、锰质含钙泥岩沉积为主，化石较少，以介形类及薄壳双壳类及浮游菊石为主，指示含锰层形成于深水盆地相中。

目前普遍认为锰质沉积经历溶解与沉淀的过程，其过程主要由氧化作用与还原作用控制，氧化还原界面的变化控制了锰质赋存形态的性质，也控制锰矿的发育。台地环境水体较浅，水动力较强，不适宜硅质、锰质沉积。深水盆地相水体较深，水动力较弱，且易受热水活动及海平面升降活动的影响，从而引起沉积水体中氧化还原条件的改变，易形成硅质、碳酸锰矿沉积的介质环境，有利锰质的沉积。深水盆地相同时具有较为封闭的形态，较弱的水动力环境也有利于锰质的进一步富集。

3.3 成矿物质来源

矿区锰矿中常见发育的豆鲕粒构造，对成矿物质来源有一定的指示意义。锰矿层中的豆鲕粒与形成于浅海强水动力环境的鲕粒有较大不同。锰矿中的鲕粒没有内部圈层结构，往往呈球状或椭球状，鲕粒与鲕粒间常见彼此相联，形成顺层分布的串珠状鲕粒层，具有一定的层理构造。鲕粒矿物成分与基质无异，以菱锰矿和二氧化硅为主，鲕粒与基质间无明显边界，呈过渡接触。上述特征表明豆鲕粒的形成与水流搅动无关，鲕粒与锰矿层为同期形成，其形成可能与海底热水带来的胶体有关，海底热水喷流提供了胶体的物质来源，最终通过胶体凝聚或是在先期形成的孔洞中沉淀形成鲕粒。

前人对矿区含锰岩系开展的研究表明，含锰岩系的δEu、δCe及ω（La）/ω（Ce）、ω（La）/ω（Ye）—ω（∑REE）等图解反映了矿区锰矿的形成与热水喷流沉积活动有关[4]。

4 矿床成因分析

晚二叠世至早三叠世，矿区基本继承了右江盆地早期台盆相间的构造格局。早三叠世，在印支运动拉张作用下，矿区开始进入了裂谷坳陷期，在晚古生代就已形成的裂陷带进一步扩张，形成大面积的深水盆地，发育的台地-斜坡-盆地的构造格局。深水盆地以低能、还原环境为主，具有较好的封闭条件，为锰矿沉积提供了有利场所。

早三叠世的区域性拉张活动不仅为海底热水活动提供了构造动力背景，为锰质带来丰富的来源，同时拉张活动也为盆地中水体的升降提供了环境。目前国内外对于盆地内锰矿成矿模式已基本达成一致认识：有利于成锰的盆地是一个出现水体分层的海相盆地，锰质在盆地缺氧的深水沉积物中溶解储存，而在盆地氧化还原界面位置重新沉淀。含锰岩系中锰含量的高值与海平面上升期最低含氧带扩展有关，锰质的富集出现在层序地层格架中海侵体系域与高水位体系域转换期内（Jarvis，2001）。通过对东平层含锰岩系进行层序研究分析，可知含锰岩系的发育经历了多次海平面变化[5]，下三叠统石炮组可划分为四个海进-海退旋回，且与全球海平面三级变化具有较好的同步性。水体的变化含锰岩系中也有所体现，矿层与围岩具有不同的沉积构造特征，矿层相比围岩除鲕粒结构外，发育了更为密集的纹层结构，表明相对深水的还原环境中矿石的品位也会更高（图1）。综合考虑矿区的岩相条件、古地理条件以及成矿物质来源、海平面升降规律等方面因素，认为矿床的形成经历以下两个阶段：

图1 东平锰矿钻孔岩心矿层与围岩照片

（1）对应石炮组下部，因为热水活动，水体中富含大量溶解态的Mn2+离子，此时盆内处于水体较浅的氧化环境，富氧的水层与海水中的溶解态的Mn2+离子大量混合，最终形成Mn4+离子的高价氧化物，在界面处，锰主要以氧化物颗粒的形式存在于沉积物表面，并进一步在封闭的有利部位富集。

（2）对应东平层（石炮组上部），随着海侵的逐渐进行，海平面上升，盆地内逐渐转为还原环境，此前形成的Mn4+的氧化物受还原环境的影响重新变为Mn2+离子并溶解于海水，随着离子浓度升高，Mn2+离子于水体中的HCO3-离子结合形成碳酸锰矿层沉积成矿。

东平锰矿的矿层与围岩相比，发育更加密集的纹层结构，表明矿层形成于更加深水的还原环境中。

5 结论

（1）东平锰矿碳酸锰矿层赋存于下三叠统东平层中，含锰岩系一般为硅质泥灰岩、泥灰岩组合，矿体呈层状、似层状产出，矿体分布受沉积环境及褶皱、断裂等后期构造的控制，属于典型的沉积型矿床。

（2）东平锰矿碳酸锰矿层属黏土岩-硅质-碳酸盐岩建造，形成于深水盆地相，该沉积相中具有良好的封闭性和相对安静的水体，有利于锰质的富集，该环境易受热水活动影响从而引起沉积介质条件的改变，促进了锰质的溶解和沉淀作用。

（3）前人研究表明矿区的锰矿层的形成与热水喷流沉积活动有关，矿层中普遍发育的鲕粒与浅海环境形成的鲕粒不同，其形态特征以及矿物成分表明其形成于海底热水相关，锰矿形成受到热水活动的影响。

（4）早三叠世，矿区处于活动被动大陆边缘阶段，区域性的拉张活动形成了有利于锰矿富集沉积的深水盆地，同时带来了深部热水为锰质提供来源，随着全球性海平面升降活动进行，水体中的锰质在海退过程中被氧化为Mn4+氧化物并在氧化还原界面富集沉淀，海侵发生后富集的锰质氧化物重新还原为Mn2+离子并于HCO3

-离子结合形成碳酸锰矿层。