广西忻城县马泗锰矿床地质特征及找矿方向

2022-01-20龙明周张大明马小林

矿产与地质 2021年5期

龙明周，张大明，马小林，李伟

(广西壮族自治区第四地质队，广西南宁 530031)

0 引言

锰广泛应用于现代工业的各个领域，在国民经济中具有十分重要的战略地位。其中冶金工业是最重要的领域，用锰量占95%，作为脱氧剂、脱硫剂及制造锰系合金[1-2]。中国锰矿资源较丰富，资源量排名世界第5位，主要分布在贵州、广西、云南、湖南、重庆、四川、辽宁等省区，河北、甘肃、新彊、陕西、内蒙等省区也有少量分布。矿床类型有海相沉积型锰矿床、火山-沉积型锰矿床、碳酸盐中热水沉积型(或“层控”型)铁锰铅锌矿床、与岩浆作用有关的热液型矿床、受变质型锰矿床及表生锰矿床[3]。

广西锰矿成矿地质条件优越，锰矿资源丰富，已发现锰矿工业矿产地99处，其中大型锰矿床2处，中型锰矿床22处，小型锰矿床75处，累计查明锰矿资源量近3亿吨，排名全国第2。矿床类型主要有海相沉积型锰矿床及风化(表生)锰矿床两类，主要成锰期为晚泥盆世、早石炭世、中二叠世及早三叠世，主要成矿带有晚泥盆世下雷成矿带、早石炭世龙头成矿带、中二叠世柳州—来宾成矿带及早三叠世东平成矿带[4-5]。其中早石炭世龙头成矿带位于天峨、南丹、河池、宜州、忻城一带，该区以往已探明中型锰矿床两处(龙头、理苗)，小型锰矿床多处，近年来在广西找矿突破战略行动工作的部署下，又新发现了马泗锰矿床，矿床位于龙头成矿带东南部，成因类型为海相沉积型，赋矿层位为下—上石炭统巴平组，目前已发现有5层碳酸锰矿，呈层状分布在弄竹—塘岭向斜内，初步估算推断资源量达1200万吨以上，取得了良好找矿效果。本文通过对马泗锰矿床地质特征及成矿条件的分析，探讨矿区及区域找矿方向，为下一步找矿工作部署提供参考。

1 区域地质背景

马泗锰矿床地处广西壮族自治区中部，位于桂中早石炭世锰矿三级成矿带的北西部。大地构造位置处于桂中—桂东北褶皱系来宾凹陷中北部。区域地层由老至新出露有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系和第四系(图1)。其中，下—上石炭统巴平组(C1-2b)是本区的含锰层位，为一套暗色碳酸盐岩夹硅质条带沉积，为水体相对较深的凹槽相沉积。

区域主要构造线为NE、NW向，NE向构造形迹多为小型的短轴背斜，如古段背斜、塘岭—石脉背斜等，NW向的主要有拉利背斜、六坡—罗村向斜，拉仁断裂构造主要有NE、NW和近EW向三组。近EW向展布的北牙大断裂和宜州大断裂属区域性大断裂丹池断裂的南东段分枝，北牙大断裂在宜州-高堡一带往南突出，为高角度逆断层，倾角64°～70°，它控制含锰地层和锰矿的分布，是区域内主要控岩控矿构造。宜州大断裂走向近东西，西起河池经宜州至柳城，两端分别与南丹断裂、桂林断裂相接，构成向南突出的弧形，控制晚古生代沉积相及白垩纪盆地。NW向规模较大的断裂分布于拉仁经索云街至加贵，为丹池断裂南东段。其他如北山、里苗、洛富、白崖等NW向断裂则多位于小背斜核部附近且横穿背斜，延伸不长，错移各地层。NE向一组断裂亦较为发育，贯穿矿区的马泗—洛东断裂是主要代表，具压扭性特征，为逆断层或性质不明断层，沿走向有分枝复合现象。常错移含锰层位或原生锰矿层至地表形成氧化锰矿床。次级的NW小断层破坏原生含锰层的连续性。

图1 马泗锰矿区域地质矿产简图

—加贵向斜等。其次级褶皱较发育，锰矿主要分布于背斜翼部及次级向斜中。矿区位于塘岭—石脉背斜南端的塘岭复式背斜中。

锰矿在区域上受深大断裂控制，龙头—同德一带的锰矿即分布于两大区域性大断裂间，呈近EW向展布。在忻城马泗—宜州洛东，北牙大断裂为NE向，与同为NE向的马泗—洛东断裂控制着含锰岩性及锰矿体的分布。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露的地层由老至新有上泥盆统融县组(D3r)、下—上石炭统巴平组(C1-2b)、上石炭统大埔组(C2d)、上石炭—下二叠统南丹组(C2Pn)、中二叠统栖霞组(P2q)(图2)。各地层岩性特征如下：

融县组：岩性以浅灰色、灰色、中厚层-块状砾屑灰岩，鲕粒灰岩、砂屑、粉屑灰岩为主，夹白云质灰岩、白云岩，厚度>188.11 m。

巴平组：是本区的含锰地层，根据岩性组合可细分为两个岩性段，各段岩性特征如下：

下段：岩性上部为浅灰、灰色薄-中层状含硅质条带、团块微晶灰岩、泥灰岩，下部为灰、深灰色薄-中层状含炭质泥岩、泥岩夹硅质岩。厚59.61～90.32 m。

上段：为矿区的含锰岩系。岩性以灰、深灰色薄-中层状含锰灰岩、含锰硅质灰岩、含锰豆鲕粒灰岩为主，夹碳酸锰矿层、生物屑灰岩、砾屑灰岩，局部见硅质条带或结核。厚6.42～22.36 m。

大埔组：岩性为浅灰、灰色角砾状白云岩、细晶白云岩、白云质灰岩，细-中晶结构，角砾状构造、块状构造。厚99.17～164.01 m。

南丹组：岩性上部为深灰—灰白色厚层块状砾屑灰岩、生物屑灰岩、白云质灰岩；下部为深灰色薄—中层状微晶灰岩、含生物微晶灰岩夹薄层状硅质岩、燧石团块或条带灰岩。厚70～450 m。

栖霞组：岩性为深灰、灰黑色薄-中厚层状生物屑泥-粉晶灰岩，含生物屑泥-粉晶灰岩、泥晶藻屑灰岩、生物碎屑泥晶灰岩、亮晶生物屑灰岩等，层间常夹泥质条带，或硅质条带和结核。厚375～546 m。

图2 马泗矿区地质简图

2.2 构造

矿区位于宜州裂陷槽盆的中部。区内次级褶皱发育，自西向东由洛冲—板么背斜、弄竹-塘岭向斜及更峒-新洞背斜等3个褶皱所组成，控制着本区锰矿的空间展布。褶皱特征如下：

洛冲—板么背斜位于矿区西部，南北长约5.5 km，东西宽1.0～2.0 km，轴向11°，轴面倾向SE，枢纽弯曲。核部地层为上泥盆统融县组，翼部为下—上石炭统巴平组、上石炭统大埔组、上石炭统—下二叠统南丹组。岩层倾角较缓，一般为10°～20°。由受F1断层的破坏，两翼地层多不对称，形态不完整。

弄竹-塘岭向斜位于矿区中北部，南北长约6 km，东西宽1.5～2.6 km。核部地层为上石炭统—下二叠统南丹组，翼部为上石炭统大埔组、下—上石炭统巴平组、上泥盆统融县组。向斜轴向NE，轴面近直立，两翼岩层倾角较缓，核部近水平，为一宽缓向斜(图3)。

更峒-新洞背斜位于矿区东部，长度约4 km，宽1.0～1.5 km。核部地层为上泥盆统融县组，翼部依次为下—上石炭统巴平组、上石炭统大埔组及上石炭统—下二叠统南丹组。背斜轴向21°，轴面倾向NW，两翼地层多不对称，NW翼缓10°～20°，NE翼陡40°～60°。

区内断裂发育NE及NW向两组，其中NE向断裂均为区域性断裂，规模大，延伸长，对地层的破坏较大，并控制着本区锰矿层的出露及分布，对矿层影响大。NW向断裂规模小，对矿层影响较小。

图3 马泗锰矿28勘探线剖面图

矿区内未见岩浆岩出露。

3 矿床地质特征

3.1 含锰岩系特征

矿区赋矿层位位于巴平组，含锰岩系位于巴平组上段，可分为11个分层(图4)，由下而上：

1分层(底板)：为灰色、深灰色含锰硅质条带灰岩、泥灰岩，局部含炭质或黄铁矿条带，厚2.45～5.46 m。

2分层(Ⅰ层矿)：灰、深灰色碳酸锰矿，微晶结构，薄层状构造，厚0.10～0.19 m。

3分层(夹一)：浅灰、灰色微晶含锰硅质灰岩，厚0.92～1.84 m。

4分层(Ⅱ矿层)：灰色、深灰色、灰黑色碳酸锰矿，微粒结构、薄-中层状构造，含束状、条纹状黄铁矿，厚0.36～1.61 m。

5分层(夹二)：灰色泥晶—微晶含锰硅质灰岩，含黄铁矿、碳质，厚0.33～3.64 m。

6分层(Ⅲ矿层)：灰色、深灰色、灰黑色碳酸锰矿，微粒结构、薄层状构造，微细粒黄铁矿呈条带状或团块状分布，厚0.05～0.16 m。

7分层(夹三)：灰、深灰色生物屑微晶含锰硅质灰岩，常见黄铁矿、碳质，厚0.79～2.99 m。

8分层(Ⅳ矿层)：深灰色、灰黑色碳酸锰矿，微粒结构、薄层状构造，含微层状或透镜状黄铁矿，厚0.59～1.70 m。

9分层(夹四)：浅灰、灰色砾屑含锰硅质灰岩，厚0.72～1.04 m。

10分层(Ⅴ矿层)：深灰色、灰黑色碳酸锰矿，厚0.11～0.55 m。

11分层(顶板)：浅灰、灰色豆鲕粒含锰灰岩，厚0.72～2.17 m。

3.2 矿层特征

矿区锰矿主要分布于弄竹—塘岭向斜内，呈NE向展布，以碳酸锰矿为主，地表及浅部有少量氧化锰矿，氧化深度20～30 m。共发现Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五层矿，主矿层为Ⅱ号和Ⅳ号，Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ矿层厚度薄，分布有限，未具工业价值。主矿层特征：

Ⅱ矿层：分布在16～64线，矿层厚0.36～1.61 m，平均厚0.91 m。Mn的品位为8.61%～18.69%，平均12.71%；w(TFe)为0.22%～1.87%，平均0.76%；w(P)为0.024%～0.170%，平均0.076%；w(SiO2)为5.92%～24.70%，平均17.91%；w(CaO)为0.56%～32.13%，平均25.10%；w(MgO)为3.04%～20.05%，平均4.62%；w(Al2O3)为0.31%～4.19%，平均0.62%；灼失量为26.20%～37.27%，平均30.74%；Mn/TFe比值为5.46～49.33，平均16.72；P/Mn比值为0.0024～0.0173，平均0.0060；w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)比值为0.79～6.22，平均1.60。氧化矿石的Mn品位为10.31%～24.51%。

Ⅳ矿层：分布在07～64线，位于Ⅱ矿层上部，间距1.17～6.79 m。矿层厚0.59～1.70 m，平均厚0.88 m。Mn的品位为9.81%～20.50%，平均15.90%；w(TFe)为0.30%～2.30%，平均1.15%；w(P)为0.041%～0.22%，平均0.120%；w(SiO2)为7.12%～59.67%，平均15.93%；w(CaO)为0.55%～28.03%，平均22.21%；w(MgO)为0.39%～19.26%，平均4.31%；w(Al2O3)为0.23%～6.05%，平均0.48%；灼失量为7.74%～32.67%，平均29.88%；Mn/TFe比值为5.74～58.70，平均13.83；P/Mn比值为0.0023～0.0162，平均0.0075；w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)比值为0.79～4.20，平均1.62。氧化矿石的Mn品位10.44%～24.32%。

图4 马泗矿区含锰岩系柱状图

3.3 矿石质量特征

3.3.1 矿石类型及矿石物质组分

矿石自然类型为碳酸锰矿及氧化锰矿，以碳酸锰矿为主。

碳酸锰矿石：矿石矿物以菱锰矿及锰方解石为主，少量黄铁矿，脉石矿物主要为方解石、次为白云石、石英、玉髓等。

氧化锰矿石：矿石矿物以软锰矿、硬锰矿为主，次为褐铁矿，偶见偏锰酸矿、水锰矿。脉石矿物为石英、玉髓、高岭石、绢云母和水云母等。

矿石工业类型为冶金用锰矿石，根据P/Mn比值、Mn/TFe比值及w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)比值，矿石主要为中高磷低铁碱性矿石。

3.3.2 矿石结构构造

碳酸锰矿石：矿石结构以微晶结构为主，次为隐晶质结构，矿石构造以微—薄层状(图5)，次为条带状、块状。

图5 微—薄层状碳酸锰矿石

氧化锰矿石：矿石结构以隐晶质结构、显微粒状结构。矿石构造以粉末状构造为主(图6)，次为块状、软土状、角砾状、条带状构造。

图6 粉末状氧化锰矿石

4 控矿因素

4.1 地层、岩性

马泗矿区锰矿层产于巴平组上段顶部，含锰岩系为一套暗色碳酸盐岩夹硅质条带沉积，为水体相对较深的凹槽相沉积，层位较为稳定。主要岩性为含锰灰岩、含锰硅质灰岩、含锰硅质条带灰岩，夹碳酸锰矿层。在矿层顶部3～5 m处普遍存在一层厚0.72～2.71 m的浅灰、灰岩中厚层状豆鲕粒含锰灰岩，是本区锰矿重要的找矿标志层。

4.2 构造条件

宜州—忻城地区锰矿的形成与区域大地构造的演化密切相关，近EW向断裂及NE向断裂是区内主要控岩控相控矿构造，其控制的台沟相控制了锰矿点的分布。而NE向次级褶皱控制了马泗锰矿床的分布，矿层产状、形态受褶皱构造控制明显，因此，褶皱构造具明显的控矿作用，尤其是向斜构造，对成矿起富集作用并有利于碳酸锰矿层的保存。

4.3 岩相古地理

区域锰矿床(点)多产于凹槽(台沟)相带内(图7)，马泗锰矿即产于南丹—宜州台间凹槽(台沟)相带东南部，受岩相控制明显。因此台间凹槽(台沟)相带是区域锰矿沉淀的重要场所及控制因素。

图7 早石炭世岩相古地理图(据侯宗林，1996修编)

5 矿床成因

5.1 锰质来源

对于桂中早石炭世锰矿的物质来源目前存在两种观点，一种认为是冷水沉积，成矿物质来自于古陆物质[6-7]；另一种认为是热水沉积，成矿物质来源与海底热水活动关系密切[8-10]。根据马泗矿区矿石微量元素分析结果(表1)，Co、Ni元素含量普遍较高，Co/Ni比值为0.41～1.43，平均0.76，反应热水沉积特征，成矿物质来源与海底热水活动有关[11-14]。另一方面，根据区域已知的锰矿床(点)普遍分布于区域性大断裂附近，这样的分布特点，除断裂控制台沟分布的原因外，更多是因为区域性大断裂规模较大，切割较深，或可达幔源，成为热水运移的通道，区内巴平组含锰岩系中也出现有多层硅质灰岩及硅质岩条带，说明锰矿的形成有可能受到了热水沉积作用的影响[15]。综上所述，笔者认为，马泗锰矿属热水沉积，锰质主要来源于海底热水活动，不排除古陆物质的参与。

表1 矿石微量元素分析结果

5.2 矿床成因

对宜州—忻城地区早石炭世锰矿的成因前人已作了较多研究，虽然在锰质来源上尚存在争议，但对矿床成因类型认识上是一致的，即属海相沉积型锰矿床[3-6，8-9]。

中泥盆世，在古特提斯洋扩张与区域性地壳伸展环境下，近EW向、NW向及NE向的基底断裂活动频繁并不断加强，将本区分割为台-盆相间的古地理格局，盆地内沿着近EW向宜州同沉积断裂形成了次级狭长坳陷槽沟，晚泥盆世，伴随区域性的海退，海水变浅，沉积条带状、扁豆状灰岩等浅水沉积。到早石炭世，本区基本继承了晚泥盆世台-盆相间古地理格局，随着区域伸展作用的进一步加强，洛东—马泗一带以近EW向的引张作用为主，辅以NE向同沉积断裂，形成了NNE向次级断裂沉降带。早石炭世大塘期，随着区域地壳的稳定抬升，区内发生小规模海退，沉积环境由稳定的还原环境向一种相对低能、宁静、半封闭的、以还原—弱氧化过渡，沉积了一套暗色碳酸盐岩夹硅质条带沉积，并沉积了多层碳酸锰矿。至大塘期晚期，沉积环境向台地边缘斜坡相过渡，成锰沉积环境结束，在碳酸锰矿层的顶部形成了角砾状硅质白云岩、含硅白云岩，使本区的矿源层完整的保留下来。

6 找矿标志与找矿方向

6.1 找矿标志

1)矿体露头标志：在矿区内的冲沟、塌方、民采坑发现的锰矿层露头或锰矿转块，是直接的找矿标志。

2)地层岩性标志：巴平组上段是本区锰矿赋矿层位，含锰岩系为一套暗色碳酸盐岩夹硅质条带沉积，主要岩性为含锰灰岩、含锰硅质灰岩、含锰硅质条带灰岩，是重要的找矿标志。此外，在矿层顶部3～5 m处普遍存在一层厚0.72～2.71 m的浅灰、灰岩中厚层状豆鲕粒含锰灰岩，是本区锰矿重要的找矿标志层。

3)构造标志：褶皱构造控制着本区锰矿层的分布、产状及形态特征，尤其是向斜构造对成矿起富集作用并有利于碳酸锰矿层的保存，是重要的找矿标志。

6.2 找矿方向

通过区域地质背景及矿区成矿地质特征和控矿因素分析，笔者认为马泗锰矿赋存于NW向南丹-宜州台沟南东部NE向次级盆地内(图1)，NW和SE均受同沉积断裂圈闭，盆地内里苗—洛富—肯棚一带和矿区沉积环境、构造特征基本相似，地表已断续发现氧化锰矿体，深部是碳酸锰矿资源潜力区。在区域上北牙-高堡-洛东大断裂和其北侧的宜州大断裂间的台沟中岩相古地理和本区相似，已发现有一中型锰矿龙头锰矿床及同德、山等、塘窝等众多小型氧化锰矿床，深部亦有碳酸锰矿找矿较大潜力。此外，矿区东部到桂中盆地为大面积分布上石炭—二叠纪沉积，深部石炭系保存完整，局部扬起如忻城大塘、柳江里高等地己发现有氧化锰矿点，向斜盆地深部有较好的找矿前景。