广西大新下雷锰矿沉积环境特征及成矿物质来源分析

2012-12-31王荣庚

中国锰业 2012年4期

王荣庚

(广西锡山矿业有限公司，广西南宁 530022)

0 前言

广西大新下雷锰矿是我国惟一一个锰矿资源储量超过亿t的整装型锰矿床，下雷锰矿的研究对于在我国寻找大型超大型锰矿具有重要意义。矿区位于华南褶皱系右江褶皱带下雷—灵马坳陷的西南部。矿区西北侧与湖润锰矿区相邻。矿区为西高东低的向斜构造，东西长近9 km，南北宽约2.5 km[1]。矿区向斜构造的两翼不对称，南翼产状陡峻，倾角一般在70(°)以上，并伴有倒转，北翼产状正常，倾角平缓，一般在25(°)左右[2]；向斜西部仰起部分构成次级复式向斜构造，褶皱及断裂发育，岩层产状多变。

下雷矿区内分布有泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系，其中泥盆系最为发育，分布面积最广。矿区出露中、上泥盆统及下、中石炭统，向斜轴部的下中石炭统灰岩形成了相对高度在400 m左右的峻拔的岩溶山地，向斜两翼上泥盆统硅质岩构成较低矮的山地丘陵。矿区的锰矿类型主要有2种：风化型和沉积型锰矿，已探明储量1.356亿t以上，约占全部锰矿总量的30%。

1 区域地质背景

1.1 晚泥盆世沉积相

泥盆纪发展到晚世，沉积相发生明显变化，与早中世相比，有2个显著的特点：a陆源碎屑沉积减少，广大地区主要发育碳酸盐岩和硅质岩类，及两者的过渡类型；b沉积分异进一步加强，台—盆地分割局面比较明显，不仅体现在不同沉积相带之间的岩石组合差别很大(如台地相区以碳酸盐岩为主，盆地相区则以硅质岩为主)，而且生态环境也有显著的差别，盆地相区以浮游生物组合为主，而盆地相区和台地边缘相区则以底栖生物占主导地位。

一般认为广西晚泥盆世沉积相可分为5个沉积相区，即从滨海—台地—盆地—槽盆之间过渡的几个相带，这在业界已经达成共识。在台地及台地边缘沉积区基本上不形成锰矿层，锰矿一般只在浅海盆地沉积区形成，但作者认为在浅海盆地沉积相带中还可细分，针对下雷锰矿成因研究，认为更准确的定性下雷锰矿沉积相应为浅海盆地深水台沟相，这是由盆地内断陷裂谷成因的一种沉积相。

浅海盆地深水台沟相是与台地相邻地盆地内的深水台沟区域。相带内地质构造复杂，褶皱叠加，断层纵横，基性岩和喷出岩发育，为地质构造活动带。沉积物主要为含浮游生物的硅质、泥质和碳酸盐岩沉积。岩石组合主要包括碳酸盐岩—硅质岩组合、硅质岩—碳酸盐岩组合、硅质岩组合、硅质岩—硅质页岩组合及扁豆状泥质灰岩组合等5类组合。岩石类型主要有泥质条带泥晶灰岩、扁豆状泥质泥晶灰岩、硅质泥岩、硅质页岩、硅质灰岩、硅质岩、钙质硅质岩、碳质硅质岩、黑色泥岩、暗色泥晶灰岩及锰质岩等，岩石水平微细层理、水平层理、微波水平层理、透镜状层理发育。碳质和星散状黄铁矿是常见的标志矿物。生物群以浮游性组合为主，有菊石、竹节石、牙行刺、海绵骨针及浮游介行类等。腕足类和珊瑚等底栖类生物少见。之所以细分为浅海盆地深水台沟相，更多的是从矿物质的来源方面考虑，这是其他浅海盆地内沉积物所没有的特征。

1.2 沉积环境

1.2.1 沉积相特征

由于裂谷的拉张作用，在台盆间形成了下雷锰矿特殊的沉积基底，该地带为浅海域深水地带，最具代表性地岩石为硅质岩和扁豆状灰岩，这2种岩石不但分布广，密切相生，而且对成矿有重要意义。

硅质岩一般包括石英硅质岩、钙质硅质岩、泥质硅质岩和少量的碳质硅质岩，其岩石具有明显的水平层理。硅质岩中缺乏底栖生物，以浮游生物相为主。硅质岩及其伴生岩的岩石特征、生物面貌及沉积序列表明，硅质岩是位于氧化界面以下，且水动力条件微弱的深水环境的产物。

与硅质岩密切伴生的硅质灰岩和泥质灰岩为泥晶结构，微层状的构造特征表明他们形成于弱水动力环境。泥质灰岩呈扁豆状或条带状，分布范围与硅质岩大致一样。岩石一般呈灰、深灰、灰绿色，局部有紫红色，由灰质条带和泥质条带相间组成，条带形态极不规则。灰质条带主要由泥晶和粉晶方解石组成，一般呈条带状和扁豆状。泥质条带由绢云母及泥晶方解石组成，部分地区条纹构造发育，常因灰质条带和扁豆的形态变化而弯曲，但仍保持清晰而连续的纹层状层理，并可见各种变形构造和滑动构造，在泥质条带灰岩和豆鲕状灰岩中，也缺乏底栖生物化石，目前所见均为浮游生物相。

根据以上特点分析，条带状、豆鲕状泥质灰岩形成的环境和条件比较复杂，岩石的成份和结构表明岩石周围是微弱的水动力环境，生物特征与深水相生态环境中生存的生物的特征类似。某些变形构造常见于下部盆地硅质岩相和上部台地碳酸盐岩相之间，可能与特定的古地形(盆地边缘斜坡)、岩性和成岩作用有关。由此可见，条带状和扁豆状泥质灰岩的形成是由深水向浅水过渡的沉积过程，但以较深水沉积为主。

1.2.2 沉积剖面分析

就沉积相中最具代表性的2种岩石特征及成岩环境分析，可得出下雷沉积盆地的剖面结构，即下部是以硅质岩为主的盆地相，上部是以扁豆状泥质灰岩为主的盆地兼盆地边缘相的二元结构剖面。这是浅海盆相带中最典型的剖面结构，代表了一种向上变浅的海退相序。但沉积序列并不是单向的，而是旋回式的，包括2个次级旋回，每1个次级旋回的沉积层序都为1个二元机构剖面，均表现出向上变浅的特点，也表明了晚泥盆世早期为海侵层序，到了晚期为海退层序，总的变化趋势是1个海侵—海退的沉积旋回。

1.2.3 沉积化学环境

锰的沉积主要取决于本身的浓度以及介质的pH值和Eh值。

1)在pH值＜7的酸性介质中，Mn以离子化合物的形式溶解于溶液中；在pH＞8的碱性介质中，Mn沉淀形成锰矿。

2)Eh值为负时，Mn可形成2价锰矿；当Eh值为正时，Mn形成3价、4价的矿物。

3)pH在8～10之间时，存在硫锰矿的1个小稳定区。

海相沉积有良好地还原条件，可使低价的锰矿保持稳定而发生沉淀。在低 Eh值条件下，锰的状态受碳酸盐矿物所控制，在海水中，只要CO32-的含量增加，并且有足够的锰供给就能形成菱锰矿床沉积。由河流、地下水带入海中的Mn(HCO3)2或其他作用而存在海水中的Mn(HCO3)2与软泥中的CaCO3或 MgCO3，在海水—沉积界面的还原条件(缺氧)下，由于溶度积的不同而引起置换作用，生成菱锰矿或锰方解石：

锰在沉积环境中的溶解、氧化和沉积等过程都受制于氧化还原作用。溶解的锰具有较大的稳定性，在海水或地表淡水的p H值下，除了强氧化还原条件以外，M n一般可溶；在中等还原条件下，溶解锰的稳定场比溶解铁的稳定场大得多。由于许多沉积物在他们与水的分界面以下几厘米内就变成了还原性的，所以M n2+能够活化并进入孔隙水中。在Eh值比较低和含硫量比较高的条件下，如在还原的海洋环境，溶解的M n2+则向上扩散，或者由于底部水中含有氧而在分界面沉淀下来[3]。

2 成矿物质来源

2.1 Co∶Ni比值

下雷碳酸锰矿，矿床有1号、2号、3号矿层，Co∶Ni比值 3号矿层最高(0.90)，2号矿层最低(0.52)，平均值为0.73，矿床钴镍含量表见表1。

表1 下雷锰矿矿床钴镍含量

钴、镍是基性，超基性岩的特征元素，说明了碳酸锰矿质有岩浆来源，如果以 Co∶Ni=1为界线，＞1判断为远程火山来源，那么下雷锰矿的Co∶Ni=0.73可推测矿物质为中远程火山来源，为与海底火山作用有关的沉积矿床[4]。

2.2 碳酸锰豆鲕粒同位素测定

一般认为，碳酸盐岩中的δc13=0，碳质来至海水，测定不同层位2颗碳酸锰豆粒的δc13分别为-7.65%和-6.82%，与矿层中碳酸锰矿物的δc13平均值-7.06%基本一致，属于深部岩浆来源的碳[5]。豆鲕粒的发育及构造线方向与热源矿物的规律是一样的，以海底火山作用环境分析，火山热气喷溢出口及其附近，具有丰富的矿物质及高温的热液条件，非常有利于豆鲕粒的生成，而一般的浅海低温水地带不易形成豆鲕粒。

此外锰矿质的陆源来源也有着很重要的意义，古风化作用使得地壳表层岩石和比较早沉积的矿石发生崩解，强烈改造部分元素迁移，经搬运再沉积成矿。值得研究的是下雷锰矿在晚泥盆世沉积时，正好也是越北地区同沉积缺失之时，两者之间在晚泥盆世华力西地区发生海退时，此消彼长，理应存在成矿上的联系，或者可以这么理解，晚泥盆世下雷锰矿的沉积得益于先期越北古陆形成的锰矿或含锰矿石矿床的风化、搬运、再沉积，下雷锰矿沉积存在不可忽视地陆源特点。