张 鹏

(中国—东盟地学合作中心，广西 南宁 530023)

0 前 言

沉积型锰矿是我国锰矿的最主要类型，广西的泥盆系沉积型锰矿是我国最重要的锰矿层位之一。锰矿是桂西南地区重要的矿产之一，在下雷至上映一带以及龙邦一带，发育下雷、湖润、龙邦、土湖等一系列大、中型锰矿床，是重要的锰矿基地，榴江组是广西重要的含锰岩系之一。大新县土湖锰矿位于大新县城北西，属大新县土湖乡管辖。经纬度坐标为东经106°49′10″。106°49′43″，北纬23°02′07″。矿区长约5 km，宽200～800 m，面积约2 km2。

研究区丰富的勘查工作为区域成矿调查研究提供了大量详实的基础地质资料。广西锰矿地质调查在解放前即以开始，1927年两广地质调查所成立至新中国成立的22年间，先后有李四光等多位地质学家来桂西南地区考察锰矿。1956年中南地质局416队提交了《广西大新县第九区土湖踏勘普查报告》，目测矿石含锰品位20%以上，含矿率l5%左右；1975年，广西区第四地质队对土湖锰矿进行了地质普查，提交《广西大新土湖锰矿区初步普查报告》，认为该矿为贫氧化锰矿石，有一定远景；1982年广西区第四地质队区调分队提交《广西大新县土湖锰矿区初步勘探地质报告》，各级氧化锰矿石如下：B级45.68万t，C级228.75万t，D级164.87万t。矿山1984年开始筹建，1985年正式开始建设，由于供水供电不正常，资金缺乏，剥离欠账，一直未正式投入生产。2007年5月至2008年2月，广西第四地质队对土湖—东平锰矿开展找矿远景区的评价工作[1-3]。前人在大新县土湖锰矿的研究工作是在该地区开展锰矿勘探的重要基础，目前土湖锰矿研究程度尚浅，亟需开展锰矿床地质特征的系统研究，通过野外地质线路观察、剖面测量、探槽等野外工作，采集样品测试分析，研究矿体形态、分布、厚度、品位、矿石的类型、矿物、成分、结构构造等，综合分析提出成矿模式，以便为在土湖锰矿开展整装勘查提供依据，同时将对广西泥盆纪锰矿沉积的成矿规律提出一定的认识，为锰矿找矿预测提供科学依据。

1 区域地质背景

土湖锰矿区位于右江盆地东南部，大地构造位置属华南褶皱系右江再生地槽下雷—灵马坳陷东南部，西临靖西—田东隆起，东接西大明山隆起，以喀斯特岩溶地貌为主。区内最主要的褶皱构造为受裂谷作用影响而形成的下雷—上映向斜槽向斜，呈北北东—南西西向展布。向斜南翼受北北东向断层的严格控制，其西南缘于湖润、新湖一带为北西向断层切割错断。在中—薄层灰岩或硅质条带灰岩中普遍发育与向斜相协调的次级褶皱，形成复式向斜。研究区断裂发育，主要由北北东向、北西向两组断裂，其中最具代表性的断裂构造为下雷—上映同沉积断裂以及黑水河活动性断裂(见图1)。

研究区内地层出露地层广泛发育，以泥盆系、石炭系为主。研究区泥盆系发育，分布广泛，主要分布于向斜槽两翼，根据沉积类型可划分为台地相、台沟相两种，台地相可划分为融县组、东岗岭组，台沟相可划分为榴江组、五指山组。石炭系主要分布于向斜槽部，两翼可见零星分布。自下而上可划分为鹿寨组(C1lz)、巴平组(C1-2b)、南丹组(C2P1n)3个组。研究区岩浆岩活动较弱，仅发育少量岩墙、岩脉、岩株，以海西期基性岩为主，次为中生代超基性岩[4]。

图1 广西大新县土湖锰矿地质简况

2 矿区地质

2.1 地层

矿区内出露的地层有中泥盆统东岗岭组(D2d)中厚层灰岩、上泥盆统榴江组和下石炭统薄层硅质岩夹薄层灰岩。矿区内没有岩浆岩出露。

榴江组(D3l)为矿区主要含锰层位，分第1段、第2段两段。第1段(D3l1)分上、中、下3个部分，为1～16层。下部为1～6层，厚度>175 m。岩性主要为灰至深灰色硅质灰岩、硅质岩、钙质硅质岩、含锰硅质灰岩、含锰泥岩；中部为7～11层，厚度为2.3～9.6 m，岩性主要为灰至深灰色含锰硅质灰岩、氧化锰矿层、硅质灰岩、硅质岩、钙质泥岩、泥岩；上部厚度10.6～15.2 m，岩性主要为深灰色含锰钙质硅质岩、灰白、黄白色硅质岩、含锰泥岩、泥质灰岩、泥岩。第2段(D3l2)岩性主要为灰绿色至肉红色薄层条带状灰岩、似扁豆状灰岩、泥质条带灰岩(见图2)。

2.2 构造

矿区属上映倒转向斜南东翼，地层总的倾向325(°)，走向50(°)～60(°)，其南部被区域性F1逆断层切割，构成矿区的基本构造格架。由于榴江组大部分为泥质岩、硅质岩，易于产生褶皱，故矿区构造以褶皱为主。根据褶皱构造的规模以及他们之间的相互关系，矿区褶皱构造可分3种：①Ⅰ级褶皱构造，为一部分被剥蚀的箱状背斜，控制着矿区氧化矿层总的形态；②Ⅱ级次生褶皱构造，展布于Ⅰ级构造的北西在的背向斜构造，主要控制矿层形态的扭曲；③Ⅲ级挠曲构造，广泛分布矿区各地，使矿层局部形态复杂。

矿区内断裂构造不发育，主要为NNE向逆断层为区域大断层，断层局部近EW向。由于断层作用使上盘中石炭统东岗岭组的灰岩上升直接与上泥盆统榴江组的地层相接触，并在东边和西边将矿层切断。其中西边将工业矿体切断，对矿体有一定的破坏作用，东边则对矿体没有影响[5]。

图2 广西大新县土湖锰矿地层柱状简况

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

1)矿区共发育Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个碳酸锰矿层，碳酸锰矿层呈层状赋存于上泥盆统榴江组(D3l)中部，严格受地层层位控制，其产状与地层产状一致，走向北东，倾向北西，走向长度约4 000 m，倾向斜深100～300 m，倾角一般为10(°)～28(°)，局部倒转，主要由微层状含锰生物碎屑硅质灰岩与钙质与钙质硅质岩及硅质泥灰岩互层组成。矿层厚2～50 cm不等，平均品位为8.01%，最高可达15.82%。Ⅰ矿层厚度为0.20%～l.96%，平均厚度0.84 m，总的自东往西逐渐变薄，仅在中部为工业矿层。Ⅱ矿层为矿区主要矿层之一，厚度为0.19～4.82 m，平均2.54 m，矿区中部往东可见该矿层厚度变薄并趋于尖灭，往西该层厚度亦是趋于减薄，厚度由3～4 m降为1 m左右。Ⅲ矿层为矿区主要矿层之一，厚0.59～4.75 m，平均厚2.36 m，厚度相对比较稳定。由于Ⅱ矿层和Ⅲ矿层之间夹有一层矿，被矿层所隔开的上下真正夹层厚度<0.30 m，故往往将Ⅱ、Ⅲ矿层视为一个完整的矿层，称为Ⅲ+Ⅱ矿层，厚1.07～8.38 m不等，平均厚5.25 m。矿层层厚总体东厚西薄[6]。

2)矿区共发育3、5、12、13、16分层等共5个氧化锰矿层，由叶片状、条纹状氧化锰矿层和土状含锰泥岩与硅质岩互层组成。氧化锰矿层主要为锰帽型氧化锰，由碳酸锰矿层近地表的部分风化而成，其产状、规模等特征与碳酸锰矿层基本一致，矿层长约4 km，平均斜深154 m，总厚度6.09 m。仅局部几处厚度、品位达到工业要求，工业价值不大。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石类型

矿区各矿层根据锰矿类型划分为氧化锰矿石和碳酸锰矿石两种，氧化锰矿石主要由叶片状氧化锰矿、土状锰矿组成，碳酸锰矿石由含锰硅质岩、含锰含生物屑硅质泥岩组成[7]。

3.2.2 矿物组分

碳酸锰矿石矿物主要为锰方解石、水云母、石英、蛋白石、高岭石等，脉石矿物有石英、云母、方解石及绿泥石；氧化锰矿石主要由钡锰矿、隐钾锰矿、软锰矿、锂锰矿、钙锰矿、褐锰矿和黑镁铁锰矿等氧化锰矿物以及水云母、高岭石、石英等组成，其中水云母、高岭石含量较高，为60%～92%，石英为2%～30%，氧化锰矿物含为2%～5%。

3.2.3 矿石结构与构造

碳酸锰矿石以微粒结构为主，夹有少量的细粒、细柱状及鳞片结构，偶见显微叶片结构和生物碎屑结构；氧化锰矿石主要为风化作用下的束状结构、变胶状结构、微粒结构、隐晶质及泥质结构和显微鳞片泥质结构等。矿石的构造主要有侵染状构造、微层状构造、条带状构造、豆状构造、土状构造、网格状构造、瘤状构造及薄层状构造(见图3)。

(a)微层状构造; (b)微层状构造; (c)豆状构造; (d)瘤状构造

3.2.4 化学特征

1)碳酸锰矿石

根据矿区部分钻孔的样品测试结果表明，土湖锰矿碳酸锰矿层各化学组分含量为Mn 10.89%，TFe 3.93%，P 0.007 4%，SiO219.30%，CaO 23.12%，MgO 2.88%，Al2O31.98%(见表1)。

2)氧化锰矿石

化验结果表明：土湖锰矿氧化锰矿层各化学组分含量为Mn 19.27%，TFe 6.85%，P 0.082%，SiO248.04%，CaO 0.45%，MgO 0.42%，Al2O34.66%，S 0.015%，Ni 0.030%，Co 0.014%，烧失量9.03%(见表2)。

表1 土湖矿区部分钻孔碳酸锰矿石化学分析结果

表2 土湖矿氧化锰矿石化学分析结果

3.3 矿层围岩和夹石

碳酸锰矿层的直接顶底板均为含锰灰岩，其特征与矿层基本一致(仅Mn含量<8%)，矿与非矿肉眼难以区分，需靠化学分析方能确定。矿层中夹石为灰色微—薄层状硅质灰岩，常与含锰灰岩互层产出。氧化锰矿层顶底板与碳酸锰矿层相同，夹石主要为泥岩、硅质岩以及含锰硅质岩等[8]。

4 锰矿床成因分析

通过对矿床地质特征、沉积环境、物质来源和大地构造背景等几方面分析，认为该地区锰矿床的形成经历了两大阶段。

4.1 碳酸锰矿床形成阶段

被动大陆边缘的伸展作用导致地壳下降，海盆可容空间加大，海浸阶段逐步形成欠补偿沉积环境。伴随拉张作用导致大陆边缘发育碳酸盐台盆相间的古地理格局，沉积环境为氧化环境。热液为锰质主要来源，有机物为矿层中碳酸锰的形成提供了碳酸根，其形成在早期成岩阶段。由于地壳沉降可导致海底火山物质及热流(含Mn、SiO2及CO2)进入海盆，海浸早期欠补偿环境开始出现， H2S的加入使盆内水介质的pH值<7，为酸性介质，沉积物以硅质岩类为主。欠补偿环境持续，pH>8，沉积物以灰岩为主。欠补偿环境加剧，pH值在7～9之间，频繁的热液活动提供了大量锰离子，热液来源的锰离子由洋流携带，运移到水体呈氧化状态的盆地中，以氧化物的形式大量沉积，在沉积物孔隙水环境中，有机物分解消耗大量氧气并提供了充足碳酸根，出现浓缩段，锰质与碳酸钙一起沉淀，形成碳酸锰矿[9-11]。随着海浸逐渐减弱，虽仍处于欠补偿环境，但pH值已逐渐正常，沉积物又有较多硅质灰岩出现，海浸结束，锰矿沉积也随之结束。

4.2 锰帽型氧化锰矿床形成阶段

后期在构造运动作用下，锰矿层被抬升至地表接受风化、淋滤作用，碳酸锰矿层层在氧化带受H2O及O2的作用发生的化学反应：

2MnCO3+O2+2nH2O→2(MnO2·nH2O)↓+2CO2↑

2MnCO3+O2+2H2O→2MnO2↓+2H2CO3↑

2MnSiO3+O2+2H2O→2MnO2↓+2H4SiO3↑

过程中K、Na、Ca、Mg等元素大部分被风淋失，Mn元素相对富集。一部分Mn被淋积于其下方的锰帽中。矿物中主要为硬锰矿、软锰矿及偏锰酸矿，形成锰帽型氧化锰矿层。

5 结 论

1)土湖锰矿重要含锰岩系为上泥盆统榴江组，发育3个碳酸锰矿层，矿层厚2～50 cm不等，平均品位为8.01%，最高可达15.82%。发育5个氧化锰矿层，由叶片状、条纹状氧化锰矿层和土状含锰泥岩与硅质岩互层组成。锰矿类型划分为氧化锰矿石和碳酸锰矿石两种。碳酸锰矿石主要为微粒结构，氧化锰矿石结构主要受风化作用影响，矿石构造主要有微层状构造、条带状构造、豆状构造、土状构造、瘤状构造等。

2)土湖锰矿床的形成经历了两大阶段，在碳酸锰矿床形成阶段，热液为锰质主要来源，在欠补偿环境，有机物分解消耗大量氧气并提供了充足碳酸根，出现浓缩段，锰质与碳酸钙一起沉淀，形成碳酸锰矿。在锰帽型氧化锰矿床形成阶段，锰矿层被抬升至地表经历风化、淋滤，Mn元素相对富集且被淋积于其下方的锰帽中，菱锰矿转化为软锰矿及偏锰酸矿，形成锰帽型氧化锰矿层。