廣西大新下雷錳礦沉積環境特征及成礦物質來源分析

王榮庚

(廣西錫山礦業有限公司，廣西南寧 530022)

0 前言

廣西大新下雷錳礦是我國惟一一個錳礦資源儲量超過億t的整裝型錳礦床，下雷錳礦的研究對于在我國尋找大型超大型錳礦具有重要意義。礦區位于華南褶皺系右江褶皺帶下雷—靈馬坳陷的西南部。礦區西北側與湖潤錳礦區相鄰。礦區為西高東低的向斜構造，東西長近9 km，南北寬約2.5 km[1]。礦區向斜構造的兩翼不對稱，南翼產狀陡峻，傾角一般在70(°)以上，并伴有倒轉，北翼產狀正常，傾角平緩，一般在25(°)左右[2]；向斜西部仰起部分構成次級復式向斜構造，褶皺及斷裂發育，巖層產狀多變。

下雷礦區內分布有泥盆系、石炭系、二疊系和三疊系，其中泥盆系最為發育，分布面積最廣。礦區出露中、上泥盆統及下、中石炭統，向斜軸部的下中石炭統灰巖形成了相對高度在400 m左右的峻拔的巖溶山地，向斜兩翼上泥盆統硅質巖構成較低矮的山地丘陵。礦區的錳礦類型主要有2種：風化型和沉積型錳礦，已探明儲量1.356億t以上，約占全部錳礦總量的30%。

1 區域地質背景

1.1 晚泥盆世沉積相

泥盆紀發展到晚世，沉積相發生明顯變化，與早中世相比，有2個顯著的特點：a陸源碎屑沉積減少，廣大地區主要發育碳酸鹽巖和硅質巖類，及兩者的過渡類型；b沉積分異進一步加強，臺—盆地分割局面比較明顯，不僅體現在不同沉積相帶之間的巖石組合差別很大(如臺地相區以碳酸鹽巖為主，盆地相區則以硅質巖為主)，而且生態環境也有顯著的差別，盆地相區以浮游生物組合為主，而盆地相區和臺地邊緣相區則以底棲生物占主導地位。

一般認為廣西晚泥盆世沉積相可分為5個沉積相區，即從濱海—臺地—盆地—槽盆之間過渡的幾個相帶，這在業界已經達成共識。在臺地及臺地邊緣沉積區基本上不形成錳礦層，錳礦一般只在淺海盆地沉積區形成，但作者認為在淺海盆地沉積相帶中還可細分，針對下雷錳礦成因研究，認為更準確的定性下雷錳礦沉積相應為淺海盆地深水臺溝相，這是由盆地內斷陷裂谷成因的一種沉積相。

淺海盆地深水臺溝相是與臺地相鄰地盆地內的深水臺溝區域。相帶內地質構造復雜，褶皺疊加，斷層縱橫，基性巖和噴出巖發育，為地質構造活動帶。沉積物主要為含浮游生物的硅質、泥質和碳酸鹽巖沉積。巖石組合主要包括碳酸鹽巖—硅質巖組合、硅質巖—碳酸鹽巖組合、硅質巖組合、硅質巖—硅質頁巖組合及扁豆狀泥質灰巖組合等5類組合。巖石類型主要有泥質條帶泥晶灰巖、扁豆狀泥質泥晶灰巖、硅質泥巖、硅質頁巖、硅質灰巖、硅質巖、鈣質硅質巖、碳質硅質巖、黑色泥巖、暗色泥晶灰巖及錳質巖等，巖石水平微細層理、水平層理、微波水平層理、透鏡狀層理發育。碳質和星散狀黃鐵礦是常見的標志礦物。生物群以浮游性組合為主，有菊石、竹節石、牙行刺、海綿骨針及浮游介行類等。腕足類和珊瑚等底棲類生物少見。之所以細分為淺海盆地深水臺溝相，更多的是從礦物質的來源方面考慮，這是其他淺海盆地內沉積物所沒有的特征。

1.2 沉積環境

1.2.1 沉積相特征

由于裂谷的拉張作用，在臺盆間形成了下雷錳礦特殊的沉積基底，該地帶為淺海域深水地帶，最具代表性地巖石為硅質巖和扁豆狀灰巖，這2種巖石不但分布廣，密切相生，而且對成礦有重要意義。

硅質巖一般包括石英硅質巖、鈣質硅質巖、泥質硅質巖和少量的碳質硅質巖，其巖石具有明顯的水平層理。硅質巖中缺乏底棲生物，以浮游生物相為主。硅質巖及其伴生巖的巖石特征、生物面貌及沉積序列表明，硅質巖是位于氧化界面以下，且水動力條件微弱的深水環境的產物。

與硅質巖密切伴生的硅質灰巖和泥質灰巖為泥晶結構，微層狀的構造特征表明他們形成于弱水動力環境。泥質灰巖呈扁豆狀或條帶狀，分布范圍與硅質巖大致一樣。巖石一般呈灰、深灰、灰綠色，局部有紫紅色，由灰質條帶和泥質條帶相間組成，條帶形態極不規則。灰質條帶主要由泥晶和粉晶方解石組成，一般呈條帶狀和扁豆狀。泥質條帶由絹云母及泥晶方解石組成，部分地區條紋構造發育，常因灰質條帶和扁豆的形態變化而彎曲，但仍保持清晰而連續的紋層狀層理，并可見各種變形構造和滑動構造，在泥質條帶灰巖和豆鮞狀灰巖中，也缺乏底棲生物化石，目前所見均為浮游生物相。

根據以上特點分析，條帶狀、豆鮞狀泥質灰巖形成的環境和條件比較復雜，巖石的成份和結構表明巖石周圍是微弱的水動力環境，生物特征與深水相生態環境中生存的生物的特征類似。某些變形構造常見于下部盆地硅質巖相和上部臺地碳酸鹽巖相之間，可能與特定的古地形(盆地邊緣斜坡)、巖性和成巖作用有關。由此可見，條帶狀和扁豆狀泥質灰巖的形成是由深水向淺水過渡的沉積過程，但以較深水沉積為主。

1.2.2 沉積剖面分析

就沉積相中最具代表性的2種巖石特征及成巖環境分析，可得出下雷沉積盆地的剖面結構，即下部是以硅質巖為主的盆地相，上部是以扁豆狀泥質灰巖為主的盆地兼盆地邊緣相的二元結構剖面。這是淺海盆相帶中最典型的剖面結構，代表了一種向上變淺的海退相序。但沉積序列并不是單向的，而是旋回式的，包括2個次級旋回，每1個次級旋回的沉積層序都為1個二元機構剖面，均表現出向上變淺的特點，也表明了晚泥盆世早期為海侵層序，到了晚期為海退層序，總的變化趨勢是1個海侵—海退的沉積旋回。

1.2.3 沉積化學環境

錳的沉積主要取決于本身的濃度以及介質的pH值和Eh值。

1)在pH值＜7的酸性介質中，Mn以離子化合物的形式溶解于溶液中；在pH＞8的堿性介質中，Mn沉淀形成錳礦。

2)Eh值為負時，Mn可形成2價錳礦；當Eh值為正時，Mn形成3價、4價的礦物。

3)pH在8～10之間時，存在硫錳礦的1個小穩定區。

海相沉積有良好地還原條件，可使低價的錳礦保持穩定而發生沉淀。在低 Eh值條件下，錳的狀態受碳酸鹽礦物所控制，在海水中，只要CO32-的含量增加，并且有足夠的錳供給就能形成菱錳礦床沉積。由河流、地下水帶入海中的Mn(HCO3)2或其他作用而存在海水中的Mn(HCO3)2與軟泥中的CaCO3或 MgCO3，在海水—沉積界面的還原條件(缺氧)下，由于溶度積的不同而引起置換作用，生成菱錳礦或錳方解石：

錳在沉積環境中的溶解、氧化和沉積等過程都受制于氧化還原作用。溶解的錳具有較大的穩定性，在海水或地表淡水的p H值下，除了強氧化還原條件以外，M n一般可溶；在中等還原條件下，溶解錳的穩定場比溶解鐵的穩定場大得多。由于許多沉積物在他們與水的分界面以下幾厘米內就變成了還原性的，所以M n2+能夠活化并進入孔隙水中。在Eh值比較低和含硫量比較高的條件下，如在還原的海洋環境，溶解的M n2+則向上擴散，或者由于底部水中含有氧而在分界面沉淀下來[3]。

2 成礦物質來源

2.1 Co∶Ni比值

下雷碳酸錳礦，礦床有1號、2號、3號礦層，Co∶Ni比值 3號礦層最高(0.90)，2號礦層最低(0.52)，平均值為0.73，礦床鈷鎳含量表見表1。

表1 下雷錳礦礦床鈷鎳含量

鈷、鎳是基性，超基性巖的特征元素，說明了碳酸錳礦質有巖漿來源，如果以 Co∶Ni=1為界線，＞1判斷為遠程火山來源，那么下雷錳礦的Co∶Ni=0.73可推測礦物質為中遠程火山來源，為與海底火山作用有關的沉積礦床[4]。

2.2 碳酸錳豆鮞粒同位素測定

一般認為，碳酸鹽巖中的δc13=0，碳質來至海水，測定不同層位2顆碳酸錳豆粒的δc13分別為-7.65%和-6.82%，與礦層中碳酸錳礦物的δc13平均值-7.06%基本一致，屬于深部巖漿來源的碳[5]。豆鮞粒的發育及構造線方向與熱源礦物的規律是一樣的，以海底火山作用環境分析，火山熱氣噴溢出口及其附近，具有豐富的礦物質及高溫的熱液條件，非常有利于豆鮞粒的生成，而一般的淺海低溫水地帶不易形成豆鮞粒。

此外錳礦質的陸源來源也有著很重要的意義，古風化作用使得地殼表層巖石和比較早沉積的礦石發生崩解，強烈改造部分元素遷移，經搬運再沉積成礦。值得研究的是下雷錳礦在晚泥盆世沉積時，正好也是越北地區同沉積缺失之時，兩者之間在晚泥盆世華力西地區發生海退時，此消彼長，理應存在成礦上的聯系，或者可以這么理解，晚泥盆世下雷錳礦的沉積得益于先期越北古陸形成的錳礦或含錳礦石礦床的風化、搬運、再沉積，下雷錳礦沉積存在不可忽視地陸源特點。

2.3 礦床成因

綜合上述，根據對下雷錳礦沉積環境及成礦物質來源的論述，推測出下雷錳礦成礦模式如圖1。

圖1 下雷錳礦成礦模式

3 結語

下雷錳礦為淺海盆地深水臺溝相沉積的并與海底火山作用有關的沉積礦床，礦物質是多源性的，主要有2個來源。

1)海底深水臺溝下覆火山噴溢的侵入巖，鈷、鎳等稀有元素便是最直接的證據，此外豆鮞粒狀碳酸錳礦石的形成也進一步證實了海底火山作用成礦這一說法，這是在淺海盆地內其他次級沉積相條件下所不能形成的。

2)越北古陸早期錳礦床的風化、搬運、再沉積，具陸源特點。

[1]王永濤.大新錳礦礦山可視化技術的研究與實現[D].南寧：廣西大學，2008.

[2]秦元奎，張華成，姚敬劬.廣西大新縣下雷錳礦床的地球化學特征及其意義[J].地質評論，2010，56(5)：664-672.

[3]郝瑞霞，關廣岳.廣西下雷—湖潤錳礦帶原生碳酸錳礦床的沉積機制[J].地質地球化學，1994，27(2)：57-61.

[4]彭張翔.Co/Ni比值與錳礦的成因關系[J].地質與勘探，1991，27(12)：16-17.

[5]曾友寅.桂西南晚泥盆世錳礦床錳質豆鮞粒類型及其成因探討[J].廣西地質，1989，2(3)：63-70.