简析广西大新下雷锰矿的矿物质来源

简析广西大新下雷锰矿的矿物质来源

一、前言

广西大新下雷锰矿主要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。整个矿区的向斜构造呈东高西低走向，南北长约有215Km，东西长约9Km。由于矿区的向斜构造使得其两翼不对称。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；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400m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%。

二、区域地质背景

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。

2、沉积环境

（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。

（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。

（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。

②Eh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。

③pH在8～10之间时，存在硫锰矿的1个小稳定区。

三、成矿物质来源

1、Co：Ni比值

下雷碳酸锰矿，矿床有1号、2号、3号矿层，Co2Ni比值3号矿层最高（0.90），2号矿层最低（0.52），平均值为0.73，矿床钴镍含量表见图1。

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。

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。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