桂西南海相熱水沉積錳礦勘查地球化學(xué)標(biāo)志——以龍邦、龍昌錳礦為例

李 飛 ，施澤明 ，裴云婧 ，李麗芬 ，張 麗 ，黃小東

（1.成都理工大學(xué)地球化學(xué)與核資源工程系，成都 610059；2.四川地質(zhì)工程勘察院，成都 610072；3.四川省地學(xué)核技術(shù)重點實驗室，成都 610059；4.四川地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四〇五地質(zhì)隊，四川 都江堰 611830；5.冶金地質(zhì)總局中南局，武漢 430081）

錳是冶金工業(yè)的重要原料，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，日產(chǎn)錳礦資源滿足不了鋼鐵生產(chǎn)的需求，而桂西南又是中國的錳礦富集區(qū)，近年來已發(fā)現(xiàn)靖西縣龍昌、龍邦地區(qū)賦存有泥盆系上統(tǒng)五指山組“下雷式”優(yōu)質(zhì)錳礦。為取得良好的找礦效果，對該區(qū)典型錳礦地球化學(xué)特征進(jìn)行研究，揭示其成礦規(guī)律，對尋找新的錳礦資源基地，擴(kuò)大錳礦遠(yuǎn)景資源量，具有特別重要的意義。

1 成礦地質(zhì)背景

1.1 成錳沉積盆地

圖1 晚泥盆世桂西-滇東成錳沉積盆地構(gòu)造位置

廣西錳礦資源主要集中在桂西南的靖西、大新地區(qū)，含錳盆地主要有富寧—那坡晚泥盆世拉張盆地、靖西—大新晚泥盆世拉張盆地、早石炭世龍川—寧干走滑拉張盆地等。這些盆地主要屬轉(zhuǎn)換型沉積盆地，其形成與走滑斷裂系統(tǒng)的拉張作用有關(guān)。

富寧—那坡、靖西—大新成錳盆地形成于右江盆地裂谷演化的拉張期，由于北西向斷裂的拉張和北東向斷裂的走滑拉張共同作用，形成了次級坳陷槽盆。這種坳陷槽盆（槽溝）具有弱堿性還原環(huán)境和欠補(bǔ)償?shù)臈l件，是深部熱液錳質(zhì)富集儲存的有利場所。富寧—那坡、靖西—大新成錳沉積盆地受坳陷槽盆控制，沿北東向斷裂呈狹長帶狀展布（圖1），在北西、北東兩組斷裂交匯處及附近形成了具有工業(yè)意義的錳礦床。

桂西南沉積錳盆地在海西—印支期經(jīng)歷了初裂、強(qiáng)裂、逆轉(zhuǎn)、余裂和消亡的全過程，并形成了晚泥盆世、早石炭世和早三疊世，三個階段的含錳建造體系，龍邦和龍昌主要含錳沉積建造為晚泥盆世賦礦層位五指山組，為淺海盆地臺溝式臺槽相，硅質(zhì)—碳酸鹽或硅質(zhì)—粘土巖微相環(huán)境形成了工業(yè)意義的錳礦床，在沉積分異進(jìn)行緩慢熱水成礦作用持久，并具備陸源碎屑欠補(bǔ)償?shù)挠欣麠l件，易于形成規(guī)模巨大沉積錳礦。

1.2 含錳巖系

研究區(qū)含錳巖系主要為上泥盆統(tǒng)五指山組，廣泛分布于大新—下雷—靖西—那坡一帶，為淺海盆地或臺溝相硅質(zhì)、泥質(zhì)碳酸鹽巖建造。含錳巖系主要由鈣質(zhì)泥巖、條帶灰?guī)r、藻層—紋層狀硅質(zhì)灰?guī)r、微晶質(zhì)，夾2～3層碳酸錳礦或碳酸錳—硅酸錳礦層組成。五指山含錳巖系，其巖性各處有所變化。大新下雷—靖西龍邦一帶含錳地層巖性大體與下雷錳礦相似，巖石為硅質(zhì)—泥質(zhì)—鈣質(zhì)組成的混合類型，由于各種組份含量的變化，形成多種巖石類型，夾2～3層碳酸錳礦。此錳礦帶延展長度在60km以上[1]。

2 水系沉積物測量

2.1 采樣分析及數(shù)理統(tǒng)計

本次對龍邦和龍昌礦區(qū)及其外圍共計287km2進(jìn)行了水系沉積物測量工作，樣品根據(jù)有關(guān)技術(shù)要求采集，共采得有效樣品1 136件。對分析數(shù)據(jù)數(shù)量統(tǒng)計后得到工作區(qū)各元素平均值、富集系數(shù)及變化系數(shù)（表1）。以富集系數(shù)大于 1.5和變化系數(shù)大于 1為依據(jù)作為劃分地質(zhì)體元素組合依據(jù)?？傻霉^(qū)組合元素為Mn、Ag、As、Sb、Sn、Mo、Co、Ni。

表1 水系沉積物測量元素特征表

對測區(qū)水系沉積物測量結(jié)果錳元素含量≥2 500×10-6的475件樣品的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)處理后進(jìn)行相關(guān)分析，與錳呈顯著正相關(guān)的元素有Ag、Mo、Cu、As、Ba等。

2.2 水系沉積物異常特征

1）Mn異常面積一般大于 5Km2，比其他元素大很多，強(qiáng)度最高可達(dá)100 000n×10-6，清晰，襯度大。

2）Ⅰ級水系沉積物 Mn異常中心距錳礦長 0～400m，并有 Ag、Mo、Cu、As、Zn、Ni、Ti、Ba、Cr、V等異常；Ⅱ級水系沉積物 Mn異常中心距錳礦帶100～500m，伴有Ag、Zn、Cu、Ni、Ti、Ba異常；Ⅲ級水系沉積物中Mn異常在距賦錳地層 2.2～3.2Km水系沉積物中Mn元素含量仍為1 953～3 314×10-6異常，并伴有Cu、As、Zn、Ba、V異常。

水系沉積物異常規(guī)模、強(qiáng)度與礦床規(guī)模、品位及剝露程度有關(guān)，并受地形地貌的影響。通過對水系沉積物元素地球化學(xué)特征分析，認(rèn)為礦床地球化學(xué)異常的元素組合為：Mn、Ag、Cu、As、Mo、Co、Ni、V、Sb；Mn 與 Ag、Mo、Cu、As呈正相關(guān)（圖2）。

2.3 異常查證

圖2 HS-7異常剖析圖

對HS-7、HS-10、HS-6三個異常進(jìn)行了查證，證實3個異常濃集中心位于石炭系下統(tǒng)大塘階地層中。該地層以灰?guī)r為主，夾1～20m的硅質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、泥巖，局部可見錳泥。施工QJ4淺井對HS-11異常的濃集中心進(jìn)行查證，見到含角礫狀的錳礦層，厚0.52m，錳品位15%～20%，為泥盆系上統(tǒng)榴江組地層中的錳礦層。施工山地工程，也分別對展布于上泥盆統(tǒng)五指山組地層的 HS-8、HS-9、HS-12進(jìn)行了查證，均見礦。錳礦層厚 0.31～0.73m，錳品位 18%～49%。

表2 龍昌、龍邦錳礦區(qū)土壤元素貧化富集參數(shù)特征表

3 土壤地球化學(xué)測量

龍昌、龍邦屬亞熱帶、溫帶潮濕氣候，第四系殘坡積層及植被發(fā)育；土壤為硅、鋁、鐵、錳型淺棕褐—磚紅色土。在龍昌、龍邦兩個錳礦床進(jìn)行了土壤地球化學(xué)剖面測量，采樣點距為20m，剖面總長1 225m，共采得有效樣品139件。

3.1 土壤中元素富集特點

通過龍昌、龍邦錳礦床各種巖石與土壤元素富集系數(shù)的計算結(jié)果（表 2）表明，在錳礦風(fēng)化后，有Mn、As、Sb、Ag、Hg、Cu、Mo、Zn等富集，Mn富集達(dá)4.71倍，As、Sb、Co、Ni達(dá)8倍以上，此外還有Ba、Ce、V等。

3.2 土壤地球化學(xué)異常特征

土壤地球化學(xué)異常與疏松層剝蝕、覆蓋厚度有關(guān)，在不同殘坡積層中形成的異常元素組合及其強(qiáng)度有一定差異。異常范圍往往與礦體所處的地形及坡度有關(guān)，一般坡度越大異常范圍也大，異常中心位移也越大[4]。

相關(guān)分析表明，Mn與Ag密切呈正相關(guān)，其次與 Ni、Zn、Ba、Cu、Pb、Bi、Sb、Ce等呈正相關(guān)，Mn與V、Ti、Cr、Fe呈負(fù)相關(guān)，而As與Sb、Bi密切正相關(guān)，As與Mn接近正相關(guān)。

通過龍昌、龍邦錳礦土壤地球化學(xué)剖面測量，在已知錳礦體上方土壤中Mn、Ag、Hg、As、Sb、Zn 等均出現(xiàn)了異常（圖3），有Mn、Ag、As、Sb、Mo、Ni、Zn、Cu、Hg及 Ce、Ba異常組合，其中Mn、Ag、As、Sb、Hg異常強(qiáng)度高，范圍較大。

為評價元素土壤地球化學(xué)異常與錳礦的關(guān)系，研究了龍昌、龍邦錳礦土壤Mn元素組合異常，（Cu＋Zn）/Zn、(As＋Sb＋Ag)/Ag比值及Mn與Ag元素的相關(guān)性，在錳礦上方Mn異常中，（Cu＋Zn）/Zn比值為 1.45～1.79、（AS＋Sb＋Ag）/Ag比值為1.06～1.56，而Mn與Ag相關(guān)性為正相關(guān)。這三項綜合指標(biāo)，是區(qū)分錳礦異常與非錳礦異常的土壤Mn地球化學(xué)綜合標(biāo)志（表3）。

表3 龍昌、龍邦錳礦床賦錳礦層上土壤地球化學(xué)異常綜合判別指標(biāo)

4 巖石地球化學(xué)測量

圖3 龍昌錳礦地球化學(xué)剖面圖

龍昌、龍邦錳礦床為優(yōu)質(zhì)富錳礦（地表為氧化錳礦，深部為碳酸錳），錳礦層主要賦存于泥盆系上統(tǒng)五指山組（D3w），第二巖性段（D3w2）中，該段巖性為硅質(zhì)泥巖～硅質(zhì)灰?guī)r，Ⅰ、Ⅱ礦層賦存于該段的底部、頂部，受一定層位和含礦巖系控制。因此應(yīng)用巖石地球化學(xué)測量方法建立優(yōu)質(zhì)錳礦的巖石地球化學(xué)模型，可以很好地指導(dǎo)錳礦找礦[5]。

4.1 賦錳巖系地球化學(xué)特征

經(jīng)統(tǒng)計，賦錳巖系Mn濃集克拉克值最低1.13，最高為48.47；Mn富集系數(shù)低值為3.02，最高為 116.11。其中鈣質(zhì)泥巖中Mn濃集克拉克值及富集系數(shù)均最高，而硅質(zhì)灰?guī)r錳濃集克拉克值和富集系數(shù)僅低于硅質(zhì)泥巖，為賦存錳礦巖系居第二位。

鈣質(zhì)泥巖除富集元素 Mn外，還有 As、Sb、Ag、Cu、Co、Ni、Ce等，顯然，這個元素組合便是賦錳巖系的指示元素組合。

錳礦與圍巖（頂?shù)装澹┰?5%置信度下Mn 與 As、Sb、Hg、Ag、Co、B、Ba、Fe、Ce、P正相關(guān)，與Sb、Ag密切相關(guān)，與Ti、Cr、V呈負(fù)相關(guān)。

4.2 賦錳巖石地球化學(xué)特征

圖4是龍邦錳礦地球化學(xué)剖面圖，在賦錳礦部位能形成Mn、Ba、及Ag＋As＋Sb、Sb＋Bi元素累加異常，Mn于賦礦層上、下盤，形成了處中帶Mn異常，Ba在錳礦體上、下盤形成了外帶異常，上盤暈比下盤暈發(fā)育已上達(dá)地表；Ag＋As＋Sb累加異常也比較發(fā)育，其中帶包裹于錳礦體與Mn元素中帶寬度相當(dāng)；Sb＋Bi元素異常于錳礦體上，下盤有外、中帶異常，中帶緊包裹于礦體，異常寬度比Ag＋As＋Sb異常范圍窄。

表4 礦層元素比值特征表

熱水沉積錳礦床原生暈形成于同生沉積成巖過程，其暈形態(tài)簡單亦呈層狀，暈與成礦元素相同。礦層底板元素含量稍高于頂板含量，具濃度分帶特征，而無明顯的組分分帶特征，難以劃分前緣暈、尾暈元素。上述元素巖石地球化學(xué)異常表明于賦錳礦層部位有錳元素外、中帶異常，Ag＋As＋Sb元素的外、中帶異常及Sb＋Bi元素的外、中帶異常。這種元素濃度帶特征是賦錳巖系巖石地球化學(xué)錳礦異常特征。

為研究賦錳礦層巖石地球化學(xué)異常特征，建立賦錳礦層巖石地球化學(xué)異常評價標(biāo)志，在已知賦錳礦層中，研究了元素對比值 Mn元素與伴生元素相關(guān)性。結(jié)果表明，在賦錳礦層中，Ag/（Ag＋Zn＋Cu）比值為 0.59～0.91、Ag/（Ag＋B＋Ce）比值在 0.58～0.82間，Mn、Ag兩元素間呈正相關(guān)，這三項指標(biāo)可作為賦錳礦層巖石地球化學(xué)綜合評價標(biāo)志。

圖4 龍邦錳礦巖石地球化學(xué)剖面圖

5 結(jié)論

綜上所述，龍昌、龍邦錳礦區(qū)勘查地球化學(xué)標(biāo)志為：

1）水系沉積物測量：①指示元素組合為 Mn、Ag、Cu、As、Mo、Co、Ni、V、Sb，且 Mn 與 Ag、Mo、Cu、As呈正相關(guān)；②Mn元素異常面積一般>5Km2,流長>2 200m，Mn異常含量可達(dá)n×100 000×10-6，Mn異常強(qiáng)度隨離開源遠(yuǎn)逐漸降低。

2）土壤地球化學(xué)測量：①指示元素組為 Mn、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Mo、Co、Ni、Zn、Ba、Ce，Mn 與 Ag呈正相關(guān)；②（Cu+Zn）/Zn比值為1.45～1.79，（As+Sb+Ag）/Ag 比值為1.06～1.56。

3）巖石地球化學(xué)測量：① 指示元素組合為 Mn、Ag、As、Sb、Hg、Co、Ni、Ti、V、Ba、Ce；②Ag/（Ag＋Zn＋Cu）比值為0.59～0.91、Ag/（Ag＋B＋Ce）比值為 0.58～0.82，Mn、Ag兩元素間呈正相關(guān)。

最后，提出龍昌、龍邦錳礦的勘查地球化學(xué)標(biāo)志模型如圖5。

圖5 龍昌、龍邦錳礦的勘查地球化學(xué)模型

[1] 李升福，王澤華，李朗田, 等. 桂西南優(yōu)質(zhì)錳礦成礦機(jī)理分析[J]. 資源環(huán)境與工程. 2009, 23, (4).

[2] 黃桂強(qiáng). 廣西靖西縣岜愛山礦區(qū)優(yōu)質(zhì)錳礦普查報告[R]. 2008

[3] 孫鳳舟，李惠. 錳礦地球化學(xué)勘查方法技術(shù)[J]. 中國南方錳礦地質(zhì). 1996, 227～234.

[4] 蔣敬業(yè)，程建萍，祁士華，向武. 應(yīng)用地球化學(xué)[M]. 中國地質(zhì)大學(xué)出版社, 2006

[5] 李毅. 廣西熱水沉積礦床成礦規(guī)律及找礦方向研究[D]，長沙：中南大學(xué)，2007.1～337