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广西宜州石炭系锰矿床地质特征及成矿作用机制研究

冯康宁  
【摘要】:桂中地区是我国石炭纪锰矿的重要成矿区,近年来锰矿找矿取得重要突破,新发现隐伏锰矿资源量逾8000万吨。然而,关于桂中石炭纪锰矿研究工作开展较少,涉及矿床成因、形成机理和成矿规律等关键科学问题还有待继续深入研究。为此,本文以广西宜州石炭纪龙头锰矿为例,通过详细地沉积学、矿物学以及矿床地球化学研究,揭示锰矿床形成过程的氧化还原条件状况及其变化规律,分析锰质来源,并综合探讨石炭纪古海洋环境演化、冰川活动对海平面的控制作用以及右江盆地区域古构造、古地理演化对锰矿的影响和控制,刻画龙头锰矿床的成矿过程,为桂中石炭纪锰矿成矿规律研究和找矿勘查提供科学支撑。宜州龙头锰矿赋存于石炭纪大塘阶,矿体产于多条同沉积断层控制的狭长裂陷盆地内,古地理格局上表现为碳酸盐岩台地边缘沉积。矿区共分布四层锰矿,其中第一矿层主要为灰黑色和夹肉红色含锰灰岩(锰矿石),第二矿层主要为灰黑色含锰灰岩(锰矿石)和少量含锰泥质灰岩,第三矿层为灰白色含锰灰岩(锰矿石)夹少量硅质岩,第四矿层主要为灰黑色含锰灰岩(锰矿石),围岩以灰黑色灰岩为主。矿石构造主要以致密块状为主,部分为条带状,显微结构中可见部分圈层结构。矿石含锰矿物主要为钙菱锰矿,少量菱锰矿和软锰矿。矿床微量元素V/Cr、Th/U、V/Sc比值,Ce正异常,以及Mo _(EF)和U_(EF)特征判别图解,并结合大塘期海水碳同位素组成,海平面上升的古地理背景,集中表明龙头锰矿成矿环境先后经历了次氧化—缺氧环境。矿石中存在诸多热水成因矿物及其组合特征,如黄铁矿、闪锌矿、重晶石、硫镍钴矿和白钨矿等。结合Fe-Mn-(Co+Ni+Cu)×10、lg U-lg Th、Co+Ni+Cu-Co/Zn和Cr-Zr成因判别图解、(La/Ce)_N和Y/Ho等比值,反映成矿物质很可能来自热水系统。矿石~(87)Sr/~(86)Sr比值略高于石炭纪大塘期海水,但低于陆源碎屑物质的~(87)Sr/~(86)Sr比值,表明锰矿形成过程中可能较多地吸取了海水锶。结合地球化学指标以及古地理资料,龙头锰矿处于同沉积断裂发育的右江盆地东北缘的次级断陷盆地,含矿热液携带Mn(II)通过断裂或裂隙进入盆地与海水混合。早石炭世研究区局限盆地海平面上升,水体出现氧化还原分层,同时为锰在氧化水体和还原水体之间运移转换提供动力,沉积形成的锰的氢氧化物在缺氧条件下,经历成岩初期的还原作用和重溶,与海相碳酸盐岩水解以及海水中溶解二氧化碳形成的重碳酸根离子结合,最终形成碳酸锰沉积。


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