沉积地层中锰的富集规律为反演地球早期表生系统氧化进程和生命演化提供了关键地质记录。同时，锰矿是重要的大宗矿产资源，具有规模大，产出量大和消费量大的特点，已被列入我国十四五战略性新兴产业矿产目录中。沉积锰矿床是地球上锰资源的主要来源，其成因机制大致可归纳为成岩转化模型（锰氧化物成岩转化为碳酸锰）和直接沉淀模型（碳酸锰直接沉淀）两种。前者普遍认为锰矿床的形成是缺氧水体中积累的锰离子与含氧水体相互作用后以锰的氧化物形式沉淀，之后在埋藏成岩阶段再转化为碳酸锰矿物保存下来，因此锰矿的地史分布特征被认为是地球表生系统氧化作用的结果。而后者通过对现代缺氧铁化或硫化湖泊的观测和锰矿的高精度层序地层研究提出，大规模的碳酸锰矿物也可以从还原环境中直接沉淀而成。上述争议和不确定性阻碍了对表生环境中锰的地球化学循环认识，同时也直接影响着沉积锰矿床的找矿勘查方向。此外，沉积锰矿床的成矿峰值在古元古代、新元古代和中新生代三个时期，其中古元古代是地球历史上最重要的锰成矿期。然而，我国南方锰矿在晚古生代时期大量出现，这些大量保存良好的沉积锰矿为研究其矿床成因提供了新的视角。基于锰沉淀时不同的氧化还原条件，成岩转化模型和直接沉淀模型在理论上应具有显著区别的矿物学、微量元素（钴、镍、稀土元素等）地球化学和硫同位素分布特征。鉴于此，本论文选择了桂中地区下石炭统宜州龙头锰矿和忻城里苗锰矿中的含锰岩系作为研究对象，开展了场发射扫描电镜（FESEM）岩相学观察，电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）稀土微量元素含量分析，纳米离子探针（NanoSIMS）原位硫同位素分析等工作。另外收集了已发表的微量、稀土元素和硫同位素数据，总结了沉积锰矿中的微量元素和硫同位素分布规律，探讨了桂中地区下石炭统龙头-里苗锰矿的成因机制问题。取得主要认识如下：（1）桂中地区宜州龙头锰矿和忻城里苗锰矿是典型的海相沉积型碳酸锰矿，赋存层位均为下石炭统巴平组。矿石的主要矿物组成相对一致，主要为钙菱锰矿、锰方解石、方解石、石英和黄铁矿等。龙头锰矿通常具有四层锰矿层，矿层间的各矿物占比变化明显；而里苗锰矿的各矿物占比整体变化不大，且通常具有三到四层锰矿层。（2）桂中地区宜州龙头锰矿和忻城里苗锰矿中微量元素含量分布具有明显的差异富集。同时宜州龙头锰矿和忻城里苗锰矿矿石样品中Co-Ni硫化物（方硫镍钴矿(Co, Ni)S2和硫镍钴矿(Co, Ni)3S4）呈条带状分布于碳酸锰基质中，围岩中显示出相似产出特征，为大量含钴镍草莓状黄铁矿呈条带状分布在含锰方解石基质中。龙头-里苗锰矿矿石和围岩中钴镍的赋存状态表明钴镍的沉淀与锰并不相关，水体中硫化氢（H2S）的浓度变化是导致Fe-Co-Ni硫化物矿物种类多样性的主要原因，钴镍硫化物条带的形成可能受控于间歇性的硫化水体发育，即钴镍离子易与HS-结合形成硫化物沉淀，而锰离子易与碳酸氢根（HCO3-）结合形成碳酸锰沉淀。（3）桂中地区宜州龙头锰矿和忻城里苗锰矿中稀土元素配分模式变化显著且具有热液影响。扫描电镜观察显示锰矿中Ce正异常的主要来源于独居石等独立矿物贡献，同时在锰矿中发现白钨矿、黝铜矿等热液成因指示矿物，元素面扫结果显示锰与稀土元素具有明显的分异，以上结果表明沉积锰矿中的稀土元素富集与锰并不相关，稀土富集可能受到沉积时热液作用影响。另外，稀土元素配分模式在不同的样品中显示出显著区别的特征，锰矿石样品同时存在Ce正异常、负异常、无异常和Eu正异常、负异常，进一步暗示锰矿的初始沉淀形式可能不是锰的氧化物。（4）通过对锰矿中不同类型的含钴镍矿物（包括钴镍硫化物和含钴镍黄铁矿）进行NanoSIMS原位硫同位素分析分析，各类硫化物的硫同位素均显示出较宽的δ34S值范围为-56.7 ‰ - +17.4 ‰，表明沉积锰矿中硫化物的硫来自于生物成因的H2S。地史过程中锰矿床中硫化物硫同位素值逐渐变小趋势与地史过程中海洋硫酸盐浓度水平的增高具有一致性，结合含钴镍草莓状黄铁矿的出现，表明硫化物并非形成于沉积成岩过程，而是形成于水体环境中。通过对华南下石炭统龙头-里苗锰矿中的矿物共生组合，稀土微量元素赋存特征和富集规律的研究，本论文认为龙头-里苗锰矿并非形成于锰氧化物成岩还原过程，其中的钴镍等亲铜金属元素富集主要受控于间歇性的硫化水体发育，而Ce等稀土元素的富集则是锰矿沉积过程中热液活动影响的结果。该认识可以解释古代沉积碳酸锰矿床中稀土微量元素在地史过程中时有时无的分布特征，同时也可以解释了同一矿床中钴、镍、稀土等元素差异富集的原因。该理论对锰矿床的找矿勘查和高效利用均具有一定现实意义，同时也对表生系统中Mn、Fe、Co、Ni、REE等元素的地球化学循环过程认识具有理论意义。