新疆阿克陶穆呼錳礦地質(zhì)特征

查斌，張連昌，張幫祿，董志國，王斌，謝志敏

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊，新疆 喀什 844002；2.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，礦產(chǎn)資源研究重點實驗室，北京 100029)

瑪爾坎蘇富錳成礦帶的發(fā)現(xiàn)是近幾年地質(zhì)勘查工作的重要成果之一，位于成礦帶東西兩端的奧爾托喀納什、穆呼兩個礦床也是區(qū)內(nèi)規(guī)模最大、最為典型的錳礦床[1]。目前，穆呼錳礦床估算資源量達1 230×104t，而整個瑪爾坎蘇富錳成礦帶預(yù)測資源量超過5 000×104t。本文旨在介紹穆呼錳礦床的大致情況，以期更多學(xué)者關(guān)注并研究該礦床。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域上穆呼錳礦位于西昆侖西北，西昆侖弧盆系和塔里木陸塊結(jié)合部位?? 河南省地質(zhì)調(diào)查院.新疆1∶25萬塔什庫爾干幅、克克吐魯克幅區(qū)調(diào)報告，2004.；區(qū)域地層主要有志留系、石炭系、二疊系、下白堊統(tǒng)、古近系、新近系、第四系，上石炭統(tǒng)是區(qū)內(nèi)錳礦主要賦礦層位(圖1)。構(gòu)造上本區(qū)屬北昆侖晚古生代弧后伸展盆地，斷裂和褶皺構(gòu)造發(fā)育，斷裂主要呈近EW向，主要斷裂有烏赤別里山口-阿克徹依斷裂(江布布拉克斷裂)?? 河南省地質(zhì)調(diào)查院.1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告，瑪里他巴爾山幅（J43E004007）、博托彥幅（J43E004008）、穆呼幅（J43E004009），2013.、空貝利-木扎令斷裂?? 河南省地質(zhì)調(diào)查院.1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告，空貝利幅(J43E005008)、霍什別里幅(J43E005009)、闊勒阿依爾克幅(J43E006009)、木吉幅(J43E006010)，2012.，為區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造單元的邊界斷裂。含錳盆地經(jīng)歷了海侵及氧化-還原界面上升的過程，成礦構(gòu)造背景具臺地邊緣裂陷盆地特征。

2 礦床地質(zhì)特征

礦床出露石炭系、二疊系、第四系(圖2)。下石炭統(tǒng)烏魯阿特組為一套火山-沉積巖系[2]，主要由安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、安山巖、玄武巖，玄武質(zhì)火山角礫巖組成；上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組出露碳酸鹽巖、碎屑巖、中基性火山熔巖和火山碎屑巖，局部發(fā)育中性侵入巖；可進一步劃分為4個巖性段(圖3)。第四巖性段由黑色、灰黑色薄-中厚層狀微晶灰?guī)r，細晶灰?guī)r，灰色砂屑灰?guī)r，灰黑色礫屑灰?guī)r，灰黑色碳質(zhì)粉微晶灰?guī)r，黑色厚層狀粗晶灰?guī)r，(含陸源碎屑、含生物碎屑、含碳)粉晶灰?guī)r組成，巖層走向NE向，出露厚大于200 m，傾向SE，傾角36°～49°；第三巖性段為區(qū)內(nèi)主要含錳巖性段，主要由黑色薄層狀含碳泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層狀含碳粉晶灰?guī)r，灰黑色薄層狀含碳粉晶灰?guī)r夾灰黑色砂屑灰?guī)r組成，局部夾片理化全蝕變安山巖、凝灰?guī)r，層內(nèi)發(fā)育蝕變細粒閃長巖、綠泥長英蝕變巖、輝長巖脈，出露厚度大于40 m，傾向SE，傾角21°～51°；第二巖性段為區(qū)內(nèi)錳礦的主要含礦層位，傾向SE，傾角26°～47°，出露厚度于大250 m，巖性為灰黑色砂屑灰?guī)r夾黑色含泥碳質(zhì)灰?guī)r，(含碳、黃鐵礦化)泥晶灰?guī)r，深灰色薄層狀含泥砂屑灰?guī)r夾黑色薄層狀細晶灰?guī)r，淺黑色極薄層狀含泥碳質(zhì)灰?guī)r夾薄層狀泥晶灰?guī)r，(黃鐵礦化)泥質(zhì)灰?guī)r，石英、方解石脈發(fā)育，巖層中局部夾蝕變安山巖、蝕變玄武巖，出露少量輝長(玢)巖、閃長(玢)巖脈；第一巖性段主要巖性為深灰綠色糜棱巖化復(fù)成分礫巖夾暗灰綠色碳酸巖化巖屑凝灰?guī)r、淺灰黑色泥微(粉微)晶灰?guī)r，竹葉狀灰?guī)r夾凝灰?guī)r，局部夾玄武巖、安山巖，巖層走向NE，傾向SE-SW，傾角38°～40°。層內(nèi)閃長巖、閃長玢巖、輝綠玢巖細脈發(fā)育。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，多見褶皺及斷層，但受后期斷裂破壞等影響，大部分區(qū)域難以辨認出完整的褶皺形態(tài)，僅在局部地段可見褶皺的部分形態(tài)或小型褶皺(圖4-A，C)。

圖1 新疆阿克陶穆呼一帶地質(zhì)礦產(chǎn)圖Fig.1 Regional geological and minerals map of Muhu,aketao,Xinjiang

圖2 穆呼錳礦地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of Muhu manganese deposit

圖3 上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組柱狀圖Fig.3 Histogram of C2k

區(qū)內(nèi)火山巖和侵入巖較發(fā)育，火山巖在各地層中均有出露，巖性主要有蝕變安山巖、蝕變玄武巖、片理化英安巖、強蝕變霏細巖；侵入巖主要呈脈狀產(chǎn)出，可見順層和穿層的脈體(圖4-D)，以及呈“X”型脈體(圖4-E)，應(yīng)有多期次巖漿侵入，巖性主要有蝕變含斜長石角閃巖、輝綠巖、閃長巖、輝綠玢巖、輝長玢巖、閃長玢巖。

3 礦帶特征

礦床主要由8條礦帶組成(圖5，表1)，均產(chǎn)于上石炭統(tǒng)喀拉特河組，其中Ⅰ、Ⅱ號礦化帶規(guī)模較大，構(gòu)成了礦區(qū)的主礦化帶，均產(chǎn)于上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組中部。礦化帶出露長342～1 305 m，寬1～50 m，總體走向呈NE向，個別呈NW向，部分礦帶延入東鄰的瑪爾坎蘇錳礦床，礦體斷續(xù)出露(圖5-A)，但含礦層位總體穩(wěn)定；礦體形態(tài)多以層狀、似層狀(圖5-B，C)、透鏡狀(圖5-A，D)為主，局部呈雞窩狀(圖5-E)、團塊狀(圖5-F)，區(qū)內(nèi)透鏡狀小礦體眾多。

4 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦石質(zhì)量

4.1 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要為粒狀結(jié)構(gòu)(圖6)、泥晶-微晶結(jié)構(gòu)，偶見有球粒(鮞粒)結(jié)構(gòu)(圖6-B)，整體以微晶結(jié)構(gòu)為主；礦石構(gòu)造主要為致密塊狀構(gòu)造(圖6-C)、塊狀構(gòu)造(圖6-D)、細網(wǎng)脈狀構(gòu)造(圖6-E)、團塊狀構(gòu)造、土狀構(gòu)造和碎裂狀構(gòu)造；大部分礦石由于受構(gòu)造作用影響，礦石中裂隙密集分布并充填了方解石，致使巖石發(fā)生分割并碎裂巖化。

圖4 穆呼錳礦構(gòu)造與巖脈特征Fig.4 Characteristics of structure and dike in Muhu manganese deposit

圖5 穆呼錳礦礦體特征Fig.5 Characteristics of orebody in Muhu manganese deposit

表1 穆呼錳礦礦體特征Table 1 Characteristics of orebody in Muhu deposit

圖6 穆呼錳礦礦石特征Fig.6 Characteristics of ore in Muhu manganese deposit

4.2 礦石物質(zhì)成分及礦石質(zhì)量

礦石礦物以菱錳礦為主(圖6-F)，其它有軟錳礦、硬錳礦、黑錳礦、水錳礦、水硅錳鎂礦、紅錳鐵礦、薔薇輝石、鐵錳礦、方鐵錳礦、錳方解石、錳白云石、褐錳礦、硫錳礦、硼錳礦等(圖6-G，H)。礦石礦物的形成主要分3個時期，第一期(主成礦期)主要礦石礦物為菱錳礦，占比75%～91%，與錳方解石密切共生。菱錳礦為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，呈團塊狀，碳質(zhì)泥質(zhì)膠結(jié)物，富礦體主要由隱晶質(zhì)菱錳礦組成，錳方解石主要以團塊狀產(chǎn)出，交代菱錳礦，內(nèi)部殘留菱錳礦。第二期礦物組合主要為硅質(zhì)熱液交代早期菱錳礦形成的水硅錳鎂礦、紅錳鐵礦、水錳礦、硫錳礦、硼錳礦、錳方解石(脈)、薔薇輝石等礦物。該期礦物均沿菱錳礦裂隙或呈脈狀產(chǎn)出，錳方解石呈鐘乳狀、紅錳鐵礦呈短柱狀、水硅錳鎂礦呈纖維狀。表明該期改造熱液中主要為以硅質(zhì)熱液為主。第三期沿菱錳礦邊部發(fā)育后期軟錳礦，在錳礦石表面(裂隙面)發(fā)育后期綠泥石、石膏等。

穆呼錳礦床錳礦石SiO2平均含量為16.31%，TiO2平均含量為0.04%，A12O3平均含量為1.81%，F(xiàn)e2O3平均含量為2.07%，F(xiàn)eO平均含量為0.44%，CaO平均含量為14.74%，MgO平均含量為5.60%，P2O5平均含量為0.17%，K2O平均含量為0.46%，Na2O平均含量為1.84%，MnO平均含量為29.78%，燒失量平均為26.68%；Mn算術(shù)平均品位24.16%，礦石中有害組分主要為磷、鐵、二氧化硅及Cl-，穆呼錳礦礦石P/Mn平均值為0.005 78，為中磷礦石；Mn/Fe平均值為18.02，為低鐵錳礦石，說明Fe和Mn在沉積過程中分離較明顯；由表2可見，主要礦體SiO2平均含量為16.31%，低于冶金用碳酸錳礦石工業(yè)指標(biāo)(小于等于25%)，燒失量均值為26.68%，(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)值為1.23，礦石類型為堿性；根據(jù)鐵、錳、鉻礦地質(zhì)勘查規(guī)范《DZ/T 0200-2002》的標(biāo)準(zhǔn)，按Ⅱ類優(yōu)質(zhì)富碳酸錳礦石指標(biāo)評價，該礦床錳礦石工業(yè)類型為低鐵中磷堿性優(yōu)質(zhì)富碳酸錳礦石。

5 成礦條件分析

5.1 控礦地層

穆呼錳礦賦礦地層為上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組，賦礦圍巖為淺黑色含碳泥質(zhì)灰?guī)r，具層控型特點。穆呼錳礦區(qū)含錳碳酸鹽巖與陸棚相、盆地邊緣相沉積環(huán)境關(guān)系密切。主體為低能帶，生物少見，巖石色調(diào)深，顆粒多為細粒、泥粒方解石，陸源碎屑物較少，水體較深，陽光較少，水動能較弱，營養(yǎng)物質(zhì)缺乏、pH值較高、鹽度高、溫度低等均不適合生物繁殖。分析認為，穆呼錳礦成礦環(huán)境為淺海半局限臺地上的洼地，在這種洼地中的海水處于一種相對靜止的堿性還原環(huán)境。

5.2 地球化學(xué)特征

穆呼錳礦礦石Al2O3平均含量為1.81%，低于淺海碳酸鹽巖的平均含量(4.72%)，礦化圍巖Al2O3含量為6.39%，說明圍巖形成于淺海環(huán)境，成錳期由于海侵作用，錳礦形成于較深的水體環(huán)境中。

表2 穆呼錳礦含錳巖系含量結(jié)果及比值Table 2 The contens and ratios of major elements of manganese-bearing rock in Muhu deposit 單位：%

圖7 穆呼錳礦(Cu+Co+Ni)-Co/Zn(A)、B.Fe-Mn-(Ni+Cu+Co)×10(B)、C.SiO2-Al2O3(C)圖解Fig.7 Diagram of(Cu+Co+Ni)-Co/Zn(A)、Fe-Mn-(Ni+Cu+Co)×10(B)、SiO2-Al2O3(C)for the Muhu Manganese Ore

表3 穆呼錳礦微量元素含量結(jié)果及比值Table 3 The contens and ratios of trace elements in Muhu deposit 單位：×10-6

在 Co/Zn-(Cu+Co+Ni)相關(guān)性圖上(圖 7-A)，樣品點均落在或接近熱液沉積區(qū)中(表3)；在Fe-Mn-(Ni+Cu+Co)×10三角圖解上(圖7-B)，除一個樣品因銅含量特別高的原因，其它點都落在熱水沉積區(qū)內(nèi)。相比圍巖而言，礦石點更靠近Mn端元，這些特征與熱水沉積錳礦有相似性；SiO2/Al2O3可作為區(qū)分巖石物源的重要指標(biāo)，接近大陸地殼比值(3.6)的以陸源為主，超過大陸地殼比值多由熱水活動和生物活動引起[3]。穆呼錳礦礦石SiO2/Al2O3平均值為21.61(表 2)，圍巖SiO2/Al2O3平均值為 7.09，從 SiO2-Al2O3判別圖上可見(圖7-C)，礦石樣品多落入熱水區(qū)，而圍巖樣品均落在水成區(qū)，也進一步說明了錳礦體與圍巖形成環(huán)境的差異，而錳礦的形成則與熱水活動關(guān)系更為密切。另外，穆呼錳礦礦石中Ag元素的富集系數(shù)為7.71，Co含量為18×10-6～40×10-6，平均為28.0×10-6，Pb含量為2.00×10-6～529×10-6，平均為110.93×10-6，這些特征均反映熱水沉積的特征，也顯示成礦物質(zhì)來源和深部物質(zhì)關(guān)系密切[4-8]。

5.3 沉積環(huán)境及古地理條件

穆呼錳礦賦礦地層為上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組，具體又可細分為灰黑色含(黃鐵礦、泥質(zhì)、碳質(zhì))(粉、微、泥、細)晶灰?guī)r，灰黑色含(黃鐵礦、泥、砂、生物碎屑、陸源碎屑)(微晶、粉晶、泥晶、亮晶)砂屑灰?guī)r，灰黑色泥晶生物碎屑灰?guī)r，灰色中細粒鈣屑巖屑砂巖，礫屑灰?guī)r，(糜棱巖化)復(fù)成分角礫巖等，具典型海進地層沉積序列特征，與陸棚相、盆地邊緣相沉積環(huán)境關(guān)系密切。含錳巖系底部為蜓類、珊瑚類等化石發(fā)育的生物碎屑灰?guī)r或含陸源碎屑砂屑灰?guī)r，含礦巖性為淺黑色含碳泥質(zhì)灰?guī)r，圍巖發(fā)育碳質(zhì)泥巖，說明錳礦體處于相對低洼地段，大量碳-泥質(zhì)成分表明錳碳酸鹽形成于相對還原環(huán)境。

區(qū)內(nèi)大面積出露的砂屑、礫屑灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r中主要以泥晶方解石膠結(jié)，且不同程度地含有碳質(zhì)和泥質(zhì)膠結(jié)物，這說明整體水動力條件不是太強，但區(qū)內(nèi)局部發(fā)育有角礫灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r及長紡錘 ，又顯示相對高能的水動力環(huán)境，但直接賦礦圍巖以淺黑色含黃鐵礦薄層狀的細晶、砂屑灰?guī)r和碳質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r為主，反映錳礦沉積于相對靜水環(huán)境，推測含礦巖系經(jīng)歷了動蕩水體向靜水的變化。此外，含礦層和圍巖中普遍分布星點狀黃鐵礦，且圍巖Al2O3平均含量接近于淺海碳酸鹽巖平均含量，礦石Al2O3平均含量則低于碳酸鹽巖克拉克值，指示成錳期海水處于較強的還原環(huán)境。綜合以上特征，說明成錳期總體處于一種安靜、還原的深水沉積環(huán)境中，但期間又經(jīng)歷了局部、瞬時的動蕩高能環(huán)境。

巖性巖相和古生物證據(jù)反映出上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組處于靠近陸緣的淺海坳陷帶，并且經(jīng)歷了一次海侵事件。在逐步海侵的過程中，形成安靜還原的水體環(huán)境，受陸源物質(zhì)的影響也大大減小，也正是在該階段錳質(zhì)大量沉積成礦；成錳期后海平面又稍有下降，整體上構(gòu)成了一個完整的海侵-海退旋回。在此環(huán)境中，初期水動力條件不是太強，但在風(fēng)暴和潮汐的影響下能夠得到動蕩水體中的物質(zhì)，形成碳質(zhì)、泥質(zhì)和泥晶方解石膠結(jié)的砂屑、礫屑灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r；成錳期海水變深，水體安靜，碳質(zhì)和泥質(zhì)層可以沉積，形成含碳含泥質(zhì)泥晶灰?guī)r。

綜合分析說明，區(qū)內(nèi)總體成礦環(huán)境可能為淺海臺地中的次級洼陷，錳礦成礦過程與海侵事件有關(guān)?？傮w來看，其形成于淺海-濱淺海環(huán)境，而錳礦主體則形成于較穩(wěn)定的淺海洼地還原環(huán)境。

5.4 生物作用和火山作用

礦石中見鮞粒結(jié)構(gòu)，圍巖中發(fā)現(xiàn)了草莓狀黃鐵礦，說明生物活動參與了成礦，尤其是海洋藻類。海洋生物的作用表現(xiàn)在它們可大量吸附錳質(zhì)，達到富集成礦物質(zhì)的效果。此外，其呼吸作用產(chǎn)生的CO2也有利于菱錳礦的形成。

含錳巖系上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組中發(fā)育很多火山巖和凝灰?guī)r夾層，其下伏下石炭統(tǒng)烏魯阿特組為火山-沉積巖系建造，說明石炭紀(jì)地殼活動頻繁，海底火山作用強烈，區(qū)域熱場較強。在含錳巖系中還可見到碳質(zhì)泥晶灰?guī)r和粉晶灰?guī)r的截然分界面，有些可達細晶灰?guī)r的程度，方解石等礦物顆粒明顯結(jié)晶變好，可能是由于海底火山活動或陣發(fā)性熱水噴流導(dǎo)致海水溫度升高，方解石迅速重結(jié)晶形成粉晶-細晶灰?guī)r。在粉晶-細晶灰?guī)r中可見自形長石，應(yīng)是海相火山噴發(fā)熱水沉積的產(chǎn)物。同時在整個上石炭統(tǒng)巖石中常見角礫狀玉髓、燧石微粒和磨圓不好的石英，應(yīng)為火山噴發(fā)產(chǎn)生的礦物碎屑。

區(qū)內(nèi)含錳巖系中見多層菱錳礦層，且透鏡狀小礦體數(shù)量眾多，中間以凝灰?guī)r、碳質(zhì)泥巖、灰?guī)r為界，說明熱水活動提供錳質(zhì)不連續(xù)，表現(xiàn)多次活動斷續(xù)供給和強烈分異的特征。礦石的SiO2/Al2O3均超過大陸地殼比值，Co含量遠大于碳酸鹽巖克拉克值，Pb含量平均值很高，這些特征也進一步說明了錳質(zhì)來源與深部物質(zhì)關(guān)系密切，受到了火山活動和熱水活動的強烈影響。綜上所述，穆呼錳礦錳質(zhì)來源以火山噴發(fā)帶來的深源物質(zhì)為主，錳質(zhì)沉積和火山活動、熱水活動關(guān)系密切。

6 小結(jié)

穆呼錳礦床含礦層位穩(wěn)定，礦體數(shù)量眾多，厚度大，礦床賦礦地層為上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組，含礦巖性為淺灰黑色(含碳質(zhì)、含黃鐵礦、泥質(zhì))灰?guī)r互層或夾層，礦石礦物以菱錳礦為主，主要為粒狀結(jié)構(gòu)，屬于低鐵中磷堿性優(yōu)質(zhì)富碳酸錳礦石。

穆呼含錳巖系賦存于淺黑色含碳泥質(zhì)灰?guī)r的“黑色巖系”中，且富含黃鐵礦等硫化物，指示含錳巖系的沉積與缺氧環(huán)境相關(guān)[9]。由此推斷錳礦沉積于陸緣裂谷坳陷帶的半局限海盆地。

巖相學(xué)和地球化學(xué)特征均表明，錳礦的形成與深部地質(zhì)運動關(guān)系密切，成錳期存在深切地幔的渠道，能夠源源不斷的提供成礦物質(zhì)；火山噴發(fā)和熱水活動能夠有效的提供熱動力條件，使深部錳質(zhì)不斷被帶入成錳盆地內(nèi)，伴隨海平面上升，盆地內(nèi)氧化-還原界面迅速向岸超覆，錳質(zhì)被帶到沉積界面附近而迅速沉淀[10]。綜合分析認為，穆呼錳礦形成于陸棚相、盆地邊緣相沉積環(huán)境中，成錳期處于安靜、還原的淺海-濱淺海中，錳質(zhì)來源以深源物質(zhì)為主，與火山活動、熱水活動及生物活動關(guān)系密切，為海相沉積型錳礦床。