印尼西帝汶島錳礦地球化學特征及成因淺析

張忠明，邵宗良，杜茂韜，余 莉

(1.云南省有色地質局三〇八隊，昆明，650217；2.云南省地質礦產勘查開發局中心實驗室，昆明，650000)

印度尼西亞—東努沙登加拉省西帝汶島錳礦分布于印度尼西亞東部帝汶島內，2007年以來采礦活動昌盛，揭露大量錳礦露頭，礦石質量較好，易采易選。島內出露的含錳巖系分布面積較大，具有巨大的錳礦找礦潛力。隨著對錳礦成礦作用的進一步認識，海底熱水成礦說，越來越受到重視，本文通過對西帝汶島錳礦石稀土元素等地球化學特征的分析，對其成因提出一些不成熟的看法。

1 地質背景

印尼處于歐亞大陸板塊與太平洋大洋板塊、印度洋—澳大利亞板塊三大巨型板塊的結合部，由于晚古生代亞洲大陸板塊邊緣開始裂解，至中生代—現代地殼運動劇烈且頻繁，導致上述3個巨型板塊相互作用(碰撞、裂解、俯沖、擠壓、平移)，從而形成了現在印尼蘇門答臘(西南部)—爪哇—努沙登格拉(包括東帝汶)晚白堊世—現代火山島弧帶、菲律賓—加里曼丹東部—蘇拉威西—馬露姑火山島弧帶和伊利安查亞火山島弧帶(包括巴布亞新幾內亞)，以及蘇門答臘島東北部、廖內群島、林加島、勿里洞群島、加里曼丹島西部(包括馬來西亞、新加坡)的南亞大陸邊緣中、新生代火山帶[1](圖1)。

圖1 印度尼西亞大地構造略圖

前人研究成果表明，由于澳大利亞大陸北移，“古帝汶”島弧與印度洋殼相撞，帝汶島逐年垂直隆升，其深海沉積物(粉砂巖和頁巖、粉砂質泥灰巖、鈣質燧石、頁巖、燧石巖、泥屑石灰巖及錳質巖石)也隆起成為帝汶島的組成巖石類型之一，深海沉積錳礦成為島內主要礦產。

2 礦床地質特征

2.1 含礦巖系特征

本礦區出露兩套含錳巖系，一是新近系博博納羅(Tmb)復合火山碎屑沉積巖復合體，巖性為白色，淺灰色，紫灰色碎屑灰巖或淺黃色、淺灰色、淺褐色粉砂巖、粉砂質泥灰巖，夾紅色薄層狀泥巖，為主要含錳礦地層。二是白堊系下統(Kna)建造，巖性為粉砂巖、粉砂質泥灰巖、頁巖、鈣質灰巖，為次要含錳礦地層(圖2、圖3)。

由于西帝汶島新近系含錳巖系分布較廣，具有較大的找礦前景，因此本文將重點對新近系層位中錳礦進行分析和討論。

圖2 印尼東努沙登加拉省西帝汶島含錳地層分布圖

圖3 印尼東努沙登加拉省西帝汶島地層劃分簡圖

2.2 礦床(層)特征

錳礦產于新近系含錳巖系中，以水平層理為主，或有少量交錯紋理。錳礦層呈層狀、似層狀產出，與圍巖產狀基本一致(照片1-4)，順層產出。礦層常產在小旋回從碎屑巖到碳酸鹽巖的過渡帶。礦石具細粒集合體及鮞狀、球粒狀結構，條帶狀、塊狀構造。礦層呈夾層狀產于含錳巖系地層中，單層厚度較小，一般為3cm～5cm，礦層總厚度一般為0.2m～0.5m，但礦石質量較好，單層含Mn30ω%～55ω%。

2.3 礦石特征

根據錳礦床礦石自然類型劃分標準：氧化率在30%為氧化礦，氧化率10～30%為混合礦，氧化率在10%以下為硅酸錳礦石。礦區礦石氧化率大部分在10%以下，局部在10%～40%，礦石主要以氧化錳礦石為主。地表氧化帶深1m～3m不等，其表生作用較強，具強褐鐵礦化。已查明礦石中有20余種礦物，大致可分為兩類：

碳酸錳礦物：菱錳礦、鈣菱錳礦、錳方解石、錳白云石等，占礦物總量45%～90%。

氧化錳礦物：主要以水錳礦、軟錳礦為主，其次為硬錳礦。水錳礦呈纖維狀、微晶粒狀，粒度小于0.03mm，顆粒之間緊密交織分布，少量水錳礦顆粒稍大，呈脈狀穿插分布。表生氧化的軟錳礦礦石為致密狀、條帶狀，并見針狀、放射狀晶體。

脈石礦物主要為方解石、白云石、石英，少量為鐵質和泥質。

3 元素地球化學特征

3.1 微量元素特征

對新近系錳礦體及其圍巖的樣品進行了微量元素的含量分析，并將結果與上地殼元素豐度、大洋地殼豐度進行對照(表1)。從表1中可以看出，Pb、Zn、Cu、Ni、Co、Sr、Ba、W、Mo、Sb、Cs等元素含量明顯富集，而且都高于圍巖含量，這可能以后期含礦熱液疊加作用有關。虧損的元素為Ga、Hf、In、Rb、Ta等。元素含量的特殊性和低Sr/Ba、Co/Ni比值，說明礦石具有深源的特征[2]。礦石和圍巖中除含Fe、Mn成礦元素外，Pb、Zn、Cu、Ni、Co、Ba、Sb等標志性元素的富集，反映了熱水沉積的特點。

3.2 稀土元素特征

在礦區新近系中采集了塊狀薄層狀錳礦礦石和含礦圍巖兩種類型樣品進行稀土分析，分析結果見表2。

從表2可以看出，礦區中含礦圍巖和錳礦石的稀土含量不高。圍巖中稀土總量(∑REE)90×10-6～110×10-6，平均為100×10-6；錳礦石中稀土總量(∑REE)140×10-6～170×10-6，平均為155×10-6，稀土分配模式近于呈平坦型(圖4)。

圍巖的LREE/HREE比值=1.80～1.90，平均1.85；δCe值為1.04～1.22，平均1.13；δEu值為0.67～0.68，平均0.675；Y/Ho值為35.20～35.24，平均35.22。錳礦石的LREE/HREE比值=5.71～7.94，平均6.82，屬于輕稀土富集型；δCe值為10.26～11.40，平均10.83；δEu值為0.67～0.68，平均0.675，圍巖與錳礦石表現出相似的銪虧損；Y/Ho值為18.46～18.49，平均18.47。

3.3 討論

3.3.1 稀土元素含量

圍巖的∑REE小于錳礦石的∑REE，分析認為原因有兩種：一是錳礦石中的Mn2+相對于其他微量元素而言有較大的離子半徑，從而產生歧視效應，這樣REE更容易替換Mn2+，而在錳礦石中富集；二是錳礦石結晶較晚，稀土元素更容易在殘余流體中相對富集，所以較晚結晶的錳礦石的稀土總量相對較高。

3.3.2 稀土元素分異特征

LREE/HREE比值反映了稀土元素的分異程度，這個數值越大，表明重稀土越虧損。圍巖的LREE/HREE比值小于錳礦石，這是因為雖然稀土元素為不相容元素，但輕稀土的離子半徑相對較大，其離子電位小于3，地球化學性質活潑，更易溶于水。而重稀土具有較高的離子電荷，離子電位大于3，相對于稀土而言，在固—液相共存時更趨向于保存在巖石中。由于錳礦石結晶較晚，重稀土優先進入固相，輕稀土趨向保存在流體中，所以錳礦石LREE/HREE比值大于圍巖。

表1 西帝汶島新近系中錳礦及圍巖微量元素分析結果表ω(B)/(×10-6)

續 表

測試單位：國土資源部昆明礦產資源監督監測中心。

3.3.3 δCe與δEu特征

在成礦流體中稀土元素主要以+3價離子存在，共同遷移或沉淀，但鈰比較特殊，除+3狀態外，在氧化條件下還可呈現+4價狀態，Ce+4很容易沉淀下來與其他稀土元素發生分離。此處圍巖和錳礦石的Ce均顯示較高的正異常，礦石中稀土元素特征可代表初始成礦流體中的稀土元素特征，可見，這種鈰的強富集特征暗示著初始成礦流體中就已經富集了大量的Ce元素。

稀土元素中的Eu也比較特殊，他有Eu+3和Eu+2兩個價態。Eu+3與其他稀土元素性質相似，而Eu+2和的性質則不同，易與其他+3價離子發生分離，出現異常行為。圍巖和錳礦石中均出現Eu的虧損，說明一部分Eu可能以Eu+2形式存在，其地球化學性質十分活潑，并沒有與其他稀土元素一起進入圍巖及錳礦石中沉淀，而是繼續溶解在流體中。Eu異常可以反映成巖時候的氧化還原環境[3]，還原條件下，Eu+3才可能轉變為Eu+2。因此，圍巖和錳礦石中Eu的負異常暗示了相對還原的成礦環境。

表2 西帝汶島新近系中錳礦及圍巖稀土元素分析結果表(×10-6)

測試單位：國土資源部昆明礦產資源監督監測中心。

圖4 西帝汶島沉積型錳礦及圍巖稀土元素配分模式圖

3.3.4 Y與Ho特征

Y、Ho在自然界中一般以+3價存在，且離子半徑非常接近，這兩個元素在許多化學環境中具有相似的化學行為。如經歷部分熔融或分離結晶的火成巖、洋中脊玄武巖以及一個沉積旋回內的碎屑巖，都粗略保持球粒隕石Y/Ho的比值(在28左右)。而在含水溶液中Y/Ho卻不一定保持球粒隕石的比值，如南太平洋海水中Y/Ho為57[4]，與水作用有關的灰巖、熱液成因的螢石等出現非球粒隕石Y/Ho的比值。

圍巖的Y/Ho值為35.20～35.24，平均35.22。錳礦石的Y/Ho值為18.46～18.49，平均18.48，小于28。研究表明，熱液錳礦石Y/Ho值小于球粒隕石的比值28。所以初步推斷，且帝汶島錳礦床具有熱液成因的特征。

從稀土元素的地球化學參數來看，錳礦石的Eu/Sm、Sm/Nd及δEu的平均值與洋殼的平均值接近，與大陸及大陸地殼的平均值相差較遠，說明錳礦石主要物源應該來自洋殼[5]，而與陸殼關系不大。

4 結 論

由于澳大利亞大陸北移，“古帝汶”島弧與印度洋殼相撞，帝汶島逐年垂直隆升，其海相沉積物(粉砂巖和頁巖、粉砂質泥灰巖、鈣質燧石、頁巖、硅質巖、泥屑石灰巖及錳質巖石)也隆起成為帝汶島的組成巖石類型之一。錳礦伴隨其中成為島內主要礦產。從帝汶島錳礦產出的宏微觀特征可以看出，在新生代火山島弧帶，由于錳礦成礦背景的特殊性、成礦環境的變化性、構造活動的長期性，決定了成礦活動的持續性、礦床類型的多樣性、以及物質組成的復雜性。

沉積錳礦分布在火山島弧帶—弧后盆地，現代海底攝像觀察發現有熱液活動形成的煙囪堆積體，其表面有許多瘤狀小突起，彼此相連形成堆積體“脊”，并充填有黃綠色、黃褐色的物質，往外變為黑褐色物質。這些物質均為熱液沉積物，且以Fe—Mn氧化物及硅酸鹽礦物為特征，其中Fe—Mn氧化物以赤鐵礦、褐鐵礦、鈉水錳礦、鋇鎂錳礦為主，硅酸鹽礦物為鐵蒙脫石、綠泥石等礦物。火山島弧帶作為熱水溶液的循環通道，控制著熱水沉積物的發育。

新近系含錳巖系中含大量硅質層，錳礦呈層狀、似層狀、透鏡狀，整合產出并與地層同步褶皺，礦石具塊狀構造和較為發育的條帶狀構造，沉積特征明顯，成礦作用可能為海底熱液成礦。綜上所述該錳礦床為半深海—深海含錳建造，海相沉積型錳礦床，由海底熱水熱液作用形成。

參 考 文 獻

[1]云南省有色地質局三〇八隊.印度尼西亞東努沙登加拉省西帝汶島錳礦資源地質調查與評價工作報告[R].2012.

[2]范德廉等.錳礦床地質地球化學研究[M].氣象出版社.1994.

[3]肖成東，劉學武.東蒙地區夕卡巖石榴石稀土元素地球化學及其成因[J].中國地質，2002，29(3)：311～316.

[4]Michael Bau，Dulski P.Comparative study of yttrium and rare earth element behaviors in fluorine-rich hydrothermal fluids.Contrib Mineral Petrol，1995，213～223.

[5]Ronov，A.B.et al.，Sedimentology，(1974)，21，171～193.

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[8]王義文.錳的地球化學勘查[J].地質與勘探.1991(7).