新疆西昆侖瑪爾坎蘇-穆呼錳礦帶地質特征與定量預測

徐仕琪,馮京,馮昌榮,張連昌,張幫祿

(1.新疆維吾爾自治區地質調查院，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局，新疆 烏魯木齊 830000；3.新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第二地質大隊，新疆喀什 844000；4.中國科學院地質與地球物理研究所，北京 100029)

自2003年以來，礦業公司在瑪爾坎蘇-穆呼一帶開展了錳礦勘查工作，先后發現奧爾托喀納什、瑪爾坎蘇錳礦，2010年新疆地礦局第二地質大隊在該礦帶東部發現并評價了穆呼錳礦?新疆地礦局第二地質大隊.阿克陶縣奧爾托喀納什-穆呼一帶錳礦調查評價報告,2016.。瑪爾坎蘇錳礦帶西部奧爾托喀納什錳礦，圈定7個礦體，東西長250～1 350 m，探求錳礦石量906.05×104t；東部瑪爾坎土錳礦圈定8個礦體；在瑪爾坎土錳礦西側穆呼錳礦圈定7條錳礦帶和22個礦體，3個礦區共探獲錳礦石量3 104.85×104t。新疆地礦局第二地質大隊開展的普查工作，大致查明了穆呼礦區地層、構造、礦體(脈)形態、規模、產狀和礦石質量。該區錳礦賦存于晚石炭世海相碎屑巖-碳酸鹽巖沉積建造，在瑪爾坎蘇錳礦帶的灰黑色含泥質灰巖、碳質灰巖或薄層灰巖中均發現了錳礦(化)體，表明該區錳礦成礦地質條件優越，區域找礦潛力很大。

本文應用2010年全國礦產資源潛力評價礦產預測技術體系提出的礦床模型綜合地質信息預測方法[1-4]，以區內穆呼錳礦為典型礦床，開展典型礦床和區域定量預測研究，結合區域成礦地質背景分析，總結區域錳礦控礦要素，建立預測模型，圈定找礦靶區，預測錳礦資源量，為區域錳礦地質勘查指明方向[5]。

1 區域地質背景與地質特征

瑪爾坎蘇錳礦帶位于西昆侖晚古生代構造體系[6]，構造上屬北昆侖晚古生代陸緣裂谷帶(或島弧帶)(圖1)。成礦帶隸屬于秦祁昆成礦域(Ⅰ)-昆侖成礦省(Ⅱ級)-西昆侖Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Au-石棉成礦帶(Ⅲ級)-昆蓋山-庫爾浪Fe-Cu多金屬-石棉礦帶(Ⅳ級)。該成礦帶以鐵、銅、鉛、鋅、硫鐵礦為主，其次有金、鉻、鎳、水晶、石棉及煤礦[7]。成礦帶以烏孜別里山口大斷裂為界，斷裂以北為塔里木西南新生代陸內坳陷，接受新生代陸相沉積；南側為北昆侖晚古生代陸緣裂谷(或島弧)，以淺海-半深海相石炭紀火山巖-沉積巖為其特征[8]。錳礦主要產于昆蓋山晚古生代島弧區內。

瑪爾坎蘇錳礦帶出露石炭紀沉積巖[9]，地層主要為上石炭統喀拉阿特河組，呈NWW向展布，主要巖性為淺灰及深灰色中厚層薄層灰巖、碳質灰巖、泥灰巖、生物灰巖、白云巖、含錳灰巖、鈣質頁巖及少量安山巖、砂巖和頁巖。覃英等認為阿克陶一帶賦錳地層相當于下石炭統阿克沙克組上部，層位與北疆地區加曼臺錳礦層位大致相當[10]。但新疆地礦局第二地質大隊初步工作后，認為含礦地層為上石炭統喀拉阿特河組。奧爾托喀納什、瑪爾坎土、穆呼等錳礦床(點)均產出于深灰色薄層灰巖、灰黑色含錳灰巖及灰黑色碳質灰巖中，與上石炭統關系密切。區域上與西昆侖錳礦帶有關的大斷裂包括烏孜別里山斷裂、布倫口斷裂。

圖1 西昆侖瑪爾坎蘇錳礦帶地質礦產略圖Fig.1 Simplified geological map of manganese deposits belt of Maerkansu in western Kunlun

本成礦帶經歷了從元古代到現代長期地質構造演化，出露地層從元古界到第四系。泥盆—石炭紀是中國錳礦最重要的成錳時期，新疆西南天山及西昆侖地區石炭系分布廣泛，是新疆境內錳礦最重要的成礦帶[10，11]。本次預測區——瑪爾坎蘇錳礦成礦帶目前已發現錳礦床3處，錳礦化點3～4處，包括奧爾托喀納什大型錳礦床、瑪爾坎土、穆呼大型錳礦床，構成一條長約40 km的錳礦化帶。

2 錳礦典型礦床特征

2.1 地層與構造

礦區主要出露地層為下石炭統烏魯阿特組、上石炭統喀拉阿特河組、下二疊統瑪爾坎雀庫塞山組、下白堊統克孜勒蘇群江頌結爾組(圖2)。

下石炭統烏魯阿特組分布于瑪爾坎蘇河北西側，呈帶狀分布，主要由安山質晶屑凝灰巖、玄武巖組成，出露厚度大于140 m。上石炭統喀拉特河組為穆呼錳礦主要含礦層，沿瑪爾坎蘇河南東側分布，厚度大于350 m。底部為含生物碎屑(角礫)灰巖夾微晶灰巖；中部為砂屑灰巖；上部為中-薄層含黃鐵礦泥晶-微晶灰巖夾薄層碳質泥灰巖，錳礦主要產出于上部巖性段。生物碎屑灰巖-砂屑灰巖-含碳泥質灰巖重復出現，礦區局部可能發育倒轉向斜構造(圖2)。該地層與南側中二疊統昆蓋依套組一段呈斷層接觸，與上石炭統喀拉阿特河組下段呈斷層接觸。

礦區內構造發育，主要表現為斷裂和褶皺，由于褶皺被后期斷裂破壞，僅在局部地段見到。沿斷裂帶可見碎裂巖、構造角礫巖、糜棱巖和糜棱巖化巖石、片理化巖石等發育，并發育牽引褶皺。受區域構造影響，工區內褶皺構造整體較發育，小型褶皺構造多見。區內主要發育火山巖，侵入巖較少分布。火山巖主要發育石炭—二疊紀噴出巖。

2.2 礦體規模與形態

圖2 穆呼錳礦區地質簡圖Fig.2 Geological sketch map of Mu-hu manganese deposit

礦區共發現6條礦化帶，其中Ⅰ、Ⅱ號礦化帶規模較大，構成了礦區的主礦化帶，均產于上石炭統喀拉阿特河組上段中，含礦巖性為碎裂狀、極薄層狀含碳質灰巖與含泥質灰巖互層、灰色泥質灰巖夾灰黑色泥晶灰巖。總體走向為NE向，傾向SE，傾角 22°～75.5°。其中：Ⅰ號礦帶長約2 166 m，礦體產狀為131～185°∠22～75.5°，視厚1.00～15.30 m，礦體厚3.49 m，Mn品位10.38%～45.07%，平均品位27.66%。鉆孔見礦視厚1.35～7.47 m，Mn品位10.63%～36.04%。控制最大礦體斜深341 m，礦體平均真厚度3.49 m。

Ⅱ號礦帶長約1 290 m，礦體產狀164～201°∠27～74°；視厚1.40～10.40 m，Mn品位10.04%～42.90%，平均品位24.2%。鉆孔中控制最大礦體的斜深為318 m。礦體平均真厚3.67 m，加權平均品位24.2%。其它4條礦帶也有一定規模。

2.3 礦石特征

礦石礦物以菱錳礦為主，見少量軟錳礦、硬錳礦、水錳礦、薔薇輝石、鐵錳礦、方鐵錳礦、黃鐵礦。菱錳礦呈黑色，半金屬-金屬光澤，呈微晶狀鑲嵌分布，結構較均勻，粒徑很細，塊狀構造，錳礦物含量較高。軟錳礦呈它形粒狀、片狀分布，粒徑細，0.01～0.03 mm，其集合體呈不規則條帶狀、團粒狀分布，被方鐵錳礦交代。礦石礦物主要分為氧化錳礦石和碳酸錳礦石(圖3)。礦石結構為它形粒狀結構。礦石構造主要為致密塊狀構造、塊狀構造、細網脈狀構造、枝脈狀、團塊狀構造和土狀構造。

圖3 穆呼錳礦巖石學鏡下特征Fig.3 Petrological characteristics of of Mu-hu manganese deposit

2.4 圍巖蝕變

從已發現的錳礦體來看，未經氧化或風化的規模較大的原生錳礦體整體呈黑色，地表風化或氧化的規模較小的礦體呈紅褐色，尤其是規模較大的礦體可見地表呈明顯黑色，可作為間接找礦標志。黃鐵礦和方解石脈、石英脈較發育，部分礦體界線受方解石脈、石英脈控制，礦體產狀與圍巖基本一致。

2.5 沉積環境

礦層底部灰巖中發育大量蜓類化石(圖4-b)，蜓的外部形態和內部結構是指示水動力能量及碳酸鹽巖沉積相帶的主要標志之一。外形為圓形、近圓形的多發育在水體平靜、水動力能量較弱的半局限海臺地相帶，長紡錘狀化石則指示水動力較強環境。此外，在礦區生物碎屑灰巖底部見有角礫灰巖和竹葉狀灰巖(圖4-a)，反映局部水體為高能環境。在碎屑灰巖中的砂屑含量達60%以上，呈次圓狀，多為泥晶灰巖屑，偶見硅質巖巖屑，也可見少量石英顆粒，基質多為細小泥級方解石和粘土礦物，反映水體不穩定，發生過較大動蕩。含碳紋層泥質灰巖：主要由細小泥晶方解石顆粒組成，含量高達94%以上，暗色條紋為含有機質成分，陸源碎屑很少見，反映水體較深(還原環境)而穩定。

綜上所述，區域地層為海相沉積的海進系列，錳礦層位于海進層序的中上部。錳礦成礦環境為淺海半局限臺地上的洼地，處于一種相對靜止的堿性還原環境，成礦物質與含碳泥灰巖關系密切。

2.6 礦床成因分析

穆呼錳礦主要含礦賦礦層位為上石炭統喀拉特河組上部巖性段，為中-薄層含黃鐵礦泥晶-微晶灰巖夾薄層碳質泥灰巖。據區域大地構造環境及區內地層條件分析，礦床在兩板塊間裂谷盆地環境中形成，為深水裂谷噴硫沉積成礦，礦床成因與成礦期火山活動，構造運動、熱水噴硫作用及盆地裂谷與裂解作用相關。綜上所述，穆呼錳礦礦床成因為海相火山噴硫熱水沉積型礦床，受大的構造活動影響，后期構造和巖漿活動對礦體有較大影響。

3 錳礦成礦要素分析

成礦地質背景 位于塔里木盆地西北緣及西南天山與昆侖山北緣交匯地帶，大地構造位置隸屬于北昆侖晚古生代陸緣裂谷帶[12]；

成礦區帶 隸屬于西昆侖昆蓋山-庫爾浪Fe-Cu多金屬-石棉礦帶(Ⅳ級)；

圖4 穆呼錳礦含礦層中的竹葉狀灰巖與化石照片Fig.4 Photograph of bamboo limestone and fossil of orebearing bed of Mu-hu manganese deposit

有利賦礦地層 上石炭統喀拉阿特河組；

有利巖石組合 灰黑色含泥質灰巖、碳質薄層灰巖、粉砂巖夾薄層泥質灰巖等；

控礦構造 近EW走向斷裂，單斜構造；

圍巖蝕變 硅化和碳酸鹽化為主，次為菱鐵礦化、綠泥石化、高嶺土化；

找礦標志 粉砂巖與泥質薄層灰巖接觸帶；近EW向灰黑色含錳灰巖層；

成礦類型 海相沉積型錳礦[13]。

4 錳礦資源量預測

4.1 靶區圈定

根據錳礦有利賦礦地層、含礦巖石組合、控礦構造、圍巖蝕變，結合區域地球物理、地球化學異常特征(表1)[14]，在瑪爾坎蘇錳礦帶圈定錳礦靶區4處，其中，A級1處，B級2處，C級1處(圖5)。

表1 瑪爾坎蘇錳礦預測要素表Table 1 Predicting factors table of Maekansu manganese deposit

4.2 資源量估算

4.2.1 典型礦床查明資源量

本次預測以穆呼錳礦為典型礦床，根據預查報告在勘查區內發現了22個錳礦體，礦體厚度1.0～6.68 m，礦石平均體重3.14 t/m3,平均品位24.24%。礦區出露面積為17.09 km2，目前控制礦體最大斜深為400 m，在預查區(含10個礦體)共探獲資源量(332)+(333)類 錳礦石量2 045×104t(表2)。

4.2.2 典型礦床深部及外圍預測資源量及估算參數

典型礦床資源量預測包括礦床深部及礦床外圍資源量。根據對瑪爾坎蘇錳礦帶地質勘查工作，目前控制礦體最大斜深為400 m，錳礦含礦層位穩定，外圍仍有較大潛力，對錳礦深部、外圍均進行了預測[15]，計算結果見表3，4。

4.2.3 模型區含礦系數的確實

模型區指典型礦床所在的最小預測區[2，16]。本次預測以奧爾托喀納什錳礦所在的最小預測區(ZB-1)為模型區，模型區含礦系數精度取決于模型區的資源量和成礦地質體體積[2]。奧爾托喀納什模型區資源量及其估算參數見表5。

4.2.4 相似系數計算

相似系數指最小預測區與概念模型的相似程度[16]。求取過程主要是對預測要素權重進行分析并賦予不同的數值[17，18]，一般必要要素權重1.00、重要要素權重0.80、次要要素權重0.50，然后將最小預測區與概念模型類比；根據各要素與最小預測的對應情況賦予一定的分值，根據要素所得分值與相應要素權重即可求得某一要素在一個最小預測區的得分[18]。通過計算最小預測區所有要素的總分即可計算預測區與概念模型的相似程度，求得相似系數。

據地質礦產調查成果在瑪爾坎蘇錳礦帶建立了區域預測概念模型，必要要素為賦礦地層、薄層碳質灰巖建造，重要要素為EW向斷裂、錳礦點、化探異常、圍巖蝕變，次要要素為磁異常、重力異常等，進行相似系數計算，結果見表6。

4.2.5 預測資源量計算

據模型區與最小預測區的具體情況，采用最小預測區與模型區進行相似類比而定[19，20]，預測資源

圖5 瑪爾坎蘇錳礦帶預測靶區圖Fig.5 Manganese deposits prospecting map of Maekansu area

表2 穆呼錳礦床查明資源量及特征值表Table 2 Identify resources of typical manganese deposits of Muhu

表3 穆呼錳礦典型礦床深部和外圍預測資源量表Table 3 Deep and peripheral prospecting resources of typical deposits of Muhu

表4 穆呼錳礦典型礦床資源量匯總表Table 4 Summary resources of typical deposits of Muhu

量估算公式如下：

其中：Q——預測區總資源量；

S——模型區或預測區含礦地質體面積；

H——預測深度；

K——模型區地質體含礦率；

α——相似系數。

通過礦床模型綜合信息地質體積法預測資源量，最后得出：預測錳礦資源總量7 939.08×104t，其中查明資源量為3 104.85×104t，說明區域錳礦資源潛力巨大(表7)。

5 結論

西昆侖瑪爾坎蘇-穆呼地區經歷了從元古代到現代長期地質構造演化，從區域構造背景上看，位于古亞洲洋構造-成礦域和特提斯構造-成礦域的對接、匯聚部位，同時也是西昆侖-喀喇昆侖山和南天山交匯部位，具有極特殊的地質構造環境[1]。本文對西昆侖瑪爾坎蘇-穆呼錳礦帶地質特征進行了歸納和總結，應用礦床模型綜合地質信息預測方法，以區內穆呼錳礦為典型礦床，以有利地層、含礦建造、圍巖蝕變、物化探異常為預測要素，圈定4個有利找礦靶區，估算該礦帶錳礦預測資源總量為7 939.08×104t，預測資源量為4 834.23×104t，顯示該區已具備大型礦床規模的潛力，為區域錳礦地質勘查工作部署提供借鑒。

表5 穆呼模型區含礦地質體含礦系數表Table 5 Coefficient table of ore bearing geological body of typical model area

表6 瑪爾坎蘇錳礦帶預測區相似系數計算表Table 6 Calculate table of similarity coefficient of Maerkansu-Muhuregion

表7 瑪爾坎蘇錳礦帶預測資源量計算一覽表Table 7 Calculate table of manganese prospecting resources of Maerkansu deposits belt

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