北阿爾金錳礦成礦地質條件特征及成礦規律研究

王 雙，尚凱凱，楊繼兵，張素超，李 原

(1. 河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心，河南 鄭州 450016； 2. 河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊，河南 鄭州 450016)

0 前 言

阿爾金造山帶位于柴達木板塊與塔里木板塊的構造交會部位，構造、巖漿活動強烈，是我國西北地區重要的成礦帶[1]。甘肅省地礦局二勘院在該地區相繼發現了一系列錳礦床，其中青砂溝錳礦已達到大型規模，一度改變了阿爾金地區無錳礦的狀態，蒙軫、趙保青、張鳳霞等[2-4]對該地區進行了長期的研究，但僅從礦床地質特征、礦床規模、找礦標志等方面研究，對礦床成礦環境、物質來源、成因機制等方面研究較少[4]。本文以阿爾金北坡含錳巖系為研究對象，以巖石地球化學為手段，對錳礦沉積環境、錳質來源進行了探討，總結了錳礦成礦規律，為下一步找礦勘查工作提供借鑒。

1 區域地質背景

研究區位于塔里木與柴達木板塊的構造交會部位，經歷了板塊俯沖、阿爾金洋閉合、地殼抬升及造山運動，形成了復雜的構造體系[1]。區域以緊閉的線狀褶皺和阿爾金斷裂及其次級斷裂為主(見圖1)。

l.第四系；2.石炭系；3.青白口系；4.薊縣系；5.太古宇-中元古代敦煌巖群；6.花崗巖；7.超基性；8.斷裂；9.區域化探異常范圍；10.錳礦床(點)；1l.鐵礦點圖1 阿爾金地區大地構造(資料來源：據甘肅省省志修改)

區域上出露地層主要為敦煌巖群，巖性為片巖、片麻巖夾大理巖等；薊縣系呈島弧狀與敦煌巖群成斷層接觸，巖性為碎屑巖、白云巖、白云質砂巖等，是主要的含錳巖系；青白口系與下伏地層薊縣系呈斷層接觸，巖性為結晶灰巖、大理巖、千枚巖等；石炭系上覆于青白口系之上，呈角度不整合關系，由一套含煤巖系與碎屑巖組成[2-3]。

區域上巖漿巖一般以小巖株或巖脈狀產出，巖性以酸性為主，超基性、中酸性次之[3]。受阿爾金山前大斷裂控制，均分布于斷裂及其附近，巖漿侵入活動以華力西期和燕山期最為強烈，加里東期較弱[4]。

2 礦床地質特征

研究區內已發現多處錳礦床，如青砂溝錳礦、賽馬溝錳礦、苦水泉錳礦點等[2-4]。礦床類型，含礦巖性基本一致，其中青砂溝錳礦已達到大型規模，本文以青砂溝錳礦礦床特征為例。

2.1 礦區地質

礦區地處阿爾金蛇綠混雜巖帶內，出露地層有薊縣系冰溝南組、亂石山組和第四系，其中亂石山組為含錳地層(見圖2)。礦區總體為一南傾單斜構造，斷裂構造較發育，以礦區南部的斷層規模最大，是青白口系與薊縣系的分界斷裂，其他均為派生的層間斷裂，沿斷裂可見斷層破碎帶。礦區內沿斷裂主要發育二長花崗巖、細中粒角閃石英二長閃長巖、輝綠巖脈等。

2.2 礦體特征

礦區錳礦體地表劃分3個含礦層，Ⅰ號含礦層受花兒地組含錳含砂炭泥質巖控制；Ⅱ號含礦層受花兒地組含錳砂質白云巖控制；Ⅲ號地表僅為錳礦化，分布于花兒地組硅質白云巖中。Ⅰ、Ⅱ含礦層兩者大體平行分布。

Mn-Ⅰ號礦體群：產于Ⅰ號含礦層中，地表出露長1 900 m，控制最大斜深556 m(未到零點邊界)。共圈定22條礦體，均呈層狀、似層狀產出，與圍巖產狀一致，長64～1 950 m不等，平均厚度0.52～6.33 m，厚度變化系數20%～60.44%。Mn平均品位在10.69%～18.78%，品位變化系數為8.02%～38.84%，礦體產狀150°～187°，傾角40°～49°。其中Ⅰ-1號為主礦體，呈層狀，控制長度1 900 m，平均厚度6.33 m，厚度變化系數60.44%，平均品位9.8%，品位變化系數8.91%，與其他礦體平行展布(見圖3)。

圖3 Fe-Mn-(Cr+Ni+Co)圖解(a)與Co/ Ni-(Cr+Ni+Co)圖解(b)

Mn-Ⅱ號礦體群：分布于Mn-Ⅰ礦體群南300 m處，工程控制長1 300 m，斜深425 m。品位在3%～7%，共圈出4條礦體，均呈層狀、似層狀產出，長50～970 m，平均厚度0.52～4.86 m，厚度變化系數2.52%～116.4%。Mn平均品位在8.09%～12.55%，品位變化系數9.89%～34%。礦體產狀170°～182°∠46°～52°，深部變陡為59°～64°。其中Ⅱ-1號為主礦體，長970 m，平均厚4.86 m，厚度變化系數65.41%，平均品位10.67%，品位變化系數25.63%，控制最大斜深425 m，與其他礦體平行產出。

2.3 礦石特征

礦石肉眼觀察多顯黑色，部分略帶淺肉紅色，具斑雜狀、細脈狀、網脈狀構造。礦石礦物主要為硬錳礦，次為菱錳礦，見有黃鐵礦和褐鐵礦；脈石礦物以石英為主，次為長石、綠泥石、絹云母和白云石等。

礦石伴生有益組分為鐵，礦石化學全分析TFe為4.20%～4.64%。礦石有害組分主要有P和SiO2，其中P含量較低，為0.02%～0.04%；SiO2含量較高，為31.67%～49.36%。

礦石結構主要為膠狀結構、隱晶結構和粒狀變晶結構，構造主要有塊狀構造、微脈浸染狀構造和交織狀構造。礦區主要為混合錳礦石，次為氧化錳礦石及碳酸錳礦石。

3 含錳巖系地球化學特征

樣品分別在3個不同礦區采集，進行主微量和碳同位素測試，對研究區礦床成因及成礦地質條件分析，分析結果見表1。

表1 阿爾金北坡含錳巖系樣品元素含量 %

3.1 主量元素地球化學特征

阿爾金北坡含錳巖系中MnO2含量為13.35%～18.91%；CaO含量為11.75%～21.24%；Fe2O3含量為2.41%～5.22%；TiO2含量為0.011%～0.056%；Al2O3含量為6.21%～11.11%；SiO2含量為29.37%～37.26%；P2O5含量為0.021%～0.055%。

3.2 微量元素地球化學特征

阿爾金北坡含錳巖系中V含量為2.87×10-6～6.33×10-6；Cr含量為21.22×10-6～33.32×10-6；Ni含量為11.23×10-6～18.32×10-6；Co含量為3.21×10-6～5.45×10-6；Rb含量為0.09×10-6～0.48×10-6；Sr含量為19.59×10-6～ 42.61×10-6；Ba含量為8.22×10-6～21.56×10-6；U含量為1.23×10-6～2.81×10-6；Th含量為1.59×10-6～3.32×10-6。

3.3 碳氧同位素特征

碳同位素受成巖作用影響小，基本保留原生碳酸鹽巖的碳同位素組成[5-6]。阿爾金北坡含錳巖系中δ13C值為-23.3‰～-13.4‰。碳同位素測試結果見表 2。

表2 阿爾金北坡含錳巖系礦床礦石C-O同位素分析結果 ‰

4 礦床成礦條件分析

4.1 沉積環境

阿爾金北坡含錳巖系Fe/Mn比值變化范圍0.12～0.30，反映了熱液運輸和成礦作用期間Mn和Fe的分離。Mn和Fe分離徹底指示，Mn沉積時Fe已經沉淀較為完全，表明沉積環境為氧化環境[6]。

在缺氧的環境下，V元素相較于Cr、Ni元素更容易富集沉淀，V/(V + Ni)比值會顯示相對高值[7]。V/(V + Ni)比值在缺氧環境下為0.83～1，在貧氧環境下為0.57～0.83，在弱氧化環境下為0.46～0.57，而在氧化環境下則小于0.46[7-8]。研究區內含錳巖系V/(V + Ni)比值為0.20～0.33，均顯示氧化-次氧化環境特征。

綜上所述，認為阿爾金北坡含錳巖系是在氧化-次氧化環境沉積富集的，經歷了錳氧化物或氫氧化物形成階段，碳酸錳可能是通過錳氧化物或氫氧化物轉化而成。

4.2 物質來源

沉積巖中TiO2和Al2O3含量可作為大陸邊緣沉積環境的判別指標[6]，阿爾金北坡含錳巖系中TiO2和Al2O3的含量均較低，說明含錳巖系陸源物質輸入較少。另外，研究區內δ13C值出現明顯負漂移，與生物或有機質的δ13C值范圍一致，表明有機質還原是沉積型錳礦成礦的關鍵因素。典型的熱水沉積物Al/(Al+Fe+Mn)<0.35[9]，而阿爾金北坡含錳巖系Al/(Al+Fe+Mn)為0.19～0.30，具熱水沉積的特征。此外礦石的SiO2/ Al2O3比值為3.22～5.05，高于陸源值V，表明研究區內錳礦與生物或熱水作用關系比較密切，其物源可能來自洋殼深部[10]。

樣品投影到Fe-Mn-(Cr+Ni+Co)與Co/Ni-(Cr+Ni+Co)圖上(見圖3)，可以看出，阿爾金北坡含錳巖系形成的過程中與熱水沉積作用密切相關[11]。根據中國錳礦床特點，Co/Ni可作為錳礦礦質物源區距離遠近的判別標準，Co/Ni>1指示礦質的遠程來源；Co/Ni為0.55～l指示礦質的中程來源；Co/Ni<0.55指示礦質的近程來源[12-15]。研究區錳礦石的Co/Ni比值為0.26～0.52，因而推測錳礦的礦質應為近程的火山或熱水來源。

5 成礦模型建立

薊縣紀時，本區為阿爾金裂陷海盆，由于大氣圈CO2含量高，海水呈現弱酸性，當敦煌古陸和祁連基底風化的錳質隨同細碎屑物質逐漸被水介質搬運至濱海時，由于錳質多以氫氧化合物存在，使濱海地帶pH逐漸升高，直至水體變為弱堿性(pH=9)時，發生錳碳酸鹽的沉積形成以菱錳礦為主的原始錳礦層。在此過程中，濱海臺地碳酸鹽的出現，起了調節海水pH的作用，促使了錳的沉淀，因而錳礦層常產于碎屑巖與碳酸鹽巖(白云巖)的過渡部位。

原始錳礦層形成之后，遭受晉寧運動影響，發生變形變質作用和次生氧化作用，使礦層不僅變形傾斜，而且使礦石結構、構造、礦物成分發生改變，形成變晶粒狀結構、微脈浸染狀構造，在礦物成分上由碳酸錳變為氧化錳，形成今日之礦床。其成礦模式見圖4，圖4中a為薊縣紀原始沉積區， b為晉寧運動及次生改造期。

1.敦煌巖群結晶基底；2.北大河巖群中深變質基底；3.變質細碎屑巖、泥碳碳質-富鎂碳酸鹽巖(含錳巖系)；4.碳酸鹽-碎屑巖；5.變砂巖；6.變粉砂巖；7.砂質白云巖；8.錳礦層；9.錳質單源；10.變質熱液對錳礦的改造；11.大氣降水及風化作用改造；12.斷層圖4 青砂溝錳礦成礦模式

6 結 論

1)研究區含錳地層為晚元古代亂石山組，含礦巖性為碎屑巖及碳酸鹽巖。

2)根據研究區內含錳巖系的Fe/Mn比值、V/(V+Ni)比值，認為阿爾金北坡含錳巖系是在氧化-次氧化環境沉積富集的，經歷了錳氧化物或氫氧化物形成階段，碳酸錳可能是通過錳氧化物或氫氧化物轉化而成。

3)研究區內巖石化學特征表明，區內錳礦與生物或熱水作用關系比較密切，其物源可能來自洋殼深部。

4)通過礦床成礦模型建立，研究區內含錳巖系經歷錳碳酸鹽的沉積形成以菱錳礦為主的原始錳礦層，發生變形變質作用和次生氧化作用，形成今日之礦床。