新疆阿克陶穆呼锰矿地质特征

查斌，张连昌，张帮禄，董志国，王斌，谢志敏

(1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第二地质大队，新疆 喀什 844002；2.中国科学院地质与地球物理研究所，矿产资源研究重点实验室，北京 100029)

玛尔坎苏富锰成矿带的发现是近几年地质勘查工作的重要成果之一，位于成矿带东西两端的奥尔托喀纳什、穆呼两个矿床也是区内规模最大、最为典型的锰矿床[1]。目前，穆呼锰矿床估算资源量达1 230×104t，而整个玛尔坎苏富锰成矿带预测资源量超过5 000×104t。本文旨在介绍穆呼锰矿床的大致情况，以期更多学者关注并研究该矿床。

1 区域地质背景

区域上穆呼锰矿位于西昆仑西北，西昆仑弧盆系和塔里木陆块结合部位❶❶ 河南省地质调查院.新疆1∶25万塔什库尔干幅、克克吐鲁克幅区调报告，2004.；区域地层主要有志留系、石炭系、二叠系、下白垩统、古近系、新近系、第四系，上石炭统是区内锰矿主要赋矿层位(图1)。构造上本区属北昆仑晚古生代弧后伸展盆地，断裂和褶皱构造发育，断裂主要呈近EW向，主要断裂有乌赤别里山口-阿克彻依断裂(江布布拉克断裂)❷❷ 河南省地质调查院.1∶5万区域地质调查报告，玛里他巴尔山幅（J43E004007）、博托彦幅（J43E004008）、穆呼幅（J43E004009），2013.、空贝利-木扎令断裂❸❸ 河南省地质调查院.1∶5万区域地质调查报告，空贝利幅(J43E005008)、霍什别里幅(J43E005009)、阔勒阿依尔克幅(J43E006009)、木吉幅(J43E006010)，2012.，为区内主要构造单元的边界断裂。含锰盆地经历了海侵及氧化-还原界面上升的过程，成矿构造背景具台地边缘裂陷盆地特征。

2 矿床地质特征

矿床出露石炭系、二叠系、第四系(图2)。下石炭统乌鲁阿特组为一套火山-沉积岩系[2]，主要由安山质晶屑凝灰岩、安山岩、玄武岩，玄武质火山角砾岩组成；上石炭统喀拉阿特河组出露碳酸盐岩、碎屑岩、中基性火山熔岩和火山碎屑岩，局部发育中性侵入岩；可进一步划分为4个岩性段(图3)。第四岩性段由黑色、灰黑色薄-中厚层状微晶灰岩，细晶灰岩，灰色砂屑灰岩，灰黑色砾屑灰岩，灰黑色碳质粉微晶灰岩，黑色厚层状粗晶灰岩，(含陆源碎屑、含生物碎屑、含碳)粉晶灰岩组成，岩层走向NE向，出露厚大于200 m，倾向SE，倾角36°～49°；第三岩性段为区内主要含锰岩性段，主要由黑色薄层状含碳泥质灰岩夹薄层状含碳粉晶灰岩，灰黑色薄层状含碳粉晶灰岩夹灰黑色砂屑灰岩组成，局部夹片理化全蚀变安山岩、凝灰岩，层内发育蚀变细粒闪长岩、绿泥长英蚀变岩、辉长岩脉，出露厚度大于40 m，倾向SE，倾角21°～51°；第二岩性段为区内锰矿的主要含矿层位，倾向SE，倾角26°～47°，出露厚度于大250 m，岩性为灰黑色砂屑灰岩夹黑色含泥碳质灰岩，(含碳、黄铁矿化)泥晶灰岩，深灰色薄层状含泥砂屑灰岩夹黑色薄层状细晶灰岩，浅黑色极薄层状含泥碳质灰岩夹薄层状泥晶灰岩，(黄铁矿化)泥质灰岩，石英、方解石脉发育，岩层中局部夹蚀变安山岩、蚀变玄武岩，出露少量辉长(玢)岩、闪长(玢)岩脉；第一岩性段主要岩性为深灰绿色糜棱岩化复成分砾岩夹暗灰绿色碳酸岩化岩屑凝灰岩、浅灰黑色泥微(粉微)晶灰岩，竹叶状灰岩夹凝灰岩，局部夹玄武岩、安山岩，岩层走向NE，倾向SE-SW，倾角38°～40°。层内闪长岩、闪长玢岩、辉绿玢岩细脉发育。区内构造发育，多见褶皱及断层，但受后期断裂破坏等影响，大部分区域难以辨认出完整的褶皱形态，仅在局部地段可见褶皱的部分形态或小型褶皱(图4-A，C)。

图1 新疆阿克陶穆呼一带地质矿产图Fig.1 Regional geological and minerals map of Muhu,aketao,Xinjiang

图2 穆呼锰矿地质图Fig.2 Geological map of Muhu manganese deposit

图3 上石炭统喀拉阿特河组柱状图Fig.3 Histogram of C2k

区内火山岩和侵入岩较发育，火山岩在各地层中均有出露，岩性主要有蚀变安山岩、蚀变玄武岩、片理化英安岩、强蚀变霏细岩；侵入岩主要呈脉状产出，可见顺层和穿层的脉体(图4-D)，以及呈“X”型脉体(图4-E)，应有多期次岩浆侵入，岩性主要有蚀变含斜长石角闪岩、辉绿岩、闪长岩、辉绿玢岩、辉长玢岩、闪长玢岩。

3 矿带特征

矿床主要由8条矿带组成(图5，表1)，均产于上石炭统喀拉特河组，其中Ⅰ、Ⅱ号矿化带规模较大，构成了矿区的主矿化带，均产于上石炭统喀拉阿特河组中部。矿化带出露长342～1 305 m，宽1～50 m，总体走向呈NE向，个别呈NW向，部分矿带延入东邻的玛尔坎苏锰矿床，矿体断续出露(图5-A)，但含矿层位总体稳定；矿体形态多以层状、似层状(图5-B，C)、透镜状(图5-A，D)为主，局部呈鸡窝状(图5-E)、团块状(图5-F)，区内透镜状小矿体众多。

4 矿石结构构造及矿石质量

4.1 矿石结构构造

矿石结构主要为粒状结构(图6)、泥晶-微晶结构，偶见有球粒(鲕粒)结构(图6-B)，整体以微晶结构为主；矿石构造主要为致密块状构造(图6-C)、块状构造(图6-D)、细网脉状构造(图6-E)、团块状构造、土状构造和碎裂状构造；大部分矿石由于受构造作用影响，矿石中裂隙密集分布并充填了方解石，致使岩石发生分割并碎裂岩化。

图4 穆呼锰矿构造与岩脉特征Fig.4 Characteristics of structure and dike in Muhu manganese deposit

图5 穆呼锰矿矿体特征Fig.5 Characteristics of orebody in Muhu manganese deposit

表1 穆呼锰矿矿体特征Table 1 Characteristics of orebody in Muhu deposit

图6 穆呼锰矿矿石特征Fig.6 Characteristics of ore in Muhu manganese deposit

4.2 矿石物质成分及矿石质量

矿石矿物以菱锰矿为主(图6-F)，其它有软锰矿、硬锰矿、黑锰矿、水锰矿、水硅锰镁矿、红锰铁矿、蔷薇辉石、铁锰矿、方铁锰矿、锰方解石、锰白云石、褐锰矿、硫锰矿、硼锰矿等(图6-G，H)。矿石矿物的形成主要分3个时期，第一期(主成矿期)主要矿石矿物为菱锰矿，占比75%～91%，与锰方解石密切共生。菱锰矿为隐晶质结构，呈团块状，碳质泥质胶结物，富矿体主要由隐晶质菱锰矿组成，锰方解石主要以团块状产出，交代菱锰矿，内部残留菱锰矿。第二期矿物组合主要为硅质热液交代早期菱锰矿形成的水硅锰镁矿、红锰铁矿、水锰矿、硫锰矿、硼锰矿、锰方解石(脉)、蔷薇辉石等矿物。该期矿物均沿菱锰矿裂隙或呈脉状产出，锰方解石呈钟乳状、红锰铁矿呈短柱状、水硅锰镁矿呈纤维状。表明该期改造热液中主要为以硅质热液为主。第三期沿菱锰矿边部发育后期软锰矿，在锰矿石表面(裂隙面)发育后期绿泥石、石膏等。

穆呼锰矿床锰矿石SiO2平均含量为16.31%，TiO2平均含量为0.04%，A12O3平均含量为1.81%，Fe2O3平均含量为2.07%，FeO平均含量为0.44%，CaO平均含量为14.74%，MgO平均含量为5.60%，P2O5平均含量为0.17%，K2O平均含量为0.46%，Na2O平均含量为1.84%，MnO平均含量为29.78%，烧失量平均为26.68%；Mn算术平均品位24.16%，矿石中有害组分主要为磷、铁、二氧化硅及Cl-，穆呼锰矿矿石P/Mn平均值为0.005 78，为中磷矿石；Mn/Fe平均值为18.02，为低铁锰矿石，说明Fe和Mn在沉积过程中分离较明显；由表2可见，主要矿体SiO2平均含量为16.31%，低于冶金用碳酸锰矿石工业指标(小于等于25%)，烧失量均值为26.68%，(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)值为1.23，矿石类型为碱性；根据铁、锰、铬矿地质勘查规范《DZ/T 0200-2002》的标准，按Ⅱ类优质富碳酸锰矿石指标评价，该矿床锰矿石工业类型为低铁中磷碱性优质富碳酸锰矿石。

5 成矿条件分析

5.1 控矿地层

穆呼锰矿赋矿地层为上石炭统喀拉阿特河组，赋矿围岩为浅黑色含碳泥质灰岩，具层控型特点。穆呼锰矿区含锰碳酸盐岩与陆棚相、盆地边缘相沉积环境关系密切。主体为低能带，生物少见，岩石色调深，颗粒多为细粒、泥粒方解石，陆源碎屑物较少，水体较深，阳光较少，水动能较弱，营养物质缺乏、pH值较高、盐度高、温度低等均不适合生物繁殖。分析认为，穆呼锰矿成矿环境为浅海半局限台地上的洼地，在这种洼地中的海水处于一种相对静止的碱性还原环境。

5.2 地球化学特征

穆呼锰矿矿石Al2O3平均含量为1.81%，低于浅海碳酸盐岩的平均含量(4.72%)，矿化围岩Al2O3含量为6.39%，说明围岩形成于浅海环境，成锰期由于海侵作用，锰矿形成于较深的水体环境中。

表2 穆呼锰矿含锰岩系含量结果及比值Table 2 The contens and ratios of major elements of manganese-bearing rock in Muhu deposit 单位：%

图7 穆呼锰矿(Cu+Co+Ni)-Co/Zn(A)、B.Fe-Mn-(Ni+Cu+Co)×10(B)、C.SiO2-Al2O3(C)图解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 穆呼锰矿微量元素含量结果及比值Table 3 The contens and ratios of trace elements in Muhu deposit 单位：×10-6

在 Co/Zn-(Cu+Co+Ni)相关性图上(图 7-A)，样品点均落在或接近热液沉积区中(表3)；在Fe-Mn-(Ni+Cu+Co)×10三角图解上(图7-B)，除一个样品因铜含量特别高的原因，其它点都落在热水沉积区内。相比围岩而言，矿石点更靠近Mn端元，这些特征与热水沉积锰矿有相似性；SiO2/Al2O3可作为区分岩石物源的重要指标，接近大陆地壳比值(3.6)的以陆源为主，超过大陆地壳比值多由热水活动和生物活动引起[3]。穆呼锰矿矿石SiO2/Al2O3平均值为21.61(表 2)，围岩SiO2/Al2O3平均值为 7.09，从 SiO2-Al2O3判别图上可见(图7-C)，矿石样品多落入热水区，而围岩样品均落在水成区，也进一步说明了锰矿体与围岩形成环境的差异，而锰矿的形成则与热水活动关系更为密切。另外，穆呼锰矿矿石中Ag元素的富集系数为7.71，Co含量为18×10-6～40×10-6，平均为28.0×10-6，Pb含量为2.00×10-6～529×10-6，平均为110.93×10-6，这些特征均反映热水沉积的特征，也显示成矿物质来源和深部物质关系密切[4-8]。

5.3 沉积环境及古地理条件

穆呼锰矿赋矿地层为上石炭统喀拉阿特河组，具体又可细分为灰黑色含(黄铁矿、泥质、碳质)(粉、微、泥、细)晶灰岩，灰黑色含(黄铁矿、泥、砂、生物碎屑、陆源碎屑)(微晶、粉晶、泥晶、亮晶)砂屑灰岩，灰黑色泥晶生物碎屑灰岩，灰色中细粒钙屑岩屑砂岩，砾屑灰岩，(糜棱岩化)复成分角砾岩等，具典型海进地层沉积序列特征，与陆棚相、盆地边缘相沉积环境关系密切。含锰岩系底部为蜓类、珊瑚类等化石发育的生物碎屑灰岩或含陆源碎屑砂屑灰岩，含矿岩性为浅黑色含碳泥质灰岩，围岩发育碳质泥岩，说明锰矿体处于相对低洼地段，大量碳-泥质成分表明锰碳酸盐形成于相对还原环境。

区内大面积出露的砂屑、砾屑灰岩和生物碎屑灰岩中主要以泥晶方解石胶结，且不同程度地含有碳质和泥质胶结物，这说明整体水动力条件不是太强，但区内局部发育有角砾灰岩、竹叶状灰岩及长纺锤 ，又显示相对高能的水动力环境，但直接赋矿围岩以浅黑色含黄铁矿薄层状的细晶、砂屑灰岩和碳质泥质灰岩为主，反映锰矿沉积于相对静水环境，推测含矿岩系经历了动荡水体向静水的变化。此外，含矿层和围岩中普遍分布星点状黄铁矿，且围岩Al2O3平均含量接近于浅海碳酸盐岩平均含量，矿石Al2O3平均含量则低于碳酸盐岩克拉克值，指示成锰期海水处于较强的还原环境。综合以上特征，说明成锰期总体处于一种安静、还原的深水沉积环境中，但期间又经历了局部、瞬时的动荡高能环境。

岩性岩相和古生物证据反映出上石炭统喀拉阿特河组处于靠近陆缘的浅海坳陷带，并且经历了一次海侵事件。在逐步海侵的过程中，形成安静还原的水体环境，受陆源物质的影响也大大减小，也正是在该阶段锰质大量沉积成矿；成锰期后海平面又稍有下降，整体上构成了一个完整的海侵-海退旋回。在此环境中，初期水动力条件不是太强，但在风暴和潮汐的影响下能够得到动荡水体中的物质，形成碳质、泥质和泥晶方解石胶结的砂屑、砾屑灰岩和生物碎屑灰岩；成锰期海水变深，水体安静，碳质和泥质层可以沉积，形成含碳含泥质泥晶灰岩。

综合分析说明，区内总体成矿环境可能为浅海台地中的次级洼陷，锰矿成矿过程与海侵事件有关。总体来看，其形成于浅海-滨浅海环境，而锰矿主体则形成于较稳定的浅海洼地还原环境。

5.4 生物作用和火山作用

矿石中见鲕粒结构，围岩中发现了草莓状黄铁矿，说明生物活动参与了成矿，尤其是海洋藻类。海洋生物的作用表现在它们可大量吸附锰质，达到富集成矿物质的效果。此外，其呼吸作用产生的CO2也有利于菱锰矿的形成。

含锰岩系上石炭统喀拉阿特河组中发育很多火山岩和凝灰岩夹层，其下伏下石炭统乌鲁阿特组为火山-沉积岩系建造，说明石炭纪地壳活动频繁，海底火山作用强烈，区域热场较强。在含锰岩系中还可见到碳质泥晶灰岩和粉晶灰岩的截然分界面，有些可达细晶灰岩的程度，方解石等矿物颗粒明显结晶变好，可能是由于海底火山活动或阵发性热水喷流导致海水温度升高，方解石迅速重结晶形成粉晶-细晶灰岩。在粉晶-细晶灰岩中可见自形长石，应是海相火山喷发热水沉积的产物。同时在整个上石炭统岩石中常见角砾状玉髓、燧石微粒和磨圆不好的石英，应为火山喷发产生的矿物碎屑。

区内含锰岩系中见多层菱锰矿层，且透镜状小矿体数量众多，中间以凝灰岩、碳质泥岩、灰岩为界，说明热水活动提供锰质不连续，表现多次活动断续供给和强烈分异的特征。矿石的SiO2/Al2O3均超过大陆地壳比值，Co含量远大于碳酸盐岩克拉克值，Pb含量平均值很高，这些特征也进一步说明了锰质来源与深部物质关系密切，受到了火山活动和热水活动的强烈影响。综上所述，穆呼锰矿锰质来源以火山喷发带来的深源物质为主，锰质沉积和火山活动、热水活动关系密切。

6 小结

穆呼锰矿床含矿层位稳定，矿体数量众多，厚度大，矿床赋矿地层为上石炭统喀拉阿特河组，含矿岩性为浅灰黑色(含碳质、含黄铁矿、泥质)灰岩互层或夹层，矿石矿物以菱锰矿为主，主要为粒状结构，属于低铁中磷碱性优质富碳酸锰矿石。

穆呼含锰岩系赋存于浅黑色含碳泥质灰岩的“黑色岩系”中，且富含黄铁矿等硫化物，指示含锰岩系的沉积与缺氧环境相关[9]。由此推断锰矿沉积于陆缘裂谷坳陷带的半局限海盆地。

岩相学和地球化学特征均表明，锰矿的形成与深部地质运动关系密切，成锰期存在深切地幔的渠道，能够源源不断的提供成矿物质；火山喷发和热水活动能够有效的提供热动力条件，使深部锰质不断被带入成锰盆地内，伴随海平面上升，盆地内氧化-还原界面迅速向岸超覆，锰质被带到沉积界面附近而迅速沉淀[10]。综合分析认为，穆呼锰矿形成于陆棚相、盆地边缘相沉积环境中，成锰期处于安静、还原的浅海-滨浅海中，锰质来源以深源物质为主，与火山活动、热水活动及生物活动关系密切，为海相沉积型锰矿床。