楊小三，彭明章

(中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟南 250013)

0 前 言

工作區(qū)處于特殊的大地構(gòu)造位置，經(jīng)歷多期次、多階段不同類型構(gòu)造和巖漿作用，為區(qū)內(nèi)提供了成礦地質(zhì)環(huán)境和豐富的成礦物質(zhì)來源[1-4]；區(qū)內(nèi)火山-沉積巖建造的大規(guī)模分布，為各類層控礦床提供了廣闊的成礦前景，鯉魚梁-紅巖井大斷裂及其伴生斷裂，為各類礦床的形成提供了導(dǎo)礦、容礦構(gòu)造，巖漿熱液的侵入又形成了各式各樣的接觸交代規(guī)模[2-8]。

區(qū)域內(nèi)中生代以來淺層次斷裂構(gòu)造為金、銀等硅質(zhì)熱液成礦，提供了形式多樣的熱液運移通道和儲礦空間；紅巖井南部大規(guī)模分布的偉晶巖，為稀有金屬成礦提供了優(yōu)良的成礦條件；泥盆紀(jì)、志留紀(jì)中酸性侵入巖為區(qū)內(nèi)形成銅、鉛、鋅、鐵等多金屬礦床提供了豐富的成礦熱液，同沉積斷裂構(gòu)造，為形成噴流沉積礦床提供了條件[5]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域構(gòu)造位于天山-興蒙造山系東緣額濟納-北山弧盆系，在長期的地質(zhì)演化歷史中，其經(jīng)歷了前加里東大陸裂解-俯沖-碰撞造山作用和加里東期以來的洋陸轉(zhuǎn)化、陸內(nèi)裂陷-逆沖推覆等造山作用的多旋回構(gòu)造演化；遭受了強烈的多期次構(gòu)造運動，形成了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造體[1-6](見圖1)。區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)主要沿近東西向展布，與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，占全省礦產(chǎn)地總數(shù)的20%[1-2]。其中錳礦床主要有玉石山錳礦、馬鬃山錳礦、大紅山錳礦等，礦化主要賦存于薊縣系平頭山群和下寒武統(tǒng)雙鷹山組中，主要類型為殘積淋濾型、沉積改造型和熱液型錳礦，苦泉、白川和紅柳西錳礦(化)點產(chǎn)于震旦系頂部古風(fēng)化面上和下寒武底部之板巖巖層中，成因類型屬殘積淋濾型。除錳達工業(yè)要求外，鈷含量0.04%～0.4%[2-6]。玉石山錳礦，礦體受下寒武統(tǒng)雙鷹山組控制，含錳巖石有硅質(zhì)巖-硅質(zhì)板巖、結(jié)晶灰?guī)r，斷續(xù)分布在長2.4 km，寬0.3～0.5 km范圍內(nèi)，成因類型為淋濾型[3]。大紅山錳礦產(chǎn)于下寒武統(tǒng)雙鷹山組中，含礦巖石為灰色-黃色頁巖，礦床成因類型為沉積改造型[4]。馬鬃山錳礦，礦床賦存于震旦系中統(tǒng)平頭山群下巖組中，礦體分布在3 km范圍內(nèi)，圍巖主要為板巖、千枚巖及白云質(zhì)大理巖，礦體嚴(yán)格受構(gòu)造裂隙控制，成因類型屬熱液充填-交代型[5]。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置

研究區(qū)內(nèi)地層分布以二疊系海陸交互相陸緣碎屑巖建造為主，長城紀(jì)中基性變質(zhì)火山-沉積建造次之，少量奧陶紀(jì)中基性火山-沉積碎屑巖建造和志留紀(jì)陸源碎屑-中性火山巖建造，零星分布早元古代變質(zhì)雜巖。由于古生代中期巖漿弧構(gòu)造環(huán)境，區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，因此形成了多個微型構(gòu)造巖漿巖帶，其主要為基性-中酸性侵入體等[3]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 含礦巖系

研究區(qū)出露地層主要為古元古代北山巖群和長城紀(jì)古硐井群。北山巖群為一套中深構(gòu)造層次形成的高綠片巖相-低角閃巖相中級變質(zhì)巖系，主要由片巖類、石英巖類、變粒巖類、大理巖類組成。古硐井群為含礦地層，主要有石英片巖、硅質(zhì)大理巖、含錳硅質(zhì)巖、變砂巖、綠簾角閃片巖、透輝石矽卡巖等。

受區(qū)域巖漿巖侵入作用，礦區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了相應(yīng)的中低溫?zé)嵋何g變類型，其中包括錳礦化、硅化、褐鐵礦化(黃鐵礦化)、方解石化、方鉛礦化、滑石化、黏土化、退色化、碎裂化等。其中硅化、褐鐵礦化(黃鐵礦化)、碎裂化與錳礦關(guān)系極為密切[6-13]。

2.2 物化探異常特征

2.2.1 區(qū)域化探異常特征

1∶20萬區(qū)域化探結(jié)果表明，二疊系第二巖組海相碳酸鹽夾碎屑巖地層分布區(qū)錳異常發(fā)育，其中HS2綜合異常位于本次研究區(qū)內(nèi)，異常區(qū)內(nèi)Mn均值為2 235.50×10-6，峰值為3 986.10×10-6，異常強度較高，面積56.78 km2，具中、外濃度分帶。異常主要產(chǎn)于富親基性元素的地球化學(xué)環(huán)境，富集Mn、Fe、Ni、Cr、Au、Cu、Sb、As、Ti等元素，表明該區(qū)與巖漿物質(zhì)有關(guān)的元素普遍富集。其中Mn、Au、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Fe等元素是區(qū)內(nèi)重要的成礦元素及指示元素，與超基性、基性和酸性巖漿活動及成礦熱液成礦作用關(guān)系密切[12]。異常元素按規(guī)模排序為：Mn、Ni、Sb、Cr、Hg、Pb、Cu、Au、Fe2O3、Ti、Zn、As，其均值﹑規(guī)模等見表1。

表1 HS2綜合異常元素特征

2.2.2 地球物理特征

礦區(qū)淺部巖性等引起的視極化率較低，一般為1.5%～3.9%，視電阻變化較大，一般為100～500 Ω·m；測區(qū)深部可能存在炭質(zhì)巖石，其引起的視極化率較高，一般為5.5%～21.4%，最高可達28.9%以上，視電阻率較穩(wěn)定，一般為20～100 Ω·m；含錳多金屬硫化物破碎蝕變帶的視電阻率值一般為55～210 Ω·m，視極化率較高，一般為7%～11%，其疊加于深部高背景值巖性引起的視化率異常之上，呈鋸齒狀；相比較含錳多金屬硫化物破碎蝕變帶與圍巖有明顯的電性差異，在錳礦上利用物探激電測量有較好的地球物理前提[11-15]。

2.3 礦體特征

研究區(qū)內(nèi)共圈定了3個礦化段，26條礦體，呈似層狀產(chǎn)出，含礦巖性為含錳硅質(zhì)巖、錳礦石、含錳粉砂巖，受斷層影響含礦巖系呈構(gòu)造角礫狀(見表2)。

表2 鯉魚梁錳礦Ⅰ號、Ⅱ號礦體特征

Mn-Ⅰ號礦化段受含錳硅質(zhì)巖控制，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(chǎn)出，與圍巖產(chǎn)狀一致，長64～1 950 m不等、平均厚度一般為0.52～6.33 m，厚度變化系數(shù)20%～60.44%。Mn品位為15.40%～67.02%，平均品位為49.23%，礦體傾向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(shù)60.44%，平均品位49.80%，品位變化系數(shù)8.91%，與其他礦體平行展布。

Mn-Ⅱ號礦化段受含錳粉砂巖控制，分布于Mn-Ⅰ礦化段南300 m處，控制長1 300 m，斜深425 m。共圈出4條礦體，均呈層狀—似層狀產(chǎn)出，長50～970 m，平均厚度0.52～4.86 m，厚度變化系數(shù)2.52%～116.4%。Mn品位為18.09%～62.55%。平均品位為45.56%，礦體傾向170°～182°，傾角淺部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(shù)65.41%，平均品位50.67%，品位變化系數(shù)25.63%，控制最大斜深425 m，與其他礦體平行產(chǎn)出。

Mn-Ⅲ號礦化段受含錳粉砂巖控制，地表僅為錳礦化，礦化體走向長為100～1 500 m，傾向延深100～150 m，礦體傾角為52°～81°，平均約為70°。

2.4 礦石特征

礦石肉眼觀察多顯黑色，部分略帶淺肉紅色，礦石具粒狀變晶結(jié)構(gòu)、隱晶結(jié)構(gòu)和塊狀、斑雜狀、微脈浸染狀、交織狀、網(wǎng)脈狀構(gòu)造。礦石礦物經(jīng)鏡下鑒定、X射線衍射和電鏡掃描綜合分析，錳礦物主要為軟錳礦，其次還有水錳礦、褐錳礦、菱錳礦，脈石礦物主要為黏土、水云母、石英和磷灰石。鐵礦物含量很少，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(錳白云石)，其他微量礦物尚見榍石、磷灰石、鋯石等。礦物的總體特征(見圖2)，由于變質(zhì)作用，礦物晶體形態(tài)不完整。

圖2 礦石鏡下照片

3 地球化學(xué)特征

礦石化學(xué)成分分析，MnO含量1.980×10-2～65.424×10-2，SiO2含量6.249×10-2～106.986×10-2，TFe含量0.045×10-2～20.41×10-2，P2O5含量0.026×10-2～0.040×10-2。礦石主要礦物成分見表3。

表3 主要礦物成分含量 ×10-2

3.1 常量元素地球化學(xué)特征

礦石中Al2O3和TiO2的含量可作為大陸邊緣沉積環(huán)境的判別指標(biāo)[8]。鯉魚梁一帶古硐井群含錳巖系A(chǔ)l2O3和TiO2含量均較低(見表1)，說明含錳巖系受陸源物質(zhì)輸入影響較小[8-10]。Fe/Ti和Al/(Al+Fe+Mn)關(guān)系是判斷沉積物屬于噴流沉積物的有效的地球化學(xué)參數(shù)[9]。典型的熱水沉積的Fe/Ti比值>20，(Fe+Mn)/Ti比值為20±5、Al/(Al+Fe+Mn)比值<0.35[13]。鯉魚梁一帶古硐井群含錳巖系的Fe/Ti除YP-3、YP-7、YP-9外，YP-8約等于20，其余均大于20，尤其是YP-4、YP-5、YP-6均大于100。含錳巖石的(Fe+Mn)/Ti均大于55，高于20，特別是含錳高的巖石，其(Fe+Mn)/Ti比值在1 000以上。含錳巖石的Al/(Al+Fe+Mn)比值均遠遠低于0.35，一般為小于0.06，只有YP-5、YP-6分別為0.170和0.25，接近0.35。從上述這些判斷參數(shù)分析，鯉魚梁一帶古硐井群含錳巖系應(yīng)該屬于熱水沉積的產(chǎn)物。但是從Fe/Ti和Al/(Al+Fe+Mn)的數(shù)值看，古硐井群含錳巖系中，硅質(zhì)巖主要是熱水沉積的產(chǎn)物，礦物質(zhì)錳是在硅質(zhì)巖形成的過程中形成的，而細碎屑巖如粉砂質(zhì)黏土巖或黏土巖卻不是熱水沉積的產(chǎn)物，而是深海沉積的產(chǎn)物。

3.2 微量元素地球化學(xué)特征

鯉魚梁一帶古硐井群含錳巖系中Co、Ba、Sr富集(見表1)，是熱水沉積所具有的特征。一般情況下，大多數(shù)沉積巖中Ni的含量都高于V的含量，而熱水沉積巖中二者的關(guān)系正好相反，由于熱水沉積有較高的沉積速率，常常相對富含Ni，因此熱水沉積巖中Ni/V<1，而非熱水沉積巖中Ni/V>1[11]。

古硐井群含錳巖系的Ni/V比值大部分小于1，明顯偏低的Ni/V比值反映了巖石形成時富鐵鎂質(zhì)物源的加入，即熱水(液)使深部(下地殼或上地幔)富鐵鎂質(zhì)物源加入[12-15]。這說明熱水(液)從深部把錳質(zhì)帶入沉積巖，錳礦的形成與熱水噴流關(guān)系密切。

4 礦床成因分析

4.1 沉積環(huán)境

古硐井群含錳巖系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(jīng)沉淀較為完全，表明沉積環(huán)境為氧化環(huán)境[6]。

在缺氧的環(huán)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(huán)境下為0.83～1，貧氧環(huán)境下為0.57～0.83，弱氧化環(huán)境下為0.46～0.57，而氧化環(huán)境下則小于0.46[7-8]。研究區(qū)內(nèi)含錳巖系V/(V+Ni)比值為0.20～0.33，均顯示氧化-次氧化環(huán)境特征。

綜上所述，認(rèn)為阿爾金北坡含錳巖系是在氧化-次氧化環(huán)境沉積富集的，經(jīng)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(zhuǎn)化而成。

4.2 成因分析

沉積巖中TiO2和Al2O3含量可作為大陸邊緣沉積環(huán)境的判別指標(biāo)[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(zhì)輸入較少。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A(chǔ)l/(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，根據(jù)w(SiO2)-w(Al2O3)投圖(見圖3)，圖解表明研究區(qū)內(nèi)錳礦與生物或熱水作用關(guān)系比較密切，其物源可能來自洋殼深部[10]。

圖3 w(SiO2)-w(Al2O3)關(guān)系

樣品投影到Fe-Mn-(Cr+Ni+Co)(見圖4)與Co/Ni-(Cr+Ni+Co)圖上(見圖5)，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(guān)[11]。根據(jù)中國錳礦床特點，Co/Ni可作為錳礦礦質(zhì)物源區(qū)距離遠近的判別標(biāo)準(zhǔn)，Co/Ni>1指示礦質(zhì)的遠程來源；Co/Ni為0.55～l指示礦質(zhì)的中程來源；Co/Ni<0.55指示礦質(zhì)的近程來源[11-16]。研究區(qū)錳礦石的Co/Ni比值為0.26～0.52，因而推測錳礦的礦質(zhì)應(yīng)為近程的火山或熱水來源。

圖4 Fe-Mn-(Cr+Ni+Co)關(guān)系

圖5 Co/Ni-(Cr+Ni+Co)關(guān)系

4.3 成礦階段分析

本次樣品采集于古硐井群鯉魚梁一帶含錳巖系，典型礦石包括含錳硅質(zhì)巖、錳礦石、含錳粉砂巖。礦石鏡下觀察，其礦物成分包括菱錳礦、鈣菱錳礦、錳方解石、錳白云石、硫錳礦、黃鐵礦、閃鋅礦、高嶺石、伊利石、菱鐵礦。礦石中礦物成礦期次見表4。

表4 礦物成礦期次(線段長度代表形成時間)

錳質(zhì)碳酸鹽礦物作為膠結(jié)物分布于黏土質(zhì)砂屑之間，錳質(zhì)碳酸鹽礦物包括錳方解石、鈣菱錳礦、菱錳礦，其中錳方解石多分布于砂屑之間，其膠結(jié)作用,膠結(jié)物由晶粒狀向圈層狀轉(zhuǎn)變，代表水體能量的升高；鈣菱錳礦、菱錳礦多充填交代部分黏土質(zhì)砂屑。沉積晚期顯示熱液蝕變,大量硫化物出現(xiàn)，包括黃鐵礦、閃鋅礦、硫錳礦等,其中硫錳礦替代巖石中菱錳礦部分，保存原巖中錳白云石部分。

5 結(jié) 論

1)研究區(qū)含錳地層為古硐井群，含礦巖性為含錳硅質(zhì)巖、錳礦石、含錳粉砂巖。

2)研究區(qū)內(nèi)含錳巖系的Fe/Mn比值、V/(V+Ni)比值，認(rèn)為古硐井群鯉魚梁一帶含錳巖系是在氧化-次氧化環(huán)境沉積富集的，經(jīng)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(zhuǎn)化而成。

3)研究區(qū)內(nèi)巖石化學(xué)特征表明，區(qū)內(nèi)錳礦與生物或熱水作用關(guān)系比較密切，其物源可能來自洋殼深部。