新疆西昆仑玛尔坎苏-穆呼锰矿带地质特征与定量预测

2018-03-23徐仕琪冯京冯昌荣张连昌张帮禄

新疆地质 2018年1期

徐仕琪,冯京,冯昌荣,张连昌,张帮禄

(1.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐 830000；2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局，新疆乌鲁木齐 830000；3.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 844000；4.中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029)

自2003年以来，矿业公司在玛尔坎苏-穆呼一带开展了锰矿勘查工作，先后发现奥尔托喀纳什、玛尔坎苏锰矿，2010年新疆地矿局第二地质大队在该矿带东部发现并评价了穆呼锰矿❶新疆地矿局第二地质大队.阿克陶县奥尔托喀纳什-穆呼一带锰矿调查评价报告,2016.。玛尔坎苏锰矿带西部奥尔托喀纳什锰矿，圈定7个矿体，东西长250～1 350 m，探求锰矿石量906.05×104t；东部玛尔坎土锰矿圈定8个矿体；在玛尔坎土锰矿西侧穆呼锰矿圈定7条锰矿带和22个矿体，3个矿区共探获锰矿石量3 104.85×104t。新疆地矿局第二地质大队开展的普查工作，大致查明了穆呼矿区地层、构造、矿体(脉)形态、规模、产状和矿石质量。该区锰矿赋存于晚石炭世海相碎屑岩-碳酸盐岩沉积建造，在玛尔坎苏锰矿带的灰黑色含泥质灰岩、碳质灰岩或薄层灰岩中均发现了锰矿(化)体，表明该区锰矿成矿地质条件优越，区域找矿潜力很大。

本文应用2010年全国矿产资源潜力评价矿产预测技术体系提出的矿床模型综合地质信息预测方法[1-4]，以区内穆呼锰矿为典型矿床，开展典型矿床和区域定量预测研究，结合区域成矿地质背景分析，总结区域锰矿控矿要素，建立预测模型，圈定找矿靶区，预测锰矿资源量，为区域锰矿地质勘查指明方向[5]。

1 区域地质背景与地质特征

玛尔坎苏锰矿带位于西昆仑晚古生代构造体系[6]，构造上属北昆仑晚古生代陆缘裂谷带(或岛弧带)(图1)。成矿带隶属于秦祁昆成矿域(Ⅰ)-昆仑成矿省(Ⅱ级)-西昆仑Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Au-石棉成矿带(Ⅲ级)-昆盖山-库尔浪Fe-Cu多金属-石棉矿带(Ⅳ级)。该成矿带以铁、铜、铅、锌、硫铁矿为主，其次有金、铬、镍、水晶、石棉及煤矿[7]。成矿带以乌孜别里山口大断裂为界，断裂以北为塔里木西南新生代陆内坳陷，接受新生代陆相沉积；南侧为北昆仑晚古生代陆缘裂谷(或岛弧)，以浅海-半深海相石炭纪火山岩-沉积岩为其特征[8]。锰矿主要产于昆盖山晚古生代岛弧区内。

玛尔坎苏锰矿带出露石炭纪沉积岩[9]，地层主要为上石炭统喀拉阿特河组，呈NWW向展布，主要岩性为浅灰及深灰色中厚层薄层灰岩、碳质灰岩、泥灰岩、生物灰岩、白云岩、含锰灰岩、钙质页岩及少量安山岩、砂岩和页岩。覃英等认为阿克陶一带赋锰地层相当于下石炭统阿克沙克组上部，层位与北疆地区加曼台锰矿层位大致相当[10]。但新疆地矿局第二地质大队初步工作后，认为含矿地层为上石炭统喀拉阿特河组。奥尔托喀纳什、玛尔坎土、穆呼等锰矿床(点)均产出于深灰色薄层灰岩、灰黑色含锰灰岩及灰黑色碳质灰岩中，与上石炭统关系密切。区域上与西昆仑锰矿带有关的大断裂包括乌孜别里山断裂、布伦口断裂。

图1 西昆仑玛尔坎苏锰矿带地质矿产略图Fig.1 Simplified geological map of manganese deposits belt of Maerkansu in western Kunlun

本成矿带经历了从元古代到现代长期地质构造演化，出露地层从元古界到第四系。泥盆—石炭纪是中国锰矿最重要的成锰时期，新疆西南天山及西昆仑地区石炭系分布广泛，是新疆境内锰矿最重要的成矿带[10，11]。本次预测区——玛尔坎苏锰矿成矿带目前已发现锰矿床3处，锰矿化点3～4处，包括奥尔托喀纳什大型锰矿床、玛尔坎土、穆呼大型锰矿床，构成一条长约40 km的锰矿化带。

2 锰矿典型矿床特征

2.1 地层与构造

矿区主要出露地层为下石炭统乌鲁阿特组、上石炭统喀拉阿特河组、下二叠统玛尔坎雀库塞山组、下白垩统克孜勒苏群江颂结尔组(图2)。

下石炭统乌鲁阿特组分布于玛尔坎苏河北西侧，呈带状分布，主要由安山质晶屑凝灰岩、玄武岩组成，出露厚度大于140 m。上石炭统喀拉特河组为穆呼锰矿主要含矿层，沿玛尔坎苏河南东侧分布，厚度大于350 m。底部为含生物碎屑(角砾)灰岩夹微晶灰岩；中部为砂屑灰岩；上部为中-薄层含黄铁矿泥晶-微晶灰岩夹薄层碳质泥灰岩，锰矿主要产出于上部岩性段。生物碎屑灰岩-砂屑灰岩-含碳泥质灰岩重复出现，矿区局部可能发育倒转向斜构造(图2)。该地层与南侧中二叠统昆盖依套组一段呈断层接触，与上石炭统喀拉阿特河组下段呈断层接触。

矿区内构造发育，主要表现为断裂和褶皱，由于褶皱被后期断裂破坏，仅在局部地段见到。沿断裂带可见碎裂岩、构造角砾岩、糜棱岩和糜棱岩化岩石、片理化岩石等发育，并发育牵引褶皱。受区域构造影响，工区内褶皱构造整体较发育，小型褶皱构造多见。区内主要发育火山岩，侵入岩较少分布。火山岩主要发育石炭—二叠纪喷出岩。

2.2 矿体规模与形态

图2 穆呼锰矿区地质简图Fig.2 Geological sketch map of Mu-hu manganese deposit

矿区共发现6条矿化带，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上段中，含矿岩性为碎裂状、极薄层状含碳质灰岩与含泥质灰岩互层、灰色泥质灰岩夹灰黑色泥晶灰岩。总体走向为NE向，倾向SE，倾角 22°～75.5°。其中：Ⅰ号矿带长约2 166 m，矿体产状为131～185°∠22～75.5°，视厚1.00～15.30 m，矿体厚3.49 m，Mn品位10.38%～45.07%，平均品位27.66%。钻孔见矿视厚1.35～7.47 m，Mn品位10.63%～36.04%。控制最大矿体斜深341 m，矿体平均真厚度3.49 m。

Ⅱ号矿带长约1 290 m，矿体产状164～201°∠27～74°；视厚1.40～10.40 m，Mn品位10.04%～42.90%，平均品位24.2%。钻孔中控制最大矿体的斜深为318 m。矿体平均真厚3.67 m，加权平均品位24.2%。其它4条矿带也有一定规模。

2.3 矿石特征

矿石矿物以菱锰矿为主，见少量软锰矿、硬锰矿、水锰矿、蔷薇辉石、铁锰矿、方铁锰矿、黄铁矿。菱锰矿呈黑色，半金属-金属光泽，呈微晶状镶嵌分布，结构较均匀，粒径很细，块状构造，锰矿物含量较高。软锰矿呈它形粒状、片状分布，粒径细，0.01～0.03 mm，其集合体呈不规则条带状、团粒状分布，被方铁锰矿交代。矿石矿物主要分为氧化锰矿石和碳酸锰矿石(图3)。矿石结构为它形粒状结构。矿石构造主要为致密块状构造、块状构造、细网脉状构造、枝脉状、团块状构造和土状构造。

图3 穆呼锰矿岩石学镜下特征Fig.3 Petrological characteristics of of Mu-hu manganese deposit

2.4 围岩蚀变

从已发现的锰矿体来看，未经氧化或风化的规模较大的原生锰矿体整体呈黑色，地表风化或氧化的规模较小的矿体呈红褐色，尤其是规模较大的矿体可见地表呈明显黑色，可作为间接找矿标志。黄铁矿和方解石脉、石英脉较发育，部分矿体界线受方解石脉、石英脉控制，矿体产状与围岩基本一致。

2.5 沉积环境

矿层底部灰岩中发育大量蜓类化石(图4-b)，蜓的外部形态和内部结构是指示水动力能量及碳酸盐岩沉积相带的主要标志之一。外形为圆形、近圆形的多发育在水体平静、水动力能量较弱的半局限海台地相带，长纺锤状化石则指示水动力较强环境。此外，在矿区生物碎屑灰岩底部见有角砾灰岩和竹叶状灰岩(图4-a)，反映局部水体为高能环境。在碎屑灰岩中的砂屑含量达60%以上，呈次圆状，多为泥晶灰岩屑，偶见硅质岩岩屑，也可见少量石英颗粒，基质多为细小泥级方解石和粘土矿物，反映水体不稳定，发生过较大动荡。含碳纹层泥质灰岩：主要由细小泥晶方解石颗粒组成，含量高达94%以上，暗色条纹为含有机质成分，陆源碎屑很少见，反映水体较深(还原环境)而稳定。

综上所述，区域地层为海相沉积的海进系列，锰矿层位于海进层序的中上部。锰矿成矿环境为浅海半局限台地上的洼地，处于一种相对静止的碱性还原环境，成矿物质与含碳泥灰岩关系密切。

2.6 矿床成因分析

穆呼锰矿主要含矿赋矿层位为上石炭统喀拉特河组上部岩性段，为中-薄层含黄铁矿泥晶-微晶灰岩夹薄层碳质泥灰岩。据区域大地构造环境及区内地层条件分析，矿床在两板块间裂谷盆地环境中形成，为深水裂谷喷硫沉积成矿，矿床成因与成矿期火山活动，构造运动、热水喷硫作用及盆地裂谷与裂解作用相关。综上所述，穆呼锰矿矿床成因为海相火山喷硫热水沉积型矿床，受大的构造活动影响，后期构造和岩浆活动对矿体有较大影响。

3 锰矿成矿要素分析

成矿地质背景位于塔里木盆地西北缘及西南天山与昆仑山北缘交汇地带，大地构造位置隶属于北昆仑晚古生代陆缘裂谷带[12]；

成矿区带隶属于西昆仑昆盖山-库尔浪Fe-Cu多金属-石棉矿带(Ⅳ级)；

图4 穆呼锰矿含矿层中的竹叶状灰岩与化石照片Fig.4 Photograph of bamboo limestone and fossil of orebearing bed of Mu-hu manganese deposit

有利赋矿地层上石炭统喀拉阿特河组；

有利岩石组合灰黑色含泥质灰岩、碳质薄层灰岩、粉砂岩夹薄层泥质灰岩等；

控矿构造近EW走向断裂，单斜构造；

围岩蚀变硅化和碳酸盐化为主，次为菱铁矿化、绿泥石化、高岭土化；

找矿标志粉砂岩与泥质薄层灰岩接触带；近EW向灰黑色含锰灰岩层；

成矿类型海相沉积型锰矿[13]。

4 锰矿资源量预测

4.1 靶区圈定

根据锰矿有利赋矿地层、含矿岩石组合、控矿构造、围岩蚀变，结合区域地球物理、地球化学异常特征(表1)[14]，在玛尔坎苏锰矿带圈定锰矿靶区4处，其中，A级1处，B级2处，C级1处(图5)。

表1 玛尔坎苏锰矿预测要素表Table 1 Predicting factors table of Maekansu manganese deposit

4.2 资源量估算

4.2.1 典型矿床查明资源量

本次预测以穆呼锰矿为典型矿床，根据预查报告在勘查区内发现了22个锰矿体，矿体厚度1.0～6.68 m，矿石平均体重3.14 t/m3,平均品位24.24%。矿区出露面积为17.09 km2，目前控制矿体最大斜深为400 m，在预查区(含10个矿体)共探获资源量(332)+(333)类锰矿石量2 045×104t(表2)。

4.2.2 典型矿床深部及外围预测资源量及估算参数

典型矿床资源量预测包括矿床深部及矿床外围资源量。根据对玛尔坎苏锰矿带地质勘查工作，目前控制矿体最大斜深为400 m，锰矿含矿层位稳定，外围仍有较大潜力，对锰矿深部、外围均进行了预测[15]，计算结果见表3，4。

4.2.3 模型区含矿系数的确实

模型区指典型矿床所在的最小预测区[2，16]。本次预测以奥尔托喀纳什锰矿所在的最小预测区(ZB-1)为模型区，模型区含矿系数精度取决于模型区的资源量和成矿地质体体积[2]。奥尔托喀纳什模型区资源量及其估算参数见表5。

4.2.4 相似系数计算

相似系数指最小预测区与概念模型的相似程度[16]。求取过程主要是对预测要素权重进行分析并赋予不同的数值[17，18]，一般必要要素权重1.00、重要要素权重0.80、次要要素权重0.50，然后将最小预测区与概念模型类比；根据各要素与最小预测的对应情况赋予一定的分值，根据要素所得分值与相应要素权重即可求得某一要素在一个最小预测区的得分[18]。通过计算最小预测区所有要素的总分即可计算预测区与概念模型的相似程度，求得相似系数。

据地质矿产调查成果在玛尔坎苏锰矿带建立了区域预测概念模型，必要要素为赋矿地层、薄层碳质灰岩建造，重要要素为EW向断裂、锰矿点、化探异常、围岩蚀变，次要要素为磁异常、重力异常等，进行相似系数计算，结果见表6。

4.2.5 预测资源量计算

据模型区与最小预测区的具体情况，采用最小预测区与模型区进行相似类比而定[19，20]，预测资源

图5 玛尔坎苏锰矿带预测靶区图Fig.5 Manganese deposits prospecting map of Maekansu area

表2 穆呼锰矿床查明资源量及特征值表Table 2 Identify resources of typical manganese deposits of Muhu

表3 穆呼锰矿典型矿床深部和外围预测资源量表Table 3 Deep and peripheral prospecting resources of typical deposits of Muhu

表4 穆呼锰矿典型矿床资源量汇总表Table 4 Summary resources of typical deposits of Muhu

量估算公式如下：

其中：Q——预测区总资源量；

S——模型区或预测区含矿地质体面积；

H——预测深度；

K——模型区地质体含矿率；

α——相似系数。

通过矿床模型综合信息地质体积法预测资源量，最后得出：预测锰矿资源总量7 939.08×104t，其中查明资源量为3 104.85×104t，说明区域锰矿资源潜力巨大(表7)。

5 结论

西昆仑玛尔坎苏-穆呼地区经历了从元古代到现代长期地质构造演化，从区域构造背景上看，位于古亚洲洋构造-成矿域和特提斯构造-成矿域的对接、汇聚部位，同时也是西昆仑-喀喇昆仑山和南天山交汇部位，具有极特殊的地质构造环境[1]。本文对西昆仑玛尔坎苏-穆呼锰矿带地质特征进行了归纳和总结，应用矿床模型综合地质信息预测方法，以区内穆呼锰矿为典型矿床，以有利地层、含矿建造、围岩蚀变、物化探异常为预测要素，圈定4个有利找矿靶区，估算该矿带锰矿预测资源总量为7 939.08×104t，预测资源量为4 834.23×104t，显示该区已具备大型矿床规模的潜力，为区域锰矿地质勘查工作部署提供借鉴。