重庆高燕含锰岩系地质地球化学特征及意义

张 俊 朱明忠 李余生 吴信雍 张自贤(.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 60059；.重庆市地质矿产勘查开发局05地质队，重庆 永川 4060)

重庆高燕含锰岩系地质地球化学特征及意义

张 俊1朱明忠2李余生1吴信雍1张自贤2(1.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059；2.重庆市地质矿产勘查开发局205地质队，重庆 永川 402160)

以重庆市城口县高燕锰矿为研究对象，对ZK127-7#钻孔进行岩心编录，揭露的地层由上到下依次为第四系堆积物、震旦系上统灯影组(5-1段)，震旦系下统陡山沱组2段,锰矿主要赋存于陡山沱组顶部，严格受地层产出控制。对含锰岩系进行系统采样，测试了包括Mn、Fe、P、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、LOI共8个指标。结果表明，各组分含量差异较大，SiO2与Al2O3、Fe的含量分布形态一致，CaO、MgO、LOI含量分布形态则与其相反；相关性分析结果印证了各主分含量的一致性和差异性；Mn/Fe、SiO2/Al2O3、Al/(Al+Fe+Mn)值表明，含锰岩系中的Mn在富集成矿过程中存在与Fe分离的现象，锰矿层形成于相对潮湿的气候环境中，且形成过程中有热水注入。

高燕锰矿 含锰岩系 相关性分析 地质地球化学特征

为了加快推进找矿突破战略行动，国土资源部于2013年在全国设立了第3批31片整装勘查区，重庆市城口县高燕锰矿区名列其中，这对该区锰矿资源的勘探和开发具有重要意义。城口“高燕式”锰矿历来为专家学者关注，在锰矿床地质特征、矿床成因、工艺矿物学、储量估算等方面诞生了一系列的研究成果[1-5]。该地区锰矿主要赋矿层位为震旦系陡山沱组顶部，严格受地层产出的控制。通过对陡山沱组含锰岩系进行系统采样，探讨其主要元素的地质地球化学特征，为锰矿的勘探开发提供参考。

1 研究区地质概况

研究区大地构造位于秦祁造山系与扬子陆块区上扬子陆块北部被动边缘褶冲带—城口基地逆冲带系的接合部位，在地层分区上，属扬子地层区城口小区。城口—高燕—修齐复式向斜为区域主体构造，整体呈NW310°弧形延伸，北侧为城巴断裂带，南侧为乌(龙)—坪(坝)断裂带；次级构造坪坝—修齐扭冲性断裂呈NWW向延伸，长约40 km，断面倾向NE，倾角60°～70°，该断裂将城口—高燕—修齐复式向斜斜切错断，南盘向西使震旦系地层错动约8 km。文中研究区域位于重庆市城口县高燕乡(E108°35′23″～108°36′29″，N31°56′02″～31°57′04″)，区内由老到新依次出露为南华系上统明月组(Nh2my)、震旦系观音崖组(Z1g)、陡山沱组(Z1ds)、灯影组(Z2d)以及寒武系地层。城口锰矿带位于大巴山锰矿带南东段，长约30 km，宽2～7 km，包括高燕、大渡溪、修齐3个锰矿区及明月、沱溪河2个锰矿点。高燕锰矿区位于城口—高燕—修齐复式向斜槽部近北东翼，锰矿赋存于陡山沱组顶部，呈层状、似层状产出，坪坝—修齐扭冲性断裂控制了含锰岩系陡山沱组的展布，也间接控制了锰矿层的空间分布，现今发现的锰矿体大多沿坪坝—修齐断裂展布。

2 含锰岩系地质特征

目前城口地区127勘探线布置的9个钻孔所揭露的地层主要为第四系堆积物、震旦系上统灯影组，震旦系下统陡山沱组。127-7#钻井深度为720.44 m，揭露的地层有陡山沱组2段、灯影组1-5段，主要岩性为灰岩、(硅质)白云岩、硅质岩、页岩及部分第四系堆积物。钻井在696.51 m处见矿，矿体厚度约1.11 m，Mn品位为20.11%，属III矿段主矿层。

3 采样及数据分析

按不同岩(矿)石类型、构造和矿化均匀程度分别划段采样，采集岩心样品17件，每件样品长度不超过1.5 m，测试了Mn、Fe、P、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、LOI(烧失量，由CO2、H2O、有机质组成)等8个指标，结果见表1。

表1 高燕矿区含锰岩系的主量元素含量Table 1 Major element contents of manganese rock series in Gaoyan mining area

由表1可知，8种组分的含量差异较大，其中，SiO2含量为为8.14%～56.42%(平均31.92%)，LOI为10.30%～42.33%(平均26.67%)，CaO含量为3.61%～25.89%(平均12.94%)，MgO含量为2.90%～18.00%(平均8.99%)，含量相对较高；其他组分P、Fe、Al2O3的含量较低，Mn含量为0.05%～25.50%(平均3.06%)，P含量为0.001%～0.210%(平均0.067%)，两者在不同岩性中的含量差异最大。

4 结果分析与讨论

4.1 元素含量分布特征

由于岩性、构造特征差异，Mn在H4、H5样品中含量最高，分别为25.50%、16.02%，而在其他样段的含量均较低；CaO与MgO、LOI含量分布形态基本一致，表明两者之间有一定的相关性，同样，SiO2与Al2O3、Fe的含量分布形态也呈现出类似的规律，但与CaO、MgO相反。元素含量分布形态的一致性和差异性，暗示了其在成矿作用过程中具有某些特殊的地球化学特征。

4.2 相关性分析

为了探究各元素的富集机制及相依存关系，对各元素进行相关性分析，结果见表2。

由表2可知，Mn与P存在一定的相关性，与其他元素相关性不明显；P与其他元素均有很好的相关性，与CaO与MgO为显著负相关，CaO与MgO之间为显著性相关，相关系数达0.967；SiO2与Al2O3、Fe的相关性系数分别为0.957、0.826，Fe与Al2O3的相关性系数为0.928，均为显著性相关；SiO2、Al2O3与CaO、MgO为显著负相关。元素间的相关性系数可以从各组分的相关密切程度的角度证实元素地球化学行为的差异性与一致性。

表2 高燕矿区含锰岩系的主量元素相关系数Table 2 Correlation coefficient of major elements of manganse rock series in Gaoyan mining area

注：*表示在0.05水平(双侧)上显著相关；**表示在0.01水平(双侧)上显著相关。

4.3 元素比值法分析

元素比值法能够克服因研究对象中元素的丰度变化范围太大而看似无规律可循的缺点，把研究对象内部的规律性灵敏、清晰地表现出来[6-10]。因此，采用该方法对区内含锰岩系的沉积环境、物源进行地球化学示踪。

4.3.1 Mn/Fe

含锰岩系中Mn/Fe值为0.012～22.973，在矿层值最大，围岩中相对要低，说明Mn在富集成矿过程中与Fe会发生分异，可能与沉积环境的酸碱度有关。Mn/Fe值主要与其地球化学性质有关，在潮湿的环境中，Fe易以Fe(OH)3胶体快速沉积，因而Fe的化合物易于在滨海或离岸近的地区聚集。而Mn在干旱环境中含量比较高，在相对潮湿的环境中含量较低，且Mn2+能在溶液中比较稳定地存在，能在距离海岸较远的地区，甚至在洋底聚集[11]。因而沉积物中Mn/Fe的高值对应离岸较远、温湿气候的沉积环境，而低值则是离岸较近、干热气候的反映。因此，含锰岩系中锰矿石，是在离岸距离较远、相对潮湿的沉积环境中形成的。

4.3.2 SiO2/Al2O3

陆壳中SiO2/Al2O3值为3.6，接近该值的岩石其物源应以陆源为主，而超过此值的则多是由于生物或热水作用的补充[12]。高燕锰矿含锰岩系的SiO2/Al2O3值为4.0～15.1，所以含锰岩系在形成过程中应该有热水作用参与补充。由图1可知，大多数样品投在水成投影区，但有3件样品落在热液投影区，表明该区含锰岩系的成矿物质来源主要为海水环境但有一定的热液作用混合。

图1 高燕矿区含锰岩系SiO2-Al2O3投点结果

4.3.3 Al/(Al+Fe+Mn)

Jewell认为，沉积岩中Al/(Al+Fe+Mn)的值大于0.5时，物源应为陆源，而比值小于0.35时为有热水注入[13]。高燕矿区ZK127-7#钻孔揭露的含锰岩系中该比值为0.04～0.61，平均为0.41，上部(含锰)白云岩，包括矿层在内的样品中其比值均小于0.35(H2样品除外)，提示锰矿层形成时有热水的注入。

5 结 论

(1)元素含量在不同岩性中差异较大，以Mn最为显著，相关性分析结果证实了各组分的含量分布呈现出一致性和差异性。

(2)Mn/Fe、SiO2/Al2O3、Al/(Al+Fe+Mn)3个元素(对)比值分析结果表明，含锰岩系中Mn在富集成矿过程中存在与Fe分离的现象，锰矿层形成于离岸较远、相对潮湿的气候环境，且形成过程中有热水注入。

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(责任编辑 王小兵)

The Geological and Geochemical Characteristics and the Implication of Manganese Rock Series in Gaoyan，Chongqing

Zhang Jun1Zhu Mingzhong2Li Yusheng1Wu Xinyong1Zhang Zixian2
(1.CollegeofEarthSciences，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China; 2.No.205GeologicalTeam,ChongqingBureauofGeologyandMineralsExploration，Yongchuan402160，China)

Taking the Gaoyan manganese ore in Chengkou county，Chongqing city as the research object，the core logging for No.ZK127-7#drill core is carried out.The revealed strata from the drill core are quaternary sediments，Dengying formation of upper sinian system and Doushantuo formation of lower sinian system from top to bottom.Manganese ore mainly occurs at the top of the Doushantuo formation，and it is strictly controlled by the output of the strata.The manganese ore series are systematically sampled so as to survey the concentrations of Mn，Fe，P，SiO2，CaO，MgO，Al2O3and LOI.The research shows that，there are great differences among the content of each component，the content distribution form of SiO2is similar to that of Al2O3and Fe and opposite to that of MgO，CaO or LOI.The characteristics of consistency and difference of each component are confirmed by the correlation analysis results of different components.The elements ratio value of Mn/Fe，SiO2/Al2O3and Al/(Al+Fe+Mn) indicated that，the separation phenomenon of Mn and Fe in manganese rock series appears during the mineralization process.Manganese ore layer is formed in a humid environment with hydrothermal injection.

Gaoyan manganese ore，Manganese rock series，Correlation analysis，Geological and geochemical characteristics

2014-11-16

中国地质调查局矿产地质调查项目(编号：12120114078801)。

张 俊(1988—)，男，硕士研究生。通讯作者 李余生(1964—)，男，教授，博士，硕士研究生导师。

P595

A

1001-1250(2015)-01-086-04