河南马顶山新类型含稀土钨锰矿成矿地质条件及发现意义

张玉明，张保平，张哨波，曲锦，李先哲

1.河南省地质调查院，郑州 450001；2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，郑州 450001;3.河南省地质科学研究所，郑州 450001

0 引言

马顶山新类型含稀土钨锰矿区位于河南省平顶山市叶县马顶山一带，该地区主要出露汝阳群一套碎屑岩建造的单斜地层，矿产地质勘查程度较低。20 世纪 80 年代河南省区测队在该地区开展1∶20万化探扫面工作时，圈定了包括该地区的尧山Mo--Pb--Zn--Ag--Au--萤石--滑石成矿亚带(Ⅲ--63--⑩)[1]。2014年河南省地质科学研究所在开展《舞阳—鲁山1∶5万区域矿产调查》工作时，采用矿产地质填图、1∶5万高精度磁测、1∶1 土壤(岩石)剖面测量和可控源大地电磁测量的找矿手段，在该成矿亚带中首次发现了含稀土钨锰矿区[2]。通过地表工作及稀疏的钻探工程，获得WO3资源量(334)?：6 568.65 t，Mn资源量(334)?：175 273.57 t。通过电子探针分析，矿石中发现了W及稀土Eu共生，且均以离子状态存在于硬锰矿的矿物晶格中，未发现W及Eu的独立矿物[3]。这种类型的矿区，在河南地区前期地质工作中从未发现[4],因此，通过对这个地区成矿地质条件的分析总结，对于在华北陆块南缘成矿带中,寻找同类型矿床有一定的借鉴意义。

1 区域地质背景

矿区位于华北陆地南缘，秦岭褶皱带东段，介于三门峡--鲁山断裂与栾川--确山深断裂之间。地层分区属于渑池--确山小区，具基底和盖层地台型式双层结构[5](图1)。随着华北陆块和秦岭造山带在不同时期、不同阶段的相互碰撞作用和伸展作用的构造演化，区内出露的中、新元古界地层和岩浆岩经过不同期次的变质和变形作用，发生了不同程度的改造和再造作用，形成了目前的构造面貌。

Ⅰ1-山西台隆；Ⅰ2-华熊台缘坳陷；Ⅰ3-嵩箕台隆；Ⅰ4-华北坳陷；Ⅰ5-鲁西台隆；Ⅱ1-北秦岭褶皱带；Ⅱ2-南秦岭褶皱带；Ⅱ3-桐柏--大别褶皱带；Ⅱ4-南阳--襄樊坳陷；Ⅱ5-潢川坳陷。1.一级大地构造单元界线；2.二级大地构造单元界线；3.省界；4.研究区位置。图1 研究区大地构造位置图Fig.1 Geotectonic location map of study area

区域范围内出露的主要地层单元从老至新依次为中元古界熊耳群、高山河组、龙家园组及汝阳群，新元古界洛峪群、栾川群及震旦系；另外为中--上更新统及全新统。其与成矿相关的地层主要为中元古界熊耳群(Pt2Xn)和汝阳群(Pt2Ry)。

矿区内侵入岩主要为早白垩世侵入体，以黑云母二长花岗岩、石英二长闪长岩为主。区域矿产调查表明，晚侏罗世—早白垩世花岗岩在成矿作用上与成因类型密切相关。这些岩体本身具有较高的Au、Cu、Ag、Pb、Zn背景值，为成矿元素的进一步富集提供了矿源。如斜长石具有正铕异常，高Eu的风化壳母岩往往是斜长石含量较高的花岗闪长岩、石英闪长岩等[6]。岩浆上升引起地壳的隆升，为成矿元素的迁移、富集、沉淀提供了空间。从华北陆块南缘大规模的成矿作用来看，时限在J3--K1与岩浆混合作用时间相对应，从某种意义上来说，岩浆混合花岗岩，具有良好的找矿标志[7]。

矿区内火山岩主要是中元古代火山岩，由熊耳群和汝阳群火山岩组成，为一套中基性—中酸性陆相--浅海相火山岩系，以熊耳群火山活动最为强烈，汝阳群火山活动较弱仅在云梦山组底少量出现。

构造主要表现为燕山期浅表层次构造变形特征，以极其发育的脆性断裂构造为特征，由于断裂切割，褶皱不甚发育，仅局部地段显现出宽缓的背向斜构造。区内断裂构造，以多方向脆性小断裂纵横交错为特征，总体上可大致分为北西向、北东向两组断裂，将岩石切割成大小不等的断块，其总体具浅层次构造特征。

2 矿区地质

2.1 矿区地质、地球物理、地球化学特征

(1)矿区地层

矿区内主要中元古界汝阳群云梦山组、白草坪组、北大尖组及洛峪群崔庄组(图2)[8]。汝阳群总体为一套倾向南东、倾角较缓的单斜地层组成，受断层和褶皱构造影响，局部缺失或重复。总体为一套碎屑岩建造，主要岩性有石英砂岩、长石石英砂岩和泥岩。洛峪群总体为一套倾向南东、倾角较缓的单斜地层组成，受断层和褶皱构造影响，局部缺失或重复。由滨海--浅海相碎屑岩为主的陆源碎屑--碳酸盐岩建造构成。

1.第四系；2.中元古界云梦组；3.中元古界北大尖组；4.中元古界白草坪组；5.底砾岩层；6.地层产状；7.探槽编号；8.断层破碎带；9.断层及产状；10.钻孔及编号；11.矿体及编号。图2 叶县马顶山矿区地形地质图Fig.2 Topographic and geological map of Madingshan in Ye County

(2)构造

孤石滩断裂沿孤石滩水库东岸分布，走向10°，倾向100°，倾角75°。区内出露长度约为1 100 m(有露头显示)。根据1∶5万地面高磁资料显示，该断裂穿过孤石滩水库，沿孤石滩水库东岸可见构造角砾岩、碎裂岩化岩石和碎粉岩等。构造岩多为长石石英砂岩、泥岩，断裂通过地段岩层节理极为发育，钨锰矿脉就产于节理带中。由于水库淹没，构造特征仅局部可见。

马顶山断裂发育于汝阳群中，切割云梦山组二段、三段、四段地层及白草坪组。区内出露长度约450 m，为一倾向北东的正断层，倾向34°，倾角75°。区内露头差，仅局部可见断层特征，构造砾岩多见为石英砂岩角砾、少量泥岩。可见岩层沿走向错断，断距10～15 m。

(3)岩浆岩

矿区内未见侵入岩体出露。根据1∶5万地面磁测异常形态特征[4]，推测下部可能存在隐伏的岩体。

(4)磁异常特征

马顶山钨锰矿区北侧、南侧分布两个椭园形正磁异常(图3)。其中北部(WCY--10D)磁异常范围与研究区相重叠，长轴呈北东—南西走向，面积8.2 km2、磁异常强度明显高于周边。分布一个正极值点，最高为110 nT，磁异常△T值一般为-90～100 nT。磁异常及周边地表出露为汝阳群的碎屑岩，岩石的磁性一致。因此，初步分析：该异常之下有隐伏的侵入体存在，磁异常可能是与花岗岩体有关的多金属矿化引起的，为马顶山钨锰矿提供成矿物质来源[9]。

图3 矿区地磁等值线图Fig.3 Geomagnetic contour map of mining area

(5)地球化学特征

本次矿调工作，在矿区周围圈定1∶5万土壤地球化学异常8处(图4)。其中59--丙2、61--丁等两个土壤地化异常的范围与矿区基本重合。

59--丙2异常呈椭圆形，沿北东--南西带状展布。长轴约500 m，面积0.15 km2。异常元素组合为W--Sb--As，异常元素相关性较高，异常浓度分带明显，异常强度较高。其中W含量一般为4×10-6～7×10-6，最高值为7.4×10-6，平均为5.97×10-6；Sb含量一般为0.94×10-6～1.09×10-6，最高值为1.1×10-6，平均为1.03×10-6；As含量一般为(10.97～13.96)×10-6，最高值为14.2×10-6，平均为13.1×10-6。其他元素异常强度较低(图4)。

图4 马顶山矿区综合地球化学异常图Fig.4 Comprehensive geochemical anomaly map of Madingshan mining area

61--丁异常形态似浑园形，长半径约600 m，其面积0.24 km2。异常元素组合Mn、Ni、Fe、V、Zn、W，异常强度较低，不具浓度分带特征。异常强度Mn最高1 410×10-6，平均1 200×10-6；Ni最高37.3×10-6，平均33.8×10-6；Fe最高8.0×10-6，平均7.4×10-6；V最高156×10-6，平均144×10-6；Zn最高120×10-6，平均115×10-6；其他元素强度低。

这两个土壤综合异常中，W、Mn含量均比较高，经过后期探矿工程验证，确是矿致异常。

2.2 矿体特征

矿体产于汝阳群云梦山组二段底部石英砂岩、泥岩中，多处锰钨矿化。通过地表及深部工程控制，圈出1个钨锰矿体(图3)，呈似层状，矿体长约450 m，平均厚5.28 m，最厚10.01 m。矿体倾向110°±，倾角35°～65°，平均倾角50°。单工程品位：WO3为0.13%～0.85%， Mn为6.66%～25.81%。平均品位：WO3为0.74%，Mn为14.25%。初步估算：WO3(333)+(334)？资源量达8 091.55 t，其中(333)资源量为4 208.33 t，(334)？资源量为3 883.22 t；Mn (333)+(334)？资源量达152 160.82 t，其中(333)资源量为78 626.50 t，(334)？资源量为73 534.32 t。

矿石呈块状构造、疏松碎裂构造，硬锰矿多沿着矿石裂隙呈充填状分布(图5)。具有网脉状胶结结构，褐铁矿、硬锰矿呈网脉状分布在碎屑物的粒间，部分硬锰矿呈同心环状胶结结构。矿石中主要的金属矿物为含钨硬锰矿，未发现钨的独立矿物，通过电子探针分析，分析结果表明，锰和钡在矿石中呈块状分布。钨和铕均匀分布在硬锰矿中,但不存在钨和铕矿物的微粒，吸附作用和晶格替代是控制锰矿中稀有金属存在和性质的二种主要作用[10],因此说明钨和铕是可以呈离子吸附状态存在(图6)。

图5 硬锰矿分布在石英的裂隙中(光片)Fig.5 Manganese ore distributed in crack of quartz (photo)

图6 矿石(BSE)的Mn、Ba、Si、W、Eu元素的面扫描分析Fig.6 Surface scanning analysis of elements(BSE) Mn, Ba, Si, W and Eu

3 马顶山钨锰矿的控矿因素

3.1 围岩

矿区内元素与地壳元素丰度相比，区域浓度克拉克值>1的元素有Bi、As、Pb、W、Sb、B、La、Zr等，特别是As、 B有明显的地球化学富集，Pb、Zn、Bi、Sb、As的富集主要与热液作用有关[11]。汝阳群中区域浓集系数>1.1的元素有Ag、Pb、Cd、Mo、W、Sb、Co、As、Mn、V，有明显的富集的元素是Ag、Cd、Pb，且在区内含量变化较大，呈强分异型分布，并有局部富集；熊耳群中有20余种元素含量高于区域背景值，有13种元素明显偏高或富集，为Co、V、Ti、Fe、Mn、Sr、Ba、P、La、Y、Pb、Zn、Cd，含量较低的元素有W、Sn、Hg、B、Ca。

3.2 岩体

矿区内并未出露岩体，但其周边有大量岩体出露，根据地球物理资料可以确定其下有隐伏岩体存在，并可能为同一岩基。岩体与矿化的关系十分密切，它们的空间分布受区域断裂构造的控制。岩体和矿体所含的主要含矿元素基本相同，只不过这些元素在岩体内的含量较低[12]。而熊耳群与汝阳群不整合面附近或断层两侧围岩，含W都比较高，常见有钨矿体或W、Mn元素异常分布，因此认为岩体是主要的成矿母岩。

3.3 构造

矿区内NE向断裂(F)为主要的的控矿断裂，除控制主要矿体的F1断层外，F2、F3、F4、F5都有不同程度的矿化现象(图2)。这几条断层均有W、Mn矿化，F1硅化较强，有黄铁矿化和锰矿化，见有碎裂岩带宽达5～15 m，岩石中小裂隙或石英脉发育，其中都有黄铁矿化现象。已发现钨锰矿体主要沿 F1断层两侧围岩的节理带中产出。因此，NE向断裂是导矿构造，也是容矿构造(图7)。

3.4 氧化富集

根据统计，地表 WO3的品位普遍高于钻孔中的品位，分析认为地表砂岩、泥岩风化后，会产生砂质黏土矿物，部分为高岭土、绿泥石和褐铁矿等，同时析出铁、锰质物质，而铁锰质对钨离子具较强的吸附能力[13]。风化后的砂质黏土，也是稀土矿的主要含矿层位[14]。马顶山钨锰矿目前勘查深度仅100 m±，仍处于浅表层次的风化带中，其矿体也主要富集于砂岩及泥岩的节理带中，为次生富集型钨锰矿。因此推测其下部可能存在原生矿床。

1.中元古界云梦山组1段；2.中元古界马家河组；3.燕山期花岗岩；4.石英砂岩；5.泥岩；6.安山岩；7.花岗岩；8.断层破碎带；9.含钨石英岩脉、节理带；10.不整合面；11.推测地质界线；12.钻孔编号；13钨锰矿体。图7 马顶山钨锰矿地质剖面略图Fig.7 Geological profile of Madingshan tungsten manganese mine

4 结论

(1)马顶山含稀土钨锰矿为首次发现的新类型矿床，处于东秦岭成矿带重要的钨钼成矿区的东端。这个成矿带分布有一系列大中型钨钼矿床，都与燕山期浅成、超浅成花岗岩类小岩体有关。马顶山矿区成矿特征也与下伏的岩体有直接关系，但矿石中矿物的共生特征又明显不同。因此通过分析该地区成矿地质条件，在有利于成矿部位进一步开展工作，有可能发现更大的矿床。

(2)马顶山钨锰矿从地表至浅部钻探显示矿化为裂隙型，为浅部风化带的次生富集，呈似层状分布。矿区钻孔中矿体稳定，深部矿体增厚趋势明显。

(3)马顶山含稀土钨锰矿中的W和Eu均呈离子状均匀分布于硬锰矿石中，为新型的成矿类型，这种成矿类型丰富了已有的矿床成因，有进一步研究的价值。