新疆西昆仑东段双雁山沉积型锰矿床地质特征与找矿标志

徐 磊，周 伟，杨 绍，彭 岩，刘 恒

(中陕核工业集团地质调查院有限公司，陕西 西安 710100)

0 前 言

锰矿作为一种战略性矿产资源，被广泛用于航空航天、电池、化工等重要领域。长期以来，我国的锰矿主要依赖进口，尤其是优质富锰矿石更是匮乏[1-2]。近几年来，新疆西昆仑锰矿勘查取得重大突破，新发现并评价一批大型锰矿床，其中，位于西昆仑西段的奥尔托喀讷什、穆呼、玛尔坎土等锰矿床，不仅层位稳定，而且厚度大、品位高(平均品位35%以上)，是我国优质碳酸盐岩型富锰矿的代表，经过地质工作者的不懈努力，目前已探获锰资源量4 500万t以上[3]，并且该套含锰岩系可向西延伸至塔吉克斯坦境内。但是，西昆仑东段尚未发现有经济价值的锰矿床。笔者及其团队近年在新疆西昆仑东段开展地质工作期间，新发现了双雁山沉积型锰矿床，本文通过对该矿床地质特征的研究，总结其找矿标志，以期为西昆仑东段的锰矿找矿提供更多资料，也为后续勘查工作奠定基础。

1 区域构造背景

研究区位于青藏高原西北缘，塔里木地块南缘，新疆西昆仑造山带东段(见图1a)。地层以二叠系碎屑岩建造、碳酸盐建造为主[4]，同时夹硅质岩和火山岩，沉积环境为弱还原环境，岩石坚硬致密，多被后期节理切割成不规则块状。

图1 双雁山锰矿大地构造位置(a)及矿区地质简况(b)

研究区岩浆岩分布广泛，呈SWW向串珠状展布，岩浆岩具有发育历史长、多期次、多成因的特点。主要为晚古生代—中生代岩浆岩，其中以中生代侵入岩规模最大。火山岩也以中生代火山岩为主。侵入岩以中酸性的花岗岩为主，火山岩则以玄武岩、安山岩、凝灰岩为主。成因上，晚古生代侵入岩多与苏巴什洋盆的扩张及至闭合造山有关，中生代侵入岩则与三叠系巴颜喀拉山群的褶皱变形及陆陆俯冲有关，而新生代火山岩则与青藏高原的隆升相伴生。

侵入岩总体呈带状，串珠状分布于苏巴什缝合带侧旁，表现出明显张裂环境下产出特征。其时代与古特提斯洋的裂解同步。也就是说中带侵入岩是在古特提斯洋裂解过程中，由下地壳基性岩石或上地慢岩石部分熔融形成岩浆，顺着区域裂张形成的薄弱地带贯入而形成。单个侵入体多呈带状或不规则状，侵入界面不平整，反映了岩浆主体依靠构造移位提供空间而就位。

研究区火山岩以晚古生代为主，主要赋存于黄羊岭岩群(P1-2h)和赛里亚克群(P1-2s)之中。黄羊岭岩群中酸性火山岩由岩屑、晶屑、火山灰及沉积砂、泥质、少量砾石以不同比例混合而成。赛里亚克群主体为一套凝灰岩，局部夹安山岩，为弧后盆地沉积组合。碎屑岩中夹少量的酸性火山岩，具有钙碱性岛弧火山岩特征。

2 构 造

研究区位于晚古生代苏巴什蛇绿构造混杂岩带南带内，其中Ⅱ号重点工作区南北向横穿苏巴什蛇绿构造混杂岩带，Ⅲ号重点工作区主要位于苏巴什蛇绿构造混杂岩带中，其延伸方向于苏巴什蛇绿构造混杂岩带一致。

该蛇绿构造混杂岩带物质组成极为复杂，时间跨度大，在工作区保存大量典型的石炭纪—二叠纪蛇绿岩残片。工作区构造线走向总体呈SWW-NEE向，局部因走滑牵引呈近东西向或NWW-SEE向，构造面理总体南倾，局部因褶皱作用而北倾，表现为一系列近东西向的逆冲断层系，并受后期NNE向左行走滑断层改造，断裂构造主体受控于北西向区域性大断裂控制。区内蛇纹岩、玄武岩、辉长岩、安山岩、大理岩、灰岩、硅质岩等多呈透镜状产出，长轴走向NEE向，AB面基本南倾，构成苏巴什蛇绿构造混杂岩带中岩块(岩片)。而砂岩、片岩中片理密集发育，构成蛇绿构造混杂岩中基质。上述岩块(片)与围岩多呈断层接触，带内基质为下—中二叠统叶桑岗组(P1-2y)、黄羊岭组(P1-2h)、赛里亚克群(P1-2s)。

总体上，该蛇绿构造混杂岩带以陆块聚合阶段形成的多尺度透镜网络系统、逆冲断层系统和古特提斯洋海相沉积岩系挤压褶皱系统为主要构造形式。蛇绿构造混杂岩带夹部分前寒武基底岩片及晚古生代海相沉积岩、超基性—酸性侵入岩、超基性—酸性火山岩、火山碎屑岩，这些岩块(岩片)多呈透镜状沿SWW-NEE向分布。带内断裂系统整体具南倾，向北逆冲，表现为一系列倾向南东的断层带、劈理化带、糜棱岩化带等。区域构造行迹主要以韧性剪切带、断裂构造、褶皱构造等构造变形为主，不同时期、不同构造背景形成的构造变形形迹相互穿插，早期构造变形多被后期构造所掩盖。

2.1 断裂

1)塔什山南断裂：为区内苏巴什蛇绿混杂岩带的北界断裂，将混杂岩带及两侧地质体中的早期面理均强烈改造向北陡倾，影响宽度达2～3 km，该断裂具韧脆性特点。

2)黄羊滩西断裂：苏巴什缝合带蛇绿混杂岩带南界，走向近东西，微向南弧形突出，南盘向上运动，断裂带宽约100 m。

3)干湖滩西断裂：苏巴什缝合带的最南部蛇绿混杂岩带北界，断裂倾向北，南界断裂倾向南活动，宽近5 km，逆冲性质。

2.2 褶皱

1)中深构造层次褶皱：主要产于古元古界双雁山岩群中，其褶皱多为变形面的紧闭同斜褶皱、无根褶皱、肠状褶皱或顺层掩卧褶皱，并伴有不同程度的面理置换，具有顺层韧性剪切变形特征。

2)浅表构造层次褶皱：主要产于晚古生代地层，其岩石变质很浅，褶皱多因强烈的造山及逆冲推覆形成，形态多为紧闭、尖棱褶皱，轴面劈理极弱或不发育。

3 变质作用及与围岩蚀变

工作区变质作用复杂，按变质作用类型和方式，划分出区域变质作用、动力变质作用、接触交代变质作用及混合岩化作用。

3.1 区域变质作用

依据变质变形程度可划分为低级变质岩和中、高级变质岩两类。其中低级变质岩类分布不均匀，多呈条带状分布，其原因可能与后期构造活动有关系，依据原岩不同可划分为两类，即泥质—长英质岩类和基性火山岩类，主要不均匀的分布在石炭系乌鲁阿特组、克里塔克组、库尔良群及二叠系赛里亚克群、黄羊岭岩群中，主要岩性为片岩、千枚岩、板岩、变砂岩等，岩石大部分变质变形较弱，变质程度达低绿片岩相；中、高级变质岩主要分布在古元古界双雁山岩群、长城系赛图拉岩群中，少量分布在蓟县系桑株塔格岩群中，岩石变质变形较强烈，主要岩性为片岩、片麻岩、变粒岩、斜长角闪岩及大理岩等，变质程度达高绿片岩相—角闪岩相。

3.2 动力变质作用

主要分布在昆北和昆南地层分区及其边界断裂带中，依据岩石类型可划分为碎裂岩系列和糜棱岩系列。碎裂岩主要分布在晚期脆性断裂中，岩石类型主要由长英质碎裂岩、石英闪长质碎裂岩、含石榴石碎裂岩，白云质断层角砾岩等。糜棱岩分布较少，主要分布在苏巴什缝合带以及断裂带中，糜棱岩化岩石中普遍遭受动力韧性剪切变形作用，岩石均具有糜棱岩化。

3.3 接触变质岩

研究区由于构造变形强烈，其接触变质岩分布很局限，主要分布在蓟县系桑株塔格岩群中白云石大理岩与石英闪长岩或花岗闪长岩侵入体的外接触带，形成规模较大透闪石玉石矿—和田玉。其次，在部分地段侵入岩体外接触带发育角岩类接触变质岩，主要岩石类型有黑云透闪长英质角岩、角闪斜长角岩及矽线黑云石英角岩等。

4 矿体地质特征

矿区内圈定了锰矿化带2条(见图1b)，各矿化带特征见表1。MnⅠ号矿化带位于矿区中部偏北，矿体走向总体近南西西—北东东向，西段东西向，中东段转为北东向，矿体断续长约600 m，被第四纪覆盖严重，矿体厚度1.5～2.6 m，矿石品位22.38%～33.77%(见表2)，平均为26.7%，矿石类型主要为碳酸锰矿石，厚度约2 m，顶底板为绿泥片岩和炭质千枚岩。ω(TFe)为0.5%，ω(P)为0.02%，其ω(Mn)/ω(Fe)为48(>6)，ω(P)/ω(Mn)为0.001(<0.005)，属于优质锰矿石。矿体呈条带状，矿体向东西两侧逐渐尖灭。赋矿岩石为中—下二叠统叶桑岗组(P1-2y)硅质岩，为隐晶质结构、微粒结构，块状构造。矿石矿物主要为菱锰矿，同时含部分锰的氧化物，软锰矿、水锰矿、硬锰矿等。脉石矿物主要为石英、白云母、石榴石等，呈不规则脉状、条带状、透镜体分布于锰矿物之间。

表1 双雁山锰矿化带特征

MnⅡ矿化带位于矿区中部，断续出露约700～800 m，宽30～70 m，南倾，东西走向，平面上呈中部膨大、两端变窄的囊状。赋矿岩性为硅质岩，深灰色—黑色，隐晶质结构，块状构造，表面发育岩石漆，且可见树枝状软锰矿，局部可见锖色，硅质岩后被改造，保留片理化的特征。其拣块样的Mn品位多在20%以上，最高可达34.88%(见表2)，后经探槽工作证实，所采集的化学样Mn品位0.07%～34.81%。钻探验证，Mn品位最高达22.49%，最高矿化率可达94%。

表2 双雁山锰矿代表性化学分析

矿石矿物主要为氧化锰矿石(软锰矿、水锰矿、硬锰矿等)，其含量变化大，5%～94%不等，大部分高于20%(见表2)，此外还有菱锰矿(5%～15%)，微量毒砂、黄铁矿等。氧化锰矿物呈粒状，粒径0.3～1.7 mm，也见网脉状，充填不规则裂隙分布，或呈透镜体条带平行分布。菱锰矿主要呈粒状，粒径0.02～0.2 mm，充填于不规则次生构造裂隙之中。毒砂呈粒状，粒径<0.2 mm，多聚为球粒集合体，成星点状、微脉状分布。脉石矿物主要为石英、白云母、石榴石等，呈不规则脉状、条带状、透镜体分布于锰矿物之间。

1)矿物组合：菱锰矿、软锰矿、黄铜矿、斑铜矿、毒砂、褐铁矿、黄铁矿。

2)矿石结构：脉状结构、自形—他形粒状结构，局部有斑状结构、填隙结构。

3)矿石构造：块状构造，稠密浸染状构造。

4)控矿条件：主要为地层控矿，受构造作用改造。

含矿地层为下—中二叠统叶桑岗组(P1-2y)硅质岩段，沉积环境为弱还原环境，岩石坚硬致密，多被后期节理切割成不规则块状，矿体顺层理产出，与不含矿硅质岩渐变过渡(见图2a、b)。

锰矿的形成主要受地层控制，属于沉积成因的层控型锰矿床，可能后期受一定的构造热液改造，成岩期形成于还原环境，地层中炭质含量较高，局部发育少量黄铁矿，成岩期后的断层—褶皱控制了矿体产出的部位和形态。矿体形态比较稳定，主要呈层状、带状和透镜状展布，向下渐变过渡为不含矿的灰白色硅质岩(见图2c、d)。

图2 双雁山锰矿露头特征

4.1 成矿时代特征

目前在西昆仑已发现的优质富锰矿主要产于石炭系和第三系地层中[5-6]。玛尔坎苏锰矿带为上石炭统喀拉阿特河组(C2k)、杜瓦锰矿为下第三系喀什群含锰灰岩，本区锰矿为下—中二叠统叶桑岗组(P1-2y)灰黑色硅质岩(见表3)。

表3 双雁山锰矿与典型矿床特征对比

4.2 控矿因素

1)岩相古地理。综合前人工作，石炭纪—早二叠苏巴什残留洋盆世再次发生扩张，继承性的形成古特提斯洋，在此程中也使早古生代的弧后盆地一同发生扩张，致使古特提斯洋盆中漂浮着较多小型的陆壳型碎块[7]。含矿地层下—中二叠统叶桑岗组(P1-2y)中炭质含量较高，局部发育黄铁矿，说明该套地层总体形成于低能环境，水体较深，岩石色调深，含锰岩系处于相对静止的还原环境，沉积时间长，形成了一套厚度稳定的炭质灰岩、泥质灰岩、硅质岩、岩屑砂岩等碳酸盐岩—碎屑岩沉积建造[8]。锰矿石ω(Fe)/ω(Mn)值为0.04～0.07，反映了热液运输和成矿作用期间Mn和Fe分离较为彻底，其海侵阶段有利于在沉积层序中硅质岩段形成沉积型锰矿。

2)控矿地层。工作区目前已发现的锰矿点受苏巴什洋盆扩展控制，赋矿地层下—中二叠统叶桑岗组(P1-2y)底部为一套灰岩，灰岩泥质和炭质含量较高，向上过渡为一套绿泥片(原岩为火山岩)岩夹石英片岩，中部为硅质岩(局部含锰)，顶部为一套砂屑灰岩夹少量炭质灰岩。岩石地球化学剖面显示，该套地层Mn元素不仅含量高，而且变化大，对锰的成矿极为有利，地层中硅质岩是主要的赋矿岩石。

3)构造。工作区构造活动强烈，受后期构造影响，西昆仑造山带受强烈挤压，苏巴什地区整体发生推覆，使得工作区早—中二叠世含锰岩系发生大规模褶皱(褶皱类型主要为紧闭褶皱)及大规模逆冲推覆构造。矿体受后期褶皱和逆冲推覆构造影响，与顶、底板含碳灰岩的接触带多发生滑脱、碎裂。本区强烈的后期构造使含锰地层局部出露地表，矿体也受到一定的破坏。

4)叠加改造。二叠纪以后的构造作用使含锰岩系褶皱上升地表，发生强烈的变形，锰矿被风化、淋滤、迁移，后期的热液活动对含锰岩系起到了一定的改造作用，矿石中发育有交代残余结构。底部锰矿主要为碳酸锰，顶部锰矿主要为氧化锰，可能与后期叠加改造有关。

4.3 找矿标志

1)直接标志为锰矿化蚀变带：露头上表现为形成以灰黑色硅质岩，常与紫红色硅质岩共生，较为醒目。

2)蚀变矿化标志：氧化锰矿石中局部可见热液流动残留痕迹，碳酸锰矿石中未见，为寻找氧化锰矿石的间接标志。

3)化探异常标志：锰元素异常高的部位往往也位于矿化硅质岩岩层上。

5 结 论

双雁山锰矿位于新疆西昆仑造山带东段，含矿地层为下—中二叠统叶桑岗组(P1-2y)硅质岩段，沉积环境为弱还原环境，主要受地层控制，矿体顺层产出，与不含矿硅质岩渐变过渡，顶底板为绿泥片岩和炭质千枚岩，后期受构造改造。目前已发现2条矿化带，矿石矿物主要为氧化锰矿石(软锰矿、水锰矿、硬锰矿等)，其含量变化大，5%～94%不等，大部分高于20%，也见少量碳酸锰矿石。锰矿化率较高，部分锰矿化率高达94%。

本次勘查工作填补了新疆西昆仑东段锰矿找矿的空白，并结合西段发现的玛尔坎苏锰矿带，认为新疆西昆仑地区锰矿找矿潜力巨大，锰矿突破值得期待。