沉积型锰矿隐伏矿体定位预测及深部验证——以阿克塞县赛马沟锰矿为例

俞胜，赵保青，贾轩，董顺利，赵斌斌，白永波,李生喜，杨瑞东

(1.甘肃省地质矿产勘查开发局第二地质矿产勘查院， 甘肃 兰州 730020; 2.成都理工大学， 四川 成都 610059)

0 引言

当前，攻深找盲已逐渐成为矿产勘查工作的重点(高永宝等，2017；周星等，2019)。位于甘、新交界的阿克塞县安南坝地区,自二十世纪末发现苦水泉锰矿之后，一直未取得新的锰矿找矿突破。直到2010—2012年，通过在该地区开展1∶5万化探扫面及异常查证工作，最终发现了青砂沟大型锰矿，锰矿勘查取得了重大突破。位于同一成矿带的赛马沟地区，通过与青砂沟锰矿进行典型矿床对比分析，发现其具有相似的成矿背景、地球化学异常等特征，综合运用地质填图、地表及深部工程验证，最终在深部取得了新的锰矿找矿突破，为区域上寻找同类型隐伏矿床提供了借鉴(苏小兵，2006；薛有智，2012；覃英等，2013；石少华等，2016；王军等，2018；岑志辉等，2019；陈旭等，2019；肖德长等，2019)。

1 区域地质矿产特征

阿尔金安南坝地区位于塔里木板块—敦煌古陆块与柴达木—祁连板块结合部位(张新虎等，2005，2008)。区域地层主要为前长城系敦煌岩群、中元古界蓟县系及新元古界青白口系。区域内断裂较为发育，侵入岩以酸性为主，岩石具多期变质、变形作用特征(图1)。其中蓟县系分布在安南坝—青砂沟一带，呈狭长条带状或岛弧状出露，自下而上分为两个岩组。第一岩组主要分布在安南坝一带，其岩性一般为粗碎屑岩，主要为紫红色中厚层石英砂岩，地层倾向在350°～33°之间，倾角在30°～40°之间，可见厚度983 m；第二岩组分布在安南坝北—青砂沟一带，岩性为一套碳酸盐岩夹硅质岩，地层倾向在355°～25°之间，倾角在50°～76°之间，断层附近倾角一般大于70°，可见厚度1414 m。区域已发现的青砂沟锰矿、苦水泉锰矿均赋存在该套地层中。

图1 甘肃省阿克塞县安南坝一带构造位置图(a)及地质矿产略图(b)(据张新虎等，2005修改)

阿尔金东段锰矿带呈近东西向条带状展布于安南坝至红柳沟之间,总长80 km，具有良好的锰成矿地质条件。其位于阿尔金断裂北侧，自西向东依次分布有安南坝西锰异常、苦水泉锰矿、索尔苏菱铁矿化点、青砂沟大型锰矿、安南坝赤铁矿、赛马沟锰异常等(赵保青等，2013a，2013b；蒙轸等，2015)。

2 赛马沟地区地质特征

赛马沟地区主要出露蓟县系第二岩组第一岩性段，该地层整体呈一近北西向背斜产出。地层区内东侧发育较好，背斜核部以硬锰矿化含粉砂质泥硅质岩为主，两翼以白云岩为主，背斜南西、北东两翼岩层倾角分别为45°、35°(袁博等，2017)。构造以总体走向为近东西向的断裂为主，侵入岩极不发育，变质作用以区域变质为主(图2)。

图2 赛马沟锰矿区地质草图

2.1 地层

矿区地层主要为蓟县系第二岩组硅质碳酸盐岩组合，自下而上根据岩相分为六层，各地层之间均为整合接触关系。

第(1)层：含粉砂泥质硅质岩，呈北西向弧形断续分布于背斜核部附近，地表出露长度约1.4 km，出露宽度54～64.8 m。两翼地层倾角整体较缓，南西翼30°～40°，北东翼10°～20°。

第(2)层：硬锰矿化含粉砂质泥硅质岩，呈北西向分布于背斜核部附近，产状较陡，近于直立，倾角60°～80°，呈中—薄层状，偶夹薄层状—条带状砂岩。北东翼可见厚度为5.37 m，南西翼可见厚度为19.47 m。

第(3)层：硬锰矿化泥质石英细粉砂岩，其主要分布于背斜南西翼，可见厚度为5.43 m。

第(4)层：中—薄层微晶状白云岩，其主要分布于背斜两侧，整体碎裂，可见厚度分别为54.62 m 和41.68 m。

第(5)层：褐红色中厚层不等粒白云岩夹硅质岩，其主要分布于背斜两侧，延伸较为稳定，倾向南西，倾角22°～70°，越靠北倾角越大，可见厚度952.87 m。

第(6)层：浅灰色中厚层—巨厚层状条带状不等粒白云岩，其主要分布于背斜南西翼，倾角20°～30°，可见厚度为227.71 m。

2.2 地球化学特征

2.2.1 1∶20万区域化探异常

区内发育HS-8综合异常，该异常以Mn为主成矿元素，其中Mn均值为2235.5×10-6，峰值为3488.7×10-6,异常强度高，面积大，具中、外浓度分带(表1)。

表1 1∶20万区域化探HS-8异常特征表

2.2.2 1∶5万化探异常

通过对1∶20万水系沉积物测量HS-8综合异常开展Ⅲ级查证，圈定了AS8-1、AS8-2、AS8-3三个综合异常(图3)。其中：

图3 阿克塞县安南坝—带水系沉积物测量异常剖析图

AS8-1综合异常，位于赛马沟地区，异常元素主要为Mn、Mg、Cd。其中Mn异常重现性好，异常强度增高，规模增大，异常特征见表2。因此，该异常为寻找锰矿提供了依据。

AS8-2综合异常，位于青砂沟地区，异常元素主要为Mn、P、Fe、Ti、Ca、Mg，整体套合较好。强度高，规模大，异常特征见表2。青砂沟大型锰矿位于该异常中。

表2 1∶5万水系沉积物测量异常特征参数统计表

2.2.3 查证成果

通过对区内开展1∶1万、1∶2千地质草测，初步查明了赋矿岩层在地表出露的层序、范围及厚度。同时通过1∶2千岩石测量及地表槽探揭露，发现了地表锰矿化体，长215 m，平均厚度0.5～1.26 m，Mn平均品位在8.60%～12.40%，矿体倾角20°～40°，矿体东侧未控制边界。

3 典型矿床成矿模式

位于赛马沟以西的青砂沟锰矿属海相沉积型，矿床规模已达大型以上，其与位于赛马沟以西更远的苦水泉锰矿含矿岩系均为以硅质碳酸盐岩组合为主的蓟县系第二岩组(Jx2)。二者容矿岩系的原岩建造具有相似性，自底部至顶部，均表现为底部为细砂岩、粉砂岩，中部为烟紫色含锰砂质、硅质白云岩，局部夹锰矿(化)层，顶部为含叠层石硅质白云岩，偶夹硅质条带，自下而上整体表现为海水由浅变深的特征(图4)。

图4 青砂沟锰矿成矿模式图

4 综合分析及研究

(1)地球化学异常对比

青砂沟锰矿与赛马沟锰矿均位于1∶20万区内化探异常HS-8中，Ⅲ级查证圈定的3个1∶5万化探综合异常中，青砂沟锰矿位于AS8-2综合异常中，而赛马沟所处的AS8-1异常Mn元素异常面积、强度、规模、峰值，均优于已发现青砂沟大型锰矿的AS8-2异常，显示了AS8-1异常具良好的锰成矿潜力。

(2)岩相对比

赛马沟锰矿与青砂沟大型锰矿、苦水泉锰矿含矿地层均为蓟县系第二岩组硅质碳酸盐岩组合。矿体均赋存于碳酸盐岩与细碎屑岩之间的过渡带，即不纯的烟紫色含锰硅质、砂质白云岩中。特别是底部红色钙泥质细碎屑岩往往赋存着工业矿体。

5 定位预测及深部验证

5.1 层位对比

本次采用的预测方法为含矿建造、地层沉积层序研究基础上的相似类比原则。

赛马沟矿化体发育为宽缓背斜，受构造破坏较小，剥蚀程度较低，从已出露的地层自上而下对比分析青砂沟锰矿、苦水泉锰矿来看主要赋锰矿层红色钙泥质细碎屑岩未剥露出地表(表3)。

表3 青砂沟锰矿、苦水泉锰矿与赛马沟锰矿含矿建造层位对比表

综合分析对比青砂沟锰矿含矿建造，赛马沟锰矿地表出露的锰矿化体相当于青砂沟锰矿第六岩性段(青砂沟锰矿含锰层位——含锰砂质白云岩178 m下部是锰Ⅱ号矿体赋存层位)，并且未见底部杂色薄层状粉砂岩。

对比苦水泉锰矿地层剖面，也有类似的含矿建造。苦水泉锰矿烟紫色中—薄层状砂质白云岩厚达165.19 m，其底部可见锰矿层，而赛马沟锰矿在K15勘探线含矿建造黑灰色中薄层状含锰砂质白云岩、灰黑色中薄层状含锰白云质砂岩夹褐红色薄层状砂岩、灰黑色含锰白云质砂岩地表仅出露89.70 m。与青砂沟锰矿(褐色中薄层—中厚层状含锰硅质白云岩厚178 m)、苦水泉锰矿含矿建造对比分析表明：赛马沟锰矿主要含矿层位在K15勘探线还远未剥露出地表，至少还有90 m厚的上覆岩层。

5.2 预测厚度计算

上伏含锰建造预测厚度计算(图5)：假定赛马沟锰矿含锰建造与青砂沟锰矿Ⅱ号含锰建造厚度一致均为178 m(两者相距5 km)，经计算钻孔见含矿深度为217 m(赛马沟地区背斜北翼地表实测地层产状倾角平均为38°，上覆岩层厚178 m，设计钻孔倾角87°，采用公式178/cos35°)。

图5 地层厚度预测计算示意图

5.3 钻孔验证结果

根据以上预测，结合地表矿体出露情况我们在K15号勘探线布置钻孔ZK1501，查证结果显示(图6)：ZK1501孔深398.30 m,在孔深236.96 m见到底部标志层碳质泥岩及巨厚的含锰白云质砂岩。其中孔深280.8～331.81 m,为累积真厚度30.33 m，品位8.01%～15.50%的11层隐伏锰矿层，其中工业矿体4层，累积厚度11.5 m。Mn平均品位12.44%。矿石类型有：中、薄层状锰矿石、碎裂锰矿石、纹层状锰矿石。

图6 赛马沟锰矿15号勘探线剖面图

类比青砂沟锰矿含矿建造，预测赛马沟锰矿钻孔ZK1501见矿深度为217 m，实际孔深236.96～331.81 m，见到底部标志层碳质泥岩及巨厚的含锰白云质砂岩，矿体为280.8～331.81 m。偏差原因是预测用的是地表产状为38°,实际深部矿体产状为48°。预测矿体厚度3～5 m,实际矿体厚度为30.33 m,以上说明赛马沟地区沉积环境稳定，矿体受后期构造破坏较小，这与蓟县系第二岩组在本区出露面积较大相一致。

5.4 远景分析

赛马沟地区含矿建造分布于背斜两翼，走向长为2484 m,ZK1501揭露的矿体埋深280 m,累积厚度30.33 m，目前控制矿体北翼斜深为322 m。假定矿体平均厚度为20 m,体重为2.75 t/m3，经简单估算：矿区背斜北翼锰矿石量远大于2千万吨。表明赛马沟地区有望发现又一大型以上锰矿床。从苦水泉、青砂沟到赛马沟含矿建造及矿体厚度向东逐渐变厚，结合蓟县系第二岩组在本区出露长度大于11 km的地质背景，充分表明本地区藴含着巨大的找锰潜力。

6 结论

(1)赛马沟隐伏锰矿体的发现是基于对区域锰成矿规律和控矿规律的深入研究和系统总结的基础上，借助化探、地质等成果资料，与区域典型矿床——青砂沟锰矿进行对比，建立区域典型矿床成矿模式，对赛马沟地区的含矿建造、地层沉积层序及厚度进行预测，进而深部钻探工程验证取得的找矿突破。为区域寻找相同类型的矿床提供了很好的参照。

(2)赛马沟隐伏锰矿体的发现，进一步扩展了区域沉积型锰矿找矿的空间。通过分析、对比沉积盆地的含矿地层和沉积环境，在已知锰矿床的赋矿层位展布方向上，是找矿的重点地段。赛马沟锰矿今后应在已知的隐伏控矿背斜沿走向两侧进行找矿，有希望实现找矿突破。

(3)在阿尔金地区，前期开展不同比例尺的物化探扫面工作，进一步缩小找矿靶区，针对不同类型的异常、不同成因的矿床，运用适宜的矿产勘查手段，在区域上找矿是行之有效的。如沉积型矿床的特点——进行含矿层位的剖析对比很重要。