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  地质通报  2017, Vol. 36 Issue (6): 956-963  
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罗安波, 李才, 彭虎, 王明. 西藏羌塘中部独泉沟地区发现青藏高原首例富锰矿[J]. 地质通报, 2017, 36(6): 956-963.
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LUO Anbo, LI Cai, PENG Hu, WANG Ming. The discovery of the first rich manganese deposit in the Tibetan Plateau[J]. Geological Bulletin of China, 2017, 36(6): 956-963.
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基金项目

中国地质调查局项目《冈底斯-喜马拉雅铜矿资源基地调查》(编号:121201010000150014)、《班公湖-怒江成矿带铜多金属矿资源基地调查》(编号:DD20160026) 和青年科学基金项目《藏北聂荣微陆块新元古代—寒武纪构造演化(批准号:41402190)、《青藏高原羌唐南部埃迪卡拉纪地层研究》(批准号:41602230)

作者简介

罗安波(1994-), 男, 在读硕士生, 构造地质学专业。E-mail:2279687817@qq.com

通讯作者

李才(1953-), 男, 教授, 博士生导师, 从事青藏高原大地构造与区域地质研究。E-mail:licai010@126.com

文章历史

收稿日期: 2016-12-24
修订日期: 2017-04-20
西藏羌塘中部独泉沟地区发现青藏高原首例富锰矿
罗安波1, 李才1, 彭虎2, 王明1    
1. 吉林大学地球科学学院, 吉林 长春 130061;
2. 辽宁省核工业地质勘查院, 辽宁 沈阳 110032
摘要: 独泉沟锰矿是青藏高原发现的首例富锰矿,成矿元素分析结果表明,矿石中Mn平均品位为41.95%,达到了Ⅰ级富锰矿石的品位标准。该锰矿体主要呈层状、似层状产出于上二叠统—下三叠统天泉山组复理石碎屑岩内;矿体地表部分为残坡积,残坡积范围宽20~30m,长约50m。根据产状及结构构造的差异,将研究区锰矿体分为层状锰矿体和脉状锰矿体,二者的矿石矿物皆是硬锰矿,脉石矿物以石英为主。初步研究认为,独泉沟锰矿是海相热水沉积型锰矿。作为青藏高原地区发现的首例富锰矿,独泉沟锰矿的发现填补了区内锰矿找矿工作的空白,对其成因的研究能为今后的找矿工作提供重要的线索和依据,在区域找矿方面具有一定的指示意义。
关键词: 青藏高原    龙木错-双湖-澜沧江板块缝合带    富锰矿    热水沉积型锰矿    
The discovery of the first rich manganese deposit in the Tibetan Plateau
LUO Anbo1, LI Cai1, PENG Hu2, WANG Ming1    
1. College of Earth Science, Jilin University, Changchun 130061, Jilin, China;
2. Nuclear Geological Exploration institute of Liaoning Province, Shenyang 110032, Liaoning, China
Abstract: This paper reports the discovery of the Duquangou manganese deposit.This kind of manganese deposit was found for the first time in the Tibetan Plateau.Its tectonic position is the middle-western segment of the Longmu Co-Shuanghu-Lancang River suture zone.Ore-forming elements analysis shows that the average grade of manganese in the minerals is 41.95%, which achieves the grade standard of Grade I rich manganese ore.The manganese deposit occurs within the Upper Permian-Lower Triassic Tianquan-shan Formation in layered and layer-like forms.Orebody surface part is residual manganese deposit whose width is 20~30m and whose length is 50m.The manganese ores are divided into layered manganese ore and vein manganese ore according to the difference of occurrence, morphology and structure of the manganese.The ore mineral composition is psilomelane, and quartz is the main gangue mineral.It is considered that the manganese ore deposit is a marine hydrothermal sedimentary manganese deposit.As a rich deposit found for the first time in the Tibentan Plateau, the discovery of the Duquangou manganese ore not only fills in the blank of the manganese deposit in Tibet but also provides clues and basis, so it has an indicative significance in regional manganese prospecting.
Key words: Tibetan Plateau    Longmu Co-Shuanghu-Lancang River suture zone    rich manganese deposit    hydrothermal sedimenta-ry manganese deposit    

锰是一种关系到国民经济的大宗支柱型金属矿产,世界锰产量的90%以上用于冶金工业,作为脱氧剂、脱硫剂及制造锰系合金[1-3]。近年来中国钢铁工业发展迅猛,中国不但成为锰矿的生产和消费大国,更是全球最大的锰矿进口国,2012年中国锰矿石对外矿的依存度达62%[4]。中国锰矿资源探明储量虽然不少,约4400×104t,世界排名第六,但分布不均且以低品位锰矿为主,全国锰矿石的平均品位仅21%左右,可用的锰矿资源大概只占保有资源总量的40%[2]。与南非、澳大利亚、加蓬等世界主流产锰国相比,中国锰矿床有以下缺点:① 规模较小,大型矿床(>2000×104t)仅10处;② 以贫矿为主,贫锰矿石资源量占全国的93.6%;③ 矿物粗度细,物质组分复杂,矿石质量差[1-9]。因此优质锰矿在中国已经成为重点勘查的对象,富锰矿和优质锰矿也已被列为紧缺矿种[5-6]。为了达到2020年锰矿石新增查明资源储量9×108t和年开采量3000×104t的目标,《全国矿产资源规划(2016—2020年)》中明确提出将在全国设立11个重要的锰矿产资源重点勘查区。西藏是中国重要的矿产资源战略储备基地,铬、铜、盐湖锂矿储量居全国首位,但青藏高原新构造运动以来强烈的隆升和剥蚀及该区极其复杂的区域构造演化,使得境内的锰矿找矿工作进展缓慢。在此背景下,独泉沟锰矿作为青藏高原上首次发现的富锰矿,填补了青藏高原地区锰矿找矿工作的空白,对其成因研究能够为区域的锰矿找矿工作提供线索和依据。独泉沟锰矿大地构造位置位于龙木错-双湖-澜沧江板块缝合带的中-西段,该锰矿应属于古特提斯洋演化过程的产物,因此在沉积学上具有指示意义,在一定程度上保存了古特提斯洋的演化信息。

本文重点介绍独泉沟锰矿的矿体地质特征、岩石学特征和成矿元素特征,并对独泉沟锰矿的成因类型进行初步探讨。

1 区域地质概况

现今的青藏高原由一系列主体近东西向的缝合带及其所夹的长条状板块构成,其中龙木错-双湖-澜沧江板块缝合带闭合于晚三叠世[10],该缝合带被认为是冈瓦纳大陆与劳亚大陆的界线[11-13]。研究区大地构造位置位于龙木错-双湖-澜沧江板块缝合带的中-西段(图 1),地理位置为藏北改则县以北约240km的独泉沟地区。研究区内断裂构造十分发育,主体构造线近东西向,地层受构造破坏严重,多呈断块、残片产出;区内岩石普遍遭受低级区域变质作用改造,主要岀露地层为上二叠统—下三叠统天泉山组,是一套浅变质的次深海-深海复理石碎屑岩,天泉山组岩性复杂,主要为变质杂砂岩、变质含砾杂砂岩、千枚岩夹变玄武岩、变安山岩、变质灰岩,见有大洋深海盆地特征的硅质岩夹层[14]。本文研究的独泉沟锰矿呈层状、似层状产出于天泉山组的变质杂砂岩内,矿点北侧约600m处岀露一系列近东西向展布的洋岛型岩石组合——天泉群岛(图 1),其岩性以变质砾岩、变玄武岩、变质灰岩、变安山岩为主,其形成时代为晚二叠世—早三叠世,是正常洋岛沉积与复理石事件沉积相互叠加的产物[15-16]

图 1 藏北改则县察布乡独泉沟地区地质简图 Fig.1 eological map of the Duquangou area in Chabu Town of Gaize County, northern Tibet 1—第四系冲洪积物;2—古近系康托组;3—上二叠统-下三叠统天泉山组;4—上石炭统-下二叠统展金组;5—天泉群岛;6—逆断层;7—地层界线;8—不整合接触界线;9—锰矿点;10—研究区范围
2 矿体地质特征

独泉沟锰矿的围岩是上二叠统—下三叠统天泉山组复理石碎屑岩,锰矿体呈层状、似层状产出,矿体形态及产状明显受地层控制,呈近东西向分布,倾向南,倾角约35°;矿体北侧约10m处可见变质玄武岩和变质灰岩出露,二者呈透镜体状夹持于变质杂砂岩中,附近可见硅质岩夹层(图 2);矿体西侧被全新统松散堆积物覆盖,具体延伸情况不明。锰矿体地表部分呈残坡积(图版Ⅰ-a),残坡积宽20~30m,长约50m。根据锰矿体产状及结构构造的差异将其分为层状锰矿体和脉状锰矿体(图版Ⅰ-b),层状矿体下伏的变质杂砂岩发育矿化蚀变,二者的接触关系为渐变过渡(图版Ⅰ-c);层状矿体的单层厚度为0.5~4cm(图版Ⅰ-bg)。在层状矿体下部的变质杂砂岩内发育一系列脉状矿体(图版Ⅰ-bd),这些脉状矿体沿裂隙呈细脉状和分支状分布,延伸不稳,宽窄不定,小的宽约2mm,大的近0.5cm(图版Ⅰ-d),脉体周围有明显的矿化蚀变现象(图版Ⅰ-df)。

图 2 藏北改则县察布乡独泉沟地区锰矿矿体平面示意图 Fig.2 Plan view of the Duquangou area in Chabu Town of Gaize County, northern Tibet 1—变质杂砂岩;2—变质硅质岩;3—千枚岩;4—变质灰岩;5—变质玄武岩;6—变质玄武质砾岩;7—锰矿体;8—上二叠统-下三叠统天泉山组
图版Ⅰ a.锰矿体呈残坡积;b.层状锰矿体和脉状锰矿体;c.锰矿体与围岩渐变接触(底蚀构造);d.交代作用照片;e.锰矿体鲕豆状构造;f.脉状锰矿中的石英脉;g.角砾状构造;h.硬锰矿(Ps)不规则纹层状结构;i.压碎结构;j.多核同心圆状结构;k.平行纹层状结构;l.交代结构 PlateⅠ  
3 岩石学特征 3.1 结构构造特征

独泉沟锰矿体的矿石类型是氧化锰矿石,以黑色为主。层状锰矿体的矿石结构和构造较复杂,矿石结构在镜下呈形态复杂多变的非晶质胶状结构,纹层十分发育,亮层与暗层相间近平行排列,亮层成分为铁、锰氧化物,暗层由氧化锰吸附的其他元素离子或微细粘土组成,具体描述如下。

不规则纹层状结构(图版Ⅰ-h):铁锰氧化物与粘土物质等不规则相间排列,铁锰质纹层较厚且厚度变化大,形态呈不规则层状。

平行纹层状结构(图版Ⅰ-k):铁锰氧化物和粘土物质等相间排列而成,纵向上微层间平行,横向上连续性较好。

多核同心圆状结构(图版Ⅰ-j):由多个近圆形的同心圈层结构鲕粒微结核紧密堆积而成,其同心圈层结构是由硬锰矿矿物胶体先后凝聚形成的,核心物质应该是自生锰铁氧化物矿物质核[17];结核之间几近相连,基质含量较少,鲕粒间存在孔隙。

微破裂结构(图版Ⅰ-hjk):该结构在脉状锰矿石中尚未观察到,普遍发育在层状锰矿石中,不同于后期强烈挤压破碎而形成的压碎结构,这类微裂隙宽窄不一,延伸不稳,甚至突然尖灭,在一些缝隙中少见甚至不存在被撕碎的矿物碎屑,裂隙的性质几乎都是张性的。

压碎结构(图版Ⅰ-i):矿石发生强烈破碎,形成大小不一的碎块,碎块间无明显位移。

在构造上,矿体上部的鲕豆状构造极发育(图版Ⅰ-ce),表面光滑,鲕粒粒径约2mm,豆粒粒径为3~6mm;中部以块状构造为主,硬锰矿均匀分布,矿石坚硬致密;下部可观察到角砾状构造(图版Ⅰ-g),角砾是围岩杂砂岩的碎块,多呈棱角状,大小不一且排列杂乱,分布不均匀,被硬锰矿胶结;矿体底部通常发育底蚀构造(图版Ⅰ-c),矿体下方的变质杂砂岩发生明显的矿化蚀变。

脉状锰矿体的矿石结构构造比较简单,矿石以交代结构为主(图版Ⅰ-l),脉状构造(图版Ⅰ-bdf)。

3.2 矿物特征

区内锰矿的矿石矿物是硬锰矿(Ps),脉石矿物以石英为主。

硬锰矿:分子式为BaMn2+Mn94+O20·3 H2O,单偏光镜下呈Ⅲ级反射率,高硬度,反射色呈灰白色微带蓝色调;正交偏光镜下,均质性,易磨光;主要呈隐晶质的胶态产出。在层状锰矿体中硬锰矿形态以鲕状、纹层状为主,硬锰矿含量约为80%(按面积计算,图版Ⅰ-hjk);脉状锰矿体中硬锰矿呈隐晶质的胶态产出,充填在围岩裂隙中,硬锰矿含量为40%~10%(按面积计算,图版Ⅰ-l)。

石英:反射率4.5(白光),镜下呈黑色。层状锰矿体中的石英以细小的陆源碎屑为主;脉状锰矿体中的石英多呈粒状集合体,位于脉体中部(图版Ⅰ-f)。

4 成矿元素特征

野外工作过程中采用捡块取样的方式,按一定间距均匀采集矿化蚀变样品,以获取具有代表性的矿化特征信息。其成矿相关元素测试分析由吉林省第五地质调查所实验室完成,分析元素包括Cu、Pb、Zn、Co、Mn、Ag、Fe、As、Sb、Au等(表 1)。

表 1 藏北改则县察布乡独泉沟地区锰矿成矿元素分析结果 Table 1 Ore-forming element analyses of the Duquangou manganese deposit in Chabu Town of Gaize County, northern Tibet

成矿元素分析结果表明,Mn是最主要的成矿元素。样品中Mn的最高质量分数可达54.84%,所有样品平均Mn质量分数为41.95%,达到了Ⅰ级富锰矿开采的工业品位(40%)。矿石中Fe元素质量分数也较高,Mn+Fe的最高质量分数可达73.6%,所有样品平均Mn+Fe质量分数为49.7%,又达到了Ⅱ级铁锰矿的工业品位(Mn元素20%,Mn+Fe≥40%)。矿石中除Mn、Fe元素外,Co元素的最高质量分数达0.081%,所有样品平均Co质量分数为0.056%,达到了共生钴矿的边界品位(0.02%),接近共生钴矿的工业品位(0.06%)。

5 讨论

自1837年开采锰矿以来,锰矿的成因问题一直是相关研究者关注的焦点。中国锰矿床成因类型的传统分类最早在20世纪50年代提出,当初只有沉积型和风化型,随着研究的进行和新矿床的发现,在70年代末又增加了沉积变质型、热液型及火山沉积型锰矿床[18-19]。独泉沟锰矿作为青藏高原发现的首例品位达标的富锰矿,其成因问题是重点关注的,笔者结合独泉沟锰矿的岩石学特征和区域地质特征进行分析,对其成因问题进行初步的探讨。

独泉沟锰矿的矿石矿物是硬锰矿,自然界大部分硬锰矿是地表条件下形成的次生氧化物矿物,少部分的硬锰矿为原生矿物,如广西下雷锰矿床由原生碳酸锰矿和次生氧化锰矿组成[8, 19-20]。考虑到独泉沟锰矿的围岩是一套次深海-深海的复理石碎屑岩,所以笔者一开始认为该锰矿的成因类型与下雷锰矿相似,矿石中的硬锰矿是次生矿物,此观点在矿石光片鉴定工作后立即被否定。因为镜下观察到的锰质矿物皆是硬锰矿,矿石胶体结构发育,缺少交代结构,不存在其他原生锰质矿物的残留体(图版Ⅰ),所以初步判定独泉沟锰矿石中的硬锰矿矿物是直接从胶体中形成的原生矿物[20-22];结合独泉沟锰矿体呈夹层状的野外产出特征,初步判断独泉沟锰矿的形成时代和原生沉积环境应与其围岩上二叠统—下三叠统天泉山组一致,即独泉沟锰矿的形成时代为晚二叠世—早三叠世,锰矿体形成的原生沉积环境应为天泉山组复理石事件沉积作用范围内的次深海-深海环境[14-16]。锰矿点附近观察到大量的洋岛型岩石组合,表明独泉沟锰矿很可能形成于洋岛周围近源、远岸、半封闭的次深海-深海环境。然而矛盾的是,复理石建造代表了典型的次深海-深海还原环境,硬锰矿却是氧化环境的产物;通常表层海水含氧量高是因为大气圈中氧气的溶解及水生植物的光合作用,但是次深海-深海在什么情况下出现氧化环境?笔者经过文献查证发现,次深海-深海的氧化环境与南极底层流水循环运动(简称南极底流、AABW)密切相关[22]。由于南极底流的供氧,底层洋水的溶解氧较高且接近表层洋水,因此能够在洋底缔造一个高压、低温(局部高温)、弱碱性、强氧化势、富氧、高营养盐等属性的海洋底部地球化学屏障界面,这个界面极有利于铁锰结核(壳)矿床的形成[23-24]。相关的研究表明,现今的南极底流是客观存在的[24-27],然而晚二叠世—早三叠世的古特提斯大洋中是否存在南极底流活动还有待进一步的研究。

锰矿石镜下胶体结构可见平行纹层状结构、不规则纹层状结构、多核同心圆状结构、微破裂结构等,这些结构应该与底层海水流速有关。在底层海水流速稍小时,水体中的粘土颗粒不被卷起,矿物质和粘土层发生垂向逐层凝聚,形成平行纹层状构造;当流速增加时,水体中的粘土颗粒含量增加,与自生氧化锰一起被卷入多个漩涡中心,也可能随流体发生振荡,形成多核同心圆状构造和不规则纹层状构造;流速更高时必然会驱动先形成的锰矿凝聚体作机械运动,锰矿凝聚体由于受力不均而发生弯曲变形甚至破碎,裂缝中被撕裂产生的细小矿物碎块逐渐被底层流水卷走,因此在镜下观察到裂缝中很少有矿物碎片。现今许多学者对大洋深海锰结核与富钴结壳中的相关研究表明,结核和结壳中也出现类似的构造,认为南极底流活动是深海锰结核与富钴结壳形成的充分条件,且底流的强度是决定结核和结壳内部构造类型的重要因素[28-29]

区内锰矿体由下向上能够识别出脉状、底蚀、角砾状、块状、鲕豆状构造等(图版Ⅰ-b~f)。尽管在区内尚未发现有以上所有构造的典型剖面,但是这些能够识别出来的构造组合呈现出典型的热水沉积的特征[30-36],而独泉沟锰矿体与天泉山洋岛在时空上的密切联系则为区内成矿物质的来源提供了合理的解释,即天泉山洋岛派生的海底含矿热液应该是区内热水活动的主要来源。

综上,笔者初步认为,独泉沟锰矿的成因类型属于海相热水沉积型锰矿,进一步提出该锰矿的形成是南极底流(AABW)、洋岛活动、复理石事件沉积等地质作用综合产物的成因假说(图 3)。在锰矿形成过程中洋岛活动不仅能产生大量含矿热液,为研究区锰质富集成矿提供物质基础,而且洋岛的出现改变了洋底地形,从而通过改变南极底流的流动状态影响其周围物理化学环境,为锰质聚集成矿提供适宜的环境基础[37]。复理石的间歇性事件沉积虽然阻碍了锰矿体纵向上的连续生长,限制了矿体厚度,却为矿体的赋存提供了必要的保护(图 3)。

图 3 独泉沟锰矿成因假说模式图 Fig.3 Genetic model of the Duquangou manganese deposit
6 结论

(1)独泉沟锰矿平均Mn质量分数为41.95%,达到了Ⅰ级富锰矿开采的工业品位,是青藏高原地区首例品位达标的富锰矿,填补了该地区锰矿找矿工作的空白。

(2)独泉沟锰矿是晚二叠世—早三叠世龙木错-双湖-澜沧江古特提斯洋内形成的海相热水沉积型锰矿。

(3)独泉沟锰矿属于首次发现,尚未进行相关的矿产勘查工作,对其成因的研究不仅为今后的锰矿找矿工作提供了线索和依据;其作为古特提斯洋演化过程中的产物,在一定程度上也提供了古特提斯洋演化发展的信息。

由于笔者的能力和掌握的相关研究资料有限,文章中观点的提出不免冒昧和偏颇,恳望各位专家与同行予以指正。

致谢: 在野外工作时,吉林大学西藏科研队的队员们和后勤师傅们给予许多帮助,在文章撰写期间,吉林大学任云生教授对锰矿的光片鉴定提供了宝贵的意见,锰矿的成矿相关元素测试分析由吉林省第五地质调查所实验室帮助完成,范建军博士和李兴奎硕士解决了许多疑点,在此一并致以真挚的谢意。

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