Discovery, Geological Characteristics and Genesis of Sedimentary Metamorphic Manganese Carbonate Deposit in Muhatayi, Western Junggar, Xinjiang
-
摘要:
木哈塔依锰矿的发现，标志着西准噶尔地区锰矿的找矿新发现。该锰矿位于西准噶尔木哈塔依蛇绿混杂岩带北部，矿体赋存于硅质岩中，深部表现为含杂色角砾硅质岩，呈层状分布。据岩矿鉴定、物相分析、背散射及激光拉曼分析，地表锰为氧化锰，未见碳酸锰；深部锰为菱锰矿及少量蔷薇辉石和变体锰三斜辉石，菱锰矿大部分赋存于构造热液细脉中。地表已圈定氧化锰矿体10余条，深部圈定4条碳酸锰矿体，碳酸锰产出部位为锰的原生层位。地表锰矿体沿走向规模较大，东西两侧延伸达2 km，且矿体在东侧出现膨大现象，矿脉显著增多。深部碳酸锰矿体平均品位为17.95%，达到了贫锰矿的一般工业指标，显示该区较好的找锰潜力。矿床类型为赋存于蛇绿混杂岩中的沉积变质热液叠加改造型锰矿床，是西准噶尔地区新发现的锰矿类型。近年来，蛇绿混杂岩中发现锰矿的报道越来越多，增生型造山带中的大洋板片地层是古老大洋锰结核赋存的最佳位置，深海远洋放射虫硅质岩是大洋板片地层的重要组成部分，具有较好的找矿前景。
Abstract:The discovery of the Muhatayi manganese deposit marks a breakthrough in the exploration of manganese deposits in the western Junggar region. The manganese deposit is located in the northern part of the Muhatayi ophiolite melange belt in West Junggar, and the ore body is hosted in siliceous rocks. In the deep part, it appears as siliceous rocks with variegated breccia, distributed in a layered manner. According to rock and mineral identification, phase analysis, back scattering, and laser Raman analysis, the surface manganese is manganese oxide, and no manganese carbonate is found; Deep manganese consists of Rhodochrosite, a small amount of Rhodonite and variant manganese triclinite, and most of Rhodochrosite occurs in tectonic hydrothermal veinlets. More than 10 manganese oxide ore bodies have been delineated on the surface, and 4 Manganese carbonate ore bodies have been delineated in the deep. The Manganese carbonate may be produced in the primary layer of manganese. The surface manganese ore body has a large scale along the strike direction, extending up to 2 kilometers on both sides, and the ore body has expanded on the east side, resulting in a significant increase in ore veins. The average grade of deep Manganese carbonate ore body is 17.95%, reaching the general industrial index of lean manganese ore, indicating that the area has good manganese prospecting potential. The deposit type is a sedimentary metamorphic hydrothermal superimposed and reformed manganese deposit that occurs in the ophiolitic melange, which is the first discovery of this type of manganese deposit in the western Junggar region. In recent years, there have been more and more reports about the discovery of manganese deposits in ophiolite melange. The oceanic slab strata in the accretionary Orogenic belt are the best places for the occurrence of ancient oceanic Manganese nodule. The deep-sea pelagic Radiolaria siliceous rocks are an important part of the oceanic slab strata, with good prospects for ore prospecting.
-
石墨是中国24种战略性矿产资源之一，因其具有良好的导电性、导热性、化学稳定性、耐高温性、耐腐蚀性等特性，而成为新兴产业的重要原材料（王登红，2019；陈正国等，2021；张艳飞等，2022）。石墨矿床按成因可划分为区域变质型、接触变质型和同化混染型3类（彭素霞等，2018）。近年来，中国石墨矿产的找矿勘探不断取得突破成果，石墨资源储量增长迅速（颜玲亚等，2018；张艳飞等，2020a）。
宁夏卫宁北山–内蒙古阿拉善左旗南部地区属构造活动带与稳定地块的交接部位，沉积环境多样，并经历了复杂的变质变形过程，矿化蚀变广泛发育，为石墨成矿提供了优越的成矿地质条件。目前在两省交界处内蒙古一侧已发现库井沟、阎地拉图、石驼山–新工地、喇嘛敖包、炭井沟等处石墨矿，预估矿物量超
1000 万吨（梁利东等，2020），显示了该区良好的石墨找矿前景，而靠宁夏一侧则发现有新照壁山和乌车梁等处石墨矿，勘探程度低、探明储量少，亟需加强基础地质研究。笔者在详细的矿产地质调查基础上，以宁夏卫宁北山单梁山地区库井沟石墨矿床为研究对象，结合前人勘探成果，通过全岩主微量元素分析、C同位素分析等手段，研究含矿岩系的地球化学特征，恢复原岩性质，并与其他石墨矿床进行类比，进而探讨石墨矿床成因。研究成果对卫宁北山地区同类型矿床的研究和找矿前景预测具有借鉴意义。1. 区域地质背景
宁夏卫宁北山地区处于北祁连造山带的东段，向北与阿拉善陆块相接，向东与鄂尔多斯地块相接，是构造活动带与稳定地块的交汇部位（图1a）。区域上主要出露古生界地层，其次为中、新生界地层。早古生界形成了以次深海斜坡相陆源碎屑–泥质沉积为主的浊积岩系，构成本区古生代各类建造的基底层（仲佳鑫等，2012）。其中自石炭纪开始本区接受连续沉积，地层由老至新分别为前黑山组、臭牛沟组、土坡组、太原组、大黄沟组、红泉组和五佛寺组，其中前黑山组、臭牛沟组为一套滨海–泻湖相碎屑岩和碳酸盐岩沉积组合，是卫宁北山地区矿床产出的主要层位。（图1b）。卫宁北山地区岩浆活动不强烈，仅在苦井沟、黄石坡沟、二人山、金场子等地零星发育一些闪长玢岩脉，岩脉一般宽1～6 m，延伸长度变化大，从数十米到数百米不等，走向主要呈近EW向，侵入余上泥盆统和下石炭统中。显微镜下观察发现闪长玢岩蚀变严重，主要为绿泥石化、绢云母化、高岭土化。锆石U-Pb年代学研究表明闪长玢岩的成岩年龄在143～150 Ma左右（刘勇等，2010；艾宁等，2011）。
![]()
卫宁北山地区构造类型复杂，主要为一系列走向近EW的略呈弧形弯曲的复式背、向斜，轴向长5～28 km，宽度可达数公里。与石墨矿床密切相关的是单梁山–骆驼山复式背斜。北屋子梁向斜呈紧闭线状分布于矿区北侧，走向近EW向，轴长大于16 km，两翼倾向相向，其中北翼倾向150°～190°，倾角40°～75°，南翼倾向330°～10°，倾角60°～75°。断裂构造多为走滑性质的逆冲断层，在研究区西部主要呈EW向或近EW向，在东部则以NW向、SN向为主。
2. 矿床地质特征
库井沟矿区范围内主要出露泥盆纪—石炭纪地层，自下而上分为中宁组、臭牛沟组、靖远组，此外还有少量第四系分布（图2）。中宁组主体色调为紫红色，局部夹灰绿色，主要由砾岩、长石石英砂岩、粉砂岩和泥岩组成，具上粗下细的特征，显示内陆湖泊相碎屑岩沉积环境。臭牛沟组主要岩性为灰白色石英砂岩、灰黑色含石墨碳质板岩、浅灰绿色页岩灰岩及白云质灰岩，是区内晶质石墨矿的含矿层位。靖远组主要分布在矿区北部，岩性以灰白色变质含砾石英砂岩夹粉砂岩、页岩及生物灰岩透镜体为主。第四系主要为风积、冲洪积和残坡积。矿区范围内未见岩浆岩发育。
![]()
图 2 库井沟石墨矿床矿区地质略图（据张春林等，2017）Figure 2. Geological map of the Kujinggou graphite deposit矿区范围内的构造形迹主要为褶皱和断裂。骆驼山–碱向山背斜位于矿区东南部，两翼地层对称，倾向变化较大，倾角为30°～40°，石炭系臭牛沟组出露于两翼，泥盆统中宁组二段出露于核部，背斜轴向呈NWW—SEE向，对矿区地层分布、构造形态影响明显，背斜卷入的地层在各处出露厚度不一。矿区内主要的断层为F1逆断层，分布于矿区的中部，呈NE向延伸，倾向北西，倾角约为60°，断层延长近300 m。F2逆断层与F3平移断层规模小，未对矿体产生破坏作用。
矿区内已勘探发现4条主要矿体，分别被命名为Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号（表1）。矿体呈平行层状分布于变质石英砂岩中，与地层产状基本一致，走向近东西（图3、图4A），倾向为350°～10°，倾角为9°～25°。主矿体长约为
1500 m，宽约为690 m，矿体厚度为0.83～81.54 m，平均为41.19 m。固定碳品位为2.56%～6.53%，平均为5.53%。赋矿围岩为含石墨碳质板岩，近矿围岩主要是含石墨碳质板岩，实际就是具石墨矿化的碳质板岩，只是未达到工业要求，局部为变质石英砂岩。表 1 库井沟矿区晶质石墨矿矿体特征一览表Table 1. Characteristics of orebodies in the Kujinggou graphite deposit矿体
编号矿石
类型赋矿标
高（m）埋藏深
度（m）规模（m） 厚度 厚度变化
系数（%）矿体
形态产状（°） C固 品位（%） 品位变化
系数（%）长度 斜深 最小－
最大平均倾向 倾角 最小－
最大平均Ⅰ 晶质
（鳞片）
状石墨1255 ～1340 44 2103 110～721 2.19～53.0119.73 68.23 似层状 0 0～14 3.04～8.974.87 52.88 Ⅱ 1201 ～1325 102 2200 136～ 1080 2.00～123.2037.78 62.05 似层状 0 0～20 3.03～7.524.34 48.49 Ⅲ 1180 ～1248 159 400 150～322 2.00～50.4825.23 66.21 透镜状 0 2～14 4.11～7.525.50 61.35 Ⅳ 1270 ～1320 56 400 100～358 43.92～85.1757.84 24.49 透镜状 0 4～10 3.86～5.244.54 50.31 ![]()
图 3 库井沟石墨矿床A-A′纵剖面图（据张春林等，2017）Figure 3. Vertical section A-A′ showing the distribution and morphology of Kujinggou graphite deposit![]()
图 4 库井沟石墨矿床矿石特征A.矿体的野外露头；B、C.块状矿石；D、E.单偏光下石墨呈鳞片变晶结构，弱定向构造；F.电子显微镜下鳞片状石墨；Gr.晶质石墨Figure 4. Photographs showing mineral associations and textures of Kujinggou graphite ores石墨矿石镜下具鳞片变晶结构和变余泥质结构，矿石构造主要包括浸染状构造、块状构造及板状构造。矿石中的有用矿物主要为晶质石墨；脉石矿物主要是碳质和黏土矿物，以及微量黄铁矿、白铁矿、方解石和绢云母。通过109件粒度分析样品的镜下观察，矿石中的石墨主要呈不规则鳞片状单晶或呈块状聚晶集合体产出，石墨晶体大小不等，50目（粒径大于0.287 mm）以上和100目（粒径为0.147 mm）以下的比例相当，绝大部分石墨晶体粒径处于这两个区间内。
3. 样品及测试方法
本研究样品采自库井沟石墨矿床Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号矿体的地表和岩心，岩性均为含石墨碳质板岩，所有样品均较为新鲜，石墨矿物未发生氧化作用。
主微量元素分析测试由宁夏回族自治区地质矿产中心实验室完成，采用熔片法X-射线荧光光谱法（XRF）分析主量元素，测试结果的相对误差小于2%；采用等离子质谱法（ICP-MS）分析微量元素和稀土元素，测试结果的相对误差低于5%～10%。
石墨矿石样品先破碎至200目，在双目镜下挑选出纯净的石墨颗粒送至中地大环境地质研究院，采用MAT系列稳定同位素气体质谱仪分析测试碳同位素组成，具体分析方法见Du 等 （2021），分析误差在0.1%以内。
4. 测试结果
石墨矿石因遭受不同程度的变质作用和风化作用，其主量元素含量呈现较大的变化范围（表2），SiO2含量为44.22%～70.98%，平均为54.55%；Al2O3含量为8.56%～20.60%，平均为17.13%；K2O含量为1.63%～3.68%，平均为2.80%；Na2O含量为0.32%～3.26%，平均为1.31%；K2O+Na2O含量为2.06%～6.15%，K2O/Na2O值为0.89～5.44，碱度指数（A/NK）为2.6～5.2，铝过饱和指数（A/CNK）为2.0～4.6。石墨矿石总体特征为富Si、Al，碱质含量低且K2O含量大于Na2O含量。
表 2 库井沟石墨矿床矿石主量元素测试结果（%）Table 2. Major element compositions of ore in Kujinggou graphite deposit (%)样品号 位置（m） SiO2 CaO MgO Al2O3 TFe2O3 K2O Na2O P2O5 TiO2 V2O5 固定碳 ZK704-DH1 33.60 55.09 0.43 1.52 19.63 6.83 3.49 0.86 0.256 0.43 0.018 2.57 ZK806-DH2 27.90 53.42 0.44 1.83 20.05 7.08 2.84 1.09 0.214 0.39 0.018 2.27 ZK808-DH1 136.40 51.25 0.61 1.83 17.85 7.62 2.89 3.26 0.298 0.39 0.019 2.39 ZK2302-DH2 63.50 53.07 0.42 1.59 18.61 7.01 2.91 2.75 0.335 0.45 0.017 2.41 ZK1506-DH1 162.90 55.73 0.39 1.48 20.60 7.50 3.04 1.50 0.197 0.35 0.021 2.25 ZK1508-DH1 109.77 55.17 0.36 1.63 20.15 5.76 3.28 0.89 0.177 0.49 0.020 2.56 ZK008-DH1 114.00 55.82 0.65 1.82 19.55 6.73 2.99 0.99 0.210 0.40 0.017 2.48 ZK1504-DH1 127.40 54.28 0.33 1.54 20.20 6.77 2.86 1.14 0.270 0.33 0.017 2.58 ZK706-DH1 68.50 55.61 0.29 1.30 20.55 5.04 3.68 0.93 0.213 0.52 0.017 2.51 ZK2001-DH1 106.77 54.34 0.39 1.80 20.19 7.07 3.03 1.09 0.242 0.36 0.019 2.57 ZK2306-DH1 86.20 54.00 0.81 1.64 17.61 7.52 2.60 2.74 0.240 0.41 0.017 2.22 ZK1104-DH1 70.60 70.98 1.99 1.32 10.76 3.99 1.87 0.48 0.072 0.44 0.013 0.51 ZK1105-DH1 83.10 55.94 1.38 2.30 19.97 6.99 2.81 1.25 0.178 0.72 0.030 1.82 XL XT DH-1 36.00 50.43 1.60 1.27 14.40 2.29 2.74 0.88 0.31 0.58 0.19 10.72 XL XT DH-2 55.70 63.33 0.33 0.33 10.66 1.74 1.74 0.32 0.37 0.42 0.12 10.65 XL XT DH-3 49.10 53.42 0.88 0.57 8.56 7.37 1.63 1.59 0.25 0.40 0.08 11.52 XL XT DH-4 38.00 44.22 0.17 0.49 19.82 4.97 3.36 1.09 0.13 0.73 0.049 4.81 XL XT DH-5 53.10 45.71 0.24 0.51 9.18 12.71 2.69 0.84 0.08 0.29 0.11 12.06 库井沟石墨矿床微量元素和稀土元素测试结果如表3、表4所示。石墨矿石的微量元素含量总体较稳定，大离子亲石元素Rb、Sr、Ba的含量具有较宽的变化范围，分别为73.8×10−6～204.3×10−6、72.9×10−6～264.2×10−6和264.4×10−6～740.7×10−6，Rb（139.7×10−6）、Sr（194.7×10−6）及Ba（527.7×10−6）的平均值均小于后太古宙澳大利亚平均页岩（PAAS; Taylor et al., 1985）中Rb、Sr、Ba的含量。Sr、Nb、Ti等元素亏损明显，Zr略微富集（图5）。Rb/Sr值为0.25～1.4，Sr/Ba值为0.17～1.16。V/Cr值为0.17～1.16，Ni/Co值为0.50～1.12。
表 3 库井沟石墨矿床含矿岩石微量元素分析结果（10−6）Table 3. Trace elements compositions of graphite ore of the Kujinggou graphite deposit (10−6)元素 ZK305-1 ZK305-2 ZK1104-1 ZK1104-2 ZK1104-3 ZK1104-4 ZK1105-1 ZK1105-2 ZK1105-3 ZK307-1 ZK307-2 ZK306-1 ZK306-2 Rb 184.5 73.8 110.0 204.3 154.8 168.1 153.7 94.5 127.2 113.8 159.5 162.0 110.8 Sr 146.1 72.9 87.7 432.3 264.2 221.9 580.1 206.4 87.4 86.8 136.5 121.0 87.5 Ba 682.1 264.4 399.9 740.7 608.2 615.6 546 342.4 489.7 430.1 628.4 671.3 441.6 Nb 20.2 / 17.4 20.8 21.9 22.8 20.8 / 17.2 16.4 20.9 20.4 15.6 Zr 179.3 165.6 208.5 198.8 238.6 238 225.8 202.5 274.6 274.1 226.4 233.6 200.5 V 72.2 21.3 32.3 88.0 77.4 86.1 95.7 44.9 32.6 31.5 76.0 86.0 36.0 Cr 81.9 33.7 59.5 84.0 82.7 92.9 98.3 50.9 51.9 50.8 82.3 81.7 45.2 Co 18.3 9.7 14.9 8.7 12.2 11.4 17 16.7 11.1 12 21.1 17.7 13.9 Ni 40.8 18.2 22.6 10.5 34.9 17 42.3 25.9 17.9 19.6 40.7 39.5 21.8 Y 37.2 16.5 21.3 36.1 35.7 34.2 34.6 17.9 20 19.2 29.3 32.7 17.7 La 63 / 50.4 84.8 76.9 65.6 66.7 / 54.4 50.8 63.6 63.9 / P 780.3 528.9 786 841.9 1407.6 706.1 1111.3 711 549.3 467.8 860 800.7 542.8 Ti 4910 2780 4100 5640 5620 5710 5380 3800 4320 4280 5230 5320 3660 Rb/Sr 1.26 1.01 1.25 0.47 0.59 0.76 0.26 0.46 1.46 1.31 1.17 1.34 1.27 Sr/Ba 0.21 0.28 0.22 0.58 0.43 0.36 1.06 0.60 0.18 0.20 0.22 0.18 0.20 Ni/Co 2.23 1.88 1.52 1.21 2.86 1.49 2.49 1.55 1.61 1.63 1.93 2.23 1.57 V/Cr 1.13 1.58 1.84 0.95 1.07 1.08 1.03 1.13 1.59 1.61 1.08 0.95 1.26 ![]()
图 5 库井沟石墨矿石与围岩微量元素蛛网图Figure 5. Primitive mantle-normalized trace element patterns of ore and host rock in Kujinggou graphite deposit表 4 库井沟石墨矿床含矿岩石系稀土元素分析结果（10−6）Table 4. Rare earth elements compositions of graphite ore of the Kujinggou graphite deposit （10−6）样品号 La Ce Pr Nd Sm Cd Eu Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y XL XT DH-1 30.5 32.5 9.69 30.2 6.07 5.50 1.56 1.07 3.63 1.00 2.39 0.47 2.47 0.54 18.2 XL XT DH-2 32.2 13.1 8.94 27.3 264.2 5.62 1.39 1.00 2.70 0.59 1.34 0.26 1.26 0.28 10.5 XL XT DH-3 31.5 31.8 10.6 35.1 21.9 6.41 1.64 1.23 4.45 1.21 2.82 0.55 2.52 0.55 24.2 XL XT DH-4 11.1 10.2 3.08 9.27 238.6 1.38 0.39 0.30 1.36 0.43 1.11 0.24 1.17 0.26 8.15 XL XT DH-5 15.3 16.7 8.68 26.2 1.07 3.68 1.05 0.77 2.90 0.79 1.81 0.35 1.57 0.34 15.3 石墨矿石的∑REE为101×10−6～137×10−6，平均为117×10−6；LREE/HREE值为5.96～7.33，平均为6.63；δCe值为0.18～0.45，平均为0.32；δEu值为0.73～0.81，平均为0.76。围岩的稀土元素总量∑REE为42×10−6，明显低于石墨矿；LREE/HREE值为5.71，δCe值为0.41，δEu值为0.75。在球粒陨石标准化稀土元素配分曲线上，石墨矿石和围岩样品均表现为左高右低的形态（图6），表明矿石、围岩样品中轻、重稀土元素分异程度较高，轻稀土元素明显富集。石墨矿石和围岩样品都具有δEu和δCe负异常。
![]()
图 6 库井沟石墨矿石与围岩稀土元素配分模式Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns of ore and host rock in Kujinggou graphite deposit矿石中石墨样品的δ13C值变化很小，5个样品的δ13C值为−24.3‰～−24.0‰（表5）。
表 5 库井沟石墨矿床矿石碳同位素组成测试结果Table 5. Carbon isotope compositions of graphite ores in the Kujinggou deposit序号 样品岩性 δ13C（‰） 1 含石墨碳质板岩 −24.0 2 含石墨碳质板岩 −24.3 3 含石墨碳质板岩 −24.3 4 含石墨碳质板岩 −24.3 5 含石墨碳质板岩 −24.2 5. 讨论
5.1 原岩性质与沉积环境
前人对宁夏卫宁北山石炭纪地层进行过沉积环境研究，认为该区石炭纪—早二叠世早期地层形成于基底坳陷下沉、盆地范围不断扩大的构造背景，臭牛沟组岩性以陆源碎屑岩和碳酸盐岩为主（李红霞等，2016；中国区域地质志·宁夏志，2018）。本次研究的石墨矿体产出在碳质板岩中，明显保留沉积层序。石墨矿石和围岩样品显示出与典型变质沉积岩相似的主要元素地球化学特征，表现为低Si、低碱、烧矢量大。石墨矿石和围岩样品的微量元素测试数据表明Rb、Ba等大离子亲石元素较富集，Zr略微富集，Sr、Nb、Ti亏损明显（图5），显示出近海陆源碎屑物的特征。矿石、围岩中轻、重稀土元素分异明显，且二者都具有δEu和δCe负异常，与上地壳和PAAS的稀土元素配分模式相似，但是稀土元素总量低于上地壳和PAAS（图5）。在La/Yb-REE图解（图7）中，样品点全部落入沉积岩-钙质泥岩区域。
![]()
图 7 石墨矿石La/Yb-∑REE图解（底图据Allegre et al., 1978）Figure 7. La/Yb-∑REE diagram for the graphite oresBa、Sr含量可以较好地指示水体盐度变化（杨季华等，2020）。Sr与Ba化学性质相似，但是在溶液中Sr比Ba迁移能力强，淡水与海水相混合时，Ba易形成BaSO4沉淀，因此Sr/Ba值可以用于区分海相和陆相沉积环境，当Sr/Ba＜1，表明沉积岩为陆相沉积；当Sr/Ba＞1，表明沉积岩形成于海相环境（段威等，2020）。研究区石墨矿石的Sr/Ba值除一个值为1.06外，其余全部小于1，反映其原岩形成于陆相环境。在Sr-Ba图解（图8）中，全部样品落在半咸水区和咸水区，并且大部分数据点围绕现代三角洲半咸水黏土区范围边缘分布。变价元素（如V、Cr、Co、Ni）的溶解度随氧化还原条件发生改变为改变，因此，这些元素的含量可以反演古海洋的氧化还原条件，如Ni/Co＞7、V/Cr＞4.5时，均指示缺氧还原环境（程仕俊等，2021）。库井沟石墨矿床石墨矿石的Ni/Co值为1.2～2.2，V/Cr值为0.3～1.1，指示石墨矿石的原岩形成于相对氧化的沉积环境。Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）值m可以指示沉积岩形成的大地构造环境，当m为0.6～0.9时指示大陆边缘环境，m为0.4～0.7时指示远洋深海环境，m为0.1～0.4时指示洋脊海岭环境。库井沟石墨矿床的Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）值为0.42～0.86，平均为0.73，接近于大陆边缘环境下Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）值（0.6～0.9）。
![]()
图 8 石墨矿石Ba-Sr图解（底图据王仁民等，1986）Ⅰ.现代三角洲半咸水黏土区；Ⅱ.太平洋远洋沉积物区；Ⅲ.俄罗斯台地不同年代海相碳酸盐岩区；Ⅳ.现代高咸水沉积物区Figure 8. Ba-Sr diagram for the graphite ores因此，推测矿区矿体原岩沉积于大陆边缘的滨浅海，沉积微环境相对氧化，沉积时水体盐度较低，并混合有不均匀的咸水–半咸水。
5.2 碳质来源
石墨C同位素被广泛用于约束石墨物质来源。形成石墨的碳主要来自：①有机物；②碳酸盐岩；③地幔碳。其中有机物的C同位素值介于−17‰～−40‰，集中于−26‰～−28‰范围内（Schidlowski, 1987, 2001; Hoefs, 2009）；典型海洋碳酸盐的碳同位素值位于−2‰～＋4‰范围内（Sharp, 2007）；地幔碳的碳同位素值约为−7‰（Hahn-Weinheimer et al., 1981; Weis et al., 1981）（图9）。陈衍景等（2000）认为生物成因的有机碳和化学成因的无机碳都是华北石墨矿床中的物质来源，其对应不同的矿床成因类型。朱建江等（2021）认为，由富12C的有机物形成的石墨具有轻的C同位素组成特征，由富13C的碳酸盐或地幔碳形成的石墨具有重的C同位素组成特征，当富12C和富13C的两种流体混合时，形成的石墨的C同位素组成介于二者之间。
![]()
图 9 库井沟与不同地区石墨矿床及含碳物质的C同位素值特征对比（数据引自刘敬党等，2017）Figure 9. Carbon isotope compositions of graphite and carboniferous from Kujinggou and other regions库井沟石墨矿床的C同位素值变化很小，集中在−24.3‰～−24.0‰，靠近有机物C同位素的主要变化区间，暗示库井沟矿床中碳质来源主要为有机物，并掺杂部分无机碳。考虑到矿区内臭牛沟组为一套滨浅海相陆源碎屑岩–碳酸盐岩沉积组合，矿区外围也主要由奥陶系、志留系陆源碎屑岩和碳酸盐岩组成，地层中的碳酸盐岩在发生硅酸盐化蚀变过程中释放出的CO2可以参与到石墨结晶作用，从而作为无机碳的来源。区域上金场子金矿床碳酸盐矿物的C同位素组成特征也表明了沉积碳酸盐是必须的流体CO2来源之一（海连富等，2021）。
5.3 矿床成因
岩石中的石墨可以由有机质通过变质作用生成，也可以在一定的温压条件下从碳过饱和的C-H-O流体中结晶析出（Luque et al., 1998; Zhu et al., 2020；张艳飞等，2020b）。库井沟石墨矿床赋存于下石炭统臭牛沟组的浅变质岩中，矿体空间展布严格受地层产状制约，主要呈层状、似层状和透镜体状产于碳质板岩中，与围岩产状近于一致，矿石仍显示出一定的原生沉积特征。赋矿地层臭牛沟组形成于海进作用过程（与地质历史上气候变暖有关），富含动植物化石（宁夏区域地质志，2018），形成碳质的初始富集。区域构造运动为有机碳质成分的石墨化提供了合适的地质环境条件。印支期造山作用活化了先成的断裂构造，并使区域地层进一步挤压变形，原岩中的有机质在区域变质作用过程中发生脱氧、脱氢的还原反应形成碳氢化合物，此外碳酸盐岩发生硅酸盐化蚀变释放CO2，两者易于结合发生氧化还原反应生成石墨。库井沟石墨矿床中鳞片状石墨在围岩中均匀分布，矿石中固定碳含量变化稳定，表明石墨晶体形成后没有发生大范围迁移，而是在进变质作用过程中，在原地重结晶形成粒度更大的鳞片状石墨晶体或集合体。由于区域变质程度不高，臭泥沟组的变质变形程度较弱，导致释放的CO2少，石墨结晶时间短，因此石墨的13C值更靠近有机物的13C值主要变化区间。
6. 结论
（1）库井沟石墨矿床中矿石类型以含石墨碳质板岩为主，石墨矿石的主量元素特征为低Si、低碱、烧矢量大，指示原岩为一套滨浅海相陆源碎屑岩–碳酸盐岩沉积组合。原岩沉积时的沉积微环境相对氧化，沉积时水体介质性质主要为盐度较低、混合不均匀的咸水–半咸水。
（2）库井沟石墨矿床的碳同位素值变化很小，集中在−24.3‰～−24.0‰，碳质来源主要为有机碳。
（3）库井沟矿床赋存于石炭系臭牛沟组变质岩系中，属典型的区域变质型石墨矿床，沉积作用形成碳质的初始富集，区域变质作用造成晶质石墨的富集。
-
![]()
图 1 木哈塔依锰矿一带区域地质图（a）与研究区位置（b）（据田亚洲等，2015）
1.第四系；2.白垩系；3.侏罗系；4.三叠系；5.下石炭统希贝库拉斯组；6.下石炭统包古图组；7.上泥盆统—下石炭统太勒古拉组；8.泥盆系；9.超基性岩；10.晚石炭世花岗岩
Figure 1. Fig. 1 (a) Regional geological map of the Muhatayi manganese mine area and (b) Location of the research area
![]()
图 2 木哈塔依锰矿矿区地质图
1.第四系；2.包古图组第四段；3.希贝库拉斯组第一段；4.硅质岩岩块；5.混杂岩基质；6.灰黑色粉砂岩；7.灰黑色、灰绿色硅质凝灰岩；8.灰黑色火山角砾岩；9.混杂岩；10.实测断层及编号；11.推测断层及编号；12.地质界线；13.锰矿（化）体；14.锰矿化带；15.产状；16.探槽及编号；17.钻孔及编号
Figure 2. Geological map of Muhatayi manganese mine area
![]()
图 3 探槽中蚀变带特征（a）及逆断层构造特征（b）
Figure 3. (a) Characteristics of the alteration zone in the exploration trench and (b) characteristics of the reverse fault structure
![]()
图 4 矿区地表构造形态特征示意图
Figure 4. Schematic diagram of surface structural features in the mining area
![]()
图 5 物相样品采样位置（a、b、c）及探槽（a、b）和钻孔（d、e）中锰矿石照片
Figure 5. (a, b, c) Photos of manganese ore in sampling locations and (a, b) exploration slots and (d, e) boreholes of the physical phase samples
![]()
图 6 锰矿石镜下照片
a.硬锰矿和软锰矿（−）；b.板状软锰矿（−）；c.胶状环带状硬锰矿（−）；d.脉状菱锰矿（−）；e、f.角砾状构造（+）
Figure 6. Photos of manganese ore in exploration trenches and boreholes
![]()
图 9 探槽光片激光拉曼测试结果
Figure 9. Laser Raman test results of groove exploration optical plate
表 1 木哈塔依矿区锰物相测试结果（%）
Table 1 Manganese phase testing results in the Muhatayi mining area (%)
序号 送检编号 碳酸锰 软锰矿中锰 含锰赤铁矿中锰 硅酸盐中锰 对应基本分析结果 TFe Mn SiO2 S 1 wx1 0.74 0.14 33.46 0.21 4.64 4.69 79.18 0.68 2 wx2 1.07 0.14 43.15 0.37 5.06 36.01 17.59 0.57 3 wx3 10.51 0.06 1.14 3.03 / 19.83 / / 
下载: 导出CSV
-
晁文迪, 陈贺起, 张振福, 等. “蛇绿岩型”锰矿——一种新类型锰矿床[A]. 中国矿物岩石地球化学学会矿床地球化学专业委员会. 第十届全国成矿理论与找矿方法学术讨论会论文摘要集[C].2023. CHAO Wendi, CHEN Heqi, ZHANG Zhenfu, et al. "Ophiolite type" manganese deposit - a new type of manganese deposit [A]. Summary of papers from the 10th National Symposium on Metallogenic Theory and Exploration Methods of the Mineral and Rock Geochemistry Professional Committee of the Chinese Society of Mineral and Rock Geochemistry[C]. 2023.
陈登辉, 隋清霖, 郭周平, 等. 西昆仑玛尔坎苏地区穆呼锰矿含锰岩系沉积环境——来自䗴类化石及碳酸盐岩碳、氧、锶同位素证据[J]. 西北地质, 2022, 55（2）: 1−13. CHEN Denghui, SUI Qinglin, GUO Zhouping, et al. Sedimentary Environment of Mn-bearing Carbonate from the Muhu Manganese Deposit in Malkansu, West Kunlun: Evidences from Fusulinids and C-O-Sr Isotopes[J]. Northwestern Geology,2022,55(2):1−13.
陈佳, 董树义, 张自贤, 等. 重庆高燕锰矿床含锰碳酸盐岩化学成分标型特征[J]. 成都理工大学学报(自然科学版), 2022, 49(2): 239−248. CHEN Jia, DONG Shuyi, ZHANG Zixian, et al. Typomorphic characteristics of chemical composition of Mn-bearing carbonaterocks from Gaoyan manganese deposit, Chongqing, China[J]. Journal of Chengdu University of Technology (Science & Technology Edition), 2022, 49(2): 239−248.
丛源, 董庆吉, 肖克炎, 等. 中国锰矿资源特征及潜力预测[J]. 地学前缘, 2018, 25（3）: 118−137. CONG Yuan, DONG Qingji, XIAO Keyan, et al. Characteristics and predicted potential of Mn resources in China[J]. Earth Science Frontiers,2018,25(3):118−137.
丁建华, 邢树文, 肖克炎, 等. 阿尔泰-准噶尔北缘铬铁矿-Cu-Au-Pb-Zn-Ni成矿带主要成矿地质特征及潜力分析[J]. 地质学报, 2016, 90（7）: 1334−1352. doi: 10.3969/j.issn.0001-5717.2016.07.006 DING Jianhua, XING Shuwen, XIAO Keyan, et al. Geological Characteristics and Resource Potenial Analysis of the Altay-North Junggar Chromite-Cu-Au-Pb-Zn-Ni Metallogenic Belt[J]. Acta Geologica Sinica,2016,90(7):1334−1352. doi: 10.3969/j.issn.0001-5717.2016.07.006
高永宝, 滕家欣, 陈登辉, 等. 新疆西昆仑玛尔坎苏锰矿带成矿地质特征及找矿方向[J]. 西北地质, 2017, 50（1）: 261−269. doi: 10.3969/j.issn.1009-6248.2017.01.022 GAO Yongbao, TENG Jiaxin, CHEN Denghui, et al. Metallogenic Geological Characteristics and Prospecting Direction of Maerkansu Manganese Ore Belt in West Kunlun, Xinjiang[J]. Northwestern Geology,2017,50(1):261−269. doi: 10.3969/j.issn.1009-6248.2017.01.022
李理, 王国灿, 晏文博, 等. 西准噶尔克拉玛依后山地区不同方向劈理特征及其动力学背景[J]. 地球科学（中国地质大学学报）, 2015, 40（3）: 521−534. LI Li, WANG Guocan, YAN Wenbo, et al. Characteristics of Cleavages with Different Directions in Houshan Area of Karamay, Xinjiang, NW China and Their Geodynamic Backgroud[J]. Journal of Earth Science,2015,40(3):521−534.
覃建华, 李永军, 王盼龙, 等. 西准噶尔乌尔禾地区哈拉阿拉特组火山碎屑复理石的发现及地质意义[J]. 西北地质, 2022, 55（3）: 274−285. QIN Jianhua, LI Yongjun, WANG Panlong, et al. The Discovery and Geological Significance of Pyroclastic Flysch of Hala'alate Formation in Urho Area of West Junggar[J]. Northwestern Geology,2022,55(3):274−285.
史建杰. 西准噶尔晚古生代洋陆转换和达拉布特断裂的演化历史[D]. 北京: 中国地质科学院, 2017. SHI Jianjie. The Late Paleozoic Ocean-continent Transformation and Darabut Fault Evolution History of the Western Junggar [D]. Beijing: Chinese Academy of Geological Sciences, 2017.
宋博, 许伟, 计文化, 等. 中亚造山带恩格尔乌苏蛇绿混杂岩中发现大洋型锰结核[J]. 中国地质, 2021, 48（4）: 1302−1303. doi: 10.12029/gc20210428 SONG Bo, XU Wei, JI Wenhua, et al. Discovery of oceanic manganese nodules in the Engelwusu ophiolitic mélange in the Central Asian Orogenic Belt[J]. Geology in China,2021,48(4):1302−1303. doi: 10.12029/gc20210428
宋永, 雍锦杰, 李世鑫, 等. 西准噶尔地区石炭纪残余洋盆充填演化的地层学记录[J]. 地层学杂志, 2022, 46（2）: 163−173. SONG Yong, YONG Jinjie, LI Shixin, et al. The Startigraphic Record of the Filling Evolution of the Carboniferous Residual Ocean Basin in the West Junggar area[J]. Journal of Stratigraphy,2022,46(2):163−173.
田亚洲, 杨经绥, 王云鹏, 等. 新疆西准噶尔木哈塔依蛇绿混杂岩年代学和地球化学研究及构造意义[J]. 中国地质, 2015, 42（2）: 379−395. doi: 10.3969/j.issn.1000-3657.2015.02.002 TIAN Yazhou, YANG Jingsui, WANG Yunpeng, et al. Geochronological and geochemical study of the Muhatayi ophiolitic mélange in West Junggar, Xinjiang, and its tectonic implication[J]. Geology in China,2015,42(2):379−395. doi: 10.3969/j.issn.1000-3657.2015.02.002
王国强, 陈隽璐, 计文化, 等. 西北地区基础地质调查回顾与展望(1962～2022)[J]. 西北地质, 2022, 55（3）: 28−43. WANG Guoqiang, CHEN Junlu, JI Wenhua, et al. Regional Geological Survey and Research of Northwest China from 1962 to 2022: Review and Prospect[J]. Northwestern Geology,2022,55(3):28−43.
吴楚, 董连慧, 周刚, 等. 西准噶尔古生代构造单元划分与构造演化[J]. 新疆地质, 2016, 34（3）: 302−311. doi: 10.3969/j.issn.1000-8845.2016.03.002 WU Chu, DONG Lianhui, ZHOU Gang, et al. Paleozoic Tectonic Units and Evolution of Western Junggar, CAOB[J]. Xinjiang Geology,2016,34(3):302−311. doi: 10.3969/j.issn.1000-8845.2016.03.002
杨高学. 西准噶尔古生代蛇绿混杂岩地质特征及其构造演化[D]. 西安: 长安大学, 2012. YANG Gaoxue. Geological characteristics and tectonic evolution of the Paleozoic ophiolitic mélange in the West Junggar [D]. Xi’an: Chang'an University, 2012.
杨晓东. 新疆红柳沟锰矿地质特征与成矿机理研究[J]. 中国锰业, 2016, 34（3）: 19−22. YANG Xiaodong. Research on Hongliugou Geological Characteristics and Metallogenic Mechanism of Xinjiang Manganese Mine[J]. China's Manganese Industry,2016,34(3):19−22.
尹继元, 袁超, 王毓婧, 等. 新疆西准噶尔晚古生代大地构造演化的岩浆活动记录[J]. 大地构造与成矿学, 2011, 35（2）: 278−291. doi: 10.3969/j.issn.1001-1552.2011.02.013 YIN Jiyuan, YUAN Chao, WANG Yujing, et al. Magmatic records on the Late Paleozoic Tectonic Evolution of Western Junggar, Xinjiang[J]. Geotectonica et Metallogenia,2011,35(2):278−291. doi: 10.3969/j.issn.1001-1552.2011.02.013
张洪瑞, 侯增谦. 伊朗扎格罗斯造山带构造演化与成矿[J]. 地质学报, 2015, 89（9）: 1560−1572. doi: 10.3969/j.issn.0001-5717.2015.09.002 ZHANG Hongrui, HOU Zengqian. Tectonic Evolution and Metallogeny of Zagros, Iran[J]. Acta Geologica Sinica,2015,89(9):1560−1572. doi: 10.3969/j.issn.0001-5717.2015.09.002
张文璟, 王利伟, 晁文迪, 等. 西准噶尔木哈塔依沉积变质型锰矿地质特征及成因研究[J]. 新疆地质, 2023, 41（S1）: 38. ZHANG Wenjing, WANG Liwei, CHAO Wendi, et al. Geological characteristics and genesis of sedimentary metamorphic manganese deposits in Muhatayi, Western Junggar[J]. Xinjiang Geology,2023,41(S1):38.
Rajabzadeh A M , Haddad F , Polgári M , et al. Investigation on the role of microorganisms in manganese mineralization from Abadeh-Tashk area, Fars Province, southwestern Iran by using petrographic and geochemical data [J]. Ore Geology Reviews, 2017, 80.
计量
- 文章访问数: 166
- HTML全文浏览量: 26
- PDF下载量: 100
