新疆锰矿主要分布在西天山成矿带和西昆仑成矿带。西天山成矿带典型锰矿床有莫托萨拉、卡郎古尔和加曼台，主要产于石炭系海相碎屑岩地层中，成矿时代以石炭纪、泥盆纪为主。西昆仑成矿带典型锰矿床有奥尔托喀讷什、穆呼、玛尔坎土等，类型为海相沉积型（高永宝等，2017；丛源等，2018；陈登辉等，2022；王国强等，2022）。

准噶尔地区位于中亚造山带的腹地，受北部西伯利亚板块、南部塔里木板块和西部哈萨克斯坦板块的共同作用，是中亚造山带的重要组成部分（田亚洲，2015）。区内成矿作用主要与火山及岩浆热液作用有关，主要矿产为铜、铁、金，其次为铀、铍、钨、钼、硫铁矿等，矿床类型主要为斑岩型铜钼矿、蛇绿岩型铬铁矿、火山岩型铍金矿等（丁建华等，2016）。

综上所述，不论从新疆锰矿的空间分布，还是从准噶尔地区的矿产分布特征来看，北疆地区暂未发现工业锰矿床。因此，本次在西准噶尔地区新发现的木哈塔依锰矿具有重要的研究价值，一是其填补了北疆鲜有锰矿发现的事实；二是其赋存于蛇绿混杂岩中，在国内较为少见，其矿物学特征、成矿物质来源和成矿机制尚不清楚，限制了对该类型锰矿床的认识。本次拟通过矿床地质特征、矿物学特征研究，探讨其成因及找矿前景。

1.   成矿地质背景

木哈塔依锰矿位于托里县铁厂沟镇东45 km，大地构造位置处于唐巴勒–卡拉麦里古生代复合沟弧带，成矿带属唐巴勒–卡拉麦里Cr-Cu-Au-Sn-硫铁矿-石墨-石棉-水晶三级成矿带中。

矿区所在的西准噶尔地区位于中亚造山带西南缘，在古生代特别是晚古生代经历了复杂的洋陆转换过程（尹继元等，2011；杨高学，2012；吴楚等，2016；史建杰等，2017）。区内残留有EW向和NE向蛇绿构造混杂岩系和古大陆边缘的增生体系，岩石地层系统复杂。古生代洋陆转化过程及后期陆内演化过程中，产生了包括古洋盆、洋岛、岛弧等不同构造背景下强烈的岩浆活动和构造活动，形成了区内复杂的火山岩和侵入岩体系，多期次的构造变形及叠加改造也造就了区内复杂的构造变形特征，形成了区内多类型的金属和非金属矿产（张文璟等，2023）。

区域未见古老变质基底出露，主要发育石炭系地层（图1），此外还有少量泥盆系、三叠系、侏罗系、白垩系分布。石炭系主要有希贝库拉斯组（C₁xb）、包古图组（C₁b）、太勒古拉组（D₃-C₁t）。区域构造主要为NE向断裂构造。石炭系作为区域挤压造山作用的产物，整体变形强烈，褶皱和劈理发育。中新生代地层产状近于水平，未发现较强烈褶皱。达拉布特断裂是区域规模最大、地表特征最明显的断裂构造，整体延伸超过100 km。

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

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区域内发育大量晚古生代中酸性侵入体和中基性侵入体。中酸性侵入体可以分为两类，一类为深成相的巨大花岗岩基，主要包括阿克巴斯套和红山岩体;另一类为浅成相的岩株和岩枝，以包古图地区的数个小岩体为代表。中基性侵入体侵位于晚古生代地层和花岗质侵入体中，往往平行排列，与区域主断裂展布一致，在空间上构成规模巨大的岩墙群。

达拉布特蛇绿岩带沿NW陡倾的达拉布特断裂带北侧分布，自北向南分布有木哈塔依、鲸鱼、萨尔托海、达拉布特、科果拉、坎土拜客、库朗库多克、苏鲁乔克、阿克巴斯套及阿音那巴斯套10个蛇绿混杂岩体（图1）。木哈塔依蛇绿混杂岩位于达拉布特蛇绿岩带北东端，蛇绿岩组合包括蛇纹石化方辉橄榄岩、玄武岩和硅质岩，蛇绿岩中侵入有辉长岩脉。田亚洲等（2015）对其开展了详细的岩石地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究：玄武岩和辉长岩均为低钾拉斑玄武岩系列，轻稀土富集，微量元素Ba、U、K、La、Ce等LILE相对富集，Nb、Ta、Th等HFSE相对亏损，认为蛇绿岩形成于弧后盆地。玄武岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb同位素年龄为(392.5±2.9) Ma，代表蛇绿岩形成年龄。玄武岩锆石Ɛ_Hf（t）值为+12.2～+15.1，Hf同位素地幔模式年龄407～543 Ma与锆石形成年龄相近，指示玄武岩直接来源于亏损地幔。达拉布特蛇绿岩所代表的西准噶尔洋盆为准噶尔洋NW俯冲形成的弧后盆地，洋盆在中志留世就已经存在并开始扩张，直到早石炭世洋盆依然存在，晚石炭世洋盆进入俯冲消减和闭合阶段。

2.   矿床地质特征

2.1   矿区地层

矿区位于木哈塔依蛇绿混杂岩带中，未发现外来带入岩块，整体仍以沉积地层为主，主要为下石炭统希贝库拉斯组及包古图组，二者之间为断层接触（图2）。希贝库拉斯组（C₁x）和包古图组（C₁b）均为一套深海-半深海火山碎屑沉积建造，主要为早石炭世多岛弧岩浆作用所形成的火山碎屑物质的搬运堆积及北侧剥蚀区物源的补给沉积而成。包古图组岩石组合为黑色薄层状凝灰岩、沉凝灰岩，发育灰岩、硅质岩透镜体。希贝库拉斯组以长石岩屑砂岩、含砾粗砂岩夹灰黑色沉凝灰岩为特征（宋永等，2022；覃建华等，2022）。锰矿体主要赋存于硅质岩和强硅化凝灰岩中。

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

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2.2   构造

区内构造作用强烈，断裂构造主要为压性断裂和压扭性断裂，构造线方向呈NE向、NW向、SN向等。NE向断层控制了矿区的构造格局，为主体构造方向（图2）。其中F3和F9断层为主要控矿构造，走向NE—NEE向，长约为2.5 km，西侧延伸出矿区。断裂带发育明显蚀变，主要为硅化、褐铁矿化，并有石英脉沿断裂带附近发育，石英脉两侧见锰矿化及碳酸盐化（图3）。断层主要为逆断层，断裂带具有铜、铅、锌、金、银、钨、锡、钼、砷多元素组合异常，异常线状展布，局部浓集特征明显。

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

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结合区域构造，将区内构造形迹分为3期（李理等，2015）。第一期以南部达拉布特及克拉玛依蛇绿岩为代表的洋盆闭合时（晚石炭世）由南向北强烈挤压形成的一系列褶皱，同时存在一定程度的右型走滑特征。褶皱形成后期，伴随着持续的挤压形成规模不等的逆冲推覆构造，矿区内存在但规模较小。

第二期近EW向劈理为区域性构造置换，其与西伯利亚板块向南推挤，陆内强烈挤压造山作用相关（二叠纪—三叠纪）。与其配套产出的有区域性走滑断裂，包括达拉布特断裂带再次活动。矿区南部断裂亦为左型走滑断层，南部含砾凝灰岩错位即为明显证据。该期构造为区内主构造，规模大小不等的岩块与基质在此期间形成，局部可见走滑期间形成的窗棱构造（图4）。锰矿化体主要产于硅质岩层中，地表氧化锰矿化带的分布与EW向构造密切相关。

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

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第三期为挤压后期应力松弛阶段（三叠纪），形成近SN向的张裂隙及规模不等的正断层。

2.3   脉岩

主要为石英脉，广泛分布于断裂两测，呈细脉-网脉状，走向有NE向、NW向和SN向。石英脉类型主要有含金石英脉、含铁石英脉、含锰石英脉及纯石英脉。

（1）含金石英脉：颜色为白、灰黄色、紫红色等，该类型石英脉两壁发育褐铁矿化薄膜，宽为0.3～3 cm。金可能赋存于褐铁矿化薄膜中，拣块样中局部Au品位为2.61 ×10⁻⁶。

（2）含锰石英脉：含锰石英脉主要呈近EW向，多呈白色，但中间夹杂有黑色氧化锰条带，脉宽一般为10～40 cm，大部分含锰石英脉中锰品位低于最低工业品位，但可作为地表氧化锰为热液成因的直接证据。

（3）纯石英脉：颜色为白色、烟灰色，该石英脉较纯，矿化不发育，脉宽约为30 cm，不含金。

2.4   矿体及矿石特征

2.4.1   矿体特征

地表锰矿化带规模较大，赋存于硅质岩中，沿75°方向展布，长为1300 m，沿走向方向厚度变化较大。东段厚度较大，矿脉显著增多，厚约为400 m；西段矿脉明显减少，平均厚5 m左右（图2）。

地表圈定15条氧化锰矿（化）体，锰矿（化）体厚度不一，最薄处仅为0.1 m，最厚处达3 m。整体较破碎，多数风化至粉末状，少量凝聚成块状。探槽中锰矿体受构造作用影响形态各异，大致可分为以下4类。

第一类顺构造岩片方向发育或与岩片同步褶皱，厚约为0.2～0.3 m。品位较高，大部分为13%～20%，少数达到30%以上。

第二类与岩片斜交或与石英脉糅杂在一起，此类矿体无固定产状且厚度较小，多数为0.1～0.3 m，品位大部分约为10%，部分高者达到36%。

第三类是规模较大的锰矿体，多伴生有强硅化，氧化锰矿体淋滤凝聚成块状，规模最厚为3 m，这类矿体品位相对稳定，一般约为18%。

第四类是穿插于碳酸盐化、硫酸盐化蚀变中的锰矿体，黑色氧化锰矿体多呈细脉状分布，脉体大多数厚3 cm左右，因数量多可达到工业矿体，但品位较低。

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，具有寻找大型沉积型锰矿的潜力。矿体见矿孔深为128～150 m，真厚度为0.51～0.89 m，Mn品位为12.33%～21.41%，达到了贫锰矿的一般工业指标。矿体赋存于硅质岩中，呈角砾层状分布。角砾具有一定的成层性，其产状与硅质岩层产状一致，中轴夹角一般为30°～45°（图5d、图5e）。

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

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2.4.2   矿石特征

地表锰为氧化锰，按照其形态大致可分为两类，一类为凝聚为块状的氧化锰矿石，一类为粉末状矿石，块状锰矿石中硅质成分含量较高，粉末状锰矿石中硅质成分含量较低。氧化锰矿石中矿石矿物主要为硬锰矿和软锰矿（图6a～图6c），呈条带状和板状，硬锰矿还可见胶状环带状构造，脉石矿物主要为方解石和玉髓。

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

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钻孔中原生锰矿石主要为碳酸锰（图6d），呈裂隙状、脉状分布。矿石具角砾状结构（图6e、图6f），由角砾和半透明锰质矿物组成，镜下可见数条互相交叉裂隙，绝大部分充填微晶、细晶方解石，个别被铁质矿物充填，已经铁染为褐红色；角砾多呈次圆状，粒径约为2～16 mm，由隐晶玉髓和泥晶–微晶方解石组成，隐晶玉髓分布中间，方解石分布边部包裹玉髓，角砾之间被黑红色半透明锰质矿物胶结。

3.   矿物学特征研究

3.1   锰物相分析

本次共采集了3件物相样品（图5），wx1和wx2采自探槽中的含锰硅质岩，wx3采自钻孔中的含锰硅质角砾岩，采样孔深135 m。

物相分析在中国冶金地质总局西北地质勘查院酒泉测试中心完成，测试结果见表1。锰物相测试结果表明，地表锰矿石主要为含锰赤铁矿中锰，占比超96%，且与Mn品位呈正相关；钻孔锰矿石主要为碳酸锰，占比71%，次为硅酸盐中锰。

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	/	/

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3.2   能谱分析

虽物相结果显示深部锰矿物主要为碳酸锰，但碳酸锰的赋存状态未知。选择wx3-1光片（图5d手标本制备）进行测试分析，目的是查明碳酸锰的赋存状态。光片wx3-1采自钻孔ZK1601，采样孔深为135 m，基本分析结果显示其Mn品位19.83%。

测试在西北有色地质研究院测试中心完成。样品为光片，对其进行抛光、镀碳，测试设备为EDAX TSL电子背散射衍射（EBSD）检测器，扫描电子显微镜为Qunata 650型号，利用25 kV加速电压和100 nA的电子束电流获得定量线扫描。电镜的高能电子束打在样品上产生特征X射线，该射线被能谱仪探测器检测到并通过系统转化成能谱，根据谱峰的位置就可以确定元素的种类，根据谱峰的强度可以确定其含量（图7）。

图  7  wx3-1光片电子背散射衍射分析结果

Figure  7.  EBSD analysis results of wx3-1 optical plate

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wx3-1能谱分析结果表明，碳酸锰主要赋存于构造裂隙中，裂隙宽为10～200 μm。裂隙两侧的亮白色颗粒为赤铁矿中的锰（图7c），大小约为2～10 μm。

3.3   激光拉曼分析

碳酸锰状态的锰矿物除菱锰矿外，尚有锰方解石、锰白云石、锰菱铁矿等，为进一步确定碳酸锰矿物组成，继续对采自ZK1601孔深135 m处光片wx3-1进行了激光拉曼测试，主要目的是为了确定图7中碳酸盐细脉的具体矿物成分。

测试在长安大学成矿作用及其动力学实验室完成。测试条件：使用HORIBA LabRam Evolution 800大型激光拉曼光谱仪，激发波长为532 nm，50倍物镜，光谱累积次数3次。测试结果如图8所示。

图  8  钻孔光片激光拉曼测试结果

Figure  8.  Laser Raman testing results of drilling optical plates

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wx3-1测试结果表明，细脉中多数矿物为菱锰矿，其拉曼光谱与数据库中宝石级别菱锰矿（RTX#232）匹配度高达95.31%～97.91%。随机测试均得到相同结果，结合EBS分析结果，碳酸盐矿物为菱锰矿。细脉中除菱锰矿以外，还含有赤铁矿、磷灰石。

wx3-2中含锰矿物主要为蔷薇辉石及其变体锰三斜辉石。碳酸盐细脉中除菱锰矿外，有铁白云石存在。镜下可见蔷薇辉石与石英共生，两者共同构成团块状产出，未见蔷薇辉石以其他方式产出，未见与菱锰矿接触或交代等；镜下蔷薇辉石呈近自形板状柱状，浅褐色，正中突起；推测蔷薇辉石为后期热液与石英同时形成。

为进一步确认探槽中锰矿物的具体成分，及地表是否存在菱锰矿，对采自探槽的wx1光片样品开展了激光拉曼测试，测试结果见图9。

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

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图9显示，wx1-1中金属氧化物为磁铁矿，磁铁矿部分氧化为赤铁矿及其他三价铁氧化物，石英为主要硅酸盐矿物，未发现碳酸锰矿物。

4.   讨论

4.1   木哈塔依锰矿床成因

通过对地表探槽和深部钻孔中的锰矿石样品开展锰物相分析、能谱分析和激光拉曼分析，结合手标本和显微镜下光薄片鉴定特征，对其成因进行总结。①地表锰为氧化锰，主要为硬锰矿和软锰矿，能谱分析中还可见隐钾锰矿，硬锰矿可见胶状环带状构造。地表未发现碳酸锰。②深部锰为碳酸锰，主要为菱锰矿，少量为蔷薇辉石及其变体锰三斜辉石。菱锰矿全部位于构造细脉中。

恩格尔乌苏蛇绿混杂岩位于中亚造山带中段南缘，其N-MORB型枕状玄武岩和放射虫硅质岩等岩石组合中发现了菱锰矿和软锰矿（宋博等，2021）。Rajabzadeh等（2017）利用岩石学和地球化学数据研究微生物在伊朗西南部法尔斯省Abadeh-Tashk地区锰矿化中的作用，认为原生锰矿体与一系列铁微生物（MMPSS）一起出现，主要来源于海底扩展中心附近的热液喷流源，同时微生物对锰矿石的形成和富集起到促进作用。

结合区内沉积环境（深海-半深海火山碎屑-沉积建造），认为木哈塔依锰矿形成过程经历了两个阶段。①沉积成矿阶段。木哈塔依蛇绿岩形成于准噶尔洋NW俯冲形成的弧后盆地中，而后沉积了硅质岩、泥岩和碳酸盐岩。俯冲带附近热活动频繁，是极具活力的热液流体来源。木哈塔依原生锰矿属于硅-泥-锰含矿建造，锰质来源于海底热泉，同时受到微生物的富集和促进作用。②构造改造阶段：前文提到，晚石炭世以达拉布特蛇绿岩为代表的洋盆闭合由南向北挤压形成一系列褶皱，伴随着持续挤压形成规模不等的逆冲推覆构造。二叠纪至三叠纪，西伯利亚板块向南推挤，达拉布特断裂带再次活动，矿区内大小不等的岩块与基质在此期间形成。原沉积形成的含锰硅质岩经历洋盆闭合的逆冲推覆及陆内碰撞造山的挤压走滑，形成如今的锰矿格局。测试显示木哈塔依锰矿中菱锰矿主要赋存于热液细脉中，构造热液对含锰硅质岩进行了叠加改造，同时构造限制了含锰硅质岩的产出。木哈塔依锰矿属于沉积变质改造锰矿床中的热液叠加改造锰矿床。

4.2   木哈塔依锰矿找矿潜力

木哈塔依锰矿位于达拉布特蛇绿岩带的含锰硅质岩中，其找矿潜力限制于蛇绿岩及含锰硅质岩分布范围。

含锰硅质岩为深海–半深海相沉积岩，沉积稳定（陈佳等，2022）。地表颜色为黑色，深部表现为含杂色角砾硅质岩。矿区含锰硅质岩沿NE向被第四系覆盖，SW向延伸超过10 km，宽为1～2 km，厚度稳定。

该蛇绿岩带北起木哈塔依蛇绿岩，沿SW向一直延伸至阿音那巴斯套蛇绿岩，延伸超过70 km（图1），且断续有硅质岩出露。从含锰岩系的延伸来看，该带还有一定的找矿潜力。

矿区地表为氧化锰矿体，深部为碳酸锰矿体。通过岩矿鉴定及矿物学研究，认为地表氧化锰矿体为深部碳酸锰矿体氧化淋滤形成。目前深部碳酸锰矿体钻探控制较少，下未见底，表明深部碳酸锰矿体还有较好的找矿潜力。

4.3   蛇绿混杂岩中锰矿的找矿意义

以往关于蛇绿岩的研究中，研究者更多关注的是蛇绿岩在刻画造山带洋–陆演化格局中的构造意义，矿产方面局限于蛇绿岩中与超基性-基性岩有关的铬铁矿，而对与超基性-基性岩有成因联系的上覆远洋-深海沉积物关注较少。理论上来说，正常洋壳、弧前/弧后盆地和初始俯冲带的洋壳形成后均会沉降有远洋/深海沉积物，这种沉积物包括了硅质岩、泥岩和碳酸盐岩，而这也正是锰矿的主要产出岩系（晁文迪，2023）。

近年来，在蛇绿混杂岩中发现锰矿的报道越来越多，如日本侏罗纪增生杂岩中的锰结核、伊朗扎格罗斯造山带白垩纪蛇绿岩中的锰矿（张洪瑞等，2015）、中国新疆红柳沟–拉配泉蛇绿混杂岩带中的阔什布拉克锰矿（杨晓东，2016）等。

蛇绿混杂岩中的锰矿具一定的找矿前景，该类型矿床的研究搭建了研究现代沉积锰矿（如太平洋锰结核）与地质历史时期沉积锰矿的桥梁，有助于蛇绿岩形成和演化过程的相关研究，应予以关注（晁文迪，2023）。

5.   结论

（1）木哈塔依锰矿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。地表氧化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。深部发现的碳酸锰矿体品位较好，平均为17.95%，显示该区较好的找锰潜力。

（2）木哈塔依锰矿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，是西准噶尔地区首次发现该类型的锰矿。含锰岩系主要为一套硅质岩，深部表现为含杂色角砾硅质岩。

（3）地表锰为氧化锰，主要为硬锰矿和软锰矿，未发现碳酸锰；深部锰为碳酸锰，以菱锰矿为主，次为蔷薇辉石，菱锰矿赋存于构造热液细脉中。地表锰为碳酸锰氧化淋滤富集形成。

（4）蛇绿混杂岩中的锰矿具一定的找矿前景，该类型矿床的研究搭建了研究现代沉积锰矿（如太平洋锰结核）与地质历史时期沉积锰矿的桥梁，有助于蛇绿岩形成和演化的相关研究，应予以关注。