印尼西帝汶島錳礦地球化學(xué)特征及成因淺析

張忠明，邵宗良，杜茂韜，余 莉

(1.云南省有色地質(zhì)局三〇八隊(duì)，昆明，650217；2.云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局中心實(shí)驗(yàn)室，昆明，650000)

印度尼西亞—東努沙登加拉省西帝汶島錳礦分布于印度尼西亞?wèn)|部帝汶島內(nèi)，2007年以來(lái)采礦活動(dòng)昌盛，揭露大量錳礦露頭，礦石質(zhì)量較好，易采易選。島內(nèi)出露的含錳巖系分布面積較大，具有巨大的錳礦找礦潛力。隨著對(duì)錳礦成礦作用的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，海底熱水成礦說(shuō)，越來(lái)越受到重視，本文通過(guò)對(duì)西帝汶島錳礦石稀土元素等地球化學(xué)特征的分析，對(duì)其成因提出一些不成熟的看法。

1 地質(zhì)背景

印尼處于歐亞大陸板塊與太平洋大洋板塊、印度洋—澳大利亞板塊三大巨型板塊的結(jié)合部，由于晚古生代亞洲大陸板塊邊緣開始裂解，至中生代—現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)劇烈且頻繁，導(dǎo)致上述3個(gè)巨型板塊相互作用(碰撞、裂解、俯沖、擠壓、平移)，從而形成了現(xiàn)在印尼蘇門答臘(西南部)—爪哇—努沙登格拉(包括東帝汶)晚白堊世—現(xiàn)代火山島弧帶、菲律賓—加里曼丹東部—蘇拉威西—馬露姑火山島弧帶和伊利安查亞火山島弧帶(包括巴布亞新幾內(nèi)亞)，以及蘇門答臘島東北部、廖內(nèi)群島、林加島、勿里洞群島、加里曼丹島西部(包括馬來(lái)西亞、新加坡)的南亞大陸邊緣中、新生代火山帶[1](圖1)。

圖1 印度尼西亞大地構(gòu)造略圖

前人研究成果表明，由于澳大利亞大陸北移，“古帝汶”島弧與印度洋殼相撞，帝汶島逐年垂直隆升，其深海沉積物(粉砂巖和頁(yè)巖、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r、鈣質(zhì)燧石、頁(yè)巖、燧石巖、泥屑石灰?guī)r及錳質(zhì)巖石)也隆起成為帝汶島的組成巖石類型之一，深海沉積錳礦成為島內(nèi)主要礦產(chǎn)。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 含礦巖系特征

本礦區(qū)出露兩套含錳巖系，一是新近系博博納羅(Tmb)復(fù)合火山碎屑沉積巖復(fù)合體，巖性為白色，淺灰色，紫灰色碎屑灰?guī)r或淺黃色、淺灰色、淺褐色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r，夾紅色薄層狀泥巖，為主要含錳礦地層。二是白堊系下統(tǒng)(Kna)建造，巖性為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r、頁(yè)巖、鈣質(zhì)灰?guī)r，為次要含錳礦地層(圖2、圖3)。

由于西帝汶島新近系含錳巖系分布較廣，具有較大的找礦前景，因此本文將重點(diǎn)對(duì)新近系層位中錳礦進(jìn)行分析和討論。

圖2 印尼東努沙登加拉省西帝汶島含錳地層分布圖

圖3 印尼東努沙登加拉省西帝汶島地層劃分簡(jiǎn)圖

2.2 礦床(層)特征

錳礦產(chǎn)于新近系含錳巖系中，以水平層理為主，或有少量交錯(cuò)紋理。錳礦層呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與圍巖產(chǎn)狀基本一致(照片1-4)，順層產(chǎn)出。礦層常產(chǎn)在小旋回從碎屑巖到碳酸鹽巖的過(guò)渡帶。礦石具細(xì)粒集合體及鮞狀、球粒狀結(jié)構(gòu)，條帶狀、塊狀構(gòu)造。礦層呈夾層狀產(chǎn)于含錳巖系地層中，單層厚度較小，一般為3cm～5cm，礦層總厚度一般為0.2m～0.5m，但礦石質(zhì)量較好，單層含Mn30ω%～55ω%。

2.3 礦石特征

根據(jù)錳礦床礦石自然類型劃分標(biāo)準(zhǔn)：氧化率在30%為氧化礦，氧化率10～30%為混合礦，氧化率在10%以下為硅酸錳礦石。礦區(qū)礦石氧化率大部分在10%以下，局部在10%～40%，礦石主要以氧化錳礦石為主。地表氧化帶深1m～3m不等，其表生作用較強(qiáng)，具強(qiáng)褐鐵礦化。已查明礦石中有20余種礦物，大致可分為兩類：

碳酸錳礦物：菱錳礦、鈣菱錳礦、錳方解石、錳白云石等，占礦物總量45%～90%。

氧化錳礦物：主要以水錳礦、軟錳礦為主，其次為硬錳礦。水錳礦呈纖維狀、微晶粒狀，粒度小于0.03mm，顆粒之間緊密交織分布，少量水錳礦顆粒稍大，呈脈狀穿插分布。表生氧化的軟錳礦礦石為致密狀、條帶狀，并見針狀、放射狀晶體。

脈石礦物主要為方解石、白云石、石英，少量為鐵質(zhì)和泥質(zhì)。

3 元素地球化學(xué)特征

3.1 微量元素特征

對(duì)新近系錳礦體及其圍巖的樣品進(jìn)行了微量元素的含量分析，并將結(jié)果與上地殼元素豐度、大洋地殼豐度進(jìn)行對(duì)照(表1)。從表1中可以看出，Pb、Zn、Cu、Ni、Co、Sr、Ba、W、Mo、Sb、Cs等元素含量明顯富集，而且都高于圍巖含量，這可能以后期含礦熱液疊加作用有關(guān)。虧損的元素為Ga、Hf、In、Rb、Ta等。元素含量的特殊性和低Sr/Ba、Co/Ni比值，說(shuō)明礦石具有深源的特征[2]。礦石和圍巖中除含F(xiàn)e、Mn成礦元素外，Pb、Zn、Cu、Ni、Co、Ba、Sb等標(biāo)志性元素的富集，反映了熱水沉積的特點(diǎn)。

3.2 稀土元素特征

在礦區(qū)新近系中采集了塊狀薄層狀錳礦礦石和含礦圍巖兩種類型樣品進(jìn)行稀土分析，分析結(jié)果見表2。

從表2可以看出，礦區(qū)中含礦圍巖和錳礦石的稀土含量不高。圍巖中稀土總量(∑REE)90×10-6～110×10-6，平均為100×10-6；錳礦石中稀土總量(∑REE)140×10-6～170×10-6，平均為155×10-6，稀土分配模式近于呈平坦型(圖4)。

圍巖的LREE/HREE比值=1.80～1.90，平均1.85；δCe值為1.04～1.22，平均1.13；δEu值為0.67～0.68，平均0.675；Y/Ho值為35.20～35.24，平均35.22。錳礦石的LREE/HREE比值=5.71～7.94，平均6.82，屬于輕稀土富集型；δCe值為10.26～11.40，平均10.83；δEu值為0.67～0.68，平均0.675，圍巖與錳礦石表現(xiàn)出相似的銪虧損；Y/Ho值為18.46～18.49，平均18.47。

3.3 討論

3.3.1 稀土元素含量

圍巖的∑REE小于錳礦石的∑REE，分析認(rèn)為原因有兩種：一是錳礦石中的Mn2+相對(duì)于其他微量元素而言有較大的離子半徑，從而產(chǎn)生歧視效應(yīng)，這樣REE更容易替換Mn2+，而在錳礦石中富集；二是錳礦石結(jié)晶較晚，稀土元素更容易在殘余流體中相對(duì)富集，所以較晚結(jié)晶的錳礦石的稀土總量相對(duì)較高。

3.3.2 稀土元素分異特征

LREE/HREE比值反映了稀土元素的分異程度，這個(gè)數(shù)值越大，表明重稀土越虧損。圍巖的LREE/HREE比值小于錳礦石，這是因?yàn)殡m然稀土元素為不相容元素，但輕稀土的離子半徑相對(duì)較大，其離子電位小于3，地球化學(xué)性質(zhì)活潑，更易溶于水。而重稀土具有較高的離子電荷，離子電位大于3，相對(duì)于稀土而言，在固—液相共存時(shí)更趨向于保存在巖石中。由于錳礦石結(jié)晶較晚，重稀土優(yōu)先進(jìn)入固相，輕稀土趨向保存在流體中，所以錳礦石LREE/HREE比值大于圍巖。

表1 西帝汶島新近系中錳礦及圍巖微量元素分析結(jié)果表ω(B)/(×10-6)

續(xù) 表

測(cè)試單位：國(guó)土資源部昆明礦產(chǎn)資源監(jiān)督監(jiān)測(cè)中心。

3.3.3 δCe與δEu特征

在成礦流體中稀土元素主要以+3價(jià)離子存在，共同遷移或沉淀，但鈰比較特殊，除+3狀態(tài)外，在氧化條件下還可呈現(xiàn)+4價(jià)狀態(tài)，Ce+4很容易沉淀下來(lái)與其他稀土元素發(fā)生分離。此處圍巖和錳礦石的Ce均顯示較高的正異常，礦石中稀土元素特征可代表初始成礦流體中的稀土元素特征，可見，這種鈰的強(qiáng)富集特征暗示著初始成礦流體中就已經(jīng)富集了大量的Ce元素。

稀土元素中的Eu也比較特殊，他有Eu+3和Eu+2兩個(gè)價(jià)態(tài)。Eu+3與其他稀土元素性質(zhì)相似，而Eu+2和的性質(zhì)則不同，易與其他+3價(jià)離子發(fā)生分離，出現(xiàn)異常行為。圍巖和錳礦石中均出現(xiàn)Eu的虧損，說(shuō)明一部分Eu可能以Eu+2形式存在，其地球化學(xué)性質(zhì)十分活潑，并沒有與其他稀土元素一起進(jìn)入圍巖及錳礦石中沉淀，而是繼續(xù)溶解在流體中。Eu異?？梢苑从吵蓭r時(shí)候的氧化還原環(huán)境[3]，還原條件下，Eu+3才可能轉(zhuǎn)變?yōu)镋u+2。因此，圍巖和錳礦石中Eu的負(fù)異常暗示了相對(duì)還原的成礦環(huán)境。

表2 西帝汶島新近系中錳礦及圍巖稀土元素分析結(jié)果表(×10-6)

測(cè)試單位：國(guó)土資源部昆明礦產(chǎn)資源監(jiān)督監(jiān)測(cè)中心。

圖4 西帝汶島沉積型錳礦及圍巖稀土元素配分模式圖

3.3.4 Y與Ho特征

Y、Ho在自然界中一般以+3價(jià)存在，且離子半徑非常接近，這兩個(gè)元素在許多化學(xué)環(huán)境中具有相似的化學(xué)行為。如經(jīng)歷部分熔融或分離結(jié)晶的火成巖、洋中脊玄武巖以及一個(gè)沉積旋回內(nèi)的碎屑巖，都粗略保持球粒隕石Y/Ho的比值(在28左右)。而在含水溶液中Y/Ho卻不一定保持球粒隕石的比值，如南太平洋海水中Y/Ho為57[4]，與水作用有關(guān)的灰?guī)r、熱液成因的螢石等出現(xiàn)非球粒隕石Y/Ho的比值。

圍巖的Y/Ho值為35.20～35.24，平均35.22。錳礦石的Y/Ho值為18.46～18.49，平均18.48，小于28。研究表明，熱液錳礦石Y/Ho值小于球粒隕石的比值28。所以初步推斷，且帝汶島錳礦床具有熱液成因的特征。

從稀土元素的地球化學(xué)參數(shù)來(lái)看，錳礦石的Eu/Sm、Sm/Nd及δEu的平均值與洋殼的平均值接近，與大陸及大陸地殼的平均值相差較遠(yuǎn)，說(shuō)明錳礦石主要物源應(yīng)該來(lái)自洋殼[5]，而與陸殼關(guān)系不大。

4 結(jié) 論

由于澳大利亞大陸北移，“古帝汶”島弧與印度洋殼相撞，帝汶島逐年垂直隆升，其海相沉積物(粉砂巖和頁(yè)巖、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r、鈣質(zhì)燧石、頁(yè)巖、硅質(zhì)巖、泥屑石灰?guī)r及錳質(zhì)巖石)也隆起成為帝汶島的組成巖石類型之一。錳礦伴隨其中成為島內(nèi)主要礦產(chǎn)。從帝汶島錳礦產(chǎn)出的宏微觀特征可以看出，在新生代火山島弧帶，由于錳礦成礦背景的特殊性、成礦環(huán)境的變化性、構(gòu)造活動(dòng)的長(zhǎng)期性，決定了成礦活動(dòng)的持續(xù)性、礦床類型的多樣性、以及物質(zhì)組成的復(fù)雜性。

沉積錳礦分布在火山島弧帶—弧后盆地，現(xiàn)代海底攝像觀察發(fā)現(xiàn)有熱液活動(dòng)形成的煙囪堆積體，其表面有許多瘤狀小突起，彼此相連形成堆積體“脊”，并充填有黃綠色、黃褐色的物質(zhì)，往外變?yōu)楹诤稚镔|(zhì)。這些物質(zhì)均為熱液沉積物，且以Fe—Mn氧化物及硅酸鹽礦物為特征，其中Fe—Mn氧化物以赤鐵礦、褐鐵礦、鈉水錳礦、鋇鎂錳礦為主，硅酸鹽礦物為鐵蒙脫石、綠泥石等礦物。火山島弧帶作為熱水溶液的循環(huán)通道，控制著熱水沉積物的發(fā)育。

新近系含錳巖系中含大量硅質(zhì)層，錳礦呈層狀、似層狀、透鏡狀，整合產(chǎn)出并與地層同步褶皺，礦石具塊狀構(gòu)造和較為發(fā)育的條帶狀構(gòu)造，沉積特征明顯，成礦作用可能為海底熱液成礦。綜上所述該錳礦床為半深?！詈：i建造，海相沉積型錳礦床，由海底熱水熱液作用形成。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]云南省有色地質(zhì)局三〇八隊(duì).印度尼西亞?wèn)|努沙登加拉省西帝汶島錳礦資源地質(zhì)調(diào)查與評(píng)價(jià)工作報(bào)告[R].2012.

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