重慶高燕含錳巖系地質(zhì)地球化學(xué)特征及意義

張 俊 朱明忠 李余生 吳信雍 張自賢(.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 60059；.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局05地質(zhì)隊(duì)，重慶 永川 4060)

重慶高燕含錳巖系地質(zhì)地球化學(xué)特征及意義

張 俊1朱明忠2李余生1吳信雍1張自賢2(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；2.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局205地質(zhì)隊(duì)，重慶 永川 402160)

以重慶市城口縣高燕錳礦為研究對(duì)象，對(duì)ZK127-7#鉆孔進(jìn)行巖心編錄，揭露的地層由上到下依次為第四系堆積物、震旦系上統(tǒng)燈影組(5-1段)，震旦系下統(tǒng)陡山沱組2段,錳礦主要賦存于陡山沱組頂部，嚴(yán)格受地層產(chǎn)出控制。對(duì)含錳巖系進(jìn)行系統(tǒng)采樣，測(cè)試了包括Mn、Fe、P、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、LOI共8個(gè)指標(biāo)。結(jié)果表明，各組分含量差異較大，SiO2與Al2O3、Fe的含量分布形態(tài)一致，CaO、MgO、LOI含量分布形態(tài)則與其相反；相關(guān)性分析結(jié)果印證了各主分含量的一致性和差異性；Mn/Fe、SiO2/Al2O3、Al/(Al+Fe+Mn)值表明，含錳巖系中的Mn在富集成礦過(guò)程中存在與Fe分離的現(xiàn)象，錳礦層形成于相對(duì)潮濕的氣候環(huán)境中，且形成過(guò)程中有熱水注入。

高燕錳礦 含錳巖系 相關(guān)性分析 地質(zhì)地球化學(xué)特征

為了加快推進(jìn)找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)，國(guó)土資源部于2013年在全國(guó)設(shè)立了第3批31片整裝勘查區(qū)，重慶市城口縣高燕錳礦區(qū)名列其中，這對(duì)該區(qū)錳礦資源的勘探和開(kāi)發(fā)具有重要意義。城口“高燕式”錳礦歷來(lái)為專(zhuān)家學(xué)者關(guān)注，在錳礦床地質(zhì)特征、礦床成因、工藝礦物學(xué)、儲(chǔ)量估算等方面誕生了一系列的研究成果[1-5]。該地區(qū)錳礦主要賦礦層位為震旦系陡山沱組頂部，嚴(yán)格受地層產(chǎn)出的控制。通過(guò)對(duì)陡山沱組含錳巖系進(jìn)行系統(tǒng)采樣，探討其主要元素的地質(zhì)地球化學(xué)特征，為錳礦的勘探開(kāi)發(fā)提供參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位于秦祁造山系與揚(yáng)子陸塊區(qū)上揚(yáng)子陸塊北部被動(dòng)邊緣褶沖帶—城口基地逆沖帶系的接合部位，在地層分區(qū)上，屬揚(yáng)子地層區(qū)城口小區(qū)。城口—高燕—修齊復(fù)式向斜為區(qū)域主體構(gòu)造，整體呈NW310°弧形延伸，北側(cè)為城巴斷裂帶，南側(cè)為烏(龍)—坪(壩)斷裂帶；次級(jí)構(gòu)造坪壩—修齊扭沖性斷裂呈NWW向延伸，長(zhǎng)約40 km，斷面傾向NE，傾角60°～70°，該斷裂將城口—高燕—修齊復(fù)式向斜斜切錯(cuò)斷，南盤(pán)向西使震旦系地層錯(cuò)動(dòng)約8 km。文中研究區(qū)域位于重慶市城口縣高燕鄉(xiāng)(E108°35′23″～108°36′29″，N31°56′02″～31°57′04″)，區(qū)內(nèi)由老到新依次出露為南華系上統(tǒng)明月組(Nh2my)、震旦系觀音崖組(Z1g)、陡山沱組(Z1ds)、燈影組(Z2d)以及寒武系地層。城口錳礦帶位于大巴山錳礦帶南東段，長(zhǎng)約30 km，寬2～7 km，包括高燕、大渡溪、修齊3個(gè)錳礦區(qū)及明月、沱溪河2個(gè)錳礦點(diǎn)。高燕錳礦區(qū)位于城口—高燕—修齊復(fù)式向斜槽部近北東翼，錳礦賦存于陡山沱組頂部，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，坪壩—修齊扭沖性斷裂控制了含錳巖系陡山沱組的展布，也間接控制了錳礦層的空間分布，現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的錳礦體大多沿坪壩—修齊斷裂展布。

2 含錳巖系地質(zhì)特征

目前城口地區(qū)127勘探線(xiàn)布置的9個(gè)鉆孔所揭露的地層主要為第四系堆積物、震旦系上統(tǒng)燈影組，震旦系下統(tǒng)陡山沱組。127-7#鉆井深度為720.44 m，揭露的地層有陡山沱組2段、燈影組1-5段，主要巖性為灰?guī)r、(硅質(zhì))白云巖、硅質(zhì)巖、頁(yè)巖及部分第四系堆積物。鉆井在696.51 m處見(jiàn)礦，礦體厚度約1.11 m，Mn品位為20.11%，屬I(mǎi)II礦段主礦層。

3 采樣及數(shù)據(jù)分析

按不同巖(礦)石類(lèi)型、構(gòu)造和礦化均勻程度分別劃段采樣，采集巖心樣品17件，每件樣品長(zhǎng)度不超過(guò)1.5 m，測(cè)試了Mn、Fe、P、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、LOI(燒失量，由CO2、H2O、有機(jī)質(zhì)組成)等8個(gè)指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 高燕礦區(qū)含錳巖系的主量元素含量Table 1 Major element contents of manganese rock series in Gaoyan mining area

由表1可知，8種組分的含量差異較大，其中，SiO2含量為為8.14%～56.42%(平均31.92%)，LOI為10.30%～42.33%(平均26.67%)，CaO含量為3.61%～25.89%(平均12.94%)，MgO含量為2.90%～18.00%(平均8.99%)，含量相對(duì)較高；其他組分P、Fe、Al2O3的含量較低，Mn含量為0.05%～25.50%(平均3.06%)，P含量為0.001%～0.210%(平均0.067%)，兩者在不同巖性中的含量差異最大。

4 結(jié)果分析與討論

4.1 元素含量分布特征

由于巖性、構(gòu)造特征差異，Mn在H4、H5樣品中含量最高，分別為25.50%、16.02%，而在其他樣段的含量均較低；CaO與MgO、LOI含量分布形態(tài)基本一致，表明兩者之間有一定的相關(guān)性，同樣，SiO2與Al2O3、Fe的含量分布形態(tài)也呈現(xiàn)出類(lèi)似的規(guī)律，但與CaO、MgO相反。元素含量分布形態(tài)的一致性和差異性，暗示了其在成礦作用過(guò)程中具有某些特殊的地球化學(xué)特征。

4.2 相關(guān)性分析

為了探究各元素的富集機(jī)制及相依存關(guān)系，對(duì)各元素進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，Mn與P存在一定的相關(guān)性，與其他元素相關(guān)性不明顯；P與其他元素均有很好的相關(guān)性，與CaO與MgO為顯著負(fù)相關(guān)，CaO與MgO之間為顯著性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.967；SiO2與Al2O3、Fe的相關(guān)性系數(shù)分別為0.957、0.826，F(xiàn)e與Al2O3的相關(guān)性系數(shù)為0.928，均為顯著性相關(guān)；SiO2、Al2O3與CaO、MgO為顯著負(fù)相關(guān)。元素間的相關(guān)性系數(shù)可以從各組分的相關(guān)密切程度的角度證實(shí)元素地球化學(xué)行為的差異性與一致性。

表2 高燕礦區(qū)含錳巖系的主量元素相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient of major elements of manganse rock series in Gaoyan mining area

注：*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

4.3 元素比值法分析

元素比值法能夠克服因研究對(duì)象中元素的豐度變化范圍太大而看似無(wú)規(guī)律可循的缺點(diǎn)，把研究對(duì)象內(nèi)部的規(guī)律性靈敏、清晰地表現(xiàn)出來(lái)[6-10]。因此，采用該方法對(duì)區(qū)內(nèi)含錳巖系的沉積環(huán)境、物源進(jìn)行地球化學(xué)示蹤。

4.3.1 Mn/Fe

含錳巖系中Mn/Fe值為0.012～22.973，在礦層值最大，圍巖中相對(duì)要低，說(shuō)明Mn在富集成礦過(guò)程中與Fe會(huì)發(fā)生分異，可能與沉積環(huán)境的酸堿度有關(guān)。Mn/Fe值主要與其地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，在潮濕的環(huán)境中，F(xiàn)e易以Fe(OH)3膠體快速沉積，因而Fe的化合物易于在濱?；螂x岸近的地區(qū)聚集。而Mn在干旱環(huán)境中含量比較高，在相對(duì)潮濕的環(huán)境中含量較低，且Mn2+能在溶液中比較穩(wěn)定地存在，能在距離海岸較遠(yuǎn)的地區(qū)，甚至在洋底聚集[11]。因而沉積物中Mn/Fe的高值對(duì)應(yīng)離岸較遠(yuǎn)、溫濕氣候的沉積環(huán)境，而低值則是離岸較近、干熱氣候的反映。因此，含錳巖系中錳礦石，是在離岸距離較遠(yuǎn)、相對(duì)潮濕的沉積環(huán)境中形成的。

4.3.2 SiO2/Al2O3

陸殼中SiO2/Al2O3值為3.6，接近該值的巖石其物源應(yīng)以陸源為主，而超過(guò)此值的則多是由于生物或熱水作用的補(bǔ)充[12]。高燕錳礦含錳巖系的SiO2/Al2O3值為4.0～15.1，所以含錳巖系在形成過(guò)程中應(yīng)該有熱水作用參與補(bǔ)充。由圖1可知，大多數(shù)樣品投在水成投影區(qū)，但有3件樣品落在熱液投影區(qū)，表明該區(qū)含錳巖系的成礦物質(zhì)來(lái)源主要為海水環(huán)境但有一定的熱液作用混合。

圖1 高燕礦區(qū)含錳巖系SiO2-Al2O3投點(diǎn)結(jié)果

4.3.3 Al/(Al+Fe+Mn)

Jewell認(rèn)為，沉積巖中Al/(Al+Fe+Mn)的值大于0.5時(shí)，物源應(yīng)為陸源，而比值小于0.35時(shí)為有熱水注入[13]。高燕礦區(qū)ZK127-7#鉆孔揭露的含錳巖系中該比值為0.04～0.61，平均為0.41，上部(含錳)白云巖，包括礦層在內(nèi)的樣品中其比值均小于0.35(H2樣品除外)，提示錳礦層形成時(shí)有熱水的注入。

5 結(jié) 論

(1)元素含量在不同巖性中差異較大，以Mn最為顯著，相關(guān)性分析結(jié)果證實(shí)了各組分的含量分布呈現(xiàn)出一致性和差異性。

(2)Mn/Fe、SiO2/Al2O3、Al/(Al+Fe+Mn)3個(gè)元素(對(duì))比值分析結(jié)果表明，含錳巖系中Mn在富集成礦過(guò)程中存在與Fe分離的現(xiàn)象，錳礦層形成于離岸較遠(yuǎn)、相對(duì)潮濕的氣候環(huán)境，且形成過(guò)程中有熱水注入。

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(責(zé)任編輯 王小兵)

The Geological and Geochemical Characteristics and the Implication of Manganese Rock Series in Gaoyan，Chongqing

Zhang Jun1Zhu Mingzhong2Li Yusheng1Wu Xinyong1Zhang Zixian2
(1.CollegeofEarthSciences，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China; 2.No.205GeologicalTeam,ChongqingBureauofGeologyandMineralsExploration，Yongchuan402160，China)

Taking the Gaoyan manganese ore in Chengkou county，Chongqing city as the research object，the core logging for No.ZK127-7#drill core is carried out.The revealed strata from the drill core are quaternary sediments，Dengying formation of upper sinian system and Doushantuo formation of lower sinian system from top to bottom.Manganese ore mainly occurs at the top of the Doushantuo formation，and it is strictly controlled by the output of the strata.The manganese ore series are systematically sampled so as to survey the concentrations of Mn，F(xiàn)e，P，SiO2，CaO，MgO，Al2O3and LOI.The research shows that，there are great differences among the content of each component，the content distribution form of SiO2is similar to that of Al2O3and Fe and opposite to that of MgO，CaO or LOI.The characteristics of consistency and difference of each component are confirmed by the correlation analysis results of different components.The elements ratio value of Mn/Fe，SiO2/Al2O3and Al/(Al+Fe+Mn) indicated that，the separation phenomenon of Mn and Fe in manganese rock series appears during the mineralization process.Manganese ore layer is formed in a humid environment with hydrothermal injection.

Gaoyan manganese ore，Manganese rock series，Correlation analysis，Geological and geochemical characteristics

2014-11-16

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào)：12120114078801)。

張 俊(1988—)，男，碩士研究生。通訊作者 李余生(1964—)，男，教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師。

P595

A

1001-1250(2015)-01-086-04