河南馬頂山新類型含稀土鎢錳礦成礦地質(zhì)條件及發(fā)現(xiàn)意義

張玉明，張保平，張哨波，曲錦，李先哲

1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，鄭州 450001；2.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點實驗室，鄭州 450001;3.河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，鄭州 450001

0 引言

馬頂山新類型含稀土鎢錳礦區(qū)位于河南省平頂山市葉縣馬頂山一帶，該地區(qū)主要出露汝陽群一套碎屑巖建造的單斜地層，礦產(chǎn)地質(zhì)勘查程度較低。20 世紀 80 年代河南省區(qū)測隊在該地區(qū)開展1∶20萬化探掃面工作時，圈定了包括該地區(qū)的堯山Mo--Pb--Zn--Ag--Au--螢石--滑石成礦亞帶(Ⅲ--63--⑩)[1]。2014年河南省地質(zhì)科學(xué)研究所在開展《舞陽—魯山1∶5萬區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查》工作時，采用礦產(chǎn)地質(zhì)填圖、1∶5萬高精度磁測、1∶1 土壤(巖石)剖面測量和可控源大地電磁測量的找礦手段，在該成礦亞帶中首次發(fā)現(xiàn)了含稀土鎢錳礦區(qū)[2]。通過地表工作及稀疏的鉆探工程，獲得WO3資源量(334)?：6 568.65 t，Mn資源量(334)?：175 273.57 t。通過電子探針分析，礦石中發(fā)現(xiàn)了W及稀土Eu共生，且均以離子狀態(tài)存在于硬錳礦的礦物晶格中，未發(fā)現(xiàn)W及Eu的獨立礦物[3]。這種類型的礦區(qū)，在河南地區(qū)前期地質(zhì)工作中從未發(fā)現(xiàn)[4],因此，通過對這個地區(qū)成礦地質(zhì)條件的分析總結(jié)，對于在華北陸塊南緣成礦帶中,尋找同類型礦床有一定的借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)位于華北陸地南緣，秦嶺褶皺帶東段，介于三門峽--魯山斷裂與欒川--確山深斷裂之間。地層分區(qū)屬于澠池--確山小區(qū)，具基底和蓋層地臺型式雙層結(jié)構(gòu)[5](圖1)。隨著華北陸塊和秦嶺造山帶在不同時期、不同階段的相互碰撞作用和伸展作用的構(gòu)造演化，區(qū)內(nèi)出露的中、新元古界地層和巖漿巖經(jīng)過不同期次的變質(zhì)和變形作用，發(fā)生了不同程度的改造和再造作用，形成了目前的構(gòu)造面貌。

Ⅰ1-山西臺??；Ⅰ2-華熊臺緣坳陷；Ⅰ3-嵩箕臺?。虎?-華北坳陷；Ⅰ5-魯西臺?。虎?-北秦嶺褶皺帶；Ⅱ2-南秦嶺褶皺帶；Ⅱ3-桐柏--大別褶皺帶；Ⅱ4-南陽--襄樊坳陷；Ⅱ5-潢川坳陷。1.一級大地構(gòu)造單元界線；2.二級大地構(gòu)造單元界線；3.省界；4.研究區(qū)位置。圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖Fig.1 Geotectonic location map of study area

區(qū)域范圍內(nèi)出露的主要地層單元從老至新依次為中元古界熊耳群、高山河組、龍家園組及汝陽群，新元古界洛峪群、欒川群及震旦系；另外為中--上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)。其與成礦相關(guān)的地層主要為中元古界熊耳群(Pt2Xn)和汝陽群(Pt2Ry)。

礦區(qū)內(nèi)侵入巖主要為早白堊世侵入體，以黑云母二長花崗巖、石英二長閃長巖為主。區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查表明，晚侏羅世—早白堊世花崗巖在成礦作用上與成因類型密切相關(guān)。這些巖體本身具有較高的Au、Cu、Ag、Pb、Zn背景值，為成礦元素的進一步富集提供了礦源。如斜長石具有正銪異常，高Eu的風(fēng)化殼母巖往往是斜長石含量較高的花崗閃長巖、石英閃長巖等[6]。巖漿上升引起地殼的隆升，為成礦元素的遷移、富集、沉淀提供了空間。從華北陸塊南緣大規(guī)模的成礦作用來看，時限在J3--K1與巖漿混合作用時間相對應(yīng)，從某種意義上來說，巖漿混合花崗巖，具有良好的找礦標志[7]。

礦區(qū)內(nèi)火山巖主要是中元古代火山巖，由熊耳群和汝陽群火山巖組成，為一套中基性—中酸性陸相--淺海相火山巖系，以熊耳群火山活動最為強烈，汝陽群火山活動較弱僅在云夢山組底少量出現(xiàn)。

構(gòu)造主要表現(xiàn)為燕山期淺表層次構(gòu)造變形特征，以極其發(fā)育的脆性斷裂構(gòu)造為特征，由于斷裂切割，褶皺不甚發(fā)育，僅局部地段顯現(xiàn)出寬緩的背向斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造，以多方向脆性小斷裂縱橫交錯為特征，總體上可大致分為北西向、北東向兩組斷裂，將巖石切割成大小不等的斷塊，其總體具淺層次構(gòu)造特征。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 礦區(qū)地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)特征

(1)礦區(qū)地層

礦區(qū)內(nèi)主要中元古界汝陽群云夢山組、白草坪組、北大尖組及洛峪群崔莊組(圖2)[8]。汝陽群總體為一套傾向南東、傾角較緩的單斜地層組成，受斷層和褶皺構(gòu)造影響，局部缺失或重復(fù)。總體為一套碎屑巖建造，主要巖性有石英砂巖、長石石英砂巖和泥巖。洛峪群總體為一套傾向南東、傾角較緩的單斜地層組成，受斷層和褶皺構(gòu)造影響，局部缺失或重復(fù)。由濱海--淺海相碎屑巖為主的陸源碎屑--碳酸鹽巖建造構(gòu)成。

1.第四系；2.中元古界云夢組；3.中元古界北大尖組；4.中元古界白草坪組；5.底礫巖層；6.地層產(chǎn)狀；7.探槽編號；8.斷層破碎帶；9.斷層及產(chǎn)狀；10.鉆孔及編號；11.礦體及編號。圖2 葉縣馬頂山礦區(qū)地形地質(zhì)圖Fig.2 Topographic and geological map of Madingshan in Ye County

(2)構(gòu)造

孤石灘斷裂沿孤石灘水庫東岸分布，走向10°，傾向100°，傾角75°。區(qū)內(nèi)出露長度約為1 100 m(有露頭顯示)。根據(jù)1∶5萬地面高磁資料顯示，該斷裂穿過孤石灘水庫，沿孤石灘水庫東岸可見構(gòu)造角礫巖、碎裂巖化巖石和碎粉巖等。構(gòu)造巖多為長石石英砂巖、泥巖，斷裂通過地段巖層節(jié)理極為發(fā)育，鎢錳礦脈就產(chǎn)于節(jié)理帶中。由于水庫淹沒，構(gòu)造特征僅局部可見。

馬頂山斷裂發(fā)育于汝陽群中，切割云夢山組二段、三段、四段地層及白草坪組。區(qū)內(nèi)出露長度約450 m，為一傾向北東的正斷層，傾向34°，傾角75°。區(qū)內(nèi)露頭差，僅局部可見斷層特征，構(gòu)造礫巖多見為石英砂巖角礫、少量泥巖。可見巖層沿走向錯斷，斷距10～15 m。

(3)巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)未見侵入巖體出露。根據(jù)1∶5萬地面磁測異常形態(tài)特征[4]，推測下部可能存在隱伏的巖體。

(4)磁異常特征

馬頂山鎢錳礦區(qū)北側(cè)、南側(cè)分布兩個橢園形正磁異常(圖3)。其中北部(WCY--10D)磁異常范圍與研究區(qū)相重疊，長軸呈北東—南西走向，面積8.2 km2、磁異常強度明顯高于周邊。分布一個正極值點，最高為110 nT，磁異常△T值一般為-90～100 nT。磁異常及周邊地表出露為汝陽群的碎屑巖，巖石的磁性一致。因此，初步分析：該異常之下有隱伏的侵入體存在，磁異?？赡苁桥c花崗巖體有關(guān)的多金屬礦化引起的，為馬頂山鎢錳礦提供成礦物質(zhì)來源[9]。

圖3 礦區(qū)地磁等值線圖Fig.3 Geomagnetic contour map of mining area

(5)地球化學(xué)特征

本次礦調(diào)工作，在礦區(qū)周圍圈定1∶5萬土壤地球化學(xué)異常8處(圖4)。其中59--丙2、61--丁等兩個土壤地化異常的范圍與礦區(qū)基本重合。

59--丙2異常呈橢圓形，沿北東--南西帶狀展布。長軸約500 m，面積0.15 km2。異常元素組合為W--Sb--As，異常元素相關(guān)性較高，異常濃度分帶明顯，異常強度較高。其中W含量一般為4×10-6～7×10-6，最高值為7.4×10-6，平均為5.97×10-6；Sb含量一般為0.94×10-6～1.09×10-6，最高值為1.1×10-6，平均為1.03×10-6；As含量一般為(10.97～13.96)×10-6，最高值為14.2×10-6，平均為13.1×10-6。其他元素異常強度較低(圖4)。

圖4 馬頂山礦區(qū)綜合地球化學(xué)異常圖Fig.4 Comprehensive geochemical anomaly map of Madingshan mining area

61--丁異常形態(tài)似渾園形，長半徑約600 m，其面積0.24 km2。異常元素組合Mn、Ni、Fe、V、Zn、W，異常強度較低，不具濃度分帶特征。異常強度Mn最高1 410×10-6，平均1 200×10-6；Ni最高37.3×10-6，平均33.8×10-6；Fe最高8.0×10-6，平均7.4×10-6；V最高156×10-6，平均144×10-6；Zn最高120×10-6，平均115×10-6；其他元素強度低。

這兩個土壤綜合異常中，W、Mn含量均比較高，經(jīng)過后期探礦工程驗證，確是礦致異常。

2.2 礦體特征

礦體產(chǎn)于汝陽群云夢山組二段底部石英砂巖、泥巖中，多處錳鎢礦化。通過地表及深部工程控制，圈出1個鎢錳礦體(圖3)，呈似層狀，礦體長約450 m，平均厚5.28 m，最厚10.01 m。礦體傾向110°±，傾角35°～65°，平均傾角50°。單工程品位：WO3為0.13%～0.85%， Mn為6.66%～25.81%。平均品位：WO3為0.74%，Mn為14.25%。初步估算：WO3(333)+(334)？資源量達8 091.55 t，其中(333)資源量為4 208.33 t，(334)？資源量為3 883.22 t；Mn (333)+(334)？資源量達152 160.82 t，其中(333)資源量為78 626.50 t，(334)？資源量為73 534.32 t。

礦石呈塊狀構(gòu)造、疏松碎裂構(gòu)造，硬錳礦多沿著礦石裂隙呈充填狀分布(圖5)。具有網(wǎng)脈狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)，褐鐵礦、硬錳礦呈網(wǎng)脈狀分布在碎屑物的粒間，部分硬錳礦呈同心環(huán)狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)。礦石中主要的金屬礦物為含鎢硬錳礦，未發(fā)現(xiàn)鎢的獨立礦物，通過電子探針分析，分析結(jié)果表明，錳和鋇在礦石中呈塊狀分布。鎢和銪均勻分布在硬錳礦中,但不存在鎢和銪礦物的微粒，吸附作用和晶格替代是控制錳礦中稀有金屬存在和性質(zhì)的二種主要作用[10],因此說明鎢和銪是可以呈離子吸附狀態(tài)存在(圖6)。

圖5 硬錳礦分布在石英的裂隙中(光片)Fig.5 Manganese ore distributed in crack of quartz (photo)

圖6 礦石(BSE)的Mn、Ba、Si、W、Eu元素的面掃描分析Fig.6 Surface scanning analysis of elements(BSE) Mn, Ba, Si, W and Eu

3 馬頂山鎢錳礦的控礦因素

3.1 圍巖

礦區(qū)內(nèi)元素與地殼元素豐度相比，區(qū)域濃度克拉克值>1的元素有Bi、As、Pb、W、Sb、B、La、Zr等，特別是As、 B有明顯的地球化學(xué)富集，Pb、Zn、Bi、Sb、As的富集主要與熱液作用有關(guān)[11]。汝陽群中區(qū)域濃集系數(shù)>1.1的元素有Ag、Pb、Cd、Mo、W、Sb、Co、As、Mn、V，有明顯的富集的元素是Ag、Cd、Pb，且在區(qū)內(nèi)含量變化較大，呈強分異型分布，并有局部富集；熊耳群中有20余種元素含量高于區(qū)域背景值，有13種元素明顯偏高或富集，為Co、V、Ti、Fe、Mn、Sr、Ba、P、La、Y、Pb、Zn、Cd，含量較低的元素有W、Sn、Hg、B、Ca。

3.2 巖體

礦區(qū)內(nèi)并未出露巖體，但其周邊有大量巖體出露，根據(jù)地球物理資料可以確定其下有隱伏巖體存在，并可能為同一巖基。巖體與礦化的關(guān)系十分密切，它們的空間分布受區(qū)域斷裂構(gòu)造的控制。巖體和礦體所含的主要含礦元素基本相同，只不過這些元素在巖體內(nèi)的含量較低[12]。而熊耳群與汝陽群不整合面附近或斷層兩側(cè)圍巖，含W都比較高，常見有鎢礦體或W、Mn元素異常分布，因此認為巖體是主要的成礦母巖。

3.3 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)NE向斷裂(F)為主要的的控礦斷裂，除控制主要礦體的F1斷層外，F(xiàn)2、F3、F4、F5都有不同程度的礦化現(xiàn)象(圖2)。這幾條斷層均有W、Mn礦化，F(xiàn)1硅化較強，有黃鐵礦化和錳礦化，見有碎裂巖帶寬達5～15 m，巖石中小裂隙或石英脈發(fā)育，其中都有黃鐵礦化現(xiàn)象。已發(fā)現(xiàn)鎢錳礦體主要沿 F1斷層兩側(cè)圍巖的節(jié)理帶中產(chǎn)出。因此，NE向斷裂是導(dǎo)礦構(gòu)造，也是容礦構(gòu)造(圖7)。

3.4 氧化富集

根據(jù)統(tǒng)計，地表 WO3的品位普遍高于鉆孔中的品位，分析認為地表砂巖、泥巖風(fēng)化后，會產(chǎn)生砂質(zhì)黏土礦物，部分為高嶺土、綠泥石和褐鐵礦等，同時析出鐵、錳質(zhì)物質(zhì)，而鐵錳質(zhì)對鎢離子具較強的吸附能力[13]。風(fēng)化后的砂質(zhì)黏土，也是稀土礦的主要含礦層位[14]。馬頂山鎢錳礦目前勘查深度僅100 m±，仍處于淺表層次的風(fēng)化帶中，其礦體也主要富集于砂巖及泥巖的節(jié)理帶中，為次生富集型鎢錳礦。因此推測其下部可能存在原生礦床。

1.中元古界云夢山組1段；2.中元古界馬家河組；3.燕山期花崗巖；4.石英砂巖；5.泥巖；6.安山巖；7.花崗巖；8.斷層破碎帶；9.含鎢石英巖脈、節(jié)理帶；10.不整合面；11.推測地質(zhì)界線；12.鉆孔編號；13鎢錳礦體。圖7 馬頂山鎢錳礦地質(zhì)剖面略圖Fig.7 Geological profile of Madingshan tungsten manganese mine

4 結(jié)論

(1)馬頂山含稀土鎢錳礦為首次發(fā)現(xiàn)的新類型礦床，處于東秦嶺成礦帶重要的鎢鉬成礦區(qū)的東端。這個成礦帶分布有一系列大中型鎢鉬礦床，都與燕山期淺成、超淺成花崗巖類小巖體有關(guān)。馬頂山礦區(qū)成礦特征也與下伏的巖體有直接關(guān)系，但礦石中礦物的共生特征又明顯不同。因此通過分析該地區(qū)成礦地質(zhì)條件，在有利于成礦部位進一步開展工作，有可能發(fā)現(xiàn)更大的礦床。

(2)馬頂山鎢錳礦從地表至淺部鉆探顯示礦化為裂隙型，為淺部風(fēng)化帶的次生富集，呈似層狀分布。礦區(qū)鉆孔中礦體穩(wěn)定，深部礦體增厚趨勢明顯。

(3)馬頂山含稀土鎢錳礦中的W和Eu均呈離子狀均勻分布于硬錳礦石中，為新型的成礦類型，這種成礦類型豐富了已有的礦床成因，有進一步研究的價值。