摘要：穆呼锰矿位于玛尔坎苏锰成矿带东段，东与玛尔坎苏锰矿相邻。区内构造发育，多见火山岩和侵入岩，矿床主要由多条矿带组成，具有相对稳定的含矿层位，呈层控型特征，存在诸多矿体，并具有较大的厚度。上石炭统喀拉阿特河组是赋存矿床的主要地层，灰岩互层或夹层（浅灰黑色）是主要的含矿岩性，菱锰矿是主要的矿石矿物，表现为低铁中磷型特征，呈现粒状结构特点和较富的品位。浅海—滨浅海安静还原的水体环境，是锰矿形成的重要时期，深源物质是锰质的主要来源，区内的火山活动以及热水活动和该矿成矿有着非常紧密的关联性，该矿属于海相沉积成因的锰矿床。本文旨在介绍穆呼锰矿地球化学特征及成矿机制，以期更多学者关注并研究该矿床。

　　关键词：穆呼锰矿；地球化学特征；成矿机制；阿克陶县

　　1区域地质背景

　　研究区位于西昆仑山西段，塔里木盆地西缘，昆盖山晚古生代岛弧(Ⅲ-2-1）是该矿的大地构造位置所在，属于秦祁昆造山系西部方向的昆仑弧盆系。该区有着较为齐全的地层出露，不仅发育有元古宇地层，同时还发育古生界、中生界以及新生界地层，古生界和新生界在该区发育广泛，中生界相对较少。研究区地层主要包括喀喇昆仑地层区、昆仑地层区以及塔里木地城区，塔里木地层区出露地层为塔里木盆地地层分区喀什地层小区，昆仑地层区主要包括西昆仑地层分区，它涵盖了整装勘查区北部地层，西昆仑地层分区在勘查区内可划分为阿克萨依巴什山—盖孜地层小区以及博托彦—乌依塔克地层小区，其中博托彦—乌依塔克地层小区为区内锰矿富集区，喀喇昆仑地层区仅出露喀喇昆仑地层分区公格尔小区。构造上区内划分为三个构造单元，昆仑前陆逆冲区(Ⅱ12）、托库孜布拉克弧（喀拉阿特河晚古生代陆缘裂谷）(Ⅲ11）、库木别勒沟晚古生代陆缘裂谷(Ⅳ11），断裂构造与褶皱构造较为发育。海侵氧化作用对含锰盆地造成较大影响，台地边缘裂隙陷地是主要的成矿构造背景。

　　2矿区地质特征

　　2.1地层

　　穆呼锰矿区主要发育有卡拉阿特河组（上石炭统）地层以及玛尔坎雀库塞山组（下二叠统）地层。

　　卡拉阿特河组（上石炭统）是主要的含锰岩系地层。该组地层为砂屑-砾屑灰岩、生物碎屑灰岩、泥晶-粉晶灰岩、泥质灰岩及含碳泥质灰岩组成的多个韵律层。类比奥尔托喀纳什锰矿，整体上可将穆呼晚石炭世含锰岩系（C2k）地层划分为两个岩性段。

　　第一岩性段（C2k1），主要由灰白色砂屑—砾屑灰岩和生物碎屑灰岩组成。砂屑—砾屑灰岩主要由泥晶—粉晶灰岩内碎屑组成，含少量生物碎屑、长石和石英颗粒，石英普遍磨圆不好，棱角分明。第二岩性段（C2k2），为含矿岩性段，共发育两层碳酸锰矿体。岩性主要为泥质灰岩—含碳泥质灰岩夹薄层泥晶灰岩，且发育多层安山质凝灰岩夹层。

　　对于喀拉阿特河组岩石组合发育情况进行分析，主要表现为浅海陆棚沉积环境，无论是含碳泥质灰岩和泥质灰岩（顶部）以及砂质灰岩与砂屑—砾屑灰岩（底部），都表现为海进地层沉积序列特点，含碳泥质灰岩是赋存锰矿的主要层位，碳质泥岩发育在矿体下盘，证实低洼地段是锰矿体的主要分布所在，由于存在很多炭—泥质成分，证实相对平静的还原环境，是锰碳酸盐形成的主要环境条件。

　　2.2构造

　　矿区构造发育，主要表现为复杂的褶皱和断层。玛尔坎苏锰矿带整体发育背斜构造，沿背斜核部发育玛尔坎苏断裂。受区域构造影响，穆呼矿区小型揉皱非常发育，尤其在上石炭统含矿地层中，这与由南向北的推覆作用有关。含锰岩系的晚石炭世地层，以不同的岩性段重复出现在矿区当中，玛尔坎苏含锰岩系是由碳酸锰矿层（两层）所组成，而穆呼矿区，碳酸锰矿层则表现为四层，故推测该矿区整体为同斜紧闭褶皱形态，轴面和两翼均南倾。断裂构造以及褶皱构造是矿区的主要构造，锰矿层受这些构造影响发生破坏。

　　2.3岩浆岩

　　穆呼锰矿区侵入岩不发育，仅分布有少量闪长岩脉体，但火山岩较发育。安山质火山凝灰岩以及中基性火山岩分布在卡拉阿特河组（上石炭统）地层当中，单层厚度一般在0.5m左右。

　　3矿体特征

　　穆呼矿区共发育4层矿体，圈定出8条矿带；矿层整体呈北东—南西向，倾向南西，与顶底板围岩整合接触，产状和维也相同。矿体有着较为复杂的形态，主要表现为团块状、透镜状或者似层状，在厚度方面也不稳定。矿体顶、底板岩性为灰黑色含碳泥质灰岩夹灰黄色砂质灰岩，矿层中含有少量灰岩透镜体；石英脉以及方解石脉在矿体当中主要以不规则网脉状、团块状和透镜状形式存在，厚度有的为几厘米，有的在几十厘米，石英脉以及方解石脉在顶底板近矿围岩当中不发育。下面简述一下矿带的主要特征。

　　Ⅰ号矿带。达到两千多米的出露长度，呈现断续出露的特点，向东一直延伸到玛尔坎土矿范围之内，并向西部进行延伸，矿体处于1m～14m的厚度范围，平均厚度在6m左右，Mn为29.64%的平均品位水平，目前有八个钻孔对矿体深部进行控制，最大的控制斜深为333m，深部见矿厚度1.06m～4.10m，平均2.89m，Mn平均品位为26.27%。

　　Ⅱ号矿带。达1200多米的出露长度，向东一直延伸到玛尔坎土矿范围内，第四期广泛覆盖该矿带的西部，矿体处于1m～9m的厚度范围，平均厚度在4m左右，Mn为24.20%的平均品位。前有五个钻孔对矿体深部进行控制，最大控制斜深为312m，见矿厚度0.92m～7.89m，平均3.40m，Mn平均品位22.09%。在中部第四系覆盖区施工的09线ZK0901仍见有矿体，矿带往西部仍有延伸。

　　Ⅲ号矿带。达700多米的出露长度，矿体处于0.39m～1m的厚度范围，平均为1.07m厚，Mn为21.78%的平均品位，目前有两个钻孔对矿体深部进行控制，最大控制斜深144m，见矿厚度0.38m～1.57m，平均厚度0.93m，Mn品位14.31%～28.89%。

　　Ⅳ号矿带。达600多米的出露长度，矿体处于0.77m～3m的厚度范围，平均为1.56m的厚度，Mn为14.23%的平均品位，目前有两个钻孔对矿体深部进行控制，最大控制斜深91m，见矿厚度0.32m～1.38m，平均厚度0.85m，Mn品位12.13%～25.60%，矿体品位向深部变富的趋势。

　　Ⅵ号矿带。呈北东东—南西西向展布，地表断续出露长约893m，矿带内圈出3条矿体，编号为Ⅵ1、Ⅵ2、Ⅵ3。Ⅵ1矿体地表由5条探槽控制，断续出露长880m。矿体平均厚度0.77m，Mn品位12.11%～23.78%，平均品位17.1%，深部由ZK41W47-1控制，控制矿体斜深85m。Ⅵ2矿体地表由3条探槽控制，断续出露长680m，平均厚度0.31m，Mn品位10.58%～17.86%，平均品位14.27%。Ⅵ3号长约80m，暂未工程控制。

　　Ⅶ号矿带。位于Ⅰ号矿带东部北侧，呈向北突出的弧形展布，圈定了3条矿体，编号为Ⅶ1、Ⅶ2、Ⅶ3。Ⅶ1矿体断续出露长275m，地表由TC02W25、TC02E33控制，矿体平均厚度1.22m，矿化较均匀，Mn品位23.70%～32.40%，平均品位27.73%。Ⅶ2矿体断续出露长233m，地表由TC02W25、TC02E33控制，矿体平均厚度1.03m，矿化较均匀，Mn品位21.01%～22.54%，平均品位21.92%。Ⅶ3矿体断续出露长346m，地表由TC02E33控制，矿体平均厚度1.07m，矿化较均匀，Mn品位20.22%～22.15%，平均品位21.26%。

　　4矿石特征

　　穆呼锰矿矿石矿物主要为菱锰矿，含有少量软锰矿；脉石矿物包括方解石、锰方解石、铁白云石、石英和黄铁矿。

　　菱锰矿（MnCO3）。透明矿物，为呈泥晶—微晶集合体，粒径很细（0.001mm左右），与锰方解石、方解石呈团块状混合分布。

　　软锰矿（MnO2）。金属矿物，矿石中的软锰矿形状不规则，多沿裂隙分布，为菱锰矿次生氧化所致。

　　方解石主要存在形式为泥晶集合体，部分为方解石细脉，当有锰质加入时则为锰方解石。石英则主要以细脉形式产出。

　　矿石主要为泥晶结构，其次为交代结构，偶见鲕粒结构矿石中常见网脉状构造和碎裂状构造；但以块状构造为主，矿物分布均匀，矿石致密坚硬，地表风化矿石多为团块状、土状构造。

　　5成矿期次与矿物生成顺序

　　穆呼矿区矿物生成顺序与奥尔托喀纳什矿区基本一致。在沉积期形成锰氧化物或氢氧化物，成岩早期与有机碳等反应生成锰碳酸盐矿物，成岩晚期锰进一步富集形成菱锰矿。该矿不同于奥尔托喀纳什锰矿，矿体后期改造热液因素影响较为明显，导致石英脉以及方解石脉在矿体上较为发育。最后矿体出露地表经过风化氧化形成少量软锰矿、褐铁矿等。

　　6矿床地球化学特征

　　穆呼锰矿矿石SiO2达到1.41%～23.95%的含量水平，TiO2达到0.02%～0.08%的含量水平；Mn达到22.61%～39.50%的含量水平，平均为30.16%；TFe2O3含量介于0.78%～3.92%，平均为1.76%；CaO+MgO含量介于6.65%～23.29%，平均为13.90%；K2O+Na2O含量介于0.05%～0.38%，平均为0.20%；P2O5含量介于0.15%～1.08%，平均为0.43%；SO3含量介于0.06%～0.83%，平均为0.35%。除个别矿化样品外，ωt（Mn）基本上都大于35%，属富锰矿石。锰矿石的CaO含量明显偏高，这与普遍发育方解石细脉的矿相学特征一致。含方解石细脉碳酸锰矿石的SiO2及Al2O3含量变化范围较大，且个别样品Si、Al含量较高，这可能与其赋矿围岩有关。穆呼锰矿个别矿体的赋矿围岩为富有机质泥岩，从而造成主量元素富Si、Al及K、Na的结果。

　　从锰矿石主量元素间相关关系看出，TiO2、SiO2、TFe2O3、K2O+Na2O与Al2O3之间表现为正的相关性，表明这些元素都是被陆源物质所带入，氧化物以及氢氧化物形式存在的Fe，在黏土矿物吸附因素影响下，向沉淀物当中带入。Al2O3含量的变化并不影响CaO+MgO、Mn、SO3含量的变化，即Al与三者之间不具有相关性，说明Ca、Mg、Mn、S等元素并非陆源带入，而很直接来自于海水，这也与海相沉积碳酸锰矿床的地球化学特征一致。TFe2O3和SO3彼此呈现正线性的关系特点，证实沉积物当中的Fe对于S起到明显的固定作用，这也与碳酸锰矿石主要硫化物是黄铁矿的矿相学特征相吻合。而Mn与SO3之间并无一定的相关性，说明Mn并不以硫化物形式存在，这取决于Mn、Fe跟S之间的亲和性；但锰矿石中发育少量硫锰矿（MnS），这可能跟沉积物孔隙水中Mn2+的浓度有关，只有当Mn2+过量且HS-与Fe2+结合之后还有剩余的情况下才能形成含锰硫化物。TFe2O3与Mn呈负相关性，Fe/Mn比值非常小（厚块状矿石Fe/Mn比值为0.01～0.03，平均0.02；含方解石细脉矿石Fe/Mn比值为0.01～0.13，与我国其他时代形成的碳酸锰矿床相比明显较低。证实碳酸锰矿在玛尔坎苏地区沉淀过程当中，Fe与Mn彼此呈现非常明显的分离特点，这与其他时代形成的碳酸锰矿床存在一定不同。此外，P2O5与Mn呈正相关性，表明P很以磷酸盐的形式与Mn一起沉淀。众所周知，磷酸盐反映了氧化性水体环境，这也直接证明Mn的原始沉淀水体环境为氧化性质。

　　7成矿机制分析

　　穆呼锰矿石当中的一些样品具有相对较高的Al2O3含量，造成这种情况的主要因素，是由于富Al碎屑混染所导致，但多数锰矿石样品中Al2O3小于或接近于1%、TiO2的含量均不到0.1%，且高场强元素Th、Zr、Hf等的含量（<20×10-6）均较低；另外，Al2O3和∑REE以及Al2O3和（Sm/Yb）SN之间缺乏相关性，并且Zr与Y/Ho彼此之间也没有紧密联系，证实陆源碎屑引发的混染相对较小。另外，在判别Al2O3-SiO2图解过程当中，锰矿石没有遭受混染的都在热液区内落入，证实海底热液为成矿物质提供了重要来源。由于Al2O3以及SiO2彼此没有相关性，进一步证实化学沉积物比较纯净，富Al碎屑没有对其造成混染。各种地质作用之下发生的沉积，都具有较为稳定的稀土元素特征，因此可借助这些样品来对锰矿床成矿物质及其沉积环境作出准确判断。

　　通过分析研究穆呼锰矿主量元素，证实陆源黏土物质在其中呈现出较低的成分特点，沉积物当中存在的Fe都是粘土矿吸附氢氧化物形式的Fe和高价态氧化物形式的Fe所形成。通过分析SO3与Fe彼此的线性关系，沉积物当中的S是由于Fe固定所形成，SO3与Al2O3表现为线性关系的特点，是由于S在沉积物当中的含量水平和铁氧化物被陆源输入的含量水平密切相关，陆源输入物质可以以Al2O3当作替代指标，同时也能将输入活性铁矿物的量指示出来。对各种地球化学指标进行统计分析，氧化到次氧化的过程也是该矿成矿的主要沉积环境，氧化的表层水在深度不断增加的同时，氧化程度发生下降。

　　形成锰矿的机制主要是，表层水体处在氧化环境条件下的裂陷盆地当中，Mn2+沉淀过程当中主要以氢氧化物或者锰的氧化物进行沉淀，这些沉淀之后的氧化物，在缺氧带内逐渐被掩埋，成岩过程当中，由于有机物质的彼此作用，这些氧化物将Mn2+释放出来，氧化之后的有机物质将很多CO32-释放出来，另外氢氧化物以及铁的氧化物氧化之后，或者被硫酸盐氧化之后，由于细菌因素影响，有一些CO32-出现，结合之后的Mn2+与CO32-逐渐的沉淀下来，促进了菱锰矿的形成，并得以保存。

　　综合研究认为，该矿成矿过程当中其沉积环境特点主要为陆棚相、盆地边缘环境，浅海一滨浅海相对安静还原的环境条件下促进了锰矿的形成，深源物质为锰矿成矿提供了充足的物质来源，火山、热水以及生物活动等和该矿成矿有着非常紧密的关联性，综合研究认为该矿属于海相沉积型的锰矿床。