沉積型錳礦隱伏礦體定位預(yù)測及深部驗證
——以阿克塞縣賽馬溝錳礦為例

俞勝，趙保青，賈軒，董順利，趙斌斌，白永波,李生喜，楊瑞東

(1.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院， 甘肅 蘭州 730020; 2.成都理工大學(xué)， 四川 成都 610059)

0 引言

當(dāng)前，攻深找盲已逐漸成為礦產(chǎn)勘查工作的重點(高永寶等，2017；周星等，2019)。位于甘、新交界的阿克塞縣安南壩地區(qū),自二十世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)苦水泉錳礦之后，一直未取得新的錳礦找礦突破。直到2010—2012年，通過在該地區(qū)開展1∶5萬化探掃面及異常查證工作，最終發(fā)現(xiàn)了青砂溝大型錳礦，錳礦勘查取得了重大突破。位于同一成礦帶的賽馬溝地區(qū)，通過與青砂溝錳礦進(jìn)行典型礦床對比分析，發(fā)現(xiàn)其具有相似的成礦背景、地球化學(xué)異常等特征，綜合運用地質(zhì)填圖、地表及深部工程驗證，最終在深部取得了新的錳礦找礦突破，為區(qū)域上尋找同類型隱伏礦床提供了借鑒(蘇小兵，2006；薛有智，2012；覃英等，2013；石少華等，2016；王軍等，2018；岑志輝等，2019；陳旭等，2019；肖德長等，2019)。

1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)特征

阿爾金安南壩地區(qū)位于塔里木板塊—敦煌古陸塊與柴達(dá)木—祁連板塊結(jié)合部位(張新虎等，2005，2008)。區(qū)域地層主要為前長城系敦煌巖群、中元古界薊縣系及新元古界青白口系。區(qū)域內(nèi)斷裂較為發(fā)育，侵入巖以酸性為主，巖石具多期變質(zhì)、變形作用特征(圖1)。其中薊縣系分布在安南壩—青砂溝一帶，呈狹長條帶狀或島弧狀出露，自下而上分為兩個巖組。第一巖組主要分布在安南壩一帶，其巖性一般為粗碎屑巖，主要為紫紅色中厚層石英砂巖，地層傾向在350°～33°之間，傾角在30°～40°之間，可見厚度983 m；第二巖組分布在安南壩北—青砂溝一帶，巖性為一套碳酸鹽巖夾硅質(zhì)巖，地層傾向在355°～25°之間，傾角在50°～76°之間，斷層附近傾角一般大于70°，可見厚度1414 m。區(qū)域已發(fā)現(xiàn)的青砂溝錳礦、苦水泉錳礦均賦存在該套地層中。

圖1 甘肅省阿克塞縣安南壩一帶構(gòu)造位置圖(a)及地質(zhì)礦產(chǎn)略圖(b)(據(jù)張新虎等，2005修改)

阿爾金東段錳礦帶呈近東西向條帶狀展布于安南壩至紅柳溝之間,總長80 km，具有良好的錳成礦地質(zhì)條件。其位于阿爾金斷裂北側(cè)，自西向東依次分布有安南壩西錳異常、苦水泉錳礦、索爾蘇菱鐵礦化點、青砂溝大型錳礦、安南壩赤鐵礦、賽馬溝錳異常等(趙保青等，2013a，2013b；蒙軫等，2015)。

2 賽馬溝地區(qū)地質(zhì)特征

賽馬溝地區(qū)主要出露薊縣系第二巖組第一巖性段，該地層整體呈一近北西向背斜產(chǎn)出。地層區(qū)內(nèi)東側(cè)發(fā)育較好，背斜核部以硬錳礦化含粉砂質(zhì)泥硅質(zhì)巖為主，兩翼以白云巖為主，背斜南西、北東兩翼巖層傾角分別為45°、35°(袁博等，2017)。構(gòu)造以總體走向為近東西向的斷裂為主，侵入巖極不發(fā)育，變質(zhì)作用以區(qū)域變質(zhì)為主(圖2)。

圖2 賽馬溝錳礦區(qū)地質(zhì)草圖

2.1 地層

礦區(qū)地層主要為薊縣系第二巖組硅質(zhì)碳酸鹽巖組合，自下而上根據(jù)巖相分為六層，各地層之間均為整合接觸關(guān)系。

第(1)層：含粉砂泥質(zhì)硅質(zhì)巖，呈北西向弧形斷續(xù)分布于背斜核部附近，地表出露長度約1.4 km，出露寬度54～64.8 m。兩翼地層傾角整體較緩，南西翼30°～40°，北東翼10°～20°。

第(2)層：硬錳礦化含粉砂質(zhì)泥硅質(zhì)巖，呈北西向分布于背斜核部附近，產(chǎn)狀較陡，近于直立，傾角60°～80°，呈中—薄層狀，偶夾薄層狀—條帶狀砂巖。北東翼可見厚度為5.37 m，南西翼可見厚度為19.47 m。

第(3)層：硬錳礦化泥質(zhì)石英細(xì)粉砂巖，其主要分布于背斜南西翼，可見厚度為5.43 m。

第(4)層：中—薄層微晶狀白云巖，其主要分布于背斜兩側(cè)，整體碎裂，可見厚度分別為54.62 m 和41.68 m。

第(5)層：褐紅色中厚層不等粒白云巖夾硅質(zhì)巖，其主要分布于背斜兩側(cè)，延伸較為穩(wěn)定，傾向南西，傾角22°～70°，越靠北傾角越大，可見厚度952.87 m。

第(6)層：淺灰色中厚層—巨厚層狀條帶狀不等粒白云巖，其主要分布于背斜南西翼，傾角20°～30°，可見厚度為227.71 m。

2.2 地球化學(xué)特征

2.2.1 1∶20萬區(qū)域化探異常

區(qū)內(nèi)發(fā)育HS-8綜合異常，該異常以Mn為主成礦元素，其中Mn均值為2235.5×10-6，峰值為3488.7×10-6,異常強度高，面積大，具中、外濃度分帶(表1)。

表1 1∶20萬區(qū)域化探HS-8異常特征表

2.2.2 1∶5萬化探異常

通過對1∶20萬水系沉積物測量HS-8綜合異常開展Ⅲ級查證，圈定了AS8-1、AS8-2、AS8-3三個綜合異常(圖3)。其中：

圖3 阿克塞縣安南壩—帶水系沉積物測量異常剖析圖

AS8-1綜合異常，位于賽馬溝地區(qū)，異常元素主要為Mn、Mg、Cd。其中Mn異常重現(xiàn)性好，異常強度增高，規(guī)模增大，異常特征見表2。因此，該異常為尋找錳礦提供了依據(jù)。

AS8-2綜合異常，位于青砂溝地區(qū)，異常元素主要為Mn、P、Fe、Ti、Ca、Mg，整體套合較好。強度高，規(guī)模大，異常特征見表2。青砂溝大型錳礦位于該異常中。

表2 1∶5萬水系沉積物測量異常特征參數(shù)統(tǒng)計表

2.2.3 查證成果

通過對區(qū)內(nèi)開展1∶1萬、1∶2千地質(zhì)草測，初步查明了賦礦巖層在地表出露的層序、范圍及厚度。同時通過1∶2千巖石測量及地表槽探揭露，發(fā)現(xiàn)了地表錳礦化體，長215 m，平均厚度0.5～1.26 m，Mn平均品位在8.60%～12.40%，礦體傾角20°～40°，礦體東側(cè)未控制邊界。

3 典型礦床成礦模式

位于賽馬溝以西的青砂溝錳礦屬海相沉積型，礦床規(guī)模已達(dá)大型以上，其與位于賽馬溝以西更遠(yuǎn)的苦水泉錳礦含礦巖系均為以硅質(zhì)碳酸鹽巖組合為主的薊縣系第二巖組(Jx2)。二者容礦巖系的原巖建造具有相似性，自底部至頂部，均表現(xiàn)為底部為細(xì)砂巖、粉砂巖，中部為煙紫色含錳砂質(zhì)、硅質(zhì)白云巖，局部夾錳礦(化)層，頂部為含疊層石硅質(zhì)白云巖，偶夾硅質(zhì)條帶，自下而上整體表現(xiàn)為海水由淺變深的特征(圖4)。

圖4 青砂溝錳礦成礦模式圖

4 綜合分析及研究

(1)地球化學(xué)異常對比

青砂溝錳礦與賽馬溝錳礦均位于1∶20萬區(qū)內(nèi)化探異常HS-8中，Ⅲ級查證圈定的3個1∶5萬化探綜合異常中，青砂溝錳礦位于AS8-2綜合異常中，而賽馬溝所處的AS8-1異常Mn元素異常面積、強度、規(guī)模、峰值，均優(yōu)于已發(fā)現(xiàn)青砂溝大型錳礦的AS8-2異常，顯示了AS8-1異常具良好的錳成礦潛力。

(2)巖相對比

賽馬溝錳礦與青砂溝大型錳礦、苦水泉錳礦含礦地層均為薊縣系第二巖組硅質(zhì)碳酸鹽巖組合。礦體均賦存于碳酸鹽巖與細(xì)碎屑巖之間的過渡帶，即不純的煙紫色含錳硅質(zhì)、砂質(zhì)白云巖中。特別是底部紅色鈣泥質(zhì)細(xì)碎屑巖往往賦存著工業(yè)礦體。

5 定位預(yù)測及深部驗證

5.1 層位對比

本次采用的預(yù)測方法為含礦建造、地層沉積層序研究基礎(chǔ)上的相似類比原則。

賽馬溝礦化體發(fā)育為寬緩背斜，受構(gòu)造破壞較小，剝蝕程度較低，從已出露的地層自上而下對比分析青砂溝錳礦、苦水泉錳礦來看主要賦錳礦層紅色鈣泥質(zhì)細(xì)碎屑巖未剝露出地表(表3)。

表3 青砂溝錳礦、苦水泉錳礦與賽馬溝錳礦含礦建造層位對比表

綜合分析對比青砂溝錳礦含礦建造，賽馬溝錳礦地表出露的錳礦化體相當(dāng)于青砂溝錳礦第六巖性段(青砂溝錳礦含錳層位——含錳砂質(zhì)白云巖178 m下部是錳Ⅱ號礦體賦存層位)，并且未見底部雜色薄層狀粉砂巖。

對比苦水泉錳礦地層剖面，也有類似的含礦建造。苦水泉錳礦煙紫色中—薄層狀砂質(zhì)白云巖厚達(dá)165.19 m，其底部可見錳礦層，而賽馬溝錳礦在K15勘探線含礦建造黑灰色中薄層狀含錳砂質(zhì)白云巖、灰黑色中薄層狀含錳白云質(zhì)砂巖夾褐紅色薄層狀砂巖、灰黑色含錳白云質(zhì)砂巖地表僅出露89.70 m。與青砂溝錳礦(褐色中薄層—中厚層狀含錳硅質(zhì)白云巖厚178 m)、苦水泉錳礦含礦建造對比分析表明：賽馬溝錳礦主要含礦層位在K15勘探線還遠(yuǎn)未剝露出地表，至少還有90 m厚的上覆巖層。

5.2 預(yù)測厚度計算

上伏含錳建造預(yù)測厚度計算(圖5)：假定賽馬溝錳礦含錳建造與青砂溝錳礦Ⅱ號含錳建造厚度一致均為178 m(兩者相距5 km)，經(jīng)計算鉆孔見含礦深度為217 m(賽馬溝地區(qū)背斜北翼地表實測地層產(chǎn)狀傾角平均為38°，上覆巖層厚178 m，設(shè)計鉆孔傾角87°，采用公式178/cos35°)。

圖5 地層厚度預(yù)測計算示意圖

5.3 鉆孔驗證結(jié)果

根據(jù)以上預(yù)測，結(jié)合地表礦體出露情況我們在K15號勘探線布置鉆孔ZK1501，查證結(jié)果顯示(圖6)：ZK1501孔深398.30 m,在孔深236.96 m見到底部標(biāo)志層碳質(zhì)泥巖及巨厚的含錳白云質(zhì)砂巖。其中孔深280.8～331.81 m,為累積真厚度30.33 m，品位8.01%～15.50%的11層隱伏錳礦層，其中工業(yè)礦體4層，累積厚度11.5 m。Mn平均品位12.44%。礦石類型有：中、薄層狀錳礦石、碎裂錳礦石、紋層狀錳礦石。

圖6 賽馬溝錳礦15號勘探線剖面圖

類比青砂溝錳礦含礦建造，預(yù)測賽馬溝錳礦鉆孔ZK1501見礦深度為217 m，實際孔深236.96～331.81 m，見到底部標(biāo)志層碳質(zhì)泥巖及巨厚的含錳白云質(zhì)砂巖，礦體為280.8～331.81 m。偏差原因是預(yù)測用的是地表產(chǎn)狀為38°,實際深部礦體產(chǎn)狀為48°。預(yù)測礦體厚度3～5 m,實際礦體厚度為30.33 m,以上說明賽馬溝地區(qū)沉積環(huán)境穩(wěn)定，礦體受后期構(gòu)造破壞較小，這與薊縣系第二巖組在本區(qū)出露面積較大相一致。

5.4 遠(yuǎn)景分析

賽馬溝地區(qū)含礦建造分布于背斜兩翼，走向長為2484 m,ZK1501揭露的礦體埋深280 m,累積厚度30.33 m，目前控制礦體北翼斜深為322 m。假定礦體平均厚度為20 m,體重為2.75 t/m3，經(jīng)簡單估算：礦區(qū)背斜北翼錳礦石量遠(yuǎn)大于2千萬噸。表明賽馬溝地區(qū)有望發(fā)現(xiàn)又一大型以上錳礦床。從苦水泉、青砂溝到賽馬溝含礦建造及礦體厚度向東逐漸變厚，結(jié)合薊縣系第二巖組在本區(qū)出露長度大于11 km的地質(zhì)背景，充分表明本地區(qū)藴含著巨大的找錳潛力。

6 結(jié)論

(1)賽馬溝隱伏錳礦體的發(fā)現(xiàn)是基于對區(qū)域錳成礦規(guī)律和控礦規(guī)律的深入研究和系統(tǒng)總結(jié)的基礎(chǔ)上，借助化探、地質(zhì)等成果資料，與區(qū)域典型礦床——青砂溝錳礦進(jìn)行對比，建立區(qū)域典型礦床成礦模式，對賽馬溝地區(qū)的含礦建造、地層沉積層序及厚度進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而深部鉆探工程驗證取得的找礦突破。為區(qū)域?qū)ふ蚁嗤愋偷牡V床提供了很好的參照。

(2)賽馬溝隱伏錳礦體的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步擴展了區(qū)域沉積型錳礦找礦的空間。通過分析、對比沉積盆地的含礦地層和沉積環(huán)境，在已知錳礦床的賦礦層位展布方向上，是找礦的重點地段。賽馬溝錳礦今后應(yīng)在已知的隱伏控礦背斜沿走向兩側(cè)進(jìn)行找礦，有希望實現(xiàn)找礦突破。

(3)在阿爾金地區(qū)，前期開展不同比例尺的物化探掃面工作，進(jìn)一步縮小找礦靶區(qū)，針對不同類型的異常、不同成因的礦床，運用適宜的礦產(chǎn)勘查手段，在區(qū)域上找礦是行之有效的。如沉積型礦床的特點——進(jìn)行含礦層位的剖析對比很重要。