【锰矿床国内外研究现状文献综述6300字】

锰矿床国内外研究现状文献综述1.1锰矿资源分布规律根据美国地质据的统计资料，截止2014年底，锰金属储量为5.71亿吨（陆地）；同时约3亿吨锰资源以锰结核的形式沉积在海洋底部（由于开采技术的限制，尚无法有效利用）。锰元素在地球上的分布广泛，不论在海洋中或是陆地上都能富集成矿，相对于锰元素的分布广泛，锰矿床的分布却是极不均匀的。全球两百多个国家与地区中，仅有56个国家有锰矿资源的发现，总计陆地锰金属量可达57亿吨（图1.2）。图1.2全球(陆地)锰矿资源分布略图（据В.А.Домаренко，2016）但95%陆地锰矿资源都集中在南非、加蓬、巴西、中国、澳大利亚等13个国家（表1.1），其中南非的陆地锰矿资源量更是占据了总资源量的绝大部分，达到了40亿吨。表1.1世界主要锰矿资源丰富国家的储量概况表世界主要锰矿资源丰富国家的储量概况（锰金属量）国家矿石锰含量/%储量/103t南非30-50150000乌克兰18-22140000澳大利亚42-4897000巴西27-4854000印度3052000中国15-3044000加蓬5024000哈萨克斯坦NA5000墨西哥255000世界总量571000同时，锰矿石的质量也呈现出明显的地域性特征，不同地区的锰矿石品位差异大，南非、澳大利亚等国的锰矿床中常见高品位矿石（品味大于35%），印度、哈萨克斯坦等国则以中等品位锰矿石为主，低品位的贫锰矿石是乌克兰、中国等国锰矿石中的主要类型。从全球范围看，世界锰矿成矿时代跨度较大，锰的大量富集始于早元古代，锰的大规模成矿至至始新世仍在持续，持续时间较长，跨度在2000Ma以上。我国是锰矿资源大国，锰矿资源分布广泛，在全国23个省（区）均有产出；全国锰矿石保有资源储量为94729×104吨，累计查明资源储量130080×104吨，其中，基础储量52009×104吨，资源量排名在世界上位列第5。从查明的资源量等标准来看，我国锰矿主要分布于华南，尤为广西、湖南、贵州等地。中国已发现的锰矿床产于不同时代的地层中，《中国锰矿志》（姚培慧等，1995）就已指出，除长城纪、青白口纪、白垩纪及新近纪外，自中元古代以来，各地质时代皆有锰矿产出。按探明的资源量为标准，我国锰矿多集中于泥盆纪、南华纪、二叠纪、三叠纪、第四纪成矿。经数十年的勘探，己发现了以下雷、铜锣井、湘潭、松桃等为代表的优质锰矿床。新疆地区锰矿资源特征与全国锰矿资源特征相似:成矿时代跨度大，主要成矿时代为石炭纪，其次为寒武纪、泥盆纪、古近纪。矿床类型以海相沉积型为主，其次为海相火山-沉积型。矿床规模以中小型为主（图1.3），截止到2015年底，仅探明一处大型锰矿床（奥尔托喀讷什锰矿），区内许多地段亟待展开进一步的地质勘查工作，具有较大的找矿潜力。图1.3中国新疆锰矿资源分布图（新疆锰矿资源调查报告(2016)）红色虚线范围为锰矿集中区锰矿石类型上，世界锰矿石类型以氧化锰矿石为主，但中国锰矿石主要以碳酸锰矿石为主，碳酸锰矿石可达七成以上。根据«中国矿产资源报告2018»，全国锰矿资源储量达18.46亿吨，同比增长19.1％。中国锰矿储量中，富锰矿(氧化锰矿石含锰大于30％、碳酸锰矿石含锰大于25％)储量只占6.4％，部分富锰矿石在利用时仍需要工业加工，贫锰矿石储量占全国总储量的93.6％。全国锰矿石的平均品位仅为21％，且锰矿杂质高、加工性能差，具有高磷、高铁、高硅的特征。我国213处锰矿区中，大型矿床只有7处，其余均为中、小型矿床。1.2锰矿分类由于锰元素的迁移富集机制以及锰矿床的成矿模式的复杂多样性，导致对锰矿床的分类划分也很不一致。传统观点下，按照锰矿床的成因，可将锰矿床划分为：沉积型、热液型、表生富集型等（欧莉华，2013），又以沉积型最为复杂。在早期，锰矿成因研究主要聚焦于陆地锰矿资源，根据沉积环境的不同，分为地台型、过渡型和地槽型（RakhmmanovandTchaikovsky，1972）；随着沉积锰矿床与火山活动的关联被发现，沉积锰矿床又可分为火山成因与非火山成因，针对非火山成因的锰矿床，Roy（1992）按照其赋矿围岩建造的不同，将其划分为陆源建造、碳酸盐、铁建造、页岩、绿岩和斑岩等不同类型。锰质来源很大程度上控制着沉积锰矿的成因类型，锰质来源的途径可分为外生来源以及深源（内生来源）两大类,同时也表达了两种不同的成矿能量来源。按此分类，可将锰矿床分为与外生作用有关的风化型矿床及沉积型矿床；与内生作用相关的火山-沉积型矿床和热液-沉积型矿床。但由于锰元素自身在内生作用中趋向于分散（邱俊等，2009）的地球化学性质导致内生锰矿床较为少见。除此之外，沉积锰矿成矿受沉积环境的控制明显，如沉积水体的深度、氧逸度、pH值、水动力条件以及水体的盐度（Dasguptaetal.，1999）都会影响到沉积锰矿床的成因划分。近年来，随着研究的深入，系统考虑锰质来源、成矿作用及沉积成矿环境，可将沉积型锰矿细分为：①胶体化学沉积成因（姚凤良和郑明华,1983）；②海进海退沉积成因（BoltonandFrakes,1985）；③生物化学沉积成因（Ostwald,1981）；④静海洋盆沉积成因（ForceandCannon,1988）；⑤古天然气泄漏成因（周琦等,2018）；⑥海底热水喷流沉积成因等类型（Polgarietal.,2004）。全球分布的重要锰矿床成因主要有加纳Nsuta地区火山-沉积矿床（Dorr，1968；Nyameetal，2002）、乌克兰Nikopol和GeorgiaChiatura地区（Varentsovetal，1980）以及澳大利亚GrooteEylandt地区（Frakesetal，1984）海相沉积锰矿床。丛源等（2018）在叶连俊等和姚培慧的划分方案基础上，根据锰矿床成矿地质作用与含锰岩系特征划，将中国锰矿床划分为海相沉积型、陆相（湖相）沉积型、海相火山-沉积型、碳酸盐岩中热水沉积型（或“层控”型）、与岩浆作用有关的热液型、古天然气渗漏沉积型、受变质型及表生型等七大类。中国锰矿床以海相沉积型和表生型（风化壳型）锰矿床为主，两种类型锰矿资源储量约占全国锰矿总储量的84.8%，也是目前中国在勘探与开发应当重视的两种锰矿类型。中国海相沉积锰矿床可据含锰建造特征分为：细碎屑岩中沉积型氧化锰-碳酸锰矿床、黑色页岩中沉积型碳酸锰矿床、碳酸盐岩中沉积型氧化锰-碳酸锰矿床、硅-泥-灰岩中沉积型碳酸锰矿床4个亚类；表生风化型为次，但能提供较易选冶的氧化锰矿石，又可分为锰帽、淋积和堆积3个亚类（付勇等，2014）。1.3锰硅酸盐矿床锰矿的矿石类型以碳酸盐矿石与氧化物矿石为主，常见的氧化物包含软锰矿、硬锰矿等。除了常见的锰碳酸盐和氧化物之外，锰质在锰矿石内也可以锰硅酸盐的形式富集。常见的含锰矿物包含：1.氧化物型：软锰矿、硬锰矿、偏锰矿、水锰矿、褐锰矿及黑锰矿；2.碳酸盐型：菱锰矿、锰方解石及锰菱镁矿；3.硅酸盐型：蔷薇辉石、肾硅锰矿、蜡硅锰矿、粒硅锰矿、钙蔷薇辉石及锰橄榄石；4.硫化物型：硫锰矿及褐硫锰矿。锰硅酸盐矿床在世界范围内较为少见，且传统观点认为，锰矿中的一些锰硅酸盐，多被认为是锰氧化物成岩后由含硅质热液流体改造而形成（Kuleshov,2017;高永宝等,2017）。但实际研究表明，锰硅酸盐能以主要矿物的形式形成规模矿床。Kato（1963）与Huebner（1967）的研究表明：此类产在围岩层间的富锰沉积物不含原生四价锰。锰处于相对还原状态，主要由锰的硅酸盐与少量菱锰矿组成，并将这种棕褐色的混合物命名为“硅锰矿”；Huebner和Flohr(1990)在此研究的基础上进行了进一步的工作，利用新的分析技术，得到了更加准确而详细的矿物相，发现“硅锰矿”是褐锰矿、肾硅锰矿、蔷薇辉石、锰硅镁石、粒硅锰矿、锰橄榄石等二价锰硅酸盐矿物的集合体。含水硅酸盐矿物的多样性与高含量是浅变质沉积锰矿床的典型特征（Zhukovetal.,2017）。故锰硅酸盐矿床在早期普遍被认为是沉积锰矿变质作用后的产物，但Trask（1950）提出Mn和Si可以从相关的火山岩中浸出并通过热水沉积为含锰硅胶体或碳酸锰，随后在成岩作用下形成矿石；Crerar等人（1982）提出热的对流的溶液面的玄武岩中浸出锰和其他元素，并在海底排放，富锰质流体与硅质结合，形成锰硅质胶体，在一定物理化学条件下沉淀成矿；Brusnitsyn与Zhukov（2010）归纳总结了南乌拉尔地区地区的锰硅酸盐锰矿床的地质特点、地理环境及成矿条件，认为该类型矿床的锰质来源于海底富铁锰硅酸盐热水流体，在流体-海水混合过程中，由于物理和化学条件(温度、酸碱度和Eh)的急剧变化，元素沉淀成矿。锰硅酸盐矿床主要分布于大陆边缘附近或远离海底火山活动喷口的盆地边缘，属于水深较大的还原环境。含矿岩系为硅质岩、燧石、（含铁）碧玉岩及泥质岩等富硅建造，某些矿床中围岩富含铁质。矿体产状与围岩基本一致，多以层状、似层状及透镜状顺层产出于赋矿层位中。矿物类型中以褐锰矿、肾硅锰矿、锰橄榄石、蔷薇辉石最为常见，其次为菱锰矿、黑锰矿、锰铝榴石等，及少量的软锰矿、硬锰矿、锰铁矿、锰绿泥石等。而石英、方解石、粘土矿物为脉石矿物（Brusnitsyetal，2010）。矿体的形成与海底热液活动可能有着密切的联系（Huebner，1991）。矿物常呈泥晶、隐晶质构、鲕状结构，和块状、条带状、脉状及及少量马赛克状构造。根据原生矿石矿物的组成以及矿床的成因类型，可将含锰硅酸盐矿物矿床分为两类：①沉积-变质型锰硅酸盐矿床；②热水-沉积型锰硅酸盐锰矿床。两者矿床地质特征差异如表1.2所示。相较于锰碳酸盐和氧化物矿石，锰硅酸盐矿石的品位普遍较低，工业经济价值较低，矿床规模以小型居多，大、中型矿床少见。典型矿床有印度巴格利哈特地区的褐锰矿矿床、意大利南亚平宁地区的褐锰矿矿床以及俄罗斯南乌拉尔地区地区的锰硅酸盐矿床。国内该类型矿床罕见，典型矿床少。表1.2典型锰硅酸盐矿床地质特征简表（据Brusnitsyn，2010改）典型锰硅酸盐矿床地质特征矿床成因类型成矿物质来源含矿岩系主要矿石矿物代表矿床沉积-变质型富硅富锰热液（沉积同生热液以及后期变质热液)以灰岩等碎屑沉积岩为主，可见硅质岩、泥岩夹层原生矿石矿物以（钙）菱锰矿、硬锰矿、软锰矿等为主，变质后生成锰硅酸盐矿石矿物，常见蔷薇辉石、锰橄榄石、褐锰矿等印度巴格利哈特地区的褐锰矿、隐钾锰矿矿床热水沉积型富锰质、与火山作用有关的海底热液（水）富含硅质的（热水）沉积岩，围岩中硅质岩、燧石岩常见，某些矿床中围岩富含铁质原生矿石矿物以肾硅锰矿、蔷薇辉石、锰橄榄石、褐锰矿等为主，偶见菱锰矿产出，矿床表生氧化带中可见软锰矿、硬锰矿等锰氧化物俄罗斯南乌拉尔地区地区的锰硅酸盐锰矿床1.4研究区研究现状（1）基础地质研究现状新中国成立之前，主要有国外工作者开展过少量地质路线调查。新中国成立后，20世纪50年代前苏联地质保矿部和国内有关部门在研究区开展过地质测量和调查；80年代在研究区主要进行了1:50万区域地质调查、1:20万区域化探。21世纪初在研究区完成了1:25万区域地质调查。。受边境外金矿以及境内萨瓦亚尔顿金矿床的影响，这些矿产地质调查主要以Au为主，基本未关注Mn的矿化信息。2015~2017年中国冶金地质总局湖南地质勘查院承担的“新疆乌恰县吉根一带锰矿资源远景调查评价”项目，开展了1:5万矿产地质调查，但该资料目前尚无法通过正规渠道获得。（2）科学研究现状研究区主要科学研究成果如表1.3所示表1.3研究主要科学研究成果一览表时间单位成果1982~1983年新疆地质局第二地质大队1:50万西昆仑地区矿产图1985年新疆矿产地质局第二地质大队1:50万新疆南疆西部矿产图及说明书1986年新疆地质矿产局第一区域地质调查大队《新疆维吾尔自治区1:200万大地构造图及说明书》、《新疆维吾尔自治区1:200万变质图及说明书》1990年周志毅等《塔里木盆地生物地层和地质演化》1990年王作勋和邬继易《天山多旋回构造与成矿》1990~1991年新疆地质矿产局地质矿产研究所和新疆地质矿产局第一区调大队《新疆古生界(上、下)》1991年张师本《塔里木盆地震旦纪-二叠纪地层古生物》1993年新疆地质矿产局《新疆维吾尔自治区区域地质志》1994年王宝瑜等《中国天山西段地质剖面综合研究》1995年贾群子等"西昆仑块状硫化物矿床成矿条件和成矿预测"专著1999年新疆地质矿产局《新疆维吾尔自治区岩石地层》1996~2000年孙海田等"西昆仑贵金属、有色金属大型矿床成矿远景及靶区预测"课题,提交了综合研究报告;2000年潘裕生等《喀喇昆仑-昆仑山地区地质演化》上述科学研究探讨了新疆境内矿产分布和形成的时空分布规律，对新疆大地构造、变质作用及其分布进行了系统总结。为区内的矿产勘查工作打下了坚实的基础。此外，涉及研究区的学术论文多达几十篇，主要对西南天山地区大地构造背景和成矿作用等进行过较为广泛和深入的研究。1993年以来高俊、杨富全、朱志新、王清利、唐宇、李丽、王莹、库瓦尼西别克·买买提朱马以及李康等人的硕博士论文对包括研究区在内的西南天山地区的沉积盆地及大地构造演化机制作出了系统的分析与解释；对区内典型矿床的地质特征、成矿机制以及成矿规律作了深入研究，为区内矿床研究以及矿产勘查工作的展开提供了丰富而可靠的科学资料。（3）吉根锰矿研究现状吉根锰矿位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县以西的吉根乡，直线距离乌恰县城约90Km，距离喀什市约200Km。大地构造上属于卡拉库姆—塔里木板块的西北缘的东阿赖志留-泥盆纪岛弧与弧间盆地及天山兴蒙造山系—东阿莱—哈尔克山弧前增生带（李康等，2018）。锰矿层主要赋存在下泥盆统萨瓦亚尔顿组（D1s）硅质岩中（硅质岩与泥岩的接触的位置），层位稳定，矿体与围岩界线较为清晰。锰矿层严格受含锰岩系层位控制，多以层状、似层状、透镜状以及脉状产于含锰岩系之中，产状与围岩基本一致，总体北东-南西向走向（58°～83°），倾向总体为北西向，倾角较陡（50°～83°）。按照空间位置，研究区内共圈出两个锰矿体（南部矿体与北部矿体），均赋存于下泥盆统萨瓦亚尔顿组（D1s）硅质岩中（或其与泥岩的接触层位）。李康等（2018）认为吉根锰矿锰矿石类型较为简单，深部原生矿石以锰碳酸盐矿石为主，矿石的表生氧化作用较强。根据已有的相关资料，结合锰矿所处大地构造位置、区域地质背景，李康等（2018）认为吉根锰矿属典型的海相沉积型锰矿床，研究区及其附近岩浆及热液活动微弱，锰质很可能来源于海底火山或洋岛喷发。吉根地区及邻区科研工作主要针对区域地质演化和金、铅锌矿产的成矿作用进行，取得了大量的成果资料。但围绕锰矿开展的研究工作较少，除了一篇论文（李康等，2018）从地质特征的角度探讨了锰矿的成因外，对锰矿形成的大地构造背景、岩相古地理特征、成矿作用等均未进行深入研究，未查明锰矿的控矿因素和富集规律，限制了进一步找矿。1.5存在的问题在已有的论文资料中，认为吉根原生锰矿的矿石矿物以锰碳酸盐以及锰氧化物为主，这与野外观察以及室内鉴定分析得到的吉根锰矿原生矿石矿物以锰硅酸盐为主，共生少量锰碳酸盐的结果大相径庭，存在较大的分歧。如何准确判断吉根锰矿原生矿物组合，以及矿物生成顺序，也是吉根锰矿研究亟待解决的科学问题。在此基础上，开展锰质来源、沉积环境、富集机制等的研究，探讨矿床成因，建立成矿模式。锰矿床为海相沉积型锰矿，针对矿床的锰质来源以及成矿模式等关键问题并未作出完整的解释与说明，有待下一步的论证与说明。参考文献AshleyPM.AnunusualmanganesesilicateoccurrenceattheHoskinsmine,Grenfelldistrict,NewWales[J].EarthSci.1986,33(8):443-456.BonattiE,ZerbiM,KayR,etal.MetalliferousdepositsfromtheApennineophiolites:Mesozoicequivalentsofmoderndepositsfromoceanicspreadingcenters[J].Geol.Soc.Am.Bull.1976,87:83-94.BrusnitsynA,ZhukovI.TheSouthFaizulymanganesedepositinthesouthernUrals:Geology,petrography,andformationconditions[J].LithologyandMineralResources.2005,40(1):30-47.BrusnitsynAI,StarikovaEV,ZhukovIG.MineralogyoflowgrademetamorphosedmanganesesedimentsoftheUrals:Petrologicalandgeologicalapplications[J].OreGeologyReviews.2017,85:140-152.BrusnitsynA.MineralogyandmetamorphismconditionsofmanganeseoreattheSouthFaizulinodeposit,thesouthernUrals,Russia[J].GeologyofOreDeposits.2006,48(3):193-214.ClarkAM,Easton,A.J.JGC,etal.AStudyOfTheNeotociteGroup[J].Mineral.1978,42:26-30.CrerarDA,NamsonJ,ChyiMS,etal.ManganiferouschertsoftheFranciscanassemblage:1.Generalgeology,ancientandmodernanalogues,andimplicationsforhydrothermalconvectionatoceanicspreadingcenters[J].EconomicGeology.1982,77:519-540.CalvertSE,PedersenTF,1996.Sedimentarygeochemistryofmanganese:Implicationsfortheenvironmentofformationofmanganiferousblackshales.EconomicGeology91:36-47.CharvetJ,ShuLS,Laurent-CharvetS,etal.,2011.PalaeozoictectonicevolutionoftheTianshanbelt,NWChina.ScienceinChina:EarthSciences,54(2):166-184.Fan,D.,Yang,P.IntroductiontoandclassificationofmanganesedepositsofChina[J].OreGeologyReviews.1999,15(1-3):1-13.Frakes,L.Bolton,B.R.Effectsofoceanchemistry,sealevel,andclimateontheformationofprimarysedimentarymanganeseoredeposits[J].EconomicGeology,1992,(5):1207-1217.FujinagaK,NozakiT,NishiuchiT,etal.GeochemistryandOriginofAnanaiStratiformManganeseDepositintheNorthernChichibuBelt,CentralShikoku,Japan[J].ResourceGeology,2010,56(4):399-414.Geochemistryandmineralogyoftephroite-bearingrocksfromtheHoskinsmine,NewSouthWales,Australia[J].JournalofMineralogyandGeochemistry.,161:85-111.GaoJ,LiMS,XiaoXC,etal.,1998.PaleozoictectonicevolutionoftheTianshanorogen,northwesternChina.Tectonophysics,287:213-231.HuebnerJS,FlohrMJK.Microbandedmanganeseformations:ProtolithsintheFranciscanComplex,California[J].U.S.Ge