印尼西帝汶岛锰矿地球化学特征及成因浅析

张忠明，邵宗良，杜茂韬，余 莉

(1.云南省有色地质局三〇八队，昆明，650217；2.云南省地质矿产勘查开发局中心实验室，昆明，650000)

印度尼西亚—东努沙登加拉省西帝汶岛锰矿分布于印度尼西亚东部帝汶岛内，2007年以来采矿活动昌盛，揭露大量锰矿露头，矿石质量较好，易采易选。岛内出露的含锰岩系分布面积较大，具有巨大的锰矿找矿潜力。随着对锰矿成矿作用的进一步认识，海底热水成矿说，越来越受到重视，本文通过对西帝汶岛锰矿石稀土元素等地球化学特征的分析，对其成因提出一些不成熟的看法。

1 地质背景

印尼处于欧亚大陆板块与太平洋大洋板块、印度洋—澳大利亚板块三大巨型板块的结合部，由于晚古生代亚洲大陆板块边缘开始裂解，至中生代—现代地壳运动剧烈且频繁，导致上述3个巨型板块相互作用(碰撞、裂解、俯冲、挤压、平移)，从而形成了现在印尼苏门答腊(西南部)—爪哇—努沙登格拉(包括东帝汶)晚白垩世—现代火山岛弧带、菲律宾—加里曼丹东部—苏拉威西—马露姑火山岛弧带和伊利安查亚火山岛弧带(包括巴布亚新几内亚)，以及苏门答腊岛东北部、廖内群岛、林加岛、勿里洞群岛、加里曼丹岛西部(包括马来西亚、新加坡)的南亚大陆边缘中、新生代火山带[1](图1)。

图1 印度尼西亚大地构造略图

前人研究成果表明，由于澳大利亚大陆北移，“古帝汶”岛弧与印度洋壳相撞，帝汶岛逐年垂直隆升，其深海沉积物(粉砂岩和页岩、粉砂质泥灰岩、钙质燧石、页岩、燧石岩、泥屑石灰岩及锰质岩石)也隆起成为帝汶岛的组成岩石类型之一，深海沉积锰矿成为岛内主要矿产。

2 矿床地质特征

2.1 含矿岩系特征

本矿区出露两套含锰岩系，一是新近系博博纳罗(Tmb)复合火山碎屑沉积岩复合体，岩性为白色，浅灰色，紫灰色碎屑灰岩或浅黄色、浅灰色、浅褐色粉砂岩、粉砂质泥灰岩，夹红色薄层状泥岩，为主要含锰矿地层。二是白垩系下统(Kna)建造，岩性为粉砂岩、粉砂质泥灰岩、页岩、钙质灰岩，为次要含锰矿地层(图2、图3)。

由于西帝汶岛新近系含锰岩系分布较广，具有较大的找矿前景，因此本文将重点对新近系层位中锰矿进行分析和讨论。

图2 印尼东努沙登加拉省西帝汶岛含锰地层分布图

图3 印尼东努沙登加拉省西帝汶岛地层划分简图

2.2 矿床(层)特征

锰矿产于新近系含锰岩系中，以水平层理为主，或有少量交错纹理。锰矿层呈层状、似层状产出，与围岩产状基本一致(照片1-4)，顺层产出。矿层常产在小旋回从碎屑岩到碳酸盐岩的过渡带。矿石具细粒集合体及鲕状、球粒状结构，条带状、块状构造。矿层呈夹层状产于含锰岩系地层中，单层厚度较小，一般为3cm～5cm，矿层总厚度一般为0.2m～0.5m，但矿石质量较好，单层含Mn30ω%～55ω%。

2.3 矿石特征

根据锰矿床矿石自然类型划分标准：氧化率在30%为氧化矿，氧化率10～30%为混合矿，氧化率在10%以下为硅酸锰矿石。矿区矿石氧化率大部分在10%以下，局部在10%～40%，矿石主要以氧化锰矿石为主。地表氧化带深1m～3m不等，其表生作用较强，具强褐铁矿化。已查明矿石中有20余种矿物，大致可分为两类：

碳酸锰矿物：菱锰矿、钙菱锰矿、锰方解石、锰白云石等，占矿物总量45%～90%。

氧化锰矿物：主要以水锰矿、软锰矿为主，其次为硬锰矿。水锰矿呈纤维状、微晶粒状，粒度小于0.03mm，颗粒之间紧密交织分布，少量水锰矿颗粒稍大，呈脉状穿插分布。表生氧化的软锰矿矿石为致密状、条带状，并见针状、放射状晶体。

脉石矿物主要为方解石、白云石、石英，少量为铁质和泥质。

3 元素地球化学特征

3.1 微量元素特征

对新近系锰矿体及其围岩的样品进行了微量元素的含量分析，并将结果与上地壳元素丰度、大洋地壳丰度进行对照(表1)。从表1中可以看出，Pb、Zn、Cu、Ni、Co、Sr、Ba、W、Mo、Sb、Cs等元素含量明显富集，而且都高于围岩含量，这可能以后期含矿热液叠加作用有关。亏损的元素为Ga、Hf、In、Rb、Ta等。元素含量的特殊性和低Sr/Ba、Co/Ni比值，说明矿石具有深源的特征[2]。矿石和围岩中除含Fe、Mn成矿元素外，Pb、Zn、Cu、Ni、Co、Ba、Sb等标志性元素的富集，反映了热水沉积的特点。

3.2 稀土元素特征

在矿区新近系中采集了块状薄层状锰矿矿石和含矿围岩两种类型样品进行稀土分析，分析结果见表2。

从表2可以看出，矿区中含矿围岩和锰矿石的稀土含量不高。围岩中稀土总量(∑REE)90×10-6～110×10-6，平均为100×10-6；锰矿石中稀土总量(∑REE)140×10-6～170×10-6，平均为155×10-6，稀土分配模式近于呈平坦型(图4)。

围岩的LREE/HREE比值=1.80～1.90，平均1.85；δCe值为1.04～1.22，平均1.13；δEu值为0.67～0.68，平均0.675；Y/Ho值为35.20～35.24，平均35.22。锰矿石的LREE/HREE比值=5.71～7.94，平均6.82，属于轻稀土富集型；δCe值为10.26～11.40，平均10.83；δEu值为0.67～0.68，平均0.675，围岩与锰矿石表现出相似的铕亏损；Y/Ho值为18.46～18.49，平均18.47。

3.3 讨论

3.3.1 稀土元素含量

围岩的∑REE小于锰矿石的∑REE，分析认为原因有两种：一是锰矿石中的Mn2+相对于其他微量元素而言有较大的离子半径，从而产生歧视效应，这样REE更容易替换Mn2+，而在锰矿石中富集；二是锰矿石结晶较晚，稀土元素更容易在残余流体中相对富集，所以较晚结晶的锰矿石的稀土总量相对较高。

3.3.2 稀土元素分异特征

LREE/HREE比值反映了稀土元素的分异程度，这个数值越大，表明重稀土越亏损。围岩的LREE/HREE比值小于锰矿石，这是因为虽然稀土元素为不相容元素，但轻稀土的离子半径相对较大，其离子电位小于3，地球化学性质活泼，更易溶于水。而重稀土具有较高的离子电荷，离子电位大于3，相对于稀土而言，在固—液相共存时更趋向于保存在岩石中。由于锰矿石结晶较晚，重稀土优先进入固相，轻稀土趋向保存在流体中，所以锰矿石LREE/HREE比值大于围岩。

表1 西帝汶岛新近系中锰矿及围岩微量元素分析结果表ω(B)/(×10-6)

续 表

测试单位：国土资源部昆明矿产资源监督监测中心。

3.3.3 δCe与δEu特征

在成矿流体中稀土元素主要以+3价离子存在，共同迁移或沉淀，但铈比较特殊，除+3状态外，在氧化条件下还可呈现+4价状态，Ce+4很容易沉淀下来与其他稀土元素发生分离。此处围岩和锰矿石的Ce均显示较高的正异常，矿石中稀土元素特征可代表初始成矿流体中的稀土元素特征，可见，这种铈的强富集特征暗示着初始成矿流体中就已经富集了大量的Ce元素。

稀土元素中的Eu也比较特殊，他有Eu+3和Eu+2两个价态。Eu+3与其他稀土元素性质相似，而Eu+2和的性质则不同，易与其他+3价离子发生分离，出现异常行为。围岩和锰矿石中均出现Eu的亏损，说明一部分Eu可能以Eu+2形式存在，其地球化学性质十分活泼，并没有与其他稀土元素一起进入围岩及锰矿石中沉淀，而是继续溶解在流体中。Eu异常可以反映成岩时候的氧化还原环境[3]，还原条件下，Eu+3才可能转变为Eu+2。因此，围岩和锰矿石中Eu的负异常暗示了相对还原的成矿环境。

表2 西帝汶岛新近系中锰矿及围岩稀土元素分析结果表(×10-6)

测试单位：国土资源部昆明矿产资源监督监测中心。

图4 西帝汶岛沉积型锰矿及围岩稀土元素配分模式图

3.3.4 Y与Ho特征

Y、Ho在自然界中一般以+3价存在，且离子半径非常接近，这两个元素在许多化学环境中具有相似的化学行为。如经历部分熔融或分离结晶的火成岩、洋中脊玄武岩以及一个沉积旋回内的碎屑岩，都粗略保持球粒陨石Y/Ho的比值(在28左右)。而在含水溶液中Y/Ho却不一定保持球粒陨石的比值，如南太平洋海水中Y/Ho为57[4]，与水作用有关的灰岩、热液成因的萤石等出现非球粒陨石Y/Ho的比值。

围岩的Y/Ho值为35.20～35.24，平均35.22。锰矿石的Y/Ho值为18.46～18.49，平均18.48，小于28。研究表明，热液锰矿石Y/Ho值小于球粒陨石的比值28。所以初步推断，且帝汶岛锰矿床具有热液成因的特征。

从稀土元素的地球化学参数来看，锰矿石的Eu/Sm、Sm/Nd及δEu的平均值与洋壳的平均值接近，与大陆及大陆地壳的平均值相差较远，说明锰矿石主要物源应该来自洋壳[5]，而与陆壳关系不大。

4 结 论

由于澳大利亚大陆北移，“古帝汶”岛弧与印度洋壳相撞，帝汶岛逐年垂直隆升，其海相沉积物(粉砂岩和页岩、粉砂质泥灰岩、钙质燧石、页岩、硅质岩、泥屑石灰岩及锰质岩石)也隆起成为帝汶岛的组成岩石类型之一。锰矿伴随其中成为岛内主要矿产。从帝汶岛锰矿产出的宏微观特征可以看出，在新生代火山岛弧带，由于锰矿成矿背景的特殊性、成矿环境的变化性、构造活动的长期性，决定了成矿活动的持续性、矿床类型的多样性、以及物质组成的复杂性。

沉积锰矿分布在火山岛弧带—弧后盆地，现代海底摄像观察发现有热液活动形成的烟囱堆积体，其表面有许多瘤状小突起，彼此相连形成堆积体“脊”，并充填有黄绿色、黄褐色的物质，往外变为黑褐色物质。这些物质均为热液沉积物，且以Fe—Mn氧化物及硅酸盐矿物为特征，其中Fe—Mn氧化物以赤铁矿、褐铁矿、钠水锰矿、钡镁锰矿为主，硅酸盐矿物为铁蒙脱石、绿泥石等矿物。火山岛弧带作为热水溶液的循环通道，控制着热水沉积物的发育。

新近系含锰岩系中含大量硅质层，锰矿呈层状、似层状、透镜状，整合产出并与地层同步褶皱，矿石具块状构造和较为发育的条带状构造，沉积特征明显，成矿作用可能为海底热液成矿。综上所述该锰矿床为半深海—深海含锰建造，海相沉积型锰矿床，由海底热水热液作用形成。

参 考 文 献

[1]云南省有色地质局三〇八队.印度尼西亚东努沙登加拉省西帝汶岛锰矿资源地质调查与评价工作报告[R].2012.

[2]范德廉等.锰矿床地质地球化学研究[M].气象出版社.1994.

[3]肖成东，刘学武.东蒙地区夕卡岩石榴石稀土元素地球化学及其成因[J].中国地质，2002，29(3)：311～316.

[4]Michael Bau，Dulski P.Comparative study of yttrium and rare earth element behaviors in fluorine-rich hydrothermal fluids.Contrib Mineral Petrol，1995，213～223.

[5]Ronov，A.B.et al.，Sedimentology，(1974)，21，171～193.

[6]黄世坤、林琦.锰成矿作用新认识——兼论中国锰矿[J].地质与勘探.1992(4).

[7]G·P·Glasby.岛弧热液锰矿床及与俯冲带的关系[J].冶金地质动态.1991(11).

[8]王义文.锰的地球化学勘查[J].地质与勘探.1991(7).