西昆仑造山带西北缘的玛尔坎苏锰矿带是近年中国北方最重要的锰矿找矿新发现。奥尔托喀讷什锰矿位于该锰矿带西端,是赋存于晚石炭世碳酸盐岩地层的大型沉积碳酸锰矿床(图1),发育了国内最富最优质的碳酸锰矿石(平均Mn品位>37%)。对于碳酸锰成矿是还原水体直接化学沉淀,还是锰氧化物成岩转化而成有不同的认识,争议的焦点是Mn(II)何时何地以何种形式进入沉积物并富集成矿(碳酸锰矿化)。
图1 (A)中国构造地质简图,展示主要沉积锰矿床的时空分布。(B)西昆仑造山带构造简图。(C)西昆仑造山带西北缘玛尔坎苏大型碳酸锰成矿带地质简图
中国科学院地质与地球物理研究所博士研究生张帮禄在导师张连昌研究员和高俊研究员的指导下,基于系统的野外地质调查和岩相学观察,以及详细的地球化学分析,提出奥尔托喀讷什锰矿初始沉积于氧化水体环境,碳酸锰矿石是原始沉淀的Mn(II)氧化物通过有机碳(低温微生物媒介作用下)经成岩还原作用衍生而来的认识。
(1)详细岩相学观察,将上石炭统喀拉阿特河组(C2k)含锰岩系自下而上划分为3个岩性段(图2)。第一岩性段为灰白色含火山角砾灰岩;第二岩性段由厚层砂质灰岩和泥质灰岩夹层组成;第三岩性段主要由泥灰岩、少量泥质灰岩夹层和1–2层锰碳酸盐矿层组成。该套地层发育浅海(台地边缘次级裂陷盆地)环境沉积岩石组合,构成一个海侵沉积序列,而锰沉积成矿作用发生在海侵过程的高水位期。第三岩性段泥灰岩和泥质灰岩中黄铁矿的形态学特征(>10μm的球状颗粒)和硫同位素组成(δ34S值为–16.18‰至–5.28‰),表明其是成岩过程中微生物细菌硫酸盐还原作用的结果。系统的地球化学剖面研究表明,含锰岩系围岩与碳酸锰矿层在Mn、Al、Fe+3和TOC含量及其相关富集系数等方面均显现出不同的信息(图2)。这表明围岩与矿层之间不存在渐变过渡,碳酸锰矿化属独立成矿事件。
图2 上石炭统喀拉阿特河组所选取的主量元素及其相应富集系数(A)Mn和MnEF,(B)Al2O3和CaO,(C)Fe2O3和FeEF,(D)Mn/Sr和Ca/Mg比值,(E)TOC含量和Ce异常的地层剖面分布。富集因子相对于后太古代澳大利亚页岩(PAAS)计算
(2)奥尔托喀讷什锰矿的矿石矿物以菱锰矿(MnCO3)为主导(含量达95%以上),含少量红铁锰矿、富锰绿泥石(图3A-D)及硫锰矿(图3J-K)。菱锰矿成分的变化与其形状和结构关系相对应。团块状菱锰矿(图3E)和某些菱面体状菱锰矿(图3F)被化学成分为Mn0.98Fe0.02CO3的菱锰矿胶结。个别具有球状结构的菱锰矿颗粒围绕一个菱锰矿核生长(图3E)。在一些情况下,Mn(II)碳酸盐以薄层等厚胶结物的形式存在,其中心为粘土矿物核,这种形态与叠层石相似(图3G)。锰矿石中可见Mn(II)碳酸盐矿物交代Mn(III/IV)氧化物颗粒的现象(图3H),亦可见沿着锰碳酸盐矿物边缘发育的次生锰氧化物(图3I)。
图3 显微照片显示锰矿石的典型结构及组成。矿石多呈层纹状构造(A);矿石主要由菱锰矿(MnCO3,含量达95%以上)组成 (B-D);有的团块状菱锰矿(图3E)和菱面体状菱锰矿(图3F)被化学成分为Mn0.98Fe0.02CO3的菱锰矿胶结;有的具似叠层石构造(图3G);可见Mn(II)碳酸盐矿物交代Mn(III/IV)氧化物颗粒的现象(图3H),亦可见沿着锰碳酸盐矿物边缘发育的次生锰氧化物(图3I);亦见少量红铁锰矿、富锰绿泥石及硫锰矿(J-K)
(3)碳酸锰矿石经PAAS标准化后的REE+Y配分模式与现代海洋水成铁锰氧化物沉淀物的典型稀土元素特征一致,如强烈正Ce异常(3.55±0.23)、负Y异常(0.73±0.04)和低Y/Ho比值(~20)(图2E,图4A)。而围岩具有类似现代海水的REE+Y分布特征(图4B-C),如轻稀土亏损、负Ce异常等,表明沉积过程发生在氧化水体环境。
图4 经后太古代澳大利亚页岩(PAAS)标准化的奥尔托喀讷什碳酸锰矿石及相关围岩的REE+Y分布模式。A.喀拉阿特河组第三岩性段碳酸锰矿石。B.喀拉阿特河组第一岩性段砂屑灰岩和砂质灰岩。C.喀拉阿特河组第二岩性段砂质灰岩、泥质灰岩和泥灰岩。D.喀拉阿特河组第三岩性段泥灰岩和泥质石灰岩
(4)碳酸锰矿石(δ13C= –22.14‰至–15.25‰)在同位素组成上与有机物质降解而释放到沉积物孔隙水中的溶解无机碳(δ13C= –25.2‰至–19.4 ‰)一致。这与全球主要碳酸锰矿床的碳同位素组成特征相似(图5),表明这些碳酸锰矿床具有同样的矿化机制。
图5 全球主要碳酸锰矿床的C同位素组成特征(A)及其与Mn含量关系(B)
(5)奥尔托喀讷什锰矿与赋存在喀拉阿特河组中的其它锰矿床具有一致的地质地球化学特征。与全球主要碳酸锰矿床相比,奥尔托喀讷什锰矿独以菱锰矿为主,而其它矿床还会出现锰白云石、锰方解石等矿物。就元素地球化学特征而言,在Fe-Mn-(Cu+Co+Ni)×10图解中,所有的碳酸锰矿床具有一致的海洋热液铁锰沉积物特征(图6A)。但这些碳酸锰矿床却展现出截然不同的稀土元素特征,一组表现出海洋热液铁锰沉积物的特征,另一组表现为海洋水成铁锰沉积物的特征(图6B-C)。造成这种不同的原因可能是:Fe、Co、Ni、Cu等亲硫元素与Mn元素过早分离,造成喷溢海水中的热液独富Mn;Mn2+以锰氧化物形式发生沉淀的速率不同;锰氧化物在成岩转化为碳酸锰的过程中有元素流失。
图6 全球主要碳酸锰矿床的地球化学特征
(6)建立奥尔托喀讷什(玛尔坎苏锰矿带)沉积(成岩)成矿模型。在海侵过程中,溶解Mn2+上涌至Mn(II)/Mn(III/IV)氧化还原界面与海底的接触部位(图7),并以Mn(III/IV)氧化物相的形式发生沉淀。海侵过程也会为表层水体带来丰富的养分,从而促进初级生产力的发展。这反过来又会导致有机物质的输入通量增加,并会进一步消耗水体中所溶解的自由氧。过量剩余之有机物(δ13Corg= –26.69‰至–22.80‰)和Mn(III/IV)氧化物相沉淀物一同被埋藏(图7),进而促使发生微生物诱导的氧化物还原过程。在成岩过程中,Mn(III/IV)氧化物与有机物发生氧化还原作用,会产生13C亏损的HCO3-、还原性Mn2+和碱度(碱性条件),从而促进13C亏损的Mn(II)碳酸盐结晶沉淀。
图7 西昆仑玛尔坎苏锰矿带大型碳酸锰矿床成矿模式
研究成果发表于国际矿床学领域的权威期刊Economic Geology。(Bang-Lu Zhang, Chang-Le Wang, Leslie J. Robbins, Lian-Chang Zhang*, Kurt O. Konhauser, Zhi-Guo Dong, Zi-Dong Peng, Meng-Tian Zheng. Petrography and geochemistry of the Carboniferous Ortokarnash manganese deposit in the western Kunlun Mountains, Xinjiang Province, China: implications for the depositional environment and the origin of mineralization[J]. Economic Geology, 2020, 115(7): 1559-1588. DOI: 10.5382/econgeo.4729)(原文链接)
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
张帮禄等-EG:西昆仑玛尔坎苏锰矿带大型碳酸锰矿床沉积环境与形成机制
本站小编 Free考研考试/2022-01-02
相关话题/矿物 地质 过程 海洋 地球化学
尧中华等-JGR:磁重联和偶极化过程驱动木星的晨爆和极光注入现象
木星上拥有太阳系中最强的极光现象,其紫外极光图片提供了诸多丰富的特征。事实上,在哈勃太空望远镜对木星的首批极光观测中,人们就发现了巨大的极光增强区域。根据极光形态和发生位置等特征,该现象被命名为木星极光晨爆(Auroral Dawn Storm)。虽然木星晨爆事件被发现至今已有20多年,其物理机制依 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02张强等-Geology:海洋风尘记录对源区古环境演化指示意义的新解读
亚洲内陆作为全球重要的风尘释放区,新生代以来,在全球气候变化和区域构造运动的双重影响下,亚洲内陆的环境格局发生了深刻的变化。保存在北太平洋的风尘沉积物记录了亚洲内陆风尘源区古环境演化的重要信息。前人普遍观点认为北太平洋地区风尘通量越高,指示亚洲风尘源区越干旱,然而也有观点指出风尘通量变化与源区干旱化 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02苏本勋等-CMP:大型层状铬铁矿床形成过程中的矿物-粒间熔流体反应
大型层状镁铁-超镁铁岩体是研究幔源岩浆演化和成矿过程的天然实验室。对该类型岩体的一系列研究成果不仅促进了矿物学、岩石学、矿床学和地球化学等基本理论的建立和完善,也引领了这些领域的科学前沿。这类岩体赋含有丰富的铬铁矿、铂族元素、钒钛磁铁矿等矿床资源,其中的大型层状铬铁矿床储量占全球资源总量的70%。尽 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02贺可洋等-QSR:长江下游全新世海平面变化导致水稻驯化过程延长
农业起源是整个人类发展史上的重要事件,但学术界对野生植物被驯化成作物的过程还有许多不清楚的地方,例如对于农作物是快速驯化还是缓慢驯化的,一直存在争议。一些观点认为农作物驯化是一个快速过程,200年左右就可以完成;但越来越多的西亚小麦、大麦和中美洲玉米植物考古学证据显示,农作物驯化开始于约1万多年前甚 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02林红磊等-GRL:嫦娥四号揭示月壤形成机制中的关键过程
在过去的四十几亿年里,小行星撞击产生的粉碎、熔融、粘合和混合等物理过程在很大程度上改变了月球表面。在太空风化的共同作用下,月球表面形成了一层广泛分布、厚约2-15 m的月壤。理解月壤的形成机制具有十分重要的意义:一方面,月壤剖面记录了太阳风和宇宙射线的辐射历史,以及小行星对月面的撞击历史;另一方面, ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02李兴辉等-GCA:H2O-NaCl-CO2体系热力学模拟及石英溶解度计算对金矿床成矿过程的指示
H2O-NaCl-CO2三元混合流体在岩浆、变质和热液系统中很常见,在成岩和成矿中发挥着重要作用。造山型金矿是世界上最为重要的金矿床类型,矿化以多期H2O-NaCl-CO2±CH4流体叠加成矿为特征。衡量热液系统中流体相平衡和热力学性质(PVTx),对分析成矿流体演化和成矿作用发挥着重要作用。然而早 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02开源社区评审过程度量体系及其实证研究
摘要:在开源社区中,不同开发人员提交的代码水平参差不齐,需要代码评审检查提交代码质量.决策者是代码评审的关键人物,审核提交代码,发现软件缺陷.代码评审情况会对开源软件质量产生影响,因此需要建立评审过程度量体系,了解代码评审情况,促进提高开源软件项目质量.现有的软件过程度量方法主要考虑提交代码和评审评 ...中科院软件研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02基于完全有限前缀展开的行为等价过程树生成算法
摘要:过程树能够兼具过程模型的行为和结构,在简化模型结构的复杂度方面具有重要意义.现有过程树转化仅能将基于块结构的简单过程模型转化为过程树,无法将具有复杂结构的过程模型转化过程树.为此,提出了一种基于完全有限前缀展开的行为等价过程树生成算法,用于将与过程树行为等价的过程模型转化为行为等价过程树.该方 ...中科院软件研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02协同业务过程的建模及正确性修正
摘要:由自底向上建模方法建立的协同业务过程中通常存在不一致,故对其进行正确性分析是确保其正确实施的重要手段.现有方法大多关注正确性检测,这使得协同业务过程的正确性分析过程复杂且耗时.而正确性修正方法能够避免正确性检测方法中存在的重复检测和调整,但这方面的研究较少,不能有效地应用于协同业务过程修正.为 ...中科院软件研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02Platoon架构下VANETs车间通信过程及性能分析
摘要:智能车辆编组platoon的稳定运行需要车辆间实时可靠的信息传输来保证.针对应用专用短程通信(DSRC)技术来实现车载自组织网路(VANETs)车间通信的platoon架构,提出了一种车间通信网络性能的分析方法,分别对platoon组内智能车辆间通信和多个platoons组间通信的过程进行了分 ...中科院软件研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-02