埋藏氧的上升和地球早期大气形成

正埋藏在地下深部岩石中的氧或许在几十亿年前促进了地球岩石地幔的搅动,并改变了早期行星的大气成分。耶鲁大学,亚利桑那州立大学,和德国的巴伐利亚地质研究所的研究表明,地表下地热引起岩石缓慢的运动,即地幔对流是由矿物中氧的分布不均引起的。该成果发表在8月1在《Nature Geoscience》期刊上。耶鲁大学地质学和地球物理学副教授Lee提出,假设其他元素都相同,氧元素增多,岩石的密度就会降低,因此氧化     

钼同位素揭示地球早期大陆地壳的快速生长和破坏北大核心CSCD

地球早期,尤其是冥古代-早太古代时期大陆地壳的性质、范围和产生机制一直是地球科学研究的前沿问题。在已有的大陆地壳生长模式中,有些认为当前大陆地壳的60%~80%在30亿年前就已形成,而有些则倾向于一个渐进的地壳生长模式。不论哪种模式,大都基于锆石的形成年龄或者壳幔系统的放射性同位素演化。然而,由于不能限定再循环物质的量,锆石仅能限定地壳生长的年龄下限。相反,放射性同位素体系演化曲线可有助于了解地幔亏损过程,壳幔分离和地壳再循环作用。基于长寿命同位素(Sr、Nd及Hf)体系在壳幔间的互补性,前人估计要达到当前地壳和亏损地幔间的组成平衡,只需25%~50%的地幔物质经历熔体抽提。     

地球内部物理和演化的几个核心论题：Ⅱ地球动力体系

生成于岩石圈底部的“大陆根”与地幔羽的形成过程有关,其主要证据来自3－D地震成象和实验、数值模拟结果。地幔上涌和地幔下涌分别代表高温、低速带和低温、高速带。长波长的地幔构造与表层构造特征相关,地球内部边界层－热边界层或化学边界层将对全球动力体系产生直接或间接的效应。因此,深入研究这些边界层的结构、形态、热力学和物理化学特性,对解决地幔整体对流与成层对流体系中某些相冲突的问题具有关键意义。全球地震成象和深源地震资料表明,某些破碎的早期俯冲板片可能连续或间断性地下沉到核－幔边界处,并返回到起源于该边界层的地幔羽中。今后的任务不是重提地幔整体对流或是成层对流的问题．而是如何建立两者的统一模式。整体地幔对流体系在时间和空间演化过程中与成层对流、局部小规模对流或次生对流相伴生的理论、实验和数值模拟将是地球动力学研究的主要趋势。     

锆石Ce 氧逸度计和早期地球的氧化还原状态

氧逸度可以用于定量描述一个体系的氧化还原状态,是地球科学非常重要的一个热力学指标。早期地球的氧逸度及其变化趋势的重建,对大气圈、水圈、生物圈乃至整个地球的起源和演化具有重要的科学意义,也是地球科学长期探索的重要目标。锆石提供了地球上已发现的最古老天然样品,几乎是目前研究早期(冥古宙)地球的唯一可靠对象。近年来的研究发现,锆石中Ce的含量对其母岩浆体系的氧逸度很敏感,并由此发展出了锆石的Ce氧逸度计。这一技术对认识早期地球的氧化还原状态十分关键。文章对锆石Ce氧逸度计进行了简单介绍,进而对早期地壳和地幔的氧化还原状态进行了综合评述。在此基础上,对早期地球几个重要圈层(大气圈、大陆地壳和上地幔)氧逸度的演化及相互间的耦合关系进行了讨论。     

Telecommunication interactions between microplates and basal mantle LLSVPs.SCIEI北大核心CSCD

基于海洋地质地球物理观测建立的板块构造理论意味着板块和浅部地幔共同演化,然而地幔底部尤其是大型横波低速异常区(LLSVP)与板块(尤其微板块)运动和演化之间是否存在关联仍有争议。一些研究认为LLSVP长期保持稳定,而另一些模型则认为它与各级板块存在相互作用。为此,本文通过总结前人成果,并基于近期发表的板块重建和地幔对流模型进行进一步分析,探讨微板块运动和LLSVP的演化关系。模拟结果表明,微板块与大板块类似,俯冲后通常会下沉至核幔边界。微幔块会推动地幔底部热的物质聚集并形成大的热化学结构。该热化学结构与层析成像揭示的LLSVP基本吻合。下地幔径向流速场和温度场的二阶结构与地表速度场散度的二阶结构随时间的移动轨迹相似,表明深浅部圈层的耦合演化,但是下地幔结构演化一般会滞后于浅表。在微幔块推挤之下,地幔柱优先沿着地幔底部热化学结构的边缘形成,且有时会被推至热化学结构的内部。地幔柱上升至浅部后,能够导致岩石圈弱化甚至裂解或板块边界跃迁,形成微板块。因此,地幔底部LLSVP不是稳定或静止的,而是与微板块动态协同演化,并通过地幔柱与浅表板块边界发生遥相关,从而控制微板块生成场所。     

志留纪早期上扬子海域南部桐梓上升的新证据北大核心CSCD

对贵州省遵义正安和务川等4条志留系新剖面的野外调查发现,正安石桥沟和务川珍珠桥从石牛栏组顶部到马脚冲组底部连续发育多层泥裂构造,这是志留纪早期桐梓上升的新证据。在黔北地区,桐梓上升发生在石牛栏组顶部到韩家店组(或马脚冲组)底部,延续时间很短,主要分布在贵州省境内,多表现为假整合面(喀斯特侵蚀面)、古风化壳和泥裂构造,为区域古地理再造和古地形恢复提供了依据。桐梓上升使得黔中古陆海岸线北扩,该上升的高度在不同地区不尽相同,南部地区普遍上升较为强烈,多形成高地,北部地区大多上升较弱,多形成较低山丘;它可在部分地区造成地层缺失,也可使地层几乎无明显缺失;它是区域地层划分和对比的标志。桐梓上升是一次区域性抬升运动,主要受控于华南板块内部的块体运移,由来自南方的水平挤压力转变为上、下振荡,造成了川渝黔边区的不均一抬升而后下降。     

前寒武纪条带状硅铁建造的形成机制与地球早期的大气和海洋

前寒武纪条带状硅铁建造(BIFs)是地球早期特有的化学沉积建造类型,记录了当时大气和海洋的化学成分、氧化还原状态及演化。本文系统测定了华北地台条带状硅铁建造的硫硅氧同位素组成。不同时代和不同类型条带状硅铁建造中石英的硅同位素组成非常相似,强烈亏损30Si,δ30SiNBS-28大部分位于-2.0‰～-0.3‰之间,平均-0.8‰;硅铁建造中石英的δ18OV-SMOW相对较高,8.1‰～21.5‰,平均13.9‰;二者均与现代海底黑烟囱、泉华及热水沉积硅质岩的硅氧同位素组成相似。在同一样品中,磁铁矿条带中石英的δ30SiNBS-28普遍低于相邻硅质条带中石英的值,而δ18OV-SMOW刚好相反,反映了硅铁建造沉积时的初始特征。BIFs中硫化物的δ34SV-CDT变化范围很大,-22.0‰～+11.8‰,但大部分集中分布在0值附近。Δ33S=-0.89‰～+1.2‰,显示出了明显的硫同位素非质量分馏特征,说明当时大气氧浓度很低。与火山活动关系密切的Algoma型硅铁建造的Δ33S多为负值,而远离火山活动中心的Superior型硅铁建造的Δ33S多为正值。提出无论是Algoma型,还是Superior型BIFs都是由海底热液喷气作用形成的。富含溶解硅和铁的热水溶液喷发到在海底以后,由于温度突然下降,硅酸H4SiO4在海水中达到过饱和状态,导致SiO2首先沉淀,形成硅质层;随着热水溶液与海水的不断混合,温度不断降低,Eh值不断升高,Fe2+逐渐被氧化生成Fe3+随后沉淀,形成富铁层。一套硅铁韵律层代表了一次大的海底喷气活动;海底热液喷气的周期性活动形成了规律性的硅铁韵律层。BIFs的广泛分布和硫同位素非质量分馏效应的普遍存在,表明当时大气氧水平很低,可能不足现在氧水平的1‰;火山和海底喷气活动非常强烈,海水温度较高,呈酸性,pH值在3.0～5.5之间;海洋中可溶解硅H4SiO4和Fe2+的浓度很高;而可溶硫酸盐的浓度极低,1mM。早元古代(1.8Ga)以后海洋硫酸盐浓度升高,由富铁海洋转化为富硫酸盐的海洋,是造成BIFs消失的根本原因。大规模火山喷发和海底喷气活动对海洋的成分和氧化还原状态影响很大,使海洋的氧化时间较大气至少推迟了6亿年。     

Petrogenesis of ore-bearing porphyry of a porphyry Cu deposit at Mujicun in the North China Craton and its geological implicationsSCIEI北大核心CSCD

国内外学者对发育于弧环境和碰撞造山环境的斑岩铜矿成岩机制已取得了深刻的理解,但对产出在克拉通内部的斑岩铜矿成岩机制在认识上还有所欠缺。本文报道了侵位于144Ma木吉村斑岩铜矿内的含矿闪长玢岩的岩石地球化学资料,以揭示木吉村斑岩铜矿的含矿斑岩成因。岩石地球化学资料显示:含矿闪长玢岩具有较低的(^(87)Sr/^(86)Sr)i值(0.70599~70690)和εNd(t)值(-19.4~-14.9),富集轻稀土元素(LREEs)和大离子亲石元素(LILEs),相对亏损元素Y和Yb。木吉村含矿斑岩与王安镇杂岩体镁铁质岩(辉石岩、角闪石岩、辉长岩、辉长闪长岩、安山岩)具有相似的微量元素配分模式、Sr-Nd同位素组成及亲EMⅠ地幔特征,这些岩浆岩呈现持续性的成份演化趋势,反映出它们的同源性。木吉村含矿斑岩及相关的镁铁质岩石具有相对较低的(^(87)Sr/^(86)Sr)i值(0.70564~706897)和εNd(t)值(-19.4~-13.8),显著区别于中上地壳同位素区域。含矿斑岩起源于伸展背景下富集地幔部分熔融形成的玄武质岩浆,其上升过程中遭受了一定程度的下地壳混染。玄武质岩浆在深部岩浆房发生堆晶作用形成具典型堆晶结构的角闪石岩等基性岩,随后在浅部岩浆房经历两阶段辉长岩-辉长闪长岩、安山岩-闪长玢岩系列分离结晶作用形成含矿斑岩。此过程可能是形成华北克拉通木吉村斑岩铜矿含矿斑岩的机制和动力诱因。     

甘肃大桥金矿硅质岩地球化学特征及其地质意义探讨北大核心CSCD

通过对甘肃大桥金矿硅质岩野外及岩石学特征、主元素、微量元素及稀土元素等地球化学分析,研究了该矿区硅质岩的成因特征,并探讨了其地质意义。结果表明,硅质岩化学成分中SiO2含量为75．59％～93．00％,Al／（Al＋Fe＋Mn）平均值为0．82;大部分微量元素与克拉克值相比处于亏损状态,而Au、Ag、As、Sb、Hg等微量元素富集;稀土元素EREE平均值为88．68μg／g,经北美页岩标准化后其占ce值为0．68～1．21,JEu值为0．77-1．32,LREE／HREE值为2．76～23．32,平均值为14．54,轻稀土元素富集明显,（La／Ce）N平均值为1．22,（La／Yb）。平均值为2．33。地球化学数据在反映大桥金矿硅质岩成因上具有不一致性,但是通过与国内金矿床硅质岩的稀土元素地球化学特征对比,并结合区域地层对比,可以初步判定大桥金矿硅质岩沉积环境靠近大陆边缘,使得该套硅质岩既受到了海底热液作用,同时又受到了陆源沉积作用的影响,属于热水沉积与正常沉积的过渡类型。然而硅质岩对于该矿床中金在矿源层形成阶段的初步富集所起的作用还需进一步研究。     

早期的硫化物饱和并不妨碍斑岩Cu-Au矿的形成北大核心CSCD

斑岩型铜(金和钼)矿床提供了世界上约75%的Cu、50%的Mo和20%的Au的产量。该类型矿床通常与汇聚板块边缘的下地壳以及中性火山-侵入岩浆体系相关。然而,尽管经过近十年的研究,目前对造成富矿岩浆体系和贫矿岩浆体系的控制因素仍然不完全清楚。一些研究认为,富矿岩浆比贫瘠岩浆更加富集金属成矿元素,而另一些研究则指出,斑岩型铜矿可以通过正常岩浆形成,并指出岩浆的硫含量、氧逸度、水含量或者上地壳岩浆房的规模都能决定其成矿。     

地幔转换带的金属铁限制了硅酸盐的水化作用北大核心CSCD

在地幔转换带条件下,瓦德利石和林伍德石最多可以携带3%质量的水。地球物理和地质学观测表明,地幔转换带的含水量可能高度不均一,该区域富水或贫水仍然存在巨大争议。而同时前人研究也显示地幔转换带的氧逸度很低,其还原环境对应着金属铁的析出。在地幔转换带,富水的硅酸盐矿物能否与金属铁稳定共存呢?     

地球深部物质和能量交换的动力过程与矿产资源的形成

地球深部物质与能量的交换和深层动力过程这一科学问题的提出,乃是近年来地球科学发展与逐步向量化“进军”的必然,它是探索一系列地学前沿课题的基础。地球表面所见到的一系列地球物理场异常,地质构造格局,地球化学组分变异,无一不受到地球内部物质与能量的交换和深层动力过程的制约。如地球圈层的形成与演化,大陆伸展与裂谷,资源与能源等,均为深部物质运移和物理学、化学效应及地质构造耦合的产物。本文讨论了金属矿产资源与地壳、地幔结构及深部物质运移的动力学响应。通过几个典型矿床和其形成要素分析了成矿作用的深层动力过程。文中主要讨论了五个方面的问题:第一,金属矿产资源成矿和分布与地壳、地幔结构及深部物质运移和成矿带。第二,金的形成与深层过程。第三,金属矿床的形成、演化和分布与深部物质及能量的交换。第四,地幔热柱与成矿作用。第五,地球内部深层动力过程与流体运移和必须深化研究的几个问题。     

Lu-Hf同位素体系对若干基础地质问题的新制约(之一)--地球早期演化

Ｌｕ－Ｈｆ同位素方法已趋成熟,主要得益于其化学方法的极大改进和与之配套的高电离率质谱仪的使用。Ｌｕ－Ｈｆ同位素方法在地球的早期性质研究中表明,部分古太古代片麻岩Ｓｍ－Ｎｄ同位素体系所记录的早期地幔的“极度”亏损,实际是对其同位素体系热扰动的反映;关于大陆地壳的生长模式,石英岩锆石Ｌｕ－Ｈｆ同位素特征支持了幕式增生的观点     

滇西北休瓦促钨钼矿区复式岩体地质及其成矿特征——来自年代学、氧逸度和地球化学的约束

休瓦促钨钼矿床位于义敦岛弧南段的香格里拉北部,目前已达中-大型。该区发育由两期岩体(晚三叠世的黑云母花岗岩和晚白垩世的斑状二长花岗岩)叠加而成的复式岩体,而该矿区钨钼矿形成于82~86Ma。然而,两期岩体间关系,以及晚三叠世岩体对矿床的形成有怎样的贡献,目前未有报道。笔者通过对两期岩体形成时间及其地球化学特征的研究,从成岩年代学、岩浆氧逸度等方面探究上述问题,并揭示两期岩体的成矿特征,为找矿实践提供一定的参考依据。研究表明,黑云母花岗岩结晶年龄为211.7±2.6Ma,SiO_2偏高(69.48%~73.73%),属高钾的钾玄质系列,偏铝质,富集轻稀土元素和大离子亲石元素而亏损重稀土元素以及高场强元素Nb、Sr、Ti等,有微弱的负Eu异常,岩浆氧逸度相对较高(fO_2=-19.4~-9.1,平均-13.7);斑状二长花岗岩结晶年龄为76.8±3.8Ma,且有一颗锆石核部的年龄值为219±2.6Ma,该岩体与前者有相似的地球化学特征,SiO_2高(67.35%~75.65%),属偏铝质的钾玄质系列,ΣREE较高,高于黑云母花岗岩,铕负异常明显大于前者,岩浆氧逸度相对较低(fO_2=-30.4~-18.2,平均-23.4)。据此,结合休瓦促矿区断层发育情况,提出矿区内两期岩体以近南北向F_4为界呈断层接触关系,北西向走滑断层(F_1-F_3)为控矿构造。本文认为,晚期斑状二长花岗岩对早期黑云母花岗岩具有一定的继承性关系,黑云母花岗岩来源于晚三叠世甘孜-理塘洋向西俯冲环境下地壳的部分熔融,岩浆富水、氧逸度高,利于形成Cu-Au矿床,且在找矿实践中得到部分验证;斑状二长花岗岩来源于加厚下地壳的部分熔融,岩浆贫水、氧逸度低于黑云母花岗岩,与W-Mo矿床相关。即,晚白垩世岩浆热液沿矿区断裂-裂隙系统运移,继承和发展早期岩浆活动,形成脉状细晶岩和W-Mo矿床。     

俯冲带硫的地球化学行为及硫循环SCIEI北大核心CSCD

俯冲带是全球最大的物质循环系统,控制着硫(S)在地球内部圈层及表层的循环,影响着大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的稳定性以及地球的宜居性。厘清S在俯冲带中的地球化学行为和循环特征对理解地球各储库的氧化还原状态、岩浆作用与演化、成矿物质聚集、以及地球大气成分等具有重要意义。本文首先总结了进入俯冲带之前的大洋岩石圈的S结构模型,对S在大洋板片中的分布状态和地球化学特征进行了系统归纳。随后,系统阐述了俯冲带高压-超高压变质岩记录的板片变质及脱水过程中硫的地球化学行为。岩石学研究表明俯冲板片中的S多以硫化物相存在,硫酸盐矿物在弧前深度就已被释放或分解。相较于熔体,俯冲带流体中S的溶解度更高,是运移硫的更有效方式。DEW模型计算结果显示,流体中S含量总体较低,但在俯冲板片~90km处其含量有一个峰值(浓度0.5%~1.0%)。岩相学证据、地球化学测试结果、磷灰石S近边吸收结构(S-XANES)特征以及模拟结果都显示俯冲深部流体中S多以HS^(-)及H_(2)S形式存在,不含大量的SO_(4)^(2-)及硫酸盐;中f_(S_(2))流体有利于S迁移出俯冲板片,从而促进俯冲带大规模S循环,而高f_(S_(2))流体在流-岩交换过程沿流体通道发生S的锁固作用而不利于俯冲带S循环。质量平衡计算显示全球俯冲带S输入通量为4.65×10^(13)g/yr,弧下深度板片S输出通量为2.91×10^(12)g/yr,板片-岛弧S循环效率仅6.3%。俯冲板片在弧下深度可能存在一个短暂高效的S释放窗口,释放流体的δ^(34)S值为-2.1±3.0‰。基于高压-超高压变质岩中硫化物的研究,初步厘清了俯冲板片中S的地球化学行为,首次从板片角度全面、定量地限定了俯冲带的脱硫通量、效率、种型和同位素特征,提出俯冲带循环的S不是岛弧岩浆的氧化剂,与岛弧环境的正δ^(34)S值也无直接因果联系,对解析俯冲带S循环和理解地球长期的S循环具有重要意义。最后,本文还展望了俯冲带S循环的未来发展方向,应在俯冲带流体氧化还原性质(硫酸盐的命运)、俯冲沉积物对S循环的制约、俯冲带环境下多硫同位素的分馏效应、S循环与其它挥发分(如C等)循环之间的耦合关系、地球历史上深部S循环等方向做出探索,更深入地理解俯冲带及全球S循环过程。     

福建行洛坑钨矿床黑钨矿LA-ICP-MS U-Pb年龄和微量元素地球化学特征北大核心CSCD

为精确厘定福建行洛坑钨矿床成矿时代和揭示其成矿流体演化特征,利用LA-ICP-MS对矿床中的浸染状石英细脉和大脉中的黑钨矿进行了U-Pb年代学和微量元素地球化学研究。结果表明,石英细脉和大脉中黑钨矿的原位U-Pb年龄分别为(151.3±5.8)Ma和(150.5±8.1)Ma。钨成矿时代与南岭地区钨矿化幕次相吻合,表明华南晚侏罗世大规模钨成矿作用可能从南岭地区向东延伸至武夷山成矿带。细脉黑钨矿较大脉黑钨矿具有更低的δEu值,但Nb、Ta含量更高,暗示早期的浸染状石英细脉形成于相对还原环境,晚期可能由于大气降水的增加使氧逸度升高。此外,黑钨矿Y/Ho、Zr/Hf值的非CHARAC行为及其稀土模式四分组效应暗示钨成矿过程中氟对钨等元素的迁移、富集起着重要作用。黑钨矿稀土总量和稀土配分曲线与南岭地区石英脉型钨矿相似,均为重稀土富集型。研究表明行洛坑钨矿属于石英脉型钨矿而非以往认为的斑岩型钨矿。     

四川省沐川地区的P-T界线沉积学与地球化学初步研究北大核心CSCD

四川盆地西南缘的沐川生基坪剖面(PTB)是研究海陆交互相二叠系-三叠系界线的关键。本次研究对研究区P-T界线地层的岩石学与地球化学特征进行研究,探讨了研究区的岩石组合特征、沉积环境、风化作用、古气候及物源特征。还原环境的宣威组中叶肢介化石、煤线和水平层理的出现,反映了近缘的滨浅湖相沉积特征;氧化环境的飞仙关组中双向交错层理、透镜状层理和脉状层理、波痕印模和干裂构造等特征的出现,反映了浅海相沉积特征。通过研究四川盆地晚二叠世-早三叠世岩相古地理可知,研究区宣威组的浅湖相和飞仙关组的潮间-潮下相沉积环境与前人所得出的海陆交互相和滨浅海相沉积环境基本吻合,反映了海水的持续入侵,与晚二叠世-早三叠世的海平面升降事件一致,表现了峨眉山玄武岩喷发之后伴随的海侵。高CIA、CIW和PIA值和A-CN-K和A-C-N图解共同指示了沉积岩物源区经历了强烈的风化作用,并暗示宣威组与飞仙关组沉积时期可能处于温暖潮湿的沉积气候环境。根据研究区宣威组、飞仙关组岩石组合中的玄武岩碎屑特征,并结合稀土元素特征、La/Yb-ΣREE、Co/Th-La/Sc源岩判别关系可推测沐川生基坪二叠系-三叠系界线处沉积岩的物质来源主要可能为宣威组底部的峨眉山玄武岩。     

胶莱盆地晚白垩世辛格庄组钙质结核的碳、氧同位素特征北大核心CSCD

利用古土壤钙质结核同位素恢复古大气CO2浓度是古气候研究的重要手段,对胶莱盆地赭埠剖面晚白垩世辛格庄组顶部发育的古土壤钙质结核进行碳、氧同位素分析表明,其δ13 C值在-2.87‰^-1.6‰之间,平均值为-2.13‰;δ18 O值在-11.93‰^-7.79‰之间,平均值为-9.87‰。计算得出晚白垩世Campanian早期大气CO2浓度在3 116×10-6~4 437×10-6之间,平均3 817×10-6。对比前人研究成果,认为在80Ma左右存在一次明显的大气CO2浓度高值现象。这也为研究胶莱盆地晚白垩世恐龙动物群的古生态环境提供重要依据。     

寒武纪早期牛蹄塘组中记录的大气—海洋富氧波动

寒武纪早期的海洋环境变化对生命大爆发具有重要影响,尽管前人对该时期海洋氧化还原条件以及古生产力做了大量研究,但对其氧化还原条件的波动仍存在争议。本研究以位于扬子地台东缘湘中坳陷西北缘的湘安地1井2～5 m分辨率采集的样品为研究对象,针对上埃迪卡拉统留茶坡组至寒武系牛蹄塘组和污泥塘组展开综合地球化学研究。对样品进行主量、微量以及稀土元素测试分析,牛蹄塘组下部δCe的负异常指示了富氧海水环境,但与其高浓度的Mo、V、Ni、Cr、U等微量元素含量矛盾。综合华南板块在埃迪卡拉纪—寒武纪转折期广泛的浅海大陆架暴露风化的事实,推测牛蹄塘组黑色页岩微量元素浓度的富集不仅受控于当时海水氧化还原条件,还受到其源区（即暴露的浅海大陆架）的氧化还原条件变化的约束。总有机碳（TOC）含量在寒武系牛蹄塘组下部迅速增高,推测该时期古海洋生产力大幅提高,氧气的生成通量快速提升,导致寒武纪早期大气—海洋发生的富氧波动,并进一步促进了以后生动物为特征的寒武纪生物大爆发。     

扬子东南缘“湘潭式”锰矿的地球化学特征及成矿机制北大核心CSCD

湖南“湘潭式”锰矿是华南扬子地块东南缘南华纪沉积型锰矿的重要组成部分。含锰岩系赋存于大塘坡组底部碳酸锰层中,矿石类型主要为致密块状、条带状和互层状碳酸锰矿石。菱锰矿呈显微“球粒”状,多具3层圈层构造,类似“薄皮鲕”的特征。锰矿石MnO含量为12.08%~40.02%,平均28.93%,具有较低的Fe/Mn值(0.01~0.32)和较高的P含量(0.058%~0.190%),从工业用途的角度,属低Fe高P型锰矿。“湘潭式”锰矿石微量元素相对PAAS具有明显的Co、Mo、Sr富集和V、Cr、Ni、U等亏损,中稀土元素相对轻、重稀土元素富集,呈“帽式”配分模式。“湘潭式”锰矿与黔东“大塘坡式”锰矿具有相似的微量元素富集亏损特征和稀土元素配分模式,反映了它们可能存在相似的成矿背景。“湘潭式”锰矿石较低的Al/Mn(0.02~0.35)、Al/(Al+Fe+Mn)值(<0.35)和较高的(Fe+Mn)/Ti值(>25),表明锰质主要来源于海底热液活动,但锰矿石Ce正异常及弱的Eu负异常表明其并非典型的海相热水沉积,且Al_(2)O_(3)-SiO_(2)图解显示锰矿石为正常海水沉积。综合认为,“湘潭式”锰矿的锰质来源于非成矿期的海底热液活动。锰矿石Fe、Mn分离显著,U、V亏损和Mo富集的特征表明Mn沉淀时水体环境可能较为氧化。锰矿石具有明显的Ce正异常,且Ce/Ce^(*)值与Mn含量之间表现为显著正相关关系,表明Mn是在氧化环境中,以氧化物或氢氧化物的形式沉淀富集,具有与现代海底水成Fe-Mn结核类似的沉淀成因机制。与“大塘坡式”锰矿床类似,“湘潭式”锰矿具有负的δ^(13)C_(carb)值(−9.9‰~−4.3‰),锰矿石中Mn含量和δ^(13)C_(carb)值具有显著相关性,同时考虑到锰矿石S元素的陆源特征、黄铁矿的缺乏和新元古代海水中较低的SO_(4)^(2−)含量,有机质早期成岩阶段,锰氧化物作为主要电子受体氧化有机质为锰碳酸盐岩沉淀提供了HCO_(3)^(−)。但锰矿石δ^(13)C_(carb)明显高于其有机碳库δ^(13)C_(org)(−34.4‰~−32.58‰),且比地质历史时期重要碳酸锰矿床的δ^(13)C_(carb)值更为集中,说明海水可能提供了更多的碳源,锰碳酸盐岩沉淀可能发生在靠近海水–沉积物界面的位置。