GR: 世界上第一個被發現的石炭紀末期的高品位大型菱錳礦礦床

錳是一種大宗緊缺的能源金屬。現代大洋錳結核以MnO₂為主（圖1a），極少有MnCO_3-（菱錳礦）結核或礦層被發現；而我國陸域錳礦的主體成分為MnCO₃（圖1b）,呈現了海陸迥異的錳礦物狀態。為深刻認識錳礦形成機理，方便海洋和陸地錳礦勘查，深海所與中國地調局西安礦產調查中心、長大、中國地調局西安地調中心、渥太華大學、倫敦大學學院、中國地調局綜合調查指揮中心合作，對西昆侖奧爾托喀訥什大型碳酸鹽型錳礦進行了剖析。深海所作為通訊單位的論文Discovery of Late Carboniferous high-grade carbonate-hosted manganese mineralization in the Maerkansu Area of the Western Kunlun Orogen,Northwest China)在TOP期刊Gondwana Research發表(中科院1區，IF= 7.2)。

圖1. 現代錳結核手標本橫切面(圖a)和菱錳礦晶體（圖b）

奧爾托喀訥什大型碳酸鹽型錳礦形成于古特斯洋向北俯沖的弧后盆地環境，本次工作通過新鮮錳礦石有機質的Re-Os定年顯示其成礦時代為302 ± 9 Ma，是晚石炭世期間世界上第一個被發現的高品位菱錳礦礦床。該時期柴達木、華北板塊均存在古特斯洋向北俯沖的弧后盆地環境（圖2a），但卻未有菱錳礦床的發現。研究推測：塔里木地幔柱的活動促進了西昆侖菱錳礦礦床的形成（圖2a）。原因在于：（1）錳礦成礦時代與其北部塔里木地幔柱啟動時間一致（塔里木金伯利巖年齡300.5 ± 4.4 Ma被認為是地幔柱啟動時間(Zhang et al.,2013)（圖2b）；（2）Re-Os同位素顯示礦區有地幔物質參與；（3）西昆侖北部存在塔里木地幔柱，西昆侖南部的北羌塘地體(圖2a)在早二疊紀也有地幔柱活動(Zhang and Zhang,2017),故夾在中間的西昆侖地區也應受到地幔柱的影響。礦區存在強烈的熱水沉積活動，可能地幔柱影響下的弧后盆地的熱水活動，提供了錳源。

圖2. 奧爾托喀訥什大型碳酸鹽型錳礦的地質背景(Gao et al.,2024)：其中圖a晚石炭世古地理重建（據李榮社等，2011；Huang et al.，2018--ESR修改）。

草莓狀黃鐵礦、自生石英以及d³⁴S達-38.7‰指示微生物在錳礦中起到了作用。礦床所在的弧后盆地具有饑餓盆地性質（圖3），該環境通常可增強微生物的成礦作用。礦區的碳酸鹽型錳礦石具有現代大洋錳結核的正Ce異常，且V/(V+Ni）在0.39左右，指示錳礦石經歷了以Mn⁴⁺沉積的氧化階段（Cycle I）（圖3a-b），微生物可能在Mn⁴⁺富集過程中起到了作用。經計算該階段氧逸度大概為FMQ+6.4。

圖3.?西昆侖造山帶晚石炭世奧爾托喀訥什大型碳酸鹽型錳礦床成礦模式（Gao et al.,2024）

礦石的Pr/Ph小于0.8（高度缺氧），指示錳礦石經歷了還原階段（Cycle II）（圖3c），使Mn⁴⁺變為了Mn²⁺，該階段氧逸度大概在FMQ + 4.5。全巖¹³C_V-PDB值（從-19.5‰～-8.2‰）比圍巖的¹³C_V-PDB值（-5.3‰～+4.2‰）偏負，而錳礦石中干酪根的¹³C_V-PDB值（-29‰）明顯低于全巖，推測有機質還原功能在Mn⁴⁺轉換為Mn²⁺的過程中（Cycle II）起到了關鍵作用。

研究最終指出：在伸展構造背景下，存在地幔柱的影響，熱水活動強烈，有饑餓盆地性質的沉積環境，且有機質含量高的地層是菱錳礦富集成礦的優先位置。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2024.06.006