GR: 世界上第一个被发现的石炭纪末期的高品位大型菱锰矿矿床

锰是一种大宗紧缺的能源金属。现代大洋锰结核以MnO₂为主（图1a），极少有MnCO_3­（菱锰矿）结核或矿层被发现；而我国陆域锰矿的主体成分为MnCO₃（图1b）,呈现了海陆迥异的锰矿物状态。为深刻认识锰矿形成机理，方便海洋和陆地锰矿勘查，深海所与中国地调局西安矿产调查中心、长大、中国地调局西安地调中心、渥太华大学、伦敦大学学院、中国地调局综合调查指挥中心合作，对西昆仑奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿进行了剖析。深海所作为通讯单位的论文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发表(中科院1区，IF= 7.2)。

图1. 现代锰结核手标本横切面(图a)和菱锰矿晶体（图b）

奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿形成于古特斯洋向北俯冲的弧后盆地环境，本次工作通过新鲜锰矿石有机质的Re-Os定年显示其成矿时代为302 ± 9 Ma，是晚石炭世期间世界上第一个被发现的高品位菱锰矿矿床。该时期柴达木、华北板块均存在古特斯洋向北俯冲的弧后盆地环境（图2a），但却未有菱锰矿床的发现。研究推测：塔里木地幔柱的活动促进了西昆仑菱锰矿矿床的形成（图2a）。原因在于：（1）锰矿成矿时代与其北部塔里木地幔柱启动时间一致（塔里木金伯利岩年龄300.5 ± 4.4 Ma被认为是地幔柱启动时间(Zhang et al.,2013)（图2b）；（2）Re-Os同位素显示矿区有地幔物质参与；（3）西昆仑北部存在塔里木地幔柱，西昆仑南部的北羌塘地体(图2a)在早二叠纪也有地幔柱活动(Zhang and Zhang,2017),故夹在中间的西昆仑地区也应受到地幔柱的影响。矿区存在强烈的热水沉积活动，可能地幔柱影响下的弧后盆地的热水活动，提供了锰源。

图2. 奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿的地质背景(Gao et al.,2024)：其中图a晚石炭世古地理重建（据李荣社等，2011；Huang et al.，2018--ESR修改）。

草莓状黄铁矿、自生石英以及d³⁴S达-38.7‰指示微生物在锰矿中起到了作用。矿床所在的弧后盆地具有饥饿盆地性质（图3），该环境通常可增强微生物的成矿作用。矿区的碳酸盐型锰矿石具有现代大洋锰结核的正Ce异常，且V/(V+Ni）在0.39左右，指示锰矿石经历了以Mn⁴⁺沉积的氧化阶段（Cycle I）（图3a-b），微生物可能在Mn⁴⁺富集过程中起到了作用。经计算该阶段氧逸度大概为FMQ+6.4。

图3. 西昆仑造山带晚石炭世奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿床成矿模式（Gao et al.,2024）

矿石的Pr/Ph小于0.8（高度缺氧），指示锰矿石经历了还原阶段（Cycle II）（图3c），使Mn⁴⁺变为了Mn²⁺，该阶段氧逸度大概在FMQ + 4.5。全岩¹³C_V-PDB值（从-19.5‰～-8.2‰）比围岩的¹³C_V-PDB值（-5.3‰～+4.2‰）偏负，而锰矿石中干酪根的¹³C_V-PDB值（-29‰）明显低于全岩，推测有机质还原功能在Mn⁴⁺转换为Mn²⁺的过程中（Cycle II）起到了关键作用。

研究最终指出：在伸展构造背景下，存在地幔柱的影响，热水活动强烈，有饥饿盆地性质的沉积环境，且有机质含量高的地层是菱锰矿富集成矿的优先位置。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2024.06.006