西昆仑晚古生代恰尔隆弧后盆地演化与锰成矿作用

晚古生代,康西瓦洋壳指向西昆仑地块俯冲,在恰尔隆盆地内沉积了下石炭统—上二叠统的一套以海进-海退为特征的旋回序列。新发现的主乌鲁克碳酸锰矿床位于恰尔隆盆地北部,含锰层位为下石炭统他龙群中段细碎屑岩夹碳酸盐岩,锰矿层为黑色泥质碳质页岩夹铁锰质微晶灰岩,显示明显韵律。锰矿石的Mn品位为8.00%~16.59%,Mn/Fe比值为0.36~1.46,铁锰分异不明显。矿石矿物主要为锰碳酸盐矿物,具有典型生物结构。碳酸锰矿石的正Eu异常(δEu=3.46±2.00)显示成矿物质主要为海底热水来源。碳酸锰矿石以及围岩的^(87)Sr/^(86)Sr偏向于大陆地壳组成(0.711925±0.000601),表明成矿物质主要来自西昆仑古老陆壳基底。锰矿石中不明显的Ce异常(δCe=0.96±0.14)和低的(Mo/U)_(auth)(自生矿物的Mo/U摩尔浓度比值,5.36±4.41)显示其主要沉积于局部快速氧化环境;而明显的Mo富集(平均Mo_(auth)=99.14±97.04)和纹层状自形黄铁矿表明围岩主要形成于还原环境。碳酸锰矿石的有机碳同位素组成(δ^(13)C_(org-PDB)=-24.65‰±2.12‰)、无机碳同位素的组成和变化趋势(δ^(13)C_(carb-PDB)=-12.67‰±3.86‰)以及总有机碳含量(TOC)与锰品位成负相关,表明锰可能最初以(氢)氧化物形式沉淀,而后在成岩埋藏过程中被有机质还原。总之,在早石炭世的恰尔隆盆地内,海侵过程带来丰富的自由氧和有机质,沉积了一套黑色泥质碳质页岩夹铁锰质微晶灰岩。同生断层活动带来富Mn^(2+)热水;Mn^(2+)在短暂的氧化条件下被氧化为Mn^(3+)/Mn^(4+)的(氢)氧化物。由于含氧量不足,铁和锰未完全分离。随着沉积作用进行,这些(氢)氧化物被表层沉积物覆盖而埋藏。随后在缺氧孔隙水中,Mn^(3+)/Mn^(4+)的(氢)氧化物被有机质还原为Mn^(2+)碳酸盐矿物。晚石炭世,海平面上升,Mn^(2+)的氧化作用逐渐减弱,使得上覆地层缺乏含锰层位。