青海东昆仑三通沟北锰矿成矿时代与物质来源:来自Re-Os同位素年代学与地球化学的约束.pdf
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1、书书书():岩 石 学 报:李 文,刘 永 乐,李 文 君 等 青 海 东 昆 仑 三 通 沟 北 锰 矿 成 矿 时 代 与 物 质 来 源:来 自同 位 素 年 代 学 与 地 球 化 学 的 约束岩 石 学 报,():,:青 海 东 昆 仑 三 通 沟 北 锰 矿 成 矿 时 代 与 物 质 来 源:来 自同 位 素 年 代 学 与 地 球 化 学 的 约 束李 文,刘 永 乐李 文 君高 炳 宇董 志 国朱 明 田张 连 昌 ,中 国 地 质 大 学 地 球 科 学 与 资 源 学 院,北 京 中 国 科 学 院 矿 产 资 源 研 究 重 点 实 验 室,中 国 科 学 院 地 质
2、与 地 球 物 理 研 究 所,北 京 青 海 省 第 三 地 质 勘 查 院,西 宁 ,收 稿,改 回,:,():,:,()(),(),(),(),;摘要 东 昆 仑 三 通 沟 北 锰 矿 床 是 近 年 来 青 海 省 发 现 的 规 模 最 大 的 海 相 沉 积 型 锰 矿。该 矿 床 位 于 东 昆 南 构 造 带 的 北 缘,成 矿 地 质 背 景 与 原 特 提 斯 洋 的 演 化 密 切 相 关。但 目 前 该 矿 床 研 究 程 度 较 低,尤 其 是 成 矿 时 代 存 在 中新 元 古 代 与 奥 陶志 留 纪的 争 议,成 矿 物 质 来 源 存 在 海 底 热 液
3、为 主 还 是 海 底 热 液 与 陆 源 风 化 共 同 来 源 的 不 同 认 识。为 了 解 决 这 些 问 题,本 文 在 对 三 通沟 北 锰 矿 进 行 详 细 野 外 地 质 调 查 和 钻 孔 岩 芯 编 录 的 基 础 上,选 择件 锰 矿 石 进 行同 位 素 分 析,获 得 了 的本 文 受 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目()、中 国 科 学 院 地 质 与 地 球 物 理 研 究 所 实 验 技 术 创 新 基 金()和 青 海 省 自 然资 源 厅 青 自 然 资()号 联 合 资 助第 一 作 者 简 介:李 文,女,年 生,硕 士 生,矿 物 学、岩 石
4、学、矿 床 学 专 业,:通 讯 作 者:张 连 昌,男,年 生,博 士,研 究 员,矿 床 地 质 与 地 球 化 学 专 业,:等 时 线 年 龄,说 明 三 通 沟 北 锰 矿 带 形 成 于 晚 奥 陶 世,不 是 前 人 认 为 的 中新 元 古 代,这 一 成 矿 年 龄 与 区 域 上 的 奥 陶 纪 纳赤 台 群 沉 积 岩 的 形 成 时 代 一 致。同 时同 位 素 分 析 获 得 的初 始 值 为 ,该 值 明 显 低 于 同 期 海 水 的同 位 素 组 成(),初 步 表 明 三 通 沟 北 锰 矿 的 锰 质 来 源 以 海 底 热 液 为 主。矿 石 在、()、(
5、)和等 图 解 上 主 要 位 于 热 水 沉 积 区,矿 石 稀 土 元 素 配 分 型 式 也 具 有 海 底 热 液 来 源 的 特 征。可见 三 通 沟 北 锰 矿 的 成 矿 物 质 来 源 主 要 与 海 底 热 液 活 动 有 关。关 键 词 东 昆 仑;沉 积 型 锰 矿;纳 赤 台 群;同 位 素 年 龄;地 球 化 学中 图 法 分 类 号 ;东 昆 仑 三 通 沟 北 锰 矿 床 是 近 年 来 青 海 省 发 现 的 规 模 最大 的 海 相 沉 积 型 锰 矿。但 目 前 该 矿 床 研 究 程 度 较 低,相 关 文献 较 少,形 成 时 代 存 在 争 议。针 对
6、 赋 矿 岩 系 和 矿 床 形 成 时代,目 前 存 在 两 种 主 流 的 观 点,一 种 认 为 其 形 成 于 中晚 元 古代(赵 静 纯 等,;李 杰 等,),另 一 种 认 为 是 奥 陶志 留纪(陈 有?等,;靳 立 杰 等,)。针 对 这 一 争 议,刘 永乐 等()通 过 对 三 通 沟 北 锰 矿 围 岩 粉 砂 岩 开 展 碎 屑 锆 石同 位 素 年 代 学 研 究 和 矿 区 下 盘 硅 质 岩 中 发 现 的 放 射 虫化 石 种 属 鉴 定,认 为 研 究 区 赋 锰 岩 系 大 致 形 成 于 奥 陶志 留纪。但 是 这 对 于 赋 矿 岩 系 和 成 矿 时
7、代 只 是 一 个 间 接 的 约 束,仍 然 缺 乏 最 直 接 的 定 年 结 果。同 位 素 体 系 是 限 定 沉 积 岩 及 其 沉 积 矿 床 形 成 年龄 有 力 的 工 具(,;,),并广 泛 应 用 于 富 有 机 质 的 泥 页 岩、灰 岩(,;,)、湖 相 页 岩(,;,)、泥 炭(,;,)和 沥 青(李 超 等,)等 研 究 对 象 的 定 年。这 是因 为 沉 积 于 低 氧 或 缺 氧 底 层 水 中 的 富 有 机 物 沉 积 物 具 有 较高 含 量 的和 较 大 变 化 范 围 的 同 位 素 比 值,使 其 成为定 年 的 理 想 对 象(,;,)。近 年
8、来,同 位 素 体 系 在 沉 积 型 矿 床 定 年中 开 始 得 到 了 应 用,如 裴 浩 翔 等()对 贵 州 道 坨 锰 矿 大 塘坡 组 一 段 含 锰 黑 色 页 岩 测 定 的同 位 素 等 时 线 年 龄 为 ,限 定 了“大 塘 坡”式 锰 矿 的 成 矿 时 代 和冰 期 的 结 束 年 龄;()通 过 测 定 新 疆 西 昆仑 奥 尔 托 喀 讷 什 锰 矿 床 碳 酸 锰 矿 石 的同 位 素 组 成,获得 碳 酸 锰 矿 石 成 矿 年 龄 为 ,该 年 龄 还 进 一 步得 到 了 凝 灰 岩 夹 层 锆 石年 龄(张 帮 禄 等,)的 支 持,表 明 碳 酸 锰
9、 矿 石 的年 代 学 是 约 束 其 成 矿 年 龄 的 可 靠工 具。同 位 素 体 系 除 实 现 对 部 分 沉 积 岩 定 年 外,还 能 够提 供 同 期 海 水同 位 素 组 成 的 信 息,实 现 对 大 氧 化 事 件(,;,)、冰 期 和 间 冰 期旋 回(,;,)和 大 洋 缺 氧(,;,)等 局 部 或 全 球 环 境 变 化的 约 束。同 时 还 可 利 用 海 底 矿 化 沉 积 物 的同 位 素 组 成,并 结 合 主 量 和 微 量 元 素 的 地 球 化 学 特 征 来 共 同 示 踪 这 类 沉积 物 的 物 质 来 源(,)。本 文 在 详 细 研 究 锰
10、 矿 地 质 特 征、钻 孔 岩 芯 观 察 的 基 础上,测 定 了 东 昆 仑 三 通 沟 北 矿 床 锰 矿 石 的同 位 素 组成,分 析 了 沉 积 型 锰 矿的 地 球 化 学 属 性 及 其 同 位 素 定年 的 可 行 性,讨 论 了 三 通 沟 北 锰 矿同 位 素 年 龄 的 地 质意 义;同 时 利 用 锰 矿 石、围 岩 硅 质 岩 和 粉 砂 岩 的 主 量、微 量 和稀 土 元 素 地 球 化 学 组 成,综 合 判 断 了 三 通 沟 北 锰 矿 的 成 矿 物质 来 源。区域地质特征三 通 沟 北 锰 矿 床 位 于 青 海 都 兰 县 诺 木 洪 镇 以 南
11、约处,大 地 构 造 位 置 处 于 昆 中 断 裂 和 昆 南 断 裂 带 之 间 的 南 昆 仑结 合 带(图),北 以 昆 中 断 裂 为 界 与 东 昆 仑 弧 盆 系 毗 邻,昆南 断 裂 带 则 被 认 为 是 古 特 提 斯 洋 北 向 俯 冲 的 缝 合 带(孙 崇仁,)。区 域 上 经 历 了 加 里 东 期、华 力 西 期、印 支 期 等 多期 次 的 构 造 活 动(许 志 琴 等,;张 雪 亭 等,)。区 域 出 露 的 地 层 主 要 为 下 元 古 界 金 水 口 群、中上 元 古界 万 宝 沟 群 碳 酸 盐 岩 组、上 奥 陶 统 纳 赤 台 群、下 石 炭 统
12、 哈 拉郭 勒 组、下中 三 叠 统 洪 水 川 组、上 三 叠 统 八 宝 山 组 和 中 侏 罗统 羊 曲 组 等(图)。其 中 金 水 口 群 主 要 分 布 于 该 区 域 的 东北 部,呈 北 西南 东 向 展 布,主 要 岩 性 为 黑 云 斜 长 角 闪 岩、夕线 黑 云 斜 长 片 麻 岩、斜 长 角 闪 岩 及 少 量 大 理 岩。中上 元 古界 万 宝 沟 群 大 面 积 出 露 于 区 域 中 部 及 北 部,该 套 地 层 的 主 要岩 性 为 火 山沉 积 岩 和 碳 酸 盐 岩,与 金 水 口 群 呈 断 层 接 触。上 奥 陶 统 纳 赤 台 群 在 中 部 及
13、东 南 部 大 面 积 出 露,总 体 呈 北西南 东 向 不 规 则 带 状 分 布,岩 性 主 要 为 灰 色、灰 绿 色 石 英 绢云 母 千 枚 岩、泥 质 板 岩、粉 砂 岩 夹 硅 质 岩、薄 层 砂 岩 等,该 套地 层 是 区 内 主 要 含 锰 岩 系,与 万 宝 沟 群 呈 不 整 合 接 触。纳 赤台 群 常 被 上 三 叠 统 八 宝 山 组 火 山 岩 覆 盖,二 者 呈 角 度 不 整 合接 触 或 断 层 接 触 关 系(图)。该 区 域 还 少 量 出 露 下 石 炭 统哈 拉 郭 勒 组 沉 积 岩、下中 三 叠 统 洪 水 川 组 沉 积 岩、上 三 叠 统
14、八 宝 山 组 火 山 岩 及 中 侏 罗 统 羊 曲 组 沉 积 岩 等 地 层。区 域 断 裂 以向 为 主(如、),次 为向(如、)、个 别 有 近向 和 近向 断 裂(图);断 裂 性 质 有 逆 断 层、平 移 断 层 及 性 质 不 明 断 层。和断 裂 对 含 锰 盆 地 有 明 显 的 控 制 作 用。区 域 岩 浆 活 动 频 繁,可见 加 里 东 期、华 力 西 期、印 支 期 等 岩 浆 旋 回,岩 石 类 型 较 多,从 基 性 到 中 酸 性 岩 均 有 分 布。岩 石 学 报,():图三 通 沟 北 锰 矿 大 地 构 造 位 置 及 区 域 地 质 简 图(据 刘
15、 永 乐 等,修 改)第 四 系;中 侏 罗 统 羊 曲 组;上 三 叠 统 八 宝 山 组;下中 三 叠 统 洪 水 川 组;下 石 炭 统 哈 拉 郭 勒 组;上 奥 陶 统 纳 赤 台 群;中上 元 古 界万 宝 沟 群 碳 酸 盐 岩 组;中上 元 古 界 万 宝 沟 群 火 山 岩 组;中 三 叠 世 二 长 花 岗 岩;中 三 叠 世 花 岗 闪 长 岩;中 三 叠 世 正 长 花 岗 岩;早三 叠 世 正 长 花 岗 岩;三 叠 纪 二 长 花 岗 岩;震 旦 纪 超 镁 铁 质 岩;地 质 界 线;不 整 合 界 线;逆 断 层 位 置 及 编 号;性 质 不 明 断 层 位置
16、 及 编 号;三 通 沟 北 锰 矿 床 位 置 (,);锰矿床地质特征三 通 沟 北 锰 矿 容 矿 围 岩 为 上 奥 陶 统 纳 赤 台 群(刘 永 乐等,)。该 群 岩 性 以 暗 色 粉 砂 岩、硅 质 岩、白 云 岩、长 石砂 岩 和 岩 屑 长 石 砂 岩 为 主,这 些 岩 石 中 常 含 有 黑 色 有 机 质 纹层 和 细 粒 黄 铁 矿,部 分 地 层 被 中 生 代 辉 长 岩 体 侵 入 破 坏。根据 岩 性 组 合,可 将 区 内 地 层 大 致 分 为 四 段:第 一 段 岩 性 以 一套 灰 黑 色 粉 砂 岩、硅 质 岩、碳 质 粉 砂 岩 夹 薄 层 细 砂
17、 岩 组 合 为主;第 二 段 岩 性 以 一 套 灰 色 中 细 粒 长 石 砂 岩 夹 透 镜 状 角 砾 白云 岩 组 合 为 主;第 三 段 岩 性 以 一 套 灰 黑 色 粉 砂 岩 夹 中 细 粒 长石 砂 岩 为 主;第 四 段 岩 性 以 一 套 灰 色 中 细 粒 长 石 砂 岩 和 白 云岩 为 主,夹 凝 灰 质 粉 砂 岩、中 细 粒 岩 屑 长 石 砂 岩。从 地 层 剖面 上 可 以 看 出,该 套 含 锰 岩 系 以 灰 黑 色 含 有 机 质 和 细 粒 黄 铁矿 的 粉 砂 岩、硅 质 岩 夹 细 砂 岩 组 合 为 特 征,反 映 了 半 深 海 斜坡深 海
18、 的 过 渡 相 沉 积 环 境(刘 永 乐 等,)。李 文 等:青 海 东 昆 仑 三 通 沟 北 锰 矿 成 矿 时 代 与 物 质 来 源:来 自同 位 素 年 代 学 与 地 球 化 学 的 约 束图三 通 沟 北 锰 矿 床 地 质 简 图(据 刘 永 乐 等,)第 四 系;上 三 叠 统 八 宝 山 组 火 山 岩 段;上 三 叠 统 八 宝 山 组 砂 砾 岩 段;上 奥 陶 统 灰 岩;上 奥 陶 统 砂 岩;上 奥 陶 统 粉 砂 岩;上 奥 陶 统含 砾 岩 屑 砂 岩;上 奥 陶 统 碳 质 粉 砂 岩;上 奥 陶 统 硅 质 岩;中 生 代 凝 灰 岩;中 生 代 英
19、安 斑 岩;中 生 代 辉 长 岩;蛇 纹 岩;地 质 界线;不 整 合 界 线;断 层;锰 矿 带 位 置 及 编 号;锰 矿 化 带 位 置 及 编 号;地 质 剖 面 位 置 (,);矿 区 工 业 矿 体 主 要 由号、号 和号条 锰 矿 带 及号 和号条 锰 矿 化 带 组 成(图)。其 中,和为 矿区 主 矿 带,单 个 矿 体 最 长 达,矿 体 厚 之 间,锰 矿 石 品 位 为 。赋 锰 围 岩 主 要 由 硅 质 粉 砂岩、硅 质 岩 和 碳 质 粉 砂 岩 等 组 成。号 矿 带 规 模 最 大,产 状 较 陡,倾 向 北,倾 角 (图)。第勘 探 线 地 质 剖 面(图
20、)揭 示,号 矿 带 由个矿 体(层)组 成。其 中矿 体 倾 向,倾 角 较 陡,部 分 地段 近 乎 直 立 产 出,一 般 倾 角 在 不 等,最 大 控 制 斜 深,矿 体 长,厚 度 ,平 均 品 位,矿 体 在 走 向 和 倾 向 上 延 伸 较 为 稳 定,矿 体 顶 板 为 硅质 粉 砂 岩,底 板 为 细 砂 岩。矿 体 长,厚 度 ,最 大 控 制 斜 深,平 均 品 位,矿 体 在 走向 和 倾 向 上 延 伸 不 连 续,矿 体 顶 板 为 硅 质 粉 砂 岩,底 板 为 粉砂 岩。矿 体 最 大 控 制 斜 深,平 均 厚 度,矿 体长,厚 度 ,平 均 品 位,矿
21、体 在走 向 和 倾 向 上 断 续 延 伸,矿 体 顶 底 板 均 为 粉 砂 岩。矿 体最 大 控 制 斜 深,矿 体 长,厚 度 ,平 均厚 度,平 均 品 位,矿 体 在 走 向 和 倾 向 上 延伸 相 对 较 稳 定,矿 体 顶 板 为 粉 砂 岩,底 板 为 含 碳 粉 砂 岩。矿 体 最 大 控 制 斜 深,矿 体 长,厚 度 ,平 均 厚 度,平 均 品 位,矿 体 在 走 向和 倾 向 上 延 伸 不 连 续,矿 体 顶 底 板 均 为 含 黄 铁 矿 的 粉 砂 岩。矿 体 最 大 控 制 斜 深,矿 体 长,厚 度 ,平 均 厚 度,平 均 品 位,矿 体 在 走 向和
22、 倾 向 上 延 伸 相 对 较 稳 定,矿 体 顶 板 为 硅 质 粉 砂 岩,底 板 为硅 质 岩 与 含 碳 粉 砂 岩 互 层。三 通 沟 北 锰 矿 的 容 矿 围 岩 主 要 由 硅 质 岩(图,)和 含碳 粉 砂 岩(图,)组 成。其 中 硅 质 岩 呈 灰 色深 灰 色,显 微隐 晶细 晶 结 构,基 本 由 微 晶 石 英 和 隐 晶 硅 质 组 成,含 少 量 黏土 矿 物。含 碳 粉 砂 岩 分 布 较 广,岩 石 呈 灰 色,粉 砂 状 结 构,薄层 状条 带 状 构 造,主 体 由 细 粒 陆 源 碎 屑(长 石 和 石 英)和 填隙 物(黏 土 矿 物)及 有 机
23、碳 构 成(图)。锰 矿 石 多 呈 深 灰 色 碎 裂 状(图),显 微 镜 和 扫 描 电 镜观 察 表 明,锰 矿 石 的 矿 石 矿 物 以 钙 菱 锰 矿 为 主,其 次 是 铁 菱锰 矿 和 锰 方 解 石(图,)。菱 锰 矿 常 出 现 成 分 分 带 现 象(图),即 由 内 到 外 表 现 为 钙 菱 锰 矿 到 铁 菱 锰 矿 的 成 分 变化。其 中,钙 菱 锰 矿 相 比 铁 菱 锰 矿 的 反 射 色 较 暗,粒 径 较 大,岩 石 学 报,():图三 通 沟 北 锰 矿 第勘 探 线 剖 面 及同 位 素 样 品 位 置三 叠 系 八 宝 山 组 凝 灰 岩、安 山
24、 岩;上 奥 陶 统 纳 赤 台 群 砂 岩;上 奥 陶 统 纳 赤 台 群 碳 质 粉 砂 岩;上 奥 陶 统 纳 赤 台 群 长 石 砂 岩;上 奥 陶 统纳 赤 台 群 粉 砂 岩;上 奥 陶 统 纳 赤 台 群 含 砾 砂 岩;上 奥 陶 统 纳 赤 台 群 硅 质 岩;上 奥 陶 统 纳 赤 台 群 硅 质 粉 砂 岩;中 生 代 辉 长 岩;锰 矿体 位 置;施 工 钻 孔 位 置 及 编 号;施 工 钻 孔 深 度;锰 矿 体 编 号、矿 体 平 均 品 位 及 平 均 厚 度;同 位 素 样 品 采 集 位 置 ;,;李 文 等:青 海 东 昆 仑 三 通 沟 北 锰 矿 成
25、矿 时 代 与 物 质 来 源:来 自同 位 素 年 代 学 与 地 球 化 学 的 约 束图三 通 沟 北 含 锰 岩 系 岩 相 学 及 显 微 结 构 照 片()硅 质 岩 标 本;()硅 质 岩 镜 下 显 微 照 片;()含 碳 粉 砂 岩 野 外 露 头;()含 有 机 质 粉 砂 岩 镜 下 显 微 照 片;()碎 裂 状 锰 矿 石(岩 芯);()球状、椭 球 状 或 不 规 则 集 合 体 形 态 的 菱 锰 矿;()球 状 或 椭 球 状 钙 菱 锰 矿;()菱 锰 矿 的 成 分 分 带,由 内 到 外 为 钙 菱 锰 矿 到 铁 菱 锰 矿 的 变 化;()矿 石 中
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