西昆侖瑪爾坎蘇錳礦帶含錳巖系時(shí)代厘定及地質(zhì)意義

摘要：西昆侖造山帶新近發(fā)現(xiàn)的瑪爾坎蘇碳酸錳成礦帶是我國(guó)錳礦資源勘查的重大突破.本文在梳理瑪爾坎蘇碳酸錳成礦帶區(qū)域地層已有年齡的基礎(chǔ)上，對(duì)含錳巖系含火山碎屑灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r及凝灰?guī)r夾層中的鋯石開(kāi)展U Pb測(cè)年工作，厘定了含錳巖系的沉積時(shí)代，并結(jié)合同期區(qū)域構(gòu)造及表生系統(tǒng)演化背景，探討了瑪爾坎蘇錳礦帶的地質(zhì)意義.喀拉阿特河組含錳巖系第一巖性段含火山角礫灰?guī)r和第二巖性段砂質(zhì)灰?guī)r中火山巖巖屑獲得鋯石U Pb諧和年齡為（３２２．９±１．８）Ma，第三巖性段凝灰?guī)r夾層最年輕的３顆鋯石獲得U Pb諧和年齡為（３２２．０±５．３）Ma.結(jié)合新近發(fā)表的碳酸錳礦石Re Os等時(shí)線年齡，可大致將該套含錳巖系的沉積時(shí)代限定為晚石炭世（約３２０Ma）.喀拉阿特河組含錳巖系地層可能代表晚古生代古特提斯洋北向俯沖背景之下的弧后盆地沉積序列.含錳巖系沉積時(shí)恰處于晚古生代冰期之內(nèi)（３４０～２８５Ma），碳酸錳礦石亦具有類似現(xiàn)代海洋水成鐵錳沉積物的（REE＋Y）PAAS配分形式，表明原始錳氧化物沉淀速率較慢且與海水呈平衡狀態(tài).這可類比全球新元古代與冰期有關(guān)的其他沉積碳酸錳礦床的形成過(guò)程，即冰川的逐漸消融導(dǎo)致溶解Mn２＋ 以錳氧化物的形式緩慢沉淀.據(jù)此推測(cè)晚古生代南半球Gondwana大陸發(fā)育的動(dòng)態(tài)冰川活動(dòng)對(duì)古特提斯海域Mn元素的地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生一定影響.

關(guān)鍵詞：鋯石U Pb年齡;晚石炭世;含錳巖系;瑪爾坎蘇錳礦帶;西昆侖

doi：１０．１３２７８/j．cnki．jjuese．２０２２０１５２ 中圖分類號(hào)：P５９７．３;P６１８．３２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

０ 引言

錳礦是我國(guó)戰(zhàn)略性緊缺礦種之一，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，２０１７年以后錳礦石進(jìn)口量約占全國(guó)錳礦需求總量的８０％以上.新疆西昆侖瑪爾坎蘇地區(qū)探明的大型優(yōu)質(zhì)富碳酸錳礦帶，是我國(guó)近年最重要的找礦成果之一.該錳礦帶東西延伸近１００km，賦礦層位穩(wěn)定，礦石品位富（w （Mn）＞３５％）、質(zhì)量?jī)?yōu)（低w （Fe）、w （P）），主要包括西段的奧爾托喀訥什大型錳礦床和東段的穆呼—瑪爾坎土大型錳礦床[１２]，已探明３００m 以淺的碳酸錳礦石儲(chǔ)量超過(guò)５０００萬(wàn)t，遠(yuǎn)景資源量可達(dá)億噸級(jí)，有望成為我國(guó)新的錳礦資源基地[３４].前人對(duì)瑪爾坎蘇錳礦帶的構(gòu)造背景[５６]、地質(zhì)特征[１２，４，７]、沉積環(huán)境及成礦機(jī)制[４，８９]等方面開(kāi)展了相關(guān)研究，并取得了一些重要認(rèn)識(shí).然而，關(guān)于該套含錳巖系的形成時(shí)代，目前鮮有涉及具體沉積年齡的研究.覃英等[５]認(rèn)為該套賦礦地層可與西南天山下石炭統(tǒng)阿克沙克組含錳巖系對(duì)比，二者屬同一時(shí)代產(chǎn)物.高永寶等[３]結(jié)合區(qū)域地質(zhì)填圖資料，認(rèn)為含錳巖系為上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組，成礦時(shí)代應(yīng)為晚石炭世.盡管Li等[１０]獲得奧爾托喀訥什碳酸錳礦石的Re Os等時(shí)線年齡為（３２０．３±６．６）Ma（MSWD＝１．４），但該年齡缺乏其他相關(guān)年齡驗(yàn)證.本文在梳理區(qū)域地層已有年齡的基礎(chǔ)上，精細(xì)厘定含錳巖系沉積時(shí)代，并結(jié)合同期區(qū)域構(gòu)造及表生系統(tǒng)演化背景，探討瑪爾坎蘇錳礦帶的地質(zhì)意義.

１ 區(qū)域地質(zhì)

１．１ 區(qū)域構(gòu)造背景

西昆侖造山帶（WestKunlunorogenicbelt，WKOB）構(gòu)成喜馬拉雅—青藏高原造山帶（Himalayan Tibetanorogeny[１１]）的西端，是青藏高原的重要組成部分[１２]，也是中國(guó)大陸中央造山帶的西向延伸部分[１３１５]，同時(shí)也是研究顯生宙以來(lái)古亞洲大陸南向增生及特提斯構(gòu)造域演化的重要地帶[１２，１６１９].WKOB北接塔里木盆地，南與青藏高原毗鄰，西鄰帕米爾高原[１１，２０]，東為新生代阿爾金斷裂錯(cuò)斷而與東昆侖造山帶和松潘—甘孜地體分離[１２，２１]，為向南突出的巨大弧形造山帶（圖１a）.作為青藏高原西段北部邊界的主要構(gòu)造單元，從早古生代到中生代，WKOB遭受長(zhǎng)期陸殼拼合和增生作用，這是對(duì)原特提斯洋和古特提斯洋（ProtoＧtoPalaeoＧTethysOcean）演化的響應(yīng)[１１，２４２７].WKOB的地質(zhì)組成及演化與塔里木陸塊南緣的構(gòu)造演化關(guān)系密切[１２，２８].這不僅表現(xiàn)在北昆侖地體與塔里木陸塊具有相似的古元古代—中元古代斜長(zhǎng)片麻巖及混合巖變質(zhì)結(jié)晶基底[１２，２９３１]，還體現(xiàn)在二者新元古代—早古生代及晚古生代—早中生代的演化分別受同時(shí)代原特提斯洋（ProtoＧTethys）和古特提斯洋（PaleoＧTethys）“開(kāi)合”運(yùn)動(dòng)的制約[１２，１４，２４，３２３３].盡管目前就兩大洋的屬性、演化方式及閉合時(shí)限仍存在較大爭(zhēng)議[１２，１６，２４，３１３４]，但庫(kù)地—其曼于特及麻扎—康西瓦兩條蛇綠巖帶分別代表原特提斯和古特提斯洋殼殘片的地質(zhì)事實(shí)已無(wú)非議[１２，３１，３５３８].就構(gòu)造屬性和地層組合特征而言，從北至南，WKOB主要?jiǎng)澐譃椋硞€(gè)地質(zhì)單元（圖１a），即：北昆侖地體（NorthKunlunTerrane;NKT）、南昆侖地體（SouthKunlunTerrane，SKT）和甜水海地體（TianshuihaiTerrane，TSHT）[１１，１６，１８，２９，３１，３３].NKT和SKT被早古生代含蛇綠巖庫(kù)地—其曼于特縫合帶分開(kāi)（圖１a），該縫合帶曾被認(rèn)為西延至奧依塔格西北部[３９].康西瓦斷裂被認(rèn)為是位于SKT 與TSHT之間的縫合帶，該縫合帶在WKOB 的東段呈EW 走向，在西段被新生代NS走向的塔什庫(kù)爾干斷裂切斷[４０４１].

早古生代（加里東期）的碰撞造山作用標(biāo)志著原特提斯洋的終結(jié)[１２，３１，３４，４２].晚古生代—早中生代伊始，南面就位的古特提斯洋（一般認(rèn)為在３８０Ma后才打開(kāi)，且與原特提斯洋之間沒(méi)有繼承關(guān)系[４３]）主導(dǎo)WKOB 的構(gòu)造演化歷程[１２，１６，１８，２３２４，３１３２，４４].在NKT發(fā)育一套重要沉積地層序列，即晚泥盆世—早二疊世厚層海相沉積地層[１１].該套巖石組合首先被解釋為某個(gè)增生雜巖的蓋層沉積序列[４５]，或被認(rèn)為是碰撞模型中大洋閉合時(shí)發(fā)育的前淵盆地沉積（foredeepdeposit）[１６，２４].但無(wú)論哪個(gè)模型都無(wú)法解釋石炭紀(jì)—早二疊世地層不發(fā)育火山碎屑的地質(zhì)事實(shí)[１２].因此，對(duì)NKT 發(fā)育的晚古生代海相沉積序列的另一種可能解釋是，在奧陶紀(jì)朝南面的弧（SKT）形成之后，晚泥盆世—早二疊世層序形成于塔里木陸塊南緣的裂解過(guò)程[１１１２];這也可以解釋在晚奧陶世—早二疊世期間NKT 缺乏巖漿活動(dòng)[１１].然而，最近研究結(jié)果不支持SKT 存在前寒武紀(jì)基底[２３]，故該套淺海相碳酸鹽和碎屑巖地層可能代表晚古生代—早中生代弧后盆地沉積序列，這對(duì)應(yīng)于古特提斯洋向北俯沖于TSHT SKT 之下[２３].另一方面，不含火山碎屑的沉積地層僅限于NKT 的東段，而在NKT 的西段，該套巖石組合主要由火山沉積巖組成[１，１６].此外，對(duì)石炭紀(jì)火山巖的地球化學(xué)研究結(jié)果揭示，這些火山巖具有典型弧后盆地洋中脊玄武巖的特征，表明在早石炭世NKT 處于伸展背景（弧后伸展環(huán)境）[４６].因此，位于NKT 西段的瑪爾坎蘇碳酸錳成礦帶代表伸展弧后盆地沉積序列[１，６，８].

１．２ 錳礦帶地質(zhì)

大地構(gòu)造上，瑪爾坎蘇錳礦帶隸屬西昆侖造山帶的北昆侖次級(jí)地體[１，１２].現(xiàn)有勘查表明，錳礦帶東西長(zhǎng)約６０km，寬２００～２０００m 不等，且在喀拉阿特河至烏赤別里山口一帶發(fā)現(xiàn)錳礦層.已發(fā)現(xiàn)奧爾托喀訥什和穆呼—瑪爾坎土大型錳礦床２處以及蘇薩爾布拉克等若干錳礦點(diǎn)（圖１b）.基于構(gòu)造和巖性單元特征[１，４，８]，該地區(qū)巖石可分為三大類：SKT的早古生代變質(zhì)層序、NKT 瑪爾坎蘇弧后盆地發(fā)育的晚古生代火山沉積序列和塔里木陸塊的晚中生代—新生代海相和非海相地層序列.

以烏赤別里山口斷裂（Fw）為界，礦帶北部屬塔南地層分區(qū)，主要為白堊系及古近系陸源碎屑沉積;南部屬西昆侖地層分區(qū)，以古生代地層為主.早古生代布輪闊勒群寒武系變質(zhì)巖和志留系變質(zhì)巖廣泛分布在錳礦帶南部，與北部發(fā)育的石炭系—二疊系序列呈斷層接觸（空貝利—木扎靈區(qū)域斷裂（Fk））（圖１b）.早—中寒武世布倫闊勒群主要由黑云斜長(zhǎng)片麻巖、變雜砂巖、大理巖、黑云石英片巖、角閃巖（變玄武巖）和石英巖組成.志留紀(jì)地層序列為一套綠片巖相副變質(zhì)巖，巖性主要為黑云絹云石英片巖、黑云絹云片巖、含紅柱石二云母片巖等.寒武系布輪闊勒群和志留系呈斷層接觸.晚古生代巖石從老到新劃分為烏魯阿特組（C１w ）、喀拉阿特河組（C２k）、瑪爾坎雀庫(kù)塞山組（P１m ）和昆蓋依套組（P２k）（圖２），這些地層構(gòu)造上屬NKT瑪爾坎蘇弧后盆地發(fā)育的火山沉積序列.下石炭統(tǒng)烏魯阿特組主要出露于礦帶東部，為一套中—基性火山巖（玄武巖）及相關(guān)的火山碎屑巖建造.但在瑪爾坎蘇東南較遠(yuǎn)的奧依塔格地區(qū)，烏魯阿特組還發(fā)育流紋巖和少量碳酸鹽巖夾層;且露頭所觀察的玄武巖發(fā)育枕狀構(gòu)造，故被解釋為海底火山噴發(fā)成因[４７].含錳巖系為上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組，主要為一套碳酸鹽巖夾細(xì)碎屑巖組合.基于奧爾托喀訥什錳礦床詳細(xì)的巖相學(xué)觀察，Zhang等[８]將上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組含錳巖系自下而上劃分為３個(gè)巖性段（圖２）：第一巖性段為灰白色含火山角礫灰?guī)r（圖３a），主要由棱角狀、次棱角狀碳酸鹽巖（泥晶灰?guī)r）和火山巖巖屑組成，這些巖屑被灰質(zhì)和泥質(zhì)雜基膠結(jié)（圖３b）;第二巖性段由厚層砂質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r夾層組成，砂質(zhì)灰?guī)r主要由砂級(jí)粒徑的泥晶碳酸鹽顆粒（＞６０％）、石英顆粒和玉髓或蛋白石（＜４０％），以及少量火山巖巖屑和硅酸鹽礦物晶屑組成（圖３c）;第三巖性段主要由泥灰?guī)r及少量泥質(zhì)灰?guī)r、凝灰?guī)r夾層（圖３d）和１～２層碳酸錳礦層組成，其中凝灰?guī)r主要由晶屑（１０％～１５％）、玻屑（６０％～７０％）和巖屑（２０％～２５％）組成（圖３e）.

上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組與下伏烏魯阿特組呈不整合或斷層接觸，下二疊統(tǒng)瑪爾坎雀庫(kù)塞山組不整合覆蓋于上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組之上.喀拉阿特河組巖性主要為灰紫色礫巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r和底部的少量安山巖及頂部的灰白色灰?guī)r和厚層玄武巖.灰?guī)r中常見(jiàn)Cisuralian時(shí)期的珊瑚類、腕足類和有孔蟲(chóng)類化石[８].上二疊統(tǒng)昆蓋依套組主要由灰黑色鈣質(zhì)泥巖、灰白色硅質(zhì)泥巖、凝灰?guī)r和灰?guī)r組成，與下伏瑪爾坎雀庫(kù)塞山組呈斷層接觸.區(qū)域上，斷層和皺褶構(gòu)造較為普遍（圖１b）.瑪爾坎蘇弧后盆地沉積序列可能遭受兩期構(gòu)造變形作用[４].一期為晚二疊世盆地閉合過(guò)程中，瑪爾坎蘇右旋走滑斷裂的發(fā)育導(dǎo)致較淺層的二疊系發(fā)育脆韌性變形.在變形帶內(nèi)，火山巖發(fā)育糜棱巖化、灰?guī)r發(fā)育不對(duì)稱石香腸構(gòu)造及薄層灰?guī)r發(fā)育撓曲構(gòu)造，變形帶向東南方向逐漸顯著變寬.另一期為新近紀(jì)陸內(nèi)造山活動(dòng)，由于大規(guī)模北向逆沖作用而導(dǎo)致石炭系—二疊系發(fā)育皺褶構(gòu)造.瑪爾坎蘇錳礦帶主體構(gòu)成近EW 走向的復(fù)式背斜構(gòu)造體系[１，４]，但向東構(gòu)造樣式越發(fā)復(fù)雜，局部地層可能倒轉(zhuǎn).背斜核部為上石炭統(tǒng)，兩翼對(duì)稱分布二疊系.沿背斜軸部發(fā)育一條縱貫全區(qū)的近EW 走向大斷裂，即瑪爾坎蘇斷裂.

２ 樣品采集及分析方法

為能夠更好地約束瑪爾坎蘇地區(qū)含錳巖系地層的形成時(shí)代，在地層出露較為完整的奧爾托喀訥什礦區(qū)，分別采集上石炭統(tǒng)喀拉阿特河組底部第一巖性段含火山角礫灰?guī)r和砂質(zhì)灰?guī)r，以及該組頂部第三巖性段泥灰?guī)r中發(fā)育的凝灰?guī)r夾層樣品，用于鋯石U Pb年代學(xué)研究.含火山角礫灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r中火山巖巖屑和凝灰?guī)r夾層樣品的鋯石單礦物分選工作在河北省廊坊市宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成.在雙目鏡下，將透明、無(wú)包裹體、無(wú)或少裂隙的鋯石顆粒用雙面膠粘于載玻片上，然后使用PVC環(huán)、環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑進(jìn)行制靶，最后利用顯微鏡對(duì)鋯石進(jìn)行透射光和反射光觀察并照相.鋯石陰極發(fā)光圖像分析在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針與掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室完成.鋯石U Pb定年在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所CamecaIMS １２８０二次離子質(zhì)譜儀上進(jìn)行，測(cè)試束斑為２０μm×３０μm，詳細(xì)分析方法見(jiàn)Li等[４７]. 分析過(guò)程中，采用Qinghu鋯石標(biāo)樣作為外標(biāo)，同位素比值及年齡誤差均為１σ.同位素?cái)?shù)據(jù)處理采用Isoplot軟件[４８].鋯石SIMSU Pb定年分析測(cè)試結(jié)果列于表１.

３ 鋯石SIMSU Pb年代學(xué)

３．１ 含火山角礫灰?guī)r和砂質(zhì)灰?guī)r鋯石SIMSU Pb年代學(xué)

巖相學(xué)觀察結(jié)果表明，含火山角礫灰?guī)r主要由火山巖巖屑和碳酸鹽巖巖屑組成（圖３b），砂質(zhì)灰?guī)r中也含有大量火山巖巖屑（圖３c）.由于碳酸鹽巖不可能發(fā)育鋯石礦物，因此，這兩種巖石所挑選的鋯石礦物顆粒基本全部來(lái)自火山巖成分.大多數(shù)鋯石顆粒無(wú)色，個(gè)別為淺棕色，呈長(zhǎng)柱狀或板狀，自形—半自形晶，粒徑一般在１００μm 左右，多發(fā)育高溫熔蝕結(jié)構(gòu)（圖４a）.根據(jù)陰極發(fā)光（CL）成像，這些鋯石顆粒發(fā)育清晰的震蕩環(huán)帶，其長(zhǎng)寬比為１∶１～３∶１（圖４a），這些都是巖漿鋯石的典型特征[４９]. 這些鋯石的Th/U 值介于０．２１至０．６６之間（平均為０．４１），同樣展示巖漿鋯石的特征（圖４b）.３０個(gè)分析測(cè)試點(diǎn)的結(jié)果均落在諧和線上，并獲得較為一致的諧和年齡（（３２２．９±１．８）Ma;MSWD＝０．９９）（圖４c）及加權(quán)平均年齡（（３２２．６±３．０）Ma;MSWD＝０．２５）（圖４d）.這兩組年齡在誤差范圍內(nèi)完全一致.考慮到圍巖為含火山角礫灰?guī)r和含火山碎屑砂質(zhì)灰?guī)r，鋯石主要來(lái)自火山角礫/碎屑，且鋯石發(fā)育自形晶結(jié)構(gòu)，故這些鋯石所代表的碎屑年齡接近沉積年齡.

３．２ 凝灰?guī)r夾層鋯石SIMSU Pb年代學(xué)

在奧爾托喀訥什礦區(qū)，喀拉阿特河組第三巖性段頂部發(fā)育若干層厚５～２０cm 的凝灰?guī)r夾層（圖３d）.凝灰?guī)r夾層呈淺灰黃綠色，與薄層泥灰?guī)r呈平行展布.巖相學(xué)觀察結(jié)果表明，巖性為玄武安山質(zhì)凝灰?guī)r，發(fā)育塊狀構(gòu)造，凝灰結(jié)構(gòu).凝灰?guī)r主要由晶屑（１０％～１５％）、玻屑（６０％～７０％）和巖屑（２０％～２５％）組成.其中：晶屑為長(zhǎng)石和輝石，呈棱角狀雜亂分布，粒徑一般為０．１～０．２mm，部分輝石晶屑較大;玻屑呈弧面棱角狀，脫玻重結(jié)晶為霏細(xì)狀長(zhǎng)英質(zhì)，呈假像產(chǎn)出，界線多模糊不清或消失;巖屑為灰?guī)r巖屑（圖３e），多為棱角狀，粒徑一般為０．１～０．３mm，呈星散狀分布.此外，凝灰?guī)r碳酸鹽化、絹云母化蝕變明顯（圖３e）.凝灰?guī)r夾層中鋯石礦物顆粒不甚發(fā)育.所挑選之顆粒較少（約３０粒），能進(jìn)行試驗(yàn)分析測(cè)試者更少（１５粒）.鋯石顆粒多呈長(zhǎng)柱狀自形—半自形晶，粒徑在５０～１００μm 之間，長(zhǎng)寬比為２∶１～１．５∶１之間.陰極發(fā)光（CL）成像顯示，多數(shù)顆粒發(fā)育明顯結(jié)晶環(huán)帶（圖５），顯示巖漿成因鋯石特征.這些鋯石顆粒的Th/U 值變化范圍較大，介于０．０２～１．００之間.１５ 個(gè)分析測(cè)試點(diǎn)的結(jié)果均落在２０７ Pb/２３５U ２０６Pb/２３８U 諧和線上（圖５a）.其中：３個(gè)分析測(cè)試點(diǎn)獲得較老的２０６Pb/２３８U 年齡，分別為（８０９．０±１１．４）、（５８７．３±８．４）及（４０２．５±５．９）Ma（圖５a），這些鋯石顆?？赡懿东@塔里木基底（新元古代—早古生代）地層.９個(gè)分析測(cè)試點(diǎn)獲得的２０６Pb/２３８U 年齡介于（３３５．８±４．９）～（３６４．５±５．３）Ma之間，加權(quán)平均年齡為（３４６．１±７．６）Ma（MSWD＝０．２８）（圖５b），該年齡與瑪爾坎蘇碳酸錳礦帶之東南部下石炭統(tǒng)烏魯阿特組火山巖所獲得的鋯石U Pb年齡一致.最年輕的３顆鋯石（Th/U＝０．１２～０．２７）獲得的諧和年齡為（３２２．０±５．３）Ma（MSWD＝１．１３）（圖５c），可能代表形成凝灰?guī)r的火山噴發(fā)年齡或火山碎屑年齡.

４ 討論

４．１ 喀拉阿特河組含錳巖系形成時(shí)代

喀拉阿特河組下伏地層為烏魯阿特組火山巖（圖２）.區(qū)域上，該套火山巖廣泛分布于瑪爾坎蘇錳礦帶的東南部，且?guī)r石類型多樣，主要巖性為玄武巖、玄武安山巖、英安巖、火山角礫巖夾少量凝灰?guī)r.

１∶５萬(wàn)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查工作在喀拉阿特河—闊俠義一帶分別獲得（３２７．３±２．６）、（３３１．５±１．５）、（３２６．６±１．３）Ma的玄武巖鋯石U Pb同位素年齡[８，１０].對(duì)出露于烏拉特溝和卡拉卡依溝的該套玄武巖進(jìn)行鋯石U Pb定年，獲得（３５３．９±１．６）Ma的成巖年齡[６].對(duì)該套火山巖的年齡統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，烏魯阿特組火山巖年齡由東南向西北呈現(xiàn)逐漸變年輕的趨勢(shì)，可能意味著該地區(qū)火山巖具有由東向西方向的演化規(guī)律.本次在該套火山巖上覆沉積地層中凝灰?guī)r夾層亦獲得（３４６．１ ±７．６）Ma的鋯石U Pb年齡.綜上，該套火山巖發(fā)育的時(shí)代集中在早石炭世，瑪爾坎蘇地區(qū)烏魯阿特組火山巖應(yīng)為區(qū)域早石炭世火山巖的西向延伸部分.在喀拉阿特河組含錳巖系第一巖性段和第二巖性段中火山碎屑里獲得（３２２．９±１．８）Ma的鋯石UPb諧和年齡，該年齡代表喀拉阿特河組最大沉積年齡.第三巖性段凝灰?guī)r夾層中最年輕的３顆鋯石獲得的U Pb諧和年齡為（３２２．０±５．３）Ma，可能代表形成凝灰?guī)r的火山噴發(fā)年齡.最近，Li等[１０]通過(guò)對(duì)第三巖性段碳酸錳礦石及其上盤泥灰?guī)r的Re Os同位素體系分析，分別獲得（３２０．３±６．６）Ma（MSWD ＝１．４）和（３１６．３±８．０）Ma（MSWD＝８．６）的Re Os等時(shí)線年齡.該年齡與本文第一巖性段含火山角礫灰?guī)r和砂質(zhì)灰?guī)r中獲得的鋯石U Pb諧和年齡一致.據(jù)此，瑪爾坎蘇錳礦帶喀拉阿特河組含錳巖系形成時(shí)代應(yīng)為晚石炭世（約３２０Ma）.

４．２ 瑪爾坎蘇錳礦帶與古特提斯演化

沉積型錳礦主要產(chǎn)于大型地塊邊緣盆地環(huán)境，例如古老克拉通大陸架盆地、大陸邊緣裂谷盆地或陸緣局限海盆等[５０５２].Wolf等[５３]曾提出構(gòu)造活動(dòng)性較低、沉積環(huán)境穩(wěn)定的地區(qū)，特別是大陸架濱海地帶或那些出現(xiàn)火山作用的海槽，是沉積錳礦發(fā)育的有利區(qū)域.該觀點(diǎn)在一些大型沉積錳礦床，如南非古元古代Kalahari 錳礦床[５４]、巴西新元古代Urucum 錳礦床[５５]，以及我國(guó)華南新元古代“大塘坡式”錳礦床[５６]的構(gòu)造環(huán)境研究中也得到驗(yàn)證.這些成錳盆地大都具有伸展構(gòu)造背景，或?yàn)樨舱鄣牧压扰璧?，或?yàn)榛『笈璧豙５４５６].對(duì)顯生宙以來(lái)的大型沉積錳礦床，如烏克蘭的Nikopol錳礦床[５７５８]、澳大利亞的Groote Eylandt 錳礦床[５９]、墨西哥的Molango錳礦床[６０]和匈牙利的Urkut錳礦床[６１]的研究結(jié)果，表明這些錳礦同樣沉積于穩(wěn)定地塊邊緣的伸展盆地環(huán)境.但錳礦的沉淀過(guò)程往往對(duì)應(yīng)于盆地穩(wěn)定沉積階段，如Huckriede等[６２]認(rèn)為黑色頁(yè)巖發(fā)育的穩(wěn)定盆地或受限制的盆地是形成大型錳礦的有利條件.

這些地域之所以能夠成為大型錳礦的有利發(fā)育場(chǎng)所：一方面因?yàn)榈貕K邊緣長(zhǎng)期處于構(gòu)造拉張背景之下，容易形成陸緣斷陷盆地、淺海裂谷盆地和陸內(nèi)凹陷盆地[６３６４]，而這些局限盆地較易發(fā)育氧化還原分層水體，這利于Mn金屬的初步富集.另一方面，這種構(gòu)造穩(wěn)定的拉張盆地，既可接受大量來(lái)自陸源的錳質(zhì)，又可通過(guò)斷裂系統(tǒng)將深部的Mn金屬帶入洋盆，為錳礦的形成提供大量物源.此外，大型伸展盆地多發(fā)生海底（火山）熱液活動(dòng)、地殼減薄等地質(zhì)事件，致使盆地地?zé)崽荻仍龃螅练e成礦后期的熱循環(huán)較快，這為錳礦的二次富集提供動(dòng)力來(lái)源[６５].故而伸展構(gòu)造背景之下的斷陷盆地（陸緣裂谷或弧后盆地）是沉積錳礦發(fā)育的有利因素[５０５２，５９６０，６６].

晚古生代伊始，古特提斯洋主導(dǎo)西昆侖地區(qū)的構(gòu)造演化歷程[１２，１８，２４，３１３２，４４]，并影響該地區(qū)的成礦作用過(guò)程[６７６９].瑪爾坎蘇地區(qū)石炭系—二疊系火山巖碳酸鹽巖碎屑巖地層代表晚古生代與古特提斯洋北向俯沖作用有關(guān)的弧后盆地沉積序列[１，３，６，８].古特提斯洋沿著甜水海地體南緣向北俯沖，于南昆侖地體—甜水海地體南緣產(chǎn)生巖漿弧[１２，３４，４０，７０７１]及南昆侖地體北邊產(chǎn)生弧后火山序列[２３，４３，７２７４]（圖６）.西昆侖瑪爾坎蘇地區(qū)從石炭紀(jì)開(kāi)始便處于古特提斯洋殼俯沖作用之下的弧后盆地環(huán)境[６].

弧后盆地發(fā)育初期，在伸展作用背景下形成早石炭世烏魯阿特組厚層基性火山巖（玄武巖）（圖７）.該套火山巖地層發(fā)育大量VMS型Cu（Au）礦床，例如阿克塔什Cu（Au）礦床和薩洛依Cu 礦床[７５７６].海底火山（熱液）活動(dòng)在帶來(lái)Fe、Cu、Ni等金屬元素的同時(shí)，還可能攜帶大量金屬M(fèi)n元素.但跟Fe、Cu等金屬元素具有的親硫?qū)傩圆煌?，Mn元素難以沉淀形成硫化物相[５２，７７].這樣就會(huì)導(dǎo)致火山（熱液）體系中Mn與其他親硫元素，如Fe、Cu、Ni等發(fā)生分離[５２].故而被釋放到海水中的熱液，應(yīng)該具有虧損Fe、Cu、Ni等親硫元素而富集Mn金屬的組分特征（圖７）.這與美國(guó)加利福尼亞地區(qū)晚侏羅世—早白堊世地層中發(fā)育的富Mn硅質(zhì)巖的形成過(guò)程較為類似[７８].Crerar等[７８]認(rèn)為大洋中脊或弧后盆地發(fā)育的熱液系統(tǒng)可將Fe、Cu等親硫元素優(yōu)先富集在海底火山巖中，從而形成獨(dú)富Mn氧化物的沉積物.

在瑪爾坎蘇地區(qū)，早石炭世（３５０～３２６ Ma）海底火山（熱液）活動(dòng)將大量Fe、Cu等金屬元素以硫化物相形式富集在火山巖中（即形成VMS礦床），并向盆地海水中釋放大量富集Mn金屬的熱液（圖７）.瑪爾坎蘇晚古生代弧后盆地可能為氧化還原分層的水體，故而溶解Mn２＋ 可在盆地底部還原水體中大量積累[８].在晚石炭世早期，大規(guī)模火山活動(dòng)趨于沉寂，瑪爾坎蘇盆地亦進(jìn)入穩(wěn)定沉寂階段.由構(gòu)造作用或環(huán)境氣候變化而引起的區(qū)域海侵過(guò)程，將盆地底部還原水體中儲(chǔ)藏的溶解Mn２＋ 帶至淺層氧化水體，并在Mn２＋ MnO２化變線（chemicalline）與海底接觸的部位以錳氧化物的形式發(fā)生沉淀，從而形成原始富Mn氧化物的沉積物（圖７）.這些富Mn沉積物在成巖過(guò)程中，在微生物媒介作用下，與一同埋藏的有機(jī)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，并最終形成碳酸錳礦床而得以保存[８].

４．３ 瑪爾坎蘇錳礦帶與晚古生代冰川活動(dòng)

沉積錳礦床的形成與地球系統(tǒng)的演化具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，對(duì)應(yīng)于構(gòu)造作用、火山/熱液活動(dòng)、大氣圈水圈耦合體系的組分及氣候變化[５１５２，７９８２].盡管某些錳礦實(shí)例研究突出強(qiáng)調(diào)微生物活動(dòng)[８３８７]，但地球化學(xué)研究結(jié)果進(jìn)一步表明，不同時(shí)代沉積物中Mn的沉淀過(guò)程（沉積錳礦的形成）受控于沉積盆地水體的氧化還原狀態(tài)（redoxcontrolled）[５１，５９，６６，８８９０].例如，南非巨型Kalahari錳礦床，以及其他古元古代沉積碳酸錳礦床的形成被認(rèn)為與大氧化事件（greatoxidationevent，GOE[９１]）關(guān)系密切[６６，９２].早古元古代之前長(zhǎng)期缺氧的海水已積聚大量溶解Mn２＋ ，GOE期間大氣圈（及相互作用的水圈）氧分壓（pO２）明顯上升，導(dǎo)致廣袤大陸邊緣海域形成氧化還原分層海水，金屬M(fèi)n遷移至Mn２＋ MnO２化變線附近并以錳氧化物形式沉淀，進(jìn)而形成錳礦床[５１，９２９３].再如，我國(guó)華南“大塘坡式”錳礦以及很多其他新元古代沉積碳酸錳礦床（如印度Adilabad錳礦床、巴西Urucum 錳礦床及納米比亞Otjosondu 錳礦床）的形成被認(rèn)為與雪球事件（SnowballEarth[９４９５]）之冰期間冰期循環(huán)過(guò)程有關(guān)[５１５２，５５，９６９９].受雪球事件影響，新元古代海洋被冰層覆蓋而整體缺氧;但在間冰期，由于低密度冰雪融水（表層）與高密度冰封水（底層）無(wú)法充分交換，于是形成氧化還原分層的水體結(jié)構(gòu)[１００].海侵過(guò)程將預(yù)先富集在底層缺氧水體之中的Mn２＋ （熱液活動(dòng)積累大量Mn２＋ ）帶至表層氧化水體并以錳氧化物的形式沉淀;故而這些新元古代錳礦床總是在間冰期海侵階段發(fā)育[５１５２，５５５６，９６９７，９９].此外，顯生宙時(shí)期沉積錳礦床（如匈牙利早侏羅世úrkút錳礦床、墨西哥晚侏羅世Molango錳礦床及澳大利亞早白堊世GrooteEylandt錳礦床）的形成亦與氧化還原分層盆地、海侵事件及海洋缺氧事件有關(guān)[４９５１，５８６０，７９，８４，１０１１０３].但碳酸錳礦床的形成過(guò)程與前兩個(gè)時(shí)期無(wú)異[５１５２].

西昆侖瑪爾坎蘇錳礦帶的形成時(shí)代大致為晚石炭世（約３２０Ma），恰處于晚古生代冰期之內(nèi)（３４０～２８５Ma[１０４]）.晚古生代冰期是顯生宙兩個(gè)主要冰室氣候之一，其記錄了由溫室氣體造成的從發(fā)育復(fù)雜陸地生態(tài)系統(tǒng)的冰室氣候到完全溫室氣候的轉(zhuǎn)變[１０５].在該時(shí)期內(nèi)，大氣圈的二氧化碳分壓（pCO２ ）很低[１０６]，但氧分壓較高[１０７]，南半球Gondwana大陸發(fā)育動(dòng)態(tài)冰川作用[１０８]，全球構(gòu)造重構(gòu)[１０９]及古熱帶雨林輻射狀擴(kuò)張演化[１１０]，這些地質(zhì)過(guò)程的相互作用可能創(chuàng)造了適合Mn元素供給、遷移及沉淀的地球化學(xué)環(huán)境. 在晚石炭世（約３２０Ma）塔里木陸塊處于約１５°N 以南的熱帶區(qū)域[４３，１０４]、古特提斯洋的北部邊緣地帶.溫暖潮濕的氣候條件利于金屬M(fèi)n元素的表生風(fēng)化遷移過(guò)程;而古特提斯洋與“泛大洋”基本呈孤立狀態(tài)（類比現(xiàn)代波羅的海和黑海），易于在局部形成氧化還原分層的水體結(jié)構(gòu)，這是形成沉積錳礦床的環(huán)境基礎(chǔ).瑪爾坎蘇地區(qū)發(fā)育的碳酸錳礦石具有類似現(xiàn)代海洋水成鐵錳沉積物的（REE＋Y）PAAS 配分形式[２，８]（PAAS即澳大利亞后太古宙平均頁(yè)巖），表明原始錳氧化物沉淀速率較慢且與海水呈平衡狀態(tài)[１１１１１５].這種情形大致類似與新元古代雪球事件相關(guān)的錳礦的沉淀過(guò)程.實(shí)際上，晚古生代南半球Gondwana大陸發(fā)育的動(dòng)態(tài)冰川作用對(duì)古特提斯海域的地球化學(xué)環(huán)境依然產(chǎn)生重要影響.例如，Zhao等[１１６]通過(guò)對(duì)我國(guó)華南揚(yáng)子臺(tái)地石炭系—二疊系碳酸鹽巖稀土元素的研究，認(rèn)為其相對(duì)PAAS而展現(xiàn)出的中稀土富集配分形式可能受到大陸冰川融水的影響，而且這種影響很可能波及到古特提斯洋北部之塔里木南緣海域.

５ 結(jié)論

１）將瑪爾坎蘇錳礦帶喀拉阿特河組含錳巖系的沉積時(shí)代限定為晚石炭世（約３２０Ma）.

２）海底火山（熱液）活動(dòng)攜帶大量金屬M(fèi)n元素.海侵過(guò)程將溶解Mn２＋ 帶至淺層氧化水體，并在Mn２＋ MnO２化變線與海底接觸的部位以錳氧化物的形式發(fā)生沉淀，并在成巖過(guò)程中與一同埋藏的有機(jī)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)形成碳酸錳礦床.

３）推測(cè)晚古生代南半球Gondwana大陸發(fā)育的動(dòng)態(tài)冰川活動(dòng)對(duì)古特提斯海域Mn元素的地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生一定影響.致謝：野外工作得到新疆地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)馮昌榮總工和查斌、謝月橋、謝志明工程師，以及新疆佰源豐礦業(yè)有限公司鐘兆志工程師的大力支持和幫助，行文過(guò)程中多次與中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所張連昌研究員、王長(zhǎng)樂(lè)副研究員、彭自棟博士、董志國(guó)博士交流討論，獲益匪淺，在此一并表示感謝！

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