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

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 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 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 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、（）、（）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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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）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 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 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 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 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 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 可 见 菱 锰 矿、黄 铁 矿 和 草 莓 状 黄 铁 矿（）为 扫 描 电 镜 照 片 （）；（）；（）；（）；（）（）；（），；（）；（），；（），（）（）常 呈 球 状、椭 球 状 或 不 规 则 集 合 体，部 分 聚 集 呈 团 簇 状。铁菱 锰 矿 反 射 色 呈 灰 白 色，粒 径 较 小，聚 集 在 一 起 呈 不 规 则 集合 体 或 呈 团 簇 状，常 与 钙 菱 锰 矿 伴 生。锰 方 解 石 反 射 色 为 灰色，多 呈 不 规 则 集 合 体 分 布，有 时 可 呈 规 则 的 菱 形。锰 矿 石的 脉 石 矿 物 主 要 有 石 英、方 解 石、白 云 石 和 黏 土 矿 物。其 中石 英 粒 径 较 小，多 以 不 规 则 集 合 体 充 填 在 锰 矿 物 之 间（图，）。此 外，在 锰 矿 石 还 可 以 见 到 少 量 他 形 黄 铁 矿 和 草 莓 状 黄铁 矿（图）。样品采集与分析方法本 次 研 究 用 于同 位 素 分 析 的 矿 石 样 品 共件，采 自 同 一 矿 层（图），其 中件 样 品 采 自矿 带岩芯 处，件 样 品 采 自岩 芯 处（图）。另 外，用 于 主 量、微 量 和 稀 土 元 素、以 及 全 岩 有 机 质总 量（，）和 硫 化 物 全 硫（，）分 析 的 样 品件 主 要 来 自 于岩 芯，其 中 包 括 锰 矿石件、硅 质 岩件、含 碳 粉 砂 岩件（图）。选 取 新 鲜 的 样 品 碎 片 采 用 超 声 清 洗 去 除 表 面 污 染，然 后用 自 动 玛 瑙 研 磨 仪 磨 匀 至目。在 样 品 制 备 过 程 中，始 终避 免 铁 器 的 使 用。同 位 素 分 析 流 程 如 下：首 先 称 取 约 锰 矿 石 粉末 样 品 加 入 洗 净 的管 中，将 装 有 样 品 的管 放 置于至的 乙 醇液 氮 混 合 冷 冻 液 中。再 加 入 适 量的混 合 稀 释 剂 至管 中，同 时 加 入亚 沸，待 冷 冻 后 加 入亚 沸。氧 气丙 烷 焰 封 管、超 声振 荡 后 放 入 钢 套 内，烘 箱 中 加 热（，），确 保 样 品 溶 液 与 稀 释 剂 交 换 平 衡。样 品 溶 液 采 用 直 接 蒸 馏法 分 离 回 收（靳 新 娣 等，），采 用 氨 水甲 乙 酮 法 分 离 纯化（，）。用（）测 定和同 位 素 比 值。和的 本 底 空白 分 别 是 和 。年 龄 数 据 的 误 差 度 岩 石 学 报，（）：图三 通 沟 北 锰 矿 区钻 孔 综 合 柱 状 图图 中 蓝 色 五 星 符 号 为 地 球 化 学 样 品 采 集 位 置；粉 砂 岩 锆 石年 龄 和 硅 质 岩 中 放 射 虫 化 石 年 龄 据 刘 永 乐 等（）；安 山 玢 岩 锆 石年 龄 据 张 连 昌 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 束张 连 昌，刘 永 乐，董 志 国，李 文，李 文 君，朱 明 田 青 海 东 昆 仑 锰 矿 成 矿 规 律年 度 科 研 进 展（内 部 报 告）表三 通 沟 北 锰 矿 床 矿 石同 位 素 分 析 结 果 样 品 号（）普（）（）测 定 值 不 确 定 度 测 定 值 不 确 定 度 测 定 值 不 确 定 度 测 定 值 不 确 定 度 测 定 值 不 确 定 度 图三 通 沟 北 矿 床 锰 矿 石 的同 位 素 等 时 线（）采 用方 法（，）获 得 的等 时 线 年 龄；（）采 用 方 法（，）获 得 的同 位 素 年 龄 （）（，）；（）（，）包 含、质 谱 分 析 误 差、稀 释 剂 校 正 的 误 差 和衰 变常 数 的 误 差（，）。采 用、及 其 不 确 定 度 计 算同 位 素 数 据，分 别采 用软 件（，）和 蒙 特 卡 洛 方 法 获（，）得等 时 线 年 龄。本 次同 位 素 分 析 在中 国 科 学 院 地 质 与 地 球 物 理 研 究 所 成 矿 元 素 与 同 位 素 实 验室 完 成。主 量 元 素、微 量 元 素 和 稀 土 元 素 分 析 在（澳 实）实 验 室 完 成。主 量 元 素 采 用射 线 荧 光（）光 谱仪 分 析 测 定，使 用 仪 器，分 析 精 度 小 于。微 量 和 稀 土 元 素 分 析 采 用 密 封 溶 样 法 消 解 样 品，然 加 入内 标 后 转 为介 质，用进 行 测 试。测 试 所 使 用 的 仪 器 为型 电 感 耦 合 等 离 子 质谱 仪。全 岩 有 机 碳（）和 硫 化 物 全 硫（）含 量 分 析 在 澳 实实 验 室 完 成。含 量 采 用 硫 碳 分 析仪 测 定，样 品 首 先 与的 盐 酸 在下 反 应 以 确 保 无 机碳 完 全 释 放 后 进 行 分 析，其 精 度 优 于。基 于标 准 分 析，精 密 度 优 于。分 析 采 用分 析 仪 测定，样 品 用 碳 酸 盐 选 择 性 萃 取，红 外 感 应 仪 测 二 价 硫 含量，分 析 精 度 优 于。分析结果 同 位 素 组 成 及 等 时 线 年 龄三 通 沟 北 锰 矿 床件 锰 矿 石 的同 位 素 分 析 结 果见 表和 图，可 见 锰 矿 石 样 品 中和含 量 分 别 为 （平 均 值 ）和 岩 石 学 报，（）：图三 通 沟 北 矿 床 锰 矿 石与、和相 关 分 析 ，（平 均 值 ），同 位 素 含量 为 （平 均 值 ），和比 值 分 别 为 （平 均 值）和 （平 均 值），初 始 比 值（简 写 成，下 同）范 围 为 （平 均 值）。对件 锰 矿 石 样 品 的同 位 素 数 据 采 用法（，）进 行 拟 合，得 到同 位 素 等 时 线 年 龄 为 （，），为 （图）。同 时 为 检 验 上 述 方 法 的 可 靠 性，本 次 还 采 用 了 蒙 特 卡洛（）法（，）进 行 了 拟 合 处 理（图），其年 龄 结 果 为 ，该 年 龄 与法 获 得 的 等 时 线 年 龄 在 误 差 范 围 内 一 致。主 量、微 量 和 稀 土 元 素锰 矿 石 主 量 元 素 分 析 结 果（表）表 明，含 量 为 ，平 均 值；含 量 为 ，平 均 值，值 为 ，平 均，高 于 西 昆 仑 玛 尔 坎 苏 锰 矿 床 的 铁 锰 比 值（平 均，张连 昌 等，）。含 量 为 ，平 均 值，值 为 ，平 均 值。从 锰 矿 石的与、相 关 分 析，可 见与呈 明 显 的 正 相 关（图），与和相 关 性 较 低（图，），而 与呈 明 显 的 负 相 关（图）。硅 质 岩 中 的含 量 为 ，平 均 值；含 量 为 ，平 均 值；含 量 为 ，平 均 值（表）。含 碳 粉 砂 岩中 的含 量 为 ，平 均 值；含量 为 ，平 均 值；含 量 为 ，平 均 值（表）。此 外，锰 矿 石 还 富 集、和，贫、和。硅质 岩 富、贫、和。含 碳 粉 砂 岩富、和，贫。微 量 元 素 分 析 结 果（表）表 明，锰 矿 石 微 量 元 素 含 量 变化 较 大，其 中 伴 生 元 素、的 含 量 较 高。有 的 锰 矿 石含 量 较 高，可 高 达，高 于的 边 界 品 位（），但 是、含 量 均 较 低，分 别 为 、和 。硅 质 岩 中含 量 较 低，为 ，但、含 量 与 矿 石 相 当，分 别 为 、和 。含 碳粉 砂 岩含 量 较 高 为 ，、含 量 分 别 为 、和 ，高 于 锰 矿 石 和 硅 质 岩 中 的含 量。综 合 对 比 看，锰 矿 石 微 量 元 素、含 量 较 高，其余 微 量 元 素 含 量 均 比 硅 质 岩 和 含 碳 粉 砂 岩 低。硅 质 岩 微 量元 素、含 量 较 高，含 量 较 低。含 碳 粉 砂 岩 微量 元 素、含 量 较 高，含 量 较 低。样 品 稀 土 元 素 分 析 结 果（表）表 明，锰 矿 石 稀 土 元 素 总李 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 束表三 通 沟 北 锰 矿 床 矿 石 及 围 岩 主 量、及含 量 分 析 结 果（），（）样 品 号 岩 石 类 型 锰 矿 石 硅 质 岩 含 碳 粉 砂 岩 表三 通 沟 北 锰 矿 床 矿 石 及 围 岩 微 量 元 素 分 析 结 果（）（）样 品 号 岩 石 学 报，（）：表三 通 沟 北 锰 矿 床 矿 石 及 围 岩 稀 土 元 素 分 析 结 果（）（）样 品 号 图三 通 沟 北 矿 床 锰 矿 石相 关 分 析 量（）为 ，平 均 为 ，变 化 范 围 较 小，轻 重 稀 土 元 素 无 明 显 分 异；异 常 介 于 之 间，平 均 值 为；异 常 介 于 之 间，平 均 值 为；比 值 介 于 之 间，平 均 值。硅 质 岩 稀 土 元 素 总 量（）为 ，平 均 为，变 化 范 围 较 小，轻 稀 土 元 素 富 集 重稀 土 亏 损；异 常 为 ，平 均 值 为；异 常 为 ，平 均 值 为；比 值 为 ，平 均 值。含 碳 粉 砂 岩 稀 土 元 素 总 量（）为 ，平 均 为 ，变 化 范 围 较 大，轻 稀 土 富 集重 稀 土 亏 损；异 常 为 之 间，平 均 值 为；异 常 为 之 间，平 均 值 为；比 值 为 ，平 均 值。与锰 矿 石 有 机 质（）含 量 为 ，平 均 值；锰 矿 石 硫 化 物含 量（）为 ，平 均值。硅 质 岩含 量 为 ，平 均 值；硅 质 岩 硫 化 物含 量 为 ，平 均 值。含 碳 粉 砂 岩含 量 为 ，平 均 值；含 碳 粉 砂 岩 硫 化 物含 量 为 ，平 均值（表）。分 析 结 果 表 明，围 岩和含 量 均 大于 矿 石 中 的 含 量，显 微 镜 观 察 也 表 明 碳 质 粉 砂 岩 围 岩 中 的 有机 碳 和 黄 铁 矿 含 量 均 较 高（图）；围 岩 样 品 中 的含 量 多大 于含 量，但 锰 矿 石 中 的含 量 明 显 小 于含 量，矿 石与存 在 中 等 正 相 关 关 系（）（图）。讨论 沉 积 锰 矿、赋 存 状 态 与 定 年 可 行 性 分 析、是 亲 铜 铁、亲 硫 和 亲 有 机 质 的 氧 化 还 原 敏 感 元素，其 中在 氧 化 环 境 中 以 溶 解 态 迁 移，在 还 原 条 件 下 被 还原 沉 淀。（）和 （）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 中 锰 矿 石（）（）含 量 关 系 （）（）进 一 步 研 究 发 现 水 体 环 境 对的 吸 收 富 集 主 要 发 生 在 次 氧化 至 缺 氧 的 沉 积 物水 界 面 及 以 下，是 通 过 络 合 作 用 被 还 原和 被 有 机 质 吸 附 的。而 现 代 海 洋 环 境 中 的既 可 富 集 于 低氧 和 缺 氧 底 层 水 下 的 沉 积 物 中，也 可 在 氧 化 环 境 下 被氧 化 物 吸 附 沉 淀（，；，）。（）在 黑 色 页 岩同 位 素 地 质 年 代 学 研 究 中，首 次 发 现 黑 色 页 岩 中、含 量 与 有 机 质（）有 较 强 的 相 关 性，并 且 沉 积 岩 中 的、含 量 比 同 期 沉 积 黄 铁 矿 的 含 量 要 高 个 数 量 级（，；，），因 此，认 为 在 海 相沉 积 环 境 下，、亲 有 机 性 相 较 于 亲 铜 铁 性 表 现 得 更 为 明显，这 就 为 富 有 机 质 沉 积 岩同 位 素 定 年 奠 定 了 基 础。利 用 含 有 机 质 沉 积 岩 开 展同 位 素 定 年 需 要 具 备三 个 前 提 条 件：首 先，这 些 沉 积 岩 中 的和具 有 水 成 成因，即 所 有 样 品 的初 始 比 值 是 一 致 的；其 次，和伴随 着 沉 积 岩 沉 积成 岩 过 程 中 被 富 集，可 代 表 沉 积 年 龄；最后，沉 积 后、处 于 一 个 封 闭 的 体 系 中，未 受 到 后 期 地 质作 用 的 扰 动。本 文 所 测 试 的年 代 学 样 品 采 自号 勘探 线号 和号 钻 孔 深 部（同 一 矿 带），样 品 新 鲜，为 原 生 海相 沉 积 矿 石，满 足 同 位 素 定 年 的 要 求。三 通 沟 北 矿 床 锰 矿 石 的 显 微 观 察 表 明，矿 石 矿 物 以 菱 锰矿 为 主（图，）。前 人 研 究 表 明 碳 酸 锰 矿 床 的 形 成 需 要 经历 氧 化 还 原 过 程，即（）首 先 在 海 水 中 被 氧 化 形 成（）氧 化 物 或 氢 氧 化 物 并 发 生 沉 淀；然 后，在 成 岩 过 程 中 锰的 氧 化 物 或 氢 氧 化 物 被 含 有 机 质 的 还 原 性 孔 隙 水 转 化 为 锰的 碳 酸 盐（董 志 国 等，；徐 林 刚，）。这 就 是 为 什 么 含锰 岩 系 通 常 含 较 高 含 量 的 有 机 质 的 原 因，因 为 碳 酸 锰 的 形 成需 要 有 机 质 的 参 与（张 连 昌 等，），同 时 有 机 质 也 是、赋 存 的 主 要 载 体，因 此 对 碳 酸 锰 矿 石 进 行地 质 年代 学 具 有 可 行 性。实 验 观 察 表 明，在（）的 氧 化 过 程 中，主 要 以的 形 式 存 在 于 氧 化 海 水 中，并 不 与（）氢 氧 化 物发 生 吸 附、络 合 等 化 学 反 应，这 导 致 锰（）氢 氧 化 物 沉 淀 中无 法 实 现的 富 集。相 比 之 下，可 溶 性 的 易 于 水 解并 吸 附 在 锰 的 氧 化 物 或 氢 氧 化 物 表 面，倾 向 于 在（）氢氧 化 物 上 富 集（，；，）。在 成 岩 过 程 中，缺 氧 的 孔 隙 水 中 存 在 大 量 有 机 质 时，锰（）氧 化 物 通 常 会 被 还 原 为 溶 解 的 锰（），导 致 锰（）碳 酸 盐 的沉 淀（，）。由 于 溶 解 的（）在 缺 氧 条件 下 会 被 还 原 为 较 难 溶 解 的 组 分（）而 被 有 机 质 吸 附，因 此 形 成 于 还 原 环 境 的 沉 积 岩 具 有 较 高 的含 量。沉 积 物中 存 在 过 剩 的 有 机 质 是在 碳 酸 锰 矿 石 中 富 集 的 先 决 条件，因 为 一 方 面 有 机 物 可 能 防 止（）被 锰（）的 氧 化 物氧 化，另 一 方 面 过 剩 的 有 机 物 有 利 于（）在 自 生 碳 酸 锰中 富 集（，）。在 还 原 孔 隙 水 环 境 中 被 还 原，保 留 在 剩 余 的中。三 通 沟 北 锰 矿 样 品 中与呈现 明 显 的 正 相 关 性（，图），说 明 有 机 质 对的 富集 扮 演 了 重 要 的 角 色。的 富 集 与（）氧 化 密 切 相 关，并 受 其 控 制，在（）氧 化 物 或 氢 氧 化 物 还 原 过 程 中，被 吸 附 的会 被 释 放 岩 石 学 报，（）：到 孔 隙 水 中，随 后 在 自 生（）碳 酸 盐 沉 淀 过 程 中 被 捕 获。因 此，碳 酸 锰 矿 石 中 的极 有 可 能 继 承 自（）氢 氧 化 物前 驱 体 中 的。统 计 表 明 三 通 沟 北 锰 矿 样 品 中与呈 一 定 的 正 相 关 性（，图），同 样 反 映的 赋 存同 样 受的 影 响。同 时 发 现 锰 矿 石 样 品和的 含 量也 与 硫 化 物 全 硫（）含 量 呈 正 比（图，），说 明和的 富 集 与 硫 化 物 也 有 一 定 的 关 系，但 从 相 关 系 数 看 与的 关 系 更 大 一 些。三 通 沟 北 锰 矿 成 矿 时 代 及 地 质 意 义本 次 对 采 自 三 通 沟 北 矿 区号 矿 带件 锰 矿 石 样 品，采 用同 位 素 分 析 方 法 获 得 的 等 时 线 年 龄 为（），初 始 值为 （图），该 年 龄 反 映 了 三 通 沟 北 矿 床 沉 积 锰 矿 的 形 成 年 龄。该 方 法 获 得 的 等 时 线 年 龄 拟 合 产 生 的 不 确 定 性 只 是 考 虑 了分 析 误 差，而 忽 略 了 样 品 之 间 的 地 质 误 差，因 此 年 龄 误 差 往往 会 被 低 估（，）。因 此，本 文 还 采 用 了 蒙 特 卡 洛方 法，得 到 的 锰 矿 石 年 龄 为 ，初 始 值 为 （图）。上 述 两 种 拟 合 方 法 不 仅 产 生 了 非 常 一致 的初 始 值，而 且 年 龄 的 不 确 定 程 度 较 低。基 于 上 述 分 析，初 步 判 别 本 矿 区 矿 石 的同 位 素 年龄 是 准 确 的。该 年 龄 晚 于 围 岩 沉 积 岩 中 获 得 的 最 年 轻 的 碎屑 锆 石年 龄，早 于 后 期 侵 入 的 安 山 玢 岩（，张 连 昌 等，）的 年 龄（图）。同 时，等 时 线 年 龄 也得 到 古 生 物 年 龄 的 支 持，即 该 矿 区 硅 质 岩 中 放 射 虫（贝 奥 苏克 虫）的 出 现，将 该 地 区 含 锰 岩 系 的 年 龄 约 束 在 奥 陶志 留 纪之 间。综 上 所 述，三 通 沟 北 锰 矿 成 矿 时 代 应 为 晚 奥 陶 世。该同 位 素 年 龄 既 代 表 了 三 通 沟 北 锰 矿 沉 积 成 矿 年 龄，也代 表 了 围 岩 沉 积 地 层 的 年 龄，可 与 区 域 上 的 纳 赤 台 群 火 山沉 积 岩 年 龄 进 行