新疆西天山莫托薩拉熱水沉積型鐵錳礦床礦物學(xué)與地球化學(xué)特征

董志國(guó) 張幫祿 石方平 張連昌 高炳宇 張新 彭自棟 王長(zhǎng)樂(lè)

1. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，中國(guó)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000292. 中國(guó)科學(xué)院地球科學(xué)研究院，北京 1000293. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 1000494. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 1000375. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 1000836. 自然資源部礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心，北京 1000831.

西天山分布有我國(guó)著名的阿吾拉勒鐵錳多金屬成礦帶，該礦帶由多個(gè)大-中型鐵(錳)礦床組成，自西向東主要包括式可布臺(tái)、松湖、尼新塔格、查崗諾爾、智博、備戰(zhàn)、敦德等鐵礦，以及昭蘇錳礦和莫托薩拉鐵錳礦。近年來(lái)不少學(xué)者對(duì)該礦帶中段的火山巖型磁鐵礦床進(jìn)行了廣泛研究(荊德龍等, 2014; 朱維娜等, 2015; Zhangetal., 2015; Jiangetal., 2018)，成因觀點(diǎn)趨于一致，認(rèn)為這些礦床主要受控于石炭紀(jì)海相火山巖的巖漿演化過(guò)程和熱液交代作用(張作衡等, 2012; 汪幫耀等, 2017)。同時(shí)，近年來(lái)對(duì)礦帶西段式可布臺(tái)沉積型赤鐵礦床的成因研究也不斷取得新進(jìn)展(陳杰等, 2014; Yangetal., 2019, 2021)。相對(duì)而言，目前對(duì)礦帶東段莫托薩拉鐵錳礦床的研究程度還比較薄弱，這在一定程度上限制了對(duì)西天山阿吾拉勒鐵、錳等大宗礦產(chǎn)成礦規(guī)律的總結(jié)和區(qū)域找礦模式的建立，因此值得對(duì)其開(kāi)展更加深入的研究工作。

莫托薩拉鐵錳礦床位于新疆和靜縣西北約60km處，以鐵錳礦體共生而聞名。自20世紀(jì)70～80年代到21世紀(jì)初，已有不少地勘單位針對(duì)莫托薩拉鐵錳礦床開(kāi)展了不同程度的勘查工作，獲得了大量有益資料(華明弟, 1985; 邱廣淼, 1990; 覃志安, 1999; 姚國(guó)龍等, 2000)，但目前還相對(duì)缺乏對(duì)礦床成因的精細(xì)研究。關(guān)于莫托薩拉鐵錳礦的成因類型，目前尚存在一些不同的認(rèn)識(shí)，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其屬于火山沉積型或熱水沉積型(華明弟, 1985; 覃志安, 1999; 姚國(guó)龍等, 2000; 袁濤, 2003)，陳明應(yīng)等(2012)認(rèn)為屬于受輕微熱液改造的沉積型礦床，李鳳鳴等(2011)則認(rèn)為該礦區(qū)的鐵礦層屬于火山噴流沉積，錳礦層屬于膠體化學(xué)沉積。本文在礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了該礦床最上層錳礦及其圍巖的礦物學(xué)、巖石學(xué)與地球化學(xué)特征，并綜合前人資料，對(duì)莫托薩拉鐵錳礦床的成因做了進(jìn)一步的探討。

圖1 西天山區(qū)域地質(zhì)與鐵(錳)礦床分布簡(jiǎn)圖(據(jù)Gao et al., 2009; Xiao et al., 2013修改)Fig. Regional geological map of the West Tianshan and distributions of iron (manganese) deposits (modified after Gao et al., 2009; Xiao et al., 2013)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西天山造山帶位于中亞增生型造山帶的西南緣，夾于準(zhǔn)噶爾地塊和塔里木克拉通之間，自北向南可劃分為伊犁地塊、中天山地塊和塔里木北部陸緣，各地塊之間分別被那拉提北緣斷裂和中天山南緣斷裂分割(圖1; Gaoetal., 2009)。西天山造山帶的主要構(gòu)造活躍期為古生代，但由于受到印度板塊和歐亞板塊碰撞作用的影響，在新生代再次發(fā)生了強(qiáng)烈的陸內(nèi)構(gòu)造變形(Sobeletal., 2006; Xiaoetal., 2013)。

石炭紀(jì)火山-沉積巖系在中天山-伊犁地塊的南、北緣廣泛出露，是西天山鐵、錳礦床的主要賦礦層位，一般將其分為大哈拉軍山組(C1d)、阿克沙克組(C1a)、伊什基里克組(C2y)和東圖津河組(C2d)四套巖石組合。大哈拉軍山組為中酸性火山巖夾碳酸鹽巖、碎屑巖，查崗諾爾、智博、備戰(zhàn)、敦德、松湖等火山巖型磁鐵礦床產(chǎn)于其中；阿克沙克組為碎屑巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖和少量火山巖，莫托薩拉鐵錳礦床和昭蘇沉積碳酸錳礦床產(chǎn)于其中；伊什基里克組僅見(jiàn)于西段，主要為中酸性火山巖-沉凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖和少量碳酸鹽巖，式可布臺(tái)沉積型赤鐵礦床產(chǎn)于其中；東圖津河組為海陸交互相砂巖、細(xì)砂巖夾砂礫巖及泥灰?guī)r。各套巖石組合之間為火山噴發(fā)不整合或整合接觸關(guān)系，總體反映了石炭紀(jì)盆地的火山噴發(fā)-正常沉積的充填過(guò)程和海侵-海退的沉積環(huán)境變化(袁濤, 2003; 白建科等, 2015)。除了與石炭紀(jì)火山-沉積巖有關(guān)的大量鐵錳礦床外，西天山還分布有一系列金、銅及鉛鋅礦床(王巖, 2016)。

2 礦床地質(zhì)特征

莫托薩拉鐵錳礦床(新疆地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì)，1962(1)新疆地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì). 1962. 新疆和靜縣莫托薩拉鐵(錳)礦勘探報(bào)告)位于西天山石炭紀(jì)火山-沉積盆地的最東端，礦區(qū)出露的地層主要為下石炭統(tǒng)和下三疊統(tǒng)。下石炭統(tǒng)阿克沙克組(C1a)為賦礦地層，自下而上具體可分為5個(gè)巖性段(圖2)：第一巖性段(C1a1)主要為礫巖，底部可見(jiàn)少量安山質(zhì)火山角礫巖、凝灰?guī)r；第二巖性段(C1a2)主要為砂巖、粉砂巖；第三巖性段(C1a3)為鐵礦層、鐵碧玉及硅質(zhì)巖；第四巖性段(C1a4)為鐵質(zhì)粉砂巖夾錳礦層；第五巖性段(C1a5)主要為細(xì)晶灰?guī)r、礫狀灰?guī)r和鈣質(zhì)礫巖等。下三疊統(tǒng)尖山溝組(T1j)由紫紅色礫巖、紫紅色薄層砂巖及泥質(zhì)砂巖組成，與下石炭統(tǒng)阿克沙克組呈角度不整合接觸(圖2b)。

圖2 莫托薩拉鐵錳礦床礦區(qū)地質(zhì)圖(a)及其14勘探線剖面圖(b)(據(jù)新疆地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì)，1962)1-下三疊統(tǒng)尖山溝組；2-下石炭統(tǒng)阿克沙克組第五巖性段；3-下石炭統(tǒng)阿克沙克組第四巖性段；4-下石炭統(tǒng)阿克沙克組第三巖性段；5-下石炭統(tǒng)阿克沙克組第二巖性段；6-下石炭統(tǒng)阿克沙克組第一巖性段；7-鐵礦層；8-錳礦層；9-鐵碧玉；10-硅質(zhì)巖；11-結(jié)晶灰?guī)r；12-粗砂巖；13-細(xì)砂巖；14-含礫砂巖；15-礫巖；16-斷裂破碎帶；17-向斜；18-背斜；19-鉆孔；20-采樣位置Fig.2 Geological map of Motuosala Fe-Mn deposit and profile map of 14 prospecting line1-Jianshangou Fm. of Lower Triassic; 2-the 5th member of Akeshake Fm. of Lower Carboniferous; 3-the 4th member of Akeshake Fm. of Lower Carboniferous; 4-the 3rd member of Akeshake Fm. of Lower Carboniferous; 5-the 2nd member of Akeshake Fm. of Lower Carboniferous; 6-the 1st member of Akeshake Fm. of Lower Carboniferous; 7-Fe ore beds; 8-Mn ore beds; 9-jasper; 10-chert; 11-limestone; 12-sandstone; 13-siltstone; 14-pebbly sandstone; 15-conglomerate; 16-fracture zone; 17-syncline; 18-anticline; 19-drill hole; 20-sampling location

礦區(qū)位于莫托薩拉復(fù)式褶皺中，礦區(qū)本身由2個(gè)次級(jí)背斜和1個(gè)次級(jí)向斜構(gòu)成，鐵、錳礦層主體產(chǎn)于中間次級(jí)背斜的兩翼，其中南翼局部地段疊加有次級(jí)小褶皺導(dǎo)致礦體發(fā)生變形。區(qū)內(nèi)斷裂較發(fā)育，走向多為NWW和NEE，其中穿過(guò)礦區(qū)中部的近東西向正斷層規(guī)模最大，該斷層向南陡傾，截切中間次級(jí)背斜的北翼，使礦層抬高而遭受剝蝕(圖2b)。

莫托薩拉鐵錳礦床的鐵礦層在下，錳礦層在上，兩者中間為厚2～62m的含鐵、錳條帶粉砂巖，礦層與圍巖整合產(chǎn)出(圖2b)，受褶皺影響，礦層產(chǎn)狀、厚度時(shí)有變化。由于鐵礦層受礦區(qū)中部斷裂破壞，可分為主礦體和次要礦體兩部分，主礦體分布于斷裂以南，次要礦體分布于斷裂以北。鐵礦層主體呈一巨厚的單層近東西向展布，東西長(zhǎng)約1.6km，南北寬300～500m，礦體中間厚(可達(dá)46m)，邊部薄(小于1m)，整體形態(tài)為一巨大的透鏡體。鐵礦層的主要夾層為硅質(zhì)巖，其次為鐵質(zhì)粉砂巖和鐵碧玉。錳礦層主體隱伏于地下，地表僅在莫托薩拉溝兩側(cè)有少量出露。因受褶皺影響，產(chǎn)狀多變，地表傾角20°～35°，地下傾角較緩，一般為5°～10°。錳礦層間夾層較多，多為含鐵、錳條帶粉砂巖和硅質(zhì)巖。由于夾層相隔，可細(xì)分為下、中、上三層錳礦。下層礦較穩(wěn)定，呈層狀，東西長(zhǎng)約1km，南北寬約400m，最厚約11m，平均厚度為4.7m；中層礦呈似層狀，不穩(wěn)定，分布范圍小于下層礦，厚度變化大，最厚約18m，平均厚度為4.9m，中下兩層礦相距1～12m；最上層礦極不穩(wěn)定，斷續(xù)呈透鏡體產(chǎn)出，厚度很薄，多在0.2～2m之間，與中層礦相距約20m(袁濤, 2003)。

據(jù)前人研究資料(新疆地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì),1975(2)新疆地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì). 1975. 新疆和靜莫托薩拉鐵錳礦補(bǔ)充勘探地質(zhì)報(bào)告)，莫托薩拉的鐵礦石鐵品位在45%～54%之間，平均為47.21%；礦石構(gòu)造類型主要為致密塊狀和條帶狀，常見(jiàn)顯微鱗片結(jié)構(gòu)、鮞狀結(jié)構(gòu)和半自形粒狀結(jié)構(gòu)；主要礦石礦物為赤鐵礦，次為磁鐵礦、鏡鐵礦以及少量的黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等；脈石礦物主要為碧玉，次為重晶石、石英以及少量的綠泥石、陽(yáng)起石等。錳礦石錳品位在9.59%～29.07%之間，平均為18.77%；礦石構(gòu)造類型主要為致密塊狀和條帶狀，常見(jiàn)顯微球粒結(jié)構(gòu)和自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)。據(jù)覃志安(1999)研究，錳礦石的礦物組合可分為兩種類型：一種以菱錳礦為主，次為赤鐵礦、石英、水鐵礦、方解石、玉髓等；另一種以錳硅酸鹽為主，次為重晶石、石英、蒙脫石、云母和黑錳礦等。

3 樣品采集和分析方法

本次研究主要針對(duì)最上層錳礦及其圍巖進(jìn)行了系統(tǒng)的樣品采集；樣品采自礦區(qū)莫托薩拉溝西側(cè)一工作斷面上(圖2a)，采樣位置投影到14勘探線剖面上如圖2b所示。盡管采樣厚度不大，但含錳巖系具代表性，詳細(xì)采樣情況如圖3a, b所示。該層錳礦厚0.25m左右，底部為灰色鈣質(zhì)石英長(zhǎng)石粗砂巖、粉砂巖，靠近礦體為約0.5m厚的黃白色長(zhǎng)石巖夾紅褐色鐵條帶，鐵條帶的厚度為0.5～1.5cm(圖3c)；錳礦層為黑褐色、致密塊狀構(gòu)造(圖3d)，其上為磚紅色鐵質(zhì)粉砂巖(圖3e)，局部夾黑褐色錳條帶，錳條帶的厚度為1～2cm(圖3f)。圖3g為野外采樣剖面的柱狀圖。

圖3 莫托薩拉礦區(qū)野外采樣剖面及典型樣品照片(a)野外采樣位置；(b)野外采樣剖面；(c)長(zhǎng)石巖與鐵條帶互層；(d)錳礦石；(e)鐵質(zhì)粉砂巖，局部夾亮晶灰?guī)r透鏡體團(tuán)塊；(f)鐵質(zhì)粉砂巖與錳條帶互層；(g)野外采樣剖面的柱狀圖Fig.3 Field sampling profile and typical sample photos of Motuosala area(a) field sampling location; (b) field sampling profile; (c) interbeded feldspar rock and Fe band; (d) Mn ore; (e) ferruginous siltstone, locally intercalated with sparite limestone lens; (f) interbeded ferruginous siltstone and Mn band; (g) stratigraphic column of field sampling profile

本研究首先利用顯微鏡和掃描電鏡對(duì)樣品的礦物學(xué)、巖石學(xué)特征進(jìn)行觀察，并通過(guò)能譜儀(EDS)和電子探針確定礦物的元素組成；同時(shí)選取代表性樣品，利用X射線粉晶衍射法(XRD)確定全巖的主要礦物相組成。在此基礎(chǔ)上，選擇新鮮無(wú)脈的樣品在瑪瑙研缽中研磨成200目以上的粉末，用于全巖主量、微量和稀土元素分析；對(duì)于條帶狀樣品(圖3c, f)，先用切割機(jī)將條帶分離，再分別進(jìn)行測(cè)試。所有實(shí)驗(yàn)均在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所相關(guān)實(shí)驗(yàn)室完成。其中掃描電鏡觀察在LEO1450VP型掃描電子顯微鏡上完成，并利用英國(guó)OXFORD X射線能譜儀(型號(hào)：INCA ENERGY 300)對(duì)礦物進(jìn)行元素分析。電子探針?lè)治霾捎肑EOL JXA-8100型電子探針儀完成，工作電壓為15kV，電流為20nA，束斑直徑為2～5μm，以天然樣品和人工合成氧化物為標(biāo)準(zhǔn)樣品，分析精確度優(yōu)于2%。全巖礦物相分析在D/MAX-2400型X射線衍射光譜儀上完成，選用Cu靶測(cè)試，設(shè)定2θ測(cè)角范圍為3°～70°。主量元素分析采用XRF熔片分析法，使用XRF-1500型X射線熒光光譜儀測(cè)試，分析誤差優(yōu)于5%。微量和稀土元素分析采用酸溶法制備樣品，使用Finnigan Element型ICP-MS進(jìn)行上機(jī)測(cè)試，以GSR1、GSR3為標(biāo)樣來(lái)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，以In內(nèi)標(biāo)校正儀器漂移，測(cè)試結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)一般小于10%。

4 分析結(jié)果

4.1 礦物組成與巖石組構(gòu)

本文將夾于圍巖中的鐵質(zhì)或錳質(zhì)薄層統(tǒng)稱為鐵條帶或錳條帶，其厚度一般不超過(guò)2cm。總體來(lái)講，上述采樣剖面中包括五種巖性：砂巖-粉砂巖、長(zhǎng)石巖、鐵條帶、錳礦層和錳條帶。其中砂巖-粉砂巖的主要組成礦物為石英和長(zhǎng)石，膠結(jié)物為鈣質(zhì)或鐵質(zhì)(圖4a, b)。本文重點(diǎn)對(duì)后面四種巖性進(jìn)行了詳細(xì)的巖石學(xué)和礦物學(xué)研究，相關(guān)的電子探針和能譜數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表1和表2，常見(jiàn)礦物及其化學(xué)式見(jiàn)表3。

長(zhǎng)石巖的XRD衍射圖譜(圖5a)顯示，其主要組成礦物為鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、霓石、鋅鐵黃長(zhǎng)石及少量石英。在光學(xué)顯微鏡下，上述礦物呈現(xiàn)隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。在掃描電鏡圖像中，長(zhǎng)石巖為微晶-細(xì)晶結(jié)構(gòu)(圖4c-g)，礦物粒徑一般為30～50μm，局部礦物粒徑可達(dá)100μm(圖4g)。鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石表現(xiàn)為交互共生關(guān)系，礦物邊界不規(guī)則(圖4c-j)。長(zhǎng)石巖中還零星分布有少量的霓石和鋅鐵黃長(zhǎng)石(含量<5%)，鋅鐵黃長(zhǎng)石一般為長(zhǎng)板條狀集合體，霓石以不規(guī)則狀與之共生(圖4d-f)。局部可見(jiàn)重晶石(圖4d, f)，形狀不規(guī)則，可與鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石交互共生(圖4f)。另外，長(zhǎng)石巖中偶爾可見(jiàn)少量的硅錳鈣鈉石(圖4c, g)、菱錳礦(圖4e, f)、紅鈦錳礦(圖4g)、赤鐵礦(圖4g)、榍石(圖4d)、磷灰石(圖4e, f)以及鋯石(圖4e)等礦物，這些礦物大小不一，形狀各異，有些礦物具有一定的磨圓度，比如圖4e中的磷灰石和圖4g中的紅鈦錳礦和赤鐵礦。

夾于長(zhǎng)石巖中的鐵條帶整體表現(xiàn)為隱晶質(zhì)、膠狀結(jié)構(gòu)(圖4h, i)，主要礦物為赤鐵礦或含水赤鐵礦(即褐鐵礦)，根據(jù)電子探針數(shù)據(jù)推測(cè)其中含有不等量的蛋白石、水鈉錳礦和粘土礦物等。在鐵條帶中普遍可見(jiàn)一些碎屑礦物，包括硅錳鈣鈉石、鉀長(zhǎng)石等，它們呈半定向“漂浮”在鐵質(zhì)膠結(jié)物中。

表1 莫托薩拉礦區(qū)典型礦物的電子探針數(shù)據(jù)(wt%)

表3 莫托薩拉礦區(qū)常見(jiàn)礦物及其化學(xué)式

表4 莫托薩拉鐵錳礦床礦石、巖石地球化學(xué)分析結(jié)果(主量元素：wt%；稀土和微量元素：×10-6)

續(xù)表1

圖4 莫托薩拉礦區(qū)最上層錳礦體近礦圍巖的顯微特征(a) MT-1鈣質(zhì)膠結(jié)石英長(zhǎng)石粗砂巖；(b) MT-8鐵質(zhì)膠結(jié)長(zhǎng)石石英粉砂巖；(c) MT-3-1長(zhǎng)石巖，主要由鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和少量硅錳鈣鈉石組成；(d) MT-4-1長(zhǎng)石巖，主要組成礦物為鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、霓石、鋅鐵黃長(zhǎng)石，可見(jiàn)少量重晶石、榍石；(e) MT-4-1長(zhǎng)石巖，可見(jiàn)少量菱錳礦、鋯石和磷灰石；(f) MT-4-1長(zhǎng)石巖，可見(jiàn)少量重晶石、菱錳礦和磷灰石，注意鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和重晶石三者之間具有交互共生關(guān)系；(g) MT-4-1長(zhǎng)石巖，可見(jiàn)少量紅鈦錳礦、菱錳礦與赤鐵礦；(h) MT-3-2鐵條帶，灰白色為褐鐵礦、蛋白石、水鈉錳礦和粘土礦物的膠狀集合體，還可見(jiàn)少量鉀長(zhǎng)石和硅錳鈣鈉石；(i) MT-4-2鐵條帶，主要由赤鐵礦、褐鐵礦、蛋白石等組成.(a)、(b)為光學(xué)顯微鏡照片，其余均為背散射圖像. 紅色圓點(diǎn)為電子探針?lè)治鑫恢茫t色三角形為能譜分析位置，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和表2. 礦物代號(hào)：Fsp-長(zhǎng)石；Qtz-石英；Cal-方解石；Kfs-鉀長(zhǎng)石；Ab-鈉長(zhǎng)石；Mar-硅錳鈣鈉石；Brt-重晶石；Aeg-霓石；Jus-鋅鐵黃長(zhǎng)石；Ttn-榍石；Rds-菱錳礦；Ap-磷灰石；Zrn-鋯石；Pyo-紅鈦錳礦；Hem-赤鐵礦；Lm-褐鐵礦；Opl-蛋白石；Bir-水鈉錳礦；Cly-粘土礦物，上述礦物的化學(xué)式參考表3Fig.4 Microscopical characteristics of wall rocks of the uppermost Mn ore bed in Motuosala area(a) MT-1, Calcareous quartz-feldspar coarse sandstone; (b) MT-8, Ferruginous feldspar-quartz siltstone; (c) MT-3-1, Feldspar rock is composed of albite, K-feldspar and minor marsturite; (d) MT-4-1, Feldspar rock is mainly composed of albite, K-feldspar, aegirine and justite, with minor barite and titanite occurring locally; (e) MT-4-1, Feldspar rock, with minor rhodochrosite, zircon and apatite occurring locally; (f) MT-4-1, Feldspar rock, with minor barite, rhodochrosite and apatite occurring locally, note the intergrown relationship between albite, K-feldspar and barite; (g) MT-4-1, Feldspar rock, with minor pyrophanite, rhodochrosite and hemtite occurring locally; (h) MT-3-2, iron band, grayish white area is colloidal aggregates of limonite, opal, birnessite and clay minerals, with minor K-Feldspar and marsturite occurring locally; (i) MT-4-2, iron band, mainly composed of hematite, limonite and opal etc. (a) and (b) are optical microscopical photos, the others are BSE images. The red dot is the position of EPMA analysis, and the red triangle is the position of EDS analysis. See Table 1 and Table 2 for detailed data, respectively. Mineral abbreviation: Fsp-feldspar; Qtz-quartz; Cal-calcite; Kfs-K-Feldspar; Ab-albite; Mar-marsturite; Brt-barite; Aeg-aegirine; Jus-justite; Ttn-titanite; Rds-rhodochrosite; Ap-apatite; Zrn-zircon; Pyo-pyrophanite; Hem-hemtite; Lm-limonite; Opl-opal; Bir-birnessite; Cly-clay minerals; See Table 3 for chemical formulae of above minerals

圖5 莫托薩拉礦區(qū)長(zhǎng)石巖(a)和錳礦層樣品(b)的X射線衍射圖譜Fig.5 X-ray diffraction patterns of feldspar rock (a) and manganese ore (b) in Motuosala area

錳礦層樣品的XRD衍射圖譜顯示(圖5b)其主要由錳的硅酸鹽礦物組成，包括錳橄欖石、褐錳礦、薔薇輝石，另外還含有重晶石、方鐵錳礦、普通輝石。在掃描電鏡的顯微尺度上，錳礦石主要表現(xiàn)為內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)，即錳質(zhì)集合體呈定向或半定向排布，其間被膠結(jié)物固結(jié)(圖6a, c, e)。錳質(zhì)集合體具有較好的磨圓度，形態(tài)一般為竹葉狀或橢圓狀，長(zhǎng)0.5～1mm，寬0.2～0.4mm。錳質(zhì)集合體內(nèi)部為粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)(圖6b, f, g)，主要由錳橄欖石(60%～80%)、紅硅錳礦(10%～15%)和磁錳鐵礦(5%～10%)組成，局部星點(diǎn)狀分布有少量重晶石(圖6b)，偶見(jiàn)微量鈣質(zhì)砷鉛礦(圖6g)。膠結(jié)物為隱晶質(zhì)、膠狀結(jié)構(gòu)，主要為含少量水的赤鐵礦，局部可見(jiàn)膠結(jié)物的同生壓實(shí)軟變形層理(圖6e)；膠結(jié)物中普遍分布有錳礦物碎屑(圖6a, d, h)，主要為紅硅錳礦角礫，大小不一，形狀各異，粒徑一般不大于0.05mm。除了內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)，錳礦層樣品還可直接表現(xiàn)為微晶質(zhì)粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)(圖6i)，主要由方鐵錳礦、紅硅錳礦組成，局部重晶石含量較高，以礦物集合體形式產(chǎn)出。錳條帶與錳礦層的礦物組成相似，不同之處在于其含有較多的長(zhǎng)石、石英等碎屑礦物。

圖6 莫托薩拉礦區(qū)最上層錳礦體的礦石BSE圖像(a) MT-5錳礦石，發(fā)育內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)，鐵質(zhì)膠結(jié)；(b) MT-5錳礦石，錳質(zhì)內(nèi)碎屑主要由錳橄欖石、紅硅錳礦和磁錳鐵礦組成；(c、d)MT-6錳礦石，發(fā)育內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)，鐵質(zhì)膠結(jié)；(e) MT-6錳礦石，發(fā)育內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)，局部可見(jiàn)鐵質(zhì)膠結(jié)物的壓實(shí)變形；(f) MT-6錳礦石，錳質(zhì)內(nèi)碎屑主要由錳橄欖石、紅硅錳礦和磁錳鐵礦組成；(g) MT-6錳礦石，可見(jiàn)少量鈣質(zhì)砷鉛礦；(h) MT-6錳礦石，鐵質(zhì)膠結(jié)物中“漂浮”有少量紅硅錳礦碎屑；(i) MT-7錳礦石，主要由紅硅錳礦、方鐵錳礦和重晶石組成. 紅色圓點(diǎn)為電子探針?lè)治鑫恢?，紅色三角形為能譜分析位置，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和表2. 礦物代號(hào)：Tep-錳橄欖石；Par-紅硅錳礦；Hem-赤鐵礦；Vre-磁錳鐵礦；C-Mim-鈣質(zhì)砷鉛礦；Bix-方鐵錳礦；上述礦物的化學(xué)式參考表3Fig.6 BSE images of the uppermost Mn ore bed in Motuosala area(a) MT-5, manganese ore with intraclastic texture, iron cemented; (b) MT-5, manganese intraclasts are mainly composed of tephroite, parsettensite and vredenburgite; (c, d) MT-6，manganese ore with intraclastic texture, iron cemented; (e) MT-6，manganese ore with intraclastic texture, compaction deformation of iron cementation occurred locally; (f) MT-6, manganese intraclasts are mainly composed of tephroite, parsettensite and vredenburgite; (g) MT-6, manganese ores, with minor calcian-mimetite occurring locally; (h) MT-6，manganese ore with some parsettensite fragments “floating” in the iron cementation; (i) MT-7, manganese ore is mainly composed of parsettensite, bixbyite and barite. The red dot is the position of EPMA analysis, and the red triangle is the position of EDS analysis. See Table 1 and Table 2 for detailed data，respectively. Mineral abbreviation: Tep-tephroite; Par-parsettensite; Hem-hemtite; Vre-vredenburgite; C-Mim-calcian-mimetite; Bix-bixbyite; Brt-barite; See table 3 for chemical formulae of various minerals

4.2 主量元素特征

表4列出了采樣剖面各種巖性的主量元素(包括稀土和微量元素)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)前人的數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總。

粉砂巖的主要組成元素為SiO2(59.90%～65.73%)、Al2O3(13.15%～15.85%)、K2O(5.01%～8.59%)、Na2O(0.89%～5.38%)和CaO(0.47%～3.68%)，主量元素總體特征與顯微鏡下觀察到的礦物組成一致。采樣剖面的主量元素變化圖(圖7)顯示，與粉砂巖相比，錳礦層的SiO2、Al2O3、TiO2的含量明顯降低，而B(niǎo)a的含量顯著升高，BaO含量為1.84%～5.06%，已達(dá)到主量元素的范圍。錳礦層的Al/(Al+Fe+Mn)、Mn/Fe和Fe/Ti的值明顯不同于粉砂巖，錳礦層Al/(Al+Fe+Mn)的值僅為0～0.02，遠(yuǎn)低于粉砂巖的0.63～0.75；Mn/Fe的值為5.3～10.5，明顯高于粉砂巖的0.03～0.30；Fe/Ti的值為428.5～1353，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于粉砂巖的5.7～10.2。錳條帶和鐵條帶主量元素的變化趨勢(shì)與錳礦層整體相似，但SiO2、Al2O3、TiO2的含量相對(duì)偏高，導(dǎo)致變化幅度相對(duì)較小。

圖7 莫托薩拉采樣剖面的主量元素變化圖Fig.7 variation diagram of major elements of sampling profile in Motuosala area

4.3 微量元素特征

鐵、錳礦石樣品(包括鐵、錳礦層和鐵、錳條帶)的Co、Ni、Cu含量很低，Co+Ni+Cu的總量在80.05×10-6～117.3×10-6之間；相較而言，鐵、錳礦石樣品的Zn含量很高，均在1000×10-6以上，Co/Zn值僅在0.004～0.006之間。鐵、錳礦石樣品的高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)的含量一般較低，Zr含量為11.43×10-6～79.37×10-6，Hf含量為0.31×10-6～2.12×10-6，Th含量為1.09×10-6～9.83×10-6，U含量為4.83×10-6～10.14×10-6；相較而言，鐵、錳礦石樣品的Pb含量明顯偏高，最低為141.74×10-6，一般在1000×10-6以上。UCC(大陸上地殼)標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8)顯示，采樣剖面的所有樣品均明顯富集Zn、Ba和Pb，Co、Ni、Cu、Sr、U元素未見(jiàn)明顯富集或虧損，而Zr、Hf、Th元素具有不同程度的虧損。

圖8 莫托薩拉采樣剖面的大陸上地殼標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Rudnick and Gao, 2003)Fig.8 Upper continental crust-normalized spider diagram of trace elements of sampling profile in Motuosala area (normalization values after Rudnick and Gao, 2003)

4.4 稀土元素特征

由于Y的離子半徑和化學(xué)性質(zhì)與Ho相似(Bau and Dulski, 1999)，故將Y插入到Dy和Ho之間一起討論。本文利用PAAS(Post Archean Australian Shale)對(duì)稀土元素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，相關(guān)數(shù)據(jù)引自McLennan (1989)。

5 討論

5.1 長(zhǎng)石巖的成因

熱水沉積巖也被稱為噴流巖，是由不同組分的海底(或湖底)熱水流體與海水(或湖水)混合后發(fā)生沉淀而形成的沉積巖，具有特殊的產(chǎn)狀類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物組成(Bostr?metal., 1979; 焦鑫等, 2013; 鐘大康等, 2015; 鄭榮才等, 2018)。熱水沉積巖通常根據(jù)礦物的顏色特征和形成溫度而被劃分為“白煙型”和“黑煙型”，前者形成于較低溫度(100～320℃)，主要包括長(zhǎng)石巖、重晶石巖和碳酸鹽巖等；后者形成于較高溫度(320～400℃)，主要包括富硫化物沉積、鐵質(zhì)巖和錳質(zhì)巖等(Rona and Scott, 1993; 焦鑫等, 2013; 鐘大康等, 2015)。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了許多富含長(zhǎng)石礦物的噴流巖。比如，南秦嶺古生代熱水沉積巖中普遍存在鈉長(zhǎng)石巖(唐永忠等, 2007)，新疆三塘湖盆地二疊系蘆草溝組噴流巖主要造巖礦物包括堿性長(zhǎng)石、白云石和方沸石等(柳益群等, 2011)，日本沖繩海槽的白煙囪主要由長(zhǎng)石、高嶺石和蒙脫石組成，據(jù)觀測(cè)海底熱液噴口流體的溫度小于50℃(Glasby and Notsu, 2003)。鄭榮才等(2006, 2018)研究發(fā)現(xiàn)甘肅酒西盆地青西凹陷下白堊統(tǒng)下溝組噴流巖主要造巖礦物包括鈉長(zhǎng)石、重晶石和方沸石等，并認(rèn)為其是一種典型的湖相“白煙型”噴流巖。

本文首次在莫托薩拉礦區(qū)發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)石巖，該礦區(qū)的長(zhǎng)石巖產(chǎn)于正常沉積巖系中，與地層呈整合接觸，主要組成礦物為微晶-隱晶質(zhì)的鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石及少量的重晶石。重晶石是熱水沉積的標(biāo)志性礦物(Canetetal., 2005; 肖榮閣等, 2001)，在莫托薩拉礦區(qū)的長(zhǎng)石巖中，可見(jiàn)鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石與不規(guī)則狀重晶石交互共生(圖4f)，有力說(shuō)明了該長(zhǎng)石巖為熱水沉積成因而非碎屑沉積成因。長(zhǎng)石巖中出現(xiàn)的少量霓石、鋅鐵黃長(zhǎng)石堿性礦物很可能與礦區(qū)底部的火山巖及鐵礦層有關(guān)。據(jù)研究，莫托薩拉礦區(qū)范圍內(nèi)存在粗面安山巖(李鳳鳴, 2013)，另外下伏鐵礦層中的Pb、Zn含量也明顯偏高(袁濤, 2003)。從微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8)中可以看出，長(zhǎng)石巖與鐵、錳樣品的蛛網(wǎng)圖曲線一致，都明顯富集Zn、Ba和Pb。我們推測(cè)，在莫托薩拉礦區(qū)可能存在兩種機(jī)制可以形成這種富含F(xiàn)e、Zn等金屬的堿性熱液流體：(1)海底熱水循環(huán)淋濾粗面安山巖；(2)與粗面安山巖噴發(fā)有關(guān)的火山熱液。不論受控于哪種形成機(jī)制，海底熱液在上升途中可能又淋濾了已經(jīng)沉積的鐵礦層。長(zhǎng)石巖中局部可出現(xiàn)少量的菱錳礦、紅鈦錳礦、鋯石、磷灰石、榍石等，這些礦物或呈渾圓狀，或呈棱角分明的不規(guī)則狀，碎屑特征明顯。我們推測(cè)，這些碎屑狀礦物很可能是熱水上升過(guò)程中流經(jīng)基底及沉積地層時(shí)捕獲的，其中鋯石、磷灰石、榍石等或許源自下伏砂巖-粉砂巖中的重砂礦物。據(jù)研究，海底熱水在噴流休眠期經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的能量匯聚以后，可以瞬時(shí)噴發(fā)震碎上覆沉積并捕獲少量巖石或礦物碎屑(劉淑文等, 2008)。另一方面，我們基本可以排除熱液直接沉淀生長(zhǎng)出這些礦物的可能性。以鋯石為例，熱液鋯石一般比較自形且含有豐富的包裹體(畢詩(shī)健等, 2008)，但莫托薩拉長(zhǎng)石巖中的鋯石呈碎屑狀且表面干凈(圖4e)，不太可能為熱液直接沉淀成因。

圖9 莫托薩拉礦區(qū)不同類型代表性樣品的標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖b中的粗面安山巖數(shù)據(jù)來(lái)自李鳳鳴(2013)；圖d中的現(xiàn)代鐵錳沉積物數(shù)據(jù)來(lái)自Bau et al. (2014)；球粒隕石數(shù)據(jù)來(lái)自Sun and McDonough (1989)；PASS數(shù)據(jù)來(lái)自McLennan (1989)Fig.9 Normalized REE patterns of various typical samples from Motuosala areaTrachyte andesite data in Fig.9b from Li (2013); modern Fe-Mn sediments data in Fig.9d from Bau et al. (2014); chondrite data from Sun and McDonough (1989); PASS data from McLennan (1989)

長(zhǎng)石巖的稀土元素配分特征對(duì)其成因的判斷具有重要的指示意義。在PAAS標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖中，長(zhǎng)石巖具有明顯的Eu負(fù)異常(圖9a)。Eu在海底熱液流體中是唯一具有強(qiáng)烈活動(dòng)性的稀土元素，Eu的活動(dòng)性主要受控于流體溫度和氧化還原條件，熱動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算表明Eu3+/Eu2+的氧化還原電位(Eh)隨溫度的升高而急劇增加，當(dāng)海底熱液流體溫度大于250℃時(shí)Eu主要以Eu2+的形式存在，從而與相鄰的稀土元素發(fā)生分離而顯示Eu正異常；而在低溫流體由于破壞礦物晶格的作用微弱，Eu主要以Eu3+存在，不出現(xiàn)Eu正異常(Glasbyetal., 1997; Sverjensky, 1984)。長(zhǎng)石巖的Eu負(fù)異?？赡鼙砻髌湫纬捎谙鄬?duì)低溫條件(<250℃)，導(dǎo)致熱液流體對(duì)斜長(zhǎng)石的淋濾作用不足。另一方面，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖中(圖9b)，長(zhǎng)石巖和粗面安山巖的稀土配分特征非常相似，說(shuō)明長(zhǎng)石巖在稀土元素物質(zhì)組分的供給關(guān)系上與區(qū)域火山巖存在很強(qiáng)的親緣性。

綜合以上礦物學(xué)、巖相學(xué)和地球化學(xué)證據(jù)初步認(rèn)為，莫托薩拉礦區(qū)的長(zhǎng)石巖為一種物質(zhì)組分較復(fù)雜、貧金屬硫化物的“白煙型”熱水沉積巖，形成溫度相對(duì)較低，可能低于250℃。富含F(xiàn)e、Zn等金屬的海底熱液流體與區(qū)域上偏堿性火山巖以及鐵礦層關(guān)系密切，但它們之間具體的成因聯(lián)系還有待深入研究。

5.2 上層錳礦的成因

海底熱液循環(huán)是洋殼與海水進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的重要途徑，Hajash and Chandler (1982)在不同溫度(200～500℃)下模擬海水與玄武巖、安山巖及流紋巖之間的反應(yīng)過(guò)程(水/巖比為5～50，壓力為1kbar)，結(jié)果顯示可以產(chǎn)生富錳的成礦熱液流體。對(duì)現(xiàn)代海底熱液系統(tǒng)的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，各種巖石與海水相互反應(yīng)均能形成酸性還原且異常富集金屬元素和硅質(zhì)的熱液流體，其相對(duì)于海水富集程度在兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上的成分包括Si、Ba、Fe、Mn、Cu、Zn、H2S等(陳先沛等, 1992)。比如，巴布亞新幾內(nèi)亞Matupi Harbor區(qū)域的海底熱液流體與海水相比，Mn富集了約60000倍，F(xiàn)e富集了約30000倍，Pb富集了約3000倍，Zn富集了約500倍(Bonatti, 1975)。另一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，東太平洋洋隆海底熱液流體中的錳濃度大約是深海海水中錳濃度的500萬(wàn)倍(Edmondetal., 1982)。

圖10 莫托薩拉鐵錳礦床的主、微量元素二元相關(guān)性圖解Fig.10 Major and trace elements binary diagrams for Motuosala Fe-Mn deposit

圖11 莫托薩拉鐵錳礦床的主量元素判別圖(a，據(jù)Bostr?m, 1973; b，據(jù)Wonder et al., 1988)Fig.11 Major elements discrimination diagrams for Motuosala Fe-Mn deposit (a, after Bostr?m, 1973; b, after Wonder et al., 1988)

熱液成因的錳礦床在地質(zhì)歷史中非常普遍，低溫?zé)嵋嚎尚纬绍涘i礦、錳鋇礦、鋇鎂錳礦等，而高溫?zé)嵋嚎尚纬煞借F錳礦、黑錳礦以及多種錳的硅酸鹽(如薔薇輝石、錳橄欖石等)，常見(jiàn)的脈石礦物有重晶石、螢石、方解石等(Roy, 1997)。張寶貴等(1982)在研究湖南棠甘山錳礦時(shí)認(rèn)為存在高溫?zé)嵋焊脑熳饔?，因?yàn)榈V區(qū)存在錳的硅酸鹽礦物和紅鈦錳礦，并同時(shí)提到與熱液活動(dòng)密切相關(guān)的日本野田多摩川錳礦和法國(guó)的上比利牛斯錳礦含有磁錳鐵礦、錳橄欖石、錳榍石、薔薇輝石等多種礦物。瑞典的Langban噴流沉積鐵錳礦床的主要礦石礦物為黑錳礦、褐錳礦和赤鐵礦(Bostr?metal., 1979)，南非Kalahari錳礦的熱液改造型礦石中普遍出現(xiàn)錳橄欖石和紅硅錳礦(Gutzmer and Beukes, 1996)，希臘Vani海相熱水沉積錳礦床中廣泛存在錳鋇礦、錳鉛礦、重晶石等礦物(Papavassiliouetal., 2017)。以上礦床實(shí)例表明，熱液成因錳礦床的礦物組合復(fù)雜多樣，受控于熱液的來(lái)源、溫度及演化過(guò)程。

本次研究所采集的上層錳礦樣品主要由錳橄欖石、紅硅錳礦、褐錳礦、磁錳鐵礦、重晶石等組成，具有典型的熱水沉積礦物組合。錳礦層樣品具有獨(dú)特的內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)，錳質(zhì)內(nèi)碎屑本身的粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)(圖6b, f, g)表明其屬于熱水溶液中的快速結(jié)晶堆積產(chǎn)物(肖榮閣等, 1994)，局部赤鐵礦膠結(jié)物的壓實(shí)軟變形層理(圖6e)則可以說(shuō)明錳礦層為同生沉積成因(鄭榮才等, 2006)。熱水內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)是判別莫托薩拉錳礦層為噴流巖的關(guān)鍵證據(jù)之一，一般與熱水噴流系統(tǒng)的超溫-超壓隱爆作用將噴流口先期的未固結(jié)沉積物震碎有關(guān)，這種結(jié)構(gòu)可用于示蹤噴流口的位置(張復(fù)新, 1988; 徐興旺等, 2003; 鄭榮才等, 2018)。另外，As元素的相對(duì)富集一般與海底火山噴氣作用密切相關(guān)(Seyfried and Bischoff, 1977)，因此上層錳礦中出現(xiàn)的少量鈣質(zhì)砷鉛礦(圖6g)可能是成礦階段存在強(qiáng)烈海底火山活動(dòng)的重要佐證。綜上所述，莫托薩拉上層錳礦的礦物組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造說(shuō)明其屬于海相熱水沉積巖。

在沉積巖系中，Al主要源自粘土礦物碎屑顆粒(Creraretal., 1982)，而Ti及不相容元素(如Th、Zr、Hf、Sc等)在海底熱液流體中的活動(dòng)性很弱，被認(rèn)為是評(píng)估碎屑輸入相對(duì)貢獻(xiàn)的可靠指標(biāo)(Sugisaki, 1984)。莫托薩拉礦區(qū)上層錳礦及其圍巖的Al2O3和TiO2、Zr和TiO2、Zr和Th之間都具有很好的相關(guān)性(R2>0.9，圖10a-c)，表明這些元素在莫托薩拉含錳巖系中確實(shí)主要受控于碎屑輸入。但值得注意的是，上層錳礦本身的Al、Ti、Zr、Th的含量非常低(Al2O3=0～1.98%，TiO2=0.01%～0.02%，Zr=11.43×10-6～16.38×10-6，Th=1.09×10-6～1.38×10-6)且互相之間的相關(guān)性不明顯(圖10a-c)，說(shuō)明上層錳礦在沉積時(shí)基本沒(méi)有受到富Al碎屑或火山物質(zhì)的混染，可視為純凈的化學(xué)沉積巖(Bolharetal., 2004; Manikyamba and Naqvi, 1995)。另外在主、微量二元相關(guān)性圖解中(圖10)可以發(fā)現(xiàn)，鐵條帶和錳條帶明顯受到了碎屑物質(zhì)的混染，因此在本文中不再對(duì)它們做細(xì)致討論。當(dāng)海相沉積物的Fe/Ti>20、Al/(Al+Fe+Mn)<0.35時(shí)，可認(rèn)為其屬于熱水沉積物(Bostr?m, 1973)。莫托薩拉最上層錳礦的Fe/Ti值(429～1353)遠(yuǎn)高于20，Al/(Al+Fe+Mn)的值(0～0.11)遠(yuǎn)小于0.35，表明該層錳礦為海相熱水沉積成因。在Bostr?m (1973)提出的Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn)二元混合判別圖中(圖11a)，莫托薩拉的錳礦層和鐵礦層樣品全部落在熱液端元附近，這不僅再次論證了碎屑物質(zhì)對(duì)錳礦層的混染基本可以忽略，且根據(jù)模擬線可以推測(cè)海底熱液流體對(duì)鐵錳成礦物質(zhì)的供給可能在90%以上。正常海相沉積物的Si/Al值在3左右，比如莫托薩拉礦區(qū)鈣質(zhì)粉砂巖的Si/Al值為3.33；如果沉積物的Si/Al值遠(yuǎn)高于3，說(shuō)明存在海底熱液來(lái)源或生物來(lái)源Si的加入(Toth, 1980)。莫托薩拉上層錳礦的Si/Al值為7.94～10.91，鑒于目前并未在礦石中發(fā)現(xiàn)硅質(zhì)生物化石，我們推測(cè)錳礦層中Si的富集很可能源于海底熱液流體的貢獻(xiàn)?，F(xiàn)代觀測(cè)顯示，火山巖中的Si可以和其他金屬一起被海底熱液流體濾出，因?yàn)闊嵋褐蠸i的溶解度要比海水高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)(Bonatti, 1975; Campbelletal., 1988)。在Wonderetal. (1988)提出的SiO2-Al2O3判別圖中(圖11b)，莫托薩拉的錳礦層和鐵礦層樣品全部落入海底熱液沉積區(qū)，這進(jìn)一步說(shuō)明海底熱液流體在莫托薩拉鐵錳礦床形成過(guò)程中具有重要貢獻(xiàn)。Ba在熱液多金屬沉積物中會(huì)發(fā)生高度富集，比如紅海Afar裂谷的富錳層中Ba含量高達(dá)5.8%(Bonatti, 1975)。Ba在海底熱液多金屬沉積物中主要以重晶石的形式出現(xiàn)，并且主要與錳礦物而不是鐵礦物發(fā)生共沉淀(Bonatti, 1975)，另外含Ba的錳礦物也是導(dǎo)致Ba富集的另一個(gè)重要原因，比如希臘Vani高溫?zé)崴练e型錳礦床中普遍存在錳鋇礦(hollandite)(Papavassiliouetal., 2017)。本次研究的采樣剖面中各種巖性都明顯富集Ba(圖8)，在錳礦層中富集程度最高(BaO=1.84%～5.06%)，可與紅海Afar裂谷的海底熱液富錳沉積類比。莫托薩拉錳礦層中Ba的富集主要與重晶石有關(guān)(圖6)，是判斷莫托薩拉鐵錳礦為海相熱水沉積礦床的重要證據(jù)之一。

微量元素(如Co、Ni、Cu、Zn等)在海相鐵錳沉積物中的富集或虧損程度主要受控于流體溫度、組分和沉淀速率，是判別不同成因鐵錳沉積物的重要工具。不同學(xué)者通過(guò)實(shí)際觀測(cè)和數(shù)據(jù)積累，已相繼提出很多實(shí)用有效的微量元素地球化學(xué)指標(biāo)和判別圖(Bonatti, 1975; Toth, 1980; Jossoetal., 2017)。莫托薩拉上層錳礦樣品的Co、Ni、Cu、Zn的含量與TiO2、Th之間均缺乏相關(guān)性(圖10d, e)，說(shuō)明這些元素主要受控于海洋化學(xué)沉積過(guò)程，碎屑混染的影響可以忽略，因此可以用于判別錳礦層的成因。本文匯總整理了太平洋、大西洋、印度洋不同成因典型鐵錳沉積物以及希臘Vani高溫?zé)崴练e型錳礦床的微量元素?cái)?shù)據(jù)，以期為探討莫托薩拉鐵錳礦床的成礦機(jī)制提供參考。

圖12 莫托薩拉鐵錳礦床的微量元素判別圖(底圖分別據(jù)Bonatti, 1975; Toth, 1980; Choi and Hariya, 1992; Josso et al., 2017)Fig.12 Trace elements discrimination diagrams for Motuosala Fe-Mn deposit (base map after Bonatti, 1975; Toth, 1980; Choi and Hariya, 1992; Josso et al., 2017; respectively)

海相鐵錳沉積物根據(jù)形成機(jī)制一般可分為水成、成巖和熱液三類，通常利用Fe、Mn、Co、Ni、Cu的含量來(lái)進(jìn)行成因判別。Co、Ni、Cu在海底熱液鐵錳沉積物中的含量遠(yuǎn)小于水成鐵錳沉積物，一般來(lái)說(shuō)其含量至少要比水成鐵錳結(jié)核結(jié)殼低一個(gè)數(shù)量級(jí)，這主要是由于海底熱液沉積物相對(duì)較高的沉淀速率限制了鐵、錳(氫)氧化物吸附微量金屬元素的能力，抑制了微量金屬元素在熱液鐵錳沉積物中的積累(Bonatti, 1975; Nathetal., 1992; Gonzálezetal., 2012)。莫托薩拉上層錳礦的Co、Ni、Cu含量和平均上地殼含量相近，并未出現(xiàn)明顯富集(圖8)，在Bonatti (1975)提出的10×(Co+Ni+Cu)-Fe-Mn三角圖解中(圖12a)，莫托薩拉礦區(qū)的鐵、錳樣品全部落入熱液沉積區(qū)。由于Zn在拉斑玄武巖中的含量相對(duì)較高且在硫化物中的分配系數(shù)相對(duì)較低，導(dǎo)致和其他微量金屬元素相比，Zn可以在海底熱液流體中相對(duì)富集；研究表明，除了Fe和Mn，Zn可以成為海底熱液流體中第三富集的微量金屬元素(Seyfried and Bischoff, 1977)。另一方面，Co由于具有特殊的晶體場(chǎng)，在水成鐵錳氧化物中會(huì)被優(yōu)先吸附富集(Burns, 1976)。因此，Co/Zn是指示熱液礦化的有效指標(biāo)，海底熱液鐵錳沉積物的Co/Zn值平均為0.15，而水成鐵錳沉積物的Co/Zn值可達(dá)2.5(Toth, 1980; Graybeal and Heath, 1984)。本次研究所采集的樣品的Zn含量和平均上地殼相比均具有明顯的富集(圖8)，莫托薩拉所有鐵、錳樣品的Co/Zn值均小于0.01，說(shuō)明海底熱液活動(dòng)對(duì)鐵錳成礦具有重要貢獻(xiàn)。在Toth (1980)提出的Co/Zn-(Cu+Ni+Co)判別圖解(圖12b)和Choi and Hariya (1992)提出的Zn-Ni-Co三角圖解(圖12c)中，莫托薩拉礦區(qū)所有的鐵、錳樣品也均落入了熱液沉積區(qū)。

近年來(lái)有學(xué)者指出，由于海底熱液鐵錳結(jié)核結(jié)殼的形成環(huán)境、流體溫度以及和海水的混合程度均存在很大變化，因此其微量金屬元素的含量變化范圍也很大，導(dǎo)致一些傳統(tǒng)的判別圖解難以詳細(xì)區(qū)分混合成因的鐵錳沉積物，尤其是一些比較特殊的富集金屬元素的海底熱液鐵錳沉積物(Heinetal., 2008; Jossoetal., 2017; Vereshchaginetal., 2019)。比如，Jossoetal. (2017)對(duì)西南太平洋幾處富集微量金屬元素的低溫?zé)嵋哄i沉積物進(jìn)行了詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)它們?cè)?0×(Co+Ni+Cu)-Fe-Mn三角圖解中全部落入了水成區(qū)域(圖12a)，導(dǎo)致成因判別出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，因此需要新的判別圖來(lái)處理這類特殊樣品。由于水成鐵錳礦物的比表面積巨大，沉淀速率緩慢，和海水相比水成鐵錳沉積物可將一些高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)和稀土元素(REY)富集多個(gè)數(shù)量級(jí)(Bauetal., 1996; Heinetal., 2013)。而和水成鐵錳沉積物相比，海底熱液鐵錳沉積物的HFSE和REY可虧損一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，這一方面是由于HFSE在熱液流體中與氯化物的絡(luò)合能力非常弱，導(dǎo)致海底熱液源區(qū)本身就虧損HFSE(Douvilleetal., 2002)，另一方面則是由于海底熱液鐵錳沉積物的快速沉淀限制了海水中HFSE和REY被鐵錳礦物的充分吸附、富集(Schmidtetal., 2014)。因此Jossoetal. (2017)提出了新的100×(Zr+Ce+Y)-15×(Cu+Ni)-(Fe+Mn)/4三角圖解，并成功判別了西南太平洋富集微量金屬元素的低溫?zé)嵋哄i沉積物的成因類型。在該圖解中(圖12d)，莫托薩拉的鐵、錳樣品全部落入了熱液區(qū)域，進(jìn)一步說(shuō)明莫托薩拉鐵錳礦床應(yīng)為海相熱水沉積成因。

稀土元素對(duì)熱水沉積作用具有重要的示蹤意義，莫托薩拉上層錳礦的稀土總量(REE+Y)及各種參數(shù)(如Ce/Ce*、Y/Ho值)與TiO2、Th之間均缺乏相關(guān)性(圖10f-i)，由上文討論可知，莫托薩拉上層錳礦的稀土元素也主要受控于海洋化學(xué)沉積作用。石炭紀(jì)的海洋已被廣泛氧化，與現(xiàn)代海洋環(huán)境相似(Dahletal., 2010)，因此可以類比現(xiàn)代海底鐵錳沉積物的稀土特征來(lái)探討石炭紀(jì)沉積型鐵錳礦床的成因。莫托薩拉鐵、錳礦層的PAAS稀土配分曲線具有明顯的Ce負(fù)異常、Eu正異常和Y正異常(圖9c)，與現(xiàn)代海底熱液成因鐵錳沉積物的特征一致(圖9d)，但相對(duì)而言輕稀土并不虧損((La/Yb)PAAS平均為1.30)且中稀土略顯富集((Sm/Yb)PAAS平均為1.16)，該特征與現(xiàn)代水成鐵錳結(jié)殼相似(圖9d)。Ce的負(fù)異常是海底熱液鐵錳沉積物的典型特征(Elderfield and Greaves, 1981; Nathetal., 1992)，Eu的正異常一般與噴口附近的高溫?zé)嵋毫黧w有關(guān)(Michard, 1989; Craddocketal., 2010)，而典型的水成鐵錳沉積物則具有明顯的Ce正異常且輕、中稀土不虧損甚至略有富集(Nathetal., 1992; Bauetal., 2014)。莫托薩拉鐵、錳礦層的稀土元素PAAS配分曲線說(shuō)明成礦流體同時(shí)繼承了海底高溫?zé)嵋汉秃Ｋ南⊥撂卣?。莫托薩拉上層錳礦的Y/Ho值平均為36.51，大于球粒隕石、海底熱液和碎屑沉積巖的值(26～28; Bauetal., 1996; Planavskyetal., 2010)，明顯小于現(xiàn)代海水的值(>44; Nozakietal., 1997)，也說(shuō)明錳礦層是由海水與熱液混合沉淀而成?？紤]到海底熱液的稀土總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于海水，我們可以大致推測(cè)，海水中僅需非常少量熱液的混合就可以獲得莫托薩拉鐵、錳礦層這種稀土元素特征(王長(zhǎng)樂(lè)等, 2014)。但如前文所述，海底熱液所提供的的鐵錳成礦物質(zhì)是非?？捎^的。

綜合以上礦物學(xué)、巖相學(xué)及地球化學(xué)證據(jù)初步認(rèn)為，本文所研究的錳礦層屬于海相高溫?zé)崴练e巖，形成溫度可能大于320℃。推測(cè)其具體形成過(guò)程為：循環(huán)對(duì)流的熱水通過(guò)對(duì)火山-沉積巖系進(jìn)行充分的淋濾，形成了富含Mn、Si、Al等元素的高溫?zé)嵋毫黧w，并噴發(fā)出海底形成錳質(zhì)熱水沉積物。富錳熱液噴流沉積之后進(jìn)入了休眠期，在熱水系統(tǒng)持續(xù)增溫增壓后，封閉的噴流口被鐵質(zhì)熱液流體突破并發(fā)生強(qiáng)烈的沸騰與爆炸作用，將早期尚未固結(jié)的錳質(zhì)熱水沉積物震碎，同時(shí)海底熱液脈動(dòng)作用與爆炸作用導(dǎo)致海底水動(dòng)力條件加強(qiáng)，錳質(zhì)熱水角礫被湍急的底流搬運(yùn)并磨圓形成竹葉狀錳質(zhì)內(nèi)碎屑，最終在噴流口外側(cè)不遠(yuǎn)處的洼地中被鐵質(zhì)熱液流體膠結(jié)，形成具有熱水內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)的錳礦層。

5.3 莫托薩拉鐵錳礦床的成因探討

據(jù)前人研究，莫托薩拉的鐵礦層為典型的碧玉鐵建造，其中的硅質(zhì)巖夾層中普遍存在重晶石，并且兩者都伴生有Pb、Zn、Cu、Ag等多種金屬元素，有些可達(dá)工業(yè)品位(陳明應(yīng)等, 2012)，多數(shù)學(xué)者研究認(rèn)為其應(yīng)屬于海相熱水沉積型鐵礦床(華明弟, 1985; 姚國(guó)龍等, 2000)。本文對(duì)鐵礦石和硅質(zhì)巖的已發(fā)表數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總分析。在主量元素(圖11)和微量元素(圖12)判別圖中，鐵礦層樣品均落入了熱水沉積區(qū)域。同時(shí)，鐵礦層的稀土配分曲線(圖9c)與最上層錳礦非常一致，說(shuō)明兩者均為海相熱水沉積成因。莫托薩拉硅質(zhì)巖的稀土配分曲線(圖9a)具有明顯的Eu正異常，表現(xiàn)出典型的熱水沉積特征，姚國(guó)龍等(2000)通過(guò)對(duì)硅質(zhì)巖的氧同位素研究也認(rèn)為其屬于海底噴流沉積。另外，前人曾報(bào)道在莫托薩拉礦區(qū)還發(fā)育有菱錳礦礦層(華明弟, 1985; 李鳳鳴, 2013)，我們推測(cè)其可能主要產(chǎn)出于中、下兩層錳礦中。熱液成因的菱錳礦多為顯晶質(zhì)淡粉紅色，而沉積成因的菱錳礦多為隱晶質(zhì)灰黑色(姚培慧, 1995)。華明弟(1985)描述莫托薩拉礦區(qū)的菱錳礦為淺肉紅色，據(jù)此我們推測(cè)其很可能也屬于海底熱液沉積成因。實(shí)際上熱水沉積型菱錳礦礦層并不乏現(xiàn)代實(shí)例，比如日本沖繩海槽就存在海底熱液成因的碳酸錳煙囪，據(jù)研究該噴口處熱液流體的溫度超過(guò)200℃，熱液流體中的CO2主要來(lái)自有機(jī)質(zhì)的分解和巖漿脫氣作用(Glasby and Notsu, 2003)。

圖13 莫托薩拉鐵錳礦床礦區(qū)古地理圖(a，據(jù)華明弟，1985修改)及區(qū)域古地理圖(b，據(jù)邱廣淼，1990修改)(a) 1-隆起基底；2-北部盆緣海坡：砂巖、粉砂巖等；3-莫托薩拉洼地及過(guò)渡帶：細(xì)砂巖、粉砂巖及鐵錳礦層；4-洼地沖刷坡：含礦組已被剝蝕；5-島鏈：基本沒(méi)有含礦沉積；6-北部巖漿巖帶；7-火山巖區(qū)：火山角礫巖、安山巖、玄武巖和流紋巖；8-斷層；9-鐵錳礦層；(b) 1-陸地；2-無(wú)障壁海岸；3-砂堤；4-淺水海灣；5-深水海灣；6-開(kāi)闊臺(tái)地；7-碳酸鹽臺(tái)地前緣斜坡；8-碳酸鹽臺(tái)地邊緣淺灘；9-海底火山活動(dòng)區(qū)Fig.13 Mining area (a, modified after Hua, 1985) and regional (b, modified after Qiu, 1990) paleogeographic maps of Motuosala Fe-Mn deposit(a) 1-uplift basement; 2-northern basin margin slope: sandstone, siltstone; 3-Motuosala depression and transition zone: fine sandstone, siltstone and Fe-Mn ore beds; 4-scour slope of depression: the ore-bearing formation has been eroded; 5-island chain: basically no mineralization; 6-northern magmatic zone; 7-volcanic zone: volcanic breccia, andesite, basalt and rhyolite; 8-fault; 9-Fe and Mn ore beds. (b) 1-land; 2-barrier free coast; 3-sand bars; 4-shallow bay; 5-deep bay; 6-open platform; 7-front slope of carbonate platform; 8-carbonate platform marginal shoal; 9-submarine volcanic area

在同一熱水成礦體系中，不同噴流口的熱水溫度、物質(zhì)組成、噴出形式(排氣、噴水或隱爆)都可能有所不同，因此不同類型的噴流巖往往以不同的地質(zhì)產(chǎn)狀同時(shí)出現(xiàn)，甚至在一個(gè)礦區(qū)范圍內(nèi)都可能同時(shí)形成產(chǎn)狀復(fù)雜、種類多樣的海底噴流巖(張復(fù)新, 1988; 陳先沛等, 1992; 肖榮閣等, 1994; Varnavas and Papavasiliou, 2020)。比如，甘肅酒西盆地青西凹陷下溝組噴流巖就具有脈狀充填型(噴流口內(nèi))、隱爆型(噴流口附近)、盆地沉積型(噴流口外圍洼地)和區(qū)域擴(kuò)散型四種產(chǎn)狀類型(鄭榮才等, 2018)。本文在莫托薩拉礦區(qū)內(nèi)，也識(shí)別出幾種不同類型的噴流巖：硅質(zhì)巖和長(zhǎng)石巖應(yīng)為形成于噴流口外圍洼地的盆地沉積型熱水沉積巖，且海底熱液流體的溫度相對(duì)較低；而本文所研究的上層錳礦體應(yīng)為形成于噴流口附近的隱爆型熱水沉積巖，且海底熱液流體的溫度相對(duì)較高。從宏觀上來(lái)看，莫托薩拉礦區(qū)的沉積巖系由鐵質(zhì)巖、錳質(zhì)巖、硅質(zhì)巖、長(zhǎng)石巖等不同組分的噴流巖與正常沉積的粉砂巖呈不等厚互層狀產(chǎn)出，表明在莫托薩拉鐵錳礦床的形成過(guò)程中，海底熱液流體的組分和溫度都存在強(qiáng)烈而頻繁的交替變化，海底熱液活動(dòng)的強(qiáng)弱也存在間歇性的波動(dòng)。

石炭紀(jì)時(shí)本區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，火山-侵入作用廣泛分布，在查崗諾爾-備戰(zhàn)地區(qū)存在一系列的火山活動(dòng)中心(袁濤, 2003)，近年來(lái)的研究認(rèn)為這些火山巖形成于活動(dòng)大陸邊緣伸展構(gòu)造背景(汪幫耀等, 2017)。華明弟(1985)在莫托薩拉礦區(qū)北緣查明了由玄武巖、安山巖、流紋巖及火山礫巖、角礫巖組成的火山雜巖區(qū)，具有明顯的火山噴發(fā)旋回，而鐵、錳礦床沉積于長(zhǎng)條形洼地中，附近斷裂非常發(fā)育(圖13a)。邱廣淼(1990)根據(jù)42條實(shí)測(cè)剖面和豐富的相標(biāo)志分析了西天山昭蘇-莫托薩拉一帶阿克沙克組的沉積環(huán)境，認(rèn)為早石炭世阿克沙克組沉積時(shí)，在昭蘇-莫托薩拉一帶為海槽，海槽中部火山活動(dòng)強(qiáng)烈。海槽南部岸線曲折，有時(shí)海水深入內(nèi)地形成海灣，其中莫托薩拉一帶為淺水海灣，濱岸海底起伏，鐵、錳礦層沉積于海底下拗的洼地中(圖13b)。

因此，不論從區(qū)域還是礦區(qū)范圍來(lái)看，莫托薩拉鐵錳礦床的形成階段都存在強(qiáng)烈的海底火山活動(dòng)。莫托薩拉鐵錳礦床的成礦期可能對(duì)應(yīng)于區(qū)域火山噴發(fā)的晚期或間歇期，火山噴氣和熱液活動(dòng)非常強(qiáng)烈，同時(shí)拉張構(gòu)造環(huán)境為熱液運(yùn)移提供了良好的通道。海水在下部巖漿房或高位侵入體的加熱下，沿?cái)嗔严到y(tǒng)發(fā)生對(duì)流循環(huán)，促進(jìn)大規(guī)模水巖反應(yīng)并有效沉淀成礦。海底火山-熱液活動(dòng)同時(shí)也改變了水體溫度和動(dòng)力學(xué)條件，使本應(yīng)平靜的海底成為局部水體動(dòng)蕩的熱鹵水池，這一特殊的沉積環(huán)境必然會(huì)產(chǎn)生特殊的沉積作用，包括特殊的物源和沉積過(guò)程。因此，本文認(rèn)為莫托薩拉鐵錳礦床整體應(yīng)該屬于海相熱水沉積型礦床，海底熱液流體的溫度高低、活動(dòng)強(qiáng)弱及物質(zhì)組分與同期的海底火山間歇性活動(dòng)密切相關(guān)，成礦過(guò)程具有脈動(dòng)性。盡管在莫托薩拉礦區(qū)普遍發(fā)育有綠泥石、陽(yáng)起石等熱液蝕變礦物，因此有學(xué)者將其歸為沉積-熱液改造成因(陳明應(yīng)等, 2012)。但值得注意的是，礦區(qū)周圍沒(méi)有任何侵入巖體存在，且各種熱液影響具有分散、微弱、低量、面廣的特點(diǎn)，如此低量而分散的熱液影響最可能是同期火山氣液交代作用在熱水沉積巖及其下盤圍巖中的表現(xiàn)，而不是后期巖漿熱液改造的產(chǎn)物(華明弟, 1985; 姚國(guó)龍等, 2000)。

5.4 莫托薩拉礦區(qū)的鐵錳分離機(jī)制

Mn和Fe的地球化學(xué)性質(zhì)相似且Fe在地殼中的豐度遠(yuǎn)高于Mn，因此鐵錳分離是錳獨(dú)立沉積成礦的必經(jīng)過(guò)程(Maynard, 2014)，研究表明地質(zhì)歷史中沉積型錳礦的鐵錳分離程度差異很大(董志國(guó)等, 2020)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，表生環(huán)境中存在兩種有效的鐵錳分離機(jī)制(Krauskopf, 1957)：(1)溶解度差異，即還原硫化條件下鐵易形成硫化物沉淀，而錳硫化物的穩(wěn)定域很小，趨向于以離子形式遷移；(2)被氧化的難易程度，相對(duì)氧化的條件下Fe2+更易沉淀，而Mn2+會(huì)繼續(xù)溶解遷移。近年來(lái)很多學(xué)者開(kāi)始強(qiáng)調(diào)，微生物(如鐵細(xì)菌、錳細(xì)菌等)可以選擇性沉淀鐵、錳礦物，在鐵、錳海洋循環(huán)和鐵錳分離過(guò)程中扮演著重要角色(Polgárietal., 2012; Rajabzadehetal., 2017; Gartman and Findlay, 2020)。早前寒武紀(jì)的沉積型錳礦一般會(huì)與條帶狀鐵建造共生，對(duì)鐵同位素的研究表明前期鐵的大量沉淀促進(jìn)了鐵錳分離和錳礦層的形成(Tsikosetal., 2010)，但是新元古代和顯生宙的沉積型錳礦大都單獨(dú)產(chǎn)出，一般認(rèn)為他們是海底熱液系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離遷移后的遠(yuǎn)端沉積(Maynard, 2010)。比如，研究認(rèn)為西昆侖瑪爾坎蘇沉積型錳礦可能與昆蓋山一帶的塊狀硫化物礦床為同一成礦系統(tǒng)，海底熱液噴出的大量鐵質(zhì)以硫化物形式富集在昆蓋山一帶，而錳質(zhì)繼續(xù)向西遷移至適宜環(huán)境獨(dú)立沉積成礦(高永寶等, 2018; Zhangetal., 2020)。也有學(xué)者提出西天山昭蘇沉積型錳礦的物質(zhì)來(lái)源為式可布臺(tái)一帶，噴出的熱液流體在逐步氧化的環(huán)境中先沉淀形成式可布臺(tái)赤鐵礦型鐵礦床，而錳質(zhì)則繼續(xù)向西遷移至昭蘇一帶獨(dú)立沉積成礦(袁濤, 2003)。

莫托薩拉礦區(qū)的鐵錳分離程度較高，鐵礦層的Mn/Fe值低至0.01以下，而錳礦層的Mn/Fe值集中在5.25～10.5之間，最高可達(dá)100以上。但是，莫托薩拉礦區(qū)的鐵錳空間分異程度很低，鐵、錳雖獨(dú)立成礦卻產(chǎn)于同一礦區(qū)，具有“下鐵上錳”的分布特征，這在顯生宙的沉積型錳礦中并不多見(jiàn)。莫托薩拉礦區(qū)的鐵質(zhì)主要以赤鐵礦的形式富集，因此我們認(rèn)為該礦區(qū)的鐵錳分離可能主要受控于沉積盆地氧化還原條件的變化。而錳質(zhì)熱液流體之所以沒(méi)有繼續(xù)遷移至遠(yuǎn)處沉淀成礦，可能主要與沉積盆地的古地理?xiàng)l件有關(guān)。莫托薩拉鐵錳礦床形成于弧后拉張構(gòu)造環(huán)境，熱液活動(dòng)主要集中在裂谷盆地的次級(jí)洼地中，因此熱液不易擴(kuò)散而形成高溫?zé)猁u水層并就地沉積成礦，類似于現(xiàn)代紅海Alfar裂谷中鐵-錳-鋇沉積物的形成過(guò)程(Bonattietal., 1972; Cocherieetal., 1994; Butuzovaetal., 2009)。

最新研究認(rèn)為式可布臺(tái)鐵礦的鐵質(zhì)雖來(lái)自于海底火山-巖漿熱液流體，但鐵質(zhì)的沉淀主要通過(guò)化學(xué)和生物化學(xué)沉積作用(Yangetal., 2019)，具有“內(nèi)源外生”的特點(diǎn)。莫托薩拉鐵錳礦床雖然主體為海底熱水噴流沉積，但華明弟(1984, 1985)根據(jù)氧同位素計(jì)算發(fā)現(xiàn)赤鐵礦的形成溫度從常溫海水到低-中溫?zé)嵋汗泊?，且部分赤鐵礦發(fā)育鮞粒結(jié)構(gòu)，鮞粒中可見(jiàn)生物殘留體(覃志安, 1999)。王文遠(yuǎn)(1984)則在莫托薩拉鐵礦石中發(fā)現(xiàn)了大量菌藻類微生物化石，并認(rèn)為莫托薩拉鐵礦為微生物成因。上述資料表明，在莫托薩拉鐵錳礦的成礦過(guò)程中可能存在顯著的生物化學(xué)沉積作用。據(jù)此我們推測(cè)，微生物活動(dòng)可能在莫托薩拉礦區(qū)的鐵錳分離過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，這有助于解釋該礦區(qū)鐵錳共存但獨(dú)立成礦的獨(dú)特現(xiàn)象，值得開(kāi)展深入研究。

6 結(jié)論

(1)本文首次在莫托薩拉礦區(qū)發(fā)現(xiàn)了熱液長(zhǎng)石巖，其主要由鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石以及少量重晶石、霓石、鋅鐵黃長(zhǎng)石等礦物組成，發(fā)育隱晶-微晶結(jié)構(gòu)，與“白煙型”海相熱水沉積巖特征相似。

(2)莫托薩拉最上層錳礦主要由錳橄欖石、褐錳礦、紅硅錳礦、磁錳鐵礦以及少量重晶石、方鐵錳礦等礦物組成，具有典型的高溫?zé)崴练e礦物組合，錳礦層的主量元素、微量元素和稀土元素均具有海底熱液成因鐵錳沉積物的特征，典型的熱水內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)指示錳礦層沉積于海底熱液噴流口附近。

(3)莫托薩拉鐵錳礦床整體應(yīng)為海相熱水沉積成因。莫托薩拉礦區(qū)的沉積巖系由鐵質(zhì)巖、錳質(zhì)巖、硅質(zhì)巖、長(zhǎng)石巖等不同組分的噴流巖與正常沉積的粉砂巖呈不等厚互層狀產(chǎn)出，表明在莫托薩拉鐵錳礦床的形成過(guò)程中，海底熱液流體的化學(xué)組分、溫度高低和活動(dòng)強(qiáng)弱都具有明顯的脈動(dòng)性，推測(cè)成礦與拉張背景下海底火山的間歇性活動(dòng)密切相關(guān)。

(4)鐵錳共存但獨(dú)立成礦是莫托薩拉鐵錳礦床的一大特色。鑒于前人曾報(bào)道莫托薩拉鐵礦石中存在菌藻類微生物化石，我們推測(cè)其鐵錳分離過(guò)程不僅與古地理環(huán)境和氧化還原條件變化有關(guān)，還可能受控于微生物的選擇性氧化沉淀。加強(qiáng)莫托薩拉鐵錳礦床中的微生物作用研究，將有助于全面理解其鐵錳分離機(jī)制、控礦因素及成礦過(guò)程。

致謝西安地質(zhì)調(diào)查中心計(jì)文化研究員、陳博博士以及新疆地礦局馮京總工程師、徐仕琪高級(jí)工程師在野外工作與研究思路方面給予了耐心指導(dǎo)；賈立輝、薛丁帥、閆欣等協(xié)助完成了相關(guān)實(shí)驗(yàn)；在文章寫(xiě)作過(guò)程中與黃柯、白陽(yáng)博士進(jìn)行了多次探討；兩位評(píng)審專家提出了許多寶貴的意見(jiàn)和建議；在此一并表示感謝！