地球生物学视角下的富锰沉积形成过程：原理、证据与模式

摘要

锰是地球系统中重要的过渡金属元素，其地球化学行为主要受到生物与环境的协同控制.沉积/成岩环境中，氧化还原条件与pH值对于锰的沉积-富集过程最为重要.在地质历史时期，大规模锰矿沉积的形成被认为与地球表层系统的氧化过程相关.锰矿的基础研究意义及重要经济属性则促使相关研究者尤为关注锰元素地球化学循环与锰矿成矿机制之间的联系.近年来，随着锰元素的地球生物学富集机制与循环过程相关研究的深入，研究者们逐渐认识到微生物活动在促进沉积物中锰质富集起到了关键控制作用.通过研究现代代表性沉积环境中所形成的富锰沉积物，明确了微生物作用与沉积环境效应共同控制了锰元素在沉积物中的富集过程.但是此前对于深时锰矿床中的地球生物学相关研究较为分散，对研究方法与成矿机制的综述工作尚存不足.本文通过检视世界范围内当前沉积型锰矿床中微生物成矿作用相关研究案例与研究进展，从中抽提出4个重要分析技术模块：（1）显微观察模块；（2）光谱分析模块；（3）同位素信号模块与（4）综合分析模块.以上4个技术模块的使用可有效识别出微生物成矿相关证据.当前锰矿床内微生物成矿作用相关证据包括：微生物成因显微结构与构造、广泛发育的生物成因自生矿物、具有显著生物信号的碳-硫及其他稳定同位素特征、与微生物活动有关的元素或组分富集现象及生物标志物等有机地球化学信号等.综合沉积型锰矿床在地球生物学视角下的成矿过程，可总结出微生物参与下的锰矿两阶段成矿机制，包括第1阶段的氧化富集阶段与第2阶段的还原保存阶段.锰氧化微生物有可能与铁氧化微生物及光合作用微生物共同构成了复杂的微生物席体系.

关键词

锰矿沉积 / 微生物成矿 / 成矿机制 / 成矿模式 / 沉积学 / 矿床学