扬子北缘埃迪卡拉纪锰矿层中的古氧化还原条件对锰矿成矿过程的影响

摘要

扬子板块北缘埃迪卡拉纪锰矿赋存于陡山沱组上部的黑色页岩中，主要分布在城口次级盆地的边缘，目前对于锰矿形成时的氧化还原条件以及成矿模式等问题仍然存在争议，需要进一步研究。对于锰矿的成矿模式，目前主要有2种观点：一种认为菱锰矿直接从缺氧水体中沉淀，另一种认为水体中的Mn²⁺首先被氧化，然后在沉积物中被还原成菱锰矿。本研究以陡山沱组上部的锰矿层为研究对象，对其进行系统的矿物组成和地球化学分析。结果显示，锰矿层中发现了少量的水锰矿，而水锰矿是一种锰的氧化物矿物，意味着在含锰矿物形成时，存在锰的氧化物中间产物，最终转化为菱锰矿。此外，锰矿层中TOC和TN具有明显的正相关关系，表明地层中的氮主要来源于有机质；TOC与Mn含量具有明显的负相关关系，表明锰矿形成过程中需要消耗有机质；锰矿层具有很高的δ¹⁵N值（+7.22‰～+10.06‰,平均值+9.22‰）,可能与有机氮的硝化作用有关，¹⁴N富集的NH⁺₄优先被氧化，导致剩余有机氮具有较高的δ¹⁵N值，反映了当时表层水体处于氧化状态。因此，认为陡山沱组锰矿经历了Mn²⁺被氧化然后被还原成菱锰矿的阶段，其成矿过程受到水体氧化还原状态的影响。该研究成果有助于进一步了解埃迪卡拉纪海洋的生物地球化学循环过程。

关键词

埃迪卡拉系 / 陡山沱组 / 锰矿 / 氧化还原条件 / 氮同位素