2. 中国科学院地球科学研究院, 北京 100029;
3. 中国科学院大学, 北京 100049;
4. 新疆地质矿产勘查开发局第二地质大队, 新疆 喀什 844000
2. Innovation Academy for Earth Science, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
4. No.2 Geological Party of the Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources and Development, Kashi 844000, Xinjiang, China
0 引言
锰矿是一种关系到国民经济可持续发展的大宗支柱性金属矿产。我国是锰矿资源的消费大国，自2005年以来锰矿石对外依存度一直维持在45%左右，截至2012年底锰矿石进口量可达全国锰需求总量的60%，锰矿石已是除石油、天然气和铁矿石等矿产外，又一涉及国家安全的战略性资源[1-2]。西昆仑造山带北段玛尔坎苏锰矿带是中国北方近年来最重要的锰矿找矿突破，该锰矿带层位稳定、厚度较大，初步查明富锰矿石资源量达3 000万t，平均品位达35%以上，远景资源量可达亿吨，经济价值巨大，有望成为丝绸之路经济带最重要的锰矿资源勘查开发基地[3]，由此也引起很多学者的广泛关注。
玛尔坎苏锰矿带东西延伸近60 km，主要包括西段的奥尔托喀讷什大型锰矿(简称奥矿)、东段的穆呼大型、玛尔坎土中型锰矿以及苏萨尔布拉克、博托彦、漠北等一批锰矿点。目前穆呼—玛尔坎土锰矿床的勘查工作仍在进行，增储潜力很大，规模有望达到大型。现阶段针对玛尔坎苏锰矿带的研究主要集中在西段的奥尔托喀讷什锰矿床[4-6]，而对穆呼—玛尔坎土锰矿床的研究程度还相对薄弱。笔者详细研究了穆呼锰矿床的矿区地质特征、含锰岩系的层序特征、矿石的矿物组成及结构构造，并在此基础上对控矿因素、矿床成因和成矿模式进行了探讨，希望能为矿区勘查工作以及整个锰矿带成矿规律的总结提供借鉴。
1 区域地质概况玛尔坎苏锰矿带位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县木吉乡北约80 km处，大地构造位置为西昆仑造山带和塔里木陆块的结合部位(图 1a)，属于西昆仑晚古生代古特提斯洋构造体系[3]。玛尔坎苏锰矿带出露的地层主要为下石炭统乌鲁阿特组(C1w)、上石炭统喀拉阿特河组(C2k)、下二叠统玛尔坎雀库塞山组(P1m)、上二叠统昆盖依套组(P2k)以及少量的第四系松散沉积物(图 1b)。下石炭统乌鲁阿特组岩石组合为基性和中酸性火山岩-火山碎屑岩夹少量碳酸盐岩，在矿带东部的昆盖山北坡广泛出露，并赋存有萨洛依、古鲁滚涅克等VMS型铜金多金属矿床。上石炭统喀拉阿特河组为锰矿的赋矿地层，岩石组合为碳酸盐岩-碎屑岩夹少量中基性火山岩、凝灰岩。下二叠统玛尔坎雀库塞山组为一套片理化安山质火山岩、火山碎屑岩夹大理岩化灰岩建造，上二叠统昆盖依套组主要为一套大理岩和灰岩组合。此外，在矿带南侧还出露少量的古元古界变质岩系、志留系和泥盆系沉积岩系，在矿带北侧出露古近系和新近系红色碎屑岩夹碳酸盐岩。
区域断裂和褶皱发育。断裂构造主要呈近东西向展布，主要断裂包括矿带北侧的乌赤别里山口—阿克彻依断裂和矿带南侧的空贝利—木扎令断裂(图 1b)。区域地层沿玛尔坎苏河发育背斜构造，轴向近东西向，锰矿床主要赋存于该背斜构造的两翼，其中奥尔托喀讷什锰矿床产于背斜北翼，玛尔坎土和穆呼锰矿床产于背斜南翼。玛尔坎苏地区的构造变形最早发生在二叠纪晚期，在新生代早期由于青藏高原隆升和帕米尔构造结的影响，本区域发生了大规模由南向北的叠瓦式逆冲推覆构造，二叠系和上石炭统为推覆构造前锋带[3]，使得玛尔坎苏背斜发生同轴叠加而复杂化。
玛尔坎苏—昆盖山地区火山活动较为强烈，时代主要集中在早石炭世。火山岩分布面积十分广泛，岩石类型多样，玄武岩、玄武安山岩、英安岩、火山角砾岩、凝灰岩均有出露。区域侵入岩不太发育，主要分布在昆盖山北坡靠近主脊一带，以中酸性岩为主，形成于晚石炭世和早二叠世。在局部地区的石炭系中可见少量闪长岩脉和辉绿-辉长岩脉。
2 矿床地质特征 2.1 矿区地层与构造穆呼锰矿床位于阿克陶县木吉乡喀拉阿特河与玛尔坎苏河交汇处(图 1b)，矿区(图 2)出露的地层包括上石炭统喀拉阿特河组和下二叠统玛尔坎雀库塞山组，在玛尔坎苏河北岸还分布有少量的下石炭统乌鲁阿特组、白垩系和新近系。下石炭统乌鲁阿特组在矿区范围内主要为墨绿色至黄白色安山岩-英安岩及火山碎屑岩。含锰岩系为上石炭统喀拉阿特河组，为一套海相碳酸盐岩-碎屑岩夹中基性火山岩-凝灰岩建造，锰矿层位于该套地层的中上部炭质泥灰岩中。下二叠统玛尔坎雀库塞山组在矿区范围内主要为灰绿色—紫红色片理化蚀变安山岩、安山质凝灰岩。在玛尔坎苏一带，上石炭统深黑色炭质泥灰岩和下二叠统底部的灰绿色蚀变安山岩是重要的地质找矿标志。
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| 据脚注①修编。 图 2 穆呼锰矿床矿区地质图 Fig. 2 Geological map of Muhu manganese deposit |
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① 新疆地质矿产勘查开发局第二地质大队.新疆阿克陶县奥尔托喀纳什-穆呼一带锰矿调查评价报告.喀什：新疆地质矿产勘查开发局第二地质大队，2017.
穆呼—玛尔坎土矿区位于区域逆冲推覆构造的前锋带(图 3a)，逆断层发育(图 3b)，局部岩石具有明显的片理化(图 3c)。受区域构造影响，在上石炭统含矿地层中还常见小型揉皱(图 3d)和褶皱构造(图 3e、f)。矿区褶皱及断裂构造对锰矿层具有破坏作用，主要表现为矿体被错断或发生碎裂，沿裂隙充填大量脉体。
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| a.大型逆冲推覆作用形成玛尔坎土峰；b.上石炭统薄层泥质灰岩中的逆断层；c.二叠系蚀变安山岩发育片理化；d.泥质灰岩和砂质灰岩间的差异风化，可见揉皱构造；e.方解石脉勾勒出同斜褶皱核部基本形态；f.上石炭统中的小型背斜构造。 图 3 穆呼锰矿床矿区典型构造现象 Fig. 3 Structural features of Muhu manganese deposit |
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穆呼锰矿床的锰矿层赋存于上石炭统喀拉阿特河组，通过系统的剖面测制和岩心编录，本文将其自下而上划分为3个岩性段。
第一岩性段(C2k1)：主要为灰白色透镜状砾屑灰岩、中层状生物碎屑(角砾)灰岩。砾屑灰岩的内碎屑颗粒具有一定的磨圆度，呈竹叶状，长5~10 cm，宽2~4 cm(图 4a)；在砾屑灰岩中常见灰绿色中基性火山岩角砾，具有明显的斑状结构(图 4b)。生物碎屑灰岩主要由海百合茎化石和细晶灰岩内碎屑组成(图 4c)。此外，该岩性段还夹有多层火山岩，火山岩发育斑状结构，斑晶以辉石为主，基质为玻基交织结构，整体碳酸盐化比较严重。
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a.竹叶状灰岩，长条状亮晶灰岩内碎屑具有较好的定向性；b.含火山角砾砾屑灰岩，火山角砾以中基性为主；c.生物碎屑灰岩，生物碎屑主要为海百合茎，单偏光；d.钙质杂砂岩具有平行层理；e.钙质长石石英杂砂岩，颗粒的磨圆度和分选度较差，杂基支撑，正交偏光；f.砂屑灰岩，主要为细晶灰岩内碎屑，硅质-灰泥质胶结，正交偏光；g.泥质灰岩沿片理发生破碎；h.  类化石在局部层位聚集，多呈纺锤形和长纺锤形；i.泥质灰岩中类化石的显微特征，正交偏光；j.深黑色含炭泥质灰岩与灰色泥晶灰岩呈互层状；k.含炭泥质灰岩中有机质纹层与泥晶方解石相间分布，含少量星点状黄铁矿，单偏光；l.含炭泥质灰岩中可见纤维状玉髓角砾和黄铁矿颗粒，正交偏光。
图 4 穆呼锰矿床含锰岩系野外及显微特征
Fig. 4 Field and microscopic characteristics of ore-bearing rocks of Muhu manganese deposit
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第二岩性段(C2k2)：主要为中薄层状灰绿色钙质长石石英杂砂岩、灰色砂屑灰岩，夹薄层状灰黑色泥质灰岩。杂砂岩可见平行层理(图 4d)，主要由石英、长石、碳酸盐化火山岩岩屑、灰岩岩屑以及少量生物碎屑组成，颗粒的分选性较差，大小混杂；磨圆度普遍不好，棱角分明；杂基支撑，杂基主要为灰泥质和黏土矿物(图 4e)。砂屑灰岩主要由细晶灰岩岩屑和少量生物碎屑、石英组成，基底式胶结，胶结物为硅质和灰泥质集合体(图 4f)。
第三岩性段(C2k3)：为含矿岩性段，底部主要为薄层状土灰色泥质灰岩，往上逐渐变为深黑色含炭泥质灰岩，夹多层黄绿色安山质凝灰岩。泥质灰岩容易沿片理发生破碎(图 4g)，局部层位可见
整体来讲，含锰岩系底部以各种成分的砾岩、杂砂岩为主，结构成熟度较差，说明沉积水体较为动荡；含锰岩系中上部以含炭泥质灰岩-钙质泥岩为主，水平纹层发育，说明沉积水动力趋于平静。因此，穆呼锰矿床的含锰岩系具有完整的海侵地层层序特征(图 5)。
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| 图 5 穆呼锰矿床含锰岩系综合地层柱状图 Fig. 5 Comprehensive stratigraphic column of Mn-bearing sequence in Muhu manganese deposit |
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在穆呼矿区内共圈定出8条矿体(图 2)，矿体形态比较复杂，呈似层状、透镜状、团块状、鸡窝状，厚度不稳定，存在尖灭再现和局部膨大、窄小等现象(图 6)。矿层整体呈北东—南西向，与顶底板围岩整合接触，地表露头由于差异风化与围岩的界线较为明显(图 7a)。矿体内方解石脉和石英脉较发育，呈透镜状、团块状和不规则网脉状，厚度从几厘米到几十厘米不等。主要矿带特征①简述如下：
① 新疆地质矿产勘查开发局第二地质大队.新疆阿克陶县奥尔托喀纳什-穆呼一带锰矿调查评价报告.喀什：新疆地质矿产勘查开发局第二地质大队，2017.
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| a.锰矿层与围岩整合产出；b.致密块状碳酸锰矿石，方解石网脉较发育；c.锰矿石发育泥晶-微晶结构，主要由泥晶方解石显微球粒组成，少量锰镁绿泥石与之共生，BSE图像；d.锰矿石发育生物碎屑结构，单偏光；e.钙菱锰矿被菱锰矿集合体包裹，边界不规则常为港湾状，发育锰方解石网脉，脉体中可见菱锰矿残留，BSE图像；f.锰方解石脉交代菱锰矿，BSE图像；g.软锰矿细脉沿后期裂隙分布，反射光图片；h.石英脉和锰镁绿泥石脉，图片顶部可见菱锰矿交代钙菱锰矿，BSE图像；i.草莓状黄铁矿，粒径约为7 μm，BSE图像；j.椭球状黄铁矿被菱铁矿包裹，BSE图像；k.半自形粒状黄铁矿，BSE图像；l.菱锰矿集合体中可见有机质，呈不规则板片状，BSE图像。 图 7 穆呼矿区锰矿石宏观特征及显微特征照片 Fig. 7 Macroscopic and microscopic characteristics of Muhu manganese deposit |
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① 新疆地质矿产勘查开发局第二地质大队.新疆阿克陶县奥尔托喀纳什—穆呼一带锰矿调查评价报告.喀什：新疆地质矿产勘查开发局第二地质大队，2017.
Ⅰ号矿体断续出露长约2 166 m，东部延至玛尔坎土矿区，往西部仍有延伸。矿体厚度为1.34~14.34 m，平均为5.68 m，品位为10.38%~45.07%，平均品位为29.64%。矿体深部由8个钻孔控制，控制最大斜深为333 m(ZK0002，图 6a)。
Ⅱ号矿体断续出露长度约1 290 m，东部延至玛尔坎土矿区，西部被第四系覆盖。矿体厚度为1.11~9.12 m，平均厚度为3.98 m，品位为10.04%~42.90%，平均品位为24.20%。矿体深部由5个钻孔控制，控制最大斜深312 m(ZK0002，图 6a)。
Ⅲ号矿体断续出露长约732 m，矿体厚度为0.39~1.37 m，平均厚度为1.07 m，品位为18.92%~26.58%，平均品位为21.78%。深部由ZK0002控制，控制最大斜深144 m(ZK0002，图 6a)。
Ⅳ号矿体断续出露长约636 m，矿体厚度为0.77~3.00 m，平均厚度为1.56 m，品位为12.99%~17.03%，平均品位为14.23%。深部由ZK0703控制，控制最大斜深91 m(图 6b)。
2.4 矿石组构与矿物组成穆呼矿区矿石类型简单，主要为原生碳酸锰矿石，地表局部可见少量氧化锰矿石。碳酸锰矿石为致密块状构造，常发育多期(网)脉(图 7b)；氧化锰矿石一般为土状构造。锰矿石主要为泥晶-微晶结构(图 7c)，其次为生物碎屑结构，菱锰矿以胶结物形式充填于各种生物碎屑之间(图 7d)。
系统的显微镜、扫描电镜观察和电子探针、X射线粉晶衍射分析表明，穆呼锰矿床的矿石矿物主要为菱锰矿，体积分数一般在85%~95%之间，其次为钙菱锰矿或锰方解石，地表矿石可含有少量软锰矿。脉石矿物包括锰镁绿泥石、石英、黄铁矿、菱铁矿以及少量的有机质。
菱锰矿一般呈显微球粒状或不规则状(图 7c、e、f)，粒径一般不超过0.05 mm；菱锰矿化学组分非常纯净，体积分数一般仅含有3%~5%的Ca、Mg或Fe。钙菱锰矿中方解石的体积分数可达10%~25%，主要呈不规则团块被菱锰矿集合体包裹，团块边界常为港湾状(图 7e)。锰方解石中MnCO3的体积分数小于50%，主要以脉体形式产出，可见菱锰矿被包裹其中(图 7e)。软锰矿主要沿菱锰矿集合体之间的裂隙分布(图 7g)，为菱锰矿次生氧化所致。锰镁绿泥石和石英有两种产出形式：一种是充填在菱锰矿集合体之间，与菱锰矿密切共生(图 7c、i)；另一种是以脉体形式穿插菱锰矿集合体，在石英脉体中可见重结晶的半自形—自形菱锰矿(图 7h)。黄铁矿含量很少(体积分数 < 3%)但类型多样，草莓状(图 7i)、椭球状(图 7j)和较自形粒状(图 7k)都可出现，草莓状黄铁矿粒径约为7 μm，椭球状黄铁矿粒径约为20 μm，较自形黄铁矿大小不等，粒径为5~10 μm。菱铁矿主要以包裹椭球状黄铁矿的形式出现(图 7j)。矿石中偶见有机质(已转化为沥青或石墨)，呈不规则板片状(图 7l)。
2.5 成矿期次与矿物生成顺序主流观点认为，在沉积型锰矿形成过程中，初始沉淀一般为锰(氢)氧化物，随后这些锰(氢)氧化物与有机质一起被埋藏并开始早期成岩转化[8]。由于这两个阶段具有连续性和继承性，本文将它们统称为沉积-成岩期。在矿石中常见钙菱锰矿被菱锰矿交代的残斑(图 7e、h)，由此推测在早期成岩阶段的孔隙水中沉淀的应该主要为钙菱锰矿。随着成岩作用的继续进行，钙菱锰矿逐步转变为化学组分纯净的菱锰矿，该过程与Johnson等[8]总结的全球典型碳酸锰矿床的矿物生成顺序一致。草莓状黄铁矿形成于早期成岩阶段的沉积物-水界面附近，椭球状和较自形粒状黄铁矿形成于稍晚阶段的次表层沉积物内，根据矿物包裹关系可知菱铁矿形成时间晚于椭球状黄铁矿。另外，在成岩过程中还会形成少量石英、锰镁绿泥石等自生矿物。未被完全降解的残余有机质在深埋藏成岩作用和后期构造作用过程中转变为沥青或者石墨。
与奥尔托喀讷什锰矿床不同的是，后期的构造热液活动对矿体产生了较大影响，使矿石品位普遍发生贫化。构造热液期主要表现为矿石被多种类型的(网)脉穿插，主要为锰方解石脉；其次为锰镁绿泥石脉和石英脉，在热液脉体中可出现少量重结晶的自形菱锰矿；最后矿体被抬升出露地表，经过风化氧化形成了少量软锰矿。
综上所述，穆呼锰矿床的成矿期次可划分为沉积-成岩期、构造-热液期和表生氧化期，其中沉积-成岩期是最重要的成矿阶段，具体的矿物生成顺序见表 1。
穆呼锰矿床的矿石主要由化学组分纯净的菱锰矿组成，而关于表生条件下菱锰矿的成因，目前学术界还存在不同观点，因此有必要详细探讨穆呼矿区菱锰矿的形成机制。
锰是一种重要的氧化还原敏感元素，在自然界的氧化水体中锰主要以(氢)氧化物形式发生沉淀，在还原水体中会以Mn2+形式溶解迁移[9-10]。总结来看，表生环境中有两种机制可以形成菱锰矿：第一种是从缺氧海水中直接沉淀[11]；第二种是先在氧化海水中形成锰氧化物，随后在埋藏过程中通过成岩作用转化为菱锰矿[8]。大量实验模拟和实际观测表明，尽管现代缺氧海水中Mn2+浓度相对较高，但其绝对浓度很难达到菱锰矿的饱和度，并且海水中存在大量的Ca2+、Mg2+与Mn2+竞争成核位置，因此在现代海水中直接沉淀菱锰矿的难度很大[12-14]。即使是在地质历史早期Mn2+浓度很高的还原海洋中，直接沉淀也只能形成化学组分不纯的锰碳酸盐，Mn在沉积岩中的富集程度不足1%[8]。
许多学者基于对波罗的海[15]、法恩湾[16]、巴拿马盆地[17]等现代实例的研究，发现成岩过程中的孔隙水非常利于菱锰矿的沉淀，这种微环境不仅可以提高Mn2+、HCO3-的浓度，并且沉积物内成核物质充足、类型多样。在这些盆地中都发育有富集碳酸锰的沉积物，研究表明它们的孔隙水已达到碳酸锰矿物的饱和度，因此碳酸锰属于早期成岩阶段的产物。同时，在沉积碳酸锰矿床的研究中，不同学者普遍发现矿石明显富集碳的轻同位素、具有显著的Ce正异常[18]，矿石中还可见底栖生物化石[19]或锰氧化物被菱锰矿交代的残留体[8]。以上现象都表明锰的初始沉淀形式为锰(氢)氧化物，菱锰矿是在有机质参与下通过成岩反应形成的。目前主流观点认为，任何时代的沉积碳酸锰矿床可能都是通过这种机制形成的[8, 18, 20-21]，该过程可用如下反应式表示[22]：
CH2O+2MnO2+HCO3-+H+→2MnCO3+2H2O。
穆呼锰矿床矿石的矿相学特征可为探讨菱锰矿的成因提供重要线索。首先，有些矿石发育生物碎屑结构(图 7d)，菱锰矿以胶结物的形式出现，表明菱锰矿是成岩孔隙水中的产物；矿石中可见有机质与菱锰矿密切共生(图 7l)，说明在菱锰矿形成过程中很可能存在有机质的参与；另外，矿石中的草莓状黄铁矿粒径可达7 μm(图 7i)，且出现较自形黄铁矿(图 7k)，表明它们很可能形成于次氧化水体之下的沉积物内[23]，这间接说明与其共生的菱锰矿也应该是沉积物内成岩作用的产物。
笔者将玛尔坎苏锰矿带的矿石稀土元素和碳同位素数据进行了汇总分析。通过后太古宙澳大利亚平均页岩(Post Archean Australian shale，PAAS)标准化后，穆呼锰矿床矿石的稀土配分曲线和奥尔托喀讷什锰矿非常一致，它们都具有明显的Ce正异常和Y负异常，且整体配分模式和现代水成铁锰结壳非常相似(图 8)，说明碳酸锰的形成经历了初始氧化沉淀的阶段。玛尔坎苏的锰矿石明显富集碳的轻同位素，并且锰含量越高，碳同位素的值越低(图 9)，表明大量有机质参与了菱锰矿的成岩转化，这种情况很可能发生在成岩孔隙水中。
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| 图 9 玛尔坎苏锰矿带锰矿石的碳同位素组成与锰含量的关系 Fig. 9 Correlation between carbon isotope composition and Mn content for Mn ores in Malkansu belt |
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近几年的研究已经证明，奥尔托喀讷什锰矿床的菱锰矿是通过成岩转化机制形成的[4-6]。综合分析穆呼锰矿床的矿相学、稀土元素和碳同位素特征，并且鉴于穆呼锰矿床与奥尔托喀讷什锰矿床同属一个矿带，笔者认为穆呼锰矿床的初始沉淀为锰(氢)氧化物，菱锰矿是成岩阶段锰(氢)氧化物与有机质反应的产物。
4 控矿因素通过以上讨论可知，沉积碳酸锰成矿包括3个关键步骤：1)大量Mn2+在缺氧海水中迁移、预富集形成储库；2)Mn2+在氧化海水中大量沉淀形成锰(氢)氧化物；3)锰(氢)氧化物在埋藏过程中与有机质通过成岩反应转化为碳酸锰矿层。与之对应，沉积碳酸锰成矿至少需要满足3个条件：1)充足的锰质来源；2)氧化还原分层的海水；3)大量有机质的埋藏。主流观点认为，沉积碳酸锰成矿与古大气组分、古海洋状态、古生物演化、古构造体制等密切相关，是多个圈层耦合作用的产物[20-21]；同时也有学者指出，从前寒武纪到显生宙，地球的表生锰循环已经从单一的全球模式逐渐演变为由区域条件控制的复杂模式[18]。因此，笔者尝试从全球背景和区域格局两个角度，对穆呼锰矿床有利于形成上述基本条件的各种控矿因素进行初步梳理。
4.1 充足的锰质来源充足的物质来源是锰富集成矿的前提，多数学者认为锰质主要来源于拉张背景下的海底热液[27-29]。贠杰等[30]通过对西昆仑北带下石炭统乌鲁阿特组火山岩的研究，认为本地区早石炭世处于伸展拉张环境；高永宝等[3]认为玛尔坎苏锰矿带沉积于古特提斯洋向北俯冲消减形成的弧后裂谷盆地，海底热水活动可能为奥尔托喀纳什锰矿床的形成提供了充足的物质来源[4]。在穆呼锰矿区，含锰岩系底部存在火山岩夹层，砾屑灰岩中含较多火山岩角砾，杂砂岩的结构成熟度很差，锰矿层顶底板含炭泥质灰岩中的玉髓角砾可能为热液硅质岩碎屑，以上现象都表明含锰盆地处于一种快速沉降的活动构造单元，同期海底热液活动非常强烈。另外，穆呼锰矿床的87Sr/86Sr值由围岩到菱锰矿矿层具有逐步减小的趋势，可能也反映了有更多火山热液的参与[26]。
综上分析可知，穆呼锰矿床丰富的物质来源受控于两个因素：伸展构造背景下频繁的海底热液活动和温暖潮湿气候下显著增强的陆源化学风化作用。笔者认为海底热液活动可能为穆呼锰矿床的形成提供了主要的物质来源，陆源化学风化作用对成矿的贡献还有待进一步约束。
4.2 氧化还原分层的海水在氧化还原分层的海盆中，氧化还原界面与盆地边缘的接触带通过海侵-海退、洋流上涌、风暴浪混合等方式造成缺氧海水与氧化海水的频繁转换，这有利于Mn2+的暂时富集和大量氧化沉淀[34]。在石炭纪整体氧化的海洋中[35]如何形成氧化还原分层的含锰盆地？笔者认为可能存在两种情况。上已述及，穆呼锰矿床成矿时为弧后(或弧间)伸展构造背景，因此很容易形成海水流通不畅的闭塞盆地，导致海水分层。另一种情况可能是由于初级生产力提高所导致的最小含氧量带扩张，因为穆呼的含锰岩系形成于海侵体系域，有利于深部海水的上涌；同时玛尔坎苏一带频发的火山活动可向附近海域输入大量营养物质，两者结合可以提高穆呼含锰盆地的初级生产力，进而导致最小含氧量带扩张并加剧海水的氧化还原分层。因此，拉张的构造背景、频繁的火山活动、海侵事件是穆呼含锰盆地出现氧化还原分层的有利因素，但导致其分层的具体机制还有待深入探讨。
4.3 有机质的大量埋藏有机质在锰(氢)氧化物被还原形成菱锰矿的成岩反应过程中扮演着核心角色，沉积碳酸锰成矿需要伴随大量有机质的埋藏。关于沉积岩中有机质富集的原因，可以从源和汇两个角度考虑[36]，与盆地的水体结构密切相关。穆呼锰矿区含矿岩性段的有机质主要呈纹层状夹于泥质灰岩中，说明有机质的富集具有周期性。这种周期性有机质富集的原因，可能是闭塞盆地边缘周期性的缺氧导致有机质的消耗减少，也可能是周期性的海底火山活动、洋流上涌引起初级生产力的繁盛，使有机质的沉降量增加。对于穆呼锰矿床而言，可能是上述其中一种情况占主导，也可能是两种情况耦合作用的结果。
5 成矿模式沉积碳酸锰矿床存在闭塞盆地(图 10a)和最小含氧量带扩张(图 10b)两种可能的成因类型，但这两种情况下所形成的锰矿床的地质和地球化学特征非常相似，因此一般无法将两者具体区分[18]。Maynard[18]通过分析全球沉积型锰矿的地球化学数据发现，w(Ba)-w(P2O5)图解有助于鉴别这两种成矿模式，因为P的富集一般与洋流上涌活动有关，而Ba与Mn的地球化学性质相似，在硫化条件下都不易形成硫化物，因此它们很容易从深水迁移到浅水环境中，并在氧化条件下一起发生沉淀。笔者将玛尔坎苏锰矿带矿石的Ba和P2O5数据进行了汇总分析(图 11)，结果显示矿石的Ba并不富集，但部分矿石具有一定程度的P富集，大约有一半的样品可投影在最小含氧量带扩张型区域。近期已有学者指出，晚石炭世南方冈瓦纳大陆的冰期活动可造成古特提斯洋的洋流上涌活动增强[37]，这可为穆呼锰矿床的最小含氧量带成矿模式提供一定的佐证。另外，奥矿赋矿围岩黄铁矿的δ34S集中在-16.18‰~-5.28‰之间[6]，也说明玛尔坎苏一带的海洋整体上与广海连接通畅，含锰盆地的闭塞硫化程度不高。
综上分析，笔者初步认为穆呼锰矿床更有可能属于最小含氧量带扩张型成矿模式(图 12)，主要成矿过程总结如下：穆呼锰矿床沉积于弧后(或弧间)盆地边缘的次级断陷洼地内，含锰盆地经历了由逐步断陷到稳定沉积的演化过程(图 12a)。海侵事件和/或石炭纪冰期活动造成洋流上涌增强、初级生产力提高，进而导致最小含氧量带扩张；海底热液活动释放的大量Mn2+可在缺氧/贫氧层进行长距离迁移，并在氧化还原变层与海底的接触带形成锰的(氢)氧化物，锰矿层的规模取决于表层氧化水与底层缺氧水的混合强度；随后，这些锰的(氢)氧化物与大量有机质一起被埋藏并进行成岩反应，锰的(氢)氧化物被还原而释放出Mn2+，有机质被氧化而释放出大量HCO3-，两者结合沉淀形成了菱锰矿矿层(图 12b)。
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| 图 12 穆呼锰矿床成矿模式图 Fig. 12 Metallogenic model for Muhu manganese deposit |
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笔者通过解剖穆呼锰矿床的地质特征，并与同矿带的奥尔托喀讷什锰矿床进行对比，结合同时代全球重大地质事件，对穆呼锰矿床的控矿因素及成矿模式进行了初步探讨，主要得到以下几点结论：
1) 穆呼锰矿床的含锰岩系自下而上可分为角砾灰岩、钙质杂砂岩和炭质泥灰岩3个岩性段，具有完整的海侵层序特征，反映了由逐步断陷到稳定沉积的盆地演化过程。
2) 穆呼锰矿床的矿石矿物主要为化学组分纯净的泥晶菱锰矿，菱锰矿是初始沉淀的锰(氢)氧化物在成岩过程中与有机质反应形成的。
3) 穆呼锰矿床的形成需要满足3个基本条件：充足的物质来源、氧化还原分层的海水以及有机质的大量埋藏。
4) 控矿因素包括：伸展的构造背景、频繁的海底热液活动、海侵事件以及温暖潮湿的古气候。
5) 穆呼锰矿床是以上各种因素耦合作用的产物。闭塞盆地模式和最小含氧量带扩张模式都可以解释穆呼锰矿床的成矿过程，笔者初步认为穆呼锰矿床更可能属于最小含氧量带扩张型。
致谢: 在野外工作中得到新疆地矿局冯京总工程师和徐仕琪高级工程师，新疆地矿局第二地质大队冯昌荣总工程师、郝延海副总工程师和何立东高级工程师的大力支持；郑梦天博士协助开展了野外工作。在此一并表示感谢！
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