原生沉积型锰矿和次生锰矿(即风化型锰矿)是我国重要的锰矿资源类型。传统的成矿机制认为原生沉积型锰矿的形成与锰的氧化还原循环具有密切联系,因此,锰的富集可以作为地球氧化还原状态的重要指标。次生锰矿的形成主要受控于地壳的垂直运动和气候条件,通过建立成矿模式可以约束地质历史时期的构造运动和古环境。目前,关于原生沉积型锰矿的研究已取得丰硕成果,然而国内外关于次生锰矿的研究相对较少,并且两者之间的联系也不明确。因此,本文对冀东迁西县秦家峪锰矿ZK20-3号钻孔中的原生含锰白云质砂岩和兴隆县龙门(LM)剖面的次生含锰白云质砂岩以及次生氧化锰矿石进行了系统的岩相学、矿物学以及地球化学分析,旨在查明原生沉积型锰矿到次生锰矿的转变过程,并建立其与构造运动和古气候之间的联系。野外观察显示龙门剖面整体风化程度较弱,但剖面中部由于受到地下水的作用导致其风化程度显著提高,并且富集氧化锰。矿物学分析表明,原生含锰白云质砂岩的主要矿物为石英和长石,次要矿物为白云母、白云石和菱锰矿,此外还含有少量的铁白云石和锰白云石。而龙门剖面中部的次生氧化锰矿石主要含有石英、软锰矿、隐钾锰矿、钡镁锰矿以及少量的白云石。含锰矿物相的可能转变次序为:锰白云石/菱锰矿→软锰矿(Ⅰ)→钡镁锰矿→隐钾锰矿→软锰矿(Ⅱ)。质量平衡计算结果显示龙门剖面具有两个阶段锰的亏损和富集,表明其形成受到多期构造运动的影响。鉴于剖面的整体风化程度较弱,研究认为龙门剖面可能暴露于喜山期。此外,在次生氧化锰矿石中,Fe、Na、Si随着Mn的富集而富集,Al、Ca、Mg、K表现为亏损。原生锰矿和次生锰矿的总稀土元素含量(∑REY)分别为105.68×10-6–250.56×10-6和18.08×10-6–176.60×10-6。原生锰矿具有相似的轻稀土(LREE)轻微富集的特征;亏损锰的次生白云质砂岩由于重稀土(HREE)的优先富集具有相对平坦的稀土元素配分模式,说明风化过程中HREE比LREE更易活化,并且进行了再分配。而较纯的氧化锰明显富集HREE,其稀土元素分布特征与大洋热液锰矿相似(除了Eu异常),表明锰的氧化沉淀过程比较迅速,继承了风化溶液中HREE富集的特征。值得注意的是,只有龙门剖面中部存在氧化锰矿石,并且除了海拔最高、氧化锰含量最多的矿石具有明显的负Ce异常外,其他氧化锰矿石均为正Ce异常,说明龙门剖面中部由于地下水的作用及下伏碳酸盐岩的影响不仅存在氧化还原屏障,也存在酸碱性屏障,导致Ce的氧化沉淀滞后于Mn。
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