古特提斯演化时期扬子地块西缘晚三叠世锰矿化：中国西南部鹤庆锰矿床案例研究

《Journal of Asian Earth Sciences》：Late Triassic Mn mineralization along the western margin of the Yangtze Block during Paleo-Tethyan evolution: a case study of the Heqing Mn deposit, SW China

　　

• •
  菱锰矿铀铅定年将鹤庆锰成矿限定在 227 ± 20 Ma。
• •
  地质、地球化学和年代学证据支持层控热液 - 沉积成因。
• •
  鹤庆锰成矿记录了扬子西缘对古特提斯演化的成矿响应。

引言

二叠纪 - 三叠纪期间，扬子块体西缘经历了与西部古特提斯洋俯冲和闭合相关的盆地 - 山地演化 (Metcalfe, 2013)，以及伴随峨眉山大火成岩省的构造 - 热事件 (Shellnutt et al., 2009, Hei et al., 2018)。随着古特提斯构造域的持续演化，由羌塘、中杂和印支地块以及其间多弧盆系发育而来的三江造山带逐渐形成 (Pan et al., 2001)。与此同时，四川西南部和盐源、丽江地区发育了响应这些构造过程的前陆盆地 (Zhu et al., 2016, Chen et al., 2020, Dong et al., 2022, Zhu et al., 2025)。丽江盆地位于扬子块体西缘，从中三叠世早期的被动缘沉积环境演变为晚三叠世的前陆盆地环境 (Dong et al., 2022, Zhu et al., 2025)。

鹤庆锰矿床产于丽江盆地受若纳少断裂带控制的走张性海槽内，赋存于上三叠统松圭组。海槽内发育了一系列次级凹陷，其中之一赋存了本研究调查的小天井矿块。鹤庆锰矿床代表了扬子块体西缘的一个高品位层状锰矿床。其独特的高品位特征长期受到地质界的极大关注。自 20 世纪 70 年代以来，鹤庆锰矿床的小天井、五军山、黄锋山和后半坡矿块已进行了地质普查和详细勘探。控制矿产资源和推断矿产资源总计 3.45 百万吨，其中 3.08 百万吨为高品位锰矿石 (Peng, 2018)。尽管先前的研究为理解矿床成因提供了重要基础，但其成矿机制仍存在争议。已提出三种代表性的成因模式：(1) 海相沉积成因 (Yang, 1985, Yang, 1989); (2) 涉及沉积后改造和叠加的模式 (Peng, 1986, Liu, 1987, Liu, 2001, Yang, 1990); 以及 (3) 火山 - 热液 - 沉积复合成因 (Yu et al., 2000, Yu, 2004)。近期的调查为这一讨论增添了新的维度。Huang 等人 (2023) 利用褐锰矿和菱锰矿的 C-O 同位素和原位微量元素数据，以及碳酸盐团簇同位素测温，识别出矿石地球化学中显著的热液特征。菱锰矿强烈的负碳同位素组成被解释为甲烷衍生碳酸盐的特征。生物成因甲烷被认为是主要碳源，尽管不能排除由原位有机质热分解产生的热成因甲烷的贡献。C 和 O 同位素之间的负协变以及菱锰矿相对较高的 δ¹⁸O 值进一步表明，甲烷释放是通过下层天然气水合物的解离进行的，这可能由热液加热触发。团簇同位素测得菱锰矿形成温度为 110 °C–135 °C，这高于甲烷厌氧氧化 (AOM) 的典型温度，但低于甲烷热化学氧化 (TOM) 的温度。因此，Huang 等人 (2023) 提出甲烷氧化可能在地质时间尺度上以相对较低的温度进行热化学作用。此外，Li 等人 (2025) 提供了来自首次原位褐锰矿 U-Pb 年龄 229.5 ± 4.5 Ma 的关键年代学约束。然而，Zhao 等人 (2026) 提出了一个对比鲜明的成因模式。基于围岩和锰矿石的全岩主量和微量元素地球化学以及菱锰矿的稳定同位素组成，他们认为 Mn 主要由陆源物质的化学风化供给，而非海底热液流体。他们进一步将原始沉积环境解释为硫酸盐浓度极低的新鲜水湖泊盆地，并相应地将鹤庆矿床归类为沉积 - 成岩锰矿床。尽管取得了这些进展，鹤庆锰矿床的成矿机制仍有争议。此外，很少有研究系统地比较鹤庆矿床与三江地区在古特提斯多弧盆演化背景下发育的成矿事件，特别是关于它们的时间对应关系和构造 - 成矿环境的差异。

本文关注云南省鹤庆锰矿床的小天井矿块，旨在阐明其锰矿石的成矿过程及其成矿意义。我们综合了矿物学分析、全量和微量元素地球化学以及同位素年代学。通过将这些数据置于古特提斯演化印支期、区域地质和矿床地质的背景下，本研究旨在完善鹤庆锰矿床的成矿模型，并调查扬子块体西缘三叠纪锰成矿与三江地区印支成矿事件之间的时间对应关系及构造 - 成矿对比。这些结果为理解古特提斯演化印支期期间对比鲜明的构造 - 成矿响应提供了新的矿物学、地球化学和年代学证据。

章节摘要

区域地质背景

鹤庆锰矿床位于云南省鹤庆县西南约 11 公里处。构造上，鹤庆锰矿床产于扬子块体西缘三叠纪丽江盆地内受断裂控制的走张性海槽中 (图 1)。丽江盆地西侧以昌都 - 思茅地块和中杂岩体为界，北侧面向宜东弧，并沿宁蒗 - 永胜线与盐源盆地大致相连

矿床地质

鹤庆锰矿床产于丽江盆地受断裂控制的走张性海槽中，包括小天井、五军山、后半坡和黄锋山等多个矿块，其矿体赋存于松圭组。其中规模最大的是小天井矿块，赋存于海槽中发育的次级凹陷之一内 (图 2b)。相关地层包括下三叠统地层、中三叠统北崖组以及

分析方法

主量元素分析在中国地质调查局西安矿产普查中心进行。程序如下：将 0.4 g（精确至 0.001 g）的无水氟化锂置于石墨坩埚中，与样品粉末混合，并使用铂丝均质化。置于陶瓷坩埚内的石墨坩埚在马弗炉中加热至 1000 °C 熔融 15 分钟。一个装有约 30 mL 王水的 100 mL 烧杯

结果

本研究关注云南省鹤庆锰矿床的小天井矿块，系统采集了五十个样品。其中，二十五个样品采集自 2510 地下平硐的新鲜出露面，包括二十个矿石样品、三个顶板样品和两个底板样品。其余二十五个样品采集自矿堆。共制作了三十六件薄片，包括两件来自顶板岩石的

成矿物质来源

在鹤庆矿床中，矿石的 Al₂O₃ 和 TiO₂ 含量之间表现出显著的正相关，而 TiO₂-MnO 含量与 Al₂O₃-MnO 含量之间呈负相关 (图 8a-c)。由于 Al 和 Ti 主要与陆源组分相关，它们与 MnO 含量的负相关表明 Mn 富集与陆源输入基本脱钩。因此，陆源组分不太可能是控制 Mn 富集的主要因素。

先前的研究

结论

(1) 菱锰矿原位 U-Pb 定年获得 227 ± 20 Ma 表明鹤庆锰矿床形成于晚三叠世，是古特提斯演化的产物。

(2) 地质、地球化学和年代学证据表明鹤庆锰矿床是一个层控 SEDEX 矿床。

(3) 鹤庆矿床的形成经历了两个过程：热液 Mn²⁺ 在氧化 - 弱氧化水柱中初始沉淀为 Mn 氧化物，随后进行早成岩期

CRediT 作者贡献声明

Zhi-Peng Yan: 撰写 – 原始草稿，调查。Jia-Xi Zhou: 撰写 – 审阅 & 编辑，监督，资源，项目管理，资金获取，概念化。Ya-Jun Gao: 撰写 – 原始草稿，调查。Ai Qiu: 撰写 – 原始草稿。Yu-Feng Xian: 撰写 – 原始草稿。Kai Luo: 撰写 – 原始草稿。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

本研究得到云南省科技冠军项目 (202305AB350006)、基础研究重大项目 (202501BC070002) 和云南省重大科技专项计划项目 (202402AB080006)，以及科技创新团队 (2025-01) 和硕士生导师团队 (2023-15)云南省教育厅关键金属成矿与找矿预测项目对 J.-X. Zhou 的支持。我们感谢

Zhi-Peng Yan|Jia-Xi Zhou|Ya-Jun Gao|Ai Qiu|Yu-Feng Xian|Kai Luo