《Journal of Asian Earth Sciences》：Late Carboniferous submarine volcanic activity and associated iron mineralization in submarine volcanic setting: Insights from Hongyuntan volcanic rocks, eastern Tianshan
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•红云滩英安质凝灰岩形成于3.138亿年前。•英安质凝灰岩由亏损地幔与少量地壳物质混合而成。•火山活动和成铁矿作用发生在与俯冲有关的弧环境中。引言铁矿在中国具有重要的经济意义（Wu等，2006；Zhang等，2013a、2013b；Sun等，2020a、b），其中与海底火山活
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红云滩英安质凝灰岩形成于3.138亿年前。
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英安质凝灰岩由亏损地幔与少量地壳物质混合而成。
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火山活动和成铁矿作用发生在与俯冲有关的弧环境中。
引言
铁矿在中国具有重要的经济意义（Wu等，2006；Zhang等，2013a、2013b；Sun等，2020a、b），其中与海底火山活动有关的铁矿床构成第三大最重要的高品位铁矿石类型。这些矿床通常规模大、品位高，并呈现集中或带状分布特征，具有很高的综合利用价值。随着近期的一系列发现（Zhao等，2018b；Sun等，2020a、2020b；Zhang等，2022b；Sun等，2025），中国西北东天山地区的找矿潜力日益受到关注。在南东天山牙曼苏弧带内的石炭纪火山岩体及其相邻区域，已识别出100多个铁矿床和矿点，其中若干个属于大中型规模。其中包括若干具有经济意义的海底火山容矿铁矿床，如百里场山、黑尖山、红云滩、牙曼苏、沙泉子、七里场和赤龙风等（Wu等，2006；Zhang等，2013b；Sun等，2020a、2020b、2021；Lu等，2024；Zhao等，2024；Zhang等，2025b）。尽管已有大量研究记录了海底火山环境中铁矿床的形成（Wu等，2006；Zhang等，2013b；Hou等，2014；Sun等，2019b；Zhang等，2020；Sun等，2025），但有关火山岩的成因及其成矿构造背景仍存在争议。
既往研究表明，海底火山铁矿床的形成涉及多个过程，包括火山岩浆活动、热液活动和海水-岩石相互作用（Zhang和Ding，1984；Wu等，2006；Zhang等，2013b；Sun等，2018、2021；Zhao等，2024）。这些矿床的特征和分布不仅受地质历史时期的构造运动控制，还与地球化学环境和火山活动类型密切相关（Hou等，2014；Zhang等，2022；Sun等，2025）。东天山地区的铁矿成矿主要发生在古生代，大多数矿床集中在晚古生代（表1；Zhang等，2016c）。这些矿床的容矿地层主要由火山岩组成，典型实例包括牙曼苏和红云滩（3.34–3.13亿年；Hou等，2014；Zhao等，2018b；Zhang等，2022b）、沙泉子（3.27–3.21亿年；Xu等，2014），以及百里场山和黑尖山（3.31–3.07亿年；Zhang等，2016b；Zhao等，2018b）。铁矿床主要沿古大陆边缘分布于弧相关环境（如弧前盆地和弧后盆地）或大陆边缘裂谷带（Jiang和Wang，2005；Cui等，2012；Zhang等，2012a）。基于含矿火山岩的地质和地球化学分析，一些研究者提出这些矿床的形成与俯冲过程密切相关（Fu等，2021）。随着东天山地质和勘查研究的深入，伸展构造模式也已被提出（Xia等，2004；Long等，2008；Wang等，2008）。
红云滩是中国西北东天山地区最具有代表性的海底火山相关铁矿床之一（图1）。该矿床于1982年被发现，含铁矿石量约670万吨（XJBGMR，2009）。已有若干研究记录了成矿过程（Wu等，2006；Zhang等，2012b；Zhang等，2013b；Zheng，2015），并提出了两种截然不同的构造环境：岛弧（Xiao等，2004；Han等，2014）或弧后盆地（Hou等，2014）。分歧主要源于对构造环境和俯冲极向的不同解释，包括南天山洋壳板片北向俯冲（Xiao等，2004；Han等，2014）、准噶尔洋壳板片南向俯冲（Hou等，2014；Zhang等，2016b），以及康古尔洋壳板片双向俯冲（Wang等，2015）。然而，先前的研究主要关注矿床的地质特征和成矿过程，而红云滩铁矿床相关火山岩的结晶年龄、岩石成因和岩浆来源仍缺乏充分约束。这些不确定性限制了对牙曼苏弧带晚石炭世火山活动及铁矿成矿构造环境的综合理解。本研究对牙曼苏弧带红云滩的英安质凝灰岩进行了新的SIMS锆石U-Pb年代学测定、原位锆石Hf-O同位素分析、全岩主量和微量元素分析以及Sr-Nd同位素分析，旨在约束火山岩的岩浆来源和形成时间。结合先前的年代学和区域地质成果，我们进一步讨论了东天山牙曼苏弧带的构造演化。本研究还评估了晚石炭世海底火山活动与铁矿成矿之间的时间和地层关联。研究结果深化了对海底火山相关铁成矿体系的理解，并为东天山区域铁矿勘查提供了改善的地质框架。
章节摘要
区域地质
中亚造山带位于西伯利亚、东欧克拉通、塔里木和华北克拉通之间（Zhang等，2022a、b），被认为是世界上最大的显生宙增生造山带之一（Zhang等，2022a；Wang等，2024）。由于该带内富含经济价值极高的金、银、铜、铁矿床，中亚造山带成为我国重要的矿产勘查和勘探区域（Yang等，2018、2024；Zhang等，2022a；Wang）。
结果
本研究分析的红云滩英安质凝灰岩样品取自钻孔中下石炭统牙曼苏组第二段的下部，该组代表主要的含矿火山岩序列。对这些样品进行了SIMS锆石U-Pb年代学测定、全岩主量和微量元素分析、锆石Hf-O同位素分析以及全岩Sr-Nd同位素分析。详细的分析步骤描述见参考文献部分。
火山活动与铁矿成矿的关系
东天山牙曼苏弧带蕴藏着丰富的海底火山铁矿床，其中成矿在时间和空间上与石炭纪火山活动密切相关（Sun等，2019a）。已有研究记录了东天山地区有四个岩浆阶段，包括：（1）晚泥盆世（3.86–3.69亿年）、（2）石炭纪（3.53–2.97亿年）、（3）二叠纪（2.90–2.51亿年）和（4）早至中三叠世（2.46–2.28亿年；Li等，2006b；Sun等，2012；Hou等，）
结论
- (1)
新的SIMS锆石U-Pb年代学结果表明，红云滩英安质凝灰岩形成于3.13亿年前。石炭纪海洋火山活动在时间和空间上与铁矿成矿密切关联。
- (2)
正的εNd(t)值、低的δ18O值、Ni和Cr含量、Nb/Ta比以及中等的Mg#、(87Sr/86Sr)i值、Y/Nb比和(La/Yb)N比值表明，红云滩英安质凝灰岩最可能由亏损地幔源部分熔融形成，随后经历了地壳混染和分异
CRediT作者贡献声明
陈虹：撰写——初稿、可视化、验证、方法论、概念化。王引红：项目管理、资金获取。张芳芳：撰写——审阅与编辑、验证、监督。张辉：资源获取、方法论、数据整理。张涛：可视化。夏文轩：可视化、数据整理。
未引用参考文献
Resources，2009；Song，2020；Yang等，2012。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究由中国"深地探测与矿产资源勘查"国家科技重大专项（2024ZD1002100）、中国新疆维吾尔自治区重大科技项目（2025A03005）以及国家自然科学基金（42072102）资助。我们感谢红云滩矿山众多工作人员在野外工作期间的热情支持。我们也衷心感谢编辑和匿名审稿人的
陈虹|王引红|张芳芳|张辉|张涛|夏文轩
