华北中元古代铁、锰沉积建造的钼同位素组成及其古海洋环境意义

The evolution of Mesoproterozoic ocean, especially the deep ocean is still a matter of debat. More attention is need to pay to the redox state of that time. Mo isotope has been used to investigate the paleo-ocean redox state by different sink, such as black shale, carbonate and phosphorite. In this study, Mo isotope of Fe and Mn oxide will be used to trace the redox state of paleo-ocean. Fe and Mn sedimentary formations of North China record the information of Mesoproterozoic ocean, and provide a good chance to explore the possible evolution of that time. Chemical composition and mineral composition of hematite ore of Xuanlogn type iron ore deposites and manganese ore of Wafangzi ferromanganese deposites are similar to Fe-Mn nodules/crusts of modern sea, so the Mo isotope frcationation factor should be similar. Mo isotopic compoition of Mesoproterozoic ocean can be get throgh the study of hematite ore and manganese oxide ore, which will provide a tight constrain on the redox condition of Mesoproterozoic deep ocean.

中元古代深海的氧化程度一直是众多学者争论的焦点，其氧化程度仍然需要大量的研究证据来揭示。黑色页岩、碳酸盐岩和磷酸盐的Mo同位素研究已经在研究古海洋演化方面发挥了重要作用。本项目拟通过铁、锰氧化物的Mo同位素研究来反演当时海水的氧化还原状态。我国华北中元古代的铁、锰沉积建造是中元古代海洋环境演化信息的重要载体，其中的赤铁矿石和氧化锰矿石的化学成分和矿物组成与现代海洋中的铁锰结壳类似，在吸附Mo的过程中导致的Mo同位素分馏应该是相同的。通过对宣龙式铁矿和瓦房子锰矿的赤铁矿石和氧化锰矿石的Mo同位素研究，可以确定当时海水的Mo同位素组成，从而对中元古代海洋（尤其是深海）的氧化还原程度做出制约。

宣龙式铁矿烟筒山铁矿、庞家堡铁矿和麻峪口铁矿的赤铁矿样品的Mo同位素组成的范围一致，平均值是-0.33‰ ± 0.43‰。宣龙式铁矿的赤铁矿的Mo同位素组成与Baldwin (2013) 研究的加拿大新元古代Rapitan条带状铁建造的Mo同位素基本一致（-0.23‰ ± 0.21‰），进一步限定了中元古代的海水的氧化程度已经基本上和新元古代的一致，是铁化-氧化的海洋。Goldberg (2009)发现针铁矿吸附溶液中的Mo过程中导致的残留溶液和吸附在针铁矿上的Mo的同位素差异是Δ98/95Mo = 1.40‰ ± 0.48‰。我们认为这一过程导致了宣龙铁矿矿石中富集轻的Mo同位素。由此推断，当时海水的Mo同位素组成应该为～1.05‰。这一结果与Kendall et al. (2009) 通过研究澳大利亚北部黑色页岩（1.4 Ga）的得到的中元古代海水的Mo同位素（δ98/95Mo为0.66‰ ± 0.15‰）比较接近。.瓦房子锰矿矿石样品的Fe/Mn很高、微量元素和稀土元素含量相对于水成的铁锰结壳明显低并且具有Ce的负异常，说明当时Fe、Mn的沉淀速度非常快并且海水的氧逸度可以将Fe和Mn同时沉淀。瓦房子锰矿矿石样品的Mo同位素组成都富集轻同位素，不同的矿石样品之间的Mo同位素组成差异较大（-2.50‰～-0.50‰）。瓦房子锰矿的矿石样品中的Mo含量仅有~1 ppm。可能是由于铁锰氧化物沉淀的速度太快，以至于没有吸附足够的Mo，并且吸附海水中的Mo没有达到同位素平衡。.综合分析认为，中元古代之所以称为元古代时期锰成矿作用的滞歇期是因为整个中元古代时期构造运动相对不活跃或者活动很慢，造成热液释放的Fe、Mn物质十分有限，不足以成矿，并非是传统所认为的主要受到水体性质制约。