《Precambrian Research》：Neoproterozoic dolomitization, ocean redox evolution and mineralization in the Aozigang Zn deposit, Yangtze Block, South China
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碳酸岩型锌-铅矿床白云石化过程与古海洋氧化事件关联性研究。通过Aozigang锌矿床的白云石类型学（SBD/FFD/FSD/BD/RSD/MD）、U-Pb年代学（546.9±7.4 Ma）及同位素地球化学（δ13C/δ18O）分析，揭示Neoproterozoic晚期近地表缺氧环境下的多期白云石化，并证实Pb同位素指示上地壳与基底混合成矿源。
Xing-Yu Bai|Suo-Fei Xiong|Shao-Yong Jiang|Ying Ma|Yue Wu|Guo-Qi Liu|Xiao-Hua Zeng
中国地质大学地球资源学院地质过程与矿产资源国家重点实验室，战略矿产资源勘探协同创新中心，武汉430074，中国
摘要
研究碳酸盐岩中的白云石化作用起源和演化对于理解矿床形成过程及重建古代海洋环境至关重要。然而，由于直接地质年代学约束的缺乏，建立这些矿床中白云石化作用与矿化作用之间的时间联系仍然具有挑战性。这一限制阻碍了对成矿过程和古环境重建的全面理解。为了解决这一问题，我们对位于中国南部湖北省的Aozigang锌矿进行了综合研究。
我们发现了不同阶段的白云石，包括沉积角砾白云石（SBD）、束状快速白云石（FFD）、束状缓慢白云石（FSD）、叶片状白云石（BD）、放射状缓慢白云石（RSD）以及中晶到粗晶白云石（MD）。FSD的暗红色CL颜色和结构特征表明，其形成于近地表至浅埋藏的缺氧海洋环境中。对FSD进行的铀-铅（U-Pb）测年结果显示其年龄为5.469±0.074亿年（MSWD = 2.8，n = 74），表明白云石化作用发生在新元古代。通过结合沉积白云石的原位碳同位素组成，我们提供了新元古代海洋氧化延迟的直接年代证据。后期MD中观察到的较高Mn/Sr比值和Mn富集与还原条件下的热液重结晶过程一致。MD的清晰边缘和浑浊核心为从早期白云石重结晶的直接岩石学证据。同时，热液方解石的δ13C和δ18O值（分别约为+0.27‰至+1.43‰和?11.81‰至?7.40‰）反映了相对高温流体和较低氧逸度的影响。闪锌矿的铅同位素表明其金属来源复杂，涉及上地壳和基底物质的贡献。本研究整合了地质年代学和地球化学方法，为前寒武纪白云石化作用提供了直接年代证据，该作用与被称为新元古代氧化事件（Neoproterozoic Oxygenation Event，NOE）的全球性氧化事件相关。这些结果为全球范围内研究碳酸盐岩矿床提供了新的视角。
引言
沉积层是多种矿床的主要载体，包括条带铁矿（BIF）和碳酸盐岩中的锌-铅（Zn-(Pb)矿床等（Leach等人，2005年；Angerer等人，2016年；Frenzel等人，2024年）。碳酸盐岩中的锌-铅矿床作为锌（Zn）、铅（Pb）、铜（Cu）、银（Ag）、锗（Ge）和镓（Ga）等常见且关键金属的来源尤为重要（Moskalyk等人，2003年；Cook等人，2009年；Wen等人，2020年；Zheng等人，2023年；Niu等人，2024年）。作为锌-铅矿化的主要载体，白云石记录了地质过程。其结构、微量元素组成以及碳和氧同位素（δ13C和δ18O）反映了矿化过程的物理化学条件及同期古环境变化（Warren等人，2000年；Machel和Lonnee等人，2002年；He等人，2025年；Liu等人，2025年）。
长江地块下广泛分布着新元古代碳酸盐岩层，包括邓英组（Dengying Formation）和斗山沱组（Doushantuo Formation）（Jiang等人，2003年；Li等人，2009年；An等人，2015年），使其成为碳酸盐岩锌-铅矿床的理想区域（Zhang等人，2014年；Leach和Song等人，2019年）。大量研究表明，这些矿床主要形成于新元古代碳酸盐岩中，例如在茂源地区（Guan等人，2023年）和冰东山（Bingdongshan）发现的矿床（Cao等人，2016年）。尽管如此，该地区白云石化的具体时间仍不明确，除了最近对陕西茂源地区邓英组白云石进行的U-Pb测年结果显示其形成于5.650±0.055亿年前（Xiong等人，2023年）。位于湖北省西部的Aozigang锌矿是长江地块内典型的碳酸盐岩锌矿床示例（Bai等人，2024年）。该矿床暴露出连续的沉积白云石序列，非常适合研究新元古代海洋的白云石化作用、沉积条件及古海洋环境（Duan，2014年）。矿体主要赋存在邓英组的白云石中，观察到了多个阶段的白云石。
新元古代氧化事件（Neoproterozoic Oxygenation Event，NOE）引发了短暂的大气氧化，随后氧气水平显著下降（Fike等人，2006年；Och和Shields-Zhou，2012年）。这种不稳定状态反映了海洋硫酸盐（SO42-）的广泛积累以及溶解有机物质（DOM）的大量储存，共同导致了新元古代海洋碳酸盐中δ13C值的显著负偏移，即所谓的Shuram偏移（Liu等人，2021a年；Wang等人，2023a年）。由于白云石沉淀通常需要缺氧条件，新元古代晚期普遍存在的“白云石问题”表明新元古代海洋大部分时间处于缺氧状态（Swart等人，2015年；Shuster等人，2018年；Li等人，2021年）。然而，由于合适的测年方法有限，对新元古代海洋氧化延迟及前寒武纪白云石化过程的直接地质年代学约束仍然不足。传统的同位素系统，如Sm-Nd和Rb-Sr，通常因开放系统行为和低母体-子体比值而无法用于碳酸盐岩的测年（Chiaradia等人，2013年）。然而，近期在碳酸盐岩原位铀-铅（U-Pb）地质年代学方面的进展为确定碳酸盐岩的形成时间及其相关过程提供了有力工具（Roberts和Walker，2016年；Liu等人，2021b年；Cao等人，2023年；Neagu等人，2025年）。在本研究中，我们分析了Aozigang锌矿的碳酸盐岩结构、阴极发光（CL）图像、U-Pb年龄、原位碳同位素、整体碳-氧同位素（δ13C和δ18O）及微量元素组成，以及闪锌矿的铅同位素组成。这一综合分析有助于探讨重要的白云石化作用、新元古代海洋的氧化延迟以及锌矿化环境的演化。
地质背景
长江地块以其丰富的碳酸盐岩锌-铅矿床而闻名，是中国三个前寒武纪地块之一——华南地块的关键组成部分（Zhao和Cawood，1999年；Lan等人，2015a年）。长江地块与卡西亚地块（Cathaysia Block）的合并导致了江南造山运动（Jiangnan Orogeny）和华南地块的形成，时间约为10亿至9亿年前（Zhao等人，2011年；Cawood等人，2018年）。江南造山运动结束后，伸展构造作用导致了...
样品和分析方法
从Aozigang锌矿共采集了34个样品（图S1）。其中选取了25个具有代表性的矿石和脉石矿物样品进行全面的分析。这些样品的详细描述和使用方法见表S1。
Aozigang锌矿的岩石学特征
岩石学分析将Aozigang矿床分为三个阶段：成岩作用阶段、热液作用阶段和后成作用阶段（图2，图3）。邓英组白云石记录了一个复杂且漫长的演化过程。成岩作用形成的白云石分为六种类型，岩石学上分类为：沉积角砾白云石（SBD）、束状快速白云石（FFD）、束状缓慢白云石（FSD）、叶片状白云石（BD）、深灰色放射状缓慢白云石（RSD）和深灰色放射状快速白云石（RFD）（
白云石化的时间和成岩环境
长江地块拥有中国南部最丰富的新元古代沉积序列，包括该地区的邓英组和斗山沱组矿床（Zhao和Cawood，2012年）。最近对该地区碳酸盐岩锌-铅矿床的研究利用铀-铅（U-Pb）测年方法确定了沉积和矿化的时间（Xiong等人，2022年；Xiong等人，2023年；Wu等人，2024年）。Aozigang锌矿位于上长江地块（Zou等人
结论
本研究对湖北省西部Aozigang的碳酸盐岩锌矿进行了全面研究，通过综合岩石学、地球化学和地质年代学分析，揭示了该地区海洋白云石的沉积过程及古代海洋环境的氧化还原条件。
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岩石学分析识别出六种类型的白云石和四代闪锌矿，反映了Aozigang锌矿的多阶段成岩演化
CRediT作者贡献声明
Xing-Yu Bai：撰写——初稿；正式分析。Suo-Fei Xiong：撰写——审稿与编辑；方法学研究；调查；正式分析。Shao-Yong Jiang：撰写——审稿与编辑；监督；资源协调；方法学研究；调查；资金获取；概念构思。Ying Ma：调查；正式分析。Yue Wu：调查。Guo-Qi Liu：方法学研究；调查。Xiao-Hua Zeng：资源协调；调查。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：42321001）、国家重点研发计划（编号：2021YFC2900300）、稀有矿物重点实验室研究基金（编号：KLRM-KF202501）以及江西省自然科学基金（编号：20242BAB25187）的资助。我们感谢Man-Rong Jiang博士提供的有益的岩石学观察建议。同时，我们也感谢Wei Chen教授、Jue Lu博士等人的支持。
