墨西哥瓦亚科科特拉盆地晚侏罗世时期的古环境条件：对锰（Mn）积累的影响

《Journal of Geochemical Exploration》：Paleoenvironmental conditions of the Huayacocotla basin, mexico during the Late Jurassic: Implications for Mn accumulation

【字体：大中小】 时间：2026年05月04日 来源：Journal of Geochemical Exploration 3.3

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　　约瑟夫·马东多（Joseph Madondo）|费尔南多·努涅斯-乌塞切（Fernando Nú?ez-Useche）|爱德华多·冈萨雷斯-帕蒂达（Eduardo González-Partida）|卡尔斯·卡内特（Carles Canet）|奥古斯托·A·罗德里格斯-迪亚兹（A

地质系，罗德大学（Rhodes University），炮兵路（Artillery Road），马坎达（Makhanda），6139，马坎达，格拉汉姆斯敦（Grahamstown），南非

摘要

墨西哥中东部地区的莫兰戈（Molango）拥有世界上最大的黑页岩型锰（Mn）碳酸盐矿床，但锰的积累和矿化机制仍存在争议。本文利用氧化还原敏感的微量元素（Mo、U、V）、古氧化还原指标（U/Th、V/Cr）、古生产力指标（P、Cu）、碳和硫稳定同位素以及总有机碳（TOC）对瓦亚科科特拉盆地（Huayacocotla Basin）上侏罗世（牛津期–金梅里迪吉安期）的圣地亚哥-奇波科（Santiago-Chipoco）段进行了综合古环境重建。氧化还原敏感元素的富集因子以及U/Th和V/Cr指标表明，在圣地亚哥组（Santiago Formation）上部及奇波科组（Chipoco Formation）底部的沉积过程中，水体处于缺氧至间歇性弱氧化状态，尽管这些地层的钼含量较低。向上游方向，钼/铀（Mo/U）和钼/总有机碳（Mo/TOC）比值逐渐降低，同时δ3?S值（+6.0至+12.0‰）仍低于同期海水的硫酸盐值，这表明该盆地具有类似现代弗拉姆瓦伦峡湾（Framvaren Fjord）的半封闭特征。较高的钼/铀比值表明在氧化还原分层的水体中存在锰-铁（Mn-Fe）颗粒的传输机制。这些结果支持了一个两阶段成矿模型：第一阶段是来自大陆风化和墨西哥湾开放相关的热液作用的溶解态锰（Mn(II)）在弱氧化水体中的积累；第二阶段则是锰通过微生物作用进一步富集。与短期海平面下降相关的周期性通风事件促使锰（Mn(III/IV)氧化物沉淀并快速转移到沉积物中。早期成岩作用通过有机物的厌氧微生物再矿化过程（最初是硫酸盐还原，随后是锰氧化物还原）转化了这些富含锰的沉积物，生成了轻同位素的溶解无机碳并提高了水体的碱度，从而促进了红铬铁矿（rhodochrosite）和库特诺霍石（kutnohorite）的沉淀，这与矿化层中观察到的约-16‰的负δ13C值一致。最终，海平面上升使盆地完全开放，耗尽了溶解态锰资源，结束了碳酸盐矿化过程。这一模型与波罗的海地区的锰-碳酸盐成矿机制类似，为解释其他与海洋缺氧相关的封闭盆地中的锰矿化现象提供了统一的理论框架。

引言

在还原条件下，缺氧水体能够输送并积累大量溶解态锰（Mn(II)；而在氧化条件下，锰会以不溶性锰（Mn(III/IV)氧化物的形式沉淀（Force和Cannon，1988）。这种依赖氧化还原状态的行为解释了碳酸盐或黑页岩中锰富集现象与海洋缺氧时期之间的广泛关联（Bolton和Frakes，1985；Schlanger等人，1987；Force和Cannon，1988；Pratt等人，1991；Frakes和Bolton，1992；Dickens和Owen，1993；Corbin等人，2000；B?k，2007；Jenkyns，2010）。

晚侏罗世期间，多个盆地尤其是中高纬度地区普遍存在持续性的缺氧现象，同时有机碳的埋藏作用增强（Wignall和Hallam，1991；Leith等人，1993；Gr?cke等人，2003；Price和Rogov，2009；Pearce等人，2010；Nozaki等人，2013；Georgiev等人，2017；Rogov等人，2018；Ferreira等人，2020）。盘古大陆分裂期间的全球环境——包括封闭盆地的形成、海洋环流减缓、温室气候、大陆风化加剧以及初级生产力的提高——促进了缺氧状态和黑页岩的积累（Jenkyns，1985；Jenkyns，1988；Jones和Jenkyns，2001；Jenkyns等人，2002；Gr?cke等人，2003；Price和Rogov，2009；Dera等人，2011；Cunningham等人，2016；Georgiev等人，2017；Rogov等人，2018）——与已知的侏罗纪-白垩纪海洋缺氧事件（OAEs）具有相似性（Trabucho-Alexandre等人，2012；Nozaki等人，2013；Arora等人，2015；Martinez和Dera，2015；Georgiev等人，2017；Carmeille等人，2020）。尽管尚未正式定义上侏罗世的OAE事件（Jenkyns等人，2002；Rogov等人，2020），但这些条件与之相似。

晚侏罗世的缺氧状态与活跃的大陆裂解、海底扩张以及中洋脊和俯冲带的熱液活动增强同时发生（Cogné和Humler，2006；Dera等人，2011；Seton等人，2012；Georgiev等人，2017），这些过程可能增加了海水中的锰含量（Corbin等人，2000；Jones和Jenkyns，2001；Georgiev等人，2017）。在氧化还原分层明显、水体循环受限且地质构造有利的盆地中，溶解态锰会沉淀并形成富含锰的沉积物。典型的例子包括俄罗斯西西伯利亚海洋盆地的Georgiev组（Eder等人，2018）、德国Lammer盆地的Strubberg组（Rantitsch等人，2003）以及墨西哥瓦亚科科特拉盆地的Chipoco组（Okita等人，1988），后者的锰含量达到了矿石级。

瓦亚科科特拉盆地是沿北美洲-南美洲板块边界在盘古大陆分裂和墨西哥湾开放期间形成的NEW走向沉积中心系统的一部分（Salvador，1987；Salvador，1991；Maynard和Klein，1995）。墨西哥湾的快速沉降和海底扩张（Pindell，1985；Pindell，1994；Salvador，1987；Pindell和Kennan，2009；Hudec等人，2013；Cunningham等人，2016）促进了有机质丰富的沉积物在缺氧边缘水体中的沉积（Jenkyns等人，2002；Cunningham等人，2016）。在这种裂谷边缘环境中（Maynard和Klein，1995），经济上重要的富含锰的页岩和石灰岩（Chipoco组）得以形成（Okita等人，1988；Okita和Shanks，1992）。

Chipoco组提供了晚侏罗世古环境和氧化还原状态的低纬度记录，但其研究程度远低于中高纬度地区的类似盆地（Leith等人，1993；Georgiev等人，2017；Rogov等人，2018；Rogov等人，2020；Ferreira等人，2020）。关于该组沉积条件的先前研究有限，且结论不一。刘（Liu，1990）根据C/S系统和黄铁矿地球化学（C/S、DOP）推断圣地亚哥组沉积期间处于弱氧化状态，而Chipoco组沉积期间氧化程度较低。Okita等人（1988）和Maynard等人（1990）根据岩石学和矿物学证据认为Chipoco组形成于中等还原、接近缺氧的环境。Madondo等人（2025）基于矿物学和同位素数据提出了一个两阶段成矿模型：锰氧化物形成于氧化条件下，而锰碳酸盐沉淀则发生在接近缺氧的条件下。这些模型之间的分歧部分源于缺乏对该盆地的综合多指标氧化还原和水文重建。

基于这些研究，本文探讨了上侏罗世（牛津期–金梅里迪吉安期）圣地亚哥-奇波科段的环境变化及其与锰积累之间的联系。我们采用了包括氧化还原敏感微量元素（Mo、U、V）（Algeo，2004）、古氧化还原指标（U/Th和V/Cr）（Jones和Manning，1994）、古生产力指标（P和Cu）（Brumsack，2006；Diester-Haass等人，2006；Algeo和Liu，2020）以及硫和碳稳定同位素在内的多指标数据集，重建了瓦亚科科特拉盆地的晚侏罗世古氧化还原、古水文和古生产力条件，并建立了莫兰戈锰矿床的综合成矿模型。

章节摘录

地质背景

Naopa露天矿位于墨西哥中东部伊达尔戈州（Hidalgo）莫兰戈镇西北约20公里处（图1）。从地质学上看，Naopa矿床位于瓦亚科科特拉盆地的中心区域，是构成莫兰戈锰矿区的几个矿床之一。

晚侏罗世期间，研究区域位于墨西哥湾盆地的西北大陆边缘（图1）。该地区受到伸展构造作用的影响

材料与方法

Naopa剖面采用卷尺测量，每隔2米采集一个样本。新鲜岩屑用蒸馏水清洗后，用玛瑙研钵研磨至75微米粒度。来自圣地亚哥组上部可裂解黑页岩层以及奇波科组石灰岩和泥质石灰岩层的岩样采用标准分析方法进行了分析。

薄片样品通过常规方法进行了研究

岩石矿物学

半定量X射线衍射分析显示，圣地亚哥组的岩石主要由石英（<45%）、方解石（<11%）和石膏（3%）组成，其余部分为层状硅酸盐（伊利石<24%）、蒙脱石（<10%）和高岭石（<11%）（表A1，补充数据）。

奇波科组下部的石灰岩中不含硅酸盐矿物。中部的泥质石灰岩中含有正长石（<23%），而石英（<40%）等矿物则出现在...

讨论

圣地亚哥组和奇波科组的地球化学、岩石学和同位素数据表明，锰的同步积累和随后的成岩作用发生在同一演化中的古环境系统中。锰的积累受到盆地封闭性、氧化还原分层、生产力、海平面变化和热液输入的共同影响，而非单一因素单独作用的结果。

结论

Naopa矿床的圣地亚哥-奇波科段地球化学、同位素和岩石学数据记录了晚侏罗世瓦亚科科特拉盆地的古环境演变过程。莫兰戈地区的锰积累受到氧化还原状态变化和盆地封闭性的控制，这些因素受到局部构造活动和全球环境因素的共同影响。

作者贡献声明

约瑟夫·马东多（Joseph Madondo）：方法论设计、研究实施、资金获取、数据分析、概念构建。费尔南多·努涅斯-乌塞切（Fernando Nú?ez-Useche）：写作与编辑、方法论设计、研究实施、资金获取、数据分析。爱德华多·冈萨雷斯-帕蒂达（Eduardo González-Partida）：写作与编辑、研究实施、资金获取、概念构建。卡尔斯·卡内特（Carles Canet）：写作与编辑、监督工作、研究实施、概念构建。奥古斯托·A·罗德里格斯-迪亚兹（Augusto A. Rodríguez-Díaz）：写作与编辑

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了项目PAPIIT #IN100225的支持，该项目由爱德华多·冈萨雷斯-帕蒂达（Eduardo González-Partida）负责。约瑟夫·马东多（Joseph Madondo）获得了CONAHCYT的资助，在墨西哥国立自治大学（UNAM）进行博士后研究；还获得了罗德大学（南非）的Glencore-Xstrata博士后奖学金。苏米特·米什拉（Sumit Mishra）获得了

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