山西新太古界柏芝岩组条带状铁建造中的菱铁矿:成因机制与古环境意义*

菱铁矿是前寒武纪条带状铁建造(BIF)中重要的矿物组分和古海洋信息载体,但它可能具有原生、早期成岩和晚期成岩多种成因,这在一定程度上限制了其在古海洋条件分析中的应用。虽然前人对菱铁矿开展了广泛的地球化学分析,但在岩相学研究方面相对薄弱。为进一步揭示BIF中菱铁矿的成因机制,以山西代县羊角沟矿区新太古界柏芝岩组的BIF为研究对象,开展了系统的岩相学工作。研究表明,该BIF主要由厘米级交互的富铁与富硅条带构成,其中普遍缺少水体扰动沉积构造,偶见交错层理和风暴碎屑,表明主要沉积于风暴浪基面之下。菱铁矿的主要产出形式有3种: (1)亚毫米级条带,其内“悬浮”有风暴成因碎屑颗粒,具有水柱或沉积物/水界面的原生成因特征;(2)在富铁条带中的晶体间隙充填,可能为早期成岩成因;(3)富硅条带中存在绿泥石层间脉状充填或截切石英和铁白云石的脉体,具有晚期成岩成因。原生菱铁矿的产出,表明新太古代在风暴浪基面之下的海水强烈缺氧、富铁并具有低硫酸盐浓度的特征。尽管原生菱铁矿条带的产出表明菱铁矿具有反映海洋化学条件的潜力,但多种成因菱铁矿的同时产出,也要求在应用菱铁矿分析古海洋条件时应当分组构进行。     

山西五台山地区太古宙条带状铁建造地球化学特征及成因

五台山地区是中国典型的太古宙条带状铁建造发育区。 系统的稀土、微量元素地球化学研究结果表明, 本区条带状铁建造稀土元素组成与北美页岩相比, 具明显的正铕异常, HREE相对富集, 而Zr、Ba、Sr、Pb等属酸性岩类强烈富集的不相容元素,相对于 上陆壳明显亏损, 结合现代海底热流沉积地球化学的研究成果,认为本区条带状铁建造为古海底热流化学沉积作用的产物, 其形成与五台山地区太古宙基性火山活动密切相关。     

条带状铁建造:特征、成因及其对地球环境的制约

条带状铁建造(BIF)是由硅质和铁质组成的化学沉积岩,通常具有典型的薄层或薄板状构造。BIF不仅记录了丰富的岩石圈、大气圈、水圈和生物圈状态及演化的信息,而且与其相关的铁矿也是世界上最重要的铁矿资源类型。虽然对BIF的研究已取得了丰富的成果,近年来若干新颖的观点和重要的发现对进一步深入研究BIF成因提供了重要思考途径和研究线索。文章总结了BIF类型、矿物学和地球化学特征,分析了BIF形成条件及大规模缺失机理,阐述了BIF的形成和大气圈两次重大氧化事件(古元古代大氧化事件,2.4～2.1 Ga,新元古代氧化事件,0.8～0.55 Ga?)之间的关系,认为BIF与海底岩浆-热液活动具有密切的成因联系。最后,提出BIF的沉积和消亡与重大地质事件密切相关,这些重大地质事件也相互作用,共同制约着大气海洋环境演化、地球生物学和地球动力学过程。关于BIF精细成矿时代、条带/条纹形成的机制、重大地质事件对BIF形成的制约和BIF微生物成因等方面仍存在较多问题。随着大数据、精细成矿年代学、模拟实验、非传统稳定同位素(Fe、Cr、U、Mo和Cu同位素等)新技术方法的进步,及对现代洋底热液系统的深入认识,将有助于揭开BIF成因的神秘面纱。     

玄武岩古风化淋滤生成条带状铁硅建造的模拟实验

A serics of simulating experiments on the mechanism of formation of banded ironsilica formations have been made using a suite of self-designed glasswares to model the hypergene circulation of surface water.The simulating process involved two stages;In the first stage weathering-leaching of basalts by strongly acidic meteoric water formed in the volcanic period of early Proeambrian,resulting in amorphous silica precipitates and strongly acidic ore solutions(pH,1.25),and in the second stage weathering-leaching of basalts by rainwater satupated with CO2 gas free fromcontamination of volcanie gases in the intermission of volcanic activity.Under such conditions the pH value of the seawater would increase.When the pH value rose to 1.25-3.00,ferric hydroxide and amorphous silica would be alternatively precipitated due to periodic heating of the upper solutions and continueous addition of pH-high basalt leaching solutions.This is a possible explanation for the mechanism of formation of banded iron-silica formations.     

中国条带状铁建造金矿地质特征和成矿条件分析

我国条带状铁建造金矿主要分布在华北地台和佳木斯地块,分硫化物相、碳酸盐相、碳酸盐-氧化物混合相、硅酸盐-氧化物混合相和氧化物相条带状铁建造金矿五种类型。成矿经历火山沉积作用和区域变质作用两个阶段,形成于裂谷盆地,火山活动环境,受条带状铁建造层位、薄层、贫铁、沉积相和褶皱、剪切变形构造控制。成矿物质源于深部,直接来自条带状铁建造。成矿时代最老40Ar/39Ar同位素年龄为(2 416±64) Ma~(2 317±63) Ma。     

山西吕梁袁家村条带状铁建造沉积相与沉积环境分析

山西吕梁作为华北克拉通上条带状铁建造(BIF)的重要产区之一,位于华北中央构造带中。袁家村BIF分布于吕梁岚县袁家村一带,极有可能是华北克拉通内最为典型的Superior型BIF。与华北克拉通其他大多数BIF相比,袁家村BIF具有明显的差异性,其中包括它的形成时代(2.3~2.1Ga)、铁建造类型和低级变质程度(低绿片岩相)等。因此,研究袁家村BIF具有特殊的研究意义,可为探讨大氧化事件之后古海洋氧化还原状态以及国内Superior型BIF的成因提供研究基础。袁家村BIF产于吕梁群袁家村组变沉积岩系的下部,前人根据上覆和下伏含火山岩地层的时代,推测袁家村组的形成时代为2.3~2.1Ga。BIF整体产状陡倾,沿北北东-北东东向呈L形带状分布。依据原生矿物的共生组合及产出特征,可将BIF沉积相划分为氧化物相(60%)、硅酸盐相(30%)和碳酸盐相(10%)。氧化物相是本区BIF最主要的沉积相,主要矿物为赤铁矿、磁铁矿和石英,从而可进一步划分为赤铁矿(24%)和磁铁矿(36%)亚相;硅酸盐相BIF以大量硅酸盐矿物出现为特征,散布于研究区,主要矿物组成除了石英和磁铁矿之外,还有铁黑硬绿泥石、绿泥石、铁滑石、镁铁闪石和阳起石等。在与碳酸盐相BIF构成过渡相的BIF中,还可发现大量的铁白云石。而碳酸盐相主要矿物为菱铁矿、铁白云石和石英等,主要发育于研究区的南部。依据含铁岩系构造格局特点复原获得了原始沉积相分布略图,沉积相主要呈南北向延展,自东向西显示出相变规律,西边为碳酸盐相,东边为氧化物相,其间是过渡的硅酸盐相。通过袁家村BIF的岩相学和含铁矿物化学成分的研究,可大致推测原始沉积的矿物组成为无定形硅胶、水铁矿、与铁蛇纹石和黑硬绿泥石组成类似的铁硅酸盐凝胶、富Al的粘土碎屑和含铁、镁、钙的碳酸盐软泥。这些沉积物在随后的成岩期和绿片岩相的区域变质作用下发生矿物之间的相互转变。BIF中主要含铁矿物的PO-P-Eh 2CO2和pH相关图解说明除了赤铁矿之外,其他矿物均是在较低氧逸度环境中形成的,且所有矿物共存的水体系为中性到弱碱性。袁家村BIF氧化物相中发育豆粒、内碎屑结构和板状交错层理等原始沉积构造,指示氧化相部分是在相对高能的浅水环境下沉积的。但BIF大部分应该形成于浪基面以下(200m)较为深水的环境中,沉淀可能同时发生于上部氧化和下部还原的水体之中,由于还原弱酸性的深部富铁海水在海侵的过程中上升到浅部相对氧化和弱碱性的浅水环境中,因为Eh、pH及氧逸度等物化条件的骤然变化,最终导致铁质的沉淀和沉积相自上而下的变化。     

加强前寒武纪条带状铁建造中伴生矿床的研究

在世界范围内,前寒武纪条带状铁建造中除产出大量贫铁矿和富铁矿外,常共生和伴生许多金属和非金属矿产,特别是金、锰、铅锌铜和镍以及硫铁矿等矿床,其中不少达到大型和超大型规模,其经济价值超过铁矿床本身,在一些国家的国民经济中占有重要位置。我国前寒武纪鞍山式条带状铁建造除主要产出贫铁矿和少量富铁矿外,少数地区也已发现伴生金矿床。但目前已知多属于中小型矿床,大型金矿床和其他金属矿床迄今为止尚未发现,从综合找矿角度,应重视和加强这些矿床的研究和进一步寻找,一旦有新发现,一矿变多矿,在找矿中必将有重大突破。本文主要介绍国内外目前对这些矿床的研究现状和基本地质特征,为目前我国的找矿工作提供借鉴,扩大找矿思路。     

条带状铁建造的原始矿物组成：进展与问题

原生矿物信息作为前寒武纪条带状铁建造(BIF)研究的最基本命题,是研究BIF成矿规律及其早期地球环境效应的基础。长期以来,将低级变质且保存部分原始矿物及沉积结构的BIF作为研究对象,进而追踪BIF的原始矿物组成与后期演变过程一直是科学家们关心的关键问题。目前,关于BIF原始矿物组成主要有三种认识：三价铁的氢氧化物、铁硅酸盐(成分类似于铁蛇纹石和黑硬绿泥石)和绿锈。其中,绿锈为含二价和三价铁的过渡态化合物,仅可见于局部缺氧环境。由于绿锈的亚稳态性质,对于其在类似于前寒武纪的富硅海洋条件下转变成何种矿物及相关转变的具体途径仍不清楚。因而,当前关于原始铁质矿物的争议主要存在于三价铁的氢氧化物和铁硅酸盐之间,由此引发的对BIF成矿理论及其对古环境指示意义的理解也存在较大分歧。本文系统回顾和评述了近年来BIF原始矿物组成研究的重要进展;在此基础上,认为三价铁的氢氧化物应是BIF最为主要的原始矿物,其次为铁硅酸盐矿物,二者可能在地质历史时间和空间分布上具有差异性。然而,支持铁硅酸盐原始成因的现有证据主要为经典的岩相学特征,急需更多元素和同位素地球化学等方面的佐证。BIF中现有铁质矿物组合应是原始沉...     

微生物参与前寒武纪条带状铁建造沉积的研究进展

地球演化早期太古代和早元古代大规模的条带状铁建造(BIF)是目前世界上最重要的铁矿资源。已有的稳定同位素组成、分子化石以及岩石磁学性质等证据支持早期微生物广泛参与了BIF的形成。本文评述了微生物参与BIF形成过程中铁搬运和沉淀及其同位素分馏、生物标志物和岩石磁学证据。深入地研究BIF成矿中的微生物矿化贡献,有助于解释BIF形成机制,反演前寒武纪大气—海洋环境演化,以及理解地球早期生命的过程。     

Major element distribution in Archean banded iron formation (BIF): influence of metamorphic differentiation

The Archean (2.8 Ga) Banded Iron Formation (BIF) of the Bell Lake region of Yellowknife greenstone belt, Canada is recrystallized to metamorphic assemblages of the amphibolite facies. This BIF is characterized by centimetre‐scale Fe‐rich and Si‐rich mesobands. In the Si‐rich mesobands, thin layers of magnetite microbands are developed in a quartz matrix. The Fe‐rich mesobands are composed mainly of Ca‐amphibole (hornblende), Fe–Mg amphibole (grunerite), and magnetite. The metamorphic foliation locally cuts across the mesoband boundaries, indicating the mesobanding was formed prior to peak metamorphism. Variations in mineral modal proportions between Fe‐rich mesobands and microbands are diagnostic of depositional compositional differences between beds. Micro‐X‐ray fluorescence imaging reveals metamorphic differentiation within Fe‐rich mesobands, with segregation of Fe–Mg amphibole, and the incompatible element Mn is concentrated at the margins of the Fe‐rich mesobands during the amphibole‐forming reactions. Ti was relatively immobile during metamorphic segregation and its distribution provides a record of the original structures in the Fe‐rich mesobands.     

Geochemistry and origin of the Neoproterozoic Dahongliutan banded iron formation (BIF) in the Western Kunlun orogenic belt,Xinjiang (NW China)

The Neoproterozoic (593–532 Ma) Dahongliutan banded iron formation (BIF), located in the Tianshuihai terrane (Western Kunlun orogenic belt), is hosted in the Tianshuihai Group, a dominantly submarine siliciclastic and carbonate sedimentary succession that generally has been metamorphosed to greenschist facies. Iron oxide (hematite), carbonate (siderite, ankerite, dolomite and calcite) and silicate (muscovite) facies are all present within the iron-rich layers. There are three distinctive sedimentary facies BIFs, the oxide, silicate–carbonate–oxide and carbonate (being subdivided into ankerite and siderite facies BIFs) in the Dahongliutan BIF. They demonstrate lateral and vertical zonation from south to north and from bottom to top: the carbonate facies BIF through a majority of the oxide facies BIF into the silicate–carbonate–oxide facies BIF and a small proportion of the oxide facies BIF.The positive correlations between Al₂O₃ and TiO₂, Sc, V, Cr, Rb, Cs, Th and ∑REE (total rare earth element) for various facies of BIFs indicate these chemical sediments incorporate terrigenous detrital components. Low contents of Al₂O₃ (<3 wt%), TiO₂ (<0.15 wt%), ∑REE (5.06–39.6 ppm) and incompatible HFSEs (high field strength elements, e.g., Zr, Hf, Th and Sc) (<10 ppm), and high Fe/Ti ratios (254–4115) for a majority of the oxide and carbonate facies BIFs suggest a small clastic input (<20% clastic materials) admixtured with their original chemical precipitates. The higher abundances of Al₂O₃ (>3 wt%), TiO₂, Zr, Th, Cs, Sc, Cr and ∑REE (31.2–62.9 ppm), and low Fe/Ti ratios (95.2–236) of the silicate–carbonate–oxide facies BIF are consistent with incorporation of higher amounts of clastic components (20%–40% clastic materials). The HREE (heavy rare earth element) enrichment pattern in PAAS-normalized REE diagrams exhibited by a majority of the oxide and carbonate facies BIFs shows a modern seawater REE signature overprinted by high-T (temperature) hydrothermal fluids marked by strong positive Eu anomalies (Eu/Eu¹_PAAS = 2.37–5.23). The low Eu/Sm ratios, small positive Eu anomaly (Eu/Eu¹_PAAS = 1.10–1.58) and slightly MREE (middle rare earth element) enrichment relative to HREE in the silicate–carbonate–oxide facies BIF and some oxide and carbonate facies BIFs indicate higher contributions from low-T hydrothermal sources. The absence of negative Ce anomalies and the high Fe³⁺/(Fe³⁺/Fe²⁺) ratios (0.98–1.00) for the oxide and silicate–carbonate–oxide BIFs do not support ocean anoxia. The δ¹³C_V-PDB (−4.0‰ to −6.6‰) and δ¹⁸O_V-PDB (−14.0‰ to −11.5‰) values for siderite and ankerite in the carbonate facies BIF are, on average, ∼6‰ and ∼5‰ lower than those (δ¹³C_V-PDB = −0.8‰ to + 3.1‰ and δ¹⁸O_V-PDB = −8.2‰ to −6.3‰) of Ca–Mg carbonates from the silicate–carbonate–oxide facies BIF. This feature, coupled with the negative correlations between FeO, Eu/Eu¹_PAAS and δ¹³C_V-PDB, imply that a water column stratified with regard to the isotopic omposition of total dissolved CO₂, with the deeper water, from which the carbonate facies BIF formed, depleted in δ¹³C that may have been derive from hydrothermal activity.Integration of petrographic, geochemical, and isotopic data indicates that the silicate–carbonate–oxide facies BIF and part of the oxide facies BIF precipitated in a near-shore, oxic and shallow water environment, whereas a majority of the oxide and carbonate facies BIFs deposited in anoxic but Fe²⁺-rich deeper waters, closer to submarine hydrothermal vents. High-T hydrothermal solutions, with infusions of some low-T hydrothermal fluids, brought Fe and Si onto a shallow marine, variably mixed with detrital components from seawaters and fresh waters carrying continental landmass and finally led to the alternating deposition of the Dahongliutan BIF during regression–transgression cycles.The Dahongliutan BIF is more akin to Superior-type rather than Algoma-type and Rapitan-type BIF, and constitutes an additional line of evidence for the widespread return of BIFs in the Cryogenian and Ediacaran reflecting the recurrence of anoxic ferruginous deep sea and anoxia/reoxygenation cycles in the Neoproterozoic. In combination with previous studies on other Fe deposits in the Tianshuihai terrane, we propose that a Fe²⁺-rich anoxic basin or deep sea probably existed from the Neoproterozoic to the Early Cambrian in this area.     

鞍山-本溪地区条带状铁建造的铁同位素与稀土元素特征及其对成矿物质来源的指示

通过Fe同位素、稀土元素与主量元素相结合的方法,对辽宁省鞍山-本溪地区新太古代条带状铁建造(BIF)的成矿物质来源提出了有效制约.BIF的化学成分主要由TFe2O3和SiO2组成,并且具有较低的Al2O3和TiO2含量,表明该地区BIF型贫铁矿是由极少碎屑物质加入的化学沉积岩.稀土元素的总量较低,经页岩标准化后的稀土元素配分模式呈现轻稀土亏损、重稀土富集的特征,具有明显的Eu、Y、La正异常,这些特征表明该地区BIF是古海洋的化学沉积岩,同时具有明显的火山热液贡献特征.用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MCICP-MS)测定Fe同位素的结果表明,相对于标准IRMM-014,所测样品均显示Fe的重同位素富集,且Fe同位素组成与Eu异常存在明显的正相关关系,表明该地区BIF中铁的来源与海底火山热液活动密切相关,首次从成矿元素Fe本身为条带状铁建造的成矿物质来源提供了直接的证据.     

澜沧江铁矿带惠民式-疆峰式铁矿床特征与含铁建造

通过对惠民式和疆峰式铁矿的研究,认为它们都是受变质中基性火山岩建造控制的海相火山-沉积型铁矿床,前者兼有条带状含铁建造(BIF)和粒状含铁建造(GIF)的特征,而后者则为条带状含铁建造.它们均具备元古代条带状铁硅建造铁矿的特征,满足形成前寒武纪大型条带状含铁建造的“大型海洋热液供应系统、作为沉积仓储的大陆架体貌及有能力...     

新太古代清原绿岩带下甸子BIF铁矿地质特征及含黄铁矿条带BIF的成因探讨

新太古代清原绿岩带位于华北克拉通北缘,该绿岩带中发育独特的VMS和BIF(Algoma型)组合,其中下甸子铁矿是此类BIF的典型代表。下甸子BIF赋存于绿岩带南天门组下部,围岩及夹层为斜长角闪岩及少量石榴云母片岩。矿体夹层斜长角闪岩中锆石的SIMS年代学分析获得了2497.8±7.4Ma的变质年龄,而原位氧同位素分析显示变质锆石的δ18O值为5.3‰~6.2‰,与现代地幔基本一致,表明在变质过程中其锆石的氧同位素体系保持稳定。BIF矿石类型主要有硅酸盐型和含黄铁矿条带型两种,前者的矿物组合为石英、磁铁矿和铁阳起石,而后者的矿物组合为石英、磁铁矿、阳起石、黄铁矿和少量方解石。大部分矿石的Al_2O_3、TiO_2和HFSE(如,Zr、Hf、Th、U等)含量极低,说明其未受到碎屑物质混染,PAAS标准化后,两类矿石稀土元素显示与海水类似的特征,即La、Y的正异常和LREE相对于HREE的亏损;同时,显著的正Eu异常指示成矿过程中有海底高温热液组分的参与;此外,所有样品均无明显的Ce异常,表明其沉淀自还原的海水中。通过与华北地区其他Algoma型BIF对比发现,下甸子两类矿石均具有较高的CaO/(CaO+MgO)值以及接近球粒陨石的Y/Ho值,表明其可能沉淀环境与海底热液喷口较近,且热液组分(以高温热液为主,可能有少量低温热液)的贡献较大。相比于硅酸盐型矿石,含黄铁矿条带型矿石的HREE含量较低、Eu正异常和LREE含量偏高,这可能与其沉淀过程中海底的局部热液的脉动式活动有关,其中黄铁矿条带可能为热液喷流沉积成因。BIF围岩斜长角闪岩的地球化学特征分析显示,其原岩玄武质岩石的岩浆可能来自亏损地幔,但在上升过程中受到了少量陆壳物质的混染,结合前人对清原绿岩带表壳岩系和TTG的年代学及地球化学研究,推测下甸子BIF可能形成于晚太古代洋陆俯冲过程中的火山弧或弧后盆地环境中。     

冀东马兰庄条带状硅铁建造的变质时代及地质意义

前寒武纪条带状硅铁建造(BIF)是世界,也是中国最重要的铁矿资源类型,无论是储量,还是开采量,均居首位.前寒武纪条带状硅铁建造是地球早期特有的化学沉积建造类型,广泛分布于太古代—早元古代(3.2～1.8 Ga),记录了地球早期大气和海洋的化学成分、氧化还原状态及演化,是广大地质工作者长期关注的焦点之一.在国外,与BIF...     

辽宁弓长岭铁矿床二矿区矿石及类矽卡岩的地球化学特征及其找矿意义

辽宁弓长岭铁矿床二矿区的矿石可分为较富和较贫两种类型,其中富矿的边部分布有大量的类矽卡岩,包括石榴石岩、绿泥石岩、含石榴石绿泥石岩、含磁铁矿阳起石岩等,说明富矿的形成与热液活动有关。类矽卡岩及两类矿石的微量元素相对原始地幔富集大离子亲石元素和高场强元素,但Sr、Hf相对亏损;稀土元素特征表现为总量较低,具有相似的PAAS稀土配分模式,为轻稀土元素相对亏损的左倾型,具有明显的Eu正异常和弱Ce负异常。从较贫铁矿石、较富铁矿石到类矽卡岩稀土元素总量呈逐渐上升趋势,结合野外地质特征,说明较富铁矿石和类矽卡岩在继承了较贫铁矿石的稀土配分模式的基础上可能又叠加了热液中的稀土元素地球化学特征,因此弓长岭铁矿床出露的类矽卡岩、较富铁矿石可能是由热液交代改造原始沉积的较贫铁矿石形成的。