华北克拉通太古代地壳增生与BIF铁矿

<正>条带状铁建造(banded iron formation,简称BIF)是世界上最重要的铁矿资源类型,广泛分布于3.8¹.8 Ga之间。BIF是早前寒武纪特殊环境的产物,记录了当时地球深部、大气、海洋和生物等方面的重要信息(Bekker et al.,2010)。统计资料表明,BIF形成高潮与地壳增生、地幔柱活动和VMS矿床的峰期存在对应关系(Isley和     

华北克拉通北缘新太古代清原绿岩带BIF与VMS共生矿床的构造背景及成因联系

华北克拉通北缘新太古代清原绿岩带,以产出中国最古老的红透山火山岩型块状硫化物（VMS）铜锌矿床而闻名.但近年同位素年代学研究表明,该绿岩带还发育同期的条带状（BIF）铁矿.对该绿岩带开展BIF铁矿、VMS铜锌矿时空和成因关系及其形成构造背景和海洋环境的研究非常必要.在综述近年笔者及前人获得的清原绿岩带地质剖面观察、典型VMS铜锌矿床和BIF铁矿床地质、锆石U-Pb年代学、主微量元素和Nd-Fe-S同位素地球化学等资料的基础上,总结了清原绿岩带VMS-BIF矿床组合形成的构造背景、成矿物质来源及形成规律.最后建立了新太古代清原绿岩带VMS-BIF弧后盆地系统成矿模式.这对于指导区域找矿预测、了解新太古代陆壳演化和古海洋环境均有重要的科学意义.      

鞍山-本溪地区条带状铁建造沉积环境

<正>条带状铁建造(BIF)是早前寒武纪特殊环境的产物,记录了当时地壳演化、大气、海洋和生物等方面的重要信息(Bekker et al.,2010)。同时,BIF形成高潮与地壳增生、地幔柱活动和VMS矿床的峰期存在对应关系(Isley and Abbott,1999;Rasmussen et al.,2012)。其原因可能是早前寒武纪地壳快速生长、镁铁质-超镁铁质岩浆广泛发育、海底火山-热液大规模活动,为海洋中溶解-沉淀巨量BIF铁矿提供了物质来源和环     

华北克拉通前寒武纪BIF铁矿研究:进展与问题

研究表明,BIF铁矿在华北克拉通的分布具有一定规律性.大规模BIF铁矿主要发育在绿岩带分布区的鞍山-本溪、冀东、霍邱-舞阳、五台、鲁西和固阳等地;华北克拉通时代最古老的BIF形成于古太古代,最年轻BIF形成于古元古代早期,但BIF铁矿的峰期为新太古代晚期(2.52 ～2.56Ga);BIF铁矿类型可划分为阿尔戈马型和苏比利尔湖型两类,但华北以晚太古代绿岩带中的阿尔戈马型为主,仅吕梁的古元古代袁家村铁矿具典型苏比利尔湖型铁矿特征.根据BIF在绿岩带序列中的产出部位和岩石组合关系,可将华北BIF划分为:1)斜长角闪岩(夹角闪斜长片麻岩)-磁铁石英岩组合;2)斜长角闪岩-黑云变粒岩-云母石英片岩-磁铁石英岩组合;3)黑云变粒岩(夹黑云石英片岩)-磁铁石英岩组合;4)黑云变粒岩-绢云绿泥片岩-黑云石英片岩-磁铁石英岩组合;5)斜长角闪岩(片麻岩)-大理岩-磁铁石英岩组合等5种类型.华北克拉通BIF形成时代与早前寒武纪岩浆活动的时间基本一致(2.5～2.6Ga),但与华北克拉通陆壳增生的峰期(2.7～2.9Ga)有一定偏差,其原因可能与新太古代晚期华北克拉通构造-热事件十分强烈有关.华北克拉通新太古代BIF大多形成于岛弧环境,但局部地区(如固阳)BIF铁矿可能形成于深部有地幔柱叠加的岛弧环境.华北克拉通BIF富矿主要有三种类型:原始沉积、受后期构造-热液叠加改造和古风化壳等,但总体不发育富铁矿,国外发育的风化壳型富铁在我国甚为少见.本文认为在探讨BIF铁矿类型时,需要从绿岩带发育序列进行综合判别.阿尔戈马型铁矿一般产于克拉通基底(绿岩带)环境,苏比利尔湖型铁矿一般形成于稳定克拉通上的海相沉积盆地或被动大陆边缘.华北克拉通BIF铁矿地球化学研究结果表明,BIF铁矿无Ce负异常且Fe同位素为正值,从而暗示铁矿沉淀的环境为低氧或缺氧环境,而铕正异常可能指示BIFs为热水沉积成因,其机制可能为海水对流循环从新生镁铁质-超镁铁质洋壳中淋滤出F(e)和Si等元素,在海底排泄沉淀成矿,而条带状构造的形成可能归咎于成矿流体的脉动式喷溢.但对于BIF铁矿的物质来源、成矿条件和机制、富铁矿成因、华北克拉通不发育苏比利尔湖型铁矿的原因等方面,仍需深入研究.     

华北克拉通早前寒武纪条带状铁建造形成时代——SHRIMP锆石U Pb定年

华北克拉通是我国早前寒武纪条带状铁建造(BIF)最重要的分布区。近年来大量锆石定年研究表明,华北克拉通BIF形成于始太古代到古元古代早期,但主要为新太古代晚期(2.50～2.55Ga)。最重要的BIF分布于华北克拉通东部的鞍本、冀东和鲁西地区,沉积环境相对稳定是大规模BIF形成的重要条件。华北克拉通新太古代晚期BIF形成的构造环境还不十分清楚,但可能为岛弧构造环境。BIF明显的时代专属性是地质和大气演化的结果。     

BIF成因研究进展

BIF在全球广泛分布,BIF型铁矿是铁的重要来源。根据产出的构造背景将其分为阿尔戈玛型（Algoma-type）和苏必利尔湖型（Lake Superior-type）。BIF主要产出于前寒武纪的古老克拉通和/或年轻地体,形成时代集中在3.0～2.0 Ga,峰期为2.5 Ga左右。前人对BIF型铁矿的成因研究着重于BIF的物质来源和Fe²⁺ 氧化沉淀机制两个方面,但都尚未达成共识。物质来源的观点主要有大陆风化剥蚀、海底热液、海底热液和海水的混合物、热液淋滤洋壳、既有大陆物质来源又有热液来源,沉淀机制主要有生物沉淀和非生物沉淀两种认识,前者是指Fe²⁺ 利用微生物（如蓝藻）光合作用产生的O₂氧化成Fe³⁺,或Fe²⁺ 直接被微生物代谢氧化,后者主要包括热液与海水混合、密度流作用、相分离、紫外线引起Fe²⁺ 氧化沉淀等。     

国内外前寒武纪条带状铁建造研究现状

条带状铁建造(BIFs)主要发育于早前寒武纪时期(3.8~1.8Ga),记录了早期地球演化的重要信息且蕴含丰富的铁矿石资源。本文梳理总结了国内外BIF相关领域的研究认识及存在问题:1统计对比显示,BIF沉积事件与地幔柱、地壳增生等重大地质事件相关;2稀土元素及Nd同位素示踪表明,Fe来源于海水与海底高温热液的混合溶液,其中高温热液与海水比例为1:1000;3 BIFs缺乏负Ce异常且富集重Fe同位素,暗示沉积时古海洋整体处于缺氧环境以避免Fe~(2+)发生氧化;4一些重要科学问题尚未解决,例如Si的主要来源、沉淀机制及条带成因等;5华北克拉通BIFs多形成于约2.54Ga,BIF类型、形成时代与富矿成因等问题有待深入研究。本文认为,加强国内外典型BIFs的对比研究并适当应用现代先进测试技术,有利于探索BIF沉积的精细过程及古老克拉通的早期演化。     

BIF的形成时代及其研究方法

条带状铁建造(BIF)是一种含铁的硅质沉积岩,广泛分布于早前寒武纪沉积序列。BIF根据沉积构造环境划分为Algoma和Superior两种类型(Gross,1965)。二者岩性组合及反映的构造环境明显不同,前者被认为是形成于较深的海洋环境,与海底火山、热液活动密切相关,常与枕状安山岩、凝灰岩、火山碎屑岩等火山岩密切伴生,岛弧/弧后盆地或克拉通内部裂谷带是其主要的     

内蒙古合教BIF型铁矿的形成时代、地球化学特征及地质意义

内蒙古合教铁矿位于华北克拉通西部陆块北缘阴山地块,是固阳绿岩带内的一例具有中型规模的BIF型铁矿床.本文对矿区斜长角闪岩、铁矿石开展了年代学和岩石地球化学研究.对斜长角闪岩夹层进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,锆石普遍发育振荡环带,Th/U比值均大于0.1（0.27~1.00）,得到上交点年龄为2 549±29 Ma（MSWD=0.51）,可大致代表合教BIF铁矿的形成时代,该时期是华北克拉通早寒武纪构造-变质-热事件和BIF（banded iron formation）形成最为强烈的时期（2.52~2.60 Ga）.斜长角闪岩原岩可能为玄武岩,表明合教铁矿为与火山活动关系密切的Algoma型BIF.斜长角闪岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线近于平坦,与E-MORB和弧后盆地玄武岩（BABB）曲线相似,原始地幔标准化蛛网图与BABB曲线相似,均存在Rb、Ba、Sr、K等大离子亲石元素的富集和Nb、Ta、U、Th等高场强元素的亏损,显示了岛弧岩浆岩的特征,结合前人提出的岛弧叠加地幔柱构造模式,认为合教斜长角闪岩原岩形成于弧后盆地构造环境,并有地幔柱的叠加作用,代表了合教BIF沉积时的构造环境.铁矿石LREE亏损,HREE富集[（La/Yb）_PAAS=0.29~0.50],具有轻微的La正异常（La/La*=1.00~1.13）,不明显的Ce负异常（Ce/Ce*=0.90~0.95）,明显的Eu正异常（Eu/Eu*=1.54~2.27）和较明显的Y正异常（Y/Y*=1.07~1.42）.铁矿石的稀土配分曲线与固阳绿岩带科马提岩和海底热液海水混合物均极为相似,表明合教BIF的形成与海底热液活动有关,认为合教BIF型铁矿的Fe主要由海底高温热液淋滤科马提岩提供.      

鞍本地区大孤山条带状铁建造含铁矿物和相分带特征及形成环境分析

鞍山-本溪条带状铁建造(Banded Iron Formation,简称BIF)位于华北克拉通东北缘,是世界上典型BIF之一,也是我国最重要的铁矿资源基地。大孤山位于鞍山地区南部矿带,为新太古代典型的Algoma型BIF,与华北克拉通其它大多数BIF相比,具有较低变质程度(绿片岩相-低角闪岩相)和较完整的沉积相分布特征。因此,通过大孤山BIF的研究有利于追踪Algoma型BIF的原生矿物组成及其后期成岩-变质过程,进而通过分析原生矿物形成的物理化学条件探讨古海洋环境。依据原生矿物共生组合及产出特征,可将大孤山BIF沉积相划分为氧化物相(30%)、硅酸盐相(50%)和碳酸盐相(20%)。氧化物相主要分布于主矿体南部,主要矿物组成为磁铁矿和石英;硅酸盐相分布于主矿体中部,主要矿物组成除了石英和磁铁矿之外,还有黑硬绿泥石、绿泥石、镁铁闪石等;碳酸盐相分布于矿体北部,主要矿物组成为菱铁矿、磁铁矿和石英等。本文通过大孤山BIF岩相学观察和含铁矿物化学成分研究,推测原生沉积物的组成为无定形硅胶、三价铁氢氧化物和富铝粘土碎屑,在经历了成岩和低级变质作用后转变为具不同相带的条带状铁建造。通过分析磁铁矿、菱铁矿和黑硬绿泥石等矿物在不同P_(O_2)-P_(CO_2)和pH-Eh条件下的共生相图可知,这些矿物均是在较低氧逸度、中到弱碱性环境下形成。综合考虑矿物成分、共生组合及受变质作用较弱等信息,本文推测制约原生矿物形成的控制因素主要是古海水氧化还原状态、酸碱度、CO_2含量和硫逸度。     

国外前寒武纪铁建造的研究进展与有待深入探讨的问题

形成于早前寒武纪的铁建造,是一种富铁〔w(TFe)>15%〕的硅质化学沉积岩,其主要矿物组成是铁氧化物(磁铁矿和赤铁矿)及石英。根据铁建造的岩相学特征,将其划分为条带状铁建造和粒状铁建造;根据铁建造的沉积环境,将条带状铁建造划分为与火山岩有关的Algoma型和与细碎屑-碳酸盐岩有关的Superior型2种类型。铁建造的出现,起始于38亿年前,主要集中于28～18亿年,在18亿年之后有一个连续的缺失,但在8亿年左右因雪球事件而重新少量出现。Algoma型铁建造主要发育于中-新太古代,而Superior型则集中出现于古元古代;前者多形成于前寒武纪克拉通化之前,与海相火山活动和陆壳巨量增生密切相关,而后者多形成于克拉通化之后,与稳定发育的克拉通盆地和大气氧含量增加有关。Algoma型铁矿具有单个矿体规模较小、品位较低和多层发育等特征,而Superior型铁矿则具有单个矿体规模较大、品位较高、层位稳定等特征。由于铁建造在地质历史上大规模发育且不重复出现,所以,开展铁建造的研究不仅具有经济价值,而且具有重要的科学意义。铁建造的研究趋势是,在世界范围内进一步深化地球早期构造(地幔柱与早期板块构造)演化、水圈及大气圈组成与演化、地球早期生物活动,以及铁建造成因和时空分布规律等方面的研究。     

Neoarchean granite-greenstone belts and related ore mineralization in the North China Craton:An overview

Tectonic processes involving amalgamations of microblocks along zones of ocean closure represented by granite-greenstone belts(GGB) were fundamental in building the Earth's early continents. The crustal growth and cratonization of the North China Craton(NCC) are correlated to the amalgamation of microblocks welded by 2.75-2.6 Ga and ~2.5 Ga GGBs. The lithological assemblages in the GGBs are broadly represented by volcano-sedimentary sequences, subduction-collision related granitoids and bimodal volcanic rocks(basalt and dacite) interlayered with minor komatiites and calc-alkalic volcanic rocks(basalt, andesite and felsic rock). The geochemical features of meta-basalts in the major GGBs of the NCC display affinity with N-MORB, E-MORB, OIB and calc-alkaline basalt, suggesting that the microblocks were separated by oceanic realm. The granitoid rocks display arc signature with enrichment of LILE(K,Rb, Sr, Ba) and LREE, and depletion of HFSE(Nb, Ta, Th, U, Ti) and HREE, and fall in the VAG field. The major mineralization includes Neoarchean BIF-type iron and VMS-type Cu-Zb deposits and these,together with the associated supracrustal rocks possibly formed in back-arc basins or arc-related oceanic slab subduction setting with or without input from mantle plumes. The 2.75-2.60 Ga TTG rocks,komatiites, meta-basalts and metasedimentary rocks in the Yanlingguan GGB are correlated to the upwelling mantle plume with eruption close to the continental margin within an ocean basin. The volcanosedimentary rocks and granitoid rocks in the late Neoarchean GGBs display formation ages of 2.60-2.48 Ga, followed by metamorphism at 2.52-2.47 Ga, corresponding to a typical modern-style subduction-collision system operating at the dawn of Proterozoic. The late Neoarchean komatiite(Dongwufenzi GGB), sanukitoid(Dongwufenzi GGB and Western Shandong GGB), BIF(Zunhua GGB) and VMS deposit(Hongtoushan-Qingyuan-Helong GGB) have closer connection to a combined process of oceanic slab subduction and mantle plume. The Neoarchean cratonization of the NCC appears to have involved two stages of tectonic process along the 2.75-2.6 Ga GGB and ~2.5 Ga GGBs, the former involve plume-arc interaction process, and the latter involving oceanic lithospheric subduction, with or without arcplume interaction.     

初论幔柱构造成矿体系

从板块构造与板块边界矿床、超大陆旋回与大陆边界矿床、地幔热点与大陆内部矿床的角度 ,阐述了幔柱构造成矿体系的基本思想、分类、成矿特征及旋回性 ,提出了热幔柱和冷幔柱两个成矿体系和地幔热柱 -热点、地幔热柱 -大陆裂谷、地幔热柱 -大洋扩张、冷幔柱 -前寒武纪硅铝壳造山、冷幔柱 -显生宙硅铝壳 /洋壳造山等五个成矿系统 ,并初步划分了矿床成矿系列 ,例举了某些典型矿床。     

华北陆块2.56～2.52 Ga增氧事件对成矿和生命演化的影响

地球表层大气氧浓度的显著增高是地球史上最重大的地质事件之一,它不仅改变了地球表层环境,促进了生命演化,而且加速了表生地质过程,形成一系列适应环境突变的岩石和重要矿床。地球在前寒武纪时期曾发生过两次大气快速增氧事件,分别为大氧化事件(GOE)和新元古代氧化事件(NOE)。本文主要论述华北陆块新太古代晚期增氧事件的时限及其对成矿和生命演化的影响。华北陆块新太古代晚期形成千余个氧化物相BIF型铁矿床和矿点,属于阿尔戈马型,累计查明资源储量约335.36亿t,占全国铁矿总资源储量46%。该类矿床和矿点形成于弱碱性氧化环境,成矿时代主要介于2.56~2.52 Ga,并经历了2.51~2.50 Ga的变质作用。通过对BIF型铁矿床中矿石的Ce异常、铁同位素组成和硫同位素非质量分馏效应(MIF-S)等特征研究,显示在2.56~2.52 Ga期间大气圈的氧浓度大幅度升高,并由缺氧还原环境变为具一定氧浓度(1%~10%PAL)的氧化环境,暗示华北陆块在此期间曾出现过一次显著的增氧事件。其对华北陆块的成矿作用产生了重要影响,主要表现在以下三个方面:(1)形成大量氧化物相BIF型铁矿床,这是中国最重要的铁矿床类型和铁矿石开采对象,但缺少碳酸盐相BIF型铁矿床的产出;(2)制约了新太古代晚期VMS型铜锌块状硫化物矿床的发育,目前仅在辽北红透山地区有报道;(3)缺失南非兰德型金-铀砾岩矿床。此外,此次增氧事件也加速了华北陆块上生命演化的进程。一般来说,从以单细胞为主的真核生物演化到宏观多细胞真核生物大约需经历1.6~1.7 Ga。然而,华北陆块从新太古代晚期(2.56~2.52 Ga)的增氧事件到中元古代蓟县纪高于庄组宏观化石的发现,即从以单细胞为主的真核生物向宏观多细胞真核生物演化仅经历了约1.0 Ga。上述研究结果表明,华北陆块上第一次出现显著增氧过程的时限为2.56~2.52 Ga,不仅时间上比全球其他地区(~2.4 Ga)早了约1亿多年,而且生命演化也比其他地区提早0.6~0.7 Ga。     

浅谈前寒武纪条带状铁建造的沉积-变质成矿过程

条带状铁建造(BIF)是3.5~1.8Ga前陆架和洋盆的常见沉积物。前寒武纪条带状铁建造构成了世界上重要的铁矿资源。虽然它们成矿过程及其演化的许多方面的问题仍未解决,但人们普遍认为,它们沉积方式的长期变化与地球的环境和地球化学演化有关。条带状铁建造记录了前寒武纪古海洋、古环境、大气条件和细菌代谢条件以及铁的来源和沉积过程。大型BIF沉积与大火成岩省有成因联系,其铁的来源与火山物质加入的海底热液体系有关,或有陆缘岩石风化的无机物产物加入,越靠近陆缘,陆源碎屑物质加入的越多。然而,在太古宙到古元古代期间,BIF沉积的深水盆地中陆源物质的加入很少。那时的铁建造沉积在缺氧的海洋中,通过微生物的光合作用、无氧光合氧化和紫外光线辐射氧化等机制对溶解的二价铁进行氧化,从而形成三价铁氢氧化物和氧化物的沉积。大多数BIF大型矿床,自其在沉积环境中形成以来,它们在从太古宙直至中生代的漫长的地质历史演化过程中经历了铁矿的品位由低到高转化的复杂地质过程,一般经历了深部交代变质作用的除硅、除碳酸岩矿物的富集成矿和浅部风化富集成矿过程。许多BIF铁矿经历了从绿片岩相到角闪岩相变质作用,但到达的压力条件都不是很高,这或许与俯冲的高密度BIF铁矿难以折返的动力学机制有关。迄今为止,变质作用、尤其是高级变质作用对成矿过程的影响研究较少,是今后值得关注的领域。     

Hydrothermal systems of the hadean ocean and their influence on the matter balance in the crust-hydrosphere-atmosphere system of the early earth

This paper reports the first results of kinetic and thermodynamic modeling of interaction between the komatiitic material of the earliest terrestrial ocean and seawater. The modeling was aimed at reconstructing geochemical effects accompanying the early evolution of the earth’s outer shells, atmosphere, and hydro-sphere. We also explored the character of mineral transformations in the protooceanic crust during its hydro-thermal alteration. Kinetic and thermodynamic simulation by means of the GEOCHEQ program complex was the main tool of our study. The results of modeling allowed us to estimate the character of the environment and the duration of the formation of the oldest banded iron formation (BIF) and volcanogenic massive sulfide (VMS) deposits and reconstruct main trends in the compositional variations in the hydrosphere and atmosphere that coexisted with them.     

Metallogenesis of Precambrian gold deposits in the Wutai greenstone belt:Constrains on the tectonic evolution of the North China Craton

The Wutai greenstone belt in central North China Craton(NCC) hosts a number of Precambrian gold deposits and ore occurrences. Based on the host rock association, these can be divided into Banded Iron Formation(BIF), meta-volcano-sedimentary and meta-conglomerate types. The two former types formed during ~2.5-2.3 Ga and the third one at ~1.85 Ga. The characteristics of these Precambrian gold deposits are broadly similar with those of the orogenic gold deposits. Based on available geochronological data, here we reconstruct the major tectonic events and their relationship with gold mineralization in the Wutai-Hengshan-Fuping region during Neoarchean to Paleoproterozoic as follows.(1)~2.6-2.5 Ga: widespread intrusion of tonalite-trondhjemite-granodiorite(TTG) magmas in the Hengshan terrane and Fuping continental arc, formation of the Wutai volcanic arc in the southern margin of Hengshan terrane with granitoids emplacement, and the Hengshan-Wutai intra-oceanic arc accretion to the Fuping arc at the end of Neoarchean.(2) ~ 2.5-2.3 Ga: the subduction of Hengshan arc from north leading to persistent magmatism and orogenic gold mineralization.(3)~2.2-2.1 Ga:extension leading to the formation of graben structure in the Wutai and Fuping region, deposition of the Hutuo and Wanzi Group sediments, formation of placer gold through erosion of the orogenic gold deposits.(4)~2.2-2.0 Ga: widespread magmatism in the Wutai-Hengshan-Fuping region.(5)~1.95-1.8 Ga: regional metamorphism associated with collision of the Western and Eastern Blocks of the NCC and associated orogenic gold deposits. The multiple subduction-accretion-collision history and subsequent deep erosion has significantly affected most of the Precambrian gold deposits in the Wutai greenstone belt.     

General characteristics and research progress of tellurium mineralizationSCIEI北大核心CSCD

碲作为稀散元素,很少形成独立矿床,主要以共伴生形式产出于多个类型矿床中,包括铜镍硫化物和铂族矿床、铁氧化物铜金(IOCG)矿床、块状硫化物(VMS)矿床、斑岩矿床、矽卡岩矿床、造山型金矿、卡林型金矿和浅成低温热液矿床等。研究表明,碲元素可以形成上百种碲矿物,除了自然碲之外,多与Au、Ag、Pb、Bi、Cu等形成碲化物,与S或者Se形成碲的硫化物或硒化物,也可以形成碲酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐等矿物;此外Te还可以以类质同象形式替换寄主矿物中的元素。在成矿带尺度、矿床尺度及其矿石中碲均表现出极不均匀的分布特征,与主矿种Cu、Au、Ag等具有成因关系。碲具有多来源特征,可以源自地幔,也可以是浅部壳源岩浆或是围岩地层提供。碲矿化一般发生在成矿的中晚阶段,流体可通过混合作用、水岩反应、沸腾作用等改变体系的物理化学条件(如pH值、硫逸度、氧逸度、碲逸度、温度等),导致流体pH值升高、硫逸度和氧逸度降低,碲逸度升高,这是诱发碲矿物富集和沉淀的主要机制。碲由于其受控成矿条件较为特殊,需要着重加强碲富集成矿的关键控制因素、成矿物质来源和富集沉淀机制的研究。