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。     

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。     

Algoma型和Superior型硅铁建造地球化学对比研究

前寒武纪条带状硅铁建造(BIFs)是世界上最重要的铁矿资源类型和地球早期特有的化学沉积建造类型,广泛分布于太古代-古元古代(3.2～ 1.8Ga),记录了地球早期岩石圈、水圈、大气圈和生物圈的状态及演化.前人根据BIFs的岩石组合和构造地质环境将其划分为Algoma型和Superior型.本文对比研究了Algoma型和Superior型BIFs的硅、氧、铁和多硫同位素特征.不同时代和不同类型BIFs的硅氧同位素组成非常相似,强烈亏损30Si,δ30SiNBS-28为较大的负值.二者的铁同位素和硫同位素非质量分馏效应明显不同.Algoma型BIF的△33S多为负值,而Superior型BIF的△33S多为正值;Algoma型BIF富集重铁同位素,δ56FeIRMM-144多为高正值,而Superior型BIF相对富集轻铁同位素,δ56FeIRMM.144多为负值或小正值.研究提出无论是Algoma型,还是Superior型BIFs都是由地球早期的海底火山热液喷气作用形成的,二者属于同一成矿系统,相对而言,Algoma型BIF与火山活动关系更密切,距离同期火山活动中心更近,多形成于深水盆地,环境更加还原.     

辽宁鞍本地区沉积变质型富铁矿的成因：Fe、Si、O、S同位素证据

辽宁鞍本地区是我国最重要的鞍山式沉积变质型(BIF)铁矿矿集区,弓长岭铁矿是我国唯一的由鞍山式贫铁矿经后期热液改造形成的大型磁铁富矿.本文在前人工作基础上,对比研究了鞍本地区贫铁矿、富铁矿和蚀变围岩的铁、硅、氧、硫同位素组成特征和空间变化规律,结合磁铁富矿的地质特征,对成矿流体的性质、来源、成矿作用和富矿成矿机制提出了新的认识.指出鞍本地区富铁矿的成矿作用与辽东地区古元古代造山运动结束后(1.85 Ga)地壳抬升引发的非造山岩浆侵入和热液活动有关,成矿溶液由大气降水演化形成,而非变质热液或混合岩化热液;成矿溶液淋滤了辽河群蒸发盐地层中富13C碳酸盐、富34S石膏、CH4等成矿物质,成矿溶液具偏酸性弱还原特征;铁质活化再富集是鞍本地区富铁矿形成的重要机制,成矿溶液与贫铁矿及围岩反应使铁质以Fe2+形式活化迁移.温度降低、氧逸度升高或与大气降水混合是溶液中Fe2+氧化形成磁铁矿沉淀的主要原因;在Fe2+被氧化形成磁铁矿的同时,成矿溶液中的CH4被氧化形成石墨,与磁铁矿一起沉淀下来,形成含石墨磁铁富矿;溶液中SO42-被还原形成富34S黄铁矿.     

条带状铁建造(BIF)与地球大氧化事件

地球大氧化事件是指约24亿年前的地球大气圈中开始出现氧并连续增加。到20世纪末对地球大氧化事件的形成和演化模型可概括为两类:22亿年前为缺氧大气圈,22～19亿年大气圈中O_2明显增加,而后逐渐增加到现代大气圈O_2含量水平的C-W-K-H模型;大气圈中O_2含量自40亿年来近于常数,在现代大气圈O_2含量水平的50%范围内变化的D-K-O模型。21世纪开始实施了太古宙生物圈钻探计划(ABDP),在太古宙—元古宙页岩、条带状铁矿建造中微生物、S、C同位素分馏、稀土元素及过渡族金属Ni、Fe、Mo等含量变化等方面取得了许多新成果,建立了大气圈游离氧产生机理及含量变化的不同模型,将大气圈中氧的出现时间至少提前到25亿年前。中国前寒武纪条带状铁矿建造BIF广泛发育,特别是特有的稀土铁建造及其稀土地球化学初步研究成果表明,稀土元素的含量、轻重稀土的分异及变价元素Eu的相对富集与亏损,均显示明显的对时间的依赖。文中提出,应对其开展系统地质地球化学研究,可为大气圈、水圈的演化,特别是对研究中国铁矿的形成和分布规律研究提供重要参考资料。     

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.      

印度达尔瓦尔克拉通绿岩带BIF型铁矿地质特征及成因分析

印度铁矿储量约占全球的7%,矿石类型以前寒武纪BIF铁矿为主,其中产于绿岩带以及绿片岩相岩石中的BIF型铁矿是印度最重要的铁矿类型。南印度地盾达尔瓦尔克拉通发育众多绿岩带,绿岩带中发育大规模BIF铁矿,BIF铁矿属于不同的地层序列,有不同的岩石组合关系。笔者对吉德勒杜尔加绿岩带和库斯赫塔吉绿岩带BIF地球化学分析表明,根据Al_2O_3含量,BIF分为页岩BIF(Al_2O_3≥2%)和石英岩BIF(Al_2O_3≤2%),BIF呈石英氧化物相,碳酸盐相和硫化物相BIF主量和微量元素表明BIF为陆源碎屑沉积和火山碎屑沉积共同作用形成;稀土元素表明BIF铁矿呈Ce负异常和Eu正异常。达尔瓦尔克拉通测年数据表明,经过2.7~2.65Ga和2.58~2.54Ga两期主要的火山作用,2.7~2.6Ga和2.58~2.52Ga2个阶段的大陆增生作用,形成了达尔瓦尔克拉通和绿岩带。BIF成矿来源上,AMOR的高温热液提供大量的Fe和SiO_2,海洋中生物光合作用提供了O_2,在化学沉积和碎屑沉积共同作用下,形成了BIF铁矿。     

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。     

地史中成矿演化的趋势和阶段性

大量的地质矿产资料表明，随着地球的形成和发展，尤其是水圈、大气圈和生物圈的演化，成矿作用也呈前进的、不可逆的发展趋势，表现在成矿物质（矿种）由少到多；矿床类型由简到繁；成矿频率由低到高；聚矿能力由弱到强。受地球上重大地质事件的制约，这一成矿演化过程又表现出阶段性，可划分出７个成矿大阶段，即太古宙、古元古代、中元古代、新元古代、早古生代、晚古生代—早中生代、晚中生代—新生代等成矿期。每一期中都有特定的成矿构造环境和矿床成因类型。制约地史上成矿演化的主要因素有：①成矿物质的地球化学性质；②水圈、大气圈和生物圈的演化；③地球构造运动的演变。矿床形成后的保存条件对矿床的时空分布特征也有重要影响。     

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。     

论华北克拉通南缘霍邱群变质作用、形成时代及霍邱BIF铁矿成矿机制

安徽霍邱铁矿位于华北克拉通南缘,是一个大型BIF铁矿田,矿体均赋存于一套新太古代中高级变质作用的含铁建造中,自下而上可分为A+B矿带和D矿带:前者为变粒岩-片岩-磁铁石英岩建造;后者为片岩-大理岩-赤铁(镜)铁石英岩建造.本文利用现有的矿床勘查、物化探和地质科研资料,对该矿田的地质背景、矿体赋存条件、构造型式进行深入剖析,推断矿区周边及深部构造格局与控矿因素,研究分析霍邱铁矿含铁岩系特征,进行含矿层位的准确划分、厘定和对比,深入研究含铁岩系的平面分布范围和延深,对矿田控矿构造进行综合分析.运用LA-ICP-MS技术获得霍邱群斜长角闪岩最老年龄为2.8Ga左右,代表原岩形成年代.同时获得晚期混合花岗岩的侵入年龄为1.8Ga左右.通过Hf同位素测定,获得各变质岩系锆石的Hf同位素组成,表明最老的锆石Hf模式年龄可达3.5Ca前后.根据区域年代学资料和霍邱铁矿含铁岩系特征,本文正式提出“霍颍运动”这一概念,作为皖西北新太古代2.7Ga前后在霍邱-颍上-寿县-蒙城一带发生的构造事件和成矿作用,以区别于以往沿用蚌埠运动描述本区霍邱群变质作用和成矿事件的提法.最后结合本区含铁建造特征,初步判定霍邱铁矿为一种介于阿尔戈玛和苏必利尔型之间的过渡类型铁建造.     

Primary Mineral Information and Depositional Models of Relevant Mineral Facies of the Early Precambrian BIF—A Preliminary Review

The primary mineral compositions of BIF are regarded as ferric oxyhydroxide or iron silicate nanoparticles (mainly greenalite and stilpnomelane ) whichcan transform into minerals like hematite, magnetite and siderite. On the basis of predominant iron minerals, three distinctive sedimentary facies are recognized in BIF: oxide facies, silicate facies and carbonate facies. Marked by the Great Oxidation Event (GOE, 2.4~2.2 Ga), sedimentary facies can be divided into two models: “anoxic and reducing” model and “stratified ocean” model. The ancient ocean was anoxic and reducing before GOE, and under this circumstance, BIF was distributed from the distal to proximal zones transforming from hematite facies through magnetite facies to carbonate facies, such as West Rand Group BIF (2.96~2.78 Ga) and Kuruman BIF (~2.46 Ga) in south Africa. However, the ancient ocean was a stratified ocean during and after GOE, which means that shallow seawater was oxidizing while deeper seawater was reducing, leading to an opposite sedimentary facies distribution compared to the former one: BIF was distributed from the distal to proximal zones transforming from carbonate facies through magnetite facies to hematite facies, such as Yuanjiacun BIF in China (~2.3 Ga) and Sokoman iron formation in Canada (~1.88 Ga). Overall, BIF is an unrepeatable formation in geological history, which can only form in specific sedimentary environment. The key point to speculate the paleo-ocean environment, namely the problems to be solved at the moment, is to identify and derive the primary mineral compositions, to make sure the genetic mechanism of sedimentary facies especially silicate facies, to restrict the sedimentary conditions and to study microbial activities contacting with BIF.     

Mineralogy and geochemistry of banded iron formation and iron ores from eastern India with implications on their genesis

The geological complexities of banded iron formation (BIF) and associated iron ores of Jilling-Langalata iron ore deposits, Singhbhum-North Orissa Craton, belonging to Iron Ore Group (IOG) eastern India have been studied in detail along with the geochemical evaluation of different iron ores. The geochemical and mineralogical characterization suggests that the massive, hard laminated, soft laminated ore and blue dust had a genetic lineage from BIFs aided with certain input from hydrothermal activity. The PAAS normalized REE pattern of Jilling BIF striking positive Eu anomaly, resembling those of modern hydrothermal solutions from mid-oceanic ridge (MOR). Major part of the iron could have been added to the bottom sea water by hydrothermal solutions derived from hydrothermally active anoxic marine environments. The ubiquitous presence of intercalated tuffaceous shales indicates the volcanic signature in BIF. Mineralogical studies reveal that magnetite was the principal iron oxide mineral, whose depositional history is preserved in BHJ, where it remains in the form of martite and the platy hematite is mainly the product of martite. The different types of iron ores are intricately related with the BHJ. Removal of silica from BIF and successive precipitation of iron by hydrothermal fluids of possible meteoric origin resulted in the formation of martite-goethite ore. The hard laminated ore has been formed in the second phase of supergene processes, where the deep burial upgrades the hydrous iron oxides to hematite. The massive ore is syngenetic in origin with BHJ. Soft laminated ores and biscuity ores were formed where further precipitation of iron was partial or absent.     

条带状铁建造（BIF）的形成时代及其研究方法

对条带状铁建造（BIF）进行精确的年代学约束,具有非常重要的科学意义,可以获得BIF的时间分布趋势,反映对应时代的大气和海洋环境,准确建立与重大地质事件的对应关系,为铁建造的成因提供依据。本文在综合前人资料的基础上,重新绘制了全球BIF形成时代的分布图,结果表明BIF在3.6～1.6 Ga连续分布,在2.8～2.7 Ga、 2.5～2.4 Ga、 1.9～1.8 Ga的3个区间范围内形成高峰;Algoma型BIF主要集中于中-晚太古代,而Superior型BIF主要出现在古元古代。本文重点对前人关于BIF年代学的测试方法及其应用进行了介绍和评述,结果表明目前锆石U-Pb测年法依然为主要手段,而Sm-Nd等时线法和Re-Os等时线法尽管有效,但直接测定BIF条带的Sm-Nd等时线和磁铁矿的Re-Os等时线年龄仍存在较大问题,但可用来反映物质的来源以及后期构造热事件的改造等问题,而采取BIF相关单元的年龄来间接代表BIF的形成年龄是目前较为成熟的方法,其中测定铁建造火山岩夹层锆石U-Pb年龄是国际上测定BIF时代常用的手段。     

中国叠生型铁矿床成矿特征探讨

叠生成矿作用主要是指早期成矿作用被晚期成矿作用叠加、复合和改造。晚期成矿作用的性质常与早期成矿作用不同,也就是说,在早先己有矿床(或矿体、矿源层)的基础上,叠加复合了晚期成矿作用,即成矿时间上有先后、空间产出上有重叠、并对早先形成的矿床进行复杂的复合、叠加和改造,使成矿作用具有多样性、复杂性,并可形成大矿、富矿。铁矿床中叠生成矿作用广泛发育。按矿床或矿体产出和形成的地质特征,中国叠生型铁矿床可分为风化淋滤型、热液叠加改造型和热液叠加复合型3个亚类。风化淋滤型铁矿床在中国分布有限,规模不大,工业利用价值不大,因而中国的叠生型铁矿床主要是指热液叠加改造型和热液叠加复合型两个亚类。热液叠加改造型主要是指早期的铁矿床(或矿体、矿源层)经后期热液叠加改造,使早期的较贫铁矿床(或矿体、矿源层)成为较富铁矿床(或矿体),这是中国BIF型铁矿床中最重要的富铁矿类型,以鞍本地区弓长岭二矿区为典型代表。弓长岭二矿区铁矿,早期在新太古代形成条带状磁铁石英岩(2528 Ma,贫矿石),后期在古元古代,含矿热液交代改造贫铁矿形成富铁矿(1840 Ma)。热液叠加复合型主要是指后期脉型铁(或稀土元素等)矿床叠加在早期(沉积或其他成因)铁等矿床上而形成的矿床,如白云鄂博铁-铌-稀土元素矿床和黔西菱铁矿矿床。白云鄂博铁-铌-稀土元素矿床的形成与火成碳酸岩有关,在中元古代(1.3 Ga)左右,区内火成碳酸岩的侵位,在早期主要形成以岩浆熔离作用为主的铁-铌-稀土元素矿,晚期叠加了加里东期稀土-铌矿化热液脉。古陆边缘构造带或陆内活化带是形成叠生型铁矿床的有利构造空间,较大的地球化学块体,为形成多期、多成因的矿床提供物质来源,叠生型铁矿床的形成明显受构造的控制。叠生成矿是复杂地质过程的一种具体表现。热液叠加改造型和热液叠加复合型的叠生型铁矿床的形成是因中国独特的大地构造环境决定的。叠生成矿作用的研究,尚处在初步阶段。加强对叠生成矿作用的研究,了解其形成的地质背景、成矿机制、作用过程、控矿因素等,对发展矿床学研究,认识区域成矿特征和指导地质找矿具有重要的理论和实际意义。     

A review on the Huoqiu banded iron formation (BIF), southeast margin of the North China Craton: Genesis of iron deposits and implications for exploration

The Huoqiu iron ore field in northwest Anhui Province is located in the North China Craton (NCC). As a large banded iron formation (BIF) iron ore field, ore bodies occur in a middle-high grade of Neoarchean metamorphic formation, forming a banded silicon–iron series from north to south. The main ore bodies can be divided into two sub-belts from bottom to upper layers, i.e. the A + B ore belt consisting of leptynite–schist–magnetite–quartz formation, and the D ore belt consisting of schist–marble–hematite–quartz formation. Based on a dataset from geological settings, geophysical and geochemical exploration, ore-forming conditions and structural analysis of the iron deposit, we discuss structural types, sedimentary environments, deep tectonic and ore-controlling factors as well as characteristics and distribution of this colossal BIF ore field in the Huoqiu region.Using LA-ICP-MS techniques, we obtained the oldest U–Pb age of ca. 2.7 Ga for plagioclase amphibolite as its original rock, and 1.8 Ga for magmatic granite in the Huoqiu Group. The Hf isotopes of zircon were also determined, resulting in the oldest Hf model age of 3.5 Ga.Geochemical data indicate that the protolithes of amphibolites belong to a series of subalkaline rocks with enrichments of large ion lithophile elements and depletions of high field strength elements, which are typical volcanic arc rocks. The amphibolites have low K₂O concentrations with low ratios of Ti/V (22.7 to 25.9 averaging 24.5), similar to island arc tholeiite. This suggests that the iron deposit and BIF are of the Superior type in the Huoqiu region.