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。     

地球富氧水圈对沉积硫化物矿床的控制机理浅析

70～80年代初,通过对前寒武纪铁矿的大量研究,肯定了自中元古代(约1800 Ma)以来地球大气圈和水圈逐渐变为富氧环境。基于沉积(热水沉积、水成沉积,下同)硫化物矿床的形成与水圈演化的同步关系,认为水圈富氧是沉积硫化物矿床形成和演化的重要控制因素之一。然而费解的是为什么会在氧化水圈中形成沉积硫化物矿床?笔者曾提出氧化水圈局部还原环境成矿的认识,本文着重对其控矿的机理问题进行初步探讨。 1.中元古代以来地球水圈的富氧特征地球水圈的氧化—还原性质主要是由游离氧含量决定的。地球历史中水圈游离氧含量很难定量描述,但其含量约从1800Ma开始增多,可以从下列事实得到证实:(1)太古代—早元古代铁矿的形成主要与火山作用、构造及元素的早期富集有关,进入中元古代以后,大量水成沉积成因的条带状含铁建造开始形成;(2)地球上代表氧化环境的红层最早出现于中元古代;(3)中元古代首次出现膏盐层,同时碳酸盐岩开始沉积;(4)中元古代是原核生物开始繁盛时期,生物的光合作用是     

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。     

中国铁矿资源特点和科学研究问题

铁矿是一定地质历史演化时期和特定地质环境的产物,其形成与某些重大地质事件密切相关。沉积变质型铁矿一般形成于太古宙至古元古代,与海底火山-热液活动以及大氧化事件密切相关;新元古代"雪球地球"(snowball earth)事件也形成少量该类型铁矿。海相火山岩型铁矿赋存于从元古宙到古生代的海相火山岩建造中,形成于大洋盆地、大陆裂谷或火山岛弧等环境,常与铜(金)矿共生并多经历了后期改造作用。     

鞍山-本溪地区条带状铁矿的Fe同位素特征及其对成矿机理和地球早期海洋环境的制约

本文报道了鞍山-本溪地区晚太古代条带状铁建造的主量元素、微量元素、稀土元素和Fe同位素的分析结果.结果显示:铁矿主要由Fe2O3T和SiO2组成,具有较低的Al2O3和TiO2含量;微量元素含量和稀土总量均较低;经页岩标准化的稀土元素配分模式呈现轻稀土亏损、重稀土富集;具有明显的La、Eu、Y的正异常;较高的Y/Ho比值.这些特征均表明鞍山-本溪地区条带状铁矿是由极少碎屑物质加入的化学沉积岩,成矿物质主要来源于海底热液的贡献.相对于标准物质IRMM-014,条带状铁矿石的Fe同位素组成最突出的特征是均为正值,这是由于二价铁溶液经部分氧化和沉淀形成富集重铁同位素的三价铁氧化物或氢氧化物的结果,且沉淀程度的不同是控制Fe同位素组成变化的重要因素.条带状铁矿无明显的Ce负异常和Fe同位素组成为正值的特征暗示了铁矿沉淀时的海水为低氧逸度环境.     

地球氧逸度

地球是一个"氧化性"的星球。在太阳系所有行星中,只有地球大气中含有高浓度的O_2(约占21%)。研究表明,地球演化的早期,其大气组成与火星等类地行星相似,都是以CO_2为主,O_2含量可以忽略不计。在大约24-21亿年前,地球大气中O_2含量突然大幅度升高,一度超过现今O_2含量的1%,而后又在中元古代回落到现今O_2含量的0.1%以下。沉积物中氧化还原敏感元素的含量变化显示,大约6.3亿年前雪球地球结束之后,地球大气中的O_2含量再次大幅度升高至20%左右,而后在显生宙经历一系列复杂变化并最终演化至现今的水平。Re/Os比值显示,硅酸盐地球的氧逸度远高于月球,也高于火星。考虑到月球与地球分异发生在45亿年前,月球的低氧逸度暗示地球早期的氧逸度可能也较低。可以影响地球氧逸度的元素主要有O、H、Fe、S和C等。控制地球氧逸度变化的主要过程包括:核幔分异、板块俯冲和火山喷发去气等。在核幔分异以前,金属Fe可能是控制硅酸盐地球及其表生环境低氧逸度的关键因素。核幔分异过程中,Fe是控制氧逸度变化的关键元素。核幔分异将金属Fe与铁氧化物分开,造成地幔Fe~(3+)/Fe~(2+)比值升高。尤其是在下地幔,Fe~(2+)在高压下发生歧化反应,形成金属Fe和Fe~(3+)。其中Fe~(3+)赋存在布里奇曼石中,导致下地幔氧逸度低。在板块俯冲过程中,当有板片进入下地幔时,布里奇曼石会因体积补偿,被运移到上地幔,并发生分解,释放出Fe~(3+),导致周围地幔氧逸度的升高。但是,V/Sc和Zn/Fe等元素比值则显示在过去30多亿年以来,地幔的氧逸度变化不大,可能与上、下地幔间氧化还原缓冲层或者是上述元素比值对氧逸度不够敏感有关。在地球演化早期,金刚石是最早形成的矿物。由于金刚石的密度在上地幔高于地幔橄榄岩熔体,而在下地幔小于地幔橄榄岩熔体,因此在岩浆海阶段,金刚石倾向于在上地幔底部富集,成为一个富金刚石的储层。在板块俯冲阶段,这些金刚石会被布里奇曼石分解所释放的Fe~(3+)所氧化,形成富碳酸盐和CO:的层位,同时起到稳定上地幔氧逸度的作用。俯冲带地幔橄榄岩和岛弧火山岩的氧逸度均高于板内环境,因此一般认为板块俯冲会导致氧逸度升高。在板块俯冲过程中,氧逸度主要受到Fe和H_2O(水分解释放出H_2)的控制。蚀变大洋岩石圈中含有大量的H_2O,板块俯冲过程中脱水会导致地幔楔蛇纹石化。蛇纹石化过程会形成磁铁矿,释放出味,使局部在短时间内氧逸度降低。但是,由于H_2很容易逸散到大气中,而磁铁矿则保留在地幔楔中,其结果导致岩石中Fe~(3+)/Fe~(2+)比值升高,从而在发生部分熔融时形成高氧逸度岩浆。板块俯冲对氧逸度的影响是多方面的,还与俯冲板块的年龄、沉积物的性质等有关。对于富含有机物的沉积物俯冲过程,C是主要的氧逸度控制元素。在板块俯冲的浅部,有机物分解,释放出CH_4等还原性气体,造成上覆岩石圈氧逸度下降。富含铁锰结核等氧化性沉积物的俯冲则可以导致地幔楔氧逸度的升高,这一过程中Fe和Mn是控制氧逸度的主要元素。火山喷发可以释放出CH_4、CO_2、H_2S和SO_2等气体,也可以影响大气中O_2的含量。有研究认为,火山气体中的H_2S随岩浆房压力增加而增加,SO_2则随压力的增加而减少,因此岩浆房压力可以影响其排气的氧化-还原性,进而影响大气的O_2含量。一种观点认为,正是由于太古宙末期大量出现陆相火山岩,导致了大氧化事件,在这一模型中,S是控制氧逸度的关键。氧逸度对多种成矿作用均具有重要的控制作用。其中,斑岩铜金矿床的形成往往与高氧逸度的埃达克岩有关。这是由于当岩浆的氧逸度高于AFMQ+1.5时,岩浆中S主要以硫酸盐的形式存在。由于硫酸盐在岩浆中的溶解度远远高于硫化物,因此,在俯冲洋壳部分熔融过程中形成的高氧逸度埃达克质岩浆可以熔出更多的亲硫元素,有利于成矿。锡矿床的形成则往往与还原性岩浆有关。这是因为在高氧逸度岩浆中,Sn主要呈Sn~(4+),易于在岩浆结晶早期进入矿物中;而在还原性岩浆中,Sn主要以Sn~(2+)形式存在,表现为不相容元素,倾向于在岩浆中富集,并在岩浆期后热液阶段富集成矿。其他氧化还原敏感元素,如U、V、Mo、Re、Sb和Fe等,可以在表生过程中富集,有利于进一步富集成矿。     

生物圈演化的开始及其对生物地球化学的影响

生物圈一开始演化就对气圈、水圈和岩石圈的有关演化具有深远的生物地球化学影响。在沉积记录中保存地壳演化的这几个圈同时相互影响的反馈作用为恢复生物地质学提供了证据。但是对这些证据的解释常常很困难的。生物成因和原生成因两者都需要证明,提出的每个形态或生物化学化石要确定它的可靠范围。生物圈和有关的演化的建立,必须批判性地估计到地球化学和沉积学的异常。间接的证据认为产生氧的自养生物大约在38亿年前就有了,但自由氧大约20亿年前才开始积聚。空气中和溶液中的各种还原物质是氧的沉淀槽(Sinks),它们保持光解和生物成因的氧相当于原始厌氧和显微亲氧原核细胞所要求的水平。已经证明的最古老生物成因和无疑的原生显微结构是上湖地区近于或大于2亿年地层中原核细胞。生物氧调解的改善,碳的不断分泌,充满了氧的沉淀槽开始了大气圈中氧的聚集就导致接近或晚于20亿年前臭氧层的形成。其后果是条带状含铁建造的基本结束,红层的突然出现,防护氧的厌氧细胞内作用,预示真核细胞的来临。可能的真核细胞出现在13亿年老的加利福尼亚州岩石中。它们是大的单细胞和直径粗、有分枝和隔壁的丝状体。真核细胞演变的可能后果是大气中氧的增加,碳酸根和硫酸根离子的增加和性别的出现。减数分裂肯定在7亿年前就逐渐形成了,也可能在13亿年前,大概和细胞的有丝分裂同时。不管是什么时间,它结束了真核细胞遗传机制的发展并且予示着组织、器官的分异和生命的高等形式。这些又带来对沉积作用,成岩作用、成矿作用潜在的反馈作用。最初的后生动物出现在7亿年前。它们没有外壳,依靠氧的简单渗透。生物外壳大约6亿年前产生,当时氧的含量水平已有利于出现高级的呼吸系统。     

山东韩旺新太古代条带状铁矿的稀土和微量元素特征

山东韩旺条带状铁矿是一个新太古代大型鞍山式铁矿床, 本文主要对韩旺条带状铁矿进行了岩石学和岩石化学方面的研究, 并与国内外该类型矿床进行对比。岩石学研究结果认为其经受了绿片岩相至低角闪岩相变质作用, 磁铁矿部分受到变质重结晶, 但局部仍保存有化学沉积的特征。在TFe-(CaO+MgO)-SiO2图解中, 其分布与五台山条带状铁矿和世界条带状铁矿分布区一致。韩旺铁矿稀土元素含量较低, 具有太古宙海洋沉积的特征, 在PAAS(太古宙后平均澳大利亚沉积岩)标准化的稀土配分曲线中显示轻稀土的相对亏损和重稀土的相对富集, 具有较强的Eu的正异常和明显的Y的正异常, 无明显的Ce异常, 这一特征与我国鞍山弓长岭和五台山及世界许多地区的太古宙BIF特征一致。微量元素中Ti、V、Co、Ni、Mn、Sr、Ba等元素的含量都较低, 在原始地幔标准化的微量元素配分曲线中具U、Ta、La、Ce、P正异常, K、Nb、Sr、Hf、Zr负异常。文章中也对韩旺条带状铁矿中Sr/Ba、Ti/V等元素的比值与其他地区进行了对比。综合研究结果认为韩旺条带状铁矿具有与火山热液伴生的铁质, 形成于海洋化学沉积环境。     

藏南白垩纪缺氧与富氧沉积的稀土元素地球化学特征

研究了藏南Cenomanian-Turonian界线缺氧沉积和Santonian-Campanian富氧沉积的稀土元素特征,重点探讨古海洋氧化还原条件变化与稀土元素地球化学之间的关系。结果表明,缺氧事件层ΣREE增加30%,Ce和Eu含量分别增加40%和114%;富氧沉积层ΣREE明显增加,其中以Eu含量增加107%最为明显,Ce增幅最小,表现为相对亏损。缺氧沉积稀土元素分布型式为Ce和Eu富集的右倾型,富氧沉积分布型式以Ce亏损和Eu富集为特征。Ce异常显示缺氧事件期间为稳定而持续的低溶解氧还原条件,而富氧事件由古海洋瞬间的氧化事件和逐渐趋于正常状态的氧化条件两个阶段组成。     

辽宁本溪贾家堡子地区BIF铁矿床地球化学特征

利用主量元素和稀土元素相结合的地球化学方法,对本溪贾家堡子铁矿成矿物质来源和矿床成因进行了研究.结果表明：贾家堡子地区条带状铁矿（BIF）的化学成分主要为TFe₂O₃和SiO₂,并且Al₂O₃和TiO₂含量较低,这一特征与鞍本地区及山西五台山和冀东迁安地区条带状铁矿基本一致,指示该条带状铁矿是由极少碎屑物质加入的化学沉积岩.稀土元素呈现弱轻稀土亏损、重稀土富集的特征,具有明显的Eu正异常特征,表明该BIF的稀土元素来源于火山热液和海水的混合液.贾家堡子地区条带状铁矿床成因类型为Algoma型铁矿.     

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.     

古元古代大氧化事件(GOE)前后海洋环境的变化: 来自华北条带状铁建造(BIF)岩相学和地球化学的证据*

条带状铁建造(BIF)是形成于前寒武纪海洋中的化学沉积岩,记录了古海洋氧化还原状态的重要信息。华北克拉通广泛分布的新太古代和古元古代BIF,是了解古元古代大氧化事件(GOE)前后古海洋氧化还原环境变化的理想对象。初步研究表明,华北克拉通新太古代BIF主要为磁铁矿型氧化物相和硅酸盐相,极少数出现碳酸盐相;古元古代BIF包括赤铁矿型和磁铁矿型氧化物相、硅酸盐相和碳酸盐相,其中赤铁矿相是古元古代BIF独有的。以上矿物学特征表明,新太古代和古元古代水体的氧化还原条件是不同的。华北克拉通新太古代BIF的稀土元素组成缺乏强烈的负Ce异常,反映同期海水氧含量非常低,为缺氧状态; 但少量BIF也包含有负Ce异常,同时具有较大变化范围的Th/U值,指示新太古代海洋的局部水体氧含量相对较高,呈弱氧化状态。与新太古代BIF相比,古元古代BIF的Ce异常变化较大,包括无异常、正异常和负异常,尤其是赤铁矿相BIF具明显的负Ce异常,表明古元古代水体的氧含量和氧化还原结构已发生了明显变化; 结合华北克拉通BIF的Ni/Co、V/(V+Ni)和Th/U等比值特征,认为古元古代海洋呈次氧化—氧化环境。新太古代BIF 强烈富集重铁同位素,S同位素非质量分馏效应较为明显;而古元古代BIF相对富集轻铁同位素,S同位素非质量分馏效应不明显。综上,新太古代海洋环境整体缺氧,但局部可能存在氧气“绿洲”,暗示光合产氧作用在太古代晚期已经存在;大氧化事件期间及之后的古海洋总体具上部氧化、下部还原的分层特征。     

Changes of oceanic environment before and after the Paleoproterozoic Great Oxidation Event(GOE): Evidence from petrography and geochemistry of banded iron formation(BIF)from the North China Craton

Banded iron formation(BIF)belongs to sedimentary rocks formed in Precambrian marine,which can directly reflect the redox state of the ancient oceans. Mineral composition and geochemistry of BIF can reveal the relative changes of oxygen contents of ancient atmosphere-ocean. The Neoarchean and Paleoproterozoic BIFs widely distributed in the North China Craton(NCC),are the ideal research objects for understanding the changes of the ancient ocean redox environment before and after the Paleoproterozoic Great Oxidation Event(GOE). Our previous studies indicated that the sedimentary facies of the Neoarchean BIF in the NCC are mainly magnetite-type oxide and silicate,with minor carbonate. The sedimentary facies of the Paleoproterozoic BIF are hematite- and magnetite-type oxide,silicate and carbonate,of which the hematite-oxide facies is unique to the Paleoproterozoic BIF. The above mineralogical features suggest that the redox conditions of the Neoarchean and Paleoproterozoic seawater are different. The rare earth element composition of the Neoarchean BIF in the NCC lacks a strong negative Ce anomaly,reflecting that the oxygen content of contemporary seawater is very low and the marine is anoxic. However,a small amount of BIFs in the NCC also present the negative Ce anomalies and a wide range of Th/U ratios,indicating that the local water of the Neoarchean ocean had relatively high oxygen content and was at a weak oxidation state. Compared with the Neoarchean BIFs,the Paleoproterozoic BIFs present a wide range of Ce anomalies(i.e.,no Ce anomalies,positive Ce anomalies and negative Ce anomalies). The hematite-bearing BIF has an obvious negative Ce anomalies,implying that the oxygen content and redox state of Paleoproterozoic seawater changed significantly. Combined with the ratios of Ni/Co,V/(V+Ni)and Th/U of the BIFs in the NCC,the Paleoproterozoic oceans exhibited a suboxidation to oxidation environment. Besides,Neoarchean BIF is strongly enriched in heavy iron isotopes and the non-mass fractionation of S isotope is obvious,whereas the Paleoproterozoic BIF is relatively enriched in light iron isotopes and the non-mass fractionation of S isotope is not obvious. It is summarized that the Neoarchean marine is anoxic,but the oxygen‘oasis' may exist locally,implying that photosynthetic oxygen production already existed in the Late Neoarchean. The ancient ocean presented a layered characteristics during and after the GOE,indicating that the shallow water was generally oxidized and the deep water was reduced.     

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...     

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。     

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。     

Magnetite Dyke in Precambrian Banded Iron Formation,Singhbhum Craton,India: Mineralogical and Chemical Characteristics

Banded iron formation (BIF) of the Gorumahisani–Sulaipat–Badampahar (GSB) belt in Singhbhum Craton, India, consists predominantly of magnetite. This BIF is intruded by a magnetite dyke. The magnetite dyke is massive and compact with minor sulphide minerals while the host banded magnetite ore, a component of the BIF, shows thin lamination. The magnetite ore of the dyke is fine to medium grained and exhibits interlocking texture with sharp grain boundaries, which is different from the banded magnetite that is medium to coarse grained and show irregular martitised and goethitised grain boundaries. Relics of Fe–Ca–Mn–Mg‐carbonate and iron silicates (grunerite and cummingtonite) are observed in the banded magnetite. The intrusive magnetite is distinctly different in minor, trace and REE geochemistry from the banded magnetite. The banded magnetite contains higher amounts of Si, Al, Mn, Ca, Mg, Sc, Ga, Nb, Zr, Hf, Co, Rb and Cu. In contrast, the massive magnetite is enriched in Cr, Zn, V, Ni, Sr, Pb, Y, Ta, Cs and U with higher abundance of HREE. In the chondrite normalized plot, the massive magnetite shows a slight positive Eu anomaly while the banded ore does not show any Eu anomaly. Field disposition, morphology, mineralogy and chemistry show that the intrusive magnetite dyke is of igneous origin, while magnetite in BIF formed from a carbonate protolith through the process of sedimentation.     

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。     

Seeing through the magnetite:Reassessing Eoarchean atmosphere composition from Isua(Greenland) ≥3.7 Ga banded iron formations

Estimates of early atmosphere compositions from metamorphosed banded iron formations(BIFs)including the well-studied ≥3.7 BIFs of the Isua supracrustal belt(Greenland)are dependent on knowledge of primary versus secondary Fe-mineralogical assemblages.Using new observations from locally well preserved domains,we interpret that a previously assumed primary redox indicator mineral,magnetite,is secondary after sedimentary Fe-clays(probably greenalite)±carbonates.Within ~3.7 Ga Isua BIF,pre-tectonic nodules of quartz+Fe-rich amphibole±calcite reside in a finegrained(≤100 μm)quartz+magnetite matrix.We interpret the Isua nodule amphibole as the metamorphosed equivalent of primary Fe-rich clays,armoured from diagenetic oxidative reactions by early silica concretion.Additionally,in another low strain lacunae,~3.76 Ga BIF layering is not solid magnetite but instead fine-grained magnetite+quartz aggregates.These magnetite+quartz aggregates are interpreted as the metamorphosed equivalent of Fe-clay-rich layers that were oxidised during diagenesis,because they were not armoured by early silicification.In almost all Isua BIF exposures,this evidence has been destroyed by strong ductile deformation.The Fe-clays likely formed by abiotic reactions between aqueous Fe~(2+)and silica.These clays along with silica±carbonate were deposited below an oceanic Fe-chemocline as the sedimentary precursors of BIF.Breakdown of the clays on the sea floor may have been by anaerobic oxidation of Fe~(2+),a mechanism compatible with iron isotopic data previously published on these rocks.The new determinations of the primary redoxsensitive Fe-mineralogy of BIF significantly revise estimates of early Earth atmospheric oxygen and CO_2 content,with formation of protolith Fe-rich clays and carbonates compatible with an anoxic Eoarchean atmosphere with much higher CO_2 levels than previously estimated for Isua and in the present-day atmosphere.