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。     

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。     

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。     

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。     

南非巴伯顿绿岩带条带状铁建造岩石磁学及磁性矿物的组成特征

条带状铁建造(BIFs)中含有大量的亚铁磁性矿物,其组成及来源是认识BIF成因的重要依据。本文研究了南非巴伯顿绿岩带无花果树群(距今约32亿年)恩圭尼亚组的BIFs样品的磁学和矿物学特征。通过测量富铁层与富硅层的磁滞回线、等温剩磁获得曲线与退磁曲线、矫顽力谱分析、一阶反转曲线(FORC)、低温(20～300K)有场/无场冷却曲线以及k-T曲线、Lowrie三轴热退磁曲线,结合扫描电镜观测,揭示出研究样品中磁性矿物主要为赤铁矿和磁铁矿。基于矫顽力谱分析,富铁层中磁铁矿主要是多畴及假单畴颗粒,相对含量平均为2. 1%;赤铁矿的相对含量平均为97. 9%。富硅层中磁铁矿主要为假单畴及超顺磁性颗粒,相对含量平均为4. 6%;赤铁矿相对含量平均为95. 4%。测试样品具有Morin转变特征,转变温度介于250～260K,说明BIFs中主要为赤铁矿(0. 5～6mm)。富硅层样品出现～107K、～125K两个Verwey转变温度,表明其中可能存在生物成因和非生物成因两种类型磁铁矿。     

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.     

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。     

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。     

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。     

甘肃镜铁山含铜条带状铁建造的年龄

采用Ｓｍ－Ｎｄ同位素等时线法,确定甘肃镜铁山含铜条带状铁建造的年龄为１３０９±８０Ｍａ,说明它形成于中元代蓟县纪。     

内蒙古固阳绿岩带条带状铁建造地球化学特征与沉积环境讨论

Algoma型条带状铁建造(BIF)是一种海相化学沉积岩,它发育在太古宙绿岩带的火山-沉积岩序列中,大部分经历了后期变质变形作用。稀土元素具有稳定的地球化学性质,因而被广泛用于指示BIF的原始沉积环境。华北克拉通北缘固阳绿岩带中的BIF(如三合明、公益明、东五分子、公巨成等)赋存于新太古代色尔腾山群的变火山-沉积序列中,普遍经历了绿片岩相—低角闪岩相变质,呈条带状构造,其主要矿物组成为自形—半自形粒状磁铁矿和他形粒状石英,含少量角闪石,局部地区可见石榴石、绿泥石、斜长石等富Al矿物。根据BIF中惰性元素的含量及其相关性,可划分为纯净的BIF和遭受碎屑物质混染的BIF,并通过特征的Co/Th比值判断出这些碎屑物质主要来自于玄武质岩石。纯净及遭受轻微碎屑物质混染的BIF稀土元素特征通过后太古宙页岩(PAAS)标准化后,与现代海水及其他地区典型太古宙BIF相似,均表现为轻稀土相对重稀土亏损,正La、Y异常以及较高的Y/Ho比值(29)。大多数样品发育不明显的负Ce_(PAAS)异常,说明BIF沉淀自缺氧的环境;正Eu_(PAAS)异常明显,说明海水中有高温(250℃)热液的加入,其比例为0~10%。然而,遭受强烈碎屑物质混染的BIF稀土元素特征则具有明显差异。此种类型BIF的出现及分布不均,指示了在BIF沉积之前的局部地区或时间段内,深部海水处于相对动荡的环境。     

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。     

辽冀地区条带状铁建造地球化学特征：Ⅱ.稀土元素特征

辽冀地区(鞍山-本溪地区和冀东地区)位于华北克拉通北东部,是我国早前寒武纪条带状铁建造(BIFs)最重要的分布区,主要为新太古代Algoma型。本文系统对比了辽冀地区28个铁矿床200件铁矿石样品的稀土元素特征。结果表明:(1)所有样品的稀土元素特征比较相似:稀土元素总量较低,Y/Ho比值较高;经太古宙后平均澳大利亚页岩(PAAS)标准化后呈现重稀土相对富集、轻稀土相对亏损的配分模式,La异常不明显,强烈的Eu正异常和明显的Y正异常,暗示研究区铁矿石成矿物质主要来源于海底高温热液和海水的混合溶液;与冀东地区BIFs相比,鞍本地区Eu异常更为明显,说明鞍本地区BIFs显示更多的热液特征;(2)铁矿石的Ce/Ce*变化范围为0.77~1.09,缺乏明显的Ce负异常,说明其沉积于还原的海水环境;(3)辽冀地区BIFs的稀土元素总量、Eu异常、Y异常和Y/Ho比值变化范围均比较大,可能与BIFs沉积过程中碎屑物质的加入有关;与鞍本地区相比,冀东地区BIFs的Eu正异常、Y正异常程度均小于鞍本地区,热液和海水特征均不明显,Y/Ho比值更接近球粒陨石(26~28),可能暗示冀东地区有更多的碎屑物质的加入。     

鲁西杨庄条带状铁建造特征及锆石年代学研究

泰山群主要分布于鲁西地区中部,是鲁西花岗-绿岩带的一个重要组成部分。近年来,在沂水县杨庄发现了一定规模的沉积变质铁矿,铁矿层位赋存于柳杭岩组上段的斜长角闪岩段内。本文对杨庄铁矿BIF及侵入地层的岩浆岩进行锆石年代学测定,测定的含磁铁矿斜长角闪岩中锆石U-Pb年龄数据主要集中在2.6Ga附近,确定斜长角闪岩的形成年龄为2615±61Ma;铁矿顶板黑云母石英片岩的形成年龄小于2527±66Ma,该岩段又被晚期混合花岗岩穿插,其锆石年龄测定结果为2469±34Ma,所以推测黑云母石英片岩的形成年龄在2.5Ga附近。据此我们认为鲁西地区的"柳杭岩组"似可近一步解体为新太古的斜长角闪岩段(含磁铁矿建造)和古元古的表壳岩段(以片岩系为主)。混合花岗岩的形成年龄属于古元古代早期,似乎可以填补全球地质演化的静寂期 (2.3~2.5Ga)。以泰山群为代表的变质岩系在地下较深部位出现或者被中晚元古代盖层覆盖,为探讨华北克拉通早期演化和开展华北克拉通BIF型铁矿研究具有重要意义。     

五台山绿岩带条带状铁建造金矿床成矿地质特征与找矿标志

通过综合研究五台山条带状铁建造金矿床区域成矿地质背景及矿床(体)地质特征,应用层控说、构造控矿等成矿理论,总结了该类金矿主要控矿因素,认为后期构造叠加是富集成矿的首要的、关键性控矿因素,构造叠加改造的矿源层是最有利的成矿部位和最佳找矿地区。并归纳了找矿标志,意在推动本区金矿找矿突破,运用地、物、化等综合方法找矿效果较好。     

辽冀地区条带状铁建造地球化学特征：Ⅰ.主量元素特征

辽冀地区(主要包括鞍山-本溪地区和冀东地区)位于华北克拉通东北部,产出有诸多BIFs型大型-特大型铁矿床。鞍山-本溪地区和冀东地区是我国最大的两个铁矿集区,其中鞍本地区铁矿储量占全国的24%左右,冀东地区铁矿资源储量占全国的10%以上。虽然辽冀地区BIFs大多为形成于新太古代绿岩带中的Algoma型BIFs,但不同矿区BIFs形成环境和受后期改造的程度不一致,鞍本地区BIFs变质级别为绿片岩相-角闪岩相,冀东地区BIFs经历了绿片岩相-麻粒岩相的变质作用,且辽冀地区普遍发育混合岩化。本文主要对比研究了辽冀地区28个铁矿床200件铁矿石的主量元素特征,为探讨辽冀地区BIFs的形成提供了更多的信息。BIFs样品主要由SiO2和Fe2O3T组成,其中鞍山-本溪地区SiO2+Fe2O3T平均为95.10%,冀东地区SiO2+Fe2O3T平均为88.06%,CaO和MgO含量仅次于SiO2和Fe2O3T,且大部分矿区具有正相关关系,Al2O3、TiO2、K2O、Na2O、MnO、P2O5含量很低,这暗示BIFs原岩为一种化学沉积岩,主要为含有少量碳酸盐泥的硅质和铁质的胶体沉积;辽冀地区Al2O3和TiO2均可见明显的正相关,这可能是由于BIFs沉积过程中有少量碎屑物质的加入,这种相关性在冀东地区更为明显,且除SiO2+Fe2O3T外,其它氧化物含量明显高于鞍本地区,说明冀东地区BIFs形成时沉积环境更为动荡,有更多的碎屑物质加入;虽然辽冀不同地区BIFs经历了不同级别的变质作用,形成了不同的矿物组合,但是氧化物含量却变化不大,这说明了变质反应主要为等化学反应;鞍本地区和冀东地区碱质含量也存在差异性,前者的Na2O和K2O含量均低于后者,且后者Na2OK2O,结合野外地质特征,可能暗示了混合岩化作用对冀东地区的影响更为显著。     

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。     

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.