Constraints on the Archean atmospheric oxygen and sulfur cycle from mass-independent sulfur records from Anshan-Benxi BIFs, Liaoning Province, China

The Archean atmospheric oxygen concentration and sulfur cycle was long debated. The banded iron formation (BIF) is a special type of the sedimentary formation, which has truly recorded the atmospheric and oceanic conditions at that time. In this study, the composition of multiple sulfur isotope (δ 34S/δ 33S/δ 32S) for sulfides bedded in the Archean (~2.7 Ga) BIFs, in Anshan-Benxi area of Liaoning Province has been measured. The value of △33S varies from -0.89‰ to 1.21‰, which shows very obvious mass-independent fractionation (MIF) signatures. These non-zero △33S values indicate that the Archean sulfur cycles are different from what it is today, which have been deeply influenced by gas phase photochemical reactions. Algoma-type BIFs which are closely related to the volcanic activity have negative △33S value, however, Superior-type BIFs which are far away from the volcanic center have positive △33S value. The δ 34S varies in a large range from -22.0‰ to 11.8‰, which indicates that the bacteria reduction activity has already existed at that time, and that the oceanic sulfate concentration has at least reached 1 mmol/L in local areas. Combined with the contemporaneous existence of the hematite, magnetite and the occurrence and preservation of the sulfur MIF, it can be inferred that the Archean atmospheric oxygen level must be at 10-2―10-3 of the present atmospheric level (PAL).     

辽宁鞍山-本溪地区深部铁矿发育模式与铁矿远景

鞍山-本溪地区是我国条带状铁矿重要成矿区,现已发现了众多大型、超大型铁矿床.在区域地质、地球物理资料的基础上,采用欧拉反褶积等重磁场处理解释技术,通过综合研究和三维地质建模,提出了3种深部铁矿发育模式,并对研究区进行了铁矿远景预测.预测在火连寨、思山岭、卧龙镇、南芬东、北台等6个地区可能存在逆冲推覆型及向斜覆盖型深部铁矿,在灯塔县西南张台子镇及鞍山西北部存在新生界覆盖型深部铁矿.进一步指出本溪火连寨逆冲断层下盘3 km左右、本溪思山岭逆冲断层下盘2 km左右、灯塔县张台子镇覆盖区下2 km以浅存在含铁建造,铁矿找矿远景广阔.     

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.     

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。     

辽宁眼前山铁矿元素地球化学特征与沉积古环境研究

辽宁眼前山铁矿位于鞍山地区南北向和东西向铁矿构造变形带的复合部位,为鞍山地区鞍山式铁矿床的典型代表。本文对眼前山铁矿的岩石学、矿物学进行了研究,对该区铁建造和围岩的主量和微量元素地球化学进行了分析。该区铁建造以条带状为主,少量为块状,其顶底板围岩及矿体夹层主要为太古宇鞍山群千枚岩。主量分析结果表明,铁矿石主要由Si O2和铁的氧化物组成,Al2O3含量较低,LOI较大。矿石微量元素分配曲线属于右倾型,强不相容元素和大离子亲石元素富集,具有显著的Eu正异常,是海底高温热液(300℃)与海水混合的结果,表明了该区BIF形成与海底热液活动关系密切。该区BIF中富集重稀土元素,Y/Ho大于26,La和Eu具有正异常。由于缺少陆源碎屑物质,要形成稳定的条带状构造,推断该区的BIF形成于海水深度大于200 m的浅海环境,形成机制应该是富含铁的海底热液运移到相对浅水区发生氧化沉积所致。通过A-C-FM原岩恢复,结合Zr/Ti O2-Ni图解可知千枚岩为变质沉积岩;Sm/Nd比值也显示了沉积岩的特点。该区千枚岩中Th的变化范围为7.9×10-6~22.5×10-6,平均为15.8×10-6;La的变化范围为17.9×10-6~71.7×10-6,平均为38.4×10-6;La/Sc的平均值为2.3;Th/Sc的平均值为1.0;La/Th的平均值为2.4。这些值都接近大陆岛弧沉积岩特征。综合分析认为,眼前山铁矿成矿环境相当于弧后盆地。     

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。