条带状铁建造的原始矿物组成:进展与问题

原生矿物信息作为前寒武纪条带状铁建造(BIF)研究的最基本命题,是研究BIF成矿规律及其早期地球环境效应的基础。长期以来,将低级变质且保存部分原始矿物及沉积结构的BIF作为研究对象,进而追踪BIF的原始矿物组成与后期演变过程一直是科学家们关心的关键问题。目前,关于BIF原始矿物组成主要有三种认识:三价铁的氢氧化物、铁硅酸盐(成分类似于铁蛇纹石和黑硬绿泥石)和绿锈。其中,绿锈为含二价和三价铁的过渡态化合物,仅可见于局部缺氧环境。由于绿锈的亚稳态性质,对于其在类似于前寒武纪的富硅海洋条件下转变成何种矿物及相关转变的具体途径仍不清楚。因而,当前关于原始铁质矿物的争议主要存在于三价铁的氢氧化物和铁硅酸盐之间,由此引发的对BIF成矿理论及其对古环境指示意义的理解也存在较大分歧。本文系统回顾和评述了近年来BIF原始矿物组成研究的重要进展;在此基础上,认为三价铁的氢氧化物应是BIF最为主要的原始矿物,其次为铁硅酸盐矿物,二者可能在地质历史时间和空间分布上具有差异性。然而,支持铁硅酸盐原始成因的现有证据主要为经典的岩相学特征,急需更多元素和同位素地球化学等方面的佐证。BIF中现有铁质矿物组合应是原始沉淀物在成岩-变质作用条件下发生转变的产物,相较于成岩早期的菱铁矿,磁铁矿可能形成时间偏晚,究竟是生物-有机质成因抑或是菱铁矿的热化学分解成因亟待深入探讨。在此背景下,同时考虑到华北作为国际上BIF的重要产区,且发育不同变质级别的太古宙末期BIF,可能完整记录了BIF的全部历程。因此,可立足于华北,在已有的初步工作基础上,深度挖掘,力图为BIF矿物成因演变规律提供进一步约束,极大深化和推动我国BIF的成因研究。

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。