王长乐等 | 条带状铁建造的原始矿物组成:进展与问题

学术   2024-11-21 16:13   贵州  




本文来源:王长乐,高亮,谢尚君,等. 2024.条带状铁建造的原始矿物组成:进展与问题[J]. 岩石学报,40(01):79-96.

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。

代表性图件

图1 早前寒武纪海洋中有自由氧参加的铁循环模型及其矿物生成顺序

图2 层状含铁燧石铁蛇纹石二氧化硅梭状物形成示意图(a)及澳大利亚Hamersley群Brockman铁建造的矿物共生次序(b)

图3 在海水硅浓度饱和的条件下BIF燧石层中含三价铁的铁蛇纹石的形成机制。a二价铁和硅质反应后的饱和沉淀;b)二价铁先被部分氧化,随后与硅质反应形成,其中,2A-直接形成低三价铁含量的铁蛇纹石;B-先形成高三价铁含量的铁蛇纹石,随后转变为稳定的低三价铁含量的铁蛇纹石;c)二价铁部分氧化先形成绿锈,然后与硅质反应生成低三价铁含量的铁蛇纹石;d)先形成三价铁的氧化物和硅质,然后在铁还原菌的作用下,生成低三价铁含量的铁蛇纹石

图6 BIF的原始矿物组成形成示意图(a)以及依据当前所有证据BIF最可能的矿物共生次序(b)

引用本文:王长乐,高亮,谢尚君,等. 2024.条带状铁建造的原始矿物组成:进展与问题[J]. 岩石学报,40(01):79-96.


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