条带状铁建造(banded iron formation,BIF)是指以铁-硅韵律层结构为特征的化学沉积岩。BIF不仅是重要的铁资源,也是记录早期地球演化、早期微生物活动和大气-海洋氧化还原状态的重要载体。BIF的出现和消失与重要环境事件的演变密切相关。BIF在>3.8 Ga首次出现,并在第一次大氧化事件前大量形成,在1.8~0.8 Ga沉积中断,而在成冰纪雪球地球冰期中复现,最终消失在显生宙的氧化海洋中。
传统模型认为BIF的出现与消失主要受控于海洋中Fe(II)离子的含量。在1.8~0.8 Ga期间,构造-岩浆-热液活动减弱,海洋氧化还原剧变(氧化/硫化)导致海水中的Fe(II)被大量耗尽,BIF消失。然而,地球化学证据表明中元古代深海区域仍处于铁化状态,即Fe(II) 可以稳定存在的氧化还原状态;沉积学证据也表明中元古代仍有大量的铁岩沉积。这些富铁沉积的大量出现,表明中元古代的海洋仍具有沉积铁岩/富铁层的条件,只是不再出现BIF这种“铁-硅互层”的韵律沉积。因此,BIF在1.8~0.8 Ga的沉积中断并不是由Fe(II)耗尽造成的,而很可能与海水中铁-硅循环变化导致“铁-硅互层”沉积模式的改变有关。
本文对BIF的地质学特征进行了概述,深入探讨了BIF中富铁-富硅层的沉积模式,并从Fe(II)的来源差异和Fe(II)的氧化差异及Fe(III)的保存差异3方面全面综述了BIF “铁-硅互层”机制的研究进展。在此基础上,尝试找出解决中元古代BIF消失之谜的可能方向。最后,对BIF的成因机制所承载的前寒武纪铁-硅生物地球化学循环、早期地球演化过程和早期生命信息等方面提出展望。
图1 地质历史时期BIF 的分布、生物演化、岩浆活动及大气 海洋氧化还原状态。阴影表明前寒武纪缺失BIF 沉积的时段。a—BIF、GIF 及菱铁矿在地质历史时期的分布;b—大气氧气浓度的演化;c—地球历史时期地幔柱的分布;d—海洋氧化还原状态的演化;e—地质历史时期生物演化。
图2 中国前寒武纪典型BIF 与中元古代铁矿的野外照片。a—新太古代唐山司家营BIF 铁矿(约2.5 Ga) ;b—新元古代下甲江剖面富禄组BIF(约0. 7 Ga) ;c—新元古代产口剖面富禄组BIF(约0.7 Ga) ;d—中元古代芹峪村剖面下马岭组菱铁矿结核;e—中元古代宣化地区串岭沟组鲕铁岩;f—中元古代夹皮沟剖面镜铁矿;g—中元古代神农架地区送子园组铁岩;h—中元古代神农架地区矿石山组铁岩;i—中元古代柴达木地区全吉山剖面红藻山组铁岩。
引用本文：王瑞敏, 沈冰. 条带状铁建造消失之谜:铁-硅互层机制研究进展与展望[J]. 地学前缘, 2024, 31(1): 111-126.
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