張連昌+代堰锫+王長樂+劉利+朱明田

摘要：前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造（BIFs）蘊(yùn)含豐富的鐵礦石資源，記錄了早期地球演化的重要信息。鞍山—本溪地區(qū)發(fā)育巨量的太古宙BIFs。鞍山—本溪地區(qū)BIFs由互層的硅鐵條帶組成，金屬礦物以磁鐵礦為主，含少量赤鐵礦、黃鐵礦及菱鐵礦等。圍巖與BIFs呈整合接觸，具有變火山巖的巖石學(xué)特征及地球化學(xué)特征，表明BIFs屬于阿爾戈瑪型，其變火山巖圍巖年齡可大致代表BIFs沉積時代。鋯石UPb年代學(xué)顯示，鞍山—本溪地區(qū)至少發(fā)育約3.10 Ga及約2.55 Ga兩期BIFs沉積成礦事件，后者在華北克拉通廣泛發(fā)育。鞍山—本溪地區(qū)BIFs地球化學(xué)具有以下特征：①低的TiO2與Al2O3含量及高場強(qiáng)元素負(fù)異常，表明沉積過程中陸源碎屑物質(zhì)加入量很少；②PAAS標(biāo)準(zhǔn)化REE配分模式顯示重稀土元素富集，La、Y及Eu正異常，暗示BIFs沉積自海水與海底高溫?zé)嵋旱幕旌先芤?；③接近同時代虧損地幔的εNd（t）值（3.0～4.7），表明Fe可能來源于海底熱液活動淋濾洋殼；④BIFs中僅發(fā)育少量黃鐵礦，基本不顯示Ce負(fù)異常且富集鐵的重同位素（δ（57Fe）值為（0.13～2.73）×10-3），暗示古海洋整體處于低硫、缺氧環(huán)境，BIFs的沉淀可能與富Fe2+溶液遭遇環(huán)境突變有關(guān)。元素地球化學(xué)分析表明，大孤山與陳臺溝圍巖具有弧火山巖特征，南芬與歪頭山圍巖類似于弧后盆地玄武巖，因此，鞍山—本溪地區(qū)BIFs沉積于火山弧相關(guān)構(gòu)造背景。

關(guān)鍵詞：條帶狀鐵建造；太古宙；物質(zhì)來源；形成機(jī)制；構(gòu)造背景；鞍山—本溪地區(qū)；華北克拉通

中圖分類號：P618.31文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

條帶狀鐵建造（Banded Iron Formations，BIFs） 是指全鐵含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）大于15%，由富鐵礦物（以磁鐵礦或赤鐵礦為主）和脈石礦物（以石英為主）組成的具有條帶狀或條紋狀構(gòu)造的化學(xué)沉積巖[12]。BIFs多分布于前寒武紀(jì)古老克拉通內(nèi)[34]，時代主要介于18～38 Ga[5]，尤其以20～27 Ga最為發(fā)育[6]。BIFs在全球廣泛發(fā)育，主要分布在南美洲、北美洲、格陵蘭、非洲、澳大利亞、俄羅斯、中國和印度等地。根據(jù)BIFs的形成時代及含礦建造，可將其分為阿爾戈瑪（Algoma）型和蘇比利爾湖（Superior Lake）型。阿爾戈瑪型BIFs主要產(chǎn)于太古宙，通常形成于島弧、弧后盆地或克拉通內(nèi)裂谷帶，與海底火山活動關(guān)系密切；蘇比利爾湖型BIFs主要產(chǎn)于古元古代，一般發(fā)育于淺海環(huán)境且與沉積作用密切相關(guān)，其沉積規(guī)模多大于阿爾戈瑪型[34]。

BIFs是早前寒武紀(jì)時期特殊環(huán)境的產(chǎn)物，記錄了當(dāng)時地球深部、大氣、海洋和生物等方面的重要信息[7]。例如，Ribeiro等在研究巴西275 Ga Carajas BIFs時，發(fā)現(xiàn)硅鐵條帶分別具瓣?duì)顦?gòu)造（直徑5～10 μm）及管狀構(gòu)造（直徑05～50 μm），其δ（13C）值為-245×10-3，這些構(gòu)造的發(fā)育表明BIFs的形成與微生物活動有關(guān)[8]。前寒武紀(jì)BIFs是典型的無碎屑狀巖屑化學(xué)沉積物，其稀土元素組成反映了當(dāng)時海水的地球化學(xué)特征，進(jìn)而可推測當(dāng)時的大氣圈氧化狀態(tài)。其中：δ（·）表示同位素組成。

中國華北BIFs鐵礦具有一些顯著特點(diǎn)：以新太古代為主，古元古代次之；含礦巖系主要為新太古代火山巖和火山沉積巖系；礦石相對較貧，以磁鐵礦為主；礦體遭受強(qiáng)烈變質(zhì)變形影響，部分礦體產(chǎn)狀陡，富礦在深部。同時，該地區(qū)BIFs鐵礦還不同程度受到古生代和中生代構(gòu)造疊加作用的影響，與加拿大、澳大利亞和南非等穩(wěn)定克拉通地區(qū)鐵礦的展布規(guī)律以及發(fā)育大量風(fēng)化殼型富鐵礦的特征明顯不同[910]。中國礦床類型以產(chǎn)于綠巖帶中（如冀東、鞍山—本溪、舞陽、固陽等地區(qū)）的阿爾戈瑪型鐵礦為主，少量為發(fā)育于克拉通盆地內(nèi)（如呂梁）的蘇比利爾湖型鐵礦。BIFs鐵礦的物質(zhì)來源、成礦條件和機(jī)制、富鐵礦成因以及華北克拉通不發(fā)育蘇比利爾湖型鐵礦的原因等方面還亟待深入研究[11]。鞍山—本溪地區(qū)（簡稱“鞍本地區(qū)”）鐵礦是中國最具代表性的前寒武紀(jì)BIFs鐵礦，對其開展科學(xué)研究將為解決上述問題提供有益依據(jù)。筆者依據(jù)近年開展的BIFs鐵礦研究進(jìn)展，綜合介紹和探討了鞍本地區(qū)BIFs鐵礦的形成時代、物質(zhì)來源、形成環(huán)境和構(gòu)造背景等。

圖件引自文獻(xiàn)[10]，有所修改

1研究進(jìn)展

中國BIFs主要分布于華北克拉通的鞍本、冀東、魯西、五臺—呂梁、內(nèi)蒙古固陽、河南舞陽及安徽霍邱等地區(qū)（圖1）。在中國，對BIFs的研究始于20世紀(jì)60年代[12]，之后一些地質(zhì)學(xué)家對國內(nèi)BIFs特征總結(jié)如下：①BIFs多分布于華北克拉通邊緣及裂谷之中；②圍巖主要產(chǎn)于新太古代，其次為古元古代；③圍巖以變火山巖為主，兼含少量變沉積巖，鐵礦床多屬于阿爾戈瑪型；④后期復(fù)雜的變質(zhì)變形作用對BIFs改造強(qiáng)烈；⑤BIFs以貧礦為主，富礦少且多位于深部[911，1315]。隨著試驗(yàn)測試技術(shù)的發(fā)展，近年國內(nèi)學(xué)者在華北克拉通BIFs研究方面取得了許多新認(rèn)識，主要包括年代學(xué)、物質(zhì)來源及礦床成因等方面。

1.1年代學(xué)

華北克拉通絕大多數(shù)BIFs屬于阿爾戈瑪型，表明BIFs沉積作用與火山活動關(guān)系密切。BIFs與變火山巖夾層或圍巖屬于同一期火山沉積作用的產(chǎn)物，變火山巖年齡可以間接代表BIFs形成時代[1618]。近年來，國內(nèi)學(xué)者對與華北克拉通BIFs相關(guān)的巖系做了大量鋯石UPb年代學(xué)研究[1617，1922]。統(tǒng)計結(jié)果表明，這些BIFs多形成于約255 Ga，并經(jīng)歷了約250 Ga及185 Ga兩期變質(zhì)作用（圖2）。同時，近期研究發(fā)現(xiàn)鞍山的大孤山鐵礦可能形成于31 Ga左右[23]，呂梁的袁家村鐵礦可能形成于23 Ga左右[24]。

1.2古海洋環(huán)境及物質(zhì)來源

中國學(xué)者同樣發(fā)現(xiàn)華北克拉通BIFs明顯缺乏Ce負(fù)異常并富集鐵的重同位素，認(rèn)為當(dāng)時的海洋整體處于缺氧環(huán)境；稀土元素示蹤表明，BIFs沉積作用與海底高溫?zé)嵋壕哂谐梢蚵?lián)系[17，2325]。李志紅等發(fā)現(xiàn)鞍本地區(qū)BIFs的δ（57Fe）值與Eu異常成正比，這為Fe來源與海底火山熱液活動相關(guān)提供了直接證據(jù)[25]。李厚民等在弓長嶺二礦區(qū)識別出一套與BIFs整合產(chǎn)出的白云質(zhì)大理巖，在VPDB標(biāo)準(zhǔn)下的δ（13C）值為（-70～-60）×10-3，與地幔值一致；13C虧損的特征暗示大理巖為海底噴氣沉積成因，亦表明該BIFs的發(fā)育與海底熱液活動有關(guān)[20]。李延河等統(tǒng)計了華北克拉通不同時代、不同類型BIFs的硅同位素組成，δ（30Si）值介于（-20～-03）×10-3，平均-08×10-3[2627]；Si同位素分析結(jié)果暗示華北克拉通BIFs中的硅質(zhì)屬熱液成因。

1.3構(gòu)造環(huán)境及礦床成因

目前，多數(shù)國內(nèi)學(xué)者認(rèn)為華北克拉通太古宙阿爾戈瑪型BIFs產(chǎn)于俯沖相關(guān)構(gòu)造背景。例如，Zhang等認(rèn)為冀東水廠BIFs（年齡為2 547 Ma）與斜長角閃片麻巖夾層形成于同一時代，后者具有貧Ti且富輕稀土元素及大離子親石元素，虧損重稀土元素及高場強(qiáng)元素的特征[28]，據(jù)此提出該BIFs形成于島弧或者弧后盆地環(huán)境。Zhang等對其他BIFs的研究也提出了相同認(rèn)識，如冀東地區(qū)石人溝[17]與鞍本地區(qū)齊大山[29]、陳臺溝[23]、弓長嶺[2930]、歪頭山[23]等均形成于2 550 Ma左右。劉利等發(fā)現(xiàn)固陽地區(qū)三合明BIFs（年齡為2 562 Ma） 斜長角閃巖圍巖具有TMORB特征，結(jié)合區(qū)內(nèi)巖石組合特征及前人提出的島弧疊加地幔柱模式，認(rèn)為該BIFs形成于弧后盆地并有地幔柱疊加的構(gòu)造環(huán)境[31]。Ma等在研究固陽地區(qū)東五分子BIFs（年齡為2 538 Ma）時，認(rèn)為東五分子綠巖帶形成于太古宙板塊俯沖過程[32]；基于區(qū)內(nèi)兩種科馬提巖的發(fā)育，提出該BIFs的形成與洋中脊俯沖導(dǎo)致板片窗地幔上涌有關(guān)。此外，藍(lán)廷廣等發(fā)現(xiàn)魯東昌邑BIFs（年齡為2 193～2 240 Ma）沉積過程中有大量陸源碎屑物質(zhì)的參與，圍巖中含有較多酸性到中基性火山巖，總體上顯示雙峰式特征，認(rèn)為該BIFs形成于大陸裂谷環(huán)境[33]。李延河等對比了阿爾戈瑪型與蘇比利爾湖型BIFs的Si、O、Fe同位素特征，認(rèn)為兩種類型BIFs均由地球早期的海底熱液噴氣作用在大氣氧濃度不足現(xiàn)在大氣氧水平1%的還原條件下形成，二者屬于同一成礦系統(tǒng)[2627]；并進(jìn)一步指出，阿爾戈瑪型BIFs距離同期火山活動中心更近，形成時代稍早，多形成于環(huán)境更加還原的深水盆地，而蘇比利爾湖型BIFs與之恰好相反。

2地質(zhì)特征及形成時代

2.1容礦巖系

鞍本地區(qū)鐵礦是中國最大的條帶狀鐵礦成礦區(qū)，位于華北地臺東北緣膠遼臺隆的西北部[34]。除個別中太古代地層外，絕大多數(shù)條帶狀鐵礦賦存于新太古代的鞍山群火山沉積變質(zhì)巖系（綠巖帶）中（圖3、表1）。代堰锫等研究認(rèn)為，其原巖建造為基性火山巖中酸性（火山）雜砂巖、泥質(zhì)巖硅鐵質(zhì)沉積建造，礦床的形成與海相火山作用在時間上、空間上和成因上密切相關(guān)，屬于（火山）沉積變質(zhì)類型，相當(dāng)于阿爾戈瑪型鐵礦[19，23]。

鞍山地區(qū)的鐵礦包括東鞍山、西鞍山、齊大山和大孤山等。遼陽弓長嶺地區(qū)包括弓長嶺一礦區(qū)、二表1鞍山—本溪地區(qū)代表性BIFs鐵礦地質(zhì)特征

Tab.1Geological Features of BIFs Iron Deposits in AnshanBenxi Area地區(qū)礦區(qū)地層單元礦體形態(tài)與頂、底板巖性礦石礦物組合礦石構(gòu)造資料來源鞍山遼陽本溪大孤山櫻桃園組（未定）層狀鐵礦體，圍巖綠泥石英片巖、混合片麻巖磁鐵礦條帶狀構(gòu)造陳臺溝櫻桃園組層狀鐵礦體，頂板綠泥石英片巖，底板角閃石英片巖磁鐵礦+赤鐵礦條帶狀構(gòu)造東鞍山櫻桃園組層狀鐵礦體，賦存于絹云千枚巖、綠泥千枚巖中磁鐵礦+赤鐵礦條帶狀構(gòu)造西鞍山櫻桃園組層狀鐵礦體，賦存于絹云千枚巖、綠泥千枚巖中磁鐵礦+赤鐵礦條帶狀構(gòu)造胡家廟子櫻桃園組層狀鐵礦體，賦存于絹云千枚巖、綠泥千枚巖中磁鐵礦+赤鐵礦條帶狀構(gòu)造黑石砬子櫻桃園組層狀鐵礦體，賦存于絹云千枚巖、綠泥千枚巖中磁鐵礦+赤鐵礦條帶狀構(gòu)造齊大山櫻桃園組層狀鐵礦體，賦存于綠泥石英片巖、綠泥千枚巖中磁鐵礦+赤鐵礦條帶狀塊狀

蜂窩狀構(gòu)造小嶺子櫻桃園組層狀鐵礦體，呈殘留體產(chǎn)于混合花崗巖中磁鐵礦+赤鐵礦弓長嶺茨溝組層狀鐵礦體，賦存于綠泥石英片巖、斜長角閃巖中磁鐵礦+赤鐵礦+黃鐵礦條帶狀構(gòu)造弓礦二礦區(qū)西北茨溝組層狀鐵礦體，賦存于綠泥石英片巖、斜長角閃巖中磁鐵礦+赤鐵礦塊狀條帶狀構(gòu)造南芬茨溝組層狀鐵礦體，賦存于綠泥角閃片巖中磁鐵礦+赤鐵礦條帶狀

塊狀構(gòu)造歪頭山茨溝組層狀鐵礦體，賦存于斜長角閃巖中磁鐵礦+赤鐵礦條帶狀構(gòu)造徐家堡茨溝組層狀鐵礦體，賦存于斜長角閃巖中磁鐵礦+赤鐵礦條帶狀

塊狀構(gòu)造[19][23][9][9][9][9][29][9][20][9][19][19][9]礦區(qū)、獨(dú)木和中茨等。容礦巖系主要為絹云石英千枚巖、絹云綠泥片巖、綠泥石英片巖，夾變粒巖、磁鐵石英巖及薄層斜長角閃巖，原巖為泥質(zhì)粉質(zhì)沉積巖，夾硅鐵質(zhì)巖及少量基性—中酸性火山巖，變質(zhì)程度為綠片巖相。

本溪地區(qū)鐵礦包括南芬、歪頭山等，分布于本溪及北臺一帶。容礦巖系以斜長角閃巖、混合巖化片麻巖及黑云變粒巖為主，夾云母石英片巖、綠泥石英片巖及條帶狀磁鐵石英巖，原巖為基性—中酸性火山巖、火山碎屑巖，夾泥質(zhì)粉砂質(zhì)沉積巖和硅鐵質(zhì)巖，變質(zhì)程度為角閃巖相。

硅鐵建造中的含鐵石英巖雖然都具有類似的條帶狀構(gòu)造，但由于構(gòu)造位置及環(huán)境的差異，形成了鞍山群不同的巖石組合，如產(chǎn)于鞍山群櫻桃園組中的鐵礦，其容礦巖石組合為磁（赤）鐵石英巖千枚巖片巖組合，主要分布于鞍山地區(qū)，深部向磁鐵石英巖斜長角閃巖變粒巖組合相變。櫻桃園組的鐵礦床規(guī)模大，儲量豐富，分布有東鞍山、西鞍山、齊大山、胡家廟子等特大型礦床；產(chǎn)于茨溝組中的鐵礦主要分布在遼陽、本溪等地，原巖以基性熔巖為主，夾含鐵硅質(zhì)巖，少量陸源碎屑沉積，上部中酸性凝灰?guī)r增多。該組有兩個含鐵礦層位，自下而上為：①歪頭山段含鐵礦層位分布于歪頭山、梨樹溝等地，巖石類型主要有斜長角閃巖、角閃片麻巖夾陽起石磁鐵石英巖，已發(fā)現(xiàn)大型礦床1處，中型礦床3處；②弓長嶺段含鐵礦層位分布于遼陽、本溪等地，巖石類型主要有黑云變粒巖夾斜長角閃巖及磁鐵石英巖。該地已發(fā)現(xiàn)6處大型鐵礦床、10處中型鐵礦床，弓長嶺富礦體規(guī)模大，長可達(dá)1 800 m，厚2～30 m，全鐵（TFe）品位為455%～676%。

2.2礦物組成及演化

BIFs類型鐵礦石呈中細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)、條帶狀構(gòu)造，由鐵條帶及硅條帶組成[圖4（a）～（c）]。金屬礦物主要為磁鐵礦、赤鐵礦、假象赤鐵礦及少量黃鐵礦；脈石礦物以石英、角閃石、綠泥石、陽起石、透閃石[圖4（d）、（e）]及黑云母為主。BIFs中局部發(fā)育活化石英脈，兩側(cè)鐵條帶有增寬的跡象[圖4（f）]。磁鐵礦為自形—他形，粒度10～600 μm，局部被假象赤鐵礦交代。圖4鞍山—本溪地區(qū)BIFs鐵礦石及其顯微照片

Fig.4BIFs Iron Ores in AnshanBenxi Area and Their Photomicrographs有的磁鐵礦顯示弱定向構(gòu)造，局部被自形黃鐵礦包裹[圖4（g）]。赤鐵礦主要為他形粒狀，粒徑10～300 μm；局部可見被磁鐵礦包裹的板條狀赤鐵礦[圖4（h）]，該現(xiàn)象被認(rèn)為是BIFs中磁鐵礦形成于后期成巖過程、晚于早期赤鐵礦（水鐵礦脫水而成）的證據(jù)[36]。富鐵礦石顯示中粒變晶結(jié)構(gòu)及塊狀構(gòu)造，主要由磁鐵礦（體積分?jǐn)?shù)大于80%）及少量赤鐵礦（約10%）、黃鐵礦（約5%）、石英（小于5%）組成；局部可見富礦石中石英被綠泥石、陽起石交代破壞的現(xiàn)象。圍巖蝕變主要圍繞富鐵礦體發(fā)育，包括硅化、綠泥石化及黃鐵礦化等[37]。

鞍本地區(qū)BIFs鐵礦床礦石中磁鐵礦成分接近理想純磁鐵礦[23]，顯示沉積變質(zhì)成因；赤鐵礦多為次生氧化形成，可見磁鐵礦假象；富鐵條帶中石英粒度小于005 mm，貧鐵條帶中石英粒度大于01 mm，反映富鐵條帶晚于貧鐵條帶形成。部分礦石發(fā)育黃鐵礦化及陽起石化，表明部分富鐵礦的形成可能與后期熱液作用有關(guān)。綜合鏡下觀察結(jié)果及前人研究認(rèn)識，厘定出鞍本地區(qū)BIFs鐵礦經(jīng)歷了原生沉積、成巖作用、變質(zhì)變形作用和表生氧化等4個演化階段。每個階段主要礦物的生成順序見表2。

2.3BIFs鐵礦時代

圍巖與BIFs呈整合接觸，具有變火山巖的巖石學(xué)特征及地球化學(xué)性質(zhì)，表明上述BIFs屬于阿爾戈瑪型，其變火山巖圍巖年齡可大致代表BIFs沉積時代[11，14]。近期，鋯石UPb年代學(xué)顯示[19，23]，大孤山BIFs形成于3 101～3 110 Ma，陳臺溝、南芬及歪頭山BIFs分別沉積于2 551 Ma、2 554 Ma和2 563 Ma。此外，大孤山巖礦石SmNd混合等時線年齡為3 168 Ma，與其他礦區(qū)（年齡為2 642 Ma）差異很大，再次暗示大孤山BIFs形成時代特殊。據(jù)此，提出鞍本地區(qū)至少發(fā)育約310 Ga及約255 Ga兩期BIFs成礦事件（表3），后者在華北克拉通廣泛發(fā)育。表2鞍山—本溪地區(qū)BIFs鐵礦的礦物生成順序

Tab.2Paragenetic Chart for Minerals in BIFs Iron Deposits of AnshanBenxi Area

注：橢圓大小代表形成礦物的數(shù)量；橢圓在表中的位置表示礦物生成的先后順序。表3華北克拉通BIFs相關(guān)巖系鋯石UPb年齡統(tǒng)計結(jié)果

Tab.3Statistical Results of Zircon UPb Ages for BIFsassociated Rocks in North China Craton地點(diǎn)巖性產(chǎn)狀測年方法鋯石年齡/Ma碎屑鋯石巖漿鋯石變質(zhì)鋯石資料來源大孤山陳臺溝南芬綠泥石英片巖綠泥角閃片巖磁鐵石英巖BIFs夾層BIFs圍巖BIFs夾層BIFs夾層鋯石SIMS鋯石LAICPMS3 110±32[19]3 101±28[19]2 739±502 551±102 469±23[23]2 617±362 554±142 484±122 480±63[23]歪頭山斜長角閃巖BIFs夾層鋯石SIMS2 610±52 533±11[38]東鞍山黑云綠泥石英片巖BIFs夾層鋯石SHRIMP2 544±8[39]齊大山弓長嶺黑云變粒巖BIFs圍巖正長花崗巖侵入BIFs黑云綠泥石英片巖BIFs夾層角閃變粒巖BIFs圍巖蝕變石榴石巖單顆粒鋯石稀釋法鋯石SHRIMP2 533±53[14]2 503±10[38]2 530±6[26]約2 7002 528±10[27]1 861±25[14]近年來，國內(nèi)學(xué)者運(yùn)用高精度鋯石UPb定年方法研究鞍本地區(qū)含鐵巖系的形成時代（表3）。結(jié)果進(jìn)一步表明，鞍本地區(qū)的中—上鞍山群并不存在上、下層位關(guān)系，當(dāng)屬同一時代空間相變的產(chǎn)物[19，40]。這一研究結(jié)果有悖于鞍山地區(qū)表殼巖均形成于新太古代的認(rèn)識[41]，暗示在新太古代櫻桃園組地層之下可能存在更古老的地層單元。

綜上所述，目前國內(nèi)學(xué)者對鞍本地區(qū)鞍山群的劃分尚不準(zhǔn)確，詳細(xì)劃分方案需進(jìn)一步的工作。鞍本地區(qū)含鐵巖系多形成于約255 Ga，而大孤山BIFs形成于約310 Ga。在沒有地層缺失或未遭受構(gòu)造強(qiáng)烈影響的條件下，區(qū)內(nèi)深部存在尋找BIFs鐵礦的潛力。

3物質(zhì)來源與形成環(huán)境

代堰锫等對鞍本地區(qū)BIFs進(jìn)行了主、微量元素分析[19，23]。鞍本地區(qū)BIFs的SiO2含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為2443%～6932%，平均5162%；TFe2O3含量為2563%～5971%，平均4243%；二者占氧化物組分的8097%～100%，平均9406%。Al2O3含量為002%～264%，平均058%；MgO含量為008%～805%，平均216%；CaO含量為001%～714%，平均184%；其他氧化物組分含量均很低。極少數(shù)BIFs具有較高的燒失量，可能與BIFs中發(fā)育的碳酸鹽礦物（菱鐵礦等）有關(guān)。BIFs型礦石的TiO2與Al2O3含量之和為003%～269%，平均059%；由于TiO2及Al2O3不能被溶液引入，二者較低的含量暗示BIFs沉積過程中陸源碎屑物質(zhì)加入量較少。

在BIFs沉積過程中，稀土元素僅發(fā)生很小的分餾，因此，稀土元素示蹤被認(rèn)為是研究BIFs物質(zhì)來源的最佳手段[7]。Bau等指出前寒武紀(jì)BIFs稀土元素組成不會被后期低級變質(zhì)作用影響[4243]。由于鞍本地區(qū)BIFs僅經(jīng)歷了綠片巖相角閃巖相變質(zhì)過程[41]，并且其REY配分模式類似于世界上變質(zhì)程度很低的前寒武紀(jì)BIFs，因此，鞍本地區(qū)BIFs保留了原始沉積溶液的特征。鞍本地區(qū)BIFs稀土元素總含量（包括Y元素，表示為wREY）為（393～740）×10-6，平均206×10-6。 后太古代澳大利亞頁巖（Post Archean Australian Shale，PAAS）標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式（圖5）顯示，BIFs富集重稀土元素（w（La）N/w（Yb）N值為010～123，平均038），具有La正異常（098～390，平均152）、Y正異常（097～230，平均141）及高w（Y）/w（Ho）值（260～533，平均358），與現(xiàn)代海水稀土元素特征一致[44]，暗示BIFs沉積自海水。此外，鞍本地區(qū)BIFs還顯示強(qiáng)烈的Eu正異常（143～767，平均339），后者當(dāng)屬海底高溫（高于350 ℃）熱液的特征[43]。BIFs中Fe與稀土元素在運(yùn)移過程中不會發(fā)生分餾[7]，暗示鞍本地區(qū)BIFs中稀土元素與Fe可能均來自海水與海底高溫?zé)嵋旱幕旌先芤?。其中：w（·）表示元素或化合物含量；w（·）N表示元素含量球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的值。

BIFs in AnshanBenxi Area鞍本地區(qū)BIFs中微量元素Rb、Ba、Sr、Pb、V等含量相對較高，分別為（012～3450）×10-6、（018～21200）×10-6、（088～8490）×10-6、（041～2750）×10-6和（100～3810）×10-6。高場強(qiáng)元素地球化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在風(fēng)化、搬運(yùn)過程中不易流失，因此，陸源碎屑物質(zhì)的高場強(qiáng)元素負(fù)異常不甚明顯[4647]。微量元素組成顯示[23]，鞍本地區(qū)BIFs具有強(qiáng)烈的高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、Zr、Hf負(fù)異常，圖中圓點(diǎn)代表不同礦區(qū)樣品；Ce/Ce*值為2w（Ce）PAAS與w（La）PAAS+w（Pr）PAAS的比值；Pr/Pr*值為2w（Pr）PAAS與w（Ce）PAAS+

w（Nd）PAAS的比值；w（·）PAAS表示元素含量PAAS標(biāo)準(zhǔn)化后的值；圖（a）引自文獻(xiàn)[48]，圖（b）引自文獻(xiàn)[42]

圖6判別熱液組分加入量的二元混合模型和Ce異常判別圖解

Fig.6Bivariate Mixture Model Discriminating Hydrothermal Component Addition and Discriminant Diagram of Ce Abnormal暗示BIFs沉積過程中陸源碎屑物質(zhì)貢獻(xiàn)量極少?；鹕綆r和海相沉積物的w（Sr）/w（Ba）值大于1，陸源沉積巖的w（Sr）/w（Ba）值小于1；鐵質(zhì)頁巖的w（Ti）/w（V）值為133～1090，火山建造為13～85。鞍本地區(qū)BIFs的w（Sr）/w（Ba）值平均為581，w（Ti）/w（V）值平均為228，暗示BIFs的形成與火山作用具有成因聯(lián)系。

Alexander等介紹了一個二元混合模型來判斷原始混合溶液中海水與高溫?zé)嵋旱南鄬?；該模型顯示，僅需約01%的海底高溫?zé)嵋杭茨墚a(chǎn)生較大的Eu正異常[圖6（a）][48]。

自然界中Ce一般呈穩(wěn)定的三價離子。在氧化條件下，Ce會被氧化為四價，Ce4+易發(fā)生水解，從而導(dǎo)致BIFs的REY配分模式呈現(xiàn)Ce負(fù)異常。因此，根據(jù)Ce異?？梢杂行袛郆IFs沉積時古海洋的氧化還原狀態(tài)。Bau等認(rèn)為常規(guī)算法下Ce負(fù)異常的出現(xiàn)與La正異常有關(guān)，并建立了用常規(guī)算法計算的Ce異常和Pr異常來判別真正Ce負(fù)異常的圖解[42]。在該圖解中，絕大多數(shù)鞍本地區(qū)BIFs均位于La正異常區(qū)域，并未落于Ce負(fù)異常區(qū)域[圖6（b）]。本文采用Bolhar等推薦的算法[49]，Ce異常為075～144，平均099，同樣未顯示明顯Ce負(fù)異常。Ce負(fù)異常的缺失表明，BIFs沉積過程中海水整體處于缺氧環(huán)境。

4構(gòu)造背景及形成模式

4.1構(gòu)造背景

研究表明，陳臺溝BIFs圍巖綠泥石英片巖SiO2含量為6587%～6635%，Al2O3為1392%～1421%，TFe2O3為660%～722%，MgO為314%～346%，CaO為143%～156%，Na2O為404%～419%，K2O為135%～184%，TiO2、MnO及P2O5含量很低[19，23]。綜合研究表明，綠泥石英片巖原巖屬鈣堿性系列的火山巖。綠泥石英片巖稀土元素總含量為（951～1260）×10-6，w（La）N/w（Yb）N值為103～126，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式顯示綠泥石英片巖無明顯Eu負(fù)異常 （092～098）， 在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上，綠泥石英片巖顯示強(qiáng)烈虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti，并富集Rb、Th、U、LREE，類似于島弧長英質(zhì)火山巖，但與裂谷長英質(zhì)火山巖存在差異。

wc為球粒隕石含量；wNMORB為NMORB含量；Scotia BABB數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[52]

30%）以及較高的Al2O3含量（1109%～1445%）、MgO含量（744%～1731%）、 CaO含量（549%～1009%）和TFe2O3含量（1096%～1475%），其他氧化物含量均非常低[19，23]。歪頭山斜長角閃巖SiO2含量介于4606%～4842%，具有較高的Al2O3 含量（1385%～1496%）、MgO含量（672%～860%）、CaO含量（637%～978%）和TFe2O3 含量（1368%～1545%），但TiO2、MnO、K2O及P2O5含量均很低。研究表明，兩類巖石均屬正變質(zhì)巖，其原巖具有拉斑系列巖石的地球化學(xué)特征。南芬綠泥角閃片巖稀土元素含量變化較大，介于（158～372）×10-6，w（La）N/w（Yb）N值為071～144，無明顯Eu異常（083～122）；片巖具有較高的Rb含量（（233～112）×10-6）、Ba含量（（108～2030）×10-6）、Sr含量（（548～1170）×10-6） 及Zr含量（（248～542）×10-6）。歪頭山斜長角閃巖稀土元素總含量較為均一，介于（307～382）×10-6，w（La）N/w（Yb）N值為080～110，不具有明顯Eu異常（088～116）；微量元素中Rb含量（（191～884）×10-6）、Ba 含量（（295～142）×10-6）、Sr含量（（136～269）×10-6）、Zr 含量（（416～525）×10-6）及Pb含量（（414～1810）×10-6）較高，表明其原巖均為基性火山巖。

綜合來看，歪頭山和南芬礦區(qū)變基性巖圍巖具有低的K2O含量（009%～160%），與島弧拉斑玄武巖相似。Condie認(rèn)為島弧拉斑玄武巖具有較低的w（Ti）/w（V）值（低于30），而板內(nèi)玄武巖w（Ti）/w（V）值較大（大于30）；變基性巖w（Ti）/w（V）值為139～213，與島弧拉斑玄武巖一致[50]。Fitton等認(rèn)為陸內(nèi)拉張帶或初始裂谷玄武巖w（Th）/w（Ta）>4，一般為4～10[51]，變基性巖w（Ti）/w（V）值為155～506，平均266，表明其產(chǎn)出環(huán)境與大陸裂谷無關(guān)，而低的w（Th）/w（Ta）值是島弧玄武巖的特征。兩類巖石均顯示平坦的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式[圖7（a）]，輕、重稀土元素不存在明顯分餾，與大陸裂谷玄武巖右傾的稀土元素配分模式不一致，亦與正常型洋中脊玄武巖（NMORB）存在差別，而與Scotia弧后盆地玄武巖（Backarc Basin Basalt，BABB）相似。NMORB標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖顯示[圖7（b）]，變基性巖圍巖富集大離子親石元素Rb、Ba、Sr、K，其高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Zr、Ti等無明顯虧損，配分模式整體較為平坦，與Scotia弧后盆地玄武巖具有一致性。Fretzdorff等認(rèn)為，TMORB為過渡型洋中脊玄武巖；EMORB為異常型洋中脊玄武巖；圖（a）引自文獻(xiàn)[53]；圖（b）引自文獻(xiàn)[54]；圖（c）引自文獻(xiàn)[55]；

4.2形成模式

鞍本地區(qū)BIFs的w（Sr）/w（Ba）值平均為581，與火山巖w（Sr）/w（Ba）值（大于1）一致，且不同于陸源沉積巖（w（Sr）/w（Ba）<1）；w（Ti）/w（V）值平均為228，處于火山建造w（Ti）/w（V）值范圍（13～85），且與鐵質(zhì)頁巖存在較大差異（w（Ti）/w（V）值為133～1090[35]），暗示鞍本地區(qū)BIFs與火山作用具有成因聯(lián)系。對南芬、歪頭山和陳臺溝等BIFs鐵礦研究表明，這些BIFs均與火山活動關(guān)系密切，應(yīng)屬阿爾戈瑪型BIFs。

近年來，學(xué)者多采用變火山巖夾層（圍巖）的鋯石UPb年齡來間接限定阿爾戈瑪型BIFs的形成時代[11，1617]。代堰锫等對鞍本地區(qū)4個BIFs的夾層或圍巖進(jìn)行了SIMS及LAICPMS鋯石UPb定年[19，23]，結(jié)果顯示：大孤山綠泥石英片巖形成于3 101～3 110 Ma，代表BIFs沉積時代；陳臺溝綠泥石英片巖中巖漿鋯石指示BIFs形成于2 551 Ma；南芬綠泥角閃片巖中巖漿鋯石顯示BIFs沉積于2 554 Ma；歪頭山斜長角閃巖形成于2 563 Ma，代表該BIFs的沉積時代。大孤山BIFs形成于3 100 Ma，與其他3個礦區(qū)存在很大差別，同樣指示了大孤山BIFs形成時代的特殊性。但全球范圍古—中太古代BIFs比比皆是，如南非Berberton綠巖帶Moodies群中BIFs、津巴布韋克拉通Buhwa綠巖帶內(nèi)BIFs、烏克蘭地盾Konka超大群中BIFs、澳大利亞Yilgarn克拉通Cleaverville組中BIFs、印度SinghbhumOrissa克拉通Iron Ore 群中BIFs、巴西Amazonia克拉通Imataca雜巖內(nèi)BIFs等。綜合認(rèn)為，鞍本地區(qū)太古宙至少發(fā)育約310 Ga及約255 Ga兩期BIFs成礦事件。前者可能是迄今為止華北克拉通具有精確定年的最古老BIFs，后者則隸屬于新太古代末華北克拉通普遍發(fā)育的一期BIFs沉積事件。

基于對鞍本地區(qū)BIFs的元素地球化學(xué)研究，在BIFs沉積過程中陸源碎屑物質(zhì)攝入量很低，BIFs具有低的w（TiO2）+w（Al2O3）值。在微量元素蛛網(wǎng)圖中，BIFs具有強(qiáng)烈的高場強(qiáng)元素負(fù)異常。PAAS標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式顯示，鞍本地區(qū)BIFs兼具現(xiàn)代海水（重稀土元素富集、LaY正異常及高w（Y）/w（Ho）值）與海底高溫?zé)嵋海◤?qiáng)烈Eu正異常）的特征（圖5），暗示BIFs沉積自二者的混合溶液[67]，其中海底高溫?zé)嵋航M分僅占約01%[圖6（a）]。

BIFs是早期地球特殊環(huán)境的產(chǎn)物，能反映古大氣與古海洋環(huán)境[7]。由于BIFs沉積自海水并記錄了古海水的稀土元素特征，顯示重稀土元素富集、LaY正異常及高w（Y）/w（Ho）值等，暗示早前寒武紀(jì)海水與現(xiàn)代海水具有相似的稀土元素組成。鞍本地區(qū)絕大多數(shù)BIFs不具有明顯Ce負(fù)異常[圖6（b）]，表明BIFs沉積時古海洋處于缺氧環(huán)境[49]，這也正是形成BIFs的必要條件之一[67]。對全球BIFs年齡統(tǒng)計顯示，其形成時代幾乎連續(xù)分布于18～38 Ga[56]，暗示早前寒武紀(jì)海洋化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，長期處于缺氧與富Fe2+的環(huán)境。Huston等研究了FeSO礦物在不同物理化學(xué)條件下的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)Fe在高氧化、富硫環(huán)境的現(xiàn)代海水中溶解度非常低；要使Fe在海水中具有高溶解度以便被攜帶、運(yùn)移，其周圍海水必定是處于低硫狀態(tài)[5]。鏡下觀察表明，鞍本地區(qū)BIFs中僅發(fā)育少量黃鐵礦，暗示古海洋確實(shí)處于低硫條件，因此，BIFs的沉淀可能是原本含有大量Fe2+、處于低氧及低硫狀態(tài)的酸性溶液在運(yùn)移過程中遭遇環(huán)境突變（如氧氣濃度升高、pH值升高）的結(jié)果。

Gross研究表明，阿爾戈瑪型BIFs多形成于島弧與弧后盆地或克拉通內(nèi)裂谷[34]。大孤山與陳臺溝綠泥石英片巖原巖當(dāng)屬鈣堿性中—酸性火山巖，其稀土、微量元素組成與島弧長英質(zhì)火山巖一致，而與裂谷長英質(zhì)火山巖存在較大差別。由于阿爾戈瑪型BIFs與變火山巖圍巖（局部為礦體夾層）形成時代相近，二者理應(yīng)產(chǎn)于同一構(gòu)造背景，所以大孤山與陳臺溝BIFs沉積于火山弧環(huán)境。南芬與歪頭山礦區(qū)圍巖為拉斑質(zhì)的變基性巖，其w（Ti）/w（V）值、w（Th）/w（Ta）值及稀土元素配分模式均與裂谷玄武巖存在顯著差異，暗示其并非形成于大陸裂谷環(huán)境。兩類巖石均顯示較為平坦的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式及NMORB標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖，與Scotia弧后盆地玄武巖具有較強(qiáng)的一致性[圖7（b）]。在YLaNb構(gòu)造環(huán)境判別圖解上，變基性巖樣品落入弧后盆地玄武巖區(qū)域（圖8），因此，南芬與歪頭山變基性巖圍巖產(chǎn)于弧后盆地構(gòu)造背景，代表了兩個礦區(qū)BIFs的形成環(huán)境。

綜上所述，筆者建立了鞍本地區(qū)太古宙BIFs的沉積模式（圖9）。太古宙時期的海洋整體處于低氧逸度[56]、低硫逸度狀態(tài)，海底熱液通過淋濾洋殼向酸性海水中輸入大量Fe2+[57]。海水與海底高溫?zé)嵋旱幕旌先芤簲y帶Fe2+運(yùn)移至物理化學(xué)條件突變位置（如產(chǎn)氧細(xì)菌引起的氧氣濃度升高、pH值升高等），F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+，進(jìn)而形成Fe（OH）3并沉淀[56，58]。鞍本地區(qū)大規(guī)模BIFs沉積事件發(fā)生于約255 Ga，如陳臺溝、齊大山、弓長嶺、南芬及歪頭山BIFs等。鞍山地區(qū)BIFs形成于靠近島弧一側(cè)，其圍巖以中—酸性火山巖為主；本溪地區(qū)BIFs產(chǎn)于靠近弧后盆地一側(cè)，其圍巖以基性火山巖為主。在BIFs沉積過程中，偶爾伴隨有火山噴發(fā)事件，并形成BIFs火山巖夾層。

5結(jié)語

（1）鞍本地區(qū)BIFs由互層的硅鐵條帶組成，金屬礦物以磁鐵礦為主，含少量赤鐵礦、黃鐵礦及菱鐵礦等，圍巖主要為變火山巖。依據(jù)沉積構(gòu)造背景和圍巖巖性，鞍本地區(qū)BIFs主要屬阿爾戈瑪型。鋯石UPb年代學(xué)顯示，鞍本地區(qū)至少發(fā)育約310 Ga及約255 Ga兩期BIFs成礦事件。對鞍本地區(qū)4個BIFs的夾層或圍巖進(jìn)行SIMS及LAICPMS鋯石UPb定年，結(jié)果顯示大孤山BIFs形成于3 101～3 110 Ma，陳臺溝BIFs形成于2 551 Ma，南芬BIFs形成于2 554 Ma，歪頭山BIFs形成于2 563 Ma。

（2）鞍本地區(qū)BIFs的TiO2、Al2O3含量低，高場強(qiáng)元素呈負(fù)異常，PAAS標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式顯示重稀土元素富集，La、Y及Eu呈正異常，接近同時代虧損地幔的εNd（t）值（30～47）。BIFs中僅發(fā)育少量黃鐵礦，基本不顯示Ce負(fù)異常且富集鐵的重同位素（δ（57Fe）值為（013～273）×10-3），暗示新太古代古海洋整體處于低硫、缺氧環(huán)境。元素地球化學(xué)分析表明，鞍本地區(qū)的BIFs沉積于火山弧相關(guān)構(gòu)造背景。

（3）鞍本地區(qū)BIFs鐵礦形成于新太古代，該時期的海洋環(huán)境整體處于低氧逸度、低硫逸度狀態(tài)，海底熱液通過淋濾洋殼向酸性海水中輸入大量的Fe2+。海水與海底高溫?zé)嵋旱幕旌先芤簲y帶Fe2+運(yùn)移至物理化學(xué)條件變化地帶，F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+，進(jìn)而形成Fe（OH）3并沉淀。進(jìn)一步推測鞍山地區(qū)BIFs形成于靠近島弧一側(cè)，其圍巖以中—酸性火山巖為主，本溪地區(qū)BIFs產(chǎn)于靠近弧后盆地一側(cè)，其圍巖以基性火山巖為主。

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