科研进展

广州地化所在黛眉山地区的云梦山组“铁建造”研究方面取得进展

  

  铁建造是指含铁矿物层和富Si矿物层交互产出,具条带状、层状或薄板状构造,铁含量高于15%的化学沉积岩(图1)。铁建造作为地质历史时期主要的富铁沉积岩之一,其中铁的运移、转化和沉淀过程记录了当时地球表生环境的氧化还原状态,因此成为研究前寒武纪地球环境及铁地球化学循环的重要载体之一。然而,铁建造记录在18-8亿年内消失,促使学者寻找其它富铁沉积岩研究表生环境中铁的循环过程。

  18-8亿年期间,铁常以另一种形式赋存于沉积岩中,即在全球范围内广泛发育的一套富赤铁矿的红色-粉红色-棕色碎屑沉积岩——“红层”沉积。此外,华北克拉通南缘黛眉山地区约17亿年汝阳群云梦山组地层中发育了一套以赤铁矿为主的“铁建造”,以夹层或透镜体的形式赋存于云梦山组地层中,未见富硅-富铁的互层构造,异于18亿年前形成的传统意义上的铁建造(图2)。深入研究云梦山组“铁建造”的结构、组成与形成环境,对认识18-8亿年地球表生环境的氧化还原状态、真核生物起源与早期演化过程具有重大意义。

  中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室的博士研究生仇一凡,在赵太平研究员和香港大学李一良副教授的指导下,基于沉积学和矿物学,对黛眉山地区的云梦山组“铁建造”的沉积环境、矿物组合及物质来源进行了探讨。

  黛眉山地区的云梦山组“铁建造”主要由铁氧化物相和硅酸盐相组成,不具条带状、层状或薄板状构造,富含铁质核形石,见水平纹层。沉积学研究表明,云梦山组“铁建造”形成于间歇性暴露的潮上带-潮间带浅水环境。矿物学研究表明主要矿物为赤铁矿,含有少量伊利石及微量Fe2+硅酸盐矿物——黑硬绿泥石和铁滑石,未见早前寒武纪铁建造中常见的石英/燧石、磁铁矿、黄铁矿等矿物,暗示云梦山组“铁建造”中的铁来源于陆地岩石风化产生的可溶性Fe2+,而非海底热液。矿物共生组合和微观形貌特征表明,云梦山组“铁建造”形成于低氧环境中,铁氧化菌代谢活动可能是Fe2+氧化的主要方式。上述云梦山组“铁建造”异于早前寒武纪铁建造和显生宙铁岩的特征,指示云梦山组“铁建造”为这两类重要富铁沉积的过渡类型。

  作为铁建造消失后在华北克拉通出现的已知最古老的类“铁建造”富铁沉积,本研究通过详尽的沉积学和高分辨率矿物学研究确定了云梦山组“铁建造”的矿物学特征和岩石学特征。研究结果表明,陆地岩石的风化也可以为铁建造等富铁沉积提供大量铁,并且可能是部分富铁沉积的主要乃至唯一来源,同时该时期广泛发育的铁氧化菌等微生物代谢活动成为铁在表生环境循环转换的重要驱动力。此外,云梦山组“铁建造”的过渡特征表明,伴随着18亿年全球表生环境的突变,铁在表生环境中的地球化学循环过程发生变化,使得形成于深海环境中的条带状铁建造逐步转化为以云梦山组类“铁建造”为代表的新型富铁沉积岩。

  本研究对于理解18-8亿年大气、海洋和生物圈的状态及其相互作用具有重要意义,为全面认识前寒武纪铁的生物地球化学循环过程提供了新的思路。

图1澳大利亚西北部约24.6亿年的典型早前寒武纪条带状硅铁建造,可见明显富硅层-富铁层交替生长的条带状构造

图2 云梦山组类“铁建造”,以夹层或透镜体形式赋存于云梦山组地层中

  本研究受到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金重点项目联合资助,相关研究成果已经发表于国际学术期刊Applied Clay Science上。

  文章信息:Qiu, Y., Zhao, T., and Li, Y., 2020. The Yunmengshan iron formation at the end of the Paleoproterozoic era. Applied Clay Science. 199. https://doi.org/10.1016/j.clay.2020.105888

  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169131720304531?via%3Dihub