山西五台绿岩带柏枝岩组条带状铁建造(BIFs)成因及其环境意义

摘要

五台绿岩带BIFs主要分布在金岗库组、文溪组和柏枝岩组中,其中以柏枝岩组BIFs铁矿最具工业规模和开采价值.对柏枝岩组8个BIFs矿区及出露点的12件铁矿石和1件变质火山岩样品进行了岩相学、地质年代学和地球化学分析.研究表明,柏枝岩组BIFs自东向西含铁矿物由磁铁矿逐渐转变为碳酸铁矿物(铁白云石或菱铁矿),对应的CaO含量和FeO/Fe2O3值有明显增加的趋势.LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,BIFs赋存的变质火山岩(石英绿泥钠长片岩)原岩形成于(2526±14) Ma,代表了柏枝岩组BIFs的沉积年龄.高Al2O3、TiO2、HFSE和TREY含量及其之间呈正相关性暗示BIFs中有微量陆源碎屑物质混染,并且根据La/Sc,Th/Sc和Zr/Sc值认为这些物质主要来源于地壳长英质碎屑.尽管如此,大部分BIFs显示出一致的La正异常、Y正异常、LREE亏损、HREE富集及高于球粒陨石的Y/Ho值的特征,与现代海水REY特征相一致.并且BIFs还显示出强烈的正Eu异常,表明有高温热液流体的参与.根据改进的Sm/Yb vs.Y/Ho和Eu/Sm vs.Sm/Yb元素混合计算模型可知,柏枝岩组BIFs的成矿物质来源于大量海水和少量海底高温热液(0.1％～1％)的混合,并在沉积过程中混入少量地壳长英质碎屑组分(＜0.1％).相比西部富碳酸盐BIFs,东部和中部富磁铁矿BIFs受到地壳长英质碎屑的贡献比例更大.此外,根据五台绿岩带新太古代—古元古代"二阶段"构造演化模型,柏枝岩组BIFs形成于第一阶段的末期.并且,依据无Ce异常、正Eu异常、较低的Th/U值和极高的Fe/Mn值,认为沉积时水体整体处于缺氧状态,但其水体是不均一的,出现了细微的氧化还原分层.西部富碳酸盐BIFs因沉积于深部的还原水体中而具有更高的正Eu异常,而中部和东部富磁铁矿BIFs沉积于相对较浅的弱还原水体中而具有较低的Eu异常.