李志紅 朱祥坤 孫劍

中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所，國土資源部同位素地質(zhì)重點實驗室，大陸構(gòu)造與動力學國家重點實驗室，北京 100037

1 引言

條帶狀鐵建造(Banded Iron-Formations，簡稱BIFs)一般被認為是海相的化學沉積巖，在前寒武紀廣泛發(fā)育。最早的BIF形成于38億年前，25億年前左右達到峰值，到18億年前左右大規(guī)模的BIF結(jié)束，直到8～6億年前因雪球地球事件而在全球再次出現(xiàn)(Klein，2005)。BIF形成于前寒武紀，當時地球正處于大氣、海洋和生物演化的一個重要階段，因此，BIF記錄了地球早期大氣和海洋化學組成、地球深部過程、生物演化等重要信息。

BIF型鐵礦是全球最重要的鐵礦類型，根據(jù)其形成條件和成因，可進一步分為Algoma型、Superior型和Rapitan型(Gross，1965;Basta et al.，2011)。Algoma 型規(guī)模相對較小，并且與火山巖關(guān)系密切，產(chǎn)于大陸邊緣盆地或島弧盆地;Superior型規(guī)模較大，與火山巖關(guān)系不明顯，形成于被動大陸邊緣或陸內(nèi)裂谷;Rapitan型是指形成于雪球地球事件期間的BIF鐵礦。我國是世界上BIF型鐵礦重要發(fā)育區(qū)之一，華北地區(qū)太古宙-古元古代BIF型鐵礦最為豐富，主要集中于鞍山-本溪、冀東、五臺-呂梁等地區(qū)(Zhang et al.，2014);而華南江西新余是我國Rapitan型鐵礦的典型分布區(qū)。許多學者對新余和華北地區(qū)BIF鐵礦進行了詳細研究(錢祥麟等，1985;湯加富等，1987;翟明國等，1989;周世泰，1994;沈其韓，1998;李志紅等，2008，2010，2012;李延河等，2010;張連昌等，2012;李厚民等，2012)，但對其成礦物質(zhì)來源、形成機理及地球早期大氣-海洋氧化還原狀態(tài)的演化仍存在著不同的認識。

近年來，由于分析測試技術(shù)的提高，元素地球化學的研究被廣泛應(yīng)用于示蹤源區(qū)、成礦作用及沉積環(huán)境等許多方面(Robert and Ali，2007;Spier et al.，2007;Alexander et al.，2008;Halverson et al.，2011)。在對華北地區(qū)典型BIF鐵礦已有研究的基礎(chǔ)上(李志紅等，2008，2010，2012)，本文重點報道對江西新余BIF鐵礦進行的主量元素、微量元素和稀土元素研究，并和華北地區(qū)代表性BIF型鐵礦進行對比，進而探討鐵礦的成礦物質(zhì)來源與古環(huán)境的演化。

2 礦床地質(zhì)特征

江西新余式鐵礦是我國時代最新的BIF型鐵礦，處于華南加里東地槽褶皺帶北緣之武功隆起區(qū)(曾書明等，2011)。區(qū)內(nèi)出露地層主要為南華系和寒武系淺變質(zhì)巖，晚古生代地層發(fā)育齊全，鐵礦賦存于南華系楊家橋群下坊組。楊家橋群為一套火山-沉積碎屑巖及其火山-沉積硅鐵質(zhì)建造，據(jù)巖性組合由下而上劃分為古家組、下坊組和大沙江組。鐵礦經(jīng)歷了多次變質(zhì)作用，變質(zhì)程度主要為綠片巖相。由于多次構(gòu)造運動，形成了形態(tài)復雜多變的“紅綢舞”式的褶皺(圖1)。在新余鐵礦田內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有楊家橋、良山、松山等一批大中型鐵礦床，鐵礦床金屬礦物主要為磁鐵礦，脈石礦物主要為石英、綠泥石、黑云母(圖2)，礦石以粒狀變晶結(jié)構(gòu)、鱗片狀-粒狀變晶結(jié)構(gòu)為主，局部見交代結(jié)構(gòu)。鐵礦為南華冰期富祿間冰期之產(chǎn)物，其產(chǎn)出時代約為700～740Ma(湯加富等，1987)，相當于Rapitan型鐵礦。

華北地區(qū)是我國BIF鐵礦分布最廣泛且產(chǎn)出相對集中的區(qū)域，主要分布在遼寧鞍山-本溪、冀東、山西五臺-呂梁等地區(qū)。已有的研究表明，鞍本、冀東和五臺地區(qū)絕大多數(shù)BIF鐵礦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Algoma型，其形成時代約以2500Ma最為發(fā)育(Zhang et al.，2011;Nutman et al.，2011)。呂梁地區(qū)BIF 鐵礦主要賦存在呂梁群上部的袁家村組，是以沉積作用為主的鐵礦床，屬于Superior型，其形成時代為2300Ma左右(于津海等，1997)。鐵礦主要由磁鐵礦、赤鐵礦、角閃石、輝石和少量鐵白云石等礦物組成。

圖1 良山鐵礦的褶皺構(gòu)造Fig.1 The folding structure of BIF in Liangshan area

圖2 新余鐵礦的顯微照片F(xiàn)ig.2 Photomicrograph of BIF in Xinyu area

3 樣品及分析方法

新余地區(qū)采樣的鐵礦區(qū)分別為良山、楊家橋、松山、贛閩礦區(qū)。本次研究的礦石類型主要為磁鐵石英巖以及與礦石相鄰的上下盤圍巖(千枚巖)，鐵礦的主要組成礦物為磁鐵礦和石英。挑選新余地區(qū)新鮮且有代表性的磁鐵石英巖和圍巖共19個全巖樣品和冀東、五臺-呂梁地區(qū)22個鐵礦樣品進行了主量元素、微量元素和稀土元素的分析測定。

主量元素在國家地質(zhì)實驗測試中心的等離子光譜進行測定。首先分取約4g已溶解好的溶液于清洗干凈的塑料離心管中，加入同等重量的內(nèi)標溶液，搖勻后在IRIS型等離子光譜上進行主量元素的測定。對于FeO的檢測方法為:稱取試樣0.1000～0.5000g(稱樣量視樣品的氧化亞鐵含量定)于聚四氟坩堝中，加入氫氟酸和硫酸分解樣品，重鉻酸鉀標準溶液滴定氧化亞鐵含量。

微量元素和稀土元素分析在國家地質(zhì)實驗測試中心的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(TJA-PQ-ExCell ICP-MS)上進行測定。稱取全巖粉末樣品放入Teflon瓶中，往瓶中加入HF和HNO3混合酸且用Teflon封閉反應(yīng)罐進行溶樣，溶解后的樣品在等離子體質(zhì)譜儀上進行微量元素和稀土元素的分析測試。用組合標準工作溶液對儀器進行標準化，以含0.8mol/L HNO3的高純水得到的計數(shù)率與內(nèi)標計數(shù)率的比值為低點，以組合標準工作溶液中各元素的計數(shù)率與內(nèi)標計數(shù)率的比值為高點，得到各元素的兩點標準化直線，然后對樣品溶樣進行測定。在95%的置信度范圍內(nèi)，RSD優(yōu)于10%。

4 地球化學特征

4.1 主量元素

研究區(qū)樣品的主量元素化學分析數(shù)據(jù)列于表1。由表1可知，新余地區(qū)鐵礦石Fe2O3T含量的變化范圍為18.86% ～55.40%，平均值為30.77%;SiO2含量的變化范圍為30.00%～59.70%，平均值為 48.08%;Al2O3含量的變化范圍為1.63% ～5.26%，平均值為 3.56%;TiO2含量的變化范圍為0.14% ～0.39%，平均值為0.29%。與鐵礦相比，圍巖具有極低的Fe2O3T和更高的 SiO2、Al2O3、TiO2含量。其中，圍巖Fe2O3T含量的變化范圍為 0.91% ～4.26%，平均值為2.14%;SiO2含量的變化范圍為 59.40% ～75.30%，平均值為 67.88%;Al2O3含量的變化范圍為 6.48% ～16.90%，平均值為 11.51%;TiO2含量為 0.54% ～0.91%，平均值為0.73%。因此，新余地區(qū)鐵礦石主要由Fe2O3T和SiO2組成，而其它組分的含量較低。

華北地區(qū)BIF鐵礦的主量元素具有非常相似的特征，即化學成分主要為SiO2、Fe2O3T，其它組分(Al2O3和TiO2等)的含量均極低。其中，鞍本地區(qū)鐵礦Fe2O3T含量的平均值為45.03%;SiO2含量的平均值為51.15%;Al2O3含量的平均值為0.66%(李志紅等，2008，2012)。由表1可知，冀東地區(qū)鐵礦Fe2O3T含量的平均值為48.96%;SiO2含量的平均值為47.57%;Al2O3含量的平均值為0.24%。五臺地區(qū)鐵礦Fe2O3T含量平均值為 47.26%;SiO2含量的平均值為含量的平均值為0.53%。呂梁地區(qū)鐵礦含量的平均值為53.57%;SiO2含量的平均值為47.28%;Al2O3含量的變化范圍為0.09% ～0.42%，平均值為0.17%。

由上可知，新余和華北地區(qū)BIF鐵礦的主量元素特征非常相似，即均主要由Fe2O3T和SiO2組成;主要差異為新余地區(qū)鐵礦Al2O3和TiO2的含量增加。這些特征表明與華北BIF相比，新余地區(qū)鐵礦是由相對較多碎屑物質(zhì)加入的化學沉積建造。

圖3 新余地區(qū)鐵礦(a)和圍巖(b)的微量元素圖解及新余與華北地區(qū)BIF鐵礦的微量元素對比圖解(c)Fig.3 PAAS-normalized trace element compositions of BIF(a)and of wall-rocks(b)in Xinyu area，and comparison of PAAS-normalized trace element compositions of BIF between Xinyu and North China(c)

4.2 微量元素

研究區(qū)樣品的微量元素分析結(jié)果列于表1，用PAAS(Post Archean Australian Shale)(McLennan，1989)進行標準化后的微量元素圖解如圖3所示。

新余地區(qū)鐵礦石中絕大部分微量元素的平均含量較華北BIF高(表1、圖3a)。其中，Rb含量的變化范圍為0.19×10-6～76.4×10-6，平均值為19.47×10-6;Zr含量的變化范圍為54.6×10-6～223 ×10-6，平均值為124.1×10-6;Hf含量的變化范圍為0.88×10-6～3.59×10-6，平均值為2.13 ×10-6;Nb含量的變化范圍為 2.75 ×10-6～7.55 ×10-6，平均值為5.61×10-6;Ta含量的變化范圍為 0.11×10-6～0.42×10-6，平均值為0.28×10-6;Co含量的變化范圍為20.7×

10-6～557×10-6，平均值為132.3 ×10-6。圍巖具有更高的微量元素含量(表1，圖3b)，其中，Rb(變化范圍為0.33×10-6～221×10-6，平均值為 97.11 ×10-6)、Zr(變化范圍為169×10-6～1695×10-6，平均值為 593.1×10-6)、Nb(變化范圍為12.7 ×10-6～45.7 ×10-6，平均值為24.23×10-6)含量均比鐵礦中相應(yīng)元素的含量高。

表1 新余和華北地區(qū)條帶狀鐵建造的主量元素(wt%)、微量元素和稀土元素(×10-6)組成Table 1 Major(wt%)，trace and rare earth element(×10-6)compositions of BIF from Xinyu and North China area

續(xù)表1Continued Table 1

續(xù)表1Continued Table 1

續(xù)表1Continued Table 1

華北地區(qū)鐵礦具有相似的微量元素含量，各元素的含量均較低(表1、圖3c)。其中，鞍本地區(qū)鐵礦Rb含量的變化范圍為0.46×10-6～0.74 ×10-6，平均值為 0.58 ×10-6;Zr含量的變化范圍為0.36×10-6～1.13×10-6，平均值為0.68 ×10-6;Nb含量的的變化范圍為 0.05 ×10-6～0.13 ×10-6，平均值為0.10×10-6(李志紅等，2012)。冀東地區(qū)鐵礦Rb含量的變化范圍為0.39×10-6～8.21×10-6，平均值為1.71 ×10-6;Zr含量的變化范圍為 0.78 ×10-6～6.17 ×10-6，平均值為2.59×10-6;Hf含量的變化范圍為 0.02 ×10-6～0.16×10-6，平均值為0.07×10-6;Nb含量的變化范圍為0.14×10-6～1.32×10-6，平均值為 0.39 ×10-6;五臺地區(qū)鐵礦 Rb含量的變化范圍為 0.01 ×10-6～5.73 ×10-6，平均值為 1.5×10-6;Hf含量的變化范圍為 0.01 ×10-6～0.55 ×10-6，平均值為0.22×10-6;Nb含量的變化范圍為0.10×10-6～0.69×10-6，平均值為 0.30 ×10-6;Th 含量的變化范圍為0.02×10-6～0.96×10-6，平均值為 0.39 ×10-6;Co含量的變化范圍為 2.15 ×10-6～8.96 ×10-6，平均值為 4.49 ×10-6。呂梁地區(qū)鐵礦Rb含量的變化范圍為0.16×10-6～1.88×10-6，平均值為 0.51 ×10-6;Zr含量的變化范圍為1.22×10-6～5.75×10-6，平均值為2.38 ×10-6;Nb含量的變化范圍為 0.09 ×10-6～0.76 ×10-6，平均值為 0.21 ×10-6;Th含量的的變化范圍為 0.05 ×10-6～0.19 ×10-6，平均值為0.10×10-6;Co含量的變化范圍為 0.44×10-6～4.92 ×10-6，平均值為 1.74 ×10-6。

由上可知，華北地區(qū)鐵礦的微量元素具有大致相似的特征，即微量元素含量均較低(絕大多數(shù)微量元素的含量小于10×10-6);與華北BIF鐵礦相比，新余地區(qū)鐵礦的Rb、Zr、Hf、Nb、Ta、Co 等微量元素含量升高(圖3c)，這可能與更高含量碎屑物質(zhì)加入有關(guān)。

4.3 稀土元素

研究區(qū)樣品的稀土元素分析結(jié)果列于表1，經(jīng)PAAS標準化后的稀土元素配分圖解如圖4所示。La異常用La/La*=LaPAAS/(3PrPAAS-2NdPAAS)來計算;Ce異常用 Ce/Ce*=2CePAAS/(LaPAAS+PrPAAS)來計算;Eu異常用 Eu/Eu*=2EuPAAS/(SmPAAS+GdPAAS)來計算;Y異常用Y/Y*=2YPAAS/(DyPAAS+HoPAAS)來計算(Robert et al.，2004)。

新余地區(qū)鐵礦石和圍巖樣品經(jīng)PAAS標準化后的REE配分曲線分別如圖4a，b所示。由表1和圖4a，b可知，鐵礦石的稀土元素總量相對較高(ΣREE=60.39×10-6～216.3 ×10-6，平均值為127.6 ×10-6);稀土元素的配分圖解顯示:輕稀土相對虧損，重稀土相對富集(Pr/Yb=0.14～0.53);無明顯的 Eu 和 Y 正異常(Eu/Eu*=0.67 ～1.09，Y/Y*=0.85 ～1.11)，低 Y/Ho 比值(Y/Ho=21.28 ～ 29.81)。圍巖的稀土元素總量更高(ΣREE=148.6×10-6～826.9×10-6，平均值為 367.2×10-6)呈現(xiàn) Eu負異常(Eu/Eu*=0.48 ～0.93)、正負 Y 異常(Y/Y*=0.79 ～1.13)和低 Y/Ho比值(Y/Ho=21.88 ～26.34)。

華北地區(qū)鐵礦具有非常一致的稀土元素特征(表1、圖4c)。其中，鞍本地區(qū)鐵礦稀土元素總量較低(ΣREE=3.16×10-6～24.02×10-6);輕稀土相對虧損，重稀土相對富集(Pr/Yb=0.17 ～ 0.51);呈現(xiàn) La 正異常(La/La*=1.03 ～2.12)、強烈的 Eu正異常(Eu/Eu*=2.17 ～6.48)和 Y 正異常(Y/Y*=1.15 ～2.02)，且 Y/Ho比值的變化范圍為 30.36～50(李志紅等，2008，2012)。冀東地區(qū)鐵礦的稀土總量低(ΣREE=8.83×10-6～48.34×10-6);LREE 相對虧損(Pr/Yb=0.19 ～0.53);具有明顯地 La正異常(La/La*=1.12 ～2.00)、Eu 正異常(Eu/Eu*=1.59 ～5.56)、Y 正異常(Y/Y*=1.21 ～2.20);Y/Ho比值的變化范圍為 30.25 ～54.01。五臺地區(qū)鐵礦稀土元素的總量較低(ΣREE=10.61×10-6～36.13 ×10-6);LREE 相對虧損(Pr/Yb=0.23 ～0.48);明顯地 La正異常(La/La*=1.01 ～2.01)、Eu 正異常(Eu/Eu*=2.14 ～4.40)、Y 正異常(Y/Y*=1.18 ～1.62);Y/Ho比值的變化范圍為31.29～38.44。呂梁地區(qū)鐵礦稀土元素的總量較低(ΣREE=6.94×10-6～26.25 ×10-6);LREE 相對虧損(Pr/Yb=0.17 ～0.36);明顯地 La正異常(La/La*=1.06 ～2.26)、相對弱的 Eu 正異常(Eu/Eu*=1.43 ～2.53)、Y 正異常(Y/Y*=1.18 ～1.60);Y/Ho比值的變化范圍為 30.97～39.28。

由上可知，華北地區(qū)鐵礦具有非常一致的稀土元素特征，即稀土總量低;輕稀土相對虧損，重稀土相對富集;呈現(xiàn)La、Eu、Y的正異常和高Y/Ho比值。與華北BIF鐵礦相比，新余地區(qū)鐵礦也具有輕稀土相對虧損，重稀土相對富集的分餾模式;但稀土總量較高，無明顯的Eu和Y正異常、且較低Y/Ho比值(圖4c)，這可能與碎屑物質(zhì)加入有關(guān)。

5 討論

5.1 成礦物質(zhì)來源演化

如前所述，新余和華北地區(qū)BIF鐵礦化學成分均主要由SiO2、Fe2O3T組成，其它組分(MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、Al2O3和TiO2)的含量較低。已有的研究表明，高溫和低溫熱液流體中通常富集Fe和Si組分(Gurvich，2006)，而Al、Ti等組分反映了陸源物質(zhì)加入的多少。因此，新余和華北和的BIFs均為典型的化學沉積建造，碎屑物質(zhì)較少。

華北BIF鐵礦呈現(xiàn)輕稀土相對虧損，重稀土相對富集;Eu、La、Y的正異常。與華北BIFs相似，新余區(qū)鐵礦也具有輕稀土相對虧損，重稀土相對富集的分餾模式，但無明顯的Eu和Y正異常。由新余、華北BIF、熱液和現(xiàn)代海水的稀土配分圖解可以看出(圖5)，現(xiàn)代海水的REE配分模式具有輕稀土虧損、重稀土富集、La和Y正異常的特征(Bau et al.，1995;Zhang and Nozaki，1996;Alibo and Nozaki，1998);海底高溫熱液通常具有強烈的 Eu正異常(Danielson et al.，1992;Bau and Dulski，1999);海底低溫熱液顯示弱的或者無Eu正異常(Michard et al.，1993)。由表1和圖6可知，不同時代和不同類型BIF中銪異常的程度不同，例如，新太古代鞍本、冀東、五臺地區(qū)Algoma型鐵礦Eu/Eu*平均值為3.25、古元古代呂梁地區(qū)Superior型鐵礦Eu/Eu*平均值為1.77，新元古代新余地區(qū)Rapitan型鐵礦Eu/Eu*平均值為0.93。這些數(shù)據(jù)表明，隨著BIF沉積年齡的減小，高溫熱液流體對于海洋的貢獻相對減少，而低溫熱液的貢獻相對增加(Sreenivas and Murakami，2005)。也就是說，高溫熱液對華北地區(qū)新太古代或古元古代的BIF的貢獻明顯，而對新元古代的新余式鐵礦的貢獻不明顯。海洋中鐵源的這一演化趨勢與地球的熱演化是一致的。

圖5 新余和華北BIF、熱液、海水的REE配分圖解Fig.5 PAAS-normalised REE diagram of BIFs from Xinyu and North China，hydrothermal fluids and seawater

圖6 Eu異常隨時間的演化圖解Fig.6 Diagram showing the temporal trend of Eu anomalies of BIFs

另外，由表1和圖7可知，與太古代-古元古代的華北BIF具有極低的稀土總量相比(ΣREE=15.35×10-6)，新元古代的新余鐵礦稀土總量較高(ΣREE=127.6×10-6)，這可能與陸源碎屑物質(zhì)的加入有關(guān)(Arora et al.，1995)。Y3+和Ho3+具有相似的離子半徑而被認為具有相似的地球化學行為，但由于表層絡(luò)合能力的不同，使得Ho從海水中沉淀的速率比Y約高兩倍，Y/Ho比值成為區(qū)別海相和非海相沉積環(huán)境的有用指標(Nozaki et al.，1997)。研究表明，球粒隕石的Y/Ho比值為26～28，上地殼巖石和陸源沉積物的Y/Ho比值與球粒隕石相似;現(xiàn)代海水的Y/Ho為44～74(Bau and Dulski，1996);由表1和圖8可知，華北地區(qū)BIF的Y/Ho平均值為37.40，明顯高于球粒隕石平均值，而更接近于海水的Y/Ho值;新余鐵礦Y/Ho平均值為26.50，與陸源沉積物的相似。因此，盡管華北和新余的BIFs都是海相沉積的產(chǎn)物，但他們指示的古海洋地球化學特征不盡相同。華北地區(qū)的BIFs的地球化學特征反映了這些鐵建造沉積與典型的海洋環(huán)境;而新余地區(qū)BIFs的地球化學特征則反映了這些化學沉積建造中有更多碎屑組分加入，或這個時期的海水與典型海水的化學成分有所不同。

圖7 ∑REE隨時間的演化圖解Fig.7 Diagram showing the temporal trend of∑REE contents of BIFs

圖8 Y/Ho比值隨時間的演化圖解Fig.8 Diagram showing the temporal trend of Y/Ho ratios of BIFs

5.2 古海洋氧化還原狀態(tài)演化與雪球地球事件

Ce、Eu和Fe是對氧化還原敏感的元素，通常被用來示蹤氧化還原環(huán)境的變化。在自然界，REE常呈穩(wěn)定的+3價離子，當環(huán)境發(fā)生氧化-還原變化時Ce被氧化為四價，Eu可還原為二價，從而使Ce、Eu等元素與其他REE元素發(fā)生解耦，即產(chǎn)生REE配分曲線中的異常。鐵是一種很活潑的元素，主要以0、+2、+3價形式存在，鐵的變價特征導致它在不同的氧化還原反應(yīng)中顯示出不同的地球化學性質(zhì)。

與其它稀土元素相比，Ce異常的判別往往會受到La正異常的影響。因此，本文采取了Bau and Dulski(1996)的Ce/Ce*-Pr/Pr*圖解來判斷真正的Ce負異常(圖9中灰色區(qū)域代表Ce負異常)。我們將新余和華北地區(qū)BIF數(shù)據(jù)投在判別圖解上，可以看出:無論是新余還是華北地區(qū)BIF鐵礦，絕大部分樣品均落在了La正異常區(qū)域，并未落在Ce負異常區(qū)域，因此，新余和華北地區(qū)BIF中Ce/Ce*值并不是真正的Ce負異常，而是意味著La的正異常。通常，Ce的負異常被認為反映了氧化環(huán)境，在氧化的海水中，經(jīng)頁巖標準化后的海水具有強烈的 Ce負異常(Bau et al.，1995;Zhang and Nozaki，1996;Alibo and Nozaki，1998);然而，低氧或缺氧的海水缺乏明顯的Ce負異常。這是因為在氧化的海水中，Ce3+氧化成Ce4+，Ce4+易發(fā)生水解而被Fe-Mn的氫氧化物、有機物和粘土等吸附而發(fā)生沉淀，造成海水中Ce的虧損(Byrne and Sholkovitz，1996)。與現(xiàn)代的化學沉積巖(例如灰?guī)r)或現(xiàn)代海水顯示強烈Ce負異常不同，新余和華北地區(qū)BIF鐵礦均缺乏Ce負異常，表明在鐵礦沉積時海水的氧化還原狀態(tài)為氧逸度很低的環(huán)境。

前人的研究表明，F(xiàn)e同位素可以用來示蹤地質(zhì)歷史中海水的氧化還原狀態(tài)(Rouxel et al.，2005;Whitehouse and Fedo，2007;Anbar and Rouxel，2007;von Blanckenburg et al.，2008)。當海洋完全氧化時，海水中的Fe接近完全沉淀，也就是沒有發(fā)生鐵同位素分餾，那么沉淀的Fe3+氧化物的鐵同位素代表了當時海水的鐵同位素信息。已有的研究表明，海水鐵同位素的δ56Fe值為負值或接近于零(Johnson et al.，2008)。當海水中的Fe完全氧化時，F(xiàn)e3+氧化物的δ56Fe值也在零附近。而海洋還沒有完全氧化時，海水中的Fe部分沉淀，生成Fe3+氧化物會發(fā)生Fe同位素分餾，并且相對于溶液中的二價鐵，沉淀物呈現(xiàn)重同位素富集(Bullen et al.，2001;Balci et al.，2006)。華北新太古代鞍本地區(qū)和廣西新元古代BIF鐵礦均富集鐵重同位素(李志紅等，2008，2012;閆斌等，2010)，正的Fe同位素比值表明海水中的鐵發(fā)生了部分而非完全氧化。這說明在形成新余和華北鐵礦的新元古代-太古代，海洋中氧化劑的含量是有限的，即當時鐵礦沉淀的海洋處于一種低氧逸度的狀態(tài)。

圖9 Ce負異常的判別圖解(據(jù)Bau and Dulski 1996)(ⅢA)-Ce正異常;(ⅢB)-Ce負異常;(ⅡA)-La正異常且無Ce異常;(ⅡB)-La負異常且無Ce異常Fig.9 Ce/Ce*versus Pr/Pr*discrimination diagram established by Bau and Dulski(1996)(IIIA)-positive Ce anomaly;(ⅢB)-negative Ce anomaly;(ⅡA)-positive La anomaly but no Ce anomaly;(ⅡB)-negative La anomaly but no Ce anomaly

應(yīng)當指出，盡管形成新元古代新余BIF時的海洋處于與新太古代類似的低氧逸度狀態(tài)，但這并不一定意味著整個元古宙的海洋環(huán)境都處于低氧逸度狀態(tài)。研究表明，太古宙和古元古代早期氣球處于貧氧還原狀態(tài)。但在2.4Ga左右，大氣圈的氧逸度開始明顯上升，稱為大氧化事件(Catling and Claire，2005)。隨著大氣氧逸度的升高，海水的氧逸度也逐漸升高，使得表層海水被氧化(Holland，1984;Bekker et al.，2004)。海水中的Fe2+逐漸被氧化生成Fe3+沉淀物，含量隨之逐步減少，導致了1.8Ga前后全球性的BIF在沉積地層中的消失。整體而言，與太古宙和古元古代早期相比，中、新元古代地球大氣和海洋的氧逸度已明顯升高(Kump，2008)。

然而，新元古代新余式條帶狀鐵建造記錄的水體氧化還原條件與新太古代的類似。這種看似與前人研究相矛盾的結(jié)果實際上是新元古代特殊地質(zhì)事件的反映。新元古代晚期，地球的氣候系統(tǒng)發(fā)生了巨大的變化，出現(xiàn)了幾次地球歷史上最嚴酷的冰期，被稱為新元古代“雪球地球”事件(Hoffman et al.，1998)。根據(jù)“雪球地球”假說，全球性冰蓋隔絕了大氣與海洋間的物質(zhì)交換，造成海洋停滯，出現(xiàn)了還原性的海洋水體。在還原條件下，可溶性Fe2+在海水中富集。海水中富集的鐵不僅包括海底熱液的貢獻，也有來自海底風化和在還原條件下海洋沉積物中鐵重新活化的組份。與新太古代和古元古代不同，新元古代海洋中高溫熱液對鐵的貢獻不再占主導地位。

一旦冰蓋融化，這種富鐵的還原性海水被氧化，就會出現(xiàn)大量含鐵建造。新余式鐵礦正是雪球地球事件的產(chǎn)物。因此，中斷十余億年之后，條帶狀鐵建在新元古代的重新出現(xiàn)為雪球地球假說提供了有力證據(jù)。重鐵同位素富集和Ce異常缺失等特征指示的低氧逸度環(huán)境，表明新余式鐵建造形成于冰蓋開始融化的初期，當時的海洋還不是一個開放環(huán)境，沒有與大氣進行充分的物質(zhì)交換。冰川溶化后大量懸浮細碎屑物質(zhì)的淡水加入，可能導致新余式鐵建造相對富集碎屑物質(zhì)和Y異常不明顯的原因。

6 結(jié)論

本文報道了新余鐵礦和華北地區(qū)BIF鐵礦的主量元素、微量元素、稀土元素等地球化學數(shù)據(jù)，通過新余和華北BIF鐵礦元素地球化學特征的詳細對比，得到如下結(jié)論:

(1)新余和華北地區(qū)BIF鐵礦的化學成分均主要由Fe2O3T和SiO2組成、經(jīng)頁巖標準化的稀土元素配分曲線均呈現(xiàn)輕稀土虧損、重稀土富集的分餾模式。與華北BIF相比，新余鐵礦具有更高的Al2O3和TiO2含量、微量元素含量、稀土總量，以及更低的Eu異常和Y/Ho比值，這些特征均表明華北和新余地區(qū)的BIF都是化學沉積的產(chǎn)物，但與華北地區(qū)的BIF相比，新余地區(qū)的BIF中碎屑物質(zhì)較多，高溫熱液對成礦物質(zhì)的貢獻不顯著。

(2)新余和華北地區(qū)BIF中均缺乏明顯的Ce負異常，且同時代的BIF富集重鐵同位素，說明當時鐵礦沉淀的水體為低氧逸度環(huán)境。

(3)新余地區(qū)的BIF是新元古代雪球地球事件的產(chǎn)物，形成于冰蓋開始融化的初期，當時的海洋沒有與大氣進行充分的物質(zhì)交換。

致謝 江西新余良山鐵礦的羅輝平和江西省地礦局九零二地質(zhì)大隊在野外考察期間給予了很大幫助;張招崇教授和兩位評審人對文稿進行了認真審閱，并提出了建設(shè)性意見;在此一并致以最誠摯的感謝!

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