鞍山—本溪地区前寒武纪条带状铁建造铁矿时代、物质来源与形成环境

张连昌+代堰锫+王长乐+刘利+朱明田

摘要：前寒武纪条带状铁建造（BIFs）蕴含丰富的铁矿石资源，记录了早期地球演化的重要信息。鞍山—本溪地区发育巨量的太古宙BIFs。鞍山—本溪地区BIFs由互层的硅铁条带组成，金属矿物以磁铁矿为主，含少量赤铁矿、黄铁矿及菱铁矿等。围岩与BIFs呈整合接触，具有变火山岩的岩石学特征及地球化学特征，表明BIFs属于阿尔戈玛型，其变火山岩围岩年龄可大致代表BIFs沉积时代。锆石UPb年代学显示，鞍山—本溪地区至少发育约3.10 Ga及约2.55 Ga两期BIFs沉积成矿事件，后者在华北克拉通广泛发育。鞍山—本溪地区BIFs地球化学具有以下特征：①低的TiO2与Al2O3含量及高场强元素负异常，表明沉积过程中陆源碎屑物质加入量很少；②PAAS标准化REE配分模式显示重稀土元素富集，La、Y及Eu正异常，暗示BIFs沉积自海水与海底高温热液的混合溶液；③接近同时代亏损地幔的εNd（t）值（3.0～4.7），表明Fe可能来源于海底热液活动淋滤洋壳；④BIFs中仅发育少量黄铁矿，基本不显示Ce负异常且富集铁的重同位素（δ（57Fe）值为（0.13～2.73）×10-3），暗示古海洋整体处于低硫、缺氧环境，BIFs的沉淀可能与富Fe2+溶液遭遇环境突变有关。元素地球化学分析表明，大孤山与陈台沟围岩具有弧火山岩特征，南芬与歪头山围岩类似于弧后盆地玄武岩，因此，鞍山—本溪地区BIFs沉积于火山弧相关构造背景。

关键词：条带状铁建造；太古宙；物质来源；形成机制；构造背景；鞍山—本溪地区；华北克拉通

中图分类号：P618.31文献标志码：A

0引言

条带状铁建造（Banded Iron Formations，BIFs） 是指全铁含量（质量分数，下同）大于15%，由富铁矿物（以磁铁矿或赤铁矿为主）和脉石矿物（以石英为主）组成的具有条带状或条纹状构造的化学沉积岩[12]。BIFs多分布于前寒武纪古老克拉通内[34]，时代主要介于18～38 Ga[5]，尤其以20～27 Ga最为发育[6]。BIFs在全球广泛发育，主要分布在南美洲、北美洲、格陵兰、非洲、澳大利亚、俄罗斯、中国和印度等地。根据BIFs的形成时代及含矿建造，可将其分为阿尔戈玛（Algoma）型和苏比利尔湖（Superior Lake）型。阿尔戈玛型BIFs主要产于太古宙，通常形成于岛弧、弧后盆地或克拉通内裂谷带，与海底火山活动关系密切；苏比利尔湖型BIFs主要产于古元古代，一般发育于浅海环境且与沉积作用密切相关，其沉积规模多大于阿尔戈玛型[34]。

BIFs是早前寒武纪时期特殊环境的产物，记录了当时地球深部、大气、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时，发现硅铁条带分别具瓣状构造（直径5～10 μm）及管状构造（直径05～50 μm），其δ（13C）值为-245×10-3，这些构造的发育表明BIFs的形成与微生物活动有关[8]。前寒武纪BIFs是典型的无碎屑状岩屑化学沉积物，其稀土元素组成反映了当时海水的地球化学特征，进而可推测当时的大气圈氧化状态。其中：δ（·）表示同位素组成。

中国华北BIFs铁矿具有一些显著特点：以新太古代为主，古元古代次之；含矿岩系主要为新太古代火山岩和火山沉积岩系；矿石相对较贫，以磁铁矿为主；矿体遭受强烈变质变形影响，部分矿体产状陡，富矿在深部。同时，该地区BIFs铁矿还不同程度受到古生代和中生代构造叠加作用的影响，与加拿大、澳大利亚和南非等稳定克拉通地区铁矿的展布规律以及发育大量风化壳型富铁矿的特征明显不同[910]。中国矿床类型以产于绿岩带中（如冀东、鞍山—本溪、舞阳、固阳等地区）的阿尔戈玛型铁矿为主，少量为发育于克拉通盆地内（如吕梁）的苏比利尔湖型铁矿。BIFs铁矿的物质来源、成矿条件和机制、富铁矿成因以及华北克拉通不发育苏比利尔湖型铁矿的原因等方面还亟待深入研究[11]。鞍山—本溪地区（简称“鞍本地区”）铁矿是中国最具代表性的前寒武纪BIFs铁矿，对其开展科学研究将为解决上述问题提供有益依据。笔者依据近年开展的BIFs铁矿研究进展，综合介绍和探讨了鞍本地区BIFs铁矿的形成时代、物质来源、形成环境和构造背景等。

图件引自文献[10]，有所修改

1研究进展

中国BIFs主要分布于华北克拉通的鞍本、冀东、鲁西、五台—吕梁、内蒙古固阳、河南舞阳及安徽霍邱等地区（图1）。在中国，对BIFs的研究始于20世纪60年代[12]，之后一些地质学家对国内BIFs特征总结如下：①BIFs多分布于华北克拉通边缘及裂谷之中；②围岩主要产于新太古代，其次为古元古代；③围岩以变火山岩为主，兼含少量变沉积岩，铁矿床多属于阿尔戈玛型；④后期复杂的变质变形作用对BIFs改造强烈；⑤BIFs以贫矿为主，富矿少且多位于深部[911，1315]。随着试验测试技术的发展，近年国内学者在华北克拉通BIFs研究方面取得了许多新认识，主要包括年代学、物质来源及矿床成因等方面。

1.1年代学

华北克拉通绝大多数BIFs属于阿尔戈玛型，表明BIFs沉积作用与火山活动关系密切。BIFs与变火山岩夹层或围岩属于同一期火山沉积作用的产物，变火山岩年龄可以间接代表BIFs形成时代[1618]。近年来，国内学者对与华北克拉通BIFs相关的岩系做了大量锆石UPb年代学研究[1617，1922]。统计结果表明，这些BIFs多形成于约255 Ga，并经历了约250 Ga及185 Ga两期变质作用（图2）。同时，近期研究发现鞍山的大孤山铁矿可能形成于31 Ga左右[23]，吕梁的袁家村铁矿可能形成于23 Ga左右[24]。

1.2古海洋环境及物质来源

中国学者同样发现华北克拉通BIFs明显缺乏Ce负异常并富集铁的重同位素，认为当时的海洋整体处于缺氧环境；稀土元素示踪表明，BIFs沉积作用与海底高温热液具有成因联系[17，2325]。李志红等发现鞍本地区BIFs的δ（57Fe）值与Eu异常成正比，这为Fe来源与海底火山热液活动相关提供了直接证据[25]。李厚民等在弓长岭二矿区识别出一套与BIFs整合产出的白云质大理岩，在VPDB标准下的δ（13C）值为（-70～-60）×10-3，与地幔值一致；13C亏损的特征暗示大理岩为海底喷气沉积成因，亦表明该BIFs的发育与海底热液活动有关[20]。李延河等统计了华北克拉通不同时代、不同类型BIFs的硅同位素组成，δ（30Si）值介于（-20～-03）×10-3，平均-08×10-3[2627]；Si同位素分析结果暗示华北克拉通BIFs中的硅质属热液成因。

1.3构造环境及矿床成因

目前，多数国内学者认为华北克拉通太古宙阿尔戈玛型BIFs产于俯冲相关构造背景。例如，Zhang等认为冀东水厂BIFs（年龄为2 547 Ma）与斜长角闪片麻岩夹层形成于同一时代，后者具有贫Ti且富轻稀土元素及大离子亲石元素，亏损重稀土元素及高场强元素的特征[28]，据此提出该BIFs形成于岛弧或者弧后盆地环境。Zhang等对其他BIFs的研究也提出了相同认识，如冀东地区石人沟[17]与鞍本地区齐大山[29]、陈台沟[23]、弓长岭[2930]、歪头山[23]等均形成于2 550 Ma左右。刘利等发现固阳地区三合明BIFs（年龄为2 562 Ma） 斜长角闪岩围岩具有TMORB特征，结合区内岩石组合特征及前人提出的岛弧叠加地幔柱模式，认为该BIFs形成于弧后盆地并有地幔柱叠加的构造环境[31]。Ma等在研究固阳地区东五分子BIFs（年龄为2 538 Ma）时，认为东五分子绿岩带形成于太古宙板块俯冲过程[32]；基于区内两种科马提岩的发育，提出该BIFs的形成与洋中脊俯冲导致板片窗地幔上涌有关。此外，蓝廷广等发现鲁东昌邑BIFs（年龄为2 193～2 240 Ma）沉积过程中有大量陆源碎屑物质的参与，围岩中含有较多酸性到中基性火山岩，总体上显示双峰式特征，认为该BIFs形成于大陆裂谷环境[33]。李延河等对比了阿尔戈玛型与苏比利尔湖型BIFs的Si、O、Fe同位素特征，认为两种类型BIFs均由地球早期的海底热液喷气作用在大气氧浓度不足现在大气氧水平1%的还原条件下形成，二者属于同一成矿系统[2627]；并进一步指出，阿尔戈玛型BIFs距离同期火山活动中心更近，形成时代稍早，多形成于环境更加还原的深水盆地，而苏比利尔湖型BIFs与之恰好相反。

2地质特征及形成时代

2.1容矿岩系

鞍本地区铁矿是中国最大的条带状铁矿成矿区，位于华北地台东北缘胶辽台隆的西北部[34]。除个别中太古代地层外，绝大多数条带状铁矿赋存于新太古代的鞍山群火山沉积变质岩系（绿岩带）中（图3、表1）。代堰锫等研究认为，其原岩建造为基性火山岩中酸性（火山）杂砂岩、泥质岩硅铁质沉积建造，矿床的形成与海相火山作用在时间上、空间上和成因上密切相关，属于（火山）沉积变质类型，相当于阿尔戈玛型铁矿[19，23]。

鞍山地区的铁矿包括东鞍山、西鞍山、齐大山和大孤山等。辽阳弓长岭地区包括弓长岭一矿区、二表1鞍山—本溪地区代表性BIFs铁矿地质特征

Tab.1Geological Features of BIFs Iron Deposits in AnshanBenxi Area地区矿区地层单元矿体形态与顶、底板岩性矿石矿物组合矿石构造资料来源鞍山辽阳本溪大孤山樱桃园组（未定）层状铁矿体，围岩绿泥石英片岩、混合片麻岩磁铁矿条带状构造陈台沟樱桃园组层状铁矿体，顶板绿泥石英片岩，底板角闪石英片岩磁铁矿+赤铁矿条带状构造东鞍山樱桃园组层状铁矿体，赋存于绢云千枚岩、绿泥千枚岩中磁铁矿+赤铁矿条带状构造西鞍山樱桃园组层状铁矿体，赋存于绢云千枚岩、绿泥千枚岩中磁铁矿+赤铁矿条带状构造胡家庙子樱桃园组层状铁矿体，赋存于绢云千枚岩、绿泥千枚岩中磁铁矿+赤铁矿条带状构造黑石砬子樱桃园组层状铁矿体，赋存于绢云千枚岩、绿泥千枚岩中磁铁矿+赤铁矿条带状构造齐大山樱桃园组层状铁矿体，赋存于绿泥石英片岩、绿泥千枚岩中磁铁矿+赤铁矿条带状块状

蜂窝状构造小岭子樱桃园组层状铁矿体，呈残留体产于混合花岗岩中磁铁矿+赤铁矿弓长岭茨沟组层状铁矿体，赋存于绿泥石英片岩、斜长角闪岩中磁铁矿+赤铁矿+黄铁矿条带状构造弓矿二矿区西北茨沟组层状铁矿体，赋存于绿泥石英片岩、斜长角闪岩中磁铁矿+赤铁矿块状条带状构造南芬茨沟组层状铁矿体，赋存于绿泥角闪片岩中磁铁矿+赤铁矿条带状

块状构造歪头山茨沟组层状铁矿体，赋存于斜长角闪岩中磁铁矿+赤铁矿条带状构造徐家堡茨沟组层状铁矿体，赋存于斜长角闪岩中磁铁矿+赤铁矿条带状

块状构造[19][23][9][9][9][9][29][9][20][9][19][19][9]矿区、独木和中茨等。容矿岩系主要为绢云石英千枚岩、绢云绿泥片岩、绿泥石英片岩，夹变粒岩、磁铁石英岩及薄层斜长角闪岩，原岩为泥质粉质沉积岩，夹硅铁质岩及少量基性—中酸性火山岩，变质程度为绿片岩相。

本溪地区铁矿包括南芬、歪头山等，分布于本溪及北台一带。容矿岩系以斜长角闪岩、混合岩化片麻岩及黑云变粒岩为主，夹云母石英片岩、绿泥石英片岩及条带状磁铁石英岩，原岩为基性—中酸性火山岩、火山碎屑岩，夹泥质粉砂质沉积岩和硅铁质岩，变质程度为角闪岩相。

硅铁建造中的含铁石英岩虽然都具有类似的条带状构造，但由于构造位置及环境的差异，形成了鞍山群不同的岩石组合，如产于鞍山群樱桃园组中的铁矿，其容矿岩石组合为磁（赤）铁石英岩千枚岩片岩组合，主要分布于鞍山地区，深部向磁铁石英岩斜长角闪岩变粒岩组合相变。樱桃园组的铁矿床规模大，储量丰富，分布有东鞍山、西鞍山、齐大山、胡家庙子等特大型矿床；产于茨沟组中的铁矿主要分布在辽阳、本溪等地，原岩以基性熔岩为主，夹含铁硅质岩，少量陆源碎屑沉积，上部中酸性凝灰岩增多。该组有两个含铁矿层位，自下而上为：①歪头山段含铁矿层位分布于歪头山、梨树沟等地，岩石类型主要有斜长角闪岩、角闪片麻岩夹阳起石磁铁石英岩，已发现大型矿床1处，中型矿床3处；②弓长岭段含铁矿层位分布于辽阳、本溪等地，岩石类型主要有黑云变粒岩夹斜长角闪岩及磁铁石英岩。该地已发现6处大型铁矿床、10处中型铁矿床，弓长岭富矿体规模大，长可达1 800 m，厚2～30 m，全铁（TFe）品位为455%～676%。

2.2矿物组成及演化

BIFs类型铁矿石呈中细粒变晶结构、条带状构造，由铁条带及硅条带组成[图4（a）～（c）]。金属矿物主要为磁铁矿、赤铁矿、假象赤铁矿及少量黄铁矿；脉石矿物以石英、角闪石、绿泥石、阳起石、透闪石[图4（d）、（e）]及黑云母为主。BIFs中局部发育活化石英脉，两侧铁条带有增宽的迹象[图4（f）]。磁铁矿为自形—他形，粒度10～600 μm，局部被假象赤铁矿交代。图4鞍山—本溪地区BIFs铁矿石及其显微照片

Fig.4BIFs Iron Ores in AnshanBenxi Area and Their Photomicrographs有的磁铁矿显示弱定向构造，局部被自形黄铁矿包裹[图4（g）]。赤铁矿主要为他形粒状，粒径10～300 μm；局部可见被磁铁矿包裹的板条状赤铁矿[图4（h）]，该现象被认为是BIFs中磁铁矿形成于后期成岩过程、晚于早期赤铁矿（水铁矿脱水而成）的证据[36]。富铁矿石显示中粒变晶结构及块状构造，主要由磁铁矿（体积分数大于80%）及少量赤铁矿（约10%）、黄铁矿（约5%）、石英（小于5%）组成；局部可见富矿石中石英被绿泥石、阳起石交代破坏的现象。围岩蚀变主要围绕富铁矿体发育，包括硅化、绿泥石化及黄铁矿化等[37]。

鞍本地区BIFs铁矿床矿石中磁铁矿成分接近理想纯磁铁矿[23]，显示沉积变质成因；赤铁矿多为次生氧化形成，可见磁铁矿假象；富铁条带中石英粒度小于005 mm，贫铁条带中石英粒度大于01 mm，反映富铁条带晚于贫铁条带形成。部分矿石发育黄铁矿化及阳起石化，表明部分富铁矿的形成可能与后期热液作用有关。综合镜下观察结果及前人研究认识，厘定出鞍本地区BIFs铁矿经历了原生沉积、成岩作用、变质变形作用和表生氧化等4个演化阶段。每个阶段主要矿物的生成顺序见表2。

2.3BIFs铁矿时代

围岩与BIFs呈整合接触，具有变火山岩的岩石学特征及地球化学性质，表明上述BIFs属于阿尔戈玛型，其变火山岩围岩年龄可大致代表BIFs沉积时代[11，14]。近期，锆石UPb年代学显示[19，23]，大孤山BIFs形成于3 101～3 110 Ma，陈台沟、南芬及歪头山BIFs分别沉积于2 551 Ma、2 554 Ma和2 563 Ma。此外，大孤山岩矿石SmNd混合等时线年龄为3 168 Ma，与其他矿区（年龄为2 642 Ma）差异很大，再次暗示大孤山BIFs形成时代特殊。据此，提出鞍本地区至少发育约310 Ga及约255 Ga两期BIFs成矿事件（表3），后者在华北克拉通广泛发育。表2鞍山—本溪地区BIFs铁矿的矿物生成顺序

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

注：椭圆大小代表形成矿物的数量；椭圆在表中的位置表示矿物生成的先后顺序。表3华北克拉通BIFs相关岩系锆石UPb年龄统计结果

Tab.3Statistical Results of Zircon UPb Ages for BIFsassociated Rocks in North China Craton地点岩性产状测年方法锆石年龄/Ma碎屑锆石岩浆锆石变质锆石资料来源大孤山陈台沟南芬绿泥石英片岩绿泥角闪片岩磁铁石英岩BIFs夹层BIFs围岩BIFs夹层BIFs夹层锆石SIMS锆石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]歪头山斜长角闪岩BIFs夹层锆石SIMS2 610±52 533±11[38]东鞍山黑云绿泥石英片岩BIFs夹层锆石SHRIMP2 544±8[39]齐大山弓长岭黑云变粒岩BIFs围岩正长花岗岩侵入BIFs黑云绿泥石英片岩BIFs夹层角闪变粒岩BIFs围岩蚀变石榴石岩单颗粒锆石稀释法锆石SHRIMP2 533±53[14]2 503±10[38]2 530±6[26]约2 7002 528±10[27]1 861±25[14]近年来，国内学者运用高精度锆石UPb定年方法研究鞍本地区含铁岩系的形成时代（表3）。结果进一步表明，鞍本地区的中—上鞍山群并不存在上、下层位关系，当属同一时代空间相变的产物[19，40]。这一研究结果有悖于鞍山地区表壳岩均形成于新太古代的认识[41]，暗示在新太古代樱桃园组地层之下可能存在更古老的地层单元。

综上所述，目前国内学者对鞍本地区鞍山群的划分尚不准确，详细划分方案需进一步的工作。鞍本地区含铁岩系多形成于约255 Ga，而大孤山BIFs形成于约310 Ga。在没有地层缺失或未遭受构造强烈影响的条件下，区内深部存在寻找BIFs铁矿的潜力。

3物质来源与形成环境

代堰锫等对鞍本地区BIFs进行了主、微量元素分析[19，23]。鞍本地区BIFs的SiO2含量（质量分数，下同）为2443%～6932%，平均5162%；TFe2O3含量为2563%～5971%，平均4243%；二者占氧化物组分的8097%～100%，平均9406%。Al2O3含量为002%～264%，平均058%；MgO含量为008%～805%，平均216%；CaO含量为001%～714%，平均184%；其他氧化物组分含量均很低。极少数BIFs具有较高的烧失量，可能与BIFs中发育的碳酸盐矿物（菱铁矿等）有关。BIFs型矿石的TiO2与Al2O3含量之和为003%～269%，平均059%；由于TiO2及Al2O3不能被溶液引入，二者较低的含量暗示BIFs沉积过程中陆源碎屑物质加入量较少。

在BIFs沉积过程中，稀土元素仅发生很小的分馏，因此，稀土元素示踪被认为是研究BIFs物质来源的最佳手段[7]。Bau等指出前寒武纪BIFs稀土元素组成不会被后期低级变质作用影响[4243]。由于鞍本地区BIFs仅经历了绿片岩相角闪岩相变质过程[41]，并且其REY配分模式类似于世界上变质程度很低的前寒武纪BIFs，因此，鞍本地区BIFs保留了原始沉积溶液的特征。鞍本地区BIFs稀土元素总含量（包括Y元素，表示为wREY）为（393～740）×10-6，平均206×10-6。 后太古代澳大利亚页岩（Post Archean Australian Shale，PAAS）标准化稀土元素配分模式（图5）显示，BIFs富集重稀土元素（w（La）N/w（Yb）N值为010～123，平均038），具有La正异常（098～390，平均152）、Y正异常（097～230，平均141）及高w（Y）/w（Ho）值（260～533，平均358），与现代海水稀土元素特征一致[44]，暗示BIFs沉积自海水。此外，鞍本地区BIFs还显示强烈的Eu正异常（143～767，平均339），后者当属海底高温（高于350 ℃）热液的特征[43]。BIFs中Fe与稀土元素在运移过程中不会发生分馏[7]，暗示鞍本地区BIFs中稀土元素与Fe可能均来自海水与海底高温热液的混合溶液。其中：w（·）表示元素或化合物含量；w（·）N表示元素含量球粒陨石标准化后的值。

BIFs in AnshanBenxi Area鞍本地区BIFs中微量元素Rb、Ba、Sr、Pb、V等含量相对较高，分别为（012～3450）×10-6、（018～21200）×10-6、（088～8490）×10-6、（041～2750）×10-6和（100～3810）×10-6。高场强元素地球化学性质非常稳定，在风化、搬运过程中不易流失，因此，陆源碎屑物质的高场强元素负异常不甚明显[4647]。微量元素组成显示[23]，鞍本地区BIFs具有强烈的高场强元素Nb、Ta、Ti、Zr、Hf负异常，图中圆点代表不同矿区样品；Ce/Ce*值为2w（Ce）PAAS与w（La）PAAS+w（Pr）PAAS的比值；Pr/Pr*值为2w（Pr）PAAS与w（Ce）PAAS+

w（Nd）PAAS的比值；w（·）PAAS表示元素含量PAAS标准化后的值；图（a）引自文献[48]，图（b）引自文献[42]

图6判别热液组分加入量的二元混合模型和Ce异常判别图解

Fig.6Bivariate Mixture Model Discriminating Hydrothermal Component Addition and Discriminant Diagram of Ce Abnormal暗示BIFs沉积过程中陆源碎屑物质贡献量极少。火山岩和海相沉积物的w（Sr）/w（Ba）值大于1，陆源沉积岩的w（Sr）/w（Ba）值小于1；铁质页岩的w（Ti）/w（V）值为133～1090，火山建造为13～85。鞍本地区BIFs的w（Sr）/w（Ba）值平均为581，w（Ti）/w（V）值平均为228，暗示BIFs的形成与火山作用具有成因联系。

Alexander等介绍了一个二元混合模型来判断原始混合溶液中海水与高温热液的相对含量；该模型显示，仅需约01%的海底高温热液即能产生较大的Eu正异常[图6（a）][48]。

自然界中Ce一般呈稳定的三价离子。在氧化条件下，Ce会被氧化为四价，Ce4+易发生水解，从而导致BIFs的REY配分模式呈现Ce负异常。因此，根据Ce异常可以有效判断BIFs沉积时古海洋的氧化还原状态。Bau等认为常规算法下Ce负异常的出现与La正异常有关，并建立了用常规算法计算的Ce异常和Pr异常来判别真正Ce负异常的图解[42]。在该图解中，绝大多数鞍本地区BIFs均位于La正异常区域，并未落于Ce负异常区域[图6（b）]。本文采用Bolhar等推荐的算法[49]，Ce异常为075～144，平均099，同样未显示明显Ce负异常。Ce负异常的缺失表明，BIFs沉积过程中海水整体处于缺氧环境。

4构造背景及形成模式

4.1构造背景

研究表明，陈台沟BIFs围岩绿泥石英片岩SiO2含量为6587%～6635%，Al2O3为1392%～1421%，TFe2O3为660%～722%，MgO为314%～346%，CaO为143%～156%，Na2O为404%～419%，K2O为135%～184%，TiO2、MnO及P2O5含量很低[19，23]。综合研究表明，绿泥石英片岩原岩属钙碱性系列的火山岩。绿泥石英片岩稀土元素总含量为（951～1260）×10-6，w（La）N/w（Yb）N值为103～126，球粒陨石标准化稀土元素配分模式显示绿泥石英片岩无明显Eu负异常 （092～098）， 在原始地幔标准化微量元素蛛网图上，绿泥石英片岩显示强烈亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti，并富集Rb、Th、U、LREE，类似于岛弧长英质火山岩，但与裂谷长英质火山岩存在差异。

wc为球粒陨石含量；wNMORB为NMORB含量；Scotia BABB数据引自文献[52]

30%）以及较高的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]。歪头山斜长角闪岩SiO2含量介于4606%～4842%，具有较高的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，两类岩石均属正变质岩，其原岩具有拉斑系列岩石的地球化学特征。南芬绿泥角闪片岩稀土元素含量变化较大，介于（158～372）×10-6，w（La）N/w（Yb）N值为071～144，无明显Eu异常（083～122）；片岩具有较高的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）。歪头山斜长角闪岩稀土元素总含量较为均一，介于（307～382）×10-6，w（La）N/w（Yb）N值为080～110，不具有明显Eu异常（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）较高，表明其原岩均为基性火山岩。

综合来看，歪头山和南芬矿区变基性岩围岩具有低的K2O含量（009%～160%），与岛弧拉斑玄武岩相似。Condie认为岛弧拉斑玄武岩具有较低的w（Ti）/w（V）值（低于30），而板内玄武岩w（Ti）/w（V）值较大（大于30）；变基性岩w（Ti）/w（V）值为139～213，与岛弧拉斑玄武岩一致[50]。Fitton等认为陆内拉张带或初始裂谷玄武岩w（Th）/w（Ta）>4，一般为4～10[51]，变基性岩w（Ti）/w（V）值为155～506，平均266，表明其产出环境与大陆裂谷无关，而低的w（Th）/w（Ta）值是岛弧玄武岩的特征。两类岩石均显示平坦的球粒陨石标准化稀土元素配分模式[图7（a）]，轻、重稀土元素不存在明显分馏，与大陆裂谷玄武岩右倾的稀土元素配分模式不一致，亦与正常型洋中脊玄武岩（NMORB）存在差别，而与Scotia弧后盆地玄武岩（Backarc Basin Basalt，BABB）相似。NMORB标准化微量元素蛛网图显示[图7（b）]，变基性岩围岩富集大离子亲石元素Rb、Ba、Sr、K，其高场强元素Nb、Ta、Zr、Ti等无明显亏损，配分模式整体较为平坦，与Scotia弧后盆地玄武岩具有一致性。Fretzdorff等认为，TMORB为过渡型洋中脊玄武岩；EMORB为异常型洋中脊玄武岩；图（a）引自文献[53]；图（b）引自文献[54]；图（c）引自文献[55]；

4.2形成模式

鞍本地区BIFs的w（Sr）/w（Ba）值平均为581，与火山岩w（Sr）/w（Ba）值（大于1）一致，且不同于陆源沉积岩（w（Sr）/w（Ba）<1）；w（Ti）/w（V）值平均为228，处于火山建造w（Ti）/w（V）值范围（13～85），且与铁质页岩存在较大差异（w（Ti）/w（V）值为133～1090[35]），暗示鞍本地区BIFs与火山作用具有成因联系。对南芬、歪头山和陈台沟等BIFs铁矿研究表明，这些BIFs均与火山活动关系密切，应属阿尔戈玛型BIFs。

近年来，学者多采用变火山岩夹层（围岩）的锆石UPb年龄来间接限定阿尔戈玛型BIFs的形成时代[11，1617]。代堰锫等对鞍本地区4个BIFs的夹层或围岩进行了SIMS及LAICPMS锆石UPb定年[19，23]，结果显示：大孤山绿泥石英片岩形成于3 101～3 110 Ma，代表BIFs沉积时代；陈台沟绿泥石英片岩中岩浆锆石指示BIFs形成于2 551 Ma；南芬绿泥角闪片岩中岩浆锆石显示BIFs沉积于2 554 Ma；歪头山斜长角闪岩形成于2 563 Ma，代表该BIFs的沉积时代。大孤山BIFs形成于3 100 Ma，与其他3个矿区存在很大差别，同样指示了大孤山BIFs形成时代的特殊性。但全球范围古—中太古代BIFs比比皆是，如南非Berberton绿岩带Moodies群中BIFs、津巴布韦克拉通Buhwa绿岩带内BIFs、乌克兰地盾Konka超大群中BIFs、澳大利亚Yilgarn克拉通Cleaverville组中BIFs、印度SinghbhumOrissa克拉通Iron Ore 群中BIFs、巴西Amazonia克拉通Imataca杂岩内BIFs等。综合认为，鞍本地区太古宙至少发育约310 Ga及约255 Ga两期BIFs成矿事件。前者可能是迄今为止华北克拉通具有精确定年的最古老BIFs，后者则隶属于新太古代末华北克拉通普遍发育的一期BIFs沉积事件。

基于对鞍本地区BIFs的元素地球化学研究，在BIFs沉积过程中陆源碎屑物质摄入量很低，BIFs具有低的w（TiO2）+w（Al2O3）值。在微量元素蛛网图中，BIFs具有强烈的高场强元素负异常。PAAS标准化稀土元素配分模式显示，鞍本地区BIFs兼具现代海水（重稀土元素富集、LaY正异常及高w（Y）/w（Ho）值）与海底高温热液（强烈Eu正异常）的特征（图5），暗示BIFs沉积自二者的混合溶液[67]，其中海底高温热液组分仅占约01%[图6（a）]。

BIFs是早期地球特殊环境的产物，能反映古大气与古海洋环境[7]。由于BIFs沉积自海水并记录了古海水的稀土元素特征，显示重稀土元素富集、LaY正异常及高w（Y）/w（Ho）值等，暗示早前寒武纪海水与现代海水具有相似的稀土元素组成。鞍本地区绝大多数BIFs不具有明显Ce负异常[图6（b）]，表明BIFs沉积时古海洋处于缺氧环境[49]，这也正是形成BIFs的必要条件之一[67]。对全球BIFs年龄统计显示，其形成时代几乎连续分布于18～38 Ga[56]，暗示早前寒武纪海洋化学性质较为稳定，长期处于缺氧与富Fe2+的环境。Huston等研究了FeSO矿物在不同物理化学条件下的稳定性，发现Fe在高氧化、富硫环境的现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携带、运移，其周围海水必定是处于低硫状态[5]。镜下观察表明，鞍本地区BIFs中仅发育少量黄铁矿，暗示古海洋确实处于低硫条件，因此，BIFs的沉淀可能是原本含有大量Fe2+、处于低氧及低硫状态的酸性溶液在运移过程中遭遇环境突变（如氧气浓度升高、pH值升高）的结果。

Gross研究表明，阿尔戈玛型BIFs多形成于岛弧与弧后盆地或克拉通内裂谷[34]。大孤山与陈台沟绿泥石英片岩原岩当属钙碱性中—酸性火山岩，其稀土、微量元素组成与岛弧长英质火山岩一致，而与裂谷长英质火山岩存在较大差别。由于阿尔戈玛型BIFs与变火山岩围岩（局部为矿体夹层）形成时代相近，二者理应产于同一构造背景，所以大孤山与陈台沟BIFs沉积于火山弧环境。南芬与歪头山矿区围岩为拉斑质的变基性岩，其w（Ti）/w（V）值、w（Th）/w（Ta）值及稀土元素配分模式均与裂谷玄武岩存在显著差异，暗示其并非形成于大陆裂谷环境。两类岩石均显示较为平坦的球粒陨石标准化稀土元素配分模式及NMORB标准化微量元素蛛网图，与Scotia弧后盆地玄武岩具有较强的一致性[图7（b）]。在YLaNb构造环境判别图解上，变基性岩样品落入弧后盆地玄武岩区域（图8），因此，南芬与歪头山变基性岩围岩产于弧后盆地构造背景，代表了两个矿区BIFs的形成环境。

综上所述，笔者建立了鞍本地区太古宙BIFs的沉积模式（图9）。太古宙时期的海洋整体处于低氧逸度[56]、低硫逸度状态，海底热液通过淋滤洋壳向酸性海水中输入大量Fe2+[57]。海水与海底高温热液的混合溶液携带Fe2+运移至物理化学条件突变位置（如产氧细菌引起的氧气浓度升高、pH值升高等），Fe2+被氧化为Fe3+，进而形成Fe（OH）3并沉淀[56，58]。鞍本地区大规模BIFs沉积事件发生于约255 Ga，如陈台沟、齐大山、弓长岭、南芬及歪头山BIFs等。鞍山地区BIFs形成于靠近岛弧一侧，其围岩以中—酸性火山岩为主；本溪地区BIFs产于靠近弧后盆地一侧，其围岩以基性火山岩为主。在BIFs沉积过程中，偶尔伴随有火山喷发事件，并形成BIFs火山岩夹层。

5结语

（1）鞍本地区BIFs由互层的硅铁条带组成，金属矿物以磁铁矿为主，含少量赤铁矿、黄铁矿及菱铁矿等，围岩主要为变火山岩。依据沉积构造背景和围岩岩性，鞍本地区BIFs主要属阿尔戈玛型。锆石UPb年代学显示，鞍本地区至少发育约310 Ga及约255 Ga两期BIFs成矿事件。对鞍本地区4个BIFs的夹层或围岩进行SIMS及LAICPMS锆石UPb定年，结果显示大孤山BIFs形成于3 101～3 110 Ma，陈台沟BIFs形成于2 551 Ma，南芬BIFs形成于2 554 Ma，歪头山BIFs形成于2 563 Ma。

（2）鞍本地区BIFs的TiO2、Al2O3含量低，高场强元素呈负异常，PAAS标准化稀土元素配分模式显示重稀土元素富集，La、Y及Eu呈正异常，接近同时代亏损地幔的εNd（t）值（30～47）。BIFs中仅发育少量黄铁矿，基本不显示Ce负异常且富集铁的重同位素（δ（57Fe）值为（013～273）×10-3），暗示新太古代古海洋整体处于低硫、缺氧环境。元素地球化学分析表明，鞍本地区的BIFs沉积于火山弧相关构造背景。

（3）鞍本地区BIFs铁矿形成于新太古代，该时期的海洋环境整体处于低氧逸度、低硫逸度状态，海底热液通过淋滤洋壳向酸性海水中输入大量的Fe2+。海水与海底高温热液的混合溶液携带Fe2+运移至物理化学条件变化地带，Fe2+被氧化为Fe3+，进而形成Fe（OH）3并沉淀。进一步推测鞍山地区BIFs形成于靠近岛弧一侧，其围岩以中—酸性火山岩为主，本溪地区BIFs产于靠近弧后盆地一侧，其围岩以基性火山岩为主。

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