中天山地塊沙壟鐵建造礦石礦物原位微量元素特征及其意義

摘要：位于中天山地塊的沙壟鐵建造是新近識別出的新元古界鐵建造之一.前人已經對該鐵建造的礦床特征、形成時代和構造背景進行了研究，并通過礦石的全巖元素地球化學和鐵同位素分析，探討了其礦床成因和沉積環境.但是，目前缺乏針對沙壟鐵建造礦石礦物的礦物學和微區地球化學分析等的研究，制約了對其鐵礦物形成過程和形成環境的深入認識.本文以沙壟鐵建造中代表性鐵礦石的磁鐵礦和赤鐵礦為主要研究對象，在詳細的礦相學研究基礎上，利用飛秒激光剝蝕電感耦合等離子體質譜（fs LAICP MS）開展磁鐵礦和赤鐵礦的原位地球化學分析，進一步揭示磁鐵礦和赤鐵礦形成的過程和環境.沙壟鐵建造的赤鐵礦主要呈半自形微細粒板狀，并且順層定向分布，磁鐵礦主要呈中粗粒狀變斑晶產出.原位地球化學分析結果表明：磁鐵礦總體具有較高質量分數的Si、Ca、Mn和較低質量分數的Ni、Cu、Zn，不同樣品的磁鐵礦V質量分數相對一致，Ti質量分數變化較大;赤鐵礦相對于磁鐵礦具有較高的Si、Ca、Ti、Cr質量分數和較低的Mn、Ni、Zn質量分數. 磁鐵礦的稀土總量較低（w （ΣREY）＝１．４９×１０－６ ～５１．１６×１０－６，平均值為１２．１５×１０－６），具有輕稀土相對重稀土虧損、Eu異常不明顯和正La異常的特征，不同樣品的磁鐵礦和赤鐵礦具有與全巖的稀土元素一致的配分模式，表明了鐵建造中磁鐵礦和赤鐵礦是稀土元素的主要載體，磁鐵礦和赤鐵礦微量元素特征可以為揭示鐵建造的成礦物質來源和形成時的氧化還原條件提供新的依據.結合前人研究，本文認為沙壟鐵建造中的磁鐵礦變斑晶是赤鐵礦重結晶作用的產物，磁鐵礦的稀土元素特征指示沙壟鐵建造具有低溫熱液和海水混合的成礦物質來源，而Ce異常的缺乏和質量分數相對一致的V、Cr，說明鐵建造形成于相對缺氧的環境，并且在形成過程中氧逸度的變化較小.

關鍵詞：磁鐵礦;赤鐵礦;微量元素;fs LA ICP MS;鐵建造;中天山地塊

doi：１０．１３２７８/j．cnki．jjuese．２０２２００５２ 中圖分類號：P５７;P５９ 文獻標志碼：A

０ 引言

鐵建造（ironformation，IF）是指全鐵質量分數大于或等于１５％的海相化學沉積巖，主要由磁鐵礦、赤鐵礦、石英和燧石等礦物組成，并以富鐵礦物和富硅礦物互層產出為特征[１２].Gross[３]根據IF沉積構造環境的不同，將早前寒武紀（３．８～１．８Ga）IF劃分為阿爾戈瑪型（AlgomaＧtype）和蘇必利爾湖型（SuperiorＧtype）兩類;而新元古代（０．８５～０．６０Ga）鐵建造主要為冰川成因的拉皮坦型（RapitanＧtype）IF和與火成巖相關的阿爾戈馬型IF[４５].雖然新元古代IF的規模和經濟價值明顯小于前兩類，但分布范圍較廣，在全球各大陸均有發現[６９].IF主要發育于前寒武紀克拉通內，是世界上最重要的鐵礦資源類型，占全球鐵礦總產量的９０％以上[１０].同時作為前寒武紀特有的地質作用產物和早期地殼的重要組成部分，IF記錄了地球前寒武紀演化的重要信息，對研究地球早期演化具有重要的指示意義[６７].IF在沉積后經歷了長時間地質演化過程，而其中大多數含鐵礦物（如磁鐵礦和赤鐵礦）通常被認為是經歷了成巖、后期變質或熱液作用改造的產物，并非原始沉積形成[６，１１１４]，這些含鐵礦物形成的過程一直存在較多的爭議.磁鐵礦作為鐵礦床中的主要礦石礦物，其中含有Ti、V、Mn、Mg、Al、Ni、Cr、Co等一系列微量元素，是揭示含鐵礦物形成過程和相關礦床成因的重要載體[１５１７].近年來，隨著激光剝蝕電感耦合等離子體質譜（LA ICP MS）分析方法的進一步發展以及技術的成熟，磁鐵礦微量元素在礦床類型判別、成巖成礦過程以及礦床成因研究方面得到了越來越廣泛的應用[１８].LA ICP MS不僅具有原位、實時、快速的分析優勢，還具有元素測定范圍寬、靈敏度高、檢測限低、空間分辨率高以及樣品消耗量少等特點，加之飛秒激光剝蝕進樣系統可以顯著改善其分析性能，使得LA ICP MS成為從微觀角度研究物質內部組成和分布特征的重要方式[１８２０].前人通過對火成巖中磁鐵礦大量的研究，發現磁鐵礦的化學組成主要受控于溫度、氧逸度和成礦流體/熔體的化學成分[２１２３]，如巖漿和高溫熱液成因磁鐵礦中V 的質量分數直接受氧逸度的控制[１５，２２，２４];Lan等[２５]通過對IF中不同變質程度磁鐵礦微量元素的研究發現，一些微量元素（Al、Ti、Mn等）對于變質作用過程有著良好的指示意義.然而，對于IF中磁鐵礦形成的過程及其微量元素特征尚不明確[１５，２３].位于東天山地塊的沙壟鐵建造是新近識別出的新元古界鐵建造之一，形成時代約為（７６０．４±６．７）Ma，沉積于伸展的地球動力學背景[２６２７].雖然前人已經對該鐵建造進行了較為詳細的研究，但是對沙壟鐵建造中磁鐵礦和赤鐵礦精確的形成過程仍不清楚，制約了對成礦過程深入的認識.本文以沙壟鐵建造代表性鐵礦石中的磁鐵礦和赤鐵礦為主要研究對象，在精細巖相學研究的基礎上，通過飛秒激光剝蝕電感耦合等離子體質譜（fs LA ICP MS）微量元素微區原位分析技術，對磁鐵礦和赤鐵礦開展微量元素組成研究，以期查明磁鐵礦和赤鐵礦的礦物學特征和礦物化學組成，揭示沙壟鐵建造中鐵礦物形成的過程和環境.

１ 區域與礦床地質概況

中亞造山帶（CAOB）（圖１a）是世界上最大的增生型造山帶之一，其北臨東歐克拉通和西伯利亞克拉通，南接塔里木克拉通和華北克拉通，主要由前寒武紀微陸塊、增生楔、島弧、弧后盆地和蛇綠巖等組成[３０３２].天山造山帶地處中亞造山帶的南緣，是中亞造山帶的重要組成部分，其東起中國甘肅新疆交界，向西延入哈薩克斯坦和吉爾吉斯坦，南北分別與準噶爾盆地和塔里木盆地相接[３０，３３].

中天山地塊是天山造山帶的重要組成部分（圖１b），同時也是中亞造山帶的眾多前寒武紀微陸塊之一，呈狹長的帶狀展布于塔里木板塊和吐哈地塊之間，主要由前寒武紀結晶基底，少量早古生代火山沉積建造和一些花崗巖類侵入體組成[３５３９].中天山地塊出露的前寒武紀基底主要包括中元古代的星星峽群和卡瓦布拉克群，以及新元古代的天湖群[４０].星星峽群的巖石組合主要為花崗片麻巖、大理巖、角閃巖、混合巖、石英巖和片巖.卡瓦布拉克群包括片巖、花崗片麻巖和巨厚鎂質為主的碳酸鹽巖，以及少量的陸源碎屑巖、凝灰質碎屑巖.天湖群主要由片巖、石英巖、大理巖和少量角閃巖組成[４１４２].卡瓦布拉克群是沙壟鐵建造的主要賦礦地層，廣泛分布于星星峽至卡瓦布拉克山一帶，并與其上部的天湖群呈斷層接觸關系.沙壟鐵建造位于新疆哈密市往南約２４０km處，地處中天山地塊的中部（圖１b）.礦區主要出露第四系和新元古代卡瓦布拉克群.卡瓦布拉克群分為３個亞組：第一亞組巖性主要為石英云母片巖、石英角閃片巖、灰巖、白云巖和白云質大理巖;第二亞組巖性主要為云母石英片巖、石英片巖和石英巖;第三亞組巖性主要為灰巖、白云巖和大理巖.前人研究表明卡瓦布拉克群形成于７６０ Ma左右，普遍經歷了綠片巖相變質作用[２７，４３].沙壟鐵建造位于鹽湖復式背斜的南翼，構造簡單，產狀穩定，礦區整體表現為一傾向南東的單斜構造，區內斷裂構造不發育，地層走向主要為５５°～７５°，傾向１４０°～１６０°，傾角較陡，多為５５°～７０°.在礦區北部有一大型華力西期黑云母花崗巖侵入體出露，另外還有一些小型花崗巖脈在礦區范圍內分布（圖２）.

沙壟鐵建造（鐵礦體）主要賦存于卡瓦布拉克群第一亞組石英云母片巖和石英角閃片巖中.Lei等[２７]的研究表明沙壟鐵建造的含礦巖層原巖為一套雙峰式火山巖，石英云母片巖和石英角閃片巖的原巖分別為長英質火山巖和基性火山巖，形成環境為裂谷伸展環境.礦體呈層狀、似層狀或透鏡狀，產狀與圍巖地層基本一致，明顯受地層控制.目前，礦區共發現具有一定規模的礦體８個，礦體長２００～１３５０m，寬３６m，厚度２．５４～５．４３m，礦床鐵儲量為１４Mt，品位２５％～３０％（平均品位２８％）.礦石礦物主要有磁鐵礦、赤鐵礦（包括假象赤鐵礦）和少量鈦鐵礦，脈石礦物主要為石英、角閃石、黑云母、綠泥石和少量斜長石，礦石普遍具有條紋狀或條帶狀構造，中粗粒變晶結構.

２ 樣品描述及分析方法

本文在詳細的野外工作基礎上，通過對采自沙壟鐵建造露天礦坑的鐵礦石樣品進行大量的巖相學研究，挑選了樣品xj３１８、xj３０１ 和xj３１１ 進行fsLA ICP MS原位分析測試.３件樣品均具有明顯的硅質和鐵質條帶（圖３a、b），xj３１８的礦石礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦，脈石礦物主要為石英.石英多為他形粒狀，粒徑較小，發育于赤鐵礦和磁鐵礦的間隙之中或者形成條帶;赤鐵礦呈半自形板狀，粒徑較小（１０～５０μm），在鐵礦石中順層定向排列;磁鐵礦呈自形—半自形粒狀，粒徑較粗（１００～３００μm），沒有明顯的定向性，赤鐵礦與石英沿條帶延伸方向圍繞磁鐵礦晶體近平行分布（圖３c、d），表明磁鐵礦晶體是在赤鐵礦形成和片理化之后形成的，可能是由赤鐵礦變質形成的變斑晶.xj３０１和xj３１１具有相似的鏡下特征和礦物組成，不同于xj３１８，它們的礦石礦物主要是磁鐵礦，脈石礦物主要為石英.其中：石英為他形粒狀，具有波狀消光，主要呈帶狀分布形成富硅條帶，少部分發育于磁鐵礦間隙，xj３１１中石英的粒徑略高于xj３０１;磁鐵礦晶體主要呈自形—半自形粒狀，粒度不均，長軸方向與條帶延伸方向一致（圖３e、f）.磁鐵礦和赤鐵礦微量元素fs LA ICP MS原位分析在加拿大溫莎大學完成.使用儀器為ThermoXSeriesⅡ，激光剝蝕系統為QuantronixIntegraC７８５Ｇnm，激光剝蝕斑束２０μm，能量約０．０３mJ.樣品中大多數元素的檢測限為０．１×１０－６～５．０×１０－６.以磁鐵礦中鐵的電子探針分析結果作為內標、NIST ６１０玻璃為外標校正相對靈敏度.每條樣品表面的剝蝕線平均長度為１００μm左右，在激光燒蝕前收集６０s氣體背景信號，大多使用最小值１０s的信號數據區間，每２０次礦物分析前后各進行兩次NIST ６１０標準分析，由此對儀器進行零點漂移校正.詳細的分析流程參見文獻[４４ ４５].對測試數據的處理使用Aabel３．０ 軟件包及其內置Excel 電子表格完成.

３ 分析結果

本文對樣品xj３１８、xj３０１和xj３１１中的磁鐵礦和赤鐵礦微量元素進行了fs LA ICP MS原位分析測試，xj３１８中磁鐵礦和赤鐵礦的分析測試點分別為２７個和５２個，xj３０１和xj３１１中磁鐵礦的分析測試點分別為３８個和９０個.將低于檢測限的分析結果剔除，最終得到Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu和Zn等微量元素的數據（表１），以及La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er和Yb等稀土元素的數據（表２）.

３．１ 微量元素特征

將所有樣品中磁鐵礦和赤鐵礦的微量元素數據與Dupuis等[１５]提出的IF型鐵礦床微量元素參考值（最大值、最小值和平均值）進行對比（圖４），結果顯示磁鐵礦中Ti的質量分數變化較大，其中xj３１８為１５．９２×１０－６ ～２９．０４×１０－６，xj３０１為１６６．４１×１０－６ ～３２６．５２×１０－６，xj３１１ 為５６．４７×１０－６ ～１１７３３．０６×１０－６.所有磁鐵礦具有相對較高的Si（６１３．７０×１０－６ ～１５４９５．４７×１０－６）、Ca（５２．３４×１０－６～１１０４３．６５×１０－６）和Mn（２１５０．６８×１０－６～４５４５．５９×１０－６ ），相對低的Cr（１２．９４×１０－６ ～１２３．７５×１０－６）、Ni（１２．２８×１０－６ ～７２．７０×１０－６）、Cu（０．１７×１０－６～５．３９×１０－６）和Zn（２５．５２×１０－６～１６５．６４×１０－６ ），以及相對一致的V（１０８．７９×１０－６～２１４．０６×１０－６）質量分數.Xj３１８中赤鐵礦相對于磁鐵礦具有較高質量分數的Si（７７５８．６２×１０－６ ～７５８４８．２５×１０－６）、Ca（１６６．９４×１０－６ ～７４５９．８６×１０－６）、Ti（４１２３．８５×１０－６～９９５４．０２×１０－６）和Cr（３４．５５×１０－６～２８４．１６×１０－６），較低質量分數的Mn（９７．７９×１０－６ ～８９９．７４×１０－６）、Ni（１．３９×１０－６ ～１６．９６×１０－６）和Zn（２．４１×１０－６ ～６４．３３×１０－６），以及質量分數相對一致的V（１６９．７５×１０－６～２８７．７９×１０－６）和Cu（０．４６×１０－６ ～２．４１×１０－６）.

３．２ 稀土元素特征

樣品中磁鐵礦和赤鐵礦的稀土元素經PAAS（PostＧArcheanAustralianshale）[４６]標準化后的稀土元素配分圖如圖５所示.由于Y與Ho的離子半徑和化學性質相似[４７４８]，因此將其加入到REE中討論，并將REE和Y簡寫為REY.La異常用La/La? ＝LaPAAS/（３PrPAAS ２NdPAAS）來計算;Ce異常用Ce/Ce? ＝２CePAAS/（LaPAAS ＋PrPAAS）來計算;Pr異常用Pr/Pr? ＝２PrPAAS/（CePAAS ＋NdPAAS）來計算;Eu異常用Eu/Eu? ＝２EuPAAS/（SmPAAS＋GdPAAS）來計算[４９].

本文所研究磁鐵礦和赤鐵礦顯示出一致的稀土元素配分曲線.磁鐵礦具有較低的稀土總量，樣品xj３１８中w （ΣREY）＝２．０６×１０－６～９．６６×１０－６，平均值為４．４５×１０－６，xj３０１中w （ΣREY）＝１．６３×１０－６～５１．１６×１０－６，平均值為１０．８５×１０－６，xj３１１中w （ΣREY）＝１．４９×１０－６～４４．５４×１０－６，平均值為１３．７５×１０－６;xj３１８和xj３０１中磁鐵礦總體表現出輕稀土相對重稀土虧損的特征，xj３１８ 中（La/Yb）PAAS＝０．０１～１．４２，平均值為０．６８，xj３０１中（La/Yb）PAAS＝０．０１～２．８５，平均值為０．５０，而xj３１１中磁鐵礦的稀土配分模式則相對平坦，其（La/Yb）PAAS＝０．０１～１０．２９，平均值為１．５０.所有磁鐵礦具有不明顯的Ce異常、Eu異常和Pr異常，以及正的La異常，xj３１８中Ce/Ce? ＝０．５６～１．２５，平均值為０．８１，Eu/Eu? ＝０．８０～０．９６，平均值為０．８６，Pr/Pr? ＝０．８０～１．２１，平均值為１．０６，La/La? ＝０．５７～４．９３，平均值為１．９３;xj３０１中Ce/Ce? ＝０．６０～１．９３，平均值為１．０５，Eu/Eu? ＝０．６７～１．２４，平均值為０．９６，Pr/Pr? ＝０．５９～１．４１，平均值為１．０３，La/La? ＝０．４０～４．３０，平均值為１．４５;xj３１１ 中Ce/Ce? ＝０．５３～１．３３，平均值為１．０５，Eu/Eu? ＝０．３５～２．８３，平均值為１．０４，Pr/Pr? ＝０．７５～１．０２，平均值為０．９０，La/La? ＝０．７６～６．３７，平均值為１．６４.赤鐵礦稀土總量較低，w（ΣREY）＝２．６０×１０－６～３５．４３×１０－６，平均值為７．９１×１０－６，輕稀土相對重稀土虧損，（La/Yb）PAAS ＝０．０４～４．４３，平均值為０．４８，大多數表現出不明顯的Ce異常（Ce/Ce? ＝０．２７～１．０６，平均值為０．７３）、Eu異常（Eu/Eu? ＝０．５２～２．２９，平均值為０．８７）和Pr異常（Pr/Pr? ＝０．７９～１．３０，平均值為１．００），以及強烈正的La異常（La/La? ＝０．８３～４４８．５２，平均值為２９．１９）.

４ 討論

磁鐵礦屬于尖晶石族礦物，等軸晶系，具有反尖晶石結構，晶體化學式為Fe３＋ [Fe２＋Fe３＋ ]O４，其中Fe２＋ 容易與Mg２ ＋ 、Mn２ ＋ 、Ca２ ＋ 、Ni２ ＋ 、Co２ ＋ 、Zn２ ＋ 等發生類質同象替代，Fe３＋ 常和Al３ ＋ 、Ti４ ＋ 、Cr３ ＋ 、V３ ＋ 等發生類質同象替代[１６，２２，５０５１]，這些元素間的相互替代主要受磁鐵礦形成時的溫度、氧逸度、成礦流體/熔體的化學成分等物理化學條件控制[１５１６，２２].IF通常都會經歷成巖和變質作用過程，通過對磁鐵礦微量元素特征詳細的研究可以揭示其形成過程和形成環境.赤鐵礦化學成分為Fe２O３，屬于六方晶系，赤鐵礦在IF 中有著較為廣泛的分布.磁鐵礦和赤鐵礦的相互轉換在自然界非常普遍，通過研究磁鐵礦和赤鐵礦之間的關系，可以為IF的形成過程提供指示.

４．１ 成礦物質來源

前人通過對IF全巖的稀土元素進行大量的研究，發現成巖過程中IF的稀土元素特征通常不會發生均一化，即在成巖過程中鐵建造的稀土元素可以保持穩定[５２５４];IF在后期較低級的變質變形過程中往往具有較好的封閉性和較低的水巖反應速率，所以變質作用對于IF稀土元素特征的影響通常也較為有限[５５５６].由于稀土元素非常穩定，一般不受成巖及變質作用的影響，因此稀土元素常被當作研究IF物質來源和形成環境的重要工具[７，４７，５６５８].現代海水的稀土配分模式表現為輕稀土元素相對于重稀土元素明顯虧損，負Ce異常，以及La和Y 正異常[５６];海底高溫熱液（＞２５０ ℃）一般具有相當高的Eu正異常和較高的（Sm/Yb）PAAS[４８];海底低溫熱液（＜２００℃）則無Eu異常或者顯示弱的Eu正異常，且具有不明顯的Ce異常和較低的（Sm/Yb）PAAS[５９６１]（圖６）.本文中所有磁鐵礦的Eu異常變化范圍較大（Eu/Eu﹡ ＝０．３５～２．８４），但由圖７a可知，只有在Eu質量分數特別低的區域Eu異常才會出現大范圍的變化，這可能是Eu質量分數處于檢測限附近的緣故.在Eu質量分數相對較高的區域，大多數磁鐵礦的Eu異常都在１附近（圖７a），沙壟鐵建造磁鐵礦總體表現出Eu異常不明顯的特征.同理，圖７b顯示所有磁鐵礦具有微弱的Ce異常，其（Sm/Yb）PAAS 變化范圍較大（０．００３９～８．３６８８）且與Eu異常值缺乏相關關系，這符合低溫熱液的稀土元素特征.另一方面，絕大部分磁鐵礦的正La異常（La/La? ＝０．４０～６．３７，平均值為１．６４）及xj３１８與xj３０１輕稀土元素相對重稀土元素虧損的稀土配分模式，說明磁鐵礦的成礦物質來源有海水的參與，而xj３１１中磁鐵礦較為平坦的稀土配分曲線可能是由于低溫熱液影響的結果.以上討論結果與前人通過對鐵礦石全巖主微量元素的研究，認為沙壟鐵建造具有低溫熱液與海水混合的鐵質來源的結論相契合[４３].對沙壟鐵建造磁鐵礦稀土元素特征的研究，從礦物化學角度進一步揭示了該鐵建造的成礦物質來源為海水和低溫熱液.

４．２ 鐵建造形成過程中的氧化還原環境

Ce在自然界中通常以和其他稀土元素相同的穩定的＋３價存在，但是在氧化的水體中Ce３＋ 被氧化為Ce４＋ ，導致Ce的溶解度降低且被富鐵錳氫氧化物吸收而表現出負Ce異常[６４６５];亞氧化或者還原性水體缺乏這種負Ce異常，這是由于富鐵錳氫氧化物發生還原性溶解所造成的[６４，６６].Ce對氧化還原環境敏感的特性常被用來判別沉積盆地海水的氧化還原狀態[６７]，但海水中La正異常的存在會使Ce異常變得復雜，故需要用Ce/Ce? Pr/Pr? 圖解來判斷真正的Ce異常[４７].圖８顯示沙壟鐵建造磁鐵礦的大部分樣品點都落在了非Ce負異常的區域，暗示其形成于缺氧環境.同時，沙壟鐵建造磁鐵礦的Mn質量分數較高，前人研究認為Mn氧化物對Ce的吸附作用會導致Ce的正異常[４７].但由圖９可知磁鐵礦的Ce異常和Mn質量分數之間缺乏相關性，因此可以排除磁鐵礦形成過程中Mn氧化物吸附作用對Ce異常的影響.綜上，沙壟鐵建造磁鐵礦應形成于缺氧環境，這也與沙壟鐵建造鐵礦石的全巖微量元素和Fe同位素研究結果一致[４３].

V 主要以V３＋ 、V４＋ 和V５＋３種價態存在，而Cr的存在形式主要包括Cr３＋ 和Cr４＋ ，當環境的氧逸度較低時，V 和Cr表現為＋３價，它們容易以類質同象替代的方式進入磁鐵礦晶格而使得磁鐵礦中V、Cr的質量分數增加[２２，４５，６８];又由于磁鐵礦中V 和Cr的質量分數通常與變質溫度之間沒有相關性[２５]，因此可以用磁鐵礦V 和Cr的特征來判別其形成時的氧化還原環境.與Dupuis等[１５]提出的IF型鐵礦床中元素范圍相比，本文所研究磁鐵礦具有與其相對一致的V 質量分數（１０８．７９×１０－６ ～２１４．０６×１０－６）和較低的Cr 質量分數（１２．９４×１０－６～１２３．７５×１０－６）;不同樣品中磁鐵礦的V 和Cr質量分數有所不同，但是它們的變化趨勢并不明顯（圖１０），說明在磁鐵礦形成過程中氧逸度的影響相當有限.綜上所述，磁鐵礦微量元素組成表明沙壟鐵建造形成于缺氧環境，并且在形成過程中環境氧逸度的變化很小.

４．３ 含鐵礦物成因和對鐵建造中元素行為的啟示

本次研究中的xj３１８不同于另外２件樣品，其礦石礦物包括磁鐵礦和赤鐵礦２種，鏡下特征顯示磁鐵礦顆粒明顯比赤鐵礦粗大，同時赤鐵礦沿條帶延伸方向圍繞磁鐵礦分布，但它們并未相交，這表明磁鐵礦為赤鐵礦變質重結晶的產物，而未見到熱液交代現象說明磁鐵礦并非熱液作用形成.赤鐵礦發生變質形成磁鐵礦的溫度為４４０～６５０ ℃[６９]，沙壟鐵建造普遍經歷綠片巖相變質作用[４３]，滿足赤鐵礦變質形成磁鐵礦的溫度條件，說明磁鐵礦很可能為赤鐵礦變質作用的產物.赤鐵礦多呈細粒狀，結合Klein[６]的研究，赤鐵礦應形成于早期成巖過程，是原始沉積的三價鐵氫氧化物膠體發生脫水的產物.xj３１８中磁鐵礦和早期形成的赤鐵礦具有一致的稀土元素配分曲線（圖５），表現為重稀土元素相對輕稀土元素富集，以及不明顯的Ce異常和Eu異常，這與沙壟鐵建造全巖的稀土元素特征相對一致[４３]，進一步說明了IF中磁鐵礦的稀土元素特征非常穩定，成巖作用和變質作用等對鐵建造的磁鐵礦稀土元素特征影響非常有限.然而，xj３１８中磁鐵礦和赤鐵礦的部分微量元素卻有著較大的差別（例如Ti和Mn等），這些元素間的差異極有可能是沙壟鐵建造形成過程中成巖和變質作用影響的結果，而對于BIF形成過程中各微量元素元素特征的控制因素目前尚未有統一的認識，在此以xj３１８中磁鐵礦和赤鐵礦為研究對象，對沙壟鐵建造形成過程中可能改變這些微量元素特征的條件進行初步的討論.前 人研究提出磁鐵礦中Ti、Mg和Al的質量分數主要受溫度控制，并且在較低溫度下它們通常是不活動的[７０７１].而Lan等[２５]最近研究認為溫度與磁鐵礦中Ti、Al和Mn的質量分數有很大相關性，隨著變質溫度的升高，磁鐵礦中Ti、Al和Mn的質量分數呈上升趨勢.將沙壟鐵建造磁鐵礦與Dupuis等[１５]提出的IF型鐵礦床中元素范圍進行對比（圖４），發現所有磁鐵礦具有較高的Mn 質量分數（２１５０．６８×１０－６～４５４５．５９×１０－６），且Ti質量分數變化范圍較大（１５．９２×１０－６～１１７３３．０６×１０－６），暗示其可能受到了較高溫度變質作用的影響，但這與沙壟鐵建造經歷的綠片巖相變質作用相悖，而且Ti與Mn之間缺乏正相關關系（圖１０），所以它們的質量分數變化可能并非是溫度影響的結果.Dupui等[１５]的研究也指出磁鐵礦中Mn質量分數與不同礦床的形成溫度之間缺乏相關性，溫度不是Mn質量分數變化的決定性因素.Reguir等[２４]通過對坦桑尼亞Kerimasi地區碳酸鹽巖中的磁鐵礦進行研究發現，V 和Mn的質量分數直接受控于環境的氧逸度，且隨著氧逸度的升高會導致磁鐵礦中Mn的富集和V 的虧損，即V 和Mn的質量分數負相關.根據本文所研究樣品的礦物組成特征，xj３１８中磁鐵礦形成時的氧逸度應該要高于xj３０１和xj３１１，圖１０顯示xj３１８中Mn的質量分數略高于xj３０１和xj３１１，即Mn質量分數隨著氧逸度升高而增加，氧逸度很可能是磁鐵礦中Mn元素質量分數變化的控制因素.所有樣品V 的質量分數變化不大（圖１０），這可能是沙壟鐵建造形成過程中環境氧逸度的變化很小造成的;另外，VanBaalen[７２]的研究表明Ti元素在低級變質巖中也可以發生遷移，Ti的活動并不一定需要高溫的條件.圖１０顯示xj３１８中赤鐵礦的Ti質量分數明顯高于所有磁鐵礦，同時xj３０１和xj３１１中磁鐵礦的Ti質量分數較xj３１８中的磁鐵礦有升高的趨勢，這表明磁鐵礦中的Ti很可能是在變質過程中從赤鐵礦中活化遷移而來的，由于xj３１８中赤鐵礦和磁鐵礦的轉化不夠徹底，從而導致其Ti質量分數低于其他磁鐵礦.因此，沙壟鐵建造磁鐵礦Ti質量分數的差異可能是赤鐵礦轉化為磁鐵礦的比率不同而造成的.

５ 結論

１）沙壟鐵建造中磁鐵礦和赤鐵礦的稀土元素特征相對一致，成巖作用和變質作用等對鐵建造的磁鐵礦稀土元素特征影響非常有限;磁鐵礦稀土元素特征顯示其具有海水和低溫熱液混合的成礦物質來源，為該鐵建造的物質來源從礦物化學角度提供了依據.

２）磁鐵礦絕大部分都缺乏Ce的負異常，說明鐵建造形成于缺氧的環境，而V、Cr的質量分數變化趨勢則顯示環境中的氧逸度變化很小.赤鐵礦應為原始沉積的鐵氫氧化物膠體脫水的產物，而磁鐵礦應為赤鐵礦變質而成.

３）其他微量元素的特征（如Ti和Mn）表明，磁鐵礦中不同微量元素地球化學行為受到復雜地質過程的制約，需要更為系統地研究來進一步揭示不同地質作用對這些微量元素特征的影響.

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