條帶狀鐵建造（BIF）是早前寒武紀特有的由富鐵和富矽條帶組成的化學沉積岩，不僅可記錄古海洋環境演變規律，還也可提供豐富的鐵礦石資源。當前BIF的研究主要集中於南非和澳大利亞西部的大規模與沉積岩系相關的Superior型BIF，而對產於火山-沉積序列中的Algoma型BIF研究偏少，尤其缺乏對其礦物學和沉積礦物相分帶等方面的細緻研究。我國華北地區作為Algoma型BIF的重要產區，有著長期的鐵礦開採歷史，是觀測研究BIF的優良平臺。
中國科學院地質與地球物理研究所礦產資源研究院重點實驗室博士研究生佟小雪在研究員張連昌、副研究員王長樂和研究員翟明國等的指導下，對鞍山地區大孤山BIF進行系統的野外地質調查、巖相學觀察和地球化學分析，確定主要含鐵礦物成因，建立BIF分相形成模式，揭示大氧化事件前夕古海洋氧化還原狀態，為探討Algoma型BIF成因機制及環境指示意義提供資料和研究基礎。
研究發現，大孤山BIF巖系具獨特的沉積礦物相空間分佈規律，對應一個相對完整的海侵海退序列。該序列底部為薄層細粒的富鐵泥頁岩，向上沉積物顆粒逐漸變細，從碎屑沉積岩過渡為化學沉積岩BIF，可能指示海侵過程的開始，隨後向上沉積物顆粒逐漸變粗，依次泥頁岩和砂岩，指示海退過程。對於BIF各沉積相而言，在海侵過程中，碳酸鹽相向上逐漸過渡為矽酸鹽相和氧化相；海退過程中，碳酸鹽相BIF與富鐵泥砂岩互層產出，說明碳酸鹽相BIF應沉積於近岸一側，而氧化物相BIF可能對應海侵的最高峰，形成於沉積盆地的最遠端，最終造成從遠岸到近岸依次為氧化物相-矽酸鹽相-碳酸鹽相的礦物相空間展布特徵。
研究透過系統的巖相學觀察，確定菱鐵礦形成於成巖期；結合菱鐵礦碳同位素特徵，認為其為成巖過程中原始沉積的三價鐵氫氧化物經微生物鐵異化還原而形成的產物；結合所含礦物之間的相互關係，推測三價鐵的氫氧化物和矽質應為最主要的原生礦物，在後期的成巖和變質作用過程中逐漸轉變成為現今所見的含鐵矽酸鹽礦物、菱鐵礦和磁鐵礦等。
研究發現，大孤山BIF各沉積礦物相缺乏負Ce異常，且磁鐵礦的鐵同位素值均為正值，說明海水中二價鐵離子部分經歷了氧化，指示新太古代末期古海洋極低的氧逸度，鐵的氧化方式主要應為厭氧的光合細菌氧化。
綜合研究結果，該研究最終建立了Algoma型大孤山BIF的沉積礦物相的形成模型：在整體缺氧還原的環境下，熱液來源的Fe(II)上湧到透光區，Fe(II)經厭氧光合作用被部分氧化形成三價鐵氫氧化物沉澱。這些沉積物在沉積埋藏後經歷了複雜的成巖和變質作用，其中，在沉積盆地遠岸一側，三價鐵氫氧化物與孔隙水中的Fe(II)反應形成磁鐵礦，儲存在氧化相BIF中。在沉積盆地近岸一側，由於初始生產力和有機碳輸入量較高，微生物利用有機質還原三價鐵氫氧化物，形成菱鐵礦，以富碳酸鹽相儲存下來，最終形成由近岸的碳酸鹽相到遠岸的氧化物相的空間展布規律。
相關成果發表在礦床學領域期刊Economic Geology上。研究得到國家自然科學基金、地質地球所重點自主部署專案資助。
大孤山BIF原生礦物組成及後期演化
新太古代Algoma型大孤山BIF形成環境示意圖
來源：中國科學院地質與地球物理研究所
