前寒武纪条带状硅铁建造的形成机制与地球早期的大气和海洋.pdfVIP

地质学报 ACTAGEOLOGICASINICA 爹善气恙≯99膂 Vso。pt．1．842N。01．： 前寒武纪条带状硅铁建造的形成机制 与地球早期的大气和海洋 李延河，侯可军，万德芳，张增杰，乐国良 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，国土资源部同位素地质重点实验室， 中国地质科学院矿产资源研究所，北京，100037 内容提要：前寒武纪条带状硅铁建造(BIFs)是地球早期特有的化学沉积建造类型，记录了当时大气和海洋的 化学成分、氧化还原状态及演化。本文系统测定了华北地台条带状硅铁建造的硫硅氧同位素组成。不同时代和不 同类型条带状硅铁建造中石英的硅同位素组成非常相似．强烈亏损30Si。6”Si。Bs：。大部分位于一2．o‰～一0．3*／oo 之间，平均一o．8‰；硅铁建造中石英的6”0v．s”oW相对较高，8．1‰～21．5‰，平均13．9％o；二者均与现代海底黑烟 囱、泉华及热水沉积硅质岩的硅氧同位素组成相似。在同一样品中，磁铁矿条带中石英的艿”Si。盼：。普遍低于相邻 硅质条带中石英的值，而8”0v．驯ow刚好相反，反映了硅铁建造沉积时的初始特征。BIFs中硫化物的8“Sv—c叶变化 范围很大，一22．0％0～+11．8‰．但大部分集中分布在0值附近。△”S=一O．89‰～+1．2‰，显示出了明显的硫 同位索非质量分馏特征，说明当时大气氧浓度很低。与火山活动关系密切的Algoma型硅铁建造的△”S多为负 都是由海底热液喷气作用形成的。富含溶解硅和铁的热水溶液喷发到在海底以后，由于温度突然下降，硅酸 H·SiO．在海水中达到过饱和状态，导致SiOz首先沉淀，形成硅质层；随着热水溶液与海水的不断混合，温度不断降 低，Eh值不断升高，Fe2+逐渐被氧化生成Fe3+随后沉淀，形成富铁层。一套硅铁韵律层代表了一次大的海底喷气 活动；海底热液喷气的周期性活动形成了规律性的硅铁韵律层。BIFs的广泛分布和硫同位素非质量分馏效应的普 遍存在，表明当时大气氧水平很低，可能不足现在氧水平的1％o；火山和海底喷气活动非常强烈，海水温度较高，呈 酸性，pH值在3．O～5．5之间；海洋中可溶解硅H．SiQ和踏+的浓度很高；而可溶硫酸盐的浓度极低，lmM。早元 古代(1．8Ga)以后海洋硫酸盐浓度升高，由富铁海洋转化为富硫酸盐的海洋，是造成BIFs消失的根本原因。大规模火 山喷发和海底喷气活动对海洋的成分和氧化还原状态影响很大，使海洋的氧化时间较大气至少推迟了6亿年。 关键词：条带状硅铁建造；硫硅氧同位素；海底喷气；缺氧大气；富铁海洋 前寒武纪条带状硅铁建造(BIFs)是世界上最重 很多人基于太古宙缺乏硫酸盐沉积、硫酸盐和 要的铁矿资源类型和地球早期特有的化学沉积建造 硫化物的834S变化小，认为太古宙大气是极度缺氧 类型，广泛分布于太古宙一早元古代(3．2～1．8Ga)， 的，海水是贫硫酸盐的，氧化风化和微生物还原作用 记录了当时大气和海洋的化学成分、氧化还原状态 et 在太古宙硫循环中是微不足道的(Canfielda1．， 及演化。尽管人们从不同的侧面对BIFs进行了广 et et a1．，2000a；Pavolva1．， 2000；Farquhar 泛的研究，但关于BIFs的成因、硅铁韵律层的形成 et 2002；Shena1．．2003)。但也有相当多的证据表 机制和地球早期大气圈、水圈的状态及演化还存在 明，海