山西五臺(tái)綠巖帶柏枝巖組條帶狀鐵建造(BIFs)成因及其環(huán)境意義

孫迪，李秋根＊，陳雋璐，王宗起，高山松，YASIN Rahim，胡鵬月

(1.造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871；2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054；3.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

條帶狀鐵建造(Banded Iron Formations，簡稱BIFs)是指由富鐵礦物(以磁鐵礦、赤鐵礦為主)和脈石礦物(以石英為主)組成的條帶狀構(gòu)造的化學(xué)沉積巖(James，1954)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，來源于該類型的鐵礦在世界鐵礦資源中儲(chǔ)量最大、分布最廣，是全球鋼鐵產(chǎn)業(yè)最主要的礦石來源(王長樂等，2012)，具有非常重要的經(jīng)濟(jì)意義。BIFs作為地球早期特有的化學(xué)沉積建造類型，連續(xù)分布于太古代—古元古代(3.2～1.8 Ga)，記錄了地球早期構(gòu)造和環(huán)境的變化(Bekker，et al.，2010)，可為研究全球動(dòng)力學(xué)體制轉(zhuǎn)變、大氣圈-水圈-生物圈的地球化學(xué)狀態(tài)和演化過程等提供獨(dú)特途徑(Widdel，et al.，1993；Kappler，et al.，2005；Planavsky，et al.，2012；Partin，et al.，2013；Windley，et al.，2021)。

SiO2和TFe2O3是BIFs的主要組分，其余元素氧化物如CaO、MgO、MnO、Al2O3、Na2O、K2O、TiO2和 P2O5等含量相對較低。其中，由于Al3+和Ti4+在海水中很難溶解，且在風(fēng)化、成巖和熱液交代過程中比較穩(wěn)定，因此常用來判斷是否混入了碎屑物質(zhì)(Bonatti，1975)。不同碎屑物質(zhì)具有不同的微量元素特征，其高場強(qiáng)元素(Zr、Th、Hf、Sc等)和過渡元素(Cr、Co、Sc等)比值是進(jìn)一步示蹤碎屑物質(zhì)來源的有效手段(Condie，et al.，1990)。此外，稀土元素具有非常穩(wěn)定的地球化學(xué)特性，并且Fe與稀土元素在運(yùn)移和沉淀過程中幾乎不發(fā)生分異，因而如EuPAAS異常、Sm/Yb、Y/Ho值等地球化學(xué)指針被廣泛用來研究BIFs的物質(zhì)來源(Bau，et al.，1996；Bekker，et al.，2010；Planavsky，et al.，2010)。再者，Eu、Ce、Mn、U等變價(jià)元素對氧化還原程度比較敏感，并且含量達(dá)到現(xiàn)有測試條件，可用來示蹤BIFs沉積時(shí)的海洋氧化還原狀態(tài)(Konhauser，et al.，2009；Bekker，et al.，2010)。

作為世界上最古老的克拉通之一，華北克拉通廣泛分布著BIFs，主要集中于鞍山—本溪、密云—冀東、五臺(tái)—呂梁、霍邱—舞陽和魯西等地區(qū)(張連昌等，2012)。其中，五臺(tái)綠巖帶作為早前寒武紀(jì)巖石典型出露區(qū)之一，蘊(yùn)含了豐富的BIFs型鐵礦，主要分布在石咀亞群的金崗庫組和文溪組以及臺(tái)懷亞群的柏枝巖組中(李樹勛等，1986)。其中，柏枝巖組中的鐵礦最具工業(yè)規(guī)模和開采價(jià)值。近年來，一些學(xué)者對五臺(tái)綠巖帶柏枝巖組BIFs進(jìn)行了地球化學(xué)和地質(zhì)年代學(xué)分析(李志紅等，2010；沈其韓等，2011；Gao，et al.，2019，2020)。李志紅等(2010)依據(jù)八塔BIFs的稀土元素特征，認(rèn)為其來源于火山熱液和海水的混合溶液，并根據(jù)缺乏明顯Ce負(fù)異常，認(rèn)為BIFs沉積海水為缺氧環(huán)境。沈其韓等(2011)對3個(gè)柏枝巖BIFs樣品進(jìn)行了比較全面的主微量元素、稀土元素分析，認(rèn)為BIFs形成于熱海水環(huán)境，并基于李樹勛等(1986)獲得的δ34S值在零附近而推測Fe來源于地幔。Gao，et al. (2019)對鋪上和麻黃溝BIFs樣品賦存的長英質(zhì)凝灰?guī)r層進(jìn)行了鋯石U-Pb定年，利用其加權(quán)平均年齡將五臺(tái)BIFs沉積時(shí)間限定為2 558～2 471 Ma。隨后，Gao，et al. (2020)對其中富碳酸鹽相BIFs進(jìn)行了方解石的碳氧同位素分析以及黃鐵礦的硫同位素分析，認(rèn)為五臺(tái)BIFs為Algoma型，并且指出它們沉積于海洋碳酸鹽環(huán)境。雖然以上研究促進(jìn)了人們對該組BIFs成因的理解，但是這些研究只針對柏枝巖組局部地區(qū)進(jìn)行了取樣，而忽略了柏枝巖組BIFs東西向巖相學(xué)和地球化學(xué)的差異，缺乏對柏枝巖組完整的研究，因而，未能全面理解其成因。為此，筆者對柏枝巖組BIFs分布的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行了勘查，選擇其中涵蓋了全區(qū)特點(diǎn)的8個(gè)代表性礦區(qū)及出露點(diǎn)進(jìn)行了取樣，在弄清該組BIFs沉積時(shí)代、巖相學(xué)差異的基礎(chǔ)上，對全區(qū)BIFs樣品的地球化學(xué)特征做了全面分析，力圖準(zhǔn)確而全面地闡釋柏枝巖組BIFs主要成礦物質(zhì)和沉積環(huán)境。

1 地質(zhì)背景

華北克拉通位于中國東部，是由中亞造山帶、祁連、秦嶺-大別、蘇魯造山帶圍限的前寒武紀(jì)穩(wěn)定地塊組成，經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化，記錄了前寒武紀(jì)許多重大地質(zhì)事件(Kusky，et al.，2003，2016；Wilde，et al.，2004a，2004b，2005；Zhao，et al.，2005，2012；Zhai，et al.，2013；萬渝生等，2017；Tang，et al.，2018；Sun，et al.，2019)。盡管華北克拉通有多種劃分模型(伍家善等，1998；Kusky，et al.，2003；Santosh，et al.，2010；Zhai，et al.，2011；Zhao，et al.，2012)，“三分”方案仍被廣泛接受，包括東部陸塊、西部陸塊和二者之間的中部造山帶(古元古代“Trans-North China Orogen(TNCO)”由Zhao，et al. (2005，2012)提出或新太古代“Central Orogenic Belt (COB)”由Kusky，et al. (2003，2016)提出(圖1a)。

五臺(tái)綠巖帶位于華北克拉通中部造山帶的中心地區(qū)，是早前寒武紀(jì)巖石典型出露區(qū)之一，主要由新太古代—古元古代花崗質(zhì)巖石和低級變質(zhì)的表殼巖(五臺(tái)群)組成(圖1b)(白瑾，1986；Zhao，et al.，2012)。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)較為廣泛，花崗質(zhì)巖石大多呈巖株?duì)町a(chǎn)出，多遭受變質(zhì)作用改造(白瑾，1986)。根據(jù)侵位年齡和巖性，可以將研究區(qū)花崗質(zhì)巖石分為4期：2.56～2.52 Ga遭受強(qiáng)烈變形的閃長巖-英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖(Liu，et al.，2004；Wilde，et al.，2005)；2.52～2.48 Ga呈顯著片麻理的英云閃長巖-花崗閃長巖(Wilde，et al.，2005；Sun，et al.，2019)；2.18～2.08 Ga弱改造的正長-二長花崗巖(王凱怡等，2002；Wilde，et al.，2005；Wan, et al.,2018)以及～1.8 Ga非造山花崗巖(白瑾，1986；王凱怡等，2002)。

1.華北克拉通出露的太古宙—古元古代基底；2.華北克拉通未出露的基底；3.被內(nèi)蒙古—河北北部造山帶覆蓋的中部造山帶；4.研究區(qū)；5.滹沱群；6.高凡亞群；7.臺(tái)懷亞群鴻門巖組；8.臺(tái)懷亞群柏枝巖組；9.石咀亞群文溪組；10.石咀亞群莊旺組；11.石咀亞群金崗庫組；12.石咀亞群板峪口組；13古元古代花崗巖；14.晚太古代花崗巖；15.恒山雜巖；16.阜平雜巖；17.“COB”界限；18.“TNCO”界限；19.主要斷層；20.主要剪切帶；21.城市或村莊；22.采樣點(diǎn)圖1 (a)華北克拉通前寒武紀(jì)結(jié)晶基底構(gòu)造分區(qū)圖(據(jù)Zhao，et al.，2005；Kusky，et al.，2016)和(b)五臺(tái)綠巖帶地質(zhì)圖(據(jù)白瑾，1986；Wilde，et al.，2005修改)Fig.1 (a) Tectonic subdivision of the Precambrian basement of North China Craton(After Zhao，et al.，2005；Kusky，et al.，2016) and (b) Geological map of the Wutai greenstone belt(Modified after Bai，1986；Wilde，et al.，2005)

五臺(tái)群為一套變質(zhì)火山巖-沉積巖系，下部與阜平片麻巖呈構(gòu)造不整合接觸，上部被古元古界滹沱群不整合覆蓋(白瑾，1986)。根據(jù)巖性組合和變質(zhì)程度，五臺(tái)群自下而上分為石咀亞群、臺(tái)懷亞群和高凡亞群(圖2)。石咀亞群廣泛分布在五臺(tái)綠巖帶的西北部和東部，變質(zhì)程度達(dá)角閃巖相，自下而上可分為板峪口組、金崗庫組、莊旺組和文溪組，其主體巖石組合為石英巖和變粒巖、斜長角閃巖以及大理巖，火山物質(zhì)向上逐漸增多，局部分布的超鎂鐵質(zhì)巖塊體被認(rèn)為是殘余的洋殼(Wang，et al.，2004；Li，et al.，2008)。根據(jù)前人的研究，石咀亞群的年齡為2 513～2 543 Ma(圖2)(Wilde，et al.，2004a，2005；Wang，et al.，2014a；Han，et al.，2017)，年齡范圍較為寬泛，幾乎包含了五臺(tái)群所有的年齡。臺(tái)懷亞群主要分布在綠巖帶的中部和西部地區(qū)，平面呈“之”字形展布，它是一套以綠片巖相為主的變質(zhì)火山巖組合，主要由絹英片巖、綠泥石片巖、磁鐵石英巖和變質(zhì)砂礫巖組成，可分為下部的柏枝巖組和上部的鴻門巖組，兩者以有無磁鐵石英巖相區(qū)分(白瑾，1986)。柏枝巖組按巖性可分為下部變碎屑巖段和上部變火山巖含鐵巖段。其下部變碎屑巖段厚度變化大，變質(zhì)礫石成分以石英長石砂巖、綠片巖和花崗質(zhì)巖石為主，礫石含量為30%～50%，礫徑為2～30 cm， 呈平行定向排列； 上段是柏枝巖組的主體部分，主要由綠泥鈉長片巖、綠泥片巖和絹云綠泥片巖等組成，夾有磁鐵石英巖，目前已經(jīng)查明的大中型鐵礦大都產(chǎn)在此層位。鴻門巖組分布范圍和巖性與柏枝巖組基本相同，底部夾薄層長石石英巖，上段地層以絹英巖、絹英片巖等淺色凝灰?guī)r為主，二者呈消長關(guān)系(白瑾，1986)。Wilde，et al. (2004a)報(bào)道了該亞群變質(zhì)火山巖的年齡為2 524～2 516 Ma。Sun，et al. (2019)隨后也獲得了鴻門巖變質(zhì)流紋巖(2 519±5) Ma的年齡，與其結(jié)果一致。頂部高凡亞群出露面積較小，主要分布在五臺(tái)山西部的灘上—洪寺一帶，是由細(xì)粒石英巖、變質(zhì)粉砂巖和千枚巖等組成的一套次綠片巖相變質(zhì)沉積巖(白瑾，1986；李樹勛等，1986)。Peng，et al. (2017)利用SIMS測試方法獲得漠河組凝灰?guī)r層鋯石U-Pb年齡為(2 186±8) Ma。結(jié)合之前獲得的玄武質(zhì)火山巖形成年齡(～2 140±14) Ma(Du，et al.，2013)和上部滹沱組的最初沉積年齡～2 350 Ma(Liu，et al.，2016)，將高凡亞群的年齡限定在2 350～2 150 Ma。

1.長石石英砂巖；2.石英巖；3.黑云變粒巖；4.大理巖；5.基性-超基性噴出巖；6.斜長角閃巖；7.云母片巖；8.綠泥鈉長片巖；9.絹云綠泥片巖；10.綠泥片巖；11.絹云母石英片巖；12.黑云角閃變粒巖；13.變質(zhì)礫巖；14.變質(zhì)粉砂巖；15.千枚巖；16.板巖；17.白云巖；18.BIF；19.VMS；20.疊層石圖2 五臺(tái)群和滹沱群巖性柱狀圖(據(jù)白瑾，1986；田永清，1991；Polat，et al.，2005修改)Fig.2 The lithological column of Wutai and Hutuo Groups

滹沱群分布于五臺(tái)山南部，不整合覆蓋在五臺(tái)群之上，為一套次綠片巖相變質(zhì)的淺海-濱海相沉積巖系(田永清，1991)。該群自下而上可分為豆村亞群、東冶亞群和郭家寨亞群(白瑾，1986)(圖2)。底部的豆村亞群巖石組合以礫巖、石英巖、白云巖和千枚巖為主，其底部礫巖角度不整合于五臺(tái)群之上；中部的東冶亞群以含疊層石碳酸鹽巖和千枚巖為主，夾少許變質(zhì)火山巖和硅質(zhì)碎屑巖；上部的郭家寨亞群主要為粉砂質(zhì)-砂質(zhì)千枚巖和粗碎屑巖，呈磨拉石類建造特征(白瑾，1986)。長英質(zhì)凝灰?guī)r、中基性火山巖、砂巖和花崗斑巖的鋯石定年結(jié)果限定了滹沱群的沉積時(shí)代為2.2～2.1 Ga(Wilde，et al.，2004b；杜利林等，20l1；Liu，et al.，2010)。

此外，五臺(tái)地區(qū)礦產(chǎn)種類豐富，目前已發(fā)現(xiàn)鐵礦、金礦、銅礦等20余種礦產(chǎn)均賦存于層狀變質(zhì)巖系中(李樹勛等，1986；駱輝等，1994；沈其韓等，2011；Wang，et al.，2014a，2014b；Han，et al.，2017；Zhang，et al.，2017；趙娜等，2019)。其中，鐵礦為最重要的礦產(chǎn)之一，以沉積變質(zhì)型鐵礦為主，主要產(chǎn)于石咀亞群下部金崗庫組、上部文溪組以及臺(tái)懷亞群的柏枝巖組中，產(chǎn)出層位穩(wěn)定，分布廣泛。金崗庫組含鐵建造分布于五臺(tái)巖帶南北兩側(cè)，出露為2個(gè)不連續(xù)北東東向帶。其中北帶分布在五臺(tái)山北麓，沿滹沱河向南延伸約為100 km，寬為1～4 km；南帶在五臺(tái)山南部，長約為40 km，寬為0.2～1 km。該建造巖性和厚度變化較大。文溪組含鐵建造分布十分有限，主要出露在石咀群復(fù)向斜的核部，長約為36 km，寬為1～4 km，巖性和厚度變化不大(白瑾，1986；李樹勛等，1986)。這2組鐵建造基本都產(chǎn)于基性火山巖中，巖性組合以斜長角閃巖-黑云變粒巖為主，常見礦物組合為閃石-石英-磁鐵礦、閃石-磁鐵礦、閃石-石英-磁鐵礦-碳酸鹽等。柏枝巖組含鐵建造分布于五臺(tái)復(fù)式向形的中部，東西長約為73 km，寬為1～20 km，呈“之”字形展布(李樹勛等，1986)(圖1b)。在每一個(gè)含礦帶內(nèi)，鐵建造斷續(xù)產(chǎn)出，集中分布，形成一系列規(guī)模大小不等的鐵礦床或礦點(diǎn)。受原始沉積盆地形態(tài)、分布和后期構(gòu)造的控制，臺(tái)懷亞群 BIFs 形態(tài)較復(fù)雜，有的鐵礦呈單斜構(gòu)造產(chǎn)出，礦體之間大致平行，有的鐵礦呈復(fù)合和犬牙交錯(cuò)現(xiàn)象(白瑾，1986)，不同于石咀亞群含鐵建造，該組 BIFs 主要產(chǎn)在中性和中-酸性火山凝灰?guī)r中，巖性組合主要包括綠泥片巖、綠泥鈉長片巖和絹云片巖。該組形成的中央礦帶縱橫展布于整個(gè)五臺(tái)群，儲(chǔ)量約占80%以上，是五臺(tái)綠巖帶最有利的成礦找礦層位(李樹勛等，1986)。

2 樣品采集及巖相學(xué)特征

針對五臺(tái)綠巖帶柏枝巖組8個(gè)BIFs礦區(qū)及出露點(diǎn)進(jìn)行采樣，共采集了36件BIFs樣品，其中包括東部柏枝巖村沿路出露點(diǎn)(5件)和廢棄太平溝礦區(qū)(5件)，中部麻黃溝(6件)、巖頭(6件)和鋪上礦區(qū)(4件)，西部八塔(5件)、張仙堡(5件)和山碰礦區(qū)(4件)。本次研究選擇其中12件BIFs樣品用于全巖地球化學(xué)分析。此外，采集了東部柏枝巖組出露有BIFs地層中的1件變質(zhì)火山巖(石英綠泥鈉長片巖)用于鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年。具體野外及巖相學(xué)特征如下。

東部的柏枝巖BIFs出露點(diǎn)和太平溝BIFs礦區(qū)主要產(chǎn)于五臺(tái)向斜東翼，坐標(biāo)分別為N39°02′55″，E113°36′05″和N39°04′33″，E113°39′04″(圖1b)，為一走向70°、傾向160°的單斜構(gòu)造(姚培慧，1993)。東部斷裂構(gòu)造發(fā)育，對礦體連續(xù)性有不同程度的破壞作用，礦體多呈似層狀和透鏡狀產(chǎn)出。BIFs主要賦存于綠泥片巖和綠泥鈉長片巖中(圖3a)，硅鐵條帶清晰，邊界較為平整，單條帶寬為5～10 mm，韻律性較好(圖3b)。BIFs礦石成分簡單，主要以石英(50%～60%)和磁鐵礦(30%～40%)為主，含有少量角閃石和鐵白云石(5%～10%)、方解石、褐鐵礦、赤鐵礦和黃鐵礦等。在結(jié)構(gòu)上，礦石呈半自形-自形粒狀全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。磁鐵礦呈細(xì)小粒狀，粒徑為3～30 μm，裂隙中部分磁鐵礦已氧化為褐鐵礦脈(圖4a)，幾乎未見有赤鐵礦交代磁鐵礦的現(xiàn)象；石英呈粒狀齒形鑲嵌結(jié)構(gòu)，顆粒相比磁鐵礦較大，為20～180 μm，自形程度較高；鐵白云石主要以半自形分布在石英條帶中，常與他形片狀角閃石伴生(圖4b)。定年樣品變質(zhì)火山巖(石英綠泥鈉長片巖)19BZY1-6采樣坐標(biāo)為N39°02′32″，E113°36′11″，樣品呈灰綠色，具有片狀構(gòu)造，主要由鈉長石(45%～50%)、綠泥石(30%～35%)和石英(10%～15%)組成，含有少量碳酸鹽和絹云母(5%)。其中，綠泥石呈顯微鱗片狀變晶定向排列，而鈉長石呈粒狀變晶結(jié)構(gòu)分布于鱗片狀礦物間隙中(圖4c)。

a.柏枝巖BIFs賦存于綠泥片巖和綠泥鈉長片巖中；b.太平溝BIFs硅鐵條帶清晰，邊界較為平整；c.麻黃溝BIFs硅鐵條帶整體彎曲連續(xù)；d.巖頭BIFs硅鐵條帶邊界較為平整；e.鋪上BIFs發(fā)育碳酸鹽脈；f.八塔BIFs條帶寬度大；g.張仙堡BIFs出現(xiàn)層內(nèi)撓曲變形構(gòu)造；h.山碰BIFs產(chǎn)于綠泥片巖中(人的高度、地質(zhì)錘長度、鉛筆長度、野外記錄本長度和相機(jī)蓋直徑分別為170 cm、30 cm、12 cm、18 cm和7.5 cm)圖3 柏枝巖組BIFs野外照片F(xiàn)ig.3 Field photographs of BIFs from the Baizhiyan Formation

麻黃溝、巖頭和鋪上BIFs礦區(qū)位于柏枝巖組中部，坐標(biāo)分別為N38°55′06″、E113°18′09″，N39°03′03″、E113°19′10″和N38°56′34″、E113°21′11″(圖1b)。不同于東部BIFs，中部斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅在東北部發(fā)育一條延伸不遠(yuǎn)的小斷裂，幾乎未破壞礦體的原始產(chǎn)出狀態(tài)。因此，在這些出露區(qū)，礦體以連續(xù)性較好、近平行分布的層狀、似層狀產(chǎn)出，這些BIFs主要賦存于絹云綠泥片巖、綠泥片巖和綠泥絹云片巖中，單條帶寬為0.1～5 mm，間距變化較大。大部分硅鐵條帶邊界較為平整(圖3d、圖3e)，少部分條帶整體彎曲連續(xù)，局部加粗(圖3c)。鐵礦石礦物成分主要為石英(50%～70%)和磁鐵礦(25%～45%)，其次為鐵白云石、菱鐵礦等鐵碳酸鹽類礦物(10%～15%)，含量比東部BIFs明顯增多(圖4d—圖4g)。其中鐵白云石顆粒較大，呈黃褐色菱形切面，雙晶紋平行于菱形解理的短對角線，具有“霧心亮邊”的環(huán)帶構(gòu)造；而菱鐵礦呈細(xì)粒無色菱面體，自形程度較高，其邊緣由于風(fēng)化呈現(xiàn)黃褐色銹斑(圖4e)。除此之外，含有少量的黃鐵礦、黃銅礦、綠泥石等(圖4d)，經(jīng)?？梢姵噼F礦交代磁鐵礦(圖4g)和發(fā)育碳酸鹽脈(圖3e)。

八塔、張仙堡和山碰BIFs礦區(qū)位于五臺(tái)向斜西翼，坐標(biāo)分別為N 38°53′57″、E 113°06′32″，N 38°54′13″、E 113°02′36″和N 38°55′39″、E 112°56′11″，產(chǎn)于鈉長綠泥片巖-鈣質(zhì)絹云千枚巖-碳酸鹽-磁鐵石英巖建造之中，沉積于由基性火山巖向黏土巖堆積的界面附近(白瑾，1986)。BIFs整體產(chǎn)狀穩(wěn)定，呈條帶狀-塊狀構(gòu)造，條帶狀構(gòu)造不如東部和中部發(fā)育(圖3f、圖3g、圖3h)，呈斷續(xù)產(chǎn)出，常見層內(nèi)撓曲變形構(gòu)造(圖3g)。并且礦石成分與之存在很大區(qū)別，金屬礦物以鐵碳酸鹽(鐵白云石和菱鐵礦)為主(18%～25%)，其次為磁鐵礦和赤鐵礦(12%～20%)，少量黃鐵礦(圖4i)。赤鐵礦多以交代磁鐵礦的狀態(tài)產(chǎn)出，其中僅在八塔地區(qū)發(fā)現(xiàn)自形板狀赤鐵礦，粒徑為0.01～0.1 mm，產(chǎn)在石英顆?；蚴⑴c碳酸鹽顆粒間，呈平行定向排列(圖4h)；脈石礦物以石英(50%～60%)、方解石(5%)為主，可見方解石脈被褐鐵礦交代(圖4j)，少見閃石類礦物。

3 分析方法

定年樣品鋯石的挑選在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室利用重液和磁選分離技術(shù)完成。在雙目顯微鏡下觀測并人工挑選鋯石，將得到的鋯石晶體與標(biāo)樣鋯石一起用無色透明的環(huán)氧樹脂固定成靶，等待其充分固化后對其表面進(jìn)行拋光。制靶完成后，在北京大學(xué)造山帶和地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用FEI QUANTA-650FEG 型掃描電鏡進(jìn)行 CL 圖像拍攝，結(jié)合鋯石顆粒的反射光和透射光圖像，選取測點(diǎn)位置。

鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析在北京大學(xué)造山帶和地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，測試儀器使用美國Agilent Technologies公司的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀Agilent ICP-MS7500ce，并連接Coherent Lambda Physik公司生產(chǎn)的GeoLas 2005激光剝蝕系統(tǒng)，激光束斑直徑為32 μm。U-Pb定年數(shù)據(jù)以鋯石91 500作為外標(biāo)，鋯石微量元素含量采用NIST 610作為外標(biāo)，29Si為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行定量計(jì)算。數(shù)據(jù)處理采用GLITTER ver 4.0完成(Van achterbergh，et al.，2001)，普通鉛校正采用Andersen(2002)推薦的方法，年齡計(jì)算及諧和圖的繪制采用Ludwig(2003)編寫的Isoplot程序。樣品鋯石的LA-ICP-MS U-Pb定年和稀土元素分析結(jié)果見表1、表2。

BIFs的FeO含量運(yùn)用了化學(xué)滴定法在廊坊市中鐵物探勘察有限公司完成測試，其余主量元素、微量和稀土元素測試在廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室中心完成。主量元素采用AXIOS Minerals型X射線熒光光譜儀測定，并采用等離子光譜和化學(xué)法測定進(jìn)行互相檢測；微量元素和稀土元素采用Elan DRC-II型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)進(jìn)行測定。主量元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%, 微量和稀土元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于10%。筆者所述巖石樣品的主量、稀土和微量元素分析結(jié)果見表3。

a.樣品19BZY1-3，裂隙中部分磁鐵礦已氧化為褐鐵礦脈(單偏光)；b.樣品19TPG1-1，鐵白云石主要以半自形分布在石英條帶中(正交偏光)；c.樣品19BZY1-6，石英綠泥鈉長片巖(單偏光)；d.樣品18MHG1-1(單偏光)；e.樣品18MHG1-6，鐵白云石“霧心亮邊”的環(huán)帶構(gòu)造(單偏光)；f.樣品18YT1-3(正交偏光)；g.樣品18PS1-4，赤鐵礦交代磁鐵礦(單偏光)；h.樣品18BT1-4，自形板狀赤鐵礦定向排列(單偏光)；i.樣品18ZXP1-1(正交偏光)；j.樣品18SP1-7，方解石脈被針鐵礦交代(單偏光)； Qtz.石英；Mt.磁鐵礦；Lm.褐鐵礦；Amp.角閃石；Ank.鐵白云石；Ab.鈉長石；Chl.綠泥石；Sd.菱鐵礦；Hem.赤鐵礦圖4 柏枝巖組代表性BIFs及變質(zhì)火山巖樣品的薄片顯微照片F(xiàn)ig.4 Photomicrographs of representative BIFs and metamorphic volcanic rock from the Baizhiyan Formation

4 結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb定年

本次樣品(石英綠泥鈉長片巖)19BZY1-6僅挑選出7顆鋯石。鋯石多呈短柱狀-卵狀，顆粒細(xì)小，長約為35～90 μm，長寬比約為1∶1～2∶1(圖5a)。CL圖像顯示大多數(shù)鋯石具有典型的巖漿鋯石生長環(huán)帶(#1和#2)，少數(shù)鋯石具有明顯的核-幔-邊結(jié)構(gòu)(#4和#6)，發(fā)育厚薄不均勻的亮白色增生邊。鋯石的稀土元素呈現(xiàn)輕稀土(LREE)虧損、重稀土(HREE)極度富集的特點(diǎn)，從La至Lu含量依次升高，Ce顯示強(qiáng)烈的正異常，Eu顯示強(qiáng)烈的負(fù)異常(圖5c、表2)，且Th/U值為0.43～0.62(表1)，為典型的巖漿成因鋯石屬性。該樣品測試了7個(gè)分析點(diǎn)，獲得的年齡較集中，為2 521～2 538 Ma(表1)。具體來說，7個(gè)鋯石分析點(diǎn)落在一條不諧和線上，上交點(diǎn)年齡為(2 526±14) Ma(MSWD=0.14)，與其207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡(2 530±20) Ma(MSWD=0.059)在誤差范圍內(nèi)保持一致(圖5b)。綜合CL圖像和鋯石REE特征，上交點(diǎn)年齡(2 526±14) Ma可以解釋為該樣品原巖的結(jié)晶年齡。

4.2 全巖地球化學(xué)

柏枝巖組BIFs樣品主要由SiO2和TFe2O3組成。SiO2和TFe2O3含量分別為 35.9%～61.7%和27.2%～58.8%；Al2O3(0.06%～2.01%)和TiO2(0.01%～0.06%)變化范圍較大，暗示可能有少量的陸源碎屑物質(zhì)混入。自柏枝巖組東—西部，MgO和MnO含量變化不大，分別為0.66%～2.79%和0.03%～0.42%，而CaO含量和FeO/Fe2O3值有明顯增加的趨勢，東部CaO含量為1.10%～2.49%，F(xiàn)eO/Fe2O3為0.36～0.41；中部CaO含量為1.53%～3.21%，F(xiàn)eO/Fe2O3為0.24～0.66；西部CaO含量為2.14%～5.97%，F(xiàn)eO/Fe2O3為0.59～0.80(表3)，與上述的BIFs含鐵礦物中氧化鐵含量逐漸降低、碳酸鐵含量逐漸增加相對應(yīng)；其他主量元素如Na2O、K2O、P2O5含量都很低(<1%)。

高場強(qiáng)元素除Zr含量變化范圍較大外(0.7×10-6～32×10-6)，其余元素如Hf、Th、U等變化范圍較小，分別為<0.1×10-6～0.6×10-6、0.02×10-6～1.85×10-6和<0.05×10-6～0.19 ×10-6。對于過渡元素來說，除少數(shù)BIFs具有較高含量外(Sc=1.1×10-6～2.3×10-6，Cr =1×10-6～7×10-6, V=8×10-6～32×10-6和Cu=22×10-6～321×10-6)(表3)，大部分BIFs含量較低(Sc=0.1×10-6～1.0×10-6，Cr<1×10-6～4×10-6，V=2×10-6～8×10-6，Cu=0.2×10-6～100×10-6)，與其他太古宙—古元古代BIFs相一致(Planavsky，et al.，2010)。樣品的稀土元素總量(TREY)變化范圍較大，為10.8×10-6～47 ×10-6。樣品通過PAAS標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土元素配分見圖6。LREEPAAS、MREEPAAS相對HREEPAAS明顯虧損，且虧損程度自東向西明顯降低，東部(La/Yb)PAAS=0.17～0.39，(Sm/Yb)PAAS=0.31～0.6；中部(La/Yb)PAAS=0.16～0.39，(Sm/Yb)PAAS=0.37～0.64；西部(La/Yb)PAAS=0.26～0.59，(Sm/Yb)PAAS=0.38～0.77。所有樣品表現(xiàn)出LaPAAS(La/La*=0.88～1.49)輕微負(fù)異常-正異常、YPAAS(Y/Y*=1.10～1.68)正異常、CePAAS(Ce/Ce*=0.84～1.16)弱負(fù)異常-弱正異常，以及強(qiáng)烈的EuPAAS(Eu/Eu*=1.31～6.41)正異常的特征，并且注意到柏枝巖組西部BIFs的Eu正異常(平均值為4.50)明顯大于中部(平均值為2.56)和東部BIFs(平均值為2.21)。此外，樣品Y/Ho值波動(dòng)較大(30～43)，介于海水(>44)和陸源物質(zhì)-熱液流體(～26)之間，可能暗示二者的混合。

5 討論

5.1 柏枝巖組BIFs沉積年齡

BIFs由于簡單的礦物組成和后期變質(zhì)作用等的影響不能被準(zhǔn)確直接地限定時(shí)代，從而導(dǎo)致其沉積年齡很大程度上依賴于其上、下或者其中可測定年齡巖石的時(shí)代。由于柏枝巖組BIFs賦存于變質(zhì)火山巖(石英綠泥鈉長片巖)序列中，二者幾乎同時(shí)形成，因此，樣品19BZY1-6的結(jié)晶年齡可以用來約束BIFs的沉積年齡。根據(jù)鋯石定年結(jié)果，本次獲得樣品原巖的結(jié)晶年齡為(2 526±14) Ma，與前人獲得的柏枝巖組變質(zhì)火山巖年齡(2 524±10) Ma(Wilde，et al.，2004a)在誤差范圍內(nèi)保持一致。因此，柏枝巖組BIFs沉積年齡應(yīng)為2 526～2 524 Ma，稍大于鴻門巖組形成時(shí)代(2 524～2 516 Ma)。

圖5 (a)變質(zhì)火山巖19BZY1-6鋯石陰極發(fā)光圖像、(b)鋯石U-Pb年齡諧和圖和207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡圖和(c)鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)Sun，et al.，1989)Fig.5 (a)Cathodoluminescence images,(b)U-Pb concordia diagram and 207Pb/206Pb weighted average age diagram and (c)Chondrite-normalized REE patterns of zircons from meta-volcanic rock(19BZY1-6)

(現(xiàn)代南太平洋海水來自Bolhar，et al.，2004；高溫?zé)嵋毫黧w來自Bau，et al.，1999；低溫?zé)嵋毫黧w來自Michard，et al.，1993)圖6 PAAS標(biāo)準(zhǔn)化后的柏枝巖組BIFs稀土元素配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)Mclennan，1989)Fig.6 PAAS-normalized REE patterns of BIF samples(PAAS-normalized data from Mclennan，1989)

然而，前人獲得石咀亞群的年齡為2 543～2 513 Ma(圖2)(Wilde，et al.，2004a，2005；Wang，et al.，2014a；Han，et al.，2017)，該范圍過于寬泛，甚至包含了其上臺(tái)懷亞群形成的年齡(2 524～2 516 Ma)(圖2)，與上下地層疊置關(guān)系明顯不符。筆者注意到除了Wilde，et al. (2004a)獲得了莊旺組一個(gè)較為年輕的年齡(2 513±8) Ma外，石咀亞群其余年齡都集中于2 542～2 528 Ma。根據(jù)Wilde，et al. (2004a)的描述，該樣品產(chǎn)出于峨口至巖頭道路路邊，采集于去往峨口鐵礦轉(zhuǎn)彎處向北100 m，然而，筆者并沒有在那里找到出露點(diǎn)，但根據(jù)文章中巖相學(xué)描述，該樣品為角閃巖相退變出的巖石，長石和石英呈集合體散布于定向排列的二云母之中，并且該樣品產(chǎn)出在石榴子石云母片巖中，沒有厚度和產(chǎn)狀的描述。據(jù)此，筆者推測長石-石英集合體很可能是原巖中的變斑晶，原巖中長英和石英呈聚斑結(jié)構(gòu)，該樣品可能是鴻門巖組火山巖噴發(fā)過程中殘留在火山通道中的次火山巖(圖2)，其年齡應(yīng)該代表鴻門巖組的形成年齡。

5.2 物質(zhì)來源

5.2.1 同沉積和沉積后過程的影響

BIFs的地球化學(xué)特征、特別是稀土元素被廣泛用來限定成礦物質(zhì)來源、地球早期海洋的化學(xué)組成和氧化還原狀態(tài)(Bau，et al.，1996；Bolhar，et al.，2004；Alexander，et al.，2008；Planavsky et al., 2012；Lan，et al.，2014；成功等，2016；王浩然等，2018)。但是其地球化學(xué)組成可能受到同沉積(碎屑或者火山物質(zhì)混染)或沉積后過程(成巖、變質(zhì)、水熱蝕變等)的影響(Bau，1993；Alexander，et al.，2008；Albut，et al.，2018)，因此筆者在分析過程中要十分慎重。

沉積巖中的Al2O3、TiO2和高場強(qiáng)元素(Zr，Hf，Th，U)主要起源于地殼巖石的風(fēng)化。例如，廣泛分布的富鋁長石，富鈦的金紅石和榍石等。由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，大部分柏枝巖組BIFs主要由SiO2和 TFe2O3組成，具有較低的Al2O3(<0.8%)、TiO2(<0.02%)、極低的高場強(qiáng)元素 (Zr，Hf，Th，U；<1×10-6)、TREY(<20×10-6)和較高的Y/Ho值(30～43)，說明大部分BIFs是純凈的化學(xué)沉積物，沒有受到碎屑物質(zhì)混染(Bolhar，et al.，2004)。然而，少數(shù)BIFs樣品(19BZY1-1和18ZXP1-1)表現(xiàn)出較高的Al2O3(>1%)、不相容元素含量(>1×10-6)及近似球粒隕石的Y/Ho值(平均值為30)，暗示其在沉積時(shí)可能遭受了不同程度的碎屑物質(zhì)混染(Bau，1993；Bolhar，et al.，2004)。

沉積后過程影響機(jī)制包括成巖、熱液蝕變和變質(zhì)作用。對于成巖過程來說，BIFs的稀土元素特征可能會(huì)發(fā)生均一化，使得條帶之間的稀土元素特征表現(xiàn)出一致的特點(diǎn)(Alexander，et al.，2008)。但是前人經(jīng)過對比富硅和富鐵條帶的稀土元素特征，發(fā)現(xiàn)二者之間的稀土特征存在明顯的差異，因此說明BIFs在成巖過程中稀土元素是不易活動(dòng)的(Bau，et al.，1996)。此外，五臺(tái)綠巖帶柏枝巖組經(jīng)歷了綠片巖相的變質(zhì)作用，并且在BIFs中發(fā)育碳酸鹽脈(圖3e)，說明樣品在成巖后曾受熱液蝕變和變質(zhì)作用的影響。BIFs在形成之后若受到熱液蝕變作用，會(huì)使得氧化還原敏感元素，如Ce和Eu相比鄰近元素更易活動(dòng)，因而在有流體的存在下，任何潛在的氧化還原變化都會(huì)導(dǎo)致這些元素優(yōu)先激發(fā)(Bolhar，et al.，2015)。然而，在本次樣品中，Ce和Eu與其相鄰元素顯示良好的線性關(guān)系(R2=0.96和0.63)，說明熱液蝕變影響是可以忽略不計(jì)的。并且所有樣品展現(xiàn)出較一致的稀土配分形式，沒有發(fā)現(xiàn)Eu虧損現(xiàn)象。因此，認(rèn)為樣品稀土元素和微量元素受蝕變和變質(zhì)作用影響較小，保留了比較完整的原始信息。

5.2.2 微量陸源碎屑物輸入

根據(jù)全巖地球化學(xué)分析結(jié)果可知，相比其他樣品，樣品19BZY1-1、18MHG1-1、18ZXP1-1以及18SP1-7的Al2O3(0.85%～2.01%)、TiO2(0.03%～0.06%)、高場強(qiáng)元素如Zr(13.5×10-6～32 ×10-6)和Th(0.21×10-6～1.85×10-6)和TREY含量(23×10-6～47×10-6)明顯升高(表3)。并且其Y/Ho值為29～31，小于世界上其他BIFs，如Isua BIFs(平均值為42；Bolhar，et al.，2004)和Dales Gorge BIFs(平均值為43；Pecoits，et al.，2009)，暗示這些樣品遭受了一定程度的碎屑混染。由圖7a～圖7d可以看出，當(dāng)Al2O3<0.8%時(shí)，Al2O3、TiO2、TREY和Y/Ho之間不具有相關(guān)性；而當(dāng)Al2O3≥0.8%時(shí)，樣品的Al2O3、TiO2和TREY之間呈現(xiàn)良好的正相關(guān)。Al2O3與Y/Ho具有很好的負(fù)相關(guān)，為這4個(gè)樣品遭受碎屑混染提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

a.Al2O3 vs.TiO2；b.Al2O3 vs.Y/Ho；c.Al2O3 vs.TREY；d.TiO2 vs.TREY；e.Al2O3 vs.Zr；f.Zr vs.Y；g.MgO vs.Ni；h.MgO vs.Co，說明BIFs受到長英質(zhì)碎屑混入圖7 BIFs樣品中元素相關(guān)性圖Fig.7 Correlation diagrams of BIFs samples showing felsic detrital input

通常來說，Zr、Hf、Rb、Y和Sr等來源于地殼長英質(zhì)巖石的風(fēng)化，而Cr、Ni、Co和V等過渡元素來源于鎂質(zhì)源區(qū)(Gnaneshwar，et al.，1995；Sunder，2009)。圖7e—圖7f中Al2O3和Zr、Y和Zr呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，而MgO和Cr、Ni缺乏相關(guān)關(guān)系(圖7g、圖7h)，說明碎屑物質(zhì)可能主要來源于長英質(zhì)地殼源區(qū)，不含或者含有少量的鎂質(zhì)碎屑物質(zhì)。此外，La/Sc、Th/Sc等不相容元素和相容元素的值可以用來很好的區(qū)分長英質(zhì)和鎂質(zhì)物質(zhì)(Condie，1993；Li，et al.，2008；Wang，et al.，2014b；南景博等，2017)。在La-Th-Sc三角圖中(圖8a)，將收集的五臺(tái)變質(zhì)玄武巖、酸性火山巖、恒山-阜平-贊皇TTG片麻巖及五臺(tái)花崗質(zhì)巖石數(shù)據(jù)標(biāo)注其上，可見這4個(gè)受碎屑混染的樣品都遠(yuǎn)離玄武巖端元，而靠近長英質(zhì)端元。并且在Zr/Sc vs.Th/Sc圖中(圖8b)，這些樣品呈簡單的正相關(guān)關(guān)系，趨向于長英質(zhì)端元。因此，研究認(rèn)為BIF中的碎屑物質(zhì)主要來自于長英質(zhì)巖石。

a.La-Th-Sc三角圖(據(jù)Wang，et al.，2014b)；b.Zr/Sc vs.Th/Sc(據(jù)Li，et al.，2008)；數(shù)據(jù)來源：五臺(tái)變質(zhì)玄武巖和酸性火山巖來自Wang，et al.，2004，2014a；五臺(tái)花崗質(zhì)巖石數(shù)據(jù)來自Liu，et al.，2004；恒山-阜平-贊皇TTG片麻巖數(shù)據(jù)來自Liu，et al.，2004和Yang，et al.，2013；科馬提巖、玄武巖、安山巖、流紋巖、TTG、花崗巖數(shù)據(jù)來自Condie，1993(樣品符號同圖7)圖8 BIFs中碎屑物質(zhì)來源判別圖Fig.8 Discriminant plots of detrital material in BIFs

5.2.3 大量海水和少量海底高溫?zé)嵋夯旌?/p>

盡管少數(shù)樣品受到陸源碎屑混染，但大部分BIFs顯示出一致的LaPAAS正異常、YPAAS正異常、LREEPAAS虧損、HREEPAAS富集及高于球粒隕石的 Y/Ho(30～43)值的特征(圖6)，與現(xiàn)代海水 REY特征相一致(Alibo，et al.，1999)。但是，該組BIFs還顯示出強(qiáng)烈的正Eu異常，這是海水所不具備的。在現(xiàn)代海洋環(huán)境中，正Eu異常只在高溫?zé)嵋褐谐霈F(xiàn)，尤其是以洋中脊及弧后擴(kuò)張中心的熱液活動(dòng)為代表(Bau，et al.，1996)。海底熱液以250 ℃為界，可分為高溫?zé)嵋?>250 ℃)與低溫?zé)嵋?<250 ℃)，前者以EuPAAS>1且具有較高的Sm/Yb值為特征，而后者EuPAAS≈1且具有較低的Sm/Yb值(Michard，et al.，1993)?？紤]到柏枝巖組BIF樣品的Eu正異常(Eu/Eu*=1.31～6.41)非常發(fā)育，且Sm/Yb值變化范圍較大，從而認(rèn)為低溫?zé)嵋簠⑴c的可能性不大，而高溫?zé)嵋旱妮斎氚l(fā)揮了主要作用。在TREE vs.Cu+Co+Ni、Al2O3vs.SiO2，以及Fe-Mn-Al三角判別圖(圖9)(Dymek，et al.，1988；Wonder，et al.，1988；Peter，et al.，1996)上，純凈的柏枝巖組BIFs都落在熱液沉積物區(qū)域，指示柏枝巖組BIFs主要來自于海水和高溫?zé)嵋毫黧w的混合溶液。

綜合以上分析，柏枝巖組BIFs的成礦物質(zhì)主要來源于海水和高溫?zé)嵋毫黧w的混合，并在沉積過程中混入少量陸源碎屑物。其中潛在的長英質(zhì)地殼物質(zhì)來源包括早于BIFs或與其同時(shí)期形成的中酸性火山巖、五臺(tái)花崗質(zhì)巖石及～2.7Ga 恒山-阜平-贊皇的TTG片麻巖(Liu，et al.，2004；Wang，et al.，2004，2014a；Yang，et al.，2013)。如圖10所示，筆者改進(jìn)了Alexander，et al. (2008)提出的利用現(xiàn)代太平洋海水(<500 m)(Alibo，et al.，1999)和大西洋中脊的高溫?zé)嵋毫黧w(>250 ℃)(Bau，et al.，1999)的Sm/Yb vs.Y/Ho和 Eu/Sm vs.Sm/Yb元素混合計(jì)算的二元混合模型，增加了地殼物質(zhì)端元。根據(jù)模擬結(jié)果(圖10)，大量的海水、少量海底高溫?zé)嵋?0.1%～1%)和微量長英質(zhì)地殼組分(<0.1%)混合可以很好的擬合BIFs的稀土元素特征，陸源碎屑物質(zhì)的加入可以更好地解釋相對較低的Y/Ho值和較高的Sm/Yb值。并且相比西部BIFs，東部和中部BIFs受到陸源碎屑物質(zhì)的貢獻(xiàn)比例更大。

5.3 沉積環(huán)境

前寒武紀(jì)BIFs是早期地球環(huán)境演化的特殊產(chǎn)物，其形成需要特定的沉積環(huán)境。BIFs的特征稀土元素異常(Ce、Eu)?？捎脕碇甘境练e盆地古海水的氧化還原狀態(tài)(Alexander，et al.，2008；Frei，et al.，2008；Planavsky，et al.，2010)。一般來說，Ce呈穩(wěn)定的Ce3+，在氧化條件下Ce3+被氧化為Ce4+，大大降低了Ce的溶解度，并且優(yōu)先被吸附在Fe-Mn氫氧化物、有機(jī)質(zhì)和黏土顆粒等物質(zhì)表面，從而脫離原來的REE 配分曲線，出現(xiàn)Ce負(fù)異常(German，et al.，1990；Bekker，et al.，2010)。相反地，在缺氧環(huán)境中，Ce3+的氧化作用減弱，并且富Fe-Mn顆粒沉淀被還原溶解，因此在次氧化和缺氧的水體中缺乏Ce負(fù)異常現(xiàn)象(German，et al.，1991；Planavsky，et al.，2010)。由于海水和海洋沉積物中的Ce異常受La異常變化影響很復(fù)雜，Bau，et al. (1996)建立了Ce/Ce*和Pr/Pr*圖解來判別真正的Ce負(fù)異常(圖11)。在(Pr/Pr*)PAASvs.(Ce/Ce*)PAAS圖解中，柏枝巖組純凈的BIFs樣品大都落在無Ce異常-Ce正異常和La無異常-正異常范圍內(nèi)，與其他太古宙—古元古代早期BIFs Ce異常范圍相一致，反映當(dāng)時(shí)水體整體處于缺氧環(huán)境中。另外，Th/U值也是反映沉積環(huán)境氧化還原狀態(tài)的重要指標(biāo)。Th在水體中溶解度極低，在沉積物中的富集不受氧化還原條件的控制，而U元素在沉積物中的富集受到海水穿透深度和沉積速率的控制。因此，在氧化的水體中，U主要以高價(jià)態(tài)可溶性絡(luò)合物的形式存在，Th/U值一般大于3.8，而在還原水體中，U以不溶氧化物的形式吸附保存在沉淀物中，其Th/U值一般介于0～2(Condie，1993)。在本次研究中，柏枝巖組純凈BIFs的Th/U值為1.80～3.67，同樣說明BIFs沉積于缺氧水體中。此外，Mn2+不同于Fe2+，其氧化需要較多的自由氧，不能在厭氧環(huán)境中進(jìn)行(Planavsky，et al.，2014)?？紤]到本次純凈樣品具有較低的MnO(0.03%～0.18%)含量以及特別高的Fe/Mn值(217～1 021)，也暗示BIFs在沉淀時(shí)水體保持缺氧狀態(tài)，Mn2+最終并未被氧化。

a.TREE vs.Cu+Co+Ni(據(jù)Dymek，et al.，1988)；b.Al2O3 vs.SiO2(據(jù)Wonder，et al.，1988)；c.Al-Fe-Mn三角圖(據(jù)Peter，et al.，1996)(樣品符號同圖7)圖9 BIFs熱液成因判別圖Fig.9 Discriminant plots of hydrothermal origin of BIFs

a.Sm/Yb vs.Y/Ho；b.Eu/Sm vs.Sm/Yb；數(shù)據(jù)來源：現(xiàn)代太平洋海水來自 Alibo，et al.，1999；大西洋中脊的高溫?zé)嵋毫黧w來自Bau，et al.，1999；五臺(tái)變質(zhì)玄武巖和酸性火山巖數(shù)據(jù)來自Wang，et al.，2004，2014a；五臺(tái)花崗質(zhì)巖石數(shù)據(jù)來自Liu，et al.，2004；恒山-阜平-贊皇TTG片麻巖數(shù)據(jù)來自Liu，et al.，2004和Yang，et al.，2013(樣品符號同圖7)圖10 改進(jìn)的Y/Ho, Sm/Yb和Eu/Sm元素混合計(jì)算模型(據(jù)Alexander，et al.，2008)Fig.10 Improved elemental mixing models using Y/Ho, Sm/Yb and Eu/Sm ratios of modern shallow seawater,high-temperature hydrothermal fluids and felsic detrital sources

數(shù)據(jù)來源：早前寒武紀(jì)BIFs來自Planavsky，et al.，2010；新元古代BIFs來自Basta，et al.，2011；Busigny，et al.，2018(樣品符號同圖7)圖11 BIFs Ce異常判別圖(據(jù)Bau，et al.，1996)Fig.11 Plot of CePAAS and PrPAAS anomalies for pure BIFs

此外，本次研究獲得的柏枝巖組BIFs沉積年齡為2 526～2 524 Ma，該年齡恰好處于Sun，et al. (2019)提出的五臺(tái)綠巖帶新太古宙—古元古代構(gòu)造演化模式的第一階段末期(2.56～2.52 Ga)。在該階段內(nèi)，洋殼開始向東俯沖導(dǎo)致五臺(tái)洋內(nèi)弧的形成，并且隨著“前進(jìn)式”俯沖向東進(jìn)行，五臺(tái)弧逐漸靠近東部陸塊，整體處于擠壓狀態(tài)。然而通常BIFs形成于伸展環(huán)境中(Bekker，et al.，2010)，且柏枝巖組底部出現(xiàn)了厚層礫巖，說明該組初期曾經(jīng)出現(xiàn)過抬升，這可能是由于板塊邊界應(yīng)力解耦造成的，其過程可能類似于Juan de Fuca和北美板塊邊界的解耦過程(Hyndman，et al.，1996)。總的來說，柏枝巖組BIFs形成于五臺(tái)綠巖帶新太古宙—古元古代構(gòu)造演化第一階段的末期，沉積時(shí)水體整體處于缺氧狀態(tài)，但其水體是不均一的，出現(xiàn)了細(xì)微的氧化還原狀態(tài)分層。西部富碳酸鹽BIFs沉積于深部的還原水體中，而中部和東部富磁鐵礦相BIFs沉積于相對較淺的弱還原水體中。

6 結(jié)論

通過對山西五臺(tái)綠巖帶柏枝巖組8個(gè)BIFs礦區(qū)及出露點(diǎn)的12件鐵礦石樣品進(jìn)行巖相學(xué)、地球化學(xué)分析，以及對BIFs賦存的火山巖序列中1件變質(zhì)火山巖樣品進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年，結(jié)合前人的研究結(jié)果，對柏枝巖組BIFs的沉積年齡、物質(zhì)來源以及沉積環(huán)境進(jìn)行了約束，得到以下認(rèn)識。

(1)本次研究獲得BIFs賦存的變質(zhì)火山巖(石英綠泥鈉長片巖)原巖結(jié)晶年齡為(2 526±14) Ma，結(jié)合前人研究，將柏枝巖組BIFs沉積年齡精確限定于2 526～2 524 Ma。

(2)柏枝巖組BIFs的成礦物質(zhì)來源于大量海水和少量海底高溫?zé)嵋?0.1%～1%)的混合，并在沉積過程中混入少量地殼長英質(zhì)碎屑組分(<0.1%)。并且相比西部富碳酸鹽BIFs，東部和中部富磁鐵礦BIFs受到地殼長英質(zhì)碎屑的貢獻(xiàn)比例更大。

(3)柏枝巖組BIFs形成于五臺(tái)新太古代—古元古代構(gòu)造演化第一階段的末期，沉積時(shí)水體整體處于缺氧狀態(tài)，但其水體是不均一的，出現(xiàn)了細(xì)微的氧化還原狀態(tài)分層。西部富碳酸鹽BIFs沉積于深部的還原水體中，而中部和東部富磁鐵礦相BIFs沉積于相對較淺的弱還原水體中。