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Quantitative Mineralogical and Geochemical Study of Precambrian Iron Formations and Its Implication for Paleo-Oceanic Fe-P Cycling。
ID：232
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Updated Time：2025-05-21 16:51:21 Hits：273
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Abstract
铁层 （IF） 是一种富含铁的海洋化学沉积岩，主要形成于前寒武纪。它的 P/Fe 比通常用于限制前寒武纪海水中的溶解磷酸盐浓度，从而估计初级生产力的发展并推断地球表面氧化还原条件的变化。然而，以前的研究在很大程度上依赖于全岩地球化学数据和实验模拟，缺乏详细的矿物学研究。这阻碍了对 IF 中磷酸盐矿物沉积后转化的更深入理解，这对于 IF 沉积过程中磷循环的研究至关重要。
本研究采用扫描电子显微镜-能量色散光谱 （SEM-EDS）、微拉曼光谱、自动矿物学分析和地球化学测量，对来自华北、华南和北美的代表性带状铁层 （BIF） 和颗粒状铁层 （GIF） 的矿物学和块状岩石元素组成进行定量约束，时间跨度从 2.5 Ga 到 660 马。
结果表明，研究样品中的含磷矿物主要是磷灰石，根据形态和质地可分为四种类型（Ap-1、-2、-3 和 -4）。Ap-1 在沉积过程中形成，主要由微米级的真面体至次面体板状或细长的棱柱形聚集体组成。Ap-2 和 Ap-3 在成岩作用和变质作用过程中相继形成，主要包括亚面体到无面体棱柱形磷灰石或孔隙填充品种，通常包含微米级硅质或铁质包裹体。Ap-4 是碎屑状磷灰石，通常以椭球体或棱角状至近棱状颗粒的形式出现。
通过将磷灰石矿物接触边界的 P-Fe 相关性和统计与地球化学数据相结合，我们发现碎屑输入可以显着影响一些样品的 P-Fe 相关性数据。此外，P-Fe 相关性受富铁结构域的形态和含铁相密度的影响。因此，BIF 表现出明显优于 GIF 的 P-Fe 相关性，而与松散结构的样品相比，具有密集堆积铁结构的样品表现出相对较弱的 P-Fe 相关性。
基于这些发现，可以细化 P-Fe 吸附过程中的吸附常数。此外，TIMA 和地球化学的全岩地球化学数据可以重建古代海洋中溶解磷酸盐浓度的演变趋势：磷酸盐浓度在 2.52 - 2.28 Ga时为 ~0.2 μM，下降到 0.06 μM，下降到 1.88 Ga，显著上升到 1.3 μM，下降到 0.66 Ga，仍然明显低于现代海洋水平 （2.3 μM）。如此低的磷酸盐浓度可能限制了前寒武纪的初级生产力，从而影响大气中的氧气生成。本研究为理解早期海洋 Fe-P 耦合机制和磷循环提供了矿物学和地球化学证据。
本研究采用扫描电子显微镜-能量色散光谱 （SEM-EDS）、微拉曼光谱、自动矿物学分析和地球化学测量，对来自华北、华南和北美的代表性带状铁层 （BIF） 和颗粒状铁层 （GIF） 的矿物学和块状岩石元素组成进行定量约束，时间跨度从 2.5 Ga 到 660 马。
结果表明，研究样品中的含磷矿物主要是磷灰石，根据形态和质地可分为四种类型（Ap-1、-2、-3 和 -4）。Ap-1 在沉积过程中形成，主要由微米级的真面体至次面体板状或细长的棱柱形聚集体组成。Ap-2 和 Ap-3 在成岩作用和变质作用过程中相继形成，主要包括亚面体到无面体棱柱形磷灰石或孔隙填充品种，通常包含微米级硅质或铁质包裹体。Ap-4 是碎屑状磷灰石，通常以椭球体或棱角状至近棱状颗粒的形式出现。
通过将磷灰石矿物接触边界的 P-Fe 相关性和统计与地球化学数据相结合，我们发现碎屑输入可以显着影响一些样品的 P-Fe 相关性数据。此外，P-Fe 相关性受富铁结构域的形态和含铁相密度的影响。因此，BIF 表现出明显优于 GIF 的 P-Fe 相关性，而与松散结构的样品相比，具有密集堆积铁结构的样品表现出相对较弱的 P-Fe 相关性。
基于这些发现，可以细化 P-Fe 吸附过程中的吸附常数。此外，TIMA 和地球化学的全岩地球化学数据可以重建古代海洋中溶解磷酸盐浓度的演变趋势：磷酸盐浓度在 2.52 - 2.28 Ga时为 ~0.2 μM，下降到 0.06 μM，下降到 1.88 Ga，显著上升到 1.3 μM，下降到 0.66 Ga，仍然明显低于现代海洋水平 （2.3 μM）。如此低的磷酸盐浓度可能限制了前寒武纪的初级生产力，从而影响大气中的氧气生成。本研究为理解早期海洋 Fe-P 耦合机制和磷循环提供了矿物学和地球化学证据。
Keywords
Iron Formations (IFs),Apatite,P/Fe ratio,Marine phosphate concentration,Primary productivity
Speaker
Tianyang Li
Student School of Earth Sciences, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China；Hubei Key Laboratory of Planetary Geology and Deep-Space Exploration, China University of Geosciences, Wuhan 430074, ChinaSubmission Author
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Jun 10
2025
toJun 13
2025
-
Apr 15 2025
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Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Chinese Academy of Sciences (CAS)
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