辽宁鞍山-本溪地区条带状硅铁建造的形成与地球早期大气和硫循环
目前人们对地球早期大气氧浓度和硫循环还存在不同的认识。地球早期的硫循环是当时大气成分和地球表面环境的重要指示，地球早期沉积物中硫化物的δ<'34>S大变化被当作存在硫酸盐细菌还原的重要证据，可根据太古代硫化物的硫同位素组成很好地再现大气中氧的积累过程。地球早期岩石中硫的非质量同位素效应的发现为了解地球早期的大气圈及其演化开辟了一条独特的新途径。地球早期沉积物中铁的存在形式和海水中可溶性硫酸盐的浓度与大气氧水平密切相关，条带状硅铁建造(BIFs)是地球早期特有的沉积建造类型，真实地记录了当时大气和海洋的状态。本文以我国规模最大的辽宁鞍山-本溪地区新太古代条带状硅铁建造(BIFs)(～2.7Ga)为研究对象，在前人研究的基础上，采用硅、氧和多硫同位素(δ<'34>S/δ<'33>S/δ<'32>S)分析和综合示踪技术，对鞍本地区多个重要硅铁建造进行了系统的研究。
不同地区不同类型的BIFs的δ<'30>Si值普遍较低，分布在-2.0‰至+0.3‰之间，平均-0.8‰，与现代海底黑烟囱硅质物、温泉硅华和热水沉积硅质岩的硅同位素组成相似，是目前地球上发现的δ<'30>Si值较低的岩石类型之一。硅铁建造中石英的δ<'18>O分布在10.5‰～17.4‰之间，平均14.1‰，介于火成岩中石英和常温自生燧石的氧同位素之间，与热水沉积成因硅质岩的氧同位素组成相近。同一样品，磁铁矿条带中石英的δ<'30>Si值低于相邻硅质条带的值，而δ<'18>O刚好相反，说明磁铁矿条带和相邻硅质条带的硅氧同位素的规律性变化是硅铁建造形成时的原始特征，而非后期变质作用的结果。提出无论是Algoma型，还是Superior型BIFs都是由地球早期的海底喷气作用形成的。当时海水温度高，海底喷气活动强烈，每次海底热水溶液的喷溢活动带来大量Fe、Si等成矿物质和酸性、还原性气体，热水溶液喷发到海底以后，由于温度突然下降，SiO<,2>在海水中达到过饱和状态，SiO<,2>首先快速沉淀下来形成硅质层，随着温度下降，pH、Eh值升高，Fe<,3>O<,4>等随后沉淀，形成磁铁矿层。一套韵律层代表了一次海底喷气活动：
海底喷气的周期性活动形成了规律性的韵律层。硅铁建造中硫化物的δ<'34>S变化范围很大，从-22.0‰到+9.3‰，大大超出了Farquhar(2000a)等人报道的太古代沉积岩中硫同位素的变化范围，显示出了明显的硫酸盐细菌还原的特征，指示当时海水硫酸盐的浓度至少在局部地区已达1mM以上。硫化物的△<'33>S值变化范围也很大，从-0.89‰到+1.21‰，具有明显的硫同位素非质量分馏效应。硫同位素非质量分馏的产生和保存要求当时臭氧保护罩还没有形成，大气氧水平很低；结合在条带状硅铁建造中赤铁矿和磁铁矿同时出现，提出太古代大气氧水平可能相当于现代大气氧水平的10<'-2>～10<'-3>。首次发现与火山活动关系密切的Algoma型硅铁建造具有负的△<'33>S值，而远离火山活动中心的Superior型硅铁建造具有正的△<'33>S值。硫同位素非质量分馏现象的普遍存在，指示火山喷出的含硫气体的光化学氧化在太古代硫循环中发挥了重要作用；部分硫化物的δ<'34>S变化范围大，但不具有硫同位素非质量分馏特征，反映了陆壳硫化物的氧化风化在太古代硫循环中也发挥了一定作用。
硫同位素;非质量分馏;条带状硅铁建造;太古代;大气氧水平;硫循环
中国地质科学院
硕士
地球化学
李延河
2007
中文
P534.2;P578.15
53
2007-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）