晚白垩世和古近纪铁矿的沉积与形成过程——以西西伯利亚古代陆缘海为例

《Journal of Asian Earth Sciences》：Sedimentation and formation of late cretaceous and paleogene ironstones in ancient epicontinental west Siberian sea

本研究通过岩相分析及形态测量参数，揭示Bakchar矿床白垩纪铁质鲕粒岩的形成环境与沉积过程，发现其受古海岸线迁移及多次热液活动影响，并识别出后沉积改造痕迹，为同类矿床研究提供新方法。

　　这项研究主要聚焦于重建上白垩纪和古近纪时期在西西伯利亚地区形成的鲕状铁矿的古环境条件。研究对象是位于该地区的巴赫查尔铁矿沉积物，通过对其详细的分析，研究人员识别出两种碎屑岩和四种化学岩的岩相。这些岩相的形成与沉积环境的变化密切相关，同时揭示了沉积过程中物质来源和后期成岩作用的影响。

在巴赫查尔铁矿沉积物中，研究人员通过对原生和碎屑成分的分析，计算了形态学参数，以判断化学沉积物是否属于原位沉积（autochthonous）或发生过搬运和再沉积（parautochthonous）。研究发现，沉积环境从海岸线向内陆的变化表现为化学岩相逐渐被碎屑岩相取代，或者从中粒和细粒砂岩岩相转变为砂质黏土沉积物。这种变化不仅反映了沉积物来源的多样性，也揭示了沉积环境的动态演变。

化学岩相主要由富含铁的鲕粒、球粒以及/或绿泥石球粒组成，其中包含不同类型的胶结物。这些化学岩相在空间分布上并不具有横向一致性，而是代表了在盆地不同时间形成的铁矿岩相。研究还发现，鲕状铁矿的纹理特征与原生和碎屑成分的分析相结合，能够识别沉积间断期和原位鲕粒沉积期（autochthonous ooid interval）。巴赫查尔沉积序列中包含了七个主要的原位鲕粒沉积期，分别出现在以下时期：中森内安期、晚森内安期、中坎帕期、坎帕期-马斯特里赫特期交界、中马斯特里赫特期、晚马斯特里赫特期以及古新世-始新世交界。这些原位鲕粒沉积期通常由富含内碎屑的铁矿层过渡而来，并且这些铁矿层往往位于沉积间断期之上。

沉积间断期的特征通常表现为沉积岩中碎屑成分比例的增加，这说明了沉积环境的不连续性。研究还发现，原生成分的分析有助于识别沉积间断期，从而更好地理解铁矿沉积过程的时空变化。此外，研究人员通过分析碎屑有机质的结晶度，结合显微镜和形态学方法，对沉积环境进行了更细致的划分。这些分析不仅提供了沉积物来源的线索，也揭示了沉积过程中生物生产力和物质输入强度的变化。

在研究过程中，研究人员采用了多种方法来分析铁矿沉积物的组成和结构。其中包括显微镜和扫描电镜（SEM）的观察，以及拉曼光谱分析。通过这些技术，研究人员能够详细研究铁矿沉积物的矿物组成、胶结物类型以及鲕粒的形态学特征。此外，还进行了碎屑锆石的年代测定，以确定沉积物来源的时间范围和空间分布。这些分析结果表明，巴赫查尔地区的铁矿沉积物主要来源于不同地质时期的侵入岩体，特别是晚二叠纪至早三叠纪的岩石。

研究还发现，后期成岩作用对铁矿沉积物的影响显著。例如，铁矿中出现了细脉状菱铁矿胶结物，以及菱铁矿胶结物与磁铁矿或硫铁矿的共生现象。此外，铁矿中还出现了鲕粒相互嵌入的现象，这些特征都反映了沉积后过程对铁矿沉积物的改造。这些成岩作用不仅影响了铁矿的矿物组成和化学特性，还对其经济价值和现代地质表达具有重要意义。

研究人员还构建了一个沉积模型，以解释巴赫查尔地区铁矿沉积的形成过程。该模型基于岩相分析和沉积环境的划分，结合了沉积物来源、成岩作用以及沉积过程的动态变化。模型表明，铁矿沉积过程是周期性的，与沉积环境的波动密切相关。在上白垩纪和古近纪时期，西西伯利亚盆地的沉积环境经历了从海岸线向浅海再到远海的阶段性变化，这种变化对铁矿的形成和分布产生了重要影响。

此外，研究还探讨了铁矿沉积过程中物质来源的变化。通过分析碎屑矿物组合和碎屑锆石的年代，研究人员发现，巴赫查尔地区的铁矿沉积物来源在不同时期发生了变化。在森内安期，铁矿沉积物主要来源于晚二叠纪至早三叠纪的侵入岩体，而在马斯特里赫特期和古新世，铁矿沉积物的来源还包括了更早的古生代侵入岩体。这些变化反映了沉积环境的演变以及物质输入的多样性。

研究还发现，铁矿沉积过程中的化学岩相和碎屑岩相交替，表明了铁矿沉积物在不同地质时期受到了不同的成岩作用影响。这些影响不仅改变了铁矿的矿物组成和化学特性，还对其沉积环境和沉积过程的演变提供了重要线索。通过这些分析，研究人员能够更好地理解铁矿的形成机制，以及其在地质历史中的演化过程。

总的来说，这项研究通过对巴赫查尔铁矿沉积物的详细分析，揭示了上白垩纪和古近纪时期西西伯利亚盆地的沉积环境变化和铁矿形成过程。研究不仅识别了不同岩相的特征和分布，还探讨了沉积物来源、成岩作用以及沉积过程的动态变化。这些发现对于理解铁矿的形成机制和地质演化具有重要意义，同时也为铁矿资源的勘探和开发提供了科学依据。