孟加拉国迪纳杰普尔兰普尔鞍部古元古代条带状铁矿床（BIFs）的形成：来自地球化学、流体包裹体及锆石铀-铅地质年代学的证据

《Chemical Geology》：Genesis of the Palaeoproterozoic banded iron formations (BIFs) in the Rangpur Saddle, Dinajpur, Bangladesh: Constraints from geochemistry, fluid inclusions and zircon U-Pb geochronology

　　

摘要

在这项研究中，为了了解具有不同岩性和地质年代的Hakimpur铁矿床的构造形成过程，我们通过岩石学、XRF、ICP-MS、LA-ICP-MS以及流体包裹体的拉曼光谱分析获取了数据。这些矿床属于典型的上级型条带状铁矿（BIF），其特征是明暗交替的条带结构，主要由不透明矿物（如磁铁矿、赤铁矿和/或针铁矿）和石英组成。通过对与BIF相关的含菱铁矿石英岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，确定其沉积年龄约为17.4亿年。BIF条带与角闪岩、黑云母片岩和石英岩共同出现。BIF中的Al₂O₃、TiO₂和∑REE浓度（分别为1.29 wt%、0.08 wt%和161.35 ppm）表明它们主要来源于富铁化学沉积物，可能受到了陆源或火山物质的影响。然而，Cr、Ni、Co、V和Sc等微量元素含量极低，这表明其中混杂了陆源沉积物和被动火山物质。稀土元素（REE）的比值（如Eu/Eu^?_PAAS、Y/Ho、Eu/Sm和Sm/Yb）也表明BIF的形成过程涉及热液流体与海水的混合沉淀，同时伴有显著的碎屑物质贡献。这些矿床形成的盆地具有有限的循环性和氧化还原分异特征，更符合局部铁质富集盆地的特点，而非典型的“大氧化事件”（GOE）环境。δ¹⁸O和流体包裹体分析表明，沉积物在成岩作用和变形过程中经历了黏土矿物向绿泥石、黑云母、角闪岩的演变，这一过程可能与孟加拉国CITZ地区古元古代基底岩浆活动有关。

引言

条带状铁矿（BIF）是一种独特的细层状化学沉积岩，由交替分布的富铁和富硅条带组成，广泛见于前寒武纪（38–18亿年前；Haugaard等人，2016年；Lan等人，2014a年；Planavsky等人，2010年）的海洋盆地中。这些岩石记录了海洋和大气氧化还原状态的重大变化，是理解地球早期演化的重要地质档案。全球范围内，许多BIF分布于克拉通块的火山-沉积纹层中，被用于研究盆地构造、构造环境及矿床形成时间（例如，Courtney-Davies等人，2024年；Liu等人，2014年；Mukherjee等人，2025年）。

长期以来，人们认为BIF的形成与早期海洋中低氧条件下海水中的化学沉淀作用有关（Dreher等人，2021年）。传统模型认为，溶解的Fe²⁺通过氧气光合作用或微生物代谢途径氧化为Fe³⁺，随后在海底沉淀出铁氧化物和硅胶（Dreher等人，2021年）。这些过程形成了反复分层的铁-硅序列，最终被岩化为BIF。BIF中保存的地球化学和矿物学特征为研究前寒武纪古代海洋的氧化还原状态及地球表面环境的演化提供了关键信息。

根据沉积环境和相关岩性，BIF被分为多种类型，包括上级型（Superior-type）、Algoma型和Rapitan型（Mukherjee等人，2025年；Soh Tamehe等人，2018年；Ganno等人，2017年）。Algoma型BIF通常出现在变质岩序列中，形成于较为封闭的盆地或火山相关环境中，而上级型BIF则常见于大陆架的广阔沉积序列中（Yin等人，2023年）。这些分类有助于解读不同地区BIF沉积的构造-环境背景。

孟加拉国Rangpur平台的Hakimpur BIF是一个重要的但研究不足的BIF实例。地质调查和最近的岩石学研究表明，Hakimpur富铁岩与广泛的变质岩和角闪岩组合相关，表明其来源于沉积原始岩并经中度变质作用形成（Hasan等人，2023年）。尽管已有初步研究，但对Hakimpur BIF的起源和沉积环境的全面理解仍有限。关于海水化学成分、热液输入以及沉积过程中的微生物作用，以及Rangpur平台在BIF形成期间的构造-沉积背景，仍有许多关键问题有待解决。解决这些问题不仅对区域地质模型至关重要，也对理解孟加拉盆地边缘前寒武纪沉积系统的整体机制具有重要意义。

通过详细的野外观察、全岩地球化学分析、矿物学研究、流体包裹体分析、同位素（δ¹⁸O）地球化学、LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、Hf同位素演化及矿物学分析，我们评估了Hakimpur BIF的起源和沉积环境。通过将其特征与全球前寒武纪BIF进行对比，旨在进一步完善孟加拉国铁矿沉积的古环境框架，并为关于早期地球沉积作用和构造过程的讨论提供依据。

章节摘录

区域地质

孟加拉盆地位于印度半岛盾体和Shillong高原之间（图1a），是一个复杂的沉积盆地。其形成与印度板块、欧亚板块和缅甸次板块的碰撞及喜马拉雅山脉的抬升有关，最终形成了由恒河-布拉马普特拉-梅格纳河流系统塑造的巨大三角洲。孟加拉地区的地表岩层覆盖在火成岩之上

方法论

共分析了四个钻芯（GDH-68、GDH-73、GDH-74和GDH-75）。根据钻芯中的矿物变化，从中选取了14个具有代表性的样品（GDH-68的深度为01–03、05、07、09；GDH-73的深度为13a、15、16、17；GDH-74的深度为19、23；GDH-75的深度为26、33）进行地球化学分析。样品采集的具体深度和岩性单元见图2。

条带状铁矿（BIF）

钻芯样本中的Hakimpur BIF区域具有中等到强磁性，颜色从红棕色到黑色不等（图3a–c）。这些岩石层理发育良好（图3d–f），层厚不规则，介于1毫米到1厘米之间，由明暗层交替构成。浅色层富含石英，而深色层主要由磁铁矿和赤铁矿/针铁矿等铁质矿物组成。

与BIF相关的岩石

代表性新鲜角闪岩、黑云母片岩和石英岩的全岩地球化学成分见表S1。对比数据还包括后太古代澳大利亚页岩（PAAS；McLennan，1989年）、前寒武纪沉积物（北美页岩组合NASC；Gromet等人，1984年）以及上地壳（UCC；Rudnick和Gao，2003年）的标准参考成分。所有BIF样本的元素之间的线性相关性 also …（原文此处数据缺失）

元素流动性和原始岩性重建

多项研究表明，沉积后的扰动过程（如成岩作用、变质作用、热液蚀变和变形）可能改变岩石的原始地球化学成分（Angerer等人，2013年；Polat，2009年；Rudnick等人，1985年；Soh Tamehe等人，2021年）。岩石学观察和矿物组合分析表明，Hakimpur BIF及其夹层的角闪岩、黑云母片岩和石英岩均经历了中度变质作用。

结论

孟加拉国新发现的Hakimpur BIF属于上级型铁矿，与角闪岩、黑云母片岩和石英岩相关，这些岩石已发生角闪岩相级别的变质作用。Hakimpur变质岩可能由古元古代岩石经沉积侵蚀形成，过程中含有少量长英质成分，并受到活动大陆边缘岛弧环境的轻微影响。BIF具有明显的层理结构

A.S.M. Mehedi Hasan: 负责撰写初稿、数据可视化、验证、软件使用、方法论制定、调查分析、数据整理和概念构建。Ismail Hossain: 负责审稿和编辑、项目监督、资源协调、调查管理和概念构建。Shruti Rana: 负责审稿和编辑、方法论制定及数据整理。Kwan-Nang Pang: 负责审稿和编辑、方法论制定及数据整理。Toshiaki Tsunogae: 负责审稿和编辑、方法论制定及数据分析。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

孟加拉地质调查局（GSB）允许我们从他们的钻芯库（Bogura基地）采集样品，并在野外工作中提供后勤支持。同时感谢孟加拉石油研究所（BPI）为基础研究提供资金支持。感谢Thikapong Thata和Hao-Yang Lee在锆石U-Pb测年方面的协助。我们也感谢矿业与矿物学研究所的领导

A.S.M. Mehedi Hasan|Ismail Hossain|Shruti Rana|Kwan-Nang Pang|Toshiaki Tsunogae|Mark I. Pownceby|Jarred Lloyd|Mohammed Masum

澳大利亚阿德莱德大学澳大利亚关键矿物研究中心，阿德莱德，SA 5005