Богатые железом осадочные породы

Богатые железом осадочные породы – это осадочные породы , содержащие 15 мас.% и более железа . Однако большинство осадочных пород содержат железо в той или иной степени. Большинство этих пород отложилось в определенные геологические периоды времени: докембрий (3800–539 миллионов лет назад), ранний палеозой (539–419 миллионов лет назад) и средний и поздний мезозой (205–66 миллионов лет назад). . В целом они составляют очень небольшую часть всей осадочной летописи.

Богатые железом осадочные породы имеют экономическое применение в качестве железных руд . Месторождения железа расположены на всех основных континентах, за исключением Антарктиды . Они являются основным источником железа и добываются для коммерческого использования. ^{[ 1 ]} Основные железные руды относятся к оксидной группе, состоящей из гематита , гетита и магнетита . Карбонатный . сидерит также обычно добывают Продуктивный пояс железных формаций известен как железный хребет. ^{[ 2 ]}

Классификация

Принятая схема классификации богатых железом осадочных пород состоит в том, чтобы разделить их на две части: железняки и железистые образования. ^{[ 1 ]}

Железные камни

Железные камни состоят из 15% железа и более. Это необходимо для того, чтобы породу можно было даже считать богатой железом осадочной породой. Как правило, они родом из фанерозоя, что означает, что их возраст варьируется от настоящего до 540 миллионов лет назад. ^{[ 1 ]} Они могут содержать минералы железа из следующих групп: оксиды , карбонаты и силикаты . Некоторыми примерами минералов в богатых железом породах, содержащих оксиды, являются лимонит , гематит и магнетит. Примером минерала в богатой железом породе, содержащей карбонаты, является сидерит , а примером минерала в богатой железом породе, содержащей силикат, является шамозит . ^{[ 2 ]} Они часто переслаиваются известняками , сланцами и мелкозернистыми песчаниками . Обычно они не имеют полос, однако иногда могут иметь очень грубые полосы. ^{[ 1 ]} Они твердые и некремистые . ^{[ 2 ]} Компоненты породы варьируются по размеру от песка до грязи, но не содержат много кремнезема . Они также более глиноземистые. Они не слоистые и иногда содержат ооиды . Ооиды могут быть отличительной характеристикой, хотя обычно они не являются основным компонентом железных камней. В железняках ооиды состоят из силикатов железа и/или оксидов железа и иногда встречаются в чередующихся пластинках. Обычно они содержат окаменелости , а иногда окаменелости частично или полностью заменены минералами железа. Хорошим примером этого является пиритизация . Они меньше по размеру и с меньшей вероятностью подвергаются деформации или метаморфизации, чем железные образования. ^{[ 3 ]} Термин «железный шар» иногда используется для описания узла из железного камня . ^{[ 2 ]}

Железные образования

Железные образования должны содержать не менее 15% железа, как и железняки и все богатые железом осадочные породы. Однако возраст железных образований в основном докембрийский , что означает, что им от 4600 до 590 миллионов лет. Они намного старше железных камней. Они, как правило, кремнистые, хотя кремень не может использоваться для классификации железных образований, поскольку он является обычным компонентом многих типов горных пород. Они хорошо переплетены, и толщина полос может составлять от нескольких миллиметров до десятков метров. Слои имеют очень четкую полосчатую последовательность, состоящую из богатых железом слоев, чередующихся со слоями кремня. Железные образования часто связаны с доломитом , богатым кварцем песчаником и черным сланцем . Иногда они местами переходят в кремни или доломиты. Они могут иметь разную текстуру, напоминающую известняк. Некоторые из этих текстур являются микритовыми, гранулированными, внутриобломочными, пелоидными, оолитовыми , пизолитовыми и строматолитовыми . ^{[ 1 ]} В формациях с низким содержанием железа присутствуют разные доминирующие минералы, зависящие от разных типов фаций . Преобладающими минералами оксидной фации являются магнетит и гематит. Преобладающими минералами силикатной фации являются гриналит , миннесотаит и глауконит . Доминирующим минералом карбонатной фации является сидерит. Преобладающим минералом сульфидной фации является пирит . Большинство железных образований деформированы или метаморфизованы просто из-за невероятной старости, но они все еще сохраняют свой уникальный самобытный химический состав; даже на высоких стадиях метаморфизма. Чем выше класс, тем более метаморфизовано оно. Породы низкого качества могут быть только уплотнены, тогда как породы высокого качества часто невозможно идентифицировать. Они часто содержат смесь полосчатых железных образований и гранулированных железных образований. Железные образования можно разделить на подразделения, известные как: полосчатые железные образования (BIF) и гранулированные железные образования (GIF). ^{[ 3 ]}

Приведенная выше схема классификации является наиболее часто используемой и общепринятой, хотя иногда используется более старая система, которая делит богатые железом осадочные породы на три категории: болотного железа залежи , железняки и железные образования . Месторождение болотного железа — это железо, образовавшееся в болоте или болоте в процессе окисления .

Полосчатые железные образования в сравнении с гранулированными железными образованиями

Формирование полосатого железа крупным планом, Верхний Мичиган.

Полосчатые железные образования

Полосчатые железистые образования (ПЖФ) изначально представляли собой химические илы и содержат хорошо развитую тонкую слоистость. Такая слоистость у них возможна из-за отсутствия в докембрии норников. BIF представляют собой регулярные чередующиеся слои, богатые железом и кремнем, толщина которых варьируется от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. В стратиграфическом отношении формирование может продолжаться непрерывно на протяжении десятков и сотен метров. Эти формации могут содержать осадочные структуры, такие как поперечная слоистость , ступенчатая слоистость , отбросы от нагрузки , следы ряби , грязевые трещины и каналы эрозии . По сравнению с GIF, BIF содержат гораздо более широкий спектр минералов железа, имеют более редуцированную фацию и более распространены. ^{[ 1 ]}

БИФ подразделяются на категории типов на основании особенностей, связанных с природой их образования, а также уникальных физических и химических свойств. Некоторые категории полосчатых железных образований — рапитанский тип , альгомский тип и супериорный тип .

Тип Рапитана

Рапитановые типы связаны с гляциогенными толщами архея и раннего протерозоя. Этот тип отличается тем, что гидротермальные воздействия оказывают заметно меньшее влияние на химический состав редкоземельных элементов (РЗЭ) в этом пласте, чем в других пластах в этот период времени. ^{[ 5 ]}

Тип Альгомы

Типы альгом — небольшие чечевицеобразные месторождения железа, связанные с вулканическими породами и турбидитами . ^{[ 6 ]} Содержание железа в этом классе редко превышает 10. ¹⁰ тонн. Их толщина колеблется от 10 до 100 метров. Отложение происходит в островодужных / задуговых бассейнах и внутрикратонных рифтовых зонах. ^{[ 7 ]}

Улучшенный тип

Высшие типы представляют собой крупные, мощные и обширные залежи железа на стабильных шельфах и в широких бассейнах . ^{[ 6 ]} Содержание общего железа в этом виде класса превышает 10 ¹³ тонн. Они могут достигать более 10 ⁵ километры ². Отложение происходит в относительно мелководных морских условиях при трансгрессивных морях. ^{[ 7 ]}

Зернистые железные образования

Зернистые железные образования (ГИФ) изначально представляли собой хорошо отсортированные химические пески. У них отсутствует ровная сплошная слоистость, имеющая вид прерывистых слоев. Прерывистые слои, вероятно, представляют собой пласты, образовавшиеся в результате штормовых волн и течений. Слои толщиной более нескольких метров и непрерывные для GIF-изображений редки. Они содержат обломки размером с песок и более мелкозернистую матрицу и обычно относятся к оксидным или силикатным минеральным фациям. ^{[ 1 ]}

Условия осадконакопления

С богатыми железом осадочными породами связаны четыре фациальных типа: оксидная, силикатная, карбонатная и сульфидная фации. Эти фации соответствуют глубине воды в морской среде. Оксидные фации осаждаются в наиболее окислительных условиях. Силикатная и карбонатная фации осаждаются в промежуточных окислительно-восстановительных условиях. Сульфидная фация осаждается в наиболее восстановительных условиях. На мелководье не хватает богатых железом осадочных пород, что позволяет сделать вывод, что среда осадконакопления варьируется от континентального шельфа и верхнего континентального склона до абиссальной равнины . (На диаграмме не обозначена абиссальная равнина, но она будет расположена в крайнем правом углу диаграммы на дне океана). ^{[ 7 ]}

Вода, окрашенная окисленным железом, Рио Тинто, Испания.

Химические реакции

Двухвалентное и трехвалентное железо входят в состав многих минералов, особенно в песчаниках. Фе ²⁺ содержится в глине , карбонатах, сульфидах и даже в в полевых шпатах небольших количествах . Фе ³⁺ находится в оксидах, водных, безводных и в глауконитах . ^{[ 8 ]} Обычно присутствие железа определяется в породе из-за определенного окрашивания в результате окисления. Окисление – это потеря электронов элементом. Окисление может происходить под действием бактерий или путем химического окисления. Это часто происходит при контакте ионов железа с водой (за счет растворенного в поверхностных водах кислорода) и возникновении водно-минеральной реакции. Формула окисления/восстановления железа:

Фе ²⁺ ↔ Фе ³⁺ + и ⁻

Формула работает для окисления вправо или восстановления влево.

Фе ²⁺ является черной формой железа. Эта форма железа легко отдает электроны и является мягким восстановителем. Эти соединения более растворимы, поскольку они более подвижны. Фе ³⁺ представляет собой трехвалентную форму железа. Эта форма железа структурно очень стабильна, поскольку его оболочка валентного электрона наполовину заполнена. ^{[ 9 ]}

Латерализация

Латеризация — процесс почвообразования , происходящий в теплом и влажном климате под широколиственными вечнозелеными лесами. Почвы, образовавшиеся в результате латеризации, обычно сильно выветриваются железа и и содержат большое количество оксидов алюминия . Гетит часто получается в результате этого процесса и является основным источником железа в отложениях. Однако после осаждения его необходимо обезвоживать, чтобы прийти к равновесию с гематитом. Реакция дегидратации: ^{[ 9 ]}

2 FeO(OH) → Fe ₂ O ₃ + H ₂ O

Пиритизация

Пиритизация носит дискриминационный характер. Это редко случается с организмами мягких тканей, и арагонитовые окаменелости более восприимчивы к этому, чем окаменелости кальцита . Обычно это происходит в морской среде отложений, где есть органический материал. Процесс вызван сульфатредукцией , при которой карбонатные скелеты (или оболочки) заменяются пиритом (FeS ₂ ). Обычно он не сохраняет детали, и пирит образует внутри структуры множество микрокристаллов. В пресноводной среде сидерит заменит карбонатные оболочки вместо пирита из-за низкого содержания сульфата. ^{[ 10 ]} Степень пиритизации , произошедшую в окаменелости, иногда можно назвать степенью пиритизации (DOP).

Железные минералы

Анахорит ( Ca(Mg,Fe)(CO ₃ ) ₂ ) и сидерит ( FeCO ₃ ) являются карбонатами и предпочитают щелочные, восстановительные условия. Обычно они встречаются в виде конкреций в аргиллитах и алевролитах .
Пирит и марказит (FeS ₂ ) являются сульфидными минералами и благоприятствуют восстановительным условиям. Они наиболее распространены в мелкозернистых аргиллитах темного цвета.
Гематит (Fe ₂ O ₃ ) обычно является пигментом красных пластов и требует окислительных условий.
Лимонит (2Fe ₂ O ₃ ·3H ₂ O) используется для получения неидентифицированных массивных гидроксидов и оксидов железа. ^{[ 11 ]}

Богатые железом породы в шлифе

Магнетит и гематит непрозрачны под микроскопом в проходящем свете. В отраженном свете магнетит выглядит металлическим и имеет серебристый или черный цвет. Гематит будет более красновато-желтого цвета. Пирит выглядит непрозрачным, желто-золотым и металлическим. ^{[ 12 ]} Шамозит представляет собой оливково-зеленый цвет в тонком шлифе , который легко окисляется до лимонита. При частичном или полном окислении до лимонита зеленый цвет становится желтовато-коричневым. Лимонит также непрозрачен под микроскопом. Шамозит представляет собой силикат железа и имеет двойное лучепреломление почти нулевое . Сидерит – это карбонат железа , обладающий очень высоким двойным лучепреломлением. В шлифах часто обнаруживается морская фауна внутри оолитовых железняков. В более старых образцах ооиды могут быть сплющены и иметь крючковатые хвосты на обоих концах из-за уплотнения. ^{[ 13 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Боггс-младший, Сэм, 2006, Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.), Pearson Education Inc., Аппер-Сэддл-Ривер, Нью-Джерси, стр. 217–223.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Джексон, Джулия А., 1997, Геологический словарь , Американский геологический институт, издательство Ventura, Александрия, Вирджиния, стр. 335–336.
^ Перейти обратно: ^а ^б Миддлтон, Джерард В. (и другие), 2003, Энциклопедия отложений и осадочных пород , Kluwer Academic Publishers, Дордрехт, Нидерланды, стр. 124–125, 130–133, 159–160, 367–368, 376–384, 486. –489, 555–557, 701–702
^ «Полосистое железное образование» . www.sandatlas.org . Проверено 29 марта 2020 г.
^ Кляйн, Корнелис; Бёкес, Николас Дж. (1 мая 1993 г.). «Седиментология и геохимия гляциогенной позднепротерозойской рапитанской железистой формации в Канаде». Экономическая геология . 88 (3): 542–565. дои : 10.2113/gsecongeo.88.3.542 . ISSN 1554-0774 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Стоу, Доррик Ав, 2005, Осадочные породы в полевых условиях, Академическая пресса – издательство Manson Publishing, Лондон, Великобритания, стр. 218
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Харнмейер, Джелте П., 2003, Полосатые железные формации: продолжающаяся загадка геологии, Вашингтонский университет, Вашингтон, США.
^ Петтиджон, Поттер и Сивер, 1987, Песок и песчаник, Springer-Verlag Publishing Inc., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, стр. 50-51
^ Перейти обратно: ^а ^б Лидер, Майк, 2006, Седиментология и осадочные бассейны , Blackwell Publishing, Молден, Массачусетс, стр. 20–21, 70–73.
^ Пэрриш, Дж. Майкл, 1991, Процесс окаменения, Belhaeven Press, Оксфорд, Великобритания, стр. 95–97.
^ Коллисон, JD, 1989, Осадочные структуры, Университетская типография, Оксфорд, Великобритания, стр. 159–164.
^ Шолле, Питер, 1979, Составляющие, текстуры, цементы и пористость песчаников и сопутствующих пород , Американская ассоциация геологов-нефтяников, Талса, Оклахома, стр. 43–45.
^ Адамс, А.Э., Маккензи, В.С., и Гилфорд, К., 1984, Атлас осадочных пород под микроскопом , William Clowes Ltd., Эссекс, Великобритания, стр. 78–81.

[Boggs-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Боггс-младший, Сэм, 2006, Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.), Pearson Education Inc., Аппер-Сэддл-Ривер, Нью-Джерси, стр. 217–223.

[Jackson-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Джексон, Джулия А., 1997, Геологический словарь , Американский геологический институт, издательство Ventura, Александрия, Вирджиния, стр. 335–336.

[Middleton-3] Перейти обратно: ^а ^б Миддлтон, Джерард В. (и другие), 2003, Энциклопедия отложений и осадочных пород , Kluwer Academic Publishers, Дордрехт, Нидерланды, стр. 124–125, 130–133, 159–160, 367–368, 376–384, 486. –489, 555–557, 701–702

[4] «Полосистое железное образование» . www.sandatlas.org . Проверено 29 марта 2020 г.

[5] Кляйн, Корнелис; Бёкес, Николас Дж. (1 мая 1993 г.). «Седиментология и геохимия гляциогенной позднепротерозойской рапитанской железистой формации в Канаде». Экономическая геология . 88 (3): 542–565. дои : 10.2113/gsecongeo.88.3.542 . ISSN 1554-0774 .

[Stow-6] Перейти обратно: ^а ^б Стоу, Доррик Ав, 2005, Осадочные породы в полевых условиях, Академическая пресса – издательство Manson Publishing, Лондон, Великобритания, стр. 218

[Harnmeijer-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с Харнмейер, Джелте П., 2003, Полосатые железные формации: продолжающаяся загадка геологии, Вашингтонский университет, Вашингтон, США.

[Pettijohn-8] Петтиджон, Поттер и Сивер, 1987, Песок и песчаник, Springer-Verlag Publishing Inc., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, стр. 50-51

[Leeder-9] Перейти обратно: ^а ^б Лидер, Майк, 2006, Седиментология и осадочные бассейны , Blackwell Publishing, Молден, Массачусетс, стр. 20–21, 70–73.

[Parrish-10] Пэрриш, Дж. Майкл, 1991, Процесс окаменения, Belhaeven Press, Оксфорд, Великобритания, стр. 95–97.

[Collison-11] Коллисон, JD, 1989, Осадочные структуры, Университетская типография, Оксфорд, Великобритания, стр. 159–164.

[Scholle-12] Шолле, Питер, 1979, Составляющие, текстуры, цементы и пористость песчаников и сопутствующих пород , Американская ассоциация геологов-нефтяников, Талса, Оклахома, стр. 43–45.

[Adams-13] Адамс, А.Э., Маккензи, В.С., и Гилфорд, К., 1984, Атлас осадочных пород под микроскопом , William Clowes Ltd., Эссекс, Великобритания, стр. 78–81.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]