Металлогения железа в геологическом времени: сравнение суперконтинентальных циклов
Аннотация
Введение: исследователи исторической металлогении железорудных месторождений всегда особенное внимание уделяли осадочным месторождениям, в первую очередь – железистым кварцитам, которые составляют ядро мировой ресурсной базы железа. Однако они все же не являются единственным источником этого металла для промышленности. Более того, для некоторых стран важную, а нередко и ключевую, роль играют типы месторождений с иным генезисом. Предлагаемое исследование – первое, в котором осуществлен синтез количественных данных по исторической металлогении сразу всех типов железорудных месторождений, имеющих промышленное значение, на основе анализа распределения их разведанных ресурсов.
Данные и методика анализа: собраны и сопоставлены сведения о 398 железорудных объектах со всего мира с разведанными ресурсами ≥100 млн тонн Fe. Месторождения и их ресурсы были распределены на шкале геологического времени и сопоставлены на уровне суперконтинентальных циклов.
Результаты и обсуждение: железорудная металлогения претерпевала достаточно контрастные изменения при переходе от одного суперконтинентального цикла к другому. Эти изменения выражаются как в наборе типов месторождений, формировавшихся в каждом из циклов, так и интенсивности их генерации. Более половины всех ресурсов связано с древнейшим кенорским циклом. Почти все они сосредоточены в месторождениях тонкополосчатых железистых кварцитов типов алгома и сюпириор, с доминированием первого до середины цикла, а второго – в его конечной фазе, которая и была самой продуктивной. Мизерный остаток приходится на осадочные месторождения континетальных бассейнов и ортомагматические руды базит-ультрабазитовых интрузий. Колумбийский цикл – второй по продуктивности. Снова ведущим типом стали железистые кварциты, но только типа сюпириор с подавляющим доминированием не тонкополосчатых, более грубополосчатых зернистых руд. Слагающие эти месторождения рудные осадки были накоплены в относительно короткий отрезок времени в середине цикла в очень ограниченном количестве мест. Вторым по значению в этом цикле стал ортомагматический тип в базит-ультрабазитовых интрузиях. Также в крупных объемах начали формироваться поздне- и постмагматические месторождения, связанные с фельзитовым магматизмом. Возникло первое месторождение железных руд в карбонатитах. Масштабы осадочных руд континентальных бассейнов были снова очень ограниченными. Родинийский цикл – самый малопродуктивный в исторической металлогении железных руд с небольшим количеством крупных месторождений, но представляющих много типов. Впервые в геологической истории среди них появились представители эксгаляционно-осадочного и эпигенетического в осадочных карбонатных породах типов. Также возникли месторождения карбонатитового, ортомагматического и континентального осадочного типов. Пангейский цикл сопоставим по общей продуктивнос-
ти с колумбийским, и он единственный представлен всеми типами месторождений, вовлеченными в анализ. Наиболее крупные ресурсы сосредоточены во вновь появившихся в начале цикла гигантских залежах железистых кварцитов, специфичного именно для этого цикла типа рапитан, связанного с постледниковыми диамиктитами морских бассейнов. В пангейском цикле самые значительные ресурсы для своих типов образовали эксгаляционно-осадочные, карбонатитовые и постмагматические месторождения. Для остальных типов этот цикл был рядовым. Амазийский цикл вдвое уступает пангейскому по разведанной ресурсной базе. Среди рассмотренных типов в нем не представлены только железистые кварциты. Количественно абсолютно доминируют ресурсы континентальных осадочных месторождений. Значительные ресурсы, кроме того, связаны с поздне– и постмагматическими месторождениями. Остальные типы проявились в небольших масштабах.
Заключение: все суперконтинентальные циклы имеют ярко выраженные особенности в металлогении железорудных месторождений. Их учет, базирующийся на анализе геологического развития конкретных регионов, должен способствовать повышению качества прогнозных моделей при проведении прогнозно-поисковой оценки этих регионов.
Скачивания
Литература
2. Tuck C. A. Iron Ore. Mineral Commodity Summaries. U. S. Geol. Surv., 2024, pp. 100–101.
3. Petránek J., Van Houten F. B. Phanerozoic ooidal iron-stones. Czech Geol. Surv. Special Paper 7, 1997. 71 p.
4. Huston D. L., Logan G. A. Barite, BIFs and bugs: Evi-dence for the evolution of the Earth’s early hydrosphere. Earth Planetary Science Letters, 2004, vol. 20, pp. 41–55. DOI: 10.1016/S0012-821X(04)00034-2
5. Klein С. Some Precambrian banded iron-formations (BIFs) from around the world: Their age, geologic setting, mineralogy, metamorphism, geochemistry, and origin. Ameri-can Mineralogist, 2005, vol. 90, pp.1473–1499. DOI: 10.2138/am.2005.1871
6. Mücke A., Farshad F. Whole-rock and mineralogical composition of Phanerozoic ooidal ironstones: Comparison and differentiation of types and subtypes. Ore Geology Re-views, 2005, vol. 26, pp. 227–262. DOI:10.1016/j.oregeorev.2004.08.001
7. Kholodov V. N., Butuzova G.Y . Siderite formation and evolution of sedimentary iron ore deposition in the Earth’s history. Geol. Ore Deposits, 2008, vol. 50, pp. 299–319. DOI: 10.1134/S107570150804003X
8. Bekker A., Slack J.F., Planavsky N., Krapež B., Hofmann A., Konhauser K.O., Rouxel O.J., Wing B.A. Iron formation: а sedimentary product of the complex interplay among man-tle, tectonic, and biospheric processes. Econ. Geology, 2010, vol. 105, pp. 467–508. DOI: 10.2113/gsecongeo.105.3.467
9. Konhauser K.O., Planavsky N.J., Hardisty D.S., Robbins L.J., Warchola T.J., Haugaard R., Lalonde S.Vol., Partin C.A., Oonk P.B.H., Tsikos H., Lyons T.W., Bekker A., Johnson C.M. Iron formations: A global record of Neoarchaean to Palaeoproterozoic environmental history. Earth Sci. Rev., 2017, vol. 172, pp. 140–177. DOI:10.1016/j.earscirev.2017.06.012
10. Savko A. D. Evolution of iron accumulation in the history of the Earth. Proceedings of Voronezh State University. Se-ries: Geology, 2023, no. 3, pp. 4–39. DOI: 10.17308/geology/1609-0691/2023/3/4–39
11. Reich M., Simon A. C., Barra F., Palma G., Hou T., Bi-lenker L.D. Formation of iron oxide-apatite deposits. Nature Reviews: Earth and Environment, 2022, vol. 3, pp. 758–775. DOI:10.1038/s43017-022-00335-3
12. Rundqvist D. V., Tkachev A. V., Cherkasov S. V. Krupnye i superkrupnye mestorozhdeniya rudnyh poleznyh iskopaemyh, tom 1: Global’nye zakonomernosti razmesh-cheniya [Large and super-large ore deposits, vol. 1. Global regularities]. Moscow, IGEM RAN publ., 2006. 390 p. (In Russ.)
13. Sokolov G .A., Grigor’ev V. M. Mestorozhdeniya zheleza [Iron ore deposits]. Rudnye mestorozhdeniya SSSR [Ore de-posits of the USSR], Moscow, Nedra publ., 1978, vol. 1, pp. 10–111 (In Russ).
14. Dill H. G. The “chessboard” classification scheme of mineral deposits: mineralogy and geology from aluminium to zirconium. Earth Sci. Rev., 2010, vol. 100, pp. 1–420. DOI: 10.1016/j.earscirev.2009.10.011
15. Li H., Li L., Yang X., Cheng Y. Types and geological characteristics of iron deposits in China. J. Asian Earth Sci., 2015, vol. 103, pp. 2–22. DOI:10.1016/j.jseaes.2014.11.003
16. Ramanaidou E.R., Wells M.A. Sedimentary hosted iron ores. Treatise on Geochemistry (2nd Edition),. Elsevier, 2014, vol. 13, pp. 313–355. DOI: 10.1016/B978-0-08-095975-7.01115-3
17. Yin J., Li H., Xiao K. Origin of banded iron formations: links with paleoclimate, paleoenvironment, and major geolog-ical processes. Minerals, 2023, vol. 13, paper 547. 25 p. DOI: 10.3390/min13040547
18. Prochaska W. Genetic concepts on the formation of the Austrian magnesite and siderite mineralizations in the Eastern Alps of Austria. Geologia Croatica, 2016, vol. 69, pp. 31–38. DOI: 10.4154/gc.2016.03
19. Williams P.J., Barton M.D., Johnson D.A., Fontboté L., de Haller A., Mark G., Oliver N.H., Marschik R. Iron oxide cop-per-gold deposits: geology, space-time distribution, and possi-ble modes of origin. Econ. Geology, 100th ann. vol., 2005, pp. 371–405. DOI: 10.5382/AV100.13.
20. Pirajno F. Hydrothermal processes, and mineral systems. Springer Science & Business Media: Berlin/Heidelberg, Ger-many, 2008. 1250 p.
21. Tkachev A. V., Rundqvist D. V. Global trends in the evo-lution of metallogenic processes as a reflection of superconti-nent cyclicity. Geol. Ore Deposits, 2016, vol. 58, pp. 263–283. DOI: 10.1134/S1075701516040061
22. Trendall A.F. The significance of iron-formation in the Precambrian stratigraphic record. Special Publications of the International Association of Sedimentologists, 2002, vol. 33, pp. 33–66.
23. Dodd M.S., Papineau D., She Z., Fogel M.L., Nederbragt S., Pirajno F. Organic remains in late Palaeoproterozoic granu-lar iron formations and implications for the origin of granules. Precambrian Res., 2018, vol. 310, pp. 133–152. DOI: 10.1016/j.precamres.2018.02.016
24. Smith A.J.B., Beukes N.J., Gutzmer J., Johnson C.M., Czaja A.D., Nhleko N., de Beer F., Hofman J.W., Awramik S.M. Life on a Mesoarchean marine shelf – insights from the world’s oldest known granular iron formation. Scientific Re-ports, 2020, vol. 10, paper 10519. DOI: 10.1038/s41598-020-66805-0.
25. Planavsky N., Bekker A., Rouxel O.J., Kamber B., Hof-mann A., Knudsen A., Lyons T. W. Rare earth element and yttrium compositions of Archean and Paleoproterozoic Fe formations revisited: New perspectives on the significance and mechanisms of deposition. Geochim. Cosmochim. Acta, 2010, vol. 74, pp. 6387–6405. DOI: 10.1016/j.gca.2010.07.021.
26. Planavsky N., Rouxel O.J., Bekker A., Hofmann A., Little C.T., Lyons T.W. Iron isotope composition of some Archean and Proterozoic iron formations. Geochim. Cosmochim. Acta, 2012, vol. 80, pp. 158–169. DOI: 10.1016/j.gca.2011.12.001.
27. Hoffman P.F., Macdonald F.A., Halverson G.P. Chemical sediments associated with Neoproterozoic glaciation: iron formation, cap carbonate, barite and phosphorite. The Geo-logical Record of Neoproterozoic Glaciations. Geological Society, London, Memoirs, no. 36, 2011, pp. 67–80. DOI: 10.1144/M36.5
28. Sterna R.J., Mukherjee S.K., Miller N.R., Ali K., Johnson P.R. ∼750 Ma banded iron formation from the Arabian-Nubian Shield – Implications for understanding Neoprotero-zoic tectonics, volcanism, and climate change. Precambrian Res., 2013, vol. 239, pp. 79–94. DOI: 10.1016/j.precamres.2013.07.015
29. Xu D.R., Wang Z.L., Cai J.X., Wu C.J., Bakun-Czubarow N., Wang L., Chen H.Y., Baker M.J., Kusiak M.A. 2013. Geo-logical characteristics and metallogenesis of the Shilu Fe-ore deposit in Hainan Province, South China. Ore Geol. Reviews, 2013, vol. 53, pp. 318–342. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2013.01.015
30. Yang X.-Q., Zhang Z.-H., Duan S.-G., Zhao X.-M. Petro-logical and geochemical features of the Jingtieshan banded iron formation (BIF): A unique type of BIF from the Northern Qilian Orogenic Belt, NW China. J. Asian Earth Sciences, 2015, vol. 113, pt. 3, pp. 1218–1234. DOI: 10.1016/j.jseaes.2015.03.024
31. Sun J., Zhu X., Li Z. Confirmation and global significance of a large-scale early Neoproterozoic banded iron formation on Hainan Island, China. Precambrian Res., 2018, vol. 307, pp. 82–92. DOI: 10.1016/j.precamres.2018.01.005
32. Shcherba G. N. Mestorozhdeniya atasuiskogo tipa [Atasu type mineral deposits]. Geologiya rudnyh mestorozhdeniy − Geology of Ore Deposits, 1967, no. 5, pp. 106–114 (In Russ.).
33. Tkachev A. V. Strukturno-petrofizicheskie usloviya obra-zovaniya mestorozhdeniy Zhairemskoi gruppy [Structure-petrophysic conditions for the formation of the Zhairem min-eral deposit group]. Geologiya rudnyh mestorozhdeniy − Ge-ology of Ore Deposits, 1982, no. 2, pp. 29–38 (In Russ.).
34. Laznicka P. Empirical metallogeny: Depositional envi-ronments, lithological associations and local metallic ores. Phanerozoic environments, associations and deposits. Parts A and B. Elsevier, Amsterdam, 1985. 1758 p.
35. Laznicka P. Empirical metallogeny. 2: Precambrian empir-ical metallogeny. Parts A and B. Elsevier, Amsterdam, 1993. 1622 p.
36. Kimberley M.M. Exhalative origins of iron formations. Ore Geology Reviews, 1989, vol. 5, pp. 13–145.
37. Condie K.C., Aster R.C. Episodic zircon age spectra of orogenic granitoids: the supercontinent connection and conti-nental growth. Precambrian Res., 2010, vol. 180, pp. 227–236. DOI: 10.1016/j.precamres.2010.03.008.
38. Pesonen L.J., Evans D.A.D., Veikkolainen T., Salminen J., Elming S.-A. Precambrian supercontinents and supercy-cles—an overview. Ancient supercontinents and the paleoge-ography of Earth (L.J. Pesonen, J. Salminen, S.-A. Elming, D.A.D. Evans, T. Veikkolainen – eds.), Elsevier, 2021, pp. 1–50. DOI:10.1016/B978-0-12-818533-9.00020-5
39. Rodrigues P.O.C., Hinnov L.A., Franco D.R. A new ap-praisal of depositional cyclicity in the Neoarchean-Paleoproterozoic Dales Gorge Member (Brockman Iron For-mation, Hamersley Basin, Australia). Precambrian Res., 2019, vol. 328, pp. 27–47. DOI: 10.1016/j.precamres.2019.04.007
40. Rasmussen B., Fletcher I.R., Bekker A., Muhling J.R., Gregory C.J., Thorne A.M. Deposition of 1.88-billion-year-old iron formations as a consequence of rapid crustal growth. Nature, 2012, vol. 484, pp. 498–501. DOI: 10.1038/nature11021
41. Li H., Zhang Z., Li L., Zhang Z., Chen J., Yao T. Types and general characteristics of the BIF-related iron deposits in China. Ore Geology Reviews, 2014, vol. 57, pp. 264–287. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2013.09.014
42. Johnson J. E., Molnar P. H. Widespread and persistent deposition of iron formations for two billion years. Geophysi-cal Res. Letters, 2019, vol. 46, pp. 3327–3339. DOI: 10.1029/2019GL081970
43. Canfield D.E., Zhang S., Wang H., Wang X., Zhao W., Su,J., Bjerrum C.J., Haxen E.R., Hammarlund E.U. A Meso-proterozoic iron formation. PNAS, 2018, vol. 115, pp. E3895–E3904. DOI:10.1073/pnas.1720529115
44. Zhou C., Huyskens M.H., Lang X., Xiao S., Yin Q.-Z. Calibrating the terminations of Cryogenian global glaciations. Geology, 2019, vol.47(3), pp. 251–254. DOI: 10.1130/G45719.1
45. Pu J.P., Bowring S.A., Ramezani J., Myrow P., Raub T.D., Landing E., Mills A., Hodgin E., Macdonald F.A. Dodging snowballs: Geochronology of the Gaskiers glaciation and the first appearance of the Ediacaran biota. Geology, 2016, vol. 44, pp. 955–958. DOI:10.1130/G38284.1
46. Lyons T.W., Diamond C.W., Planavsky N.J., Reinhard C.T., Li C. Oxygenation, life, and the planetary system during Earth’s middle history: An overview. Astrobiology, 2021, vol. 21, pp. 906–923. DOI: 10.1089/ast.2020.24
47. Krause A.J., Mills B.J.W., Merdith A.S., Lenton T.M., Poulton S.W. Extreme variability in atmospheric oxygen lev-els in the late Precambrian. Science Advances, 2022, vol. 8(41), paper eabm8191. 10 p. DOI: 10.1126/sciadv.abm8191
48. Hoffman P.F., Macdonald F.A., Halverson G.P. Chemical sediments associated with Neoproterozoic glaciation: iron formation, cap carbonate, barite and phosphorite. Geol. Soc. London Memoirs, 2011, vol. 36, pp. 67–80. DOI: 10.1144/M36.5
49. Laznicka P. Giant Metallic Deposits. Future Sources of Industrial Metals. 2nd ed. Springer Berlin, Heidelberg, 2010. 949 p. DOI: 10.1007/978-3-642-12405-1
50. Angerer T., Hagemann S.G., Walde H.G., Halverson G.P., Boyce A.J. Multiple metal sources in the glaciomarine facies of the Neoproterozoic Jacadigo iron formation in the “Santa Cruz deposit”, Corumbá, Brazil. Precambrian Res., 2016, vol. 275, pp. 369–393. DOI: 10.1016/j.precamres.2016.01.002
51. Nabatian Gh., Rastad E., Neubauer F., Honarmand M., Ghaderi M. Iron and Fe–Mn mineralisation in Iran: implica-tions for Tethyan metallogeny. Australian J. Earth Sciences, 2015, vol. 62(2), pp. 211–241. DOI: 10.1080/08120099.2015.1002001
52. Chi Fru E., Kilias S., Ivarsson M., Rattray J. E., Gkika K., McDonald I., He Q., Broman C. Sedimentary mechanisms of a modern banded iron formation on Milos Island, Greece. Solid Earth, 2018, vol. 9, pp. 573–598. DOI: 10.5194/se-9-573-2018
53. Prochaska W., Krupenin M. Formation of magnesite and siderite deposits in the Southern Urals - evidence of inclusion fluid chemistry. Mineral. Petrol., 2013, vol. 107(1), pp. 53–65. DOI 10.1007/s00710-012-0251-5
54. Gumsley A.P., Chamberlain K.R., Bleeker W., Soderlund U., de Kock M.O., Larsson E.R., Bekker A. Timing and tempo of the great oxidation event. PNAS, 2017, vol. 114, pp. 1811–1816. DOI: 10.1073/pnas.1608824114
55. Coetzee L.L., Beukes N.J., Gutzmer J., Kakegawa T. Links of organic carbon cycling and burial to depositional depth gradients and establishment of a snowball Earth at 2.3 Ga. Evidence from the Timeball Hill Formation, Transvaal Supergroup, South Africa. South African J. Geology, 2006, vol. 109, pp. 109–122. DOI: 10.2113/gssajg.109.1-2.109
56. Smith W.D., Jenkins M. C., Augustin C.T., Virtanen V.J., Vukmanovic Z., O’Driscoll B. Layered intrusions in the Pre-cambrian: Observations and perspectives. Precambrian Res., 2024, vol. 415, paper 107615. 31 p. DOI: 10.1016/j.precamres.2024.107615
57. Tornos F., Hanchar J.M., Steele MacInnis M., Crespo E., Kamenetsky V.S., Casquet C. Formation of magnet-ite (apatite) systems by crystallizing ultrabasic iron rich melts and slag separation. Mineralium Deposita, 2024, vol. 59, pp. 189–225. DOI: 10.1007/s00126-023-01203-w
58. Fischer L.A., Yuan Q. Fe-Ti-V-(P) resources in the Upper Zone of the Bushveld Complex, South Africa. Papers and Proceedings of the Royal Society of Tasmania, 2016, vol. 150(1), pp. 15–22. DOI: 10.26749/rstpp.150.1.15
59. Krasnova N.I., Petrov T.G., Balaganskaya E.G., Garcia D., Moutte J., Zaitsev A.N., Wall F. Introduction to phos-corites: occurrence, composition, nomenclature and petrogen-esis. Phoscorites and carbonatites from mantle to mine: the key example of the Kola alkaline province. Mineralogical Society Series. Mineralogical Society, London, 2004, vol. 10, pp. 43–72.
60. Tian P., Yang X. Xiao Y., Yuan W., He Z. In situ mona-zite U–Pb ages in thin sections from the giant Bayan Obo Fe–REE–Nb Deposit, Inner Mongolia: Implications for formation sequences. Minerals, 2022, vol. 12, paper 1237. 32 p. DOI: 10.3390/min12101237
