蓟县下马岭组地层中菱铁矿成因及古海洋意义

蓟县铁岭子村附近新出露的下马岭组下部黑色岩系中富含菱铁矿，对这些菱铁矿形成机制的认识直接关系到对下马岭期乃至中元古代古海洋氧化还原状态和地球化学性质的判断。文中利用碳同位素对其成因加以制约，进而反演该时期的古海洋环境。结果显示，这些菱铁矿的碳同位素组成变化范围为-19.2‰~-7.8‰，平均约-15.0‰，明显偏离正常海相沉积碳酸盐岩，而更接近有机质来源的碳酸盐或重碳酸根的δ13C值，说明菱铁矿碳酸根的碳主要源自于有机质。这意味着这些菱铁矿是在早期成岩过程中由三价铁的氧化物或氢氧化物转化而来，而不是直接从海水中沉淀形成。海洋中的铁首先以氧化铁或氢氧化铁的形式发生沉淀，并与有机质一起埋藏于海底缺氧带中。后在成岩过程中发生氧化还原反应，三价铁作为氧化剂氧化有机质使之生成CO2，有机质则作为还原剂将三价铁还原为二价铁，二者结合即构成菱铁矿。同时，有机质热脱羧反应提供的CO2保证了更多的二价铁以菱铁矿的形式保存在地层中。据此可推断，至少在燕辽盆地，下马岭期古海洋已呈现广泛氧化状态，其氧化程度足以将海洋中的铁氧化为三价铁。同时，地层中硫含量极低，说明该时期古海洋贫硫。下马岭期燕辽盆地这种氧化、贫硫的古海洋特征不同于传统的分层海洋模式，因此有必要进行更深入系统的研究。