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火山成因塊狀硫化物（VMS）礦床和條帶狀鐵建造（BIF）型鐵礦作為兩種重要的礦床類型，在太古宙常以共生組合方式賦存于古老克拉通的綠巖帶內(nèi)，是早期地質(zhì)構(gòu)造和環(huán)境演化耦合作用的產(chǎn)物。該組合不僅是全球銅、鋅、鐵等金屬的重要來源，而且也記錄了當(dāng)時(shí)特定的構(gòu)造及大氣和海洋環(huán)境，因此，開展VMS-BIF成礦組合研究具有經(jīng)濟(jì)和科學(xué)兩個(gè)方面的重要價(jià)值。聚焦VMS-BIF成礦組合形成機(jī)制這一關(guān)鍵科學(xué)問題，當(dāng)前的研究工作主要集中于兩類礦床共生的時(shí)空分布、構(gòu)造背景、物質(zhì)來源和沉積環(huán)境等方面，其中，上述成礦組合的物質(zhì)來源和沉積環(huán)境是當(dāng)前研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

位于華北克拉通北緣的太古宙末期的清原綠巖帶，不僅是我國唯一同時(shí)發(fā)育VMS型Cu-Zn礦床和BIF型鐵礦的綠巖帶，同時(shí)也是這一時(shí)期世界范圍內(nèi)少有發(fā)育VMS-BIF成礦組合的研究區(qū)。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所礦產(chǎn)資源研究院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室彭自棟博士后與王長樂副研究員、張連昌研究員（合作導(dǎo)師）以及英國利茲大學(xué)Simon Poulton教授和加拿大阿爾伯塔大學(xué)Kurt Konhauser教授等合作，對(duì)清原綠巖帶內(nèi)的多個(gè)VMS和BIF礦床開展了詳細(xì)的地質(zhì)、地球化學(xué)、鐵同位素和多硫同位素（δ³³S、δ³⁴S和δ³⁶S）研究，有效約束了VMS-BIF成礦組合的物質(zhì)來源、沉積環(huán)境和成礦機(jī)制。

物質(zhì)來源方面：綠巖帶BIF型鐵礦的鐵質(zhì)主要來自水體中積累的由早期海底熱液活動(dòng)輸入的Fe(II)，但是不同層位BIF鐵同位素的系統(tǒng)變化（圖1A），卻反映與VMS相關(guān)的成礦熱液系統(tǒng)為晚期沉淀的BIF提供了大量鐵質(zhì)；含硫化物BIF和形成于海底沉積作用的層狀VMS礦石中的黃鐵礦具有非零的Δ³³S值（平均為-0.05‰ ± 0.007‰，2SD；n = 9）和與典型硫同位素非質(zhì)量分餾一致的Δ³⁶S/Δ³³S比值（-1 ± 0.3，圖1B和圖2A）說明早期缺氧大氣中SO₂光解作用形成的硫酸鹽為其形成提供部分硫質(zhì)。

圖1 清原綠巖帶VMS-BIF成礦組合Fe-S同位素特征。（A）VMS礦石黃鐵礦和不同層位BIF中的磁鐵礦和黃鐵礦的δ⁵⁶Fe值；（B）含硫化物BIF和VMS礦石中黃鐵礦的δ³⁴S和Δ³³S值。

沉積環(huán)境方面：綠巖帶不同層位BIF的發(fā)育指示當(dāng)時(shí)海水整體處于缺氧富鐵狀態(tài)?；谇叭髓F同位素的“擴(kuò)散-反應(yīng)”模型（dispersion-reaction model）計(jì)算，綠巖帶最下部BIF正的δ⁵⁶Fe值（0.48–0.69 ‰）指示表層海水的氧氣含量約為10^-4~10^-3μmol/L（圖2B）。沉積型層狀VMS礦石中黃鐵礦接近于零的δ⁵⁶Fe值（-0.58~0.51 ‰，圖1A），反應(yīng)其形成于受海底熱液活動(dòng)形成的局部硫化水體。

圖2 清原綠巖帶VMS-BIF成礦組合鐵同位素和多硫同位素判別圖。（A）含硫化物BIF和VMS礦石中黃鐵礦具有與典型硫同位素非質(zhì)量分餾（MIF）效應(yīng)一致的Δ³⁶S/Δ³³S比值。（B）綠巖帶最下部BIF與不同時(shí)期沉積型鐵氧化物的δ⁵⁶Fe值對(duì)比及模擬計(jì)算的可能表層水體氧氣含量。