Осадочные породы, богатые железом - Iron-rich sedimentary rocks

Железная руда из Кривой Рог, Украина

Осадочные породы, богатые железом находятся осадочные породы которые содержат 15% и более утюг. Однако большинство осадочных пород в той или иной степени содержат железо. Большинство этих пород были отложены в определенные геологические периоды времени: Докембрийский (3800-570 миллионов лет назад), ранний Палеозой (От 570 до 410 миллионов лет назад) и от среднего до позднего Мезозойский (205–66 миллионов лет назад). В целом они составляют очень небольшую часть от общей записи осадочных пород.

Осадочные породы, богатые железом, находят экономическое применение в качестве железные руды. Залежи железа расположены на всех основных континентах, за исключением Антарктиды. Они являются основным источником железа и добываются для коммерческого использования.[1] Основные железные руды добываются из оксидная группа состоящий из гематит, гетит, и магнетит. В карбонат сидерит также обычно добывается. Продуктивный пояс железных пластов известен как ассортимент железа.[2]

Классификация

Принятая схема классификации богатых железом осадочных пород состоит в разделении их на два участка: железные камни и железные образования [1]

Железные камни

Основная статья: Железный камень

Железные камни состоят из 15% и более железа. Это необходимо для того, чтобы камень даже считался богатый железом осадочная порода. Как правило, они происходят из фанерозоя, что означает, что их возраст колеблется от настоящего до 540 миллионов лет назад.[1] Они могут содержать минералы железа из следующих групп: оксиды, карбонаты, и силикаты. Некоторые примеры минералов в богатых железом породах, содержащих оксиды: лимонит, гематит и магнетит. Примером минерала в богатой железом породе, содержащей карбонаты, является сидерит, а примером минералов в богатой железом породе, содержащей силикат, является шамозит.[2] Они часто переслаиваются известняки, сланцы, и мелкозернистый песчаники. Обычно они не имеют полос, однако иногда они могут быть очень грубыми.[1] Они тяжелые и нечерти.[2] Компоненты породы варьируются по размеру от песка до ила, но не содержат большого количества кремнезем. Они также более глиноземистые. Они не ламинированы и иногда содержат ооиды. Ооиды могут быть отличительной характеристикой, хотя обычно они не являются основным компонентом железных камней. Внутри железных камней ооиды состоят из силикатов железа и / или оксидов железа и иногда встречаются в чередующихся пластинах. Обычно они содержат ископаемое обломки, а иногда и окаменелости частично или полностью заменяются минералами железа. Хорошим примером этого является пиритизация. Они меньше по размеру и с меньшей вероятностью деформируются или превращенный чем железные образования.[3] Период, термин железный шар иногда используется для описания железного камня узелок.[2]

Железные образования

Болотная руда

Железные образования должны содержать не менее 15% железа, как и железные камни и все богатые железом осадочные породы. Однако железные образования в основном имеют докембрийский возраст, что означает, что им от 4600 до 590 миллионов лет. Они намного старше железных камней. Хотя они, как правило, чертовы черт не может использоваться как способ классификации железных образований, поскольку он является обычным компонентом многих типов горных пород. Они хорошо окаймлены, и их толщина может составлять от нескольких миллиметров до десятков метров. Слои имеют очень четкую последовательность полос, которые состоят из слоев, богатых железом, которые чередуются со слоями кремня. Железные образования часто ассоциируются с доломит, песчаник, богатый кварцем, и черный сланец. Иногда они перерабатываются в кремни или доломиты. Они могут иметь разную фактуру, напоминающую известняк. Некоторые из этих текстур микритовые, гранулированные, интракластические, пелоидные, оолитовый, писолитический, и строматолитовый.[1] В формациях с низким содержанием железа преобладают различные минералы, зависящие от разных типов фации. Преобладающими минералами в оксидной фации являются магнетит и гематит. В силикатной фации преобладают минералы. гриналит, миннесотит, и глауконит. Доминирующим минералом карбонатной фации является сидерит. Доминирующим минералом сульфидной фации является пирит. Большинство железных образований деформируются или метаморфизируются просто из-за их невероятной старости, но они все еще сохраняют свой уникальный химический состав; даже при высоких степенях метаморфизма. Чем выше оценка, тем больше она видоизменена. Низкосортные породы можно только уплотнять, тогда как высокосортные породы часто невозможно идентифицировать. Они часто содержат смесь полосчатые железные образования и гранулированное железо. Железные образования можно разделить на подразделения, известные как: пласты с полосчатым железом (BIF) и образования из гранулированного железа (GIF).[3]

Приведенная выше схема классификации является наиболее часто используемой и принятой, хотя иногда используется более старая система, которая разделяет богатые железом осадочные породы на три категории: болотное железо депозиты, железные камни, и железные образования. Отложения болотного железа - это железо, образовавшееся в болото или же болото через процесс окисление.

Пластинчатые железные образования и гранулированные железные образования

Полосатая формация железа крупным планом, Верхний Мичиган

Пластинчатые железные образования

Пластинчатые железные образования (BIF) изначально были химическими растворами и имели хорошо развитую тонкую пластинку. Они могут иметь такое расслоение из-за отсутствия нор в докембрии. BIF показывает регулярное чередование слоев, богатых железом и кремнем, толщина которых варьируется от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Формирование может непрерывно продолжаться от десятков до сотен метров стратиграфически. Эти образования могут содержать осадочные структуры подобно перекрестность, ступенчатая подстилка, броски нагрузки, следы ряби, грязевые трещины, и эрозия каналы. По сравнению с GIF-изображениями BIF-файлы содержат гораздо больший спектр минералов железа, имеют больше уменьшенный фации и более многочисленны.[1]

БИФы делятся на категории типов в зависимости от характеристик, связанных с характером их образования, и уникальных физических и химических свойств. Некоторые категории полосчатых железных образований являются Рапитанский тип, то Тип альгомы, а Улучшенный тип.

Полосчатая формация железа высшего типа, Северная Америка[4]

Рапитанский тип

Типы рапитанов связаны с гляциогенными толщами архея и раннего протерозоя. Этот тип отличается тем, что гидротермальные поступления в этот период заметно меньше влияют на химический состав редкоземельных элементов (РЗЭ) этой формации, чем другие формации.[5]

Тип альгомы

Типы альгомы - это небольшие линзовидные отложения железа, связанные с вулканические породы и турбидиты.[6] Содержание железа в этом классе редко превышает 10.10 тонн. Их толщина колеблется от 10 до 100 метров. Осаждение происходит в островная дуга /задняя дуга бассейнов и внутрикратонный трещина зоны.[7]

Улучшенный тип

Улучшенные типы - это большие, толстые, обширные отложения железа на устойчивых полках и в бассейны.[6] Общее содержание железа в этом классе превышает 1013 тонн. Их можно увеличить до 105 километров2. Осаждение происходит в относительно мелководных морских условиях при пересечении морей.[7]

Гранулированное железо

Формы гранулированного железа (GIF) изначально были хорошо отсортированными химическими песками. В них отсутствует ровная сплошная подстилка, которая принимает форму прерывистых слоев. Прерывистые слои, вероятно, представляют собой пласты, образованные штормовыми волнами и течениями. Любые слои, толщина которых превышает несколько метров, и которые не прерываются, являются редкостью для GIF. Они содержат обломки размером с песок и более мелкозернистый матрица, и обычно принадлежат к фациям оксидных или силикатных минералов.[1]

Среда осадконакопления

Профиль, иллюстрирующий полку, уклон и подъем

С богатыми железом осадочными породами связаны четыре типа фаций: оксидная, силикатная, карбонатная и сульфидная. Эти фации соответствуют глубине воды в морской среде. Оксидные фации осаждаются в наиболее окислительных условиях. Силикатные и карбонатные фации осаждаются в промежуточных окислительно-восстановительных условиях. Сульфидные фации осаждаются в наиболее восстановительных условиях. Отсутствие богатых железом осадочных пород на мелководье позволяет сделать вывод о том, что условия осадконакопления колеблются от континентальный шельф и верхний континентальный склон к бездонная равнина. (На диаграмме не обозначена абиссальная равнина, но она должна быть расположена в дальнем правом углу диаграммы на дне океана).[7]

Вода, окрашенная окисленным железом, Рио Тинто, Испания
Железные бактерии, растущие в богатой железом воде, просачивающейся с высокого обрыва в пустыне Сипси, Национальный лес Бэнкхед, Алабама

Химические реакции

Железо и железо железо входит в состав многих минералов, особенно в песчаниках. Fe2+ в глина, карбонаты, сульфиды и даже в пределах полевые шпаты в небольших количествах. Fe3+ находится в оксидах, водном, безводном и в глаукониты.[8] Обычно присутствие железа определяется как внутри породы из-за определенной окраски от окисления. Окисление - это потеря электронов элементом. Окисление может происходить из-за бактерий или химического окисления. Это часто происходит, когда ионы двухвалентного железа вступают в контакт с водой (из-за растворенного кислорода в поверхностных водах) и происходит водно-минеральная реакция. Формула окисления / восстановления железа:

Fe2+ ↔ Fe3+ + е−

Формула работает для окисления вправо или восстановления влево.

Fe2+ это двухвалентная форма железа. Эта форма железа отказывается электроны легко и является мягким восстановителем. Эти соединения более растворимы, потому что они более подвижны. Fe3+ представляет собой трехвалентную форму железа. Эта форма железа структурно очень стабильна, поскольку его валентная электронная оболочка заполнена наполовину.[9]

Латеризация

Латеризация это почва Процесс формирования, который происходит в теплом и влажном климате под широколиственными вечнозелеными лесами. Почвы, образованные латеризацией, имеют тенденцию выдержанный с высоким содержанием железа и оксид алюминия содержание. Гетит часто производится в результате этого процесса и является основным источником железа в отложениях. Однако после осаждения его необходимо обезвоживать, чтобы достичь равновесия с гематитом. Реакция дегидратации:[9]

2HFeO2 → Fe2О3 + H2О
Пиритизированный Lytoceras

Пиритизация

Пиритизация носит дискриминационный характер. Это редко случается с организмами мягких тканей и арагонитовый окаменелости более восприимчивы к этому, чем кальцит окаменелости. Обычно это происходит в морской среде осадконакопления, где есть органический материал. Процесс вызван сульфат редукция, которая заменяет карбонатные скелеты (или раковины) на пирит (FeS2). Как правило, он не сохраняет детали, и пирит образует в структуре множество микрокристаллов. В пресноводных средах, сидерит заменит карбонатные оболочки вместо пирита из-за низкого содержания сульфата.[10] Степень пиритизации, которая произошла в окаменелостях, иногда может быть обозначена как степень пиритизации (DOP).

Оолитовый гематит, Клинтон, округ Онейда, штат Нью-Йорк

Минералы железа

  • Анкерит (Ca (Mg, Fe) (CO3)2) и сидерит (FeCO3) являются карбонатами и предпочитают щелочные восстановительные условия. Обычно они встречаются в виде конкреций в аргиллитах и ​​алевролитах.
  • Пирит и марказит (FeS2) являются сульфидными минералами и способствуют восстановлению. Они наиболее часто встречаются в мелкозернистых аргиллитах темного цвета.
  • Гематит (Fe2О3) обычно является пигментом в красных слоях и требует окислительных условий.
  • Лимонит (2Fe2О3· 3H2O) используется для неидентифицированных массивных гидроксидов и оксидов железа.[11]
Лимонит, Геологическая служба США

Железистые породы в шлифе

Тонкая секция риолит вулканическая порода, показывающая матрицу окисленного железа (оранжевый / коричневый цвет)

Магнетит и гематит непрозрачный под микроскопом в проходящем свете. В отраженном свете магнетит выглядит как металлический, серебристого или черного цвета. Гематит будет более красновато-желтого цвета. Пирит бывает непрозрачным, желто-золотого цвета и металлическим.[12] Шамозит оливково-зеленого цвета в тонкий срез который легко окисляется до лимонита. Когда он частично или полностью окисляется до лимонита, зеленый цвет становится желтовато-коричневым. Лимонит также непрозрачен под микроскопом. Шамозит представляет собой силикат железа и имеет двулучепреломление почти ноль. Сидерит - это карбонат железа, обладающий очень высоким двулучепреломлением. В шлифах часто обнаруживается морская фауна в оолитовых железняках. В более старых образцах ооиды могут быть сдавлены и иметь загнутые хвосты на обоих концах из-за уплотнения.[13]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Боггс-младший, Сэм, 2006 г., Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.), Pearson Education Inc., Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси, стр. 217–223.
  2. ^ а б c d Джексон, Джулия А., 1997 г., Глоссарий геологии, Американский геологический институт, издательство Ventura, Александрия, Вирджиния, стр. 335–336.
  3. ^ а б Миддлтон, Джерард В. (и другие), 2003 г., 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. ^ «Пластинчатое железо». www.sandatlas.org. Получено 2020-03-29.
  5. ^ Кляйн, Корнелис; Бёкес, Николас Дж. (1993-05-01). "Седиментология и геохимия гляциогенной позднепротерозойской железной формации Rapitan в Канаде". Экономическая геология. 88 (3): 542–565. Дои:10.2113 / gsecongeo.88.3.542. ISSN  1554-0774.
  6. ^ а б Стоу, Доррик Ав, 2005, Осадочные породы в полевых условиях, Академическая пресса - Manson Publishing, Лондон, Великобритания, стр. 218
  7. ^ а б c Харнмейер, Джелте П., 2003, Пластинчатые железные образования: непрекращающаяся загадка геологии, Вашингтонский университет, Вашингтон, США.
  8. ^ Петтиджон, Поттер и Сивер, 1987, Sand and Sandstone, Springer-Verlag Publishing Inc., Нью-Йорк, Нью-Йорк, стр. 50-51
  9. ^ а б Лидер, Майк, 2006, Седиментология и осадочные бассейны, Blackwell Publishing, Malden, MA, стр. 20–21, 70–73.
  10. ^ Пэрриш, Дж. Майкл, 1991, Процесс окаменения, Belhaeven Press, Оксфорд, Великобритания, стр. 95–97.
  11. ^ Коллисон, Дж. Д., 1989, Осадочные структуры, Университетская типография, Оксфорд, Великобритания, стр. 159–164.
  12. ^ Шолле, Питер, 1979 г., Составляющие, текстуры, цементы и пористость песчаников и связанных пород, Американская ассоциация геологов-нефтяников, Талса, OK, стр. 43–45.
  13. ^ Адамс, А.Е., Маккензи, В.С., и Гилфорд, К., 1984, Атлас осадочных пород под микроскопом, William Clowes Ltd., Эссекс, Великобритания, стр. 78–81.