Осадочные породы, богатые железом, представляют собой осадочные породы, которые содержат 15 мас.% Или более железа . Однако большинство осадочных пород содержат в той или иной степени железо. Большинство этих пород образовалось в определенные геологические периоды времени: докембрийский (3800-570 миллионов лет назад), ранний палеозой (570-410 миллионов лет назад) и средний и поздний мезозой (205-66 миллионов лет назад). . В целом, они составляют очень небольшую часть от общего количества отложений.
Осадочные породы, богатые железом, находят экономическое применение в качестве железной руды . 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 группе оксидов, состоящей из гематита , гетита и магнетита . Карбоната сидерит также обычно добывается. Продуктивный пояс железных пластов известен как железная гряда. [2]
Классификация [ править ]
Принятая схема классификации богатых железом осадочных пород состоит в разделении их на две части: железняки и образования железа [1]
Железные камни [ править ]
Железные камни состоят из 15% и более железа. Это необходимо для того, чтобы эта порода даже считалась богатой железом осадочной породой. Как правило, они происходят 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 минералов в богатой железом породе, содержащей силикат, является шамозит . [2] Часто они переслаиваются известняками , сланцами и мелкозернистыми песчаниками . Обычно они не имеют полос, однако иногда они могут быть очень грубыми. [1] Они твердые и ничем не примечательные . [2] Компоненты породы варьируются по размеру от песка до ила, 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. Внутри железных камней ооиды состоят из силикатов железа и / или оксидов железа и иногда встречаются в чередующихся пластинах. Обычно они содержатископаемые остатки, а иногда и ископаемые остатки частично или полностью замещены минералами железа. Хорошим примером этого является пиритизация . Они меньше по размеру и с меньшей вероятностью деформируются или метаморфизируются, чем железные образования. [3] Термин железный шар иногда используется для описания Ironstone узелка . [2]
Железные образования [ править ]
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. Они имеют тенденцию быть кремнистыми, хотя кремний 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 доломитом , кварцевым песчаником и черным сланцем.. Иногда они переходят в кремни или доломиты. Они могут иметь много разных текстур, напоминающих известняк. Некоторые из этих текстур микритовые, гранулированные, интракластические, пелоидные, оолитовые , пизолитовые и строматолитовые . [1] В формациях с низким содержанием железа преобладают различные минералы, зависящие от различных типов фаций . Преобладающими минералами в оксидной фации являются магнетит и гематит. Преобладающие минералы в силикатной фации гриналят , миннесотаит и глауконит . Доминирующим минералом карбонатной фации является сидерит. Доминирующим минералом сульфидной фации является пирит.. Большинство железных образований деформируются или метаморфизируются просто из-за их невероятно 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 полосчатых железных образований и гранулированных железных образований. Железные пласты можно разделить на подразделения, известные как: пласты с полосчатым железом (BIF) и пласты из гранулированного железа (GIF). [3]
Вышеупомянутая классификационная схема является наиболее часто используемой и принятой, хотя иногда используется более старая система, которая разделяет богатые железом осадочные породы на три категории: залежи болотного железа , железные камни и образования железа . Отложения болотного железа - это железо, которое образовалось в болоте или болоте в процессе окисления .
Пластинчатые железные образования против гранулированного железа [ править ]
Полосатые железные образования [ править ]
Пластинчатые железные образования (BIF) изначально были химическими илами и содержат хорошо развитую тонкую пластинку. Они могут иметь такое расслоение из-за отсутствия норок в докембрии. BIF представляют собой регулярные чередующиеся слои, богатые 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, такие как переслоение , ступенчатое напластование , броски нагрузки , следы ряби , грязевые трещины и эрозия.каналы. По сравнению с GIF, BIF содержат гораздо больший спектр минералов железа, имеют более восстановленные 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 железистых образований являются типом Rapitan , то тип Algoma и типа Улучшенным .
Тип рапитана [ править ]
Типы Rapitan 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 [ править ]
Типы альгомы - это небольшие линзовидные месторождения железа, связанные с вулканическими породами и турбидитами . [6] Содержание железа этого сорта редко превышает 10 10 тонн. Их толщина колеблется от 10 до 100 метров. Отложения происходят в бассейнах островной дуги / тыловой дуги и внутрикратонных рифтовых зонах. [7]
Высший тип [ править ]
Улучшенные типы - это большие, толстые, обширные залежи железа на устойчивых полках и в широких бассейнах . [6] Общее содержание железа в этом классе превышает 10 13 тонн. Они могут простираться более чем на 10 5 км 2 . Осаждение происходит в относительно мелководных морских условиях при пересечении морей. [7]
Гранулированное железо [ править ]
Формы гранулированного железа (GIF) изначально были хорошо отсортированными химическими песками. В них отсутствует ровная сплошная подстилка в виде 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-файлов. Они содержат обломки размером с песок и более мелкозернистую матрицу и обычно относятся к фации оксидных или силикатных минералов. [1]
Среда осадконакопления [ править ]
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. Силикатная и карбонатная фации осаждаются в промежуточных окислительно-восстановительных условиях. Сульфидные фации осаждаются в наиболее восстановительных условиях. Отсутствие богатых железом осадочных пород на мелководье позволяет сделать вывод, что среда осадконакопления простирается от континентального шельфа и верхнего континентального склона до абиссальной равнины . (На диаграмме не обозначена абиссальная равнина, но она должна быть расположена в крайнем правом углу диаграммы на дне океана).[7]
Химические реакции [ править ]
Двухвалентное и трехвалентное железо входит в состав многих минералов, особенно в песчаниках. Fe 2+ находится в глине , карбонатах, сульфидах и даже в полевых шпатах в небольших количествах. Fe 3+ находится в оксидах, водном, безводном и в глауконитах . [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:
- Fe 2+ ↔ Fe 3+ + e -
Формула работает для окисления вправо или восстановления влево.
Fe 2+ - это двухвалентная форма железа. Эта форма железа легко отдает электроны и является мягким восстановителем. Эти соединения более растворимы, потому что они более подвижны. Fe 3+ - это трехвалентная форма железа. Эта форма железа очень стабильна структурно, поскольку его валентная электронная оболочка заполнена наполовину. [9]
Латеризация [ править ]
Латеризация - это процесс почвообразования, который происходит в теплом и влажном климате под широколиственными вечнозелеными лесами. Почвы, образованные в результате латеризации, имеют тенденцию к сильному выветриванию с высоким содержанием оксида железа и алюминия . Гетит часто получают 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]
- 2 FeO (OH) → Fe 2 O 3 + H 2 O
Пиритизация [ править ]
Пиритизация носит дискриминационный характер. Это редко случается с организмами мягких тканей, и окаменелости арагонита более восприимчивы к нему, чем окаменелости кальцита . Обычно это происходит в морской среде осадконакопления, где есть органический материал. Процесс вызван сульфатредукцией, при которой карбонатные скелеты (или раковины) заменяются пиритом (FeS 2 ). Обычно он не сохраняет детали, и пирит образует в структуре множество микрокристаллов. В пресноводной среде сидерит заменит карбонатные оболочки вместо пирита из-за низкого содержания сульфата. [10] Степень пиритизации, которая произошла в окаменелостях, иногда может называться степенью пиритизации (DOP).
Минералы железа [ править ]
- Анкерит ( Ca (Mg, Fe) (CO
3)
2) и сидерит ( FeCO
3) являются карбонатами и предпочитают щелочные восстанавливающие условия. Обычно они встречаются в виде конкреций в аргиллитах и алевролитах. - Пирит и марказит (FeS 2 ) являются сульфидными минералами и способствуют восстановлению. Наиболее часто они встречаются в мелкозернистых аргиллитах темного цвета.
- Гематит (Fe 2 O 3 ) обычно является пигментом в красных слоях и требует окислительных условий.
- Лимонит (2Fe 2 O 3 · 3H 2 O) используется для неидентифицированных массивных гидроксидов и оксидов железа. [11]
Железистые породы в шлифе [ править ]
Магнетит и гематит непрозрачны под микроскопом в проходящем свете. В отраженном свете магнетит проявляется как металлический, серебристого или черного цвета. Гематит будет более красновато-желтого цвета. Пирит бывает непрозрачным, желто-золотого цвета и металлическим. [12] шамозит является оливково-зеленый цвета в тонкой части , которые легко окисляются 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 обладает двойным лучепреломлением.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]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e f g Боггс-младший, Сэм, 2006, Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.), Pearson Education Inc., Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси, стр. 217–223
- ^ a b c d Джексон, Джулия А., 1997, Глоссарий геологии , Американский геологический институт, издательство Ventura, Александрия, Вирджиния, стр. 335–336
- ^ a b 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
- ^ "Пластинчатое железо" . www.sandatlas.org . Проверено 29 марта 2020 .
- ^ Кляйн, Корнелис; Бюкес, Николас Дж. (1993-05-01). «Седиментология и геохимия гляциогенной позднепротерозойской железной формации Rapitan в Канаде». Экономическая геология . 88 (3): 542–565. DOI : 10.2113 / gsecongeo.88.3.542 . ISSN 1554-0774 .
- ^ a b Стоу, Доррик Ав, 2005, Осадочные породы в поле, Академическая пресса - Manson Publishing, Лондон, Великобритания, стр. 218
- ^ a b c Харнмейер, Джелте П., 2003, Пластинчатые железные образования: непрекращающаяся загадка геологии, Вашингтонский университет, Вашингтон, США.
- ^ Pettijohn, Поттер, и Сивер, 1987, песок и песчаник, Springer-Verlag Publishing Inc., New York, NY, стр. 50-51
- ^ a b Лидер, Майк, 2006, Седиментология и осадочные бассейны , Blackwell Publishing, Malden, MA, стр. 20–21, 70–73
- ^ Пэрриш, J. Michael, 1991, Процесс окаменения, Belhaeven Press, Оксфорд, Великобритания, стр. 95-97
- ↑ Collison, JD, 1989, Осадочные структуры, Университетская типография, Оксфорд, Великобритания, стр. 159–164.
- ^ Scholle, Питер, 1979, трехсторонние, текстуры, цементы и Пористость песчаников и связанные с ним Rocks , Американская ассоциация геологовнефтяников, Tulsa, OK, стр. 43-45
- ↑ Adams, AE, MacKenzie, WS, and Guilford, C., 1984, Атлас осадочных пород под микроскопом , William Clowes Ltd., Эссекс, Великобритания, стр. 78–81
