鉄を豊富に含む堆積岩は、鉄を15重量%以上含む堆積岩です。しかし、ほとんどの堆積岩は、様々な程度の鉄を含んでいます。これらの岩石の大部分は、特定の地質時代、すなわち先カンブリア時代（ 38億年前～5億3900万年前）、前期古生代（5億3900万年前～4億1900万年前）、そして中生代中期～後期（ 2億500万年前～6600万年前）に堆積しました。全体として、これらは堆積記録全体のごく一部を占めるに過ぎません。
鉄分を豊富に含む堆積岩は、鉄鉱石として経済的な利用が期待されています。鉄鉱床は南極大陸を除くすべての主要大陸に存在し、主要な鉄源として商業的に採掘されています。[1] 主な鉄鉱石は、ヘマタイト、ゲータイト、マグネタイトからなる酸化物群です。炭酸塩鉄鉱も一般的に採掘されています。鉄鉱床の産出帯は鉄鉱脈として知られています。[2]
分類
鉄分を多く含む堆積岩の分類法としては、 鉄鉱石と鉄鉱層の2つに分けられることが一般的である [1]。
鉄鉱石
鉄岩は、その組成の15％以上の鉄を含みます。これは、岩石が鉄を豊富に含む堆積岩と見なされるために必要条件です。一般的に、それらは顕生代からのものであり、つまり、それらの年代は現在から5億4000万年前までの範囲であることを意味します。[1]それらは、酸化物、炭酸塩、およびケイ酸塩 の以下のグループの鉄鉱物を含むことができます。酸化物を含む鉄に富む岩石の鉱物の例には、褐鉄鉱、赤鉄鉱、および磁鉄鉱があります。炭酸塩を含む鉄に富む岩石の鉱物の例には菱鉄鉱があり、ケイ酸塩を含む鉄に富む岩石の鉱物の例にはシャムサイトがあります。[2]それらは、石灰岩、頁岩、および細粒砂岩 と交互に層をなすことがよくあります。それらは典型的には縞状ではありませんが、時には非常に粗い縞状になることがあります。[1] それらは硬く、チャート質ではありません。[2] 岩石の成分は砂から泥まで様々ですが、シリカを多く含みません。また、アルミニウムが多く含まれています。これらは葉理がなく、ウーイドを含むこともあります。ウーイドは鉄鉱石の主成分ではありませんが、独特の特徴となることがあります。鉄鉱石の中で、ウーイドは鉄ケイ酸塩および/または酸化鉄で構成され、交互に層状に発生することがあります。通常は化石の破片を含み、化石が鉄鉱物に部分的または完全に置き換わっている場合もあります。その良い例が黄鉄鉱化作用です。これらは鉄鉱石層よりもサイズが小さく、変形や変成を受けにくいです。[3]鉄球 という用語は、鉄鉱石の団塊を表すために時々使用されます。[2]
鉄鉱石層
鉄鉱石や鉄分を多く含むすべての堆積岩と同様に、鉄層は組成の少なくとも 15% が鉄でなければなりません。しかし、鉄層は主に先カンブリア時代のものであり、46 億～ 5 億 9000 万年前のものです。鉄鉱石よりもはるかに古いです。チャート質である傾向がありますが、チャートは多くの種類の岩石に共通する成分であるため、鉄層を分類する方法として使用することはできません。それらはよく縞状になっており、縞状の厚さは数ミリメートルから数十メートルまでです。層はチャートの層と交互になった鉄分を多く含む層で構成される非常に明確な縞状の連続体です。鉄層は、ドロマイト、石英を多く含む砂岩、および黒色頁岩と関連することがよくあります。局所的にチャートまたはドロマイトに等級化されることもあります。石灰岩に似たさまざまなテクスチャを持つ場合があります。これらの組織には、ミクリット質、ペレット質、砕屑内質、ペロイド質、魚卵質、ピソライト質、ストロマトライト質などがある。[1] 低品位の鉄鉱層では、異なるタイプの相に応じて異なる優勢鉱物が存在する。酸化物相の優勢鉱物は磁鉄鉱と赤鉄鉱である。ケイ酸塩相の優勢鉱物はグリーナライト、ミネソタ石、海緑石である。炭酸塩相の優勢鉱物は菱鉄鉱である。硫化物相の優勢鉱物は黄鉄鉱である。ほとんどの鉄鉱層は、単にその非常に古い年齢のために変形または変成を受けているが、高変成度であっても独特の際立った化学組成を保持している。品位が高いほど、変成の程度が大きい。低品位の岩石は圧縮されているだけの場合があり、高品位の岩石は多くの場合識別できない。縞状鉄鉱層と粒状鉄鉱層が混在することが多く、鉄鉱層は縞状鉄鉱層（BIF）と粒状鉄鉱層（GIF）と呼ばれる区分に分けられます。[3]
上記の分類法は最も一般的に用いられ、受け入れられていますが、鉄分を豊富に含む堆積岩を、湿原鉄鉱床、鉄鉱石、鉄鉱床の3つのカテゴリーに分類する、より古い分類法が用いられる場合もあります。湿原鉄鉱床とは、湿地や沼地で酸化反応によって形成された鉄のことです。
縞状鉄鉱層と粒状鉄鉱層
縞状鉄鉱層
縞状鉄鉱層（BIF）は元々化学泥であり、よく発達した薄い葉理を含んでいます。先カンブリア代には穴掘り動物がいなかったため、このような葉理を持つことができました。BIFは、鉄とチャートに富む層が規則的に交互に重なり、その厚さは数ミリメートルから数センチメートルです。この層は、地層序学的に数十メートルから数百メートルにわたって途切れることなく続くことがあります。これらの層には、斜交層理、粒度分布層理、荷重キャスト、リップルマーク、泥の割れ目、侵食溝などの堆積構造が含まれることがあります。GIFと比較して、BIFははるかに幅広い鉄鉱物を含み、より還元的な相を持ち、より豊富です。[1]
縞状鉄鉱層は、その形成過程や固有の物理的・化学的性質に基づく特徴に基づいて、いくつかのタイプに分類されます。縞状鉄鉱層には、ラピタン型、アルゴマ型、スペリオル型などの種類があります。
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ラピタン型
ラピタン型は、始生代および前期原生代氷河期層と関連しています。この型の特徴は、この時代の他の層と比較して、熱水作用による希土類元素（REE）の化学組成への影響が著しく少ないことです。 [5]
アルゴマ型
アルゴマ型は、火山岩やタービダイトに伴う小規模なレンズ状鉄鉱床である。[6] このクラスの鉄含有量は10トンを超えることは稀である。厚さは10メートルから100メートルの範囲である。堆積は島弧／背弧盆地およびクラトン内リフト帯で発生する。[7]
優れたタイプ
上位型は、安定した棚や広い盆地に広がる、大きく厚く、広範囲に及ぶ鉄鉱床です。[6] このクラスの鉄鉱床の総鉄含有量は10 13トンを超え、その範囲は10 5 km²を超えることもあります。堆積は、海進海域の比較的浅い海域で発生します。[7]
粒状鉄鉱層
粒状鉄鉱層（GIF）は、もともとよく淘汰された化学砂でした。不連続な層を形成する均一で連続した層理を欠いています。不連続な層は、暴風雨による波浪や海流によって形成されたベッドフォームであると考えられます。数メートル以上の厚さで途切れのない層は、GIFでは稀です。砂粒大の岩屑とより細粒の基質を含み、一般的に酸化物またはケイ酸塩鉱物相に属します。[1]
堆積環境
鉄に富む堆積岩には、酸化物相、珪酸塩相、炭酸塩相、硫化物相の4つの相タイプがあります。これらの相は海洋環境における水深に対応しています。酸化物相は最も酸化的な条件下で沈殿します。珪酸塩相と炭酸塩相は中程度の酸化還元条件下で沈殿します。硫化物相は最も還元的な条件下で沈殿します。浅瀬には鉄に富む堆積岩が不足しているため、堆積環境は大陸棚および大陸斜面上部から深海平原に及ぶと結論付けられます。（図には深海平原のラベルが付いていませんが、これは図の右端の海底に位置すると考えられます。）[7]
化学反応
第一鉄と第二鉄は多くの鉱物、特に砂岩の成分です。Fe 2+は粘土、炭酸塩、硫化物に含まれ、少量では長石にも含まれています。Fe 3+は酸化物、含水、無水、海緑岩に含まれています。[8] 一般的に、岩石中の鉄の存在は、酸化による特定の色によって判断されます。酸化とは、元素から電子が失われることです。酸化はバクテリアや化学的酸化によって起こります。これは、第一鉄イオンが水（表層水中の溶存酸素による）と接触し、水と鉱物の反応が起こった場合によく起こります。鉄の酸化/還元の式は次のとおりです。
- Fe 2+ ↔ Fe 3+ + e −
この式は、右方向の酸化、または左方向の還元に適用されます。
Fe 2+は鉄の第一鉄（II）です。この形態の鉄は電子を容易に放出し、穏やかな還元剤です。これらの化合物は移動性が高いため、より溶解しやすいです。Fe 3+は鉄の第二鉄（III）です。この形態の鉄は価電子殻が半分満たされているため、構造的に非常に安定しています。[9]
側方化
ラテライゼーションは、温暖湿潤な気候の常緑広葉樹林で起こる土壌形成過程です。ラテライゼーションによって形成された土壌は、高度に風化しており、鉄とアルミニウムの酸化物含有量が高い傾向があります。針鉄鉱はこの過程で生成されることが多く、堆積物中の主要な鉄源となっています。しかし、針鉄鉱が堆積すると、ヘマタイトと平衡状態になるために脱水する必要があります。脱水反応は以下のとおりです。[9]
- 2 FeO(OH) → Fe 2 O 3 + H 2 O
黄鉄鉱化作用
黄鉄鉱化は識別性が高い。軟組織生物では稀で、アラゴナイト 化石は方解石化石よりも影響を受けやすい。一般的には、有機物が存在する海洋堆積環境で発生する。このプロセスは硫酸塩還元によって引き起こされ、炭酸塩骨格（または殻）が黄鉄鉱（FeS 2）に置換される。一般的に、構造の詳細は保存されず、黄鉄鉱は多数の微結晶として構造内に形成される。淡水環境では、硫酸塩の量が少ないため、炭酸塩殻は黄鉄鉱ではなく菱鉄鉱に置換される。[10]化石内で発生した黄鉄鉱化 の程度は、黄鉄鉱化度（DOP）と呼ばれることもある。
鉄鉱物
- アンケライト（Ca(Mg,Fe)(CO 3 ) 2）とシデライト（FeCO 3 ）は炭酸塩であり、アルカリ性還元条件を好みます。これらは通常、泥岩やシルト岩中にコンクリーションとして存在します。
- 黄鉄鉱と白鉄鉱（FeS 2）は硫化鉱物であり、還元条件を好みます。これらは、細粒で暗色の泥岩に最も多く含まれています。
- ヘマタイト(Fe 2 O 3 ) は通常、赤色層の顔料であり、酸化条件を必要とします。
- リモナイト（2Fe 2 O 3 ·3H 2 O）は、未確認の塊状の鉄水酸化物および酸化物に使用されます。[11]
鉄分を豊富に含む岩石の薄片
磁鉄鉱と赤鉄鉱は、顕微鏡で透過光の下では不透明です。反射光の下では、磁鉄鉱は金属的な銀色または黒色に見えます。赤鉄鉱はより赤みがかった黄色です。黄鉄鉱は不透明で、黄金色で金属的な外観を呈します。 [12] シャモサイトは薄片ではオリーブグリーン色で、容易に酸化されて褐鉄鉱になります。部分的または完全に酸化されて褐鉄鉱になると、緑色は黄褐色に変わります。褐鉄鉱も顕微鏡下では不透明です。シャモサイトは鉄ケイ酸塩で、複屈折はほぼゼロです。菱鉄鉱は鉄炭酸塩で、複屈折は非常に高いです。薄片では、魚卵状鉄鉱の中に海洋動物が見られることがよくあります。古い標本では、魚卵状鉄鉱が圧縮されて押しつぶされ、両端に鉤状の尾を持つことがあります。[13]
参考文献
- ^ abcdefg Boggs Jr., Sam, 2006, Principles of Sedimentology and Stratigraphy (4th ed.), Pearson Education Inc., Upper Saddle River, NJ, pp. 217–223
- ^ abcd Jackson, Julia A., 1997, Glossary of Geology , American Geologic Institute, Ventura Publisher, Alexandria, VA, pp. 335–336
- ^ ab Middleton, Gerard V. (and others), 2003, Encyclopedia of Sediments and Sedimentary Rocks , Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands, pp. 124–125, 130–133, 159–160, 367–368, 376–384, 486–489, 555–557, 701–702
- ^ 「縞状鉄鉱層」www.sandatlas.org . 2020年3月29日閲覧。
- ^ Klein, Cornelis; Beukes, Nicolas J. (1993-05-01). 「カナダにおける氷河期後期原生代ラピタン鉄鉱層の堆積学および地球化学」.経済地質学. 88 (3): 542– 565. doi :10.2113/gsecongeo.88.3.542. ISSN 1554-0774.
- ^ ab Stow, Dorrik Av, 2005, Sedimentary Rocks in the Field, Academic press - Manson Publishing, London, UK, p. 218
- ^ abc Harnmeijer、Jelte P.、2003、縞模様の鉄層: 地質学の継続的な謎、ワシントン大学、ワシントン州、米国
- ^ ペティジョン、ポッター、シーバー、1987年、「砂と砂岩」、シュプリンガー・フェアラーク出版、ニューヨーク、50-51ページ
- ^ ab Leeder, Mike, 2006, Sedimentology and Sedimentary Basins , Blackwell Publishing, Malden, MA, pp. 20–21, 70–73
- ^ パリッシュ、J.マイケル、1991年、「化石化の過程」、ベルヘイヴン・プレス、オックスフォード、英国、95～97頁
- ^ コリソン、JD、1989年、「堆積構造」、大学印刷所、オックスフォード、イギリス、pp. 159–164
- ^ Scholle, Peter, 1979,「砂岩と関連岩石の成分、組織、セメント、多孔性」、アメリカ石油地質学者協会、タルサ、オクラホマ州、pp. 43–45
- ^ Adams, AE, MacKenzie, WS, Guilford, C., 1984, Atlas of Sedimentary Rocks Under the Microscope , William Clowes Ltd., Essex, Great Britain, pp. 78–81
