谢秋红：基鲁纳型铁矿的岩浆不混溶-高温热液改造的多阶段成因模型

来源：中国地质大学

有关基鲁纳型铁矿（又称磁铁矿-磷灰石矿床）的形成是岩浆成因还是热液成因，长期以来一直存在广泛的争议。现有研究成果有关其形成机制和模式主要存在以下两种观点：（1）硅酸盐熔体通过岩浆不混溶作用形成铁氧化物熔体上升至地壳不同层位，直接冷凝形成块状富铁矿石，其主要证据是存在熔岩常见的“气孔”状富铁矿石和类似“火山渣”的松散状富铁矿石；（2）温度较高且富铁的岩浆热液通过交代淋滤赋矿围岩（安山岩）形成高度富铁的热液，最终磁铁矿沉淀形成富铁矿，其主要证据是矿区广泛存在的热液蚀变，且铁矿石中磁铁矿具有极低的Ti含量。

针对上述科学争议和问题，我校地球科学与资源学院博士研究生谢秋红在“岩浆-热液演化与金属成矿”求真研究群体张招崇教授团队的指导下，和智利北方天主教大学Eduard Campos博士合作，基于本团队前期不混溶实验成果的启发，对智利拉科铁矿进行了详细的野外考察和岩相学观察，开展了熔融包裹体以及矿物化学等研究，取得以下创新性研究成果：

1、研究发现所谓的“气孔”形状不规则，空间上分布无规律（图1A），且部分“气孔”边界完全受磁铁矿颗粒接触边界的控制，部分空间存在Fe-P相的残留(图2)，暗示其形成应为热液淋滤矿石时将填充物带走后留下的空洞；Laco Sur露天采坑的“渣状”铁矿石层中发现钙碱性蚀变和酸性蚀变安山岩的团块共同出现在同一夹层中，反映渣状矿石的形成晚于岩浆过程以及后期的热液蚀变过程。另外，这些团块具有轻度的磨圆，成层分布（图1B, C），说明不可能是空落成因的“火山渣”，而是铁矿形成之后被剥蚀迁移的坡积物。这一点也得到“渣状”矿石中存在胶状萤石的佐证（图2I）。因此，这两种被前人认为关键的铁矿浆证据并不成立。

2、发现了拉科铁矿块状矿石中存在粒间Fe-P相（FeO含量为39.9~42.3 wt.%，P₂O₅含量为41.6~43.0 wt.%），其分布形态以及化学组成均与本团队最近的岩浆不混溶实验结果中的不混溶富Fe-P相完全一致；此外，围岩安山岩中发现的富Si相熔融包裹体的成分与块状矿石中粒间Fe-P相的成分在不混溶相图上处于平衡状态（图3，Hou et al., 2018, NC）。以上发现证明拉科铁矿主要为岩浆成因，在一定条件下熔体中磁铁矿大量结晶，剩余熔体发生不混溶作用形成Fe-P熔体，磁铁矿和Fe-P熔体组成的富Fe晶粥固结后形成块状铁矿石。

3、拉科块状矿石中磁铁矿中的TiO2含量<0.1wt.%，而形成相对较晚的脉状矿石中磁铁矿却具有相对较高的TiO2含量（0.1-1.3wt.%）。另外，虽然安山岩中的磁铁矿为高钛磁体矿，但蚀变程度越高，磁铁矿的Ti含量越低，所以块状矿中钛含量极低的磁铁矿是后期热液叠加的结果。由此提出富Fe晶粥固结后发生了高温岩浆热液的淋滤作用，将早期结晶磁铁矿中的粒间物质带走，同时使磁铁矿中Ti含量显著降低，形成具有“气孔”和贫Ti特征的块状磁铁矿矿石。

图1（A）块状矿石中发育大量“气孔”，气孔的部分无一定规律性（Laco Sur）；（B）Laco Sur 露天矿坑下部疏松未固结的渣状铁矿石呈层状分布（Laco Sur）；（C）渣状矿石层中含有近水平分布的蚀变安山岩碎块的夹层，且团块具有一定磨圆（Laco Sur）；（D）脉状磁铁矿-磷灰石矿石（Cristales Grandes）。

图2（A）块状矿石中含有大量形状不规则的空洞，之前多被认为为“气孔构造”（单偏光）；（B），（C）块状矿石中两个期次的粒间Fe-P相（单偏光）：原生的Fe-P相（(Fe-P)1），矿物形态随块状矿石中自形磁铁矿颗粒边界变化；次生Fe-P（(Fe-P)2）相呈棕色，放射状或针柱状，交代原生(Fe-P)1形成（BSE）；（D）块状矿石的BSE图，其中灰白色自形矿物为磁铁矿，粒间灰黑色背景为原生(Fe-P)1，放射状针状矿物为次生(Fe-P)2（BSE）；（E）粒间次生(Fe-P)2交代原生(Fe-P)1（BSE）；（F）块状矿石的自形磁铁矿颗粒以及“气孔”边缘的原生Fe-P相（(Fe-P)1）残留（BSE）；（G）块状矿石“气孔”中心形成自形石英颗粒（单偏光）；（H）块状矿石磁铁矿在BSE图上具有不均一的辉度，反映铁矿石的次生交代作用；（I）渣状矿石中可见胶状萤石形成，说明其形成于沉积作用。

图3 D_Si，SiO₂在富Fe相熔体和富Si相熔体中的分配系数，安山岩中富硅熔体中硅酸盐玻璃成分和块状矿石中粒间Fe-P相在成分上平衡，分别与Hou et al.（2018）不混溶实验中得到的不混溶富硅熔体和Fe-P相熔体相似，数据点分别落在相图中不混溶富Si熔体端元和富Fe熔体端元。

上述成果发表在国际矿床学顶级期刊《Economic Geology》上：Xie, Q.H., Zhang, Z.C.*, Hou, T., Cheng, Z.G., Campos, E., Wang, Z.C., Fei, X.H., 2019. New insights for the formation of Kiruna-type iron deposits by immiscible hydrous Fe-P melt and high-temperature hydrothermal processes: Evidence from El Laco deposit. Economic Geology 114, 35-46.

全文链接：https://doi.org/10.5382/econgeo.2019.4618

附件20190412091147549323.pdf (1.658783MB)