张招崇等：我国铁矿成矿背景与富铁矿成矿机制

我国铁矿资源丰富，已探明铁矿石达800多亿吨。美中不足的是富铁矿（铁含量超过50%）非常稀少，不足20亿吨。尽管贫铁矿（铁含量低于30%）资源充足，但是冶炼成本高、环境污染大。我国不得不大量进口富铁矿石，国家经济安全受到严重威胁。因此，立足国内，积极寻找富铁矿资源，是一项关乎我国经济长远发展的重大任务。完成这项任务首先要解决一个重大科学问题：铁矿巨量聚集和富铁矿形成机制是什么？

图1 我国铁矿资源概况

(a) 铁矿品位直方图; (b) 不同类型铁矿累计查明铁矿石量占比; (c) 不同类型大型铁矿床数占比(累计查明铁矿石量大于1亿吨为大型矿床); (d) 不同类型富铁矿累计查明铁矿石量占比(TFe品位≥50%为富铁矿石)

全球85%以上的富铁矿资源来自于沉积变质型铁矿，而我国富铁矿种类多样，包括矽卡岩型、沉积变质型、火山岩型（陆相火山岩型和海相火山岩型）和岩浆型铁矿床（图1）。这些类型铁矿大规模成矿的背景是什么？铁又是如何发生超常富集形成富铁矿的？

1、沉积变质型富铁矿

我国沉积变质型富铁矿主要分为两类：（1）与新太古代-古元古代BIF相关；（2）与新元古代BIF相关。BIF（条带状铁建造，Fe>15%）指主要由化学（或生物化学）沉积的燧石和一种或几种富铁矿物（氧化物、碳酸盐、硅酸盐或硫化物）的薄层，它们的形成主要与海底火山-热液活动以及全球大氧化事件密切相关。与新太古代-古元古代BIF相关的富铁矿主要分布于华北克拉通辽宁鞍山-本溪地区，矿石中铁的超常富集机制包括两种：（1）去硅富铁，即BIF在热液作用中硅发生迁移后残留磁铁矿形成富铁矿石，如“弓长岭式”富铁矿；（2）铁质活化再富集，主要为BIF在热液作用中铁发生迁移，在有利的构造位置发生沉淀形成富铁矿石，如“齐大山式”富铁矿。与新元古代BIF相关的富铁矿床主要位于华南地区，包括江西新余铁矿和海南石碌铁矿，相关BIF主要形成于新元古代“雪球地球”事件，且后期受到多期次、多阶段的构造变形及伴随的变质与热液蚀变改造，经历去硅富铁和铁质活化再富集等过程，最终形成富铁矿。 

2、矽卡岩型富铁矿

我国矽卡岩型富铁矿主要分布于扬子克拉通东北缘长江中下游成矿带以及华北克拉通东部和中部，成矿作用与区域上大规模的岩石圈快速减薄存在时空联系。矿体一般产于中基性-中酸性侵入岩与含膏岩层碳酸盐岩的接触带。最新研究表明，矽卡岩型富铁矿的形成主要经历高温、高盐度、富铁岩浆期后热液的出溶，成矿热液在演化过程中由于流体沸腾和快速降温在开放构造体系中充填成矿。整体来看，在该类型矿床的形成过程中，多期次流体交代和叠加成矿是矽卡岩型富铁矿形成的主要机制。 

3、火山岩型富铁矿

我国的陆相火山岩型富铁矿主要分布在长江中下游成矿带的宁芜和庐枞两个矿集区。与矽卡岩型铁矿类似，该类型铁矿也主要形成于岩石圈快速伸展减薄的构造背景下。矿体通常与同期的（次）火山岩密切共生，矿石主要由磁铁矿和不同含量磷灰石组成，且富铁矿石中的磁铁矿均以低钛为特征。前人提出主要的块状矿石是铁矿浆贯入形成的，然而铁矿浆是否存在，长期缺少实验的证据。最近，Hou et al. (2018)在最接近自然界条件下，首次获得较为接近铁矿石组分的端元——富含挥发分的岩浆不混溶作用形成铁钙磷熔体（图2），从而证实了富铁钙磷的矿浆的存在，可以解释绝大部分富铁矿石成因。但要形成几乎由纯的低钛铁氧化物组成的致密块状富铁矿石，还必须要有岩浆期后热液作用的叠加改造。

图2 不混溶实验结果。实验形成的混合物的化学成分接近富铁矿石的混合物，具体实验细节详见Hou et al. (2018). 

海相火山岩型铁矿为我国独有，且富铁矿的比例较高。该类型矿床主要分布在我国西部地区，如西天山等地，主要形成于大陆弧边缘。研究表明，海相火山岩型富铁矿的形成主要通过岩浆演化富铁，后期出溶的富F高盐度富铁流体（图3）淋滤萃取火山岩中的铁，并使早期的贫铁矿石发生去杂等作用而形成富铁矿石。此外，由于含矿火山岩主要形成于“热幔-冷壳”高角度俯冲背景下软流圈的部分熔融（张招崇等，2016），而这种特殊的成矿背景导致全球范围内海相火山岩型铁矿较少。

图3 海相火山岩型铁矿的（a）富萤石和磁铁矿子晶的熔流体包裹体（V-气泡；G-玻璃；L-液相；C-萤石子晶；MFe-磁铁矿子晶），单偏光；（b）流体包裹体中的石盐子晶，单偏光

4、岩浆型铁矿

岩浆型铁矿主要指的是铁钛钒磷矿床，与火山岩型富铁矿不同，矿石矿物中的磁铁矿以高钛为特征。按照产状可以将其分为两大类：（1）与元古宙斜长岩体相关，仅在我国河北省承德市的大庙-黑山-马营一带发育，形成于后碰撞伸展环境；（2）是与基性-超基性层状岩体有关的钒钛磁铁矿床，以四川攀西（攀枝花-西昌）矿集区为代表，与二叠纪峨眉山地幔柱及早期俯冲成因榴辉岩的参与密切相关。

对于该类矿床中铁在岩浆阶段的超常富集机制，主要存在两种认识：（1）通过岩浆不混溶作用直接形成富铁岩浆；（2）铁矿石的形成主要是富铁岩浆通过磁铁矿的分离结晶作用堆积形成。本研究成果表明，攀枝花钒钛磁铁矿床富铁矿石是分离结晶形成的磁铁矿再经过流动分选进一步富集的结果；河北大庙斜长岩体型富Fe-Ti-P矿脉边部广泛发育围岩蚀变，说明该类矿床在后期发生的热液作用的叠加改造导致富铁矿石的形成。

综上所述，富铁矿的形成都不是单一的地质过程能够完成的，不同类型的富铁矿均经历了复合过程：贫矿经过去硅富铁、去杂富铁、铁质活化再富集等多期次-多阶段复合叠加改造，最终形成富矿。按照时间关系可将它们分为：

1）不同期次叠加改造型，即成矿事件在时间上不具有连续性（如沉积变质型富铁矿）；

2）不同阶段叠加复合型，即大体上是同一构造-岩浆活动期，时间上具有连续性（如矽卡岩型、火山岩型和岩浆型）。

未来的富铁矿找矿勘查工作应聚焦在类似的铁矿床，力争在一定程度上提升我国在富铁矿石定价上的话语权，保障进口铁矿石价格的相对稳定和国家铁矿资源的供给安全。