受矿前脱气作用、矿体埋藏深度及蒸发岩同化作用控制的氧化铁-磷灰石型铜金矿床：以中国安徽倪河铁矿床和沙溪铜金矿床为例的对比研究

《Gondwana Research》：Iron-oxide-apatite or porphyry Cu–Au deposits controlled by pre-ore degassing, emplacement depths, and evaporite assimilation: A comparative study of the Nihe Fe and Shaxi Cu–Au deposits, Anhui, China

火山弧Fe-Au矿化与Cu-Au矿化对比研究揭示侵入深度、火山 degassing 和蒸发岩同化是控制矿化类型的关键因素，为相似构造环境找矿提供理论依据。

　　

李毅|秦克章|王乐|宋国学|周涛发|王永健|翟明国

中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈与环境共同演化国家重点实验室，北京 100029，中国

摘要

氧化铁-磷灰石（IOA）和斑岩型铜金（PCD）矿床是铁（Fe）和铜金（Cu–Au）的重要来源，但它们在弧状构造中的共存机制仍不甚明了。本文通过结合野外观察、全岩及磷灰石-磁铁矿地球化学分析以及磷灰石锶-钕（Sr–Nd）同位素研究，探讨了位于中下游扬子江金属成矿带（MLYRMB）的Nihe IOA矿床和Shaxi PCD矿床（相距约15公里）的形成过程。这两个矿床均源自约1.3亿年前的闪长岩侵入体，这些闪长岩来源于发生交代作用的岩石圈地幔。然而，它们在矿化前脱气过程、侵位深度及蒸发岩吸收作用方面存在差异。在Shaxi矿床，演化后的石英闪长岩（SiO₂ = 60.0–63.7 wt%）在侵位前经历了有限的脱气作用，保留了较高的SO₃（0.25 ± 0.14 wt%）、Cl（0.71 ± 0.18 wt%）和计算出的OH含量（1.34 ± 0.23 wt%），但F/Cl比值较低（2.9 ± 1.1）。这些岩浆中的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值（0.70468–0.70606）与早白垩世海水来源的流体（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0.70720–0.70790）发生反应，形成了铜金矿化，并使热液磷灰石中的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值升高（0.70542–0.70790）。相比之下，Nihe矿床的闪长岩（SiO₂ = 50.4–55.5 wt%）在浅层侵位（1–2公里）前经历了强烈的火山脱气作用，导致其岩浆磷灰石中的挥发性物质含量较低（SO₃、Cl和OH分别为0.16 ± 0.05 wt%、0.17 ± 0.03 wt%和0.40 ± 0.25 wt%），同时F/Cl比值较高（19.2 ± 3.9）。磁铁矿-磷灰石地球化学研究表明，Nihe矿床中的高钛磁铁矿是由高温、高盐度流体（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0.70675–0.70728）沉淀形成的，这可能是由于三叠纪蒸发岩被吸收进贫H₂O的岩浆中（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0.70554–0.70610）所致。这些结果表明，侵位深度、矿化前火山活动以及矿化过程中三叠纪蒸发岩的吸收作用在IOA和PCD矿床的形成差异中起着关键作用。Nihe与Shaxi矿床的共存表明，含有IOA矿床的火山盆地也可能在其周边区域具有形成PCD矿床的潜力。

引言

氧化铁-磷灰石（IOA）、氧化铁型铜金（IOCG）、斑岩型铜金（PCD）和矽卡岩矿床是弧状构造中的主要矿化类型，它们通过复杂的岩浆-热液作用形成（Hitzman等人，1992年；Cooke等人，2005年；Sillitoe，2010年；Mao等人，2011年；Reich等人，2022年）。弧状构造矿化的一个显著特点是，在具有共同岩浆来源和构造环境的有限区域内，不同类型的矿床会同时出现（例如IOA和PCD）（Pan和Dong，1999年；Sillitoe，2010年；Mao等人，2011年；Yu等人，2015年；Richards等人，2017年；Hu等人，2020年；Meng等人，2024年）。揭示不同矿化类型的控制因素可以为它们的形成机制提供新的见解，并为矿产勘探提供指导。

IOA和PCD矿床是铁（Fe）、铜（Cu）和金（Au）的重要来源（Sillitoe，2010年；Knipping等人，2015年；Skirrow，2022年），广泛分布于智利和秘鲁的沿海山脉（Sillitoe，2003年；Richards等人，2017年）以及中国的中下游扬子江金属成矿带（MLYRMB）（Pan和Dong，1999年；Mao等人，2011年；Meng等人，2024年）。这两种矿床通常起源于与海洋岩石圈俯冲相关的相似岩浆（Mao等人，2011年；Richards和Mumin，2013年；Zhou等人，2015年；Reich等人，2022年；Skirrow，2022年；Li等人，2023年；Meng等人，2024年）。例如，形成于约1.3亿年前的Nihe IOA矿床和Shaxi斑岩型铜金矿床都源自富集的岩石圈地幔闪长岩侵入体（Pan和Dong，1999年；Mao等人，2011年；Fan等人，2014年；Wang等人，2014年；Zhou等人，2015年；Wang等人，2021年；Li等人，2023年）。IOA和斑岩矿床还表现出相似的蚀变组合，包括早期形成的钠长石-钾长石、中期形成的磁铁矿-黑云母-绿帘石- chlorite组合，以及晚期形成的黄铁矿-硬石膏-方解石组合（Yuan等人，2012年；Li等人，2015年；Liu等人，2017年；Wang等人，2021年；Skirrow，2022年）。尽管存在这些相似性，但决定矿化类型（IOA或PCD）的具体因素仍不明确。

本研究通过综合全岩、磷灰石和磁铁矿地球化学分析以及磷灰石锶-钕同位素研究，发现Nihe IOA矿床和Shaxi PCD矿床均源自同一地幔源，并可能属于同一岩浆通道系统，但它们的侵位历史和矿化过程存在差异。Nihe矿床由于浅层侵位（1–2公里）和强烈的矿化前火山脱气作用以及三叠纪蒸发岩的吸收作用，形成了贫H₂O、富Fe的岩浆，有利于IOA矿化；而Shaxi矿床由于深层侵位（3–6公里）和稍为演化的水热岩浆作用，更有利于斑岩型铜金矿化。这些发现强调了侵位深度、矿化前火山作用以及矿化过程中蒸发岩吸收作用在控制IOA和PCD矿床形成差异中的关键作用。

地质背景

中下游扬子江金属成矿带位于Tan-Lu断层、Xiangfan–Guangji断层和Yangxing–Changzhou断层之间，是中国东部最重要的铜-铁-金-钼-钨多金属成矿带之一（图1a）。强烈的燕山期构造-岩浆活动引发了广泛的岩浆活动和矿化作用，形成了两种主要的矿化类型：（1）斑岩-矽卡岩型铜金-铁-钼-钨矿床；（2）氧化铁-磷灰石矿床（图1A；Chang等人，1991年；Zhai等人，1992年；Pan和Dong，1999年）

Nihe IOA矿床

Nihe IOA矿床位于Luzong火山盆地的西北部，是MLYRMB地区典型的大型IOA矿床，储量约为1.68亿吨，铁含量为30%（图1，图2；Wu等人，2011年；Zhao等人，2011年；Liu等人，2017年）。矿体垂直延伸深度为642至1000米，主要分布在闪长岩斑岩的顶部区域或其与上覆火山-沉积岩的接触带（图2；Zhao等人，2011年；Liu等人，2017年）。通过热液锆石U–Pb和金云母Ar–Ar测年技术对其进行了年代测定

样品采集

在Nihe地区，样品采集自ZK0114和ZK0101钻芯中的闪长岩斑岩及其相关蚀变带（图2，图3）。在Shaxi地区，从ZKT1307、ZKT1306和ZKT1304钻芯中采集了与铜金矿化相关的石英闪长岩样品（图2，图4）。经过岩石学鉴定后，选择了Nihe矿床中变化最小的闪长岩斑岩和Shaxi矿床中的石英闪长岩进行主量元素和微量元素分析。

磁铁矿的岩石学特征

根据野外和岩石学观察，Nihe地区的磁铁矿-磷灰石组合可分为三类：（1）闪长岩斑岩中的岩浆磁铁矿和磷灰石（Mag–M，Ap–M）；（2）早期热液组合（Mag–I，Ap–I）；（3）晚期热液组合（Mag–II，Ap–II）。Mag–M主要存在于微晶基质中或以钠长石包体形式存在（图3a–c，5a–b），而Ap–M（30–100 μm）则以钠长石包体形式存在，并表现出振荡分带现象

MLYRMB地区的IOA与斑岩型铜金矿化共存

Nihe Fe矿床和Shaxi Cu–Au矿床（相距约15公里）均与早白垩世闪长岩侵入体有关，并在Luzong地区经历了大致同时期的矿化作用（图1；Wang等人，2006年；Mao等人，2011年；Fan等人，2014年；Wang等人，2014年；Li等人，2023年）。它们的侵入体锆石U–Pb年龄分别为1.306 ± 0.7 Ma（Nihe）和1.295 ± 1.0 Ma（Shaxi；Fan等人，2014年；Wang等人，2014年；Li等人，2023年），矿化作用的地质年代也有所差异（例如Nihe为1.309 ± 2.6 Ma，金云母年龄数据

结论

Nihe IOA矿床和Shaxi Cu–Au矿床均位于中国东南部的MLYRMB地区，形成于同一时期，并具有共同的岩浆来源。与这两种矿床相关的原始岩浆富含金属元素（Fe、Cu和Au），且具有相似的H₂O和S含量。Shaxi Cu–Au矿床中的成矿岩浆直接由这些原始岩浆演化而来，并在深度大于3公里处侵位，形成了铜金矿化，同时受到了早白垩世海水的影响

作者贡献

野外工作（YL，GXS，TFZ）；岩石学研究（YL，GXS）；分析工作（YL，YJW）；模型构建与修订（所有作者）。

CRediT作者贡献声明

李毅：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，方法学研究，资金申请，数据分析，数据管理。秦克章：撰写 – 审稿与编辑，指导工作，方法学研究，资金申请。王乐：撰写 – 审稿与编辑，资金申请，数据分析。宋国学：撰写 – 审稿与编辑，资源研究，方法学研究。周涛发：撰写 – 审稿与编辑，指导工作，资源协调。王永健：撰写 – 审稿

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：92462305、42572104和42302094）以及经济地质学家学会研究生奖学金的支持。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢Yu Fan、Fang-Yue Wang、Wei Yang、Jia-Jun Wu、Bao-Quan Li和She Lang在野外调查中的帮助与支持。与Xin-Fu Zhao、Fernando Tornos、Max Hohl、Ming-Jian Cao、Xiao-Chun Li、Jun-Xing Zhao、Kai-Xuan Hui和Chang-Tong He等人的讨论也非常有益。同时，我们也感谢编辑和审稿人的宝贵建议。