流体交代作用是一种非常普遍的地质现象，它不仅能形成大量的金属矿床，而且还会对已形成的矿床进行热液叠加改造作用。磁铁矿-磷灰石型（IOA）矿床（在我国又被称为玢岩型铁矿床）的成因尚存在巨大争论，但是通常认为其普遍经历了后期的流体交代作用，造成了世界范围内几乎所有的IOA矿床中的磷灰石均发生了溶解-再沉淀，从而成了独具特色的交代磷灰石及其中大量细小的独居石等富稀土矿物包裹体。然而，由于IOA矿床蚀变磷灰石富含矿物包裹体，且普遍具有低的U及高的普通Pb含量，很难获得有效的U-Pb年龄；同时，交代作用形成的独居石包裹体通常只有几个微米，且具有低Th、U的特征，也很难成功开展年代学研究。因此，IOA矿床初始流体交代作用与成岩成矿作用之间的时间关系尚不明确。 针对上述问题，中国地质大学（武汉）李建威教授团队胡浩副研究员指导硕士研究生殷勇在我国中亚造山带北山成矿带最大的铁矿床—黑鹰山铁矿床中发现了富稀土的磷灰石及其中较大颗粒的独居石矿物包裹体，这为同时准确限定成矿及交代作用时间提供了良好的研究对象。通过对这些富稀土磷灰石及其独居石包裹体开展详细的矿物结构研究、主微量元素分析、原位U–Pb定年和Sr–Nd同位素分析，准确限定了黑鹰山铁矿的形成及改造时间，取得了以下认识： 【认识1】黑鹰山铁矿床中的磷灰石普遍经历了耦合溶解-再沉淀作用过程（图1）。蚀变磷灰石相对于原生磷灰石明显亏损REEs, Th, U, Sr等元素；独居石包裹体主要分布于蚀变磷灰石区域，并且具有典型的热液独居石的地球化学特征；表明这些独居石是磷灰石耦合溶解-再沉淀过程中稀土元素浸出重新活化饱和结晶形成的。▲图1 内蒙古北山地区黑鹰山IOA矿床磷灰石及其矿物包裹体矿相学特征
Ap1—原生/未蚀变磷灰石；Ap2—蚀变磷灰石；Mag—磁铁矿；Hem—赤铁矿；Mnz—独居石；Qz—石英；Xtm—磷钇矿；Pst-(Ce)—氟碳钙铈矿 【认识2】黑鹰山铁矿床的流体交代作用与成岩成矿作用均发生在~325 Ma，是同一岩浆-热液演化的产物。Sr–Nd同位素数据进一步表明成矿流体和交代流体具有相似的来源，交代流体为初始成矿流体演化所形成（图2）。▲图2 黑鹰山铁矿床中磷灰石的Sr-Nd同位素组成
【认识3】通过该项研究并结合已发表的资料，作者发现世界范围内绝大多数的IOA矿床中磷灰石所记录的成矿作用和初始交代作用事件近于同时发生，可能是同一岩浆-热液事件的结果。这可能是由于IOA矿床的成矿热液为高温高盐度的流体，其在冷却过程中仍具有较高的温度和盐度，这种流体本身就能对已形成的磷灰石进行交代。因此，全球IOA矿床中普遍存在磷灰石被交代的地质现象。但是部分古老的IOA矿床（如瑞典基鲁纳地区的IOA矿床）中磷灰石初始交代作用的信息可能已经被更晚期叠加流体交代作用所重置，并未被保存下来（图3）。 该项研究揭示了IOA矿床中初始交代作用在成矿晚阶段发生，而无需后期额外的构造岩浆事件的叠加改造作用。因而这类矿床中的磷灰石及磁铁矿等矿物可能都普遍发生了不同程度的流体交代。当使用这些矿物的微量元素或同位素来开展矿床成因研究时应该特别注意矿物的结构特征。因而需要首先开展详细的矿物结构的研究来识别这些矿物所形成的期次，进而准确揭示这类极具争议的IOA矿床的形成及改造过程。 该研究成果近期发表在国际地学期刊《Chemical Geology》上，第一作者为中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室硕士生殷勇，通讯作者为胡浩副研究员，合作者包括中国地质大学（武汉）邓晓东研究员, 李建威教授及硕士生潘哲健，德国地学研究中心（GFZ）Daniel Harlov研究员，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所段壮副高级工程师和加拿大新布伦瑞克大学David Lentz教授。该研究受到国家重点研发计划（2023YFF0804200），国家自然科学基金（42272089, 42321001,
41872090），中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室开放基金（GKZ22Y607）和IGGE基本科研业务费项目（AS2022J11）联合资助。 Yin, Y., Hu, H*., Deng, X.D., Harlov, D.,
Li, J.W., Duan, Z., Pan, Z.J., Lentz, D.R., 2024. The onset of fluid-induced
alteration of fluorapatite in iron oxide-apatite deposits: Insights from
fluorapatite and their monazite inclusions at the Heiyingshan iron deposit,
Beishan Metallogenic Belt, Northwest China. Chemical Geology, 121998.
https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.121998
