铁氧化物-磷灰石（简称IOA）矿床，在我国一般称之为玢岩型铁矿床或基鲁纳型铁矿床，是一种重要的富铁矿类型。其以发育磁铁矿-磷灰石-透辉石/阳起石的典型矿物组合为特征，矿体周围往往发育广泛的高温钠质蚀变带，被认为是岩浆热液交代形成；但一些矿石又有可能发育有类似熔岩构造的特征以及类似岩浆特征的磁铁矿铁-氧同位素，而被一些学者认为是不混溶含磷磁铁矿矿浆的证据。因此，该类型矿床的成因长期以来存在岩浆不混溶铁矿浆和热液交代成矿两种截然不同的观点。国内外提出的矿床成因模型包括不混溶铁氧化物熔体模型、硫酸盐（-碳酸盐）熔体模型、磁铁矿-气泡悬浮模型、岩浆热液交代模型等多个不同的观点，这些不同模型争论的焦点是初始成矿介质和铁质的聚集方式。 我国长江中下游成矿带的宁芜和庐枞火山岩盆地是全球最典型玢岩型铁矿（IOA矿床）聚集地之一，是发展和完善该类型矿床成因机制的理想选区。中国地质大学（武汉）资源学院和地质过程与矿产资源国家重点实验室李建威教授带领的“矿床学”创新研究团队对这些矿床的开展了长期的研究，基于系统的矿床学、矿物学、流体包裹体和同位素地球化学研究，对初始成矿流/熔体的性质和起源提供了关键线索。研究发现宁芜和庐枞矿集区的梅山、陶村（高村）和罗河等多个玢岩型铁矿床成矿前和成矿阶段的蚀变矿物普遍发育有贫水高温高盐流体包裹体（可达>800℃和>90wt.%NaClequiv.），并将该类流体定义为高盐熔流体（hydrosaline liquid），其物理化学性质不同于传统概念中的以水为主的热液（aqueous fluid），并阐述了高盐熔流体的性质与形成机制，建立了新的矿床成因模型，取得如下主要认识： （1）初始成矿介质的新认识：成矿前和成矿阶段蚀变矿物（透辉石、石榴子石、交代锆石和磁铁矿）普遍含有高盐熔流体包裹体，其由70-90 vol.%子晶（NaCl、KCl、硬石膏、FeClx以及可能少量的重晶石、萤石和赤铁矿等）、10-30 vol.%气泡和少量的水（图1）。高盐熔流体包裹体组合具有一致的均一行为，子晶先溶解、气泡最后消失并均一为液相，表明高盐熔流体包裹体为均匀捕获；均一温度范围为787~928℃，这与原生磁铁矿的形成温度以及同期蚀变矿物氧同位素温度计的计算结果一致，表明获得的均一温度代表了高盐熔流体的捕获温度及原生磁铁矿的形成温度，因此，这些高盐熔流体代表了形成玢岩铁矿的初始成矿介质。▲图1. 赋存在不同蚀变矿物中典型高盐熔流体包裹体的照片
Anh: 硬石膏；Di: 透辉石；Grt: 石榴子石；Mag: 磁铁矿 （2）高盐熔流体的铁质运移能力：本次研究发现在强烈钠化蚀变的闪长玢岩和安山岩中，岩浆锆石可以被高盐熔流体交代形成新生的交代锆石（图2A-B）。对交代锆石中高盐熔流体包裹体开展了单个包裹体LA-ICP-MS分析（图2C），结果表明高盐熔流体可以含有较高的铁含量（3-10 wt.%），进一步证实了高盐熔流体可以在玢岩铁矿的形成过程中有效运移和富集铁。
▲图2 交代锆石及其内部的高盐熔流体包裹体的LA-ICP-MS剥蚀信号图
A-B图中Type I&II Zr分别代表岩浆锆石和交代锆石；C图中明显的Fe信号表明高盐熔流体具有较强的Fe运移能力 （3）高盐熔流体的形成机制：根据寄主矿物高盐熔流体包裹体的Cl/Br比值（2000-6000）（图3）、单个高盐熔流体包裹体元素比值、交代锆石平衡的流体氧同位素（+5.5~9.2 ‰）以及前人研究结果的综合分析，提出高盐熔流体形成于与成矿密切相关的闪长玢岩的低压直接出溶，推测成矿岩浆应具有高Cl/H2O的特征，但不排除岩浆或热液在成矿过程中同化混染/溶解了围岩地层中的膏盐层物质。▲图3 不同寄主矿物中高盐熔流体包裹体的提取物均在判别图中的岩浆热液流体区域
（4）玢岩铁矿的高盐熔流体成矿模型：基于以上证据提出，起源于交代地幔的高Cl/H2O闪长质岩浆侵位到地壳浅部时发生高温高盐熔流体的大量出溶，较轻的高盐熔流体在玢岩体的顶部聚集或运移到其他有利位置（如玢岩与围岩的接触带和断裂带），并与围岩发生强烈的水岩反应，导致了大量Cl和Na的消耗，形成以钠长石和方柱石等矿物为代表的钠化蚀变和浸染状磁铁矿矿石（图4）；同时，巨量高温高盐熔流体的聚集导致围岩发生热液角砾岩化，在此过程中高盐熔流体迅速减压和降温并充填在裂隙和断裂带中，导致其中的铁氧化物快速过饱和沉淀，形成脉状矿石、块状矿石以及角砾状矿石等与围岩截然接触的矿石。如果这些高盐熔流体喷发到地表也可能导致磁铁矿的快速沉淀，形成类似于智利的El Laco矿床中的“熔岩状”铁矿石。 该项研究提出了玢岩型铁矿床一种新的成矿介质和成矿机理，强调富铁高盐熔流体与围岩的相互作用和/或降温降压过程是形成玢岩型铁矿床的重要成矿机制，这一模型解决了全球玢岩型铁矿床中既有广泛的钠质蚀变同时又具有岩浆特征（如极高的形成温度、“熔岩状”铁矿石和类似岩浆磁铁矿的铁-氧同位素等）这看似矛盾的地质现象，并合理解释了玢岩型铁矿床产于次火山岩的地质背景，为理解玢岩型铁矿床的成矿过程和找矿勘查提供了重要启示。
以上研究成果于近期发表在国际著名综合类学术期刊《Science Advances》和矿床学领域国际著名期刊《Mineralium Deposita》。第一作者分别为中国地质大学（武汉）的曾丽平博士后和赵新福教授，通讯作者为赵新福教授。合作研究团队成员包括中国地质大学（武汉）李建威教授、胡浩副研究员、文广副研究员以及廖旺博士和樊一哲博士研究生，澳大利亚阿德莱德大学Carl Spandler教授和澳大利亚国立大学John A. Mavrogenes教授、Terrence P. Mernagh博士和傅斌博士、澳大利亚詹姆斯库克大学胡毅博士、美国地质调查局Albert H. Hofstra教授和Poul Emsbo教授。
该研究受到科技部国家重点研发计划项目（2023YFF0804200）、国家自然科学基金创新研究群体项目（42321001）、教育部高等学校学科创新引智基地项目（B20045）、国家自然科学基金项目（41822203, 41972074, 42103064）及中国博士后科学基金项目（2022M712951）联合资助。
Zeng, L.-P., Zhao,
X.-F.*, Spandler, C., Mavrogenes, J.A., Mernagh, T.P., Liao, W., Fan, Y.-Z.,
Hu, Y., Fu, B., Li, J.-W., 2024. The role of iron-rich hydrosaline liquids in
the formation of Kiruna-type iron oxide–apatite deposits. Science Advances,
10(17): eadk2174.
Zhao, X.-F.*,
Zeng, L.-P., Liao, W., Fan, Y.-Z., Hofstra, A.H., Emsbo, P., Hu, H., Wen, G.,
Li, J.-W., 2024. Iron oxide–apatite deposits form from hydrosaline liquids
exsolved from subvolcanic intrusions. Mineralium Deposita, 59: 655-669.
