层状岩体中赋存钒钛磁铁矿矿床是全球范围铁、钛、钒的重要来源。然而，其中高品位的富矿石——铁钛氧化物含量在85%以上的矿石成因争议很大。虽然前人做了大量的研究，提出了包括重力分异、氧逸度升高和液态不混溶等若干岩浆成因模型，但是这些模式始终面临两个重要的障碍难以给与解释，一是玄武岩岩浆体系中铁钛氧化物结晶较晚，且共结比例低，所以在铁钛氧化物集中结晶时总会伴随大量硅酸盐矿物共同结晶。二是液态不混溶产生的富铁相不会只含有铁钛等成矿元素，总伴随大量硅或者磷等其他元素。因此，截止目前，所有的岩浆成因模型都不能很好地解释钒钛磁铁矿富矿石的成因。这促使我们不得不思考层状岩体中的钒钛磁铁矿富矿石的形成是否有其他的地质过程的参与。
图1 红格层状岩体中不同层位岩石和矿石中磁铁矿和钛铁矿的特征
（2）红格钒钛磁铁矿矿床中硅酸盐岩石中的原生磁铁矿均显示出较高的铁同位素值特征，而原生的钛铁矿则表现出明显低于典型岩浆结晶钛铁矿的铁同位素值。有意思的是，在矿石中，原生的磁铁矿和钛铁矿都呈现出极低的铁同位素值，而次生磁铁矿的铁同位素值则进一步低于原生磁铁矿，呈现出热液磁铁矿的铁同位素值特征（图2）。
图2 红格磁铁矿和钛铁矿在不同层位的铁同位素特征
（3）利用铁同位素温度计对磁铁矿和钛铁矿的平衡温度进行估算发现矿石，尤其是在富矿石中磁铁矿和钛铁矿的最终平衡温度在400-300℃之间。这样的温度范围明显低于不同矿物温度计对磁铁矿和钛铁矿的平衡温度的估计，甚至低于亚固相线再平衡的温度。这反映出在磁铁矿和钛铁矿共同结晶之后经历了较强烈的热液改造过程，系统地“重置”了红格钒钛磁铁矿岩石和矿石中铁钛氧化物的铁同位素值（图3）。
图3 铁同位素和不同矿物温度计对磁铁矿和钛铁矿平衡温度的计算
（4）根据瑞利分馏以及质量平衡计算，本次研究发现在红格厚层的富矿石形成期间，存在着明显的铁质热液迁移以及再沉淀。矿体下部硅酸盐岩石中大量的铁质被岩浆期后热液淋滤萃取而携带到矿石层位进行了再沉淀。由此，论文指出红格钒钛磁铁矿富矿石是岩浆+热液作用共同结果，而后期热液的叠加改造作用在岩体内部的溶解-再沉淀过程是形成富矿石的关键（图4）。
图4 红格钒钛磁铁矿矿床形成过程中热液叠加改造导致铁质溶解-再沉淀过程的示意图
论文信息：Dachuan Wang（王大川）, Tong Hou*（侯通）, Roman Botcharnikov, Stefan Weyer, Sarah-Lynn Haselbach, Zhaochong Zhang（张招崇）, Meng Wang（王萌）, Ingo Horn, Francois Holtz. Fe-isotopic evidence for hydrothermal reworking as a mechanism to form high-grade Fe-Ti-V oxide ores in layered intrusions. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2024. https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.11.017.
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