中国马坑矽卡岩型铁多金属矿床中Ga-Ge赋存机制与磁铁矿关键金属富集规律研究

本研究针对中国东部马坑矽卡岩型铁多金属矿床中关键金属Ga（镓）和Ge（锗）的赋存状态与富集机制这一科学问题，通过系统的矿物学与地球化学分析，揭示了Ga主要赋存于辉石（180 ppm）、闪石（24 ppm）及磁铁矿（22 ppm）中，Ge优先富集于钙铁榴石（50 ppm）和闪石（37 ppm）。研究首次识别出四世代磁铁矿（Mag-I至Mag-IV），发现晚期Mag-IV具有异常高的Ga（113 ppm）和Ge（20 ppm）含量，并提出晶体置换（Ga3+ +Al3+ ?2Fe3+ ）与流体叠加双重控制机制，为矽卡岩矿床关键金属综合利用提供了理论依据。

　　

在全球关键金属需求激增的背景下，镓(Ga)和锗(Ge)作为"工业电子脊梁"的战略地位日益凸显。这类金属因克拉克值极低（Ga:15 ppm，Ge:1.6 ppm），难以形成独立矿床，其赋存规律研究成为资源勘探的焦点。中国东部马坑矿床作为区域内最大的矽卡岩型铁多金属矿床，虽已探明丰富铁钼资源，但伴生Ga-Ge的分布机制长期存在认知空白，制约了资源综合开发效率。

针对这一科学问题，中国科学院地球化学研究所的研究团队开展了系统性研究。通过LA-ICP-MS（激光剥蚀电感耦合等离子体质谱）和电子探针等分析技术，对36件矿石样品中的硅酸盐、氧化物和硫化物进行微区成分测定。研究创新性地结合XRD（X射线衍射）矿物定量与元素相关性分析，首次建立了该矿床Ga-Ge的赋存模型。

矿物学特征
研究识别出5类矿石类型，其中含钙铁榴石-磁铁矿组合的Type-1矿石（磁铁矿占比14-60%）和富闪石的Type-2矿石（磁铁矿13-93%）构成主要载体。四世代磁铁矿中，Mag-I至Mag-III的Ga-Ge含量稳定（Ga:13-20 ppm，Ge:4-15 ppm），而晚期Mag-IV出现数量级跃升（Ga达113 ppm），该世代与黄铁矿、萤石共生，反映低温高氧逸度环境的关键金属超常富集。

元素分布规律
全岩分析显示Ga（30 ppm）、Ge（31 ppm）显著超地壳背景值。相关性分析揭示Ga与V、Cr、Ni呈正相关，指示其以类质同象置换Fe²⁺
/Mn²⁺
进入硅酸盐晶格；Ge则与Si、Al耦合，倾向置换[SiO₄
]^4-
四面体。磁铁矿中Ga通过Ga³⁺
+Al³⁺
?2Fe³⁺
耦合置换进入结构，Ge则存在Ge²⁺
?Fe²⁺
单置换或Ge²⁺
+Mg²⁺
?2Fe²⁺
双置换两种机制。

讨论与结论
研究提出矽卡岩体系中Ga-Ge富集受矿物晶体化学与流体演化的双重控制：早期高温阶段Ga-Ge分散于硅酸盐矿物（分配系数>1）；晚期富Ga-Ge流体的叠加与低温氧化条件共同促使Mag-IV异常富集。相较于全球典型矽卡岩矿床（如程潮铁矿Ga<42 ppm），马坑Mag-IV的Ga含量突破性达113 ppm，证实多期流体叠加的创新机制。该成果发表于《Journal of Asian Earth Sciences》，不仅完善了关键金属成矿理论，更对中国东部矽卡岩带资源综合评价具有直接指导价值。