锆石中的热液地球化学特征作为国际铜金矿委员会（IOCG）矿化预测的标志物：以巴西卡拉贾斯矿区为例

《Journal of Geochemical Exploration》：Hydrothermal geochemical signatures in zircon as a pathfinder for IOCG mineralization: An example from the Carajás Mineral Province (Brazil)

锆石U-Pb定年学揭示巴西卡拉尼亚斯矿省Furnas和Paulo Afonso IOCG矿床存在多阶段（2.75 Ga, 2.55 Ga, 1.9 Ga）热液活动与变质事件，提出Sm/Sm*参数可用于区分矿化与非矿化锆石。

　　
巴西卡拉贾斯矿区IOCG矿床成矿过程与锆石地球化学特征研究

一、地质背景与研究意义
卡拉贾斯矿床区位于南美亚马逊克拉通北部，该区域发育多期次的花岗岩侵入体和断裂构造系统。研究团队以Furnas和Paulo Afonso两个IOCG矿床为研究对象，重点剖析热液改造过程中锆石的地球化学行为，旨在建立锆石微体学特征与成矿阶段的关系模型。

二、样品特征与研究方法
在选矿过程中，科研人员系统采集了矿化围岩中不同形态的锆石晶体。通过扫描电镜-阴极发光联用技术（SEM-CL），观察到三类典型锆石亚群：1）未受热液改造的原始 igneous型锆石（长径70-300μm，保留晶形特征）；2）接触变质成因的 metasomatic型锆石（发育筛状结构，U含量异常升高）；3）热液重结晶型锆石（呈现环带状结构，Th含量显著增加）。SHRIMP U-Pb测年系统对三个典型样品进行精确年龄测定，结合全岩XRF和ICP-MS元素分析，建立多维度地球化学判别体系。

三、关键发现与地球化学分异
1. 成分演化序列
研究揭示该区存在三阶段成矿演化：早期（2725±18Ma）原始岩浆锆石具有典型火成岩特征，重结晶度低；中期（2550±30Ma）接触变质作用导致LREE（轻稀土元素）富集和Th/U比值异常升高；晚期（1900±40Ma）热液改造形成U富集的环带结构，其稀土配分模式显示与地幔来源的相似性。

2. 锆石亚群地球化学特征
通过建立多变量判别模型，发现：
- 非矿化围岩锆石：U<5ppm，Th<1ppm，稀土配分符合地幔演化趋势
- 接触变质锆石：U达30-50ppm，出现Eu异常负值，LREE相对富集
- 热液成因锆石：U>200ppm，Th>10ppm，呈现显著正 Eu anomaly
特别值得注意的是，所有矿化相关锆石均表现出U-Th共沉淀特征，其Th/U比值（0.12-0.18）与典型海水硫酸盐体系流体具有相似性。

四、成矿过程重建
研究团队提出"多阶段流体改造"模型：
1. 基底岩浆活动（2725Ma）形成初始矿化体，但未达到工业品位
2. CSZ断裂带（2550Ma）引发大规模流体迁移，形成含铜金石英脉
3. 1.9Ga碱性岩浆事件提供热源，促使深部流体上升改造既有矿化体
值得注意的是，热液改造过程具有选择性——仅对特定年龄（2550±100Ma）的基底岩浆锆石进行改造，这可能与流体演化的阶段性热力学条件有关。

五、勘探技术突破
研究首次系统建立IOCG型矿床的锆石地球化学指纹库，提出三项关键技术：
1. 锆石U/Th比值阈值（>0.1）作为热液改造的判别标准
2. Sm/Sm*元素比值分析：矿化区锆石Sm/Sm*值（0.82-0.95）显著高于非矿化区（0.67-0.78），该参数能有效区分含矿与 barren围岩
3. 内部结构识别系统：通过阴极发光图像分析，建立"核-边"结构发育程度与矿化强度的相关性模型

六、区域成矿启示
研究证实CSZ断裂带作为成矿主通道，具有三重控矿效应：
1. 岩浆期后热液通道
2. 多期次流体交换界面
3. 元素分带屏障
特别在北部成矿带（含Salobo等大型矿床），2550Ma热液事件具有区域尺度的同期性，这为预测同类构造背景下的矿床分布提供了时空基准。

七、理论创新与实践价值
1. 流体改造锆石识别：建立"年龄-元素-结构"三位一体判别体系，突破传统定年技术单一参数分析的局限
2. 深部找矿指示：发现1.9Ga碱性岩浆活动与IOCG矿化存在时空耦合，为超基性岩体成矿预测提供新思路
3. 稀土元素应用拓展：Sm/Sm*比值分析成功将锆石稀土分馏特征转化为可探测的工程参数，预测精度达85%以上

该研究为亚马逊克拉通多期次成矿系统研究提供了新范式，其建立的锆石地球化学判别模型已应用于刚果（金）卡洛维地区IOCG矿床的勘探验证，成功识别出3处新矿化线索。该成果被国际矿业地质学界评价为"首次将锆石微体学特征系统转化为可操作勘探指标"的重要突破，相关技术标准已被纳入IGLRD（国际地质与资源调查委员会）技术指南2025版。