智利Candelaria-Punta del Cobre矿区La Farola矿床富赤铁矿IOCG成矿作用的地质-构造-年代学框架及其对区域成矿系统的启示

本研究针对铁氧化物-铜-金(IOCG)矿床成矿多样性机制的科学问题，通过U-Pb和Re-Os年代学、矿物共生序列分析等技术，揭示智利La Farola富赤铁矿型IOCG矿床与区域磁铁矿型矿床的时空耦合关系，提出"热梯度控制Fe氧化物相变"新模型，为理解单一IOCG系统中不同蚀变相带成因关联提供关键证据。

　　

在当今全球能源转型背景下，铜作为可再生能源技术的核心材料需求激增，而铁氧化物-铜-金(IOCG)矿床因其丰富的铜储量和伴生关键金属成为勘探热点。然而这类矿床存在显著多样性——从高温磁铁矿主导型到低温赤铁矿主导型，其成因关联长期存在争议。智利Candelaria-Punta del Cobre矿区作为安第斯成矿带最富集的IOCG区域，九处矿床均以磁铁矿为主，唯独南缘的La Farola矿床呈现反常的赤铁矿主导特征，这种"同区异相"现象为破解IOCG系统演化机制提供了天然实验室。

为揭示这一科学谜题，由美国科罗拉多州立大学领衔的国际研究团队在《Geoscience Frontiers》发表重要成果。研究创新性采用石榴子石U-Pb（测定早期蚀变年龄）和硫化物Re-Os（限定主成矿时代）双重计时体系，结合精细的矿物共生序列分析，首次建立该矿床"四阶段"演化模型：早期钠钙交代（115.7±1.2 Ma）→矽卡岩化石榴子石→磁铁矿-阳起石组合→赤铁矿-硫化物主矿化（113-114 Ma）。关键发现是尽管La Farola以赤铁矿为主，但其成矿时代与区域内磁铁矿型IOCG完全同步，颠覆了传统认为二者代表不同成矿事件的认知。

技术方法上，研究团队通过矿区填图、钻孔岩芯观察建立构造-地层框架；运用电子探针分析矿物化学成分；采用激光剥蚀ICP-MS获取石榴子石U-Pb年龄；通过卡里乌斯管酸溶-NTIMS质谱技术测定硫化物Re-Os同位素组成；结合立体投影分析断层-脉体方位统计。

研究结果揭示四大关键发现：

1. 地层控矿特征：矿床发育于下白垩统Cha?arcillo群与Punta del Cobre组接触带，受18°NNW倾伏的层间滑脱构造控制，形成南北两个层状矿体（"manto"型），铜品位达0.57% CuT。
2. 蚀变分带规律：早期钠钙交代（钠长石-方柱石）被含少量辉石的矽卡岩化石榴子石覆盖，后续经历磁铁矿-阳起石（Ca-Fe相）、钾长石-黑云母-磁铁矿（K-Fe相）叠加，最终主矿化期赤铁矿-白云母-钾长石-方解石组合穿切所有前期蚀变。
3. 年代学突破：石榴子石U-Pb年龄115.7±1.2 Ma与硫化物Re-Os年龄113.2±2.8 Ma显示成矿系统持续<3 Myr，与区域San Gregorio岩体（115 Ma）和Los Lirios岩体（110 Ma）岩浆活动期次吻合。
4. 热梯度控矿机制：矿床所处层位较区域其他矿床高700米，低温条件（<370°C）促使磁铁矿向赤铁矿转变，黄铁矿Ni含量降低进一步佐证温度差异。

讨论部分强调，该研究首次实证同一IOCG系统中赤铁矿型与磁铁矿型矿床可同期形成，提出"垂向分带-热控相变"创新模型：深部高温区（>500°C）形成磁铁矿型IOCG，浅部低温区发育赤铁矿型矿化。区域上NNW向走滑断裂（如Ojancos Nuevo断层）作为流体通道，伴随115-110 Ma应力场转变（早期EW挤压→后期NE-SW伸展），驱动热液系统在3 Myr内完成从矽卡岩化→磁铁矿化→赤铁矿矿化的完整演化。这一认识不仅为区域找矿指明"层位+构造+蚀变"三位一体新方向，更在全球尺度完善了IOCG系统的成因理论框架，对理解热液矿床多样性具有范式意义。

值得注意的是，La Farola矿床中石榴子石交代碳酸盐岩层创造次生孔隙度的发现，突破传统IOCG"原生孔隙控矿"认知，揭示早期矽卡岩化过程对营造有利储矿空间的关键作用。该成果被国际同行评价为"连接不同IOCG类型的里程碑式工作"，其提出的热梯度控矿模型已成功指导在La Espa?ola新发现同类型矿化，展现重要实践价值。