通过磁铁矿的纹理和微量元素地球化学揭示的成矿差异：以中国东北大兴安岭南部黄岗梁Fe-Sn矿床为例

《Geochemistry》：Metallogenic differences revealed by magnetite texture and trace element geochemistry: A case study of the Huanggangliang Fe Sn deposit in the southern Great Xing'an Range, NE China

黄岗岭Fe-Sn矿床磁铁矿的矿物地球化学特征及其成矿控制因素研究。磁铁矿在花岗岩中呈散布状，局部氧化为赤铁矿。SK-I-SK-V矿区磁铁矿粒度由粗变细，Ti、V含量递减，Sn含量递增，揭示温度和氧分压梯度控制矿化分带。SK-III流体-岩石相互作用强烈，导致磁铁矿重结晶和锡、硫化物富集。磁铁矿的Al+Mn与Ti+V含量比、Mg+Al+Si含量特征及Ni/(Cr+Mn)比值均与典型矽卡岩型矿床一致，证实为岩浆-热液成因。Sn异常磁铁矿可作为隐伏锡矿勘查标志，尤其在蚀变带中具有指导意义。

　　黄冈梁铁锡矿床位于中国东北部的大兴安岭南部，是世界上典型的铁锡共生矿床之一。该矿床形成于约135百万年前，拥有丰富的铁和锡资源，其中铁储量达到180亿吨，锡储量约为0.456亿吨，锌储量约为0.116亿吨。矿床在空间分布上呈现出从西南向东北逐渐变化的特征，五个主要采矿区（SK-I至SK-V）沿这一方向排列。值得注意的是，随着空间位置从西南向东北迁移，锡矿物和金属硫化物的含量逐渐增加，而磁铁矿的粒度则逐渐减小。这种空间上的差异表明，矿床的形成过程可能受到多种地质和地球化学因素的影响。

磁铁矿在该矿床中广泛分布，主要形成于逆变质阶段和硫化阶段。在部分区域，磁铁矿作为副矿物存在于花岗岩中，呈现出细粒结构，具有均匀的纹理，并且在某些地方被氧化为赤铁矿。在SK-I和SK-II区域，中等至细粒的磁铁矿替代了石榴石等典型的矽卡岩矿物，而在SK-I区域，粗粒磁铁矿则发展出更多的碳酸盐溶解孔隙（Mt-Ib），这些孔隙中细粒锡石的生长表明了锡矿物的沉积机制。然而，这些磁铁矿几乎不含金属硫化物。相比之下，在SK-V区域，氟石、黄铁矿和磁黄铁矿围绕着磁铁矿生长，大量的石英替代了磁铁矿（Mt-Vb），并且在磁铁矿溶解孔隙中出现了细粒锡石。此外，部分磁铁矿（Mt-Vc）与闪锌矿共生，显示出不同的成矿机制。

从元素含量的角度来看，磁铁矿中钛和钒的含量随着从花岗岩向SK-I、SK-II、SK-III和SK-V的迁移而逐渐减少，而锡的含量则相应增加。这一趋势表明，磁铁矿的形成温度在不同采矿区之间存在显著差异，花岗岩中的磁铁矿形成温度较高，而SK-V区域的磁铁矿形成温度较低。这种温度变化可能是由于热液流体的冷却和化学成分的改变所致。此外，SK-III区域的磁铁矿表现出较高的镁、铝和硅含量，这可能与该区域更强烈的流体–岩石相互作用有关。因此，SK-III区域可能是锡石和金属硫化物沉积的关键区域，这为研究铁锡矿床的成因机制提供了重要的线索。

磁铁矿的矿物学特征和微量元素组成不仅反映了其形成条件，还为矿床的成因类型提供了依据。在SK-I至SK-V区域，磁铁矿的微量元素组成与典型的矽卡岩型矿床相似，尤其是在钛和钒与钙、铝和锰的比值，以及钛和钒与镍/（铬+锰）的比值方面。这种相似性支持了磁铁矿具有岩浆–热液成因的观点。然而，不同区域磁铁矿的微量元素组成差异也揭示了成矿过程中的复杂性。例如，SK-I区域的磁铁矿由于氧逸度较高，抑制了硫化物的形成，而SK-III和SK-V区域由于氧逸度较低，更有利于锡石和金属硫化物的沉积。

此外，磁铁矿的形成过程还受到流体化学成分和流体–岩石相互作用强度的影响。在SK-III区域，大量的锡石和金属硫化物替代了块状磁铁矿或针状磁铁矿，表明该区域经历了更为强烈的流体–岩石反应。这种反应不仅改变了磁铁矿的结构，还促进了锡和硫化物的富集。而在SK-V区域，磁铁矿被石英和氟石广泛替代，显示出不同的流体演化路径。这些变化可能与流体的温度、压力、氧化还原状态以及化学成分的演变密切相关。

研究还发现，黄冈梁铁锡矿床的磁铁矿在形成过程中经历了多阶段的锡循环。这种循环可能涉及从矽卡岩到热液锡石的转变，其中流体化学成分的变化和流体–岩石相互作用的增强是锡再分配的关键因素。流体沸腾和强烈的流体–岩石相互作用被认为能够促进锡在岩浆–热液流体中的富集和沉淀。这一发现对于理解铁锡矿床的成因机制具有重要意义，并为寻找隐伏的锡矿床提供了新的思路。

从矿床的成因角度来看，黄冈梁铁锡矿床可能形成于岩浆–热液作用的背景下。这种作用通常涉及岩浆侵入地壳，随后与围岩发生反应，形成一系列的矿物组合。磁铁矿作为这一过程中的重要产物，其形成和演化反映了岩浆–热液流体的化学成分和物理条件的变化。例如，SK-I区域的磁铁矿由于其较高的氧逸度，主要形成于氧化条件下，而SK-III和SK-V区域的磁铁矿则可能形成于较低的氧逸度环境，这为硫化物的沉积提供了有利条件。

研究还表明，磁铁矿的微量元素组成可以作为判断矿床成因的重要依据。例如，磁铁矿中钛和钒的含量变化可能反映了热液流体的温度和氧化还原状态的变化，而铝和锰的含量变化则可能与流体的化学成分和围岩的反应性有关。这些微量元素的分布模式不仅有助于识别矿床的成因类型，还能够揭示矿床的演化过程。通过分析磁铁矿的微量元素组成，可以进一步了解热液流体的演化路径，以及锡和硫化物的沉积机制。

此外，磁铁矿在矿床中的分布和演化也与矿床的空间结构密切相关。在SK-I至SK-V区域，磁铁矿的粒度和分布模式显示出从粗粒到细粒的变化，这种变化可能与热液流体的冷却过程和化学成分的改变有关。例如，随着热液流体的冷却，其化学成分可能发生变化，导致磁铁矿的粒度减小和分布模式的变化。同时，流体–岩石相互作用的强度也可能影响磁铁矿的形成和演化，这在SK-III区域尤为明显。

总的来说，黄冈梁铁锡矿床的研究不仅揭示了其复杂的成因机制，还为理解其他类似矿床的形成过程提供了重要的参考。磁铁矿作为矿床中的重要矿物，其形成条件、微量元素组成和空间分布模式都与矿床的成因密切相关。通过深入研究这些特征，可以进一步揭示矿床的演化历史，并为未来的矿产勘探和资源开发提供科学依据。同时，这一研究也强调了流体沸腾和强烈流体–岩石相互作用在促进锡富集和沉淀中的重要作用，这为寻找隐伏的锡矿床提供了新的思路和方法。