中国东部樊场火山盆地白马山Fe-S隐爆角砾岩矿床的形成机制：对超浅层侵入成矿作用的启示

《Journal of Asian Earth Sciences》：Ore genesis of the Baimashan Fe-S crypto-explosive breccia deposit in Fanchang volcanic basin, eastern China: insights into the ultra-shallow intrusive metallogenesis

Baimashan铁硫多金属矿床位于中下扬子成矿带，属超浅 cryptoexplosive breccia型矿床，形成深度约400米。通过LA-ICP-MS分析揭示磁铁矿含Co、Ni、As等元素固溶体，黄铁矿分早（PyⅠ）晚（PyⅡ）两期，含Ag、Bi等微量元素。硫同位素显示δ3?S值差异，结合流体包裹体研究，提出矿床成因与岩浆热液混合 meteoric水有关，并建立超浅侵入体成矿模型。

　　该研究聚焦于中国东部中下扬子金属成矿带（MLYMB）内的白马山铁-硫多金属矿床，探讨其成矿机制与过程。白马山矿床属于一种特殊的超浅层隐爆角砾岩型矿床，其形成深度约为400米，是MLYMB中已知的超浅层矿床之一。这类矿床在MLYMB中具有重要的研究价值，因为它们代表了晚期中生代在浅层环境中的金属矿化现象，对于理解整个成矿带的成矿模式具有重要意义。

隐爆角砾岩型矿床通常与热液矿化密切相关，常见于铁氧化物-磷灰石（IOA）和斑岩型矿化系统中。在这些系统中，矿化深度通常在1至5公里之间，但白马山矿床的浅层特征使其成为研究的重点对象。矿床的浅层成矿过程可能受到多种因素的影响，包括岩浆热液的活动、地层流体的参与以及构造活动的控制。通过对白马山矿床的研究，科学家们能够更深入地探讨浅层成矿环境的复杂性，并为其他类似的隐爆角砾岩型矿床提供理论依据。

研究采用了一系列先进的分析技术，包括激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）进行元素点分析和成图分析，以及原位硫同位素分析。这些方法的应用有助于揭示矿床的成因及其成矿流体的演化过程。通过这些技术，研究人员发现，磁铁矿和黄铁矿中的微量元素以固溶体形式存在，但磁铁矿中还包含部分钴、镍、砷、锑、钛、锡和钨，而黄铁矿则主要包含银、铋、铊和锑。这种微量元素的分布特征反映了矿床形成过程中不同的物理化学条件和流体来源。

进一步分析表明，黄铁矿Ⅰ和黄铁矿Ⅱ在微量元素含量上存在显著差异。黄铁矿Ⅰ富含钴、镍和砷，而黄铁矿Ⅱ则表现出铜、铅、锌、银、锑和铊的富集。此外，黄铁矿Ⅰ和黄铁矿Ⅱ的钴/镍比值呈现出相似的趋势和温度范围，这表明它们在形成过程中经历了相近的温度条件。通过黄铁矿Ⅰ和黄铁矿Ⅱ的钴/镍成图图像的横截面分析，研究人员能够详细描绘黄铁矿形成过程中的温度波动，从而进一步揭示矿床的成矿机制。

硫同位素分析的结果也为矿床的成因提供了重要线索。黄铁矿Ⅰ的δ3?S值范围为+3.41‰至+5.54‰，平均为4.63‰，而黄铁矿Ⅱ的δ3?S值范围为+2.47‰至+4.50‰，平均为3.62‰。这些同位素数据表明，黄铁矿Ⅰ和黄铁矿Ⅱ可能来源于不同的流体来源，或者经历了不同的演化过程。结合区域内的夕卡岩型和斑岩型铁矿的成矿流体来源分析，研究认为白马山矿床的成矿流体主要由岩浆热液与大气水混合而成，而较少受到石膏层卤水的影响。

通过对白马山矿床的研究，科学家们构建了一个详细的成矿模型，该模型不仅解释了矿床的形成过程，还探讨了其与斑岩型铁矿在成矿特征上的差异。研究发现，超浅层侵入对磁铁矿的富集和矿化过程具有不利影响，因此合适的侵入深度被认为是形成此类矿床的关键因素。这一结论对于理解隐爆角砾岩型矿床的成矿机制以及预测类似矿床的分布具有重要的指导意义。

此外，研究还揭示了矿床中不同矿物的微量元素分布模式及其成因意义。磁铁矿中的微量元素以固溶体形式存在，而黄铁矿中的微量元素则主要以硫化物包裹体的形式出现。这种分布模式可能反映了成矿流体在不同阶段的物理化学条件变化，例如温度、压力、氧化还原状态等。通过对这些条件的综合分析，研究人员能够更全面地理解矿床的形成机制。

在区域地质背景方面，白马山矿床位于MLYMB的伏牛地区，其基底主要由中三叠纪和中侏罗纪的沉积岩组成，包括碳酸盐岩和碎屑岩。上覆的火山岩则主要属于高钾钙碱性系列或肖松石系列，显示出一种地壳-地幔混合来源的火山组合。这种地质背景为矿床的形成提供了重要的物质基础和热液来源，同时也表明该地区的成矿活动与区域构造演化密切相关。

在样品特征和采样策略方面，研究选取了两种主要矿石类型：角砾岩型和分散型。角砾岩型矿石主要分布在二长岩斑岩的最上部，而分散型矿石则以脉状充填形式出现，受放射状和张性裂隙的影响。这两种矿石类型在矿物组成上基本一致，但磁铁矿和黄铁矿的比例有所不同。磁铁矿的含量较高，而黄铁矿则相对较少，这可能与成矿流体的演化过程有关。

在方法论部分，研究采用LA-ICP-MS技术对磁铁矿和黄铁矿进行元素点分析和成图分析。由于矿物中存在发达的裂隙，分析点的选择排除了这些裂隙附近的区域，以确保数据的准确性。此外，研究还特别选择了结晶较好的黄铁矿进行原位硫同位素分析，以追踪成矿流体的来源和演化过程。这些方法的应用为矿床的成因研究提供了有力的证据。

在元素点分析结果中，研究人员发现磁铁矿中24种微量元素的含量均高于检测限，包括钠、镁、铝、硅、钙、钛、钒、铬、锰、钴、镍、铜、锌、镓、锗、锡、锑、钡、钨、铅和钍。而镧、铈和镨的含量则接近或低于检测限。这一微量元素分布特征表明，磁铁矿在成矿过程中经历了复杂的物质交换和演化过程，其成矿流体可能来源于多种来源，包括岩浆热液、大气水和可能的其他流体成分。

在磁铁矿中微量元素的分布状态分析中，研究人员发现钠、镁、铝、硅、钛、钒、锰等元素主要以固溶体形式存在，而其他元素则可能以纳米颗粒的形式包含在磁铁矿结构中。这种分布模式可能反映了成矿流体在不同阶段的物理化学条件变化，例如温度、压力和氧化还原状态等。通过这些分析，研究人员能够更全面地理解矿床的成矿机制。

在黄铁矿中微量元素的分布状态分析中，钴和镍主要替代铁，而其他微量元素如铜、铅、锌、银、锑和铊则以不同的方式参与矿化过程。这些微量元素的分布特征可能与成矿流体的来源和演化过程有关，例如流体的混合、分异以及与其他流体的相互作用。通过对这些微量元素的分析，研究人员能够进一步揭示矿床的成矿机制。

此外，研究还探讨了白马山矿床与区域内的夕卡岩型和斑岩型铁矿在成矿特征上的差异。这些差异可能与成矿流体的来源、演化过程以及成矿环境的物理化学条件有关。通过对比分析，研究人员能够更深入地理解不同成矿类型的形成机制，并为矿床的预测和勘探提供理论依据。

总的来说，白马山铁-硫多金属矿床的研究为理解隐爆角砾岩型矿床的成矿机制提供了重要的线索。通过对磁铁矿和黄铁矿的微量元素分析以及硫同位素研究，研究人员揭示了矿床的成因及其成矿流体的演化过程。这些发现不仅有助于深化对MLYMB成矿带的认识，也为类似的隐爆角砾岩型矿床的研究提供了参考。未来的研究可以进一步探讨这些矿床与其他成矿类型的相互关系，以及其在区域成矿系统中的地位和作用。