《Earth-Science Reviews》：Lithospheric and atmospheric state shifts controlled the global distribution of iron oxide-apatite (IOA) deposits
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严胜超|万波|约翰·马夫罗根尼斯|乌尔夫·B·安德森中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈与环境协同演化国家重点实验室，北京100029，中国摘要基律纳型铁氧化物-磷灰石（IOA）矿床含有铁（Fe）、磷（P）和稀土元素（REE）资源，形成于20多亿年的时间里，例如约18.8亿年前的
严胜超|万波|约翰·马夫罗根尼斯|乌尔夫·B·安德森
中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈与环境协同演化国家重点实验室，北京100029，中国
摘要
基律纳型铁氧化物-磷灰石（IOA）矿床含有铁（Fe）、磷（P）和稀土元素（REE）资源，形成于20多亿年的时间里，例如约18.8亿年前的基律纳矿床、约200万年前的埃尔拉科矿床以及约87万年前的韦塔斯德尔马乌莱矿床。然而，其时空分布的原因及其与地球演化的关系仍不清楚。本文整合了地质和地球化学数据，以追踪IOA形成的最佳条件。如先前研究所记录的，IOA矿床主要形成于与俯冲作用相关的伸展环境中，并有地幔物质的参与。此外，数据显示，IOA矿床的数量和产量与全球大陆弧活动的高峰期相吻合，此时生成富含氯的岩浆的可能性较高，这有利于IOA矿化；同时，大陆弧岩浆可能与地壳中的盐源发生反应，这些盐源可能与IOA矿床形成同时或更早出现。与俯冲作用相关的硅酸盐熔体及其相关的岩浆流体可能与地壳中的盐源（如岩浆盐、蒸发岩或碳酸盐）相互作用，通过增强挥发性和金属富集作用促进IOA的形成。IOA形成高峰期与大规模蒸发岩形成的同时性，以及天然IOA矿床和岩石学实验的证据，支持了岩浆-热液系统与蒸发岩反应促进IOA形成的假设。无论是先于还是同时形成的蒸发岩，都在不同的深度和岩浆-热液阶段参与了IOA的形成过程。边缘地区稍早或同时形成的蒸发岩表明可能存在温暖的气候控制因素。少数位于俯冲诱导碰撞环境中的IOA矿床扩展了IOA矿床的勘探范围，超出了与大陆岩弧同期形成的范围。因此，IOA矿床反映了地球岩石圈和大气层的长期协同演化，这两个看似不相关的领域之间的相互作用。
引言
矿床的形成发生在不同的构造和地球动力学时期，不同类型的矿床在这些时期的形成条件各不相同；理解这些条件对于重建成矿过程和指导勘探至关重要（Hofstra等人，2021年；Huston等人，2023年）。例如，斑岩铜矿床在古元古代晚期变得更加丰富，尤其是在显生宙造山带，那里富含硫酸盐的俯冲作用导致了富含硫的岩浆的生成（Richards和Mumin，2013年；Meng等人，2021年）。相比之下，基律纳型铁氧化物-磷灰石（IOA）矿床（Geijer，1931年）很少被纳入地球演化框架中进行研究。
尽管Groves等人（2010年）确定了超大陆周期内IOA-铁氧化物铜金（IOCG）矿床形成的大致条件，但自那时以来在矿床成因、构造环境和宿主矿物系统方面取得的重大进展（例如，Troll等人，2019年；Bain等人，2020年；Tornos等人，2021年；Reich等人，2022年；Pietruszka等人，2023年；Yan等人，2024年；Zhao等人，2024b年；Corriveau和Montreuil，2025年）使我们能够重新审视IOA矿床在地球演化框架下的形成机制。Richards和Mumin（2013年）还探讨了长期变化如何影响IOCG矿床的形成，提出这些矿床与斑岩铜金矿床具有共同的俯冲改造岩浆来源，并认为前寒武纪末期海洋硫酸盐和地热梯度的长期变化导致了形成条件的变化。他们关于海洋硫酸盐变化的观点（Richards和Mumin，2013年）可能有助于解释前寒武纪贫硫系统与显生宙富硫系统之间的差异，但无法解释前寒武纪至显生宙期间贫硫矿床的反复出现，例如基律纳型铁氧化物-磷灰石（IOA）矿床的反复出现（Geijer，1931年）。
本文汇编了IOA矿床的时空分布数据，结果表明几乎所有IOA矿床都形成于后太古代与俯冲作用相关的环境中（图1、图2、表1；图S1–8、表S1），这与先前的研究结果一致（Reich等人，2022年；Yan和Liu，2022年及其中的参考文献）。我们进一步比较了IOA形成的时间频率、地球的俯冲历史以及蒸发岩的形成时间，以确定这些因素是否可以在时间上与IOA矿床的形成相关联。时间上的吻合以及合理的内部成因关系，可能将与俯冲作用相关的环境和蒸发岩输入与IOA矿床形成的最佳条件联系起来。这一知识反过来可以帮助指导对关键矿物（铁、磷、稀土元素）的勘探。
章节摘录
IOA矿床及其成因模型概述
IOA矿床富含磁铁矿，同时含有不同量的磷灰石、角闪石、辉石和稀土元素（REE）矿物，还可能包含与早期、同期或后期蚀变相关的杂矿物，如富钴黄铁矿、黑云母和榍石（Harlov等人，2002年；Nabatian等人，2015年；Westhues等人，2017a年；Simon等人，2018年；Lledo等人，2020年；Peters等人，2020年；Andersson等人，2022b年；Reich等人，2022年；Yan和Liu，2022年；Tornos等人，2024年）。这些矿床的规模各不相同
IOA矿床的形成环境
据报道，IOA矿床主要形成于大陆弧环境和俯冲诱导的碰撞环境中（图2、图3）。根据构造环境以及宿主岩序列和基底岩石中是否存在蒸发岩，我们将这些环境分为四种主要的IOA形成沉积环境（表1列出了相关示例）。类型1-3的环境包括靠近俯冲带的IOA矿床（图2b），而类型4指的是那些
IOA的时空分布及其行星控制因素
在本节中，我们首先讨论了构造、岩浆和环境因素对IOA形成的控制作用，然后比较了行星演化指标与IOA形成高峰期的关系。之后，我们还探讨了这种全球尺度的时间关联是否在实际的IOA矿床分布中得到体现。
构造和地表环境的相互作用控制了IOA的形成持续时间
较长的大陆弧长度通常对应于温室气候，例如在约1亿至2亿年和约5亿至5.8亿年期间，全球大陆弧活动与温室气候事件之间的耦合（McKenzie等人，2016年；Cao等人，2017年）。这两个时期也与全球范围内大量的盆地规模蒸发岩形成相吻合（图4a），表明当时的全球地表温度相对较高。因此，除了约5亿至5.8亿年和0.1亿至0.2亿年期间
总结与启示
IOA矿床与构造-地表环境的耦合表明：更多的全球大陆弧和更多的蒸发岩增加了（1）在俯冲带生成富含氯的岩浆的可能性；（2）与俯冲作用相关的岩浆（可能富含氯）吸收盐源（如碳酸盐、蒸发岩和蒸发岩卤水，这些盐源可能与IOA矿床形成同时或更早出现），从而创造了最佳的IOA形成条件，进而形成了更多的IOA矿床；以及（3）俯冲作用较少的时期
未引用的参考文献
Mapping Initiative全球地球化学数据库，2026年
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（NSFC）42325206项目、中国科学院国家自然科学基金（NSFC）42502049项目和中国博士后科学基金会（2025M780405项目）对严胜超的支持。我们感谢Martin Reich和Michael Anenburg对手稿初稿的编辑和讨论。同时，我们也非常感谢Wenrong Cao博士帮助绘制了造山弧长度记录。我们非常感谢Louise Corriveau博士的细致审稿，她的意见对我们大有帮助
