【研究亮点】谢秋红等—GCA：铁氧化物-磷灰石（IOA）矿床矿石中异常高Sc单斜辉石的成因及其对IOA铁矿成矿作用的约束

　　铁氧化物-磷灰石（IOA）矿床，又称基鲁纳型铁矿或陆相火山岩型铁矿，是全球重要的铁矿资源之一。该类矿床常与（次）火山岩密切共生，并以发育标志性“磁铁矿-磷灰石-单斜辉石/阳起石”矿石为特征。尽管前人对IOA矿床开展了大量研究工作，然而有关其矿石形成于不混溶富铁熔体、岩浆-岩浆热液过渡过程（矿物从硅酸盐岩浆中结晶成核后在热液环境中长大），还是高盐度岩浆热液（或称岩浆卤水、熔流体），长期以来并没有达成统一的认识。

　　针对上述科学问题，中国地质科学院地质研究所朱祥坤研究员团队，联合中国地质大学（北京）张招崇教授团队、美国密歇根大学Adam Simon教授与中国科学院广州地球化学研究所王煜研究员等开展了深入合作，以全球最年轻（约2Ma）、争议最大的智利El Laco IOA铁矿为研究靶区，对矿区赋矿围岩（新鲜安山岩）、高温钙碱性热液蚀变岩以及典型磁铁矿-磷灰石-单斜辉石脉状矿石中的单斜辉石开展了系统研究，并取得以下主要成果：

1. 首次揭示IOA铁矿矿石中单斜辉石异常富Sc，厘定该高Sc单斜辉石及其寄主矿石为岩浆热液成因

　　El Laco IOA铁矿磁铁矿-磷灰石-单斜辉石矿石中的单斜辉石具有明显区别于矿区围岩安山岩和高温钙碱性热液蚀变岩中单斜辉石的主量和微量元素组成（图1，2）。尤为值得注意的是，矿石中单斜辉石具有异常高的Sc含量，Sc最高可达1476 μg/g，平均值为476±666 μg/g（2SD），显著高于其它岩石中单斜辉石（安山岩中单斜辉石Sc平均含量为128±46 μg/g，钙碱性蚀变岩中单斜辉石Sc平均含量小于10 μg/g），且远超全球岩浆和热液体系中绝大多数单斜辉石（通常<300 μg/g），暗示其可能形成于特殊的流体或熔体。综合考虑全球范围内高Sc单斜辉石（Sc ≥ 300 μg/g）的来源、El Laco铁矿地质特征、以及矿石中大量氟磷灰石和富硬石膏包裹体的发育，我们提出IOA铁矿中高Sc单斜辉石及其寄主矿石可能形成于相对富S、F、P、Sc和Fe的岩浆热液，且SO42-和F-为成矿流体中Sc3+迁移和富集的关键络离子。

图1. 智利El Laco IOA铁矿矿区不同岩石中单斜辉石的成分图解.

2. 提出IOA矿床成矿过程存在多期次岩浆热液作用

　　详细的野外和镜下观察表明，El Laco磁铁矿-磷灰石-单斜辉石脉状矿石的形成晚于早期钙碱性蚀变岩（由>90%单斜辉石和0-10%磁铁矿组成），略早于或与晚期钙碱性蚀变岩（由单斜辉石和10-50%磁铁矿组成）近同时，三者均在>700℃的岩浆温度下形成。由于早期和晚期钙碱性蚀变岩为同一岩浆热液在不同演化阶段的产物，而蚀变岩与矿石中单斜辉石显著不同的地球化学特征，尤其是Sc含量的强烈对比（图1，2），表明导致矿区广泛钙碱性蚀变的蚀变流体和形成磁铁矿-磷灰石-单斜辉石矿石的成矿流体为同一岩浆体系在不同演化阶段出溶的两期次、具有不同挥发分组成的高盐度岩浆热液（岩浆卤水或熔流体）。其中蚀变流体可能为较早期从安山质熔体中出溶的贫S、F和Sc的岩浆热液，而成矿流体则为较晚期从高度演化的英安质熔体中出溶的富S、F、Sc以及Fe和P的岩浆热液。

图2. 全球范围内岩浆和热液体系中单斜辉石Sc vs. Mg# (A)和Sc vs. δEu (B)图解。本文报道数据之外的其它数据主要源自GEOROC（2024），详细数据及来源见论文附件.

3. 提出IOA铁矿具有富集关键金属钪的重要潜力

　　为验证Sc的富集在IOA铁矿磁铁矿-磷灰石矿石中是否具有普遍性，对我国宁芜盆地凹山IOA铁矿中磁铁矿-磷灰石-阳起石矿石进行了矿物成分分析，结果显示：阳起石具有较高Sc含量，最高可达268 μg/g。结合IOA铁矿典型矿石中透辉石和阳起石的普遍发育以及局部高比例出现，预测IOA铁矿不仅蕴含大量Fe、P、REE、V和Co等资源，还可能成为战略性关键金属钪的潜在勘探目标。

　　本研究通过对IOA铁矿不同样品中单斜辉石开展系统的矿物学和地球化学研究，查明了IOA铁矿单斜辉石具有异常富集Sc的特征，厘定了IOA矿床高盐度岩浆热液来源，强调了SO42-和F-在矿石形成以及Sc迁移和富集中的关键作用，提出IOA矿床成矿过程存在多期次岩浆热液作用，这为IOA矿床可能具有蕴含大量关键金属钪资源的重要潜力提供了重要依据。

　　本研究得到国家重点研发计划（2022YFC2903700）、国家自然科学基金项目（42472137）和中国地质科学院基本科研业务费项目（JKYZD202403、JKYZD202311）等联合资助。研究成果发表在国际地球化学权威期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上。

论文信息：

Xie, Q.H.*, Zhang, Z.C., Simon, A., Campos, E., Hou, T., Zhu, X.K., Wang, Y., 2026. Genesis of exceptionally scandium-rich clinopyroxene in magnetite ore at El Laco: Implications for the formation of iron oxide-apatite (IOA) deposits. Geochimica et Cosmochimica Acta, 420, 175-189.

　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.04.003.