磷灰石礦床形成機制—來自包裹體的證據

Kiruna型氧化鐵磷灰石礦床（IOA）是一種以塊狀浸染型磁鐵礦磷灰石、光化巖礦體和富含鈉、鈣、鉀的蝕變組合為特徵的隱蔽性鐵礦資源。IOA礦化的形成機制是極具爭議的，提出的成因模型跨越了不同的範圍，從非巖漿熱液置換到正巖漿端。在熱液模型中，氧化鐵礦體被認為是通過流體巖石反應形成的，其中包括來自巖漿脫氣、變質變質作用或沉積源的水流體。但在熱液模型中，促進鐵遷移和觸發富鐵礦石沉積的因素尚不清楚。在正巖漿模型中，氧化鐵被認為是通過富鐵矽酸鹽巖漿的直接侵位、結晶和脫氣而形成的，或者在某些情況下來自於不溶混的Fe P熔體。然而，對於鐵磷熔體的存在和作用，人們存在著激烈的爭論。最近的一些研究認為這些液體在中心作用，而另外一些研究則認為它們不太可能存在於地殼上部的空間中。更讓人困惑的是，許多IOA礦床顯示的地質特徵似乎同時表明了熱液作用(即置換帶、角礫巖、十字形磁鐵礦脈和大量交代蝕變)和正巖漿作用(即板狀磁鐵礦+磷灰石巖脈、柱狀磁鐵礦和富鐵熔巖流和凝灰巖)。因此，最近的一些研究認為，在IOA 的生成過程中存在多種混合正巖漿熱液過程。然而，還沒有達成共識，成礦流體的性質和來源仍然是難以捉摸的。

在這裡，作者對兩個氧化鐵磷灰石礦床(內華達的布埃納維斯塔和猶他州的鐵泉)的礦化流體進行了流體包裹體研究。研究發現，這兩個體系中的包裹體既包括水滷水，也包括無處不在的富鐵碳酸鹽硫酸鹽熔體。

在這兩個體系中，與多晶包裹體同時存在的鹽水包裹體表現出複雜而不尋常的微溫度行為。在這兩種體系中，水包裹體均在+4至+12℃時呈現半透明的雙折射固體熔化，這一溫度範圍在大多數水熱環境中不典型，與碳酸鹽或硫酸鹽水合物的熔化一致。通過能量色散x射線能譜(EDS)分析破碎的含水包裹體，發現包裹體邊緣有富矽、富鐵晶體，通過樣品表面暴露的包裹體的拉曼分析，確定為石英和赤鐵礦。矽玻璃表面熱衰減和沉澱產生EDS分析表明，C、Cl、Na、Ca、Mg和S是水相流體中的主要溶質。拉曼分析證實了碳酸鹽的存在。總之，這些結果表明，水溶液中富含二氧化矽、鐵、碳酸鹽和硫(可能是硫酸鹽)。

通過拉曼光譜和EDS分析多晶包裹體，由碳酸鹽、硫酸鹽、矽酸鹽和鐵鈦氧化物組成。在任何給定的FIA中，這些相的體積比例都非常一致。在Buena Vista，每個包裹體的主要相組合為60% 65%的碳酸鹽(Mg方解石)、25% 30%的石英和5% 10%的赤鐵礦+銳鈦礦。在鐵泉中，主要成分是55% 60%的硫酸鹽(石膏、硬石膏和重晶石)，10% 20%的碳酸鹽(trona和natrite)， 10% 20%的氧化鐵(針鐵礦和赤鐵礦)和10% 25%的矽酸鹽(主要是矽灰石;圖2 e、f)。在這兩個體系中，含磁包裹體也始終含有硫酸鹽、赤鐵礦、鈦氧化物和富鈣鎂相(補充圖20)，儘管由於磁鐵礦宿主的不透明度，確切的相比率很難限制。

這些熔體在這兩種礦床的共生期內被發現，並顯示出巨大的運輸鐵元素的能力。因此，認為正巖漿流體在布埃納維斯塔和鐵泉中都發揮了成礦作用，主要成礦流體是含蒸發巖碳酸鹽巖同化和重熔形成的富鐵碳酸鹽硫酸鹽熔體。產生碳酸鹽硫酸鹽熔體的地質條件也是世界各地其他經典氧化鐵磷灰石體系的共同特徵。因此，認為碳酸鹽硫酸鹽熔融的同化、深熔和不混溶過程是形成氧化鐵磷灰石的基礎，並提供了不同地質背景下氧化鐵磷灰石體系之間的共同聯繫。