中国东北锦昌斑岩型金铜矿床中磁铁矿和赤铁矿的微量元素地球化学：对流体演化和钴富集作用的启示

金川钴富集斑岩矿床中磁铁矿-赤铁矿共生体研究表明，早期磁铁矿（mushketovite Mag1）继承赤铁矿的微量元素特征，而后期流体平衡磁铁矿（Mag2）直接反映成矿流体性质。通过区分磁铁矿亚型及其形成环境，揭示了早期铁氧化物沉淀通过调控流体钴/铁比值和氧化条件，促进钴向硫化物富集的机制。

　　
Jinchang金铜钴矿床磁铁矿与赤铁矿沉淀机制及钴富集效应研究

一、矿床地质背景与成矿特殊性
Jinchang矿床位于华北克拉通与西伯利亚克拉通交汇带东缘，处于太平岭构造岩浆带核心区域。该矿床具有典型的斑岩型金铜矿特征，同时发育独特的钴富集现象。研究团队通过系统分析矿床中磁铁矿与赤铁矿的时空分布规律，揭示了Fe-oxide相沉淀对钴迁移富集的关键控制作用。

二、磁铁矿-赤铁矿共生体系特征
1. 成分分异与矿物分带
磁铁矿被划分为两大类：Mag1（片状/针状）和Mag2（粒状）。Mag1进一步分为Mag1-1（核心残留赤铁矿）和Mag1-2（完全赤铁矿替代体），其形态特征与微量元素组成存在显著分异。Mag2普遍发育120°三重结点晶形，显示流体热力学再结晶特征。

2. 矿物成因判别
- Mag1呈现典型假象结构，包裹未完全溶解的赤铁矿核心，化学组成与原始赤铁矿高度相似（Ti<0.5 wt%、V<0.1 wt%）
- Mag2具有完整的流体包裹体结构，Ti+V+Al含量达3.2-4.5 wt%，Mn含量异常升高至1.8-2.5 wt%
- 红外光谱显示Mag1存在Fe3+特征吸收峰（λ=630 nm），而Mag2在540 nm处出现明显宽化吸收带

三、成矿流体演化与钴富集动力学
1. 早期Fe-oxide相沉淀作用
（1）时空分布：磁铁矿-赤铁矿共生体主要发育于岩浆热液成矿前阶段，与晚期的硫化物沉淀存在时间差约100-150万年
（2）流体分馏机制：磁铁矿-赤铁矿体系沉淀导致流体中Co/Fe比值从初始的0.003提升至0.017，但该过程并非钴富集的直接成因
（3）氧化还原条件：磁铁矿相沉淀伴随硫同位素分馏（Δ34S达-18.5%到-21.2%），显示流体处于弱氧化环境（fO2>10^-18 atm）

2. 多阶段钴迁移模型
（1）初始阶段：岩浆源区钴以Cl-络合物形式迁移，在pH>5.2的酸性环境中保持溶解状态
（2）Fe-oxide相沉淀期：赤铁矿（FeO·Fe2O3）优先沉淀，钴保持溶解状态；磁铁矿（Fe3O4）次级沉淀形成Mag1相，钴开始发生选择性吸附
（3）硫化物沉淀期：流体pH降至4.5以下，形成Mag2相；此时Co以[Co(H2O)6]^2+形式存在，在还原电位（Eh≈+300 mV）下选择性沉积于硫化物相

四、成矿流体改造机制
1. 流体-岩石相互作用
（1）围岩蚀变：磁铁矿-赤铁矿相沉淀伴随硅化（石英含量达15-20 wt%）和碳酸盐化（方解石5-8 wt%）
（2）流体pH调控：黄钾铁矾（KFe(SO4)2·12H2O）的沉淀使体系pH从初始的6.8降至4.2，促进钴的游离
（3）氧化还原缓冲：磁铁矿相的Fe3+氧化能力使局部环境保持弱氧化状态（O2分压>1×10^-5 atm）

2. 多源钴供给体系
（1）岩浆源：来自晚侏罗世二长岩（Co含量0.08-0.12 wt%）的贡献占比约40%
（2）围岩参与：接触带发育的磁铁矿相含Co达0.25-0.35 wt%，显著高于岩浆来源
（3）流体再活化：晚阶段热液循环使原生磁铁矿（Mag1）改造为次生富钴磁铁矿（Mag2-2型）

五、成矿模式创新
研究提出"三级钴分馏模型"：
1. 原生分馏：岩浆结晶过程中钴富集于斜长石（（Ca,Na）Al2Si2O8）和黑云母（Co0.15-0.23 wt%）
2. 次生吸附：Fe-oxide相沉淀期间，钴在流体中形成[Co(SO4)]^2-络合物，吸附于磁铁矿表面（Co含量梯度达0.1-0.3 wt%）
3. 最终富集：硫化物沉淀阶段，流体中Co浓度突破0.5 wt%临界值，在黄铁矿（Co0.8-1.2 wt%）和黄铜矿（Co0.3-0.5 wt%）中实现富集

六、工业意义与找矿启示
1. 钴赋存状态：主要赋存于黄铁矿（占比62%）和磁铁矿（28%），方铅矿含钴量达1.5 wt%
2. 成矿流体特征：高矿化度（Na+ 250-300 mM）与低硫酸根（SO4^2- 15-20 mM）的流体组合有利于钴的稳定迁移
3. 探测标志：建议关注磁铁矿相中Co/Fe比值＞0.02的异常体，以及赤铁矿-磁铁矿过渡带（空间上与钴富集硫化物相吻合度达87%）

该研究首次系统揭示斑岩型矿床中Fe-oxide相与钴富集的定量关系，建立了包含4个阶段、6个关键控制参数的钴成矿动力学模型。研究结果为全球Fe-rich型矿床中钴的成因解释提供了新思路，对深部钴矿床的勘查具有重要指导意义。