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王思杰,May 25, 2023
氧化铁型铜-金（Iron Oxide Copper-Gold，简称IOCG）矿床主要指铁氧化物（低钛磁铁矿和赤铁矿）含量大于20%的铜-金（或银、铌、稀土元素、铀、铋和钴）矿床。这种矿床往往富集Fe、Cu、Au和轻稀土元素，IOCG矿床往往具有巨大的矿产资源潜力，并在矿业开发中发挥着重要的作用。IOCG矿床通常出现在以下三种环境中：①板内，与非造山岩浆相关；②较年轻的大陆弧中，与中性岩浆有关；③处于褶皱和推覆带中。
热液流体的运移和反应过程在形成IOCG矿床的过程中起着关键作用。IOCG矿床系统Cu-Au矿化通常被认为是热液矿化，但关于其所含金属及其流体的来源尚无共识。例如，对Cloncurry IOCG矿床的研究为IOCG矿床系统流体来源提供了至少四种可能，包括：（1）岩浆热液流体。岩浆中含有丰富的金属元素，并在与周围岩石相互作用的过程中释放出来。岩浆热液通过岩石裂隙和断裂带向上升温，发生充填和矿化作用；（2）来自盆地沉积物中的卤水。这些卤水可以从深部地壳中溶解和吸附金属元素，并在地壳中形成矿化流体。附近的侵入体或热源提供了加热这些卤水的能量，使其上升并与围岩相互作用，形成矿床中的矿化作用；（3）沉积孔隙流体和变质流体的组合。地壳中的沉积层含有一定量的孔隙水，这些孔隙水可以溶解和吸附金属元素。当这些孔隙水与变质作用形成的流体相混合时，可能引发矿床的矿化作用。（4）其他未明确指定的流体来源，具体的细节和机制尚不清楚。
Ernest-Henry矿床是一个典型的IOCG矿床，位于澳大利亚昆士兰西北部Isa Inlier山脉东部的东南倾斜剪切元古代变火山岩中。Ernest Henry是Cloncurry区已知的最大IOCG矿床和澳大利亚第二大IOCG矿床。Ernest Henry矿床中的磁铁矿可根据不同的矿物组合类型分为三个期次，依次是biotite-magnetite (bt-mgt)、magnetite-actinolite (mgt-act)和ore stage矿物组合。此外，由于V的离子半径和Fe离子非常相近，在磁铁矿中一部分Fe原子可以被V原子替代，形成富含V的磁铁矿。Ｖ在自然界中能以多种价态形式存在（＋２、＋３、＋４、＋5 价），其存在形式和地球化学行为对环境的氧化还原条件非常敏感，理论上这种广泛的价态能够反映天然岩石所有的氧逸度 (fO2)变化。因此，V被认为是与IOCG矿床形成和矿物沉淀过程密切相关的元素之一，研究V的富集和迁移机制有助于理解矿床的形成和演化过程，为成矿流体来源提供新的见解。
本研究选取Ernest Henry矿床中不同钻孔的磁铁矿样品（1）利用X射线吸收精细结构谱（XAFS）实验，分析磁铁矿中V元素的价态；(2)利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS），分析不同期次磁铁矿中的V元素含量；(3) 利用电感耦合等离子质谱（MC-ICP-MS）对不同形成期次的磁铁矿进行高精度V同位素分析以观察不同期次样品的V同位素组成和V同位素分馏大小。测试结果发现第三期次（ore stage）磁铁矿的V同位素与第一期次形成的磁铁矿的V同位素相比偏轻；第二期次测试的样品数量较少，但δ51V值位于第一和第三期次之间，可能存在继承的关系。磁铁矿中的V同位素随着成矿期次的演化会发生分馏，结合前人发表的Ti、Fe、O同位素数据可以发现Ti同位素和Fe同位素与O同位素之间没有明显的关系，但O同位素变化趋势与V同位素相似，高温岩浆热液可能是导致不同期次磁铁矿V同位素发生分馏的原因。此外，F、Cl与V产生的配离子也会导致V同位素发生分馏（Fujii et al., 2023），因此非岩浆流体引入的F、Cl离子也可能导致V同位素发生分馏。我们的实验还发现没有证据证明V同位素的分馏与流体的氧化还原条件的改变存在相关性。
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