近年来，许多国家相继将钒和钛列为其战略性关键金属。岩浆型钒钛磁铁矿矿床是世界上最重要的钒和钛来源，其在成因上与镁铁质–超镁铁质岩体有关。我国约90%的钛储量和63%的钒储量来源于攀枝花–西昌(攀西)地区的几个镁铁质-超镁铁质岩体中的钒钛磁铁矿矿床 (Song et al., 2018)。这些含矿岩体是峨眉山大火成岩省(ELIP)的一部分，与峨眉山地幔柱具有密切的成因联系（Chung and Jahn，1995；Xu et al.，2001；Zhong et al.，2002；Zhou et al.，2002）。关于钒钛磁铁矿矿床成因机制主要存在两种观点：(1) 结晶分异(Pang et al., 2008a; Shellnutt et al., 2011; Bai et al., 2012; Zhang et al., 2012; Song et al., 2013)；(2) 液态不混溶(Zhou et al., 2005, 2013; Liu et al., 2016; Wang et al., 2018)。然而从全球来看，无论镁铁质–超镁铁质层状岩体是否形成钒钛磁铁矿矿床，硅酸盐液态不混溶和结晶分异都被认为是形成岩体的常见过程 (例如Bushveld杂岩和Skaergaard侵入体）。显然，除了这些过程之外，还需要一种特别有效的富集机制来解释如何在这些侵入体中产生如此厚的钒钛磁铁矿矿层。

通过对攀西地区红格钒钛磁铁矿矿床的详细研究发现，红格岩体Fe–Ti–V氧化物的加权平均含量为35% (图1)，是世界其他著名层状岩体的近2

(Yuan et al., 2017; Karinen et al., 2015; Tegner et al., 2009; Thy et al., 2009)，同时也是实验测定的钒钛磁铁矿在铁玄武质岩浆中结晶比例的2

(Thy and Lofgren, 1994; Toplis and Carroll, 1995; Botcharnikov et al., 2008)。然而红格岩体中钒钛磁铁矿中V含量保持相对稳定，表明在结晶分异过程中，钒钛磁铁矿的结晶比例介于10%–20%之间(图1E)，与铁玄武质岩浆结晶实验测定的比例一致。

图1. A-B：红格侵入体、Bushveld杂岩体上部带及Skaergaard侵入体中Fe–Ti–V氧化物含量和磁铁矿中的V含量。C-D：红格岩体和Bushveld杂岩体上部带磁铁矿和全岩中的V含量。E：不同比例的Fe–Ti–V氧化物（钛磁铁矿/钛铁矿=4:1）结晶导致熔体中V的变化趋势。

红格岩体的总体成分相对玄武质母岩浆显著高MgO、FeO_T、TiO2，低SiO₂, 并亏损不相容元素(表1)。这种成分的不一致性表明存在一个开放的岩浆系统，其中并非所有参与这些侵入体形成的岩浆/矿物都被保留下来。

表1. 红格钒钛磁铁矿矿床质量平衡计算

红格岩体上覆玄武岩中的单斜辉石斑晶含有Fe–Ti–V氧化物包裹体，与红格岩体中单斜辉石特征一致 (图2)。这表明单斜辉石斑晶是在地壳岩浆房中与Fe–Ti–V氧化物共同结晶并被携带到地表，而密度重的Fe–Ti–V氧化物则被留在岩浆房中。这与成矿岩体远高于共结比例(10-20%)的Fe–Ti–V氧化物含量(35%)相耦合。质量平衡计算结果显示，红格岩体总体成分扣除一半的氧化物或加入一倍的硅酸盐矿物斑晶都能恢复其玄武质母岩浆成分(表1)。

图2. A-B. 块状矿石与浸染状矿石中单斜辉石含Fe–Ti–V氧化物包裹体；C.上覆含单斜辉石的玄武岩。D-E. 玄武岩中含有Fe–Ti–V氧化物包裹体的单斜辉石斑晶

在此基础上建立了钒钛磁铁矿的岩浆通道富集成矿机制 (图3)：含矿岩体是上覆玄武岩的岩浆通道，多期岩浆周期性通过岩浆房；高氧逸度导致硅酸盐与Fe–Ti–V氧化物在岩浆房中共同结晶；密度较轻的硅酸盐矿物随岩浆转移至地表形成上覆斑状玄武岩；岩浆房剩余大量Fe–Ti–V氧化物，形成含有高比例Fe–Ti–V氧化物的成矿岩体。该过程是增加层状岩体中氧化物矿物比例的关键，从而将ELIP小型侵入体中的低Fe–Ti–V氧化物岩石升级为世界级的Fe–Ti–V氧化物矿床。这意味着岩浆通道型开放系统形成的镁铁–超镁铁岩体是大型高品位钒钛磁铁矿矿床的良好勘探目标。

图3. 岩浆通道中通过去除共结硅酸盐矿物富集Fe–Ti–V氧化物的示意模型

该研究成果发表在国际矿床学期刊Economic Geology上。研究成果受到国家重点研发计划(2016YFC0600405)、国家自然科学基金(41425011, 41873055)和中国科学院青年创新促进会（2019391）的联合资助。

论文信息：Bai, Z.-J., Zhong, H., Hu, R.-Z., Zhu, W.-G., 2020. World-Class Fe-Ti-V Oxide Deposits Formed in Feeder Conduits by Removing Cotectic Silicates. Economic Geology. doi:10.5382/econgeo.4805。