遼寧弓長嶺鐵礦床蝕變圍巖中石榴石LA-ICP-MS 面掃描分析及元素分布特征

何旭科，欒燕,2,3*，孫曉輝,2,3，陳煒，牛澳斌，高隆強

（1. 長安大學地球科學與資源學院，陜西 西安 710054； 2. 西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710054； 3. 西安市關鍵金屬成礦與高效利用重點實驗室，陜西 西安 710054）

近年來，隨著微區原位分析技術的不斷進步，特別是激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀（LA-ICPMS）等儀器的研發和聯機使用，使得礦物元素的分析從全巖濕化學分析發展至微區原位點分析[1-5]，以及面掃描成像（Mapping）[6-8]。礦物主微量元素組成的空間分布特征是判斷礦物生長過程的關鍵要素，然而大多數常用的微區原位分析技術包括電子探針（EPMA）、掃描電子顯微鏡（SEM）等，無法滿足礦物微量元素面掃描的要求，或空間分辨率不高，或靈敏度太低，無法精細刻畫礦物中微量元素的空間分布特征。LA-ICP-MS 分析技術具有樣品制作流程簡單、空間分辨率較高（5~10μm）、靈敏度高、檢測限低（可低至10?9水平）、儀器分析成本低、分析時間短、多元素（7Li 至238U）表面分析（＜5μm）等優勢[2-3,6-7]，能滿足對礦物微區原位微量元素的快速分析，不僅能進行單點的微區原位分析測試，還可以開展二維或者三維的元素或同位素組成的面掃描。

對于具有環帶結構的礦物，EPMA 和LA-ICPMS 點分析無法精確、全面地展示環帶及元素的組合分布特征，尤其是突變環帶發生變化的部位，若點分析的束斑位于環帶突變處，得到的元素含量將是兩個環帶的混合信息，或者由于點分析的間距過大而錯過較窄的環帶，這極大地限制了對熱液流體演化過程的精細刻畫。LA-ICP-MS 面掃描分析技術不僅可以精確、全面地顯示微量元素在礦物中的組合和分布特征，同時還可以解釋不同元素在礦物結晶時的耦合關系并解析其地質意義，從而反演成礦流體演化過程、示蹤成礦物質來源、約束礦床成因[9-11]。例如，Godet 等[10]對加拿大古元古代新魁北克造山帶角閃巖相片巖中的石榴石開展EPMA 和LA-ICPMS 面掃描分析，結果顯示其主量元素分布較為均一，而微量元素具有同心生長環帶，推測石榴石是在動態和快速的生長條件下形成的，并限定了石榴石不同生長階段的溫壓（P-T）條件。Li 等[11]對云南北衙Fe-Au 矽卡巖型礦床中磁鐵礦和石榴石的微量元素開展了LA-ICP-MS 面掃描分析，揭示礦床形成過程中存在多期次熱液活動，且早期石榴石結晶導致從晚期熱液中形成的磁鐵礦虧損Mg、Al、Si、Ca、Mn、Sr 及REEs 等元素。近年來，LA-ICP-MS 面掃描分析技術的應用研究已拓展到不同類型成礦系統（如矽卡巖型礦床、熱液礦床等）以及不同礦物（包括石榴石、磁鐵礦、黃鐵礦等）[6-11]，成為揭示礦床成因、精細刻畫成礦流體演化過程和P-T條件的有效手段。

遼寧弓長嶺鐵礦床位于華北克拉通北東部，為一個大型沉積變質型鐵礦床。沉積變質型鐵礦床是由早前寒武紀條帶狀鐵建造（Banded Iron Formation，簡稱BIF）發育形成的，與國外主要為BIF 后期風化淋濾形成赤鐵礦富礦石顯著不同，弓長嶺鐵礦床BIF 經后期強烈疊加改造作用，形成了大規模的磁鐵礦富礦石[12-13]。弓長嶺鐵礦床二礦區是鞍山—本溪地區（簡稱“鞍本”）最大且最為典型的富鐵礦床，但關于磁鐵礦富礦石成因還存在爭議。目前，越來越多的證據表明磁鐵礦富礦石的形成與后期熱液改造有關，但關于熱液的性質存在混合巖化熱液和變質熱液兩種不同的認識[14-18]。弓長嶺二礦區磁鐵礦富礦石的圍巖蝕變強烈，其中石榴石發育，前人通過EPMA 和LA-ICP-MS 點分析確定了弓長嶺二礦區蝕變圍巖中石榴石的端元組分以鐵鋁榴石為主，并具有環帶特征，為熱液交代成因，與富鐵礦體形成密切相關[18-21]。然而，前人運用EPMA 和LA-ICP-MS點分析尚未準確揭示環帶的具體位置和寬度變化等信息[18,21]，導致無法深入探討熱液流體演化過程。因此，本文利用LA-ICP-MS 對遼寧弓長嶺磁鐵礦富礦石蝕變圍巖中的石榴石進行面掃描分析，直觀細致地研究其元素組合分布及環帶特征，精細刻畫石榴石形成過程中壓力、溫度及氧逸度（P-T-fO2）的變化，進而探討弓長嶺磁鐵礦富礦石的成因。

1 礦床地質特征

中國條帶狀鐵建造主要產于華北克拉通，形成時代以新太古代為主，且礦體多經歷強烈變質變形[22-23]。華北克拉通基底可劃分為東部陸塊、西部陸塊及中部帶，其中東部陸塊內部存在一條古元古代活動帶，即膠—遼—吉帶[24-25]（圖1a）。遼寧鞍本地區位于華北克拉通東部陸塊膠—遼—吉帶附近（圖1a），是中國重要的鐵礦石資源基地，根據條帶狀鐵建造在該區的空間分布特征，將其劃分為4 個礦集區：鞍山礦集區、弓長嶺礦集區、南芬礦集區、歪頭山礦集區[26]。弓長嶺鐵礦床位于遼寧省遼陽市弓長嶺礦集區，分為一礦區、二礦區、三礦區和老嶺—八盤嶺4 個礦區。弓長嶺鐵礦床二礦區已累計查明資源總儲量9.46 億噸，其中貧鐵礦石7.82 億噸，富礦石1.64 億噸[16-17]，該礦區處于偏嶺斷裂與寒嶺斷裂之間，出露地層主要為太古宇鞍山群表殼巖及第四系（圖1b）。鞍山群與成礦作用有關，主要由低角閃巖相區域變質巖組成，以大的殘留體賦存于大片混合巖及混合花崗巖中，其變質巖系自下而上可分為：底部角閃巖及片巖，中部變粒巖，上部斜長角閃巖、蝕變巖和硅質巖層（圖1c）。弓長嶺鐵礦床二礦區有Fe1、Fe2、Fe3、Fe4、Fe5、Fe6六個主要鐵礦層，礦體多呈似層狀、透鏡狀分布。第一層（Fe1）和第二層（Fe2）鐵礦體主要賦存于底部角閃巖及片巖中，主要由含陽起石、鐵閃石的條帶狀鐵礦組成；第三層（Fe3）鐵礦體主要賦存于中部變粒巖中；第四層（Fe4）、第五層（Fe5）和第六層（Fe6）鐵礦體主要賦存于上部斜長角閃巖和蝕變巖中，其中Fe6是主要的富鐵礦層位，與蝕變巖密切共生[20,27]（圖1c）。礦區花崗巖類發育，按照形成時代分為2 期：一類是年齡約2.9~3.0Ga 的弓長嶺片麻狀花崗巖；另一類是年齡約2.5Ga 的花崗質巖石，有鉀質花崗巖和鈉質花崗巖之分[28-29]（圖1a）。

礦石按品位分為貧鐵礦石（TFe＝20%~50%）和富鐵礦石（TFe＞50%）。貧鐵礦石（即條帶狀鐵建造，BIF）主要由磁鐵礦和石英組成，含有少量的黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦，呈條帶狀構造。富鐵礦石主要由磁鐵礦組成，石英含量低，以塊狀構造為主。礦區內斷裂構造發育，斷裂規模大、延伸遠，主要分為走向斷層和橫向斷層，走向斷層多為逆斷層，形成時代較老，是富礦體的主要成礦斷層；橫向斷層形成時代較新，對礦床具有破壞作用（圖1b）。走向斷層為熱液運移、圍巖蝕變及礦床富集提供了良好的地質條件[15,30]，弓長嶺二礦區富礦體及其蝕變圍巖關系密切，常見蝕變圍巖夾在富礦體之間或者分布在富礦體兩側，且二者產狀明顯受斷層控制。在富礦體與蝕變圍巖的接觸帶上，靠近富礦體的蝕變更為明顯，石榴石分布更為集中；而遠離富礦體的圍巖蝕變減弱，石榴石含量也相應減少。近礦圍巖蝕變自富礦體向外呈帶狀分布，依次為鎂鐵閃石化、石榴石化、綠泥石化，形成了含磁鐵礦的陽起石巖、石榴石巖、石榴石綠泥石巖以及綠泥石巖等蝕變巖[20,30]（圖1c）。圍巖蝕變強度與富鐵礦的發育程度呈正相關關系，即圍巖蝕變越強烈、石榴石含量越高、蝕變帶厚度越大之處，富鐵礦體的規模越大，礦石品位也越高[15,30-32]。

2 實驗部分

2.1 實驗樣品

此次樣品采自弓長嶺鐵礦床二礦區井下280m處（圖1c），為第六層鐵礦（Fe6）磁鐵礦富礦石的近礦蝕變圍巖。所采樣品為石榴石綠泥石巖（圖2a），主要由石榴石（~40%）和綠泥石（~50%）組成，且含有少量磁鐵礦、黑云母等，其中可見結晶粗大的石榴石顆粒（部分粒徑可達2cm）。變質作用過程中的元素擴散可能對不同粒徑石榴石中的元素具有不同程度的改造。為準確獲得弓長嶺石榴石元素分布特征，本文從石榴石綠泥石巖中選擇兩顆大小不同的石榴石（Grt-1 和Grt-2）開展LA-ICP-MS 面掃描分析。

圖2 弓長嶺二礦區石榴石綠泥石巖及石榴石Fig. 2 Garnet-chlorite rock and garnet of the Gongchangling No.2 mining area. (a) Hand specimens of garnet-chlorite rock; (b) and (c)Crystal particles and probe slice of Grt-1 garnet, respectively; (d) Probe slice of Grt-2 garnet. Grt—garnet; Chl—chlorite;Mt—magnetite.

厘米級石榴石Grt-1 是從石榴石綠泥石巖中取出的完整顆粒，并將其制備探針片，其粒徑約為1.5cm×1.5cm，自形程度好，具完好的菱形十二面體晶形（圖2b），巖相學觀察顯示該石榴石裂理發育，其中含有大小不一、分布不均的綠泥石和磁鐵礦包裹體（圖2c）。次厘米級石榴石Grt-2 是探針片原位上的顆粒，其粒徑約為0.6cm×0.7cm，同樣裂理發育，并包裹磁鐵礦和綠泥石包裹體（圖2d）。石榴石探針片巖相學觀察未見環帶特征，對于Grt-1 石榴石，前人采用EPMA 點分析顯示其具有環帶特征[21]，因此對蝕變圍巖中的石榴石Grt-1 和Grt-2 開展詳細的LA-ICP-MS 面掃描分析，研究其元素組合及分布特征。

2.2 實驗方法

石榴石LA-ICP-MS 面掃描分析測試及數據處理均在長安大學成礦作用及其動力學實驗室完成。進行面掃描分析之前用酒精擦拭石榴石表面，以去除可能的污染。該實驗室配置有美國Agilent 公司7700X 型四極桿電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）以及Photo Machines 公司的Analyte Excite 193nm氣態準分子激光剝蝕系統。實驗過程中首先采用溶液霧化方式，通過改變不同的參數，以代表全質量范圍的調諧液，即包含1ng/g 的Li、Y 和Tl 調諧液進行調試，使之信號最大而變異系數最小。然后連接激光剝蝕系統，切換到固體進樣，剝蝕NIST610 玻璃標樣再次進行調節，獲得LA-ICP-MS 最佳優化參數（表1）。激光面掃描采用線掃描方式進行，每條線平行且線寬與激光剝蝕束斑大小一致，剝蝕束斑選擇正方形以避免樣品被重復剝蝕。線掃描分析參數與點剝蝕分析參數基本一致，但根據礦物種類、剝蝕樣品大小等調節激光束斑大小、剝蝕頻率以及樣品臺移動速度等，一般將實驗時間控制在4h 以內。

表1 LA-ICP-MS 工作參數Table 1 LA-ICP-MS operation conditions.

LA-ICP-MS 面掃描分析具體工作參數見表1。

為獲得較高數據計數和較好的分辨率，本實驗室線掃描激光剝蝕束斑一般為 20~150μm，樣品移動速度為20~150μm/s（與激光束斑大小一致），剝蝕頻率為10~20Hz，激光剝蝕能量為5.9J/cm2。每條線掃描剝蝕前和結束后分別采集10s 和20s 的背景信號。待測樣品開始和結束時分別對外標樣品NIST610 進行兩次線掃描，標樣的剝蝕條件與樣品的剝蝕條件保持一致。

本次實驗分析根據石榴石顆粒大小，選擇不同的分析束斑。Grt-1 顆粒較大（約1.5cm×1.5cm），選用了較大的150μm 的正方形束斑，掃描速度為150μm/s，一條線的掃描時間約為130s（10s 背景+100s 樣品+20s 背景），面掃描總時長大約3.5h。Grt-2 顆粒較?。s0.6cm×0.7cm），選用80μm 的正方形束斑和80μm/s 掃描速度，一條線的掃描時間約為103s（10s 背景+73s 樣品+20s 背景），面掃描總時長約為2.5h。

分析過程中選擇的元素/同位素主要有：7Li、9Be、11B、23Na、25Mg、27Al、29Si、31P、39K、42Ca、45Sc、49Ti、51V、52Cr、55Mn、57Fe、59Co、60Ni、65Cu、66Zn、71Ga、85Rb、88Sr、89Y、90Zr、93Nb、95Mo、118Sn、133Cs、137Ba、139La、140Ce、141Pr、143Nd、147Sm、151Eu、155Gd、159Tb、163Dy、165Ho、166Er、169Tm、173Yb、175Lu、179Hf、181Ta、182W、202Hg、208Pb、232Th、238U。ICP-MS 數據選用一個質量峰采集一點的跳峰方式，每個元素單點停留時間設定為6ms，所有元素的測試時間為0.4022s。

LA-ICP-MS 面掃描獲得大量復雜的數據結果，需要合適的數據處理軟件進行處理和校正。本實驗室LA-ICP-MS 面掃描數據處理采用Iolite 軟件（https: //iolite-software.com/），整個分析過程中儀器信號漂移、背景扣除、數據成像等均由Iolite 軟件完成。數據處理過程使用NIST610 作外標，對儀器信號漂移進行校正；面掃描時間一般控制在4h 左右，儀器的漂移較小或者標樣間信號漂移為線性漂移。Grt-1 石榴石面掃描過程中首尾插入的NIST610 標樣的238U 信號分別為~8.78×106cps 和~8.35×106cps，亦說明儀器信號漂移對數據造成的影響較小。弓長嶺石榴石中綠泥石和磁鐵礦包裹體較多（圖2c），因此本次實驗使用無內標法對數據進行校正，獲得半定量的分析結果，并以顏色明暗示意元素含量的相對高低（圖3、圖4）。

圖4 弓長嶺蝕變圍巖中樣品Grt-2 石榴石主量元素（a~c）和微量元素（d~j）含量分布圖Fig. 4 Major elements (a-c) and trace elements (d-j) mappings of the garnet (sample Grt-2) in the Gongchangling altered wall-rock.

3 結果

3.1 弓長嶺Grt-1 石榴石主量和微量元素分布特征

LA-ICP-MS 面掃描分析結果顯示，弓長嶺蝕變圍巖中厘米級石榴石Grt-1 主量元素從核部至邊部的分布特征可分為三類：①主量元素Si、Al、Fe 等成分較為均一，未顯示環帶特征（圖3 中a~c）；②主量元素Mg 從核部至邊部呈單調升高的趨勢（圖3d），而Mn 元素從核部至邊部總體呈單調降低的趨勢（圖3e）；③主量元素Ca 的分布較為復雜，從核部至邊部總體顯示先升高再降低的趨勢（圖3f）。

對于微量和稀土元素，Grt-1 石榴石Li、Sc 和V 等微量元素顯示從核部至邊部單調降低的趨勢（圖3 中g~i），與主量元素Mn 的變化趨勢基本一致，屬于勻變連續型環帶，其形成受平衡生長控制。石榴石一般富集重稀土元素[33]，弓長嶺Grt-1 石榴石從輕稀土到重稀土元素，其環帶特征趨于明顯（圖3 中j~x）。根據元素分布特征，Grt-1 石榴石的稀土元素可分為三類：①La、Ce、Pr、Nd 等輕稀土元素含量較低，面掃描結果顯示其均勻分布，未見環帶特征（圖3 中j~m）；②Eu 元素顯示從核部至邊部單調降低的趨勢（圖3o），與Mn、Li、Sc 以及V 等元素的變化特征一致（圖3 中e，g~i）；③Sm 與Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 等重稀土元素以及Y 元素分布特征一致，從核部至邊部總體顯示先升高再降低的趨勢（圖3 中n，p~x）。石榴石的δEu 值變化規律與重稀土元素和Y 元素相反，從核部至邊部顯示先減小再增大的變化趨勢（圖3 中y）。

3.2 弓長嶺Grt-2 石榴石主量和微量元素分布特征

LA-ICP-MS 面掃描分析結果顯示， 弓長嶺次厘米級石榴石Grt-2 主量元素Mg 和Mn 分布趨于均一化，基本無環帶（圖4 中a,b）；Ca 元素含量從核部至邊部具有降低的趨勢，變化規律較為簡單（圖4c）。此外，該樣品微量元素Sc 在核部含量較高，邊部含量較低，且含量變化較為突然（圖4d）；其V 元素分布趨于均一化，未顯示明顯環帶特征（圖4e）。對于稀土元素，Grt-2 石榴石中僅Sm、Eu、Gd 和Tb 等中稀土元素在顆粒邊部顯示一含量較高的突變環帶，而其他稀土元素和Y 元素分布均勻，未見環帶特征（圖4 中f~j）。

由LA-ICP-MS 面掃描結果可知，弓長嶺兩顆石榴石的分布特征明顯不同，Grt-1 石榴石大部分元素具有明顯環帶，且元素含量具有連續變化的特征，屬于勻變連續型環帶；Grt-2 石榴石大部分元素不具環帶特征，而Sm、Eu、Gd 和Tb 等中稀土元素在顆粒邊部顯示的環帶具有突變型環帶的特征。

4 討論

4.1 弓長嶺石榴石元素分布特征的差異性及其機理分析

石榴石可以在不同溫壓條件下結晶，其Ca、Mn、Mg、Fe 元素是記錄變質溫壓條件的重要信息載體[34-35]。在石榴子石生長的溫壓范圍內，Ca、Mn、Mg、Fe 等元素環帶可以發生擴散改造，改造的程度取決于經歷的P-T條件和持續時間[36]。利用石榴石LA-ICP-MS 面掃描結果反演其形成過程，首先要判斷石榴石環帶是否屬于元素生長環帶。前人研究表明，在進變質作用過程中，當峰期溫度小于600℃時，石榴石Mg、Mn、Ca 擴散較慢，即使進變質持續時間較長（＞30Ma)，厘米級的石榴石仍然可以保留其進變質生長環帶；當溫度超過650℃時，并且持續時間足夠長時，石榴石中主量元素環帶很容易受到熱擴散影響而被改造甚至均一化，而稀土元素和高場強元素由于具有較大的離子半徑，熱擴散作用對其影響不大，環帶可以得到很好的保存[7,37-40]。尤其是Y元素，其具有較高的封閉溫度，在石榴石經歷進變質作用過程中更能保持其原始的環帶特征，具有重要的成因指示意義[40-43]。

弓長嶺遠礦未蝕變圍巖斜長角閃巖中的斜長石-角閃石溫度計獲得其峰期變質溫度約為567±25℃[21]，說明弓長嶺厘米級石榴石可以保留元素生長環帶。弓長嶺蝕變圍巖中Grt-1（粒徑約1.5cm×1.5cm）和Grt-2（粒徑約0.6cm×0.7cm）兩顆石榴石的大小、自形程度均不同，LA-ICP-MS 面掃描結果顯示兩顆石榴石具有不同的元素分布及組合特征，其環帶也明顯不同（圖3、圖4）。Grt-1 石榴石的Mg、Mn、Ca、Li、Sc、V、重稀土和Y 元素等均具有明顯的環帶特征，且重稀土和Y 元素分布特征一致（圖3），說明Grt-1 石榴石保留了各元素的生長環帶特征。與Grt-1石榴石相比，Grt-2 石榴石僅Ca、Sc 以及Sm、Eu、Gd、Tb 等元素具有一定環帶特征，其他元素未顯示明顯環帶特征，表明Grt-2 石榴石因為顆粒較小，其元素環帶被改造而逐漸均一化，且不同元素被改造的程度存在差異。Grt-2 石榴石中Sm、Eu、Gd、Tb等中稀土元素在顆粒邊部顯示的突變環帶也是變質作用過程中存在元素擴散的證明[40-41]。因此，結合兩顆石榴石顆粒大小、自形程度以及元素環帶特征，認為弓長嶺厘米級石榴石Grt-1 元素分布及組合特征未被改造，其成分環帶研究為反演流體演化過程提供了有利依據，而次厘米級石榴石Grt-2 由于受到元素擴散的影響而未能保留元素生長環帶。因此，下文討論以Grt-1 石榴石的元素分布特征為主，并通過其元素環帶特征反演熱液流體的P-T-fO2變化，進而深入探討弓長嶺富鐵礦的成因。

4.2 弓長嶺石榴石元素環帶特征的指示意義

石榴石成分環帶與其形成環境密切相關，如生長環境、變質作用、后期改造等，其成分環帶可分為：①勻變連續型環帶，主要受平衡生長控制；②突變型和脈沖型環帶，主要與變質期次/變質反應、元素擴散/離子交換反應等有關[40-41]。弓長嶺厘米級石榴石從核部到邊部，Mg 含量逐漸升高，Mn 含量逐漸降低，屬于勻變連續型環帶，表明其主要受單期次熱液影響，熱液溫度逐漸升高。此外，石榴石Ca 含量從核部至邊部顯示先升高后降低的特征，指示石榴石在形成過程中壓力先升高后降低[44-45]，其幔部壓力最大。以上Mg、Mn 以及Ca 等主量元素的環帶特征均指示了弓長嶺石榴石形成于大陸碰撞造山帶的進變質作用過程中。

稀土元素主要通過REE3+形式類質同象替換石榴石中與其離子半徑相近的Ca2+、Fe2+、Mg2+和Mn2+等二價陽離子。 稀土元素在熱液流體中一般為正三價離子，但Eu 是變價元素，在氧化條件下，Eu主要以Eu3+形式存在，Eu 相對相鄰元素不出現異常；在還原條件下，Eu 主要以 Eu2+形式存在，Eu 相對相鄰元素出現虧損, 并且其虧損程度受體系氧化還原程度控制。因此，氧逸度（fO2）的降低會導致熱液流體中的 Eu3+降低，類質同象進入石榴石中的Eu 元素也會相對減少，從而導致δEu 值降低。弓長嶺蝕變圍巖中石榴石的δEu 值從核部至幔部減小，但從幔部至邊部增大（圖3y），指示變質熱液流體的氧逸度先降低再升高。由于大陸碰撞造山過程中，隨著俯沖深度的增加，熱液流體氧逸度總體也會隨之降低[46-47]。因此，該石榴石的δEu 值記錄的變質熱液流體氧逸度先減小再增大的特征，也說明俯沖深度先增加再減小。如前所述，石榴石Ca 含量變化指示形成過程中壓力先增大再降低，幔部壓力最大，這與石榴石δEu 值指示的俯沖深度和壓力變化相一致。同時，重稀土及Y 元素具有與主量元素Ca 一致的變化特征，均顯示從核部至邊部先升高再降低的趨勢（圖3 中f、p~x），而石榴石的Ca 含量主要受壓力影響[44]。因此，推測石榴石中重稀土及Y 元素的分布也主要受壓力控制，這與石榴石中稀土元素的分配系數主要受壓力影響的認識相一致[48]。

4.3 弓長嶺石榴石LA-ICP-MS 面掃描結果對富鐵礦成因的指示意義

目前對于弓長嶺鐵礦床二礦區磁鐵礦富礦石成因主要有三種不同觀點：①原始沉積形成；②原始沉積的菱鐵礦在變質作用過程中分解，形成含石墨的磁鐵礦富礦石；③磁鐵石英巖貧礦（BIF）經后期熱液改造形成富礦石，但關于熱液的性質存在其為混合巖化熱液和變質熱液兩種不同認識[14-18]。野外地質觀察表明，弓長嶺二礦區內斷裂構造發育，富礦石及其蝕變圍巖的分布明顯受斷裂構造控制，且圍巖蝕變規模與富礦石規模呈正相關關系，表明磁鐵礦富礦石及蝕變圍巖的形成均與熱液關系密切[30]。

前人對弓長嶺二礦區鐵礦床的定年結果顯示，弓長嶺貧鐵礦石（BIF）形成于晚太古代末期（2.53~2.55Ga）[22,49-50]，磁鐵礦富礦石形成于早元古代晚期（約1.85Ga）[16,51]，混合花崗巖形成于晚太古代—早元古代（約2.48Ga）[18,52]，而蝕變圍巖中石榴石的Sm-Nd 同位素定年顯示其形成于早元古代晚期（約1.8~1.9Ga）[18]?？梢?，磁鐵礦富礦石的形成時代與石榴石限定的變質作用時代在誤差范圍內一致，表明富鐵礦的形成與變質熱液關系密切。因此，蝕變圍巖中石榴石的成因研究對探討磁鐵礦富礦石的形成過程具有重要意義。石榴石LA-ICP-MS 面掃描結果指示，磁鐵礦富礦石的形成受單期次變質熱液影響，變質熱液流體的P-T-fO2不斷變化，其溫度持續升高，壓力先增大再減小，氧逸度先降低再升高。

在早元古代晚期（2.0~1.88Ga），狼林地塊和龍崗地塊碰撞形成膠—遼—吉造山帶[53-54]，而鞍本地區處在膠—遼—吉帶。如前所述，弓長嶺富礦體蝕變圍巖中石榴石Mg 和Mn 的環帶特征均指示其形成于大陸碰撞造山帶的進變質作用過程中。因此結合前人研究推測，鞍本地區弓長嶺礦區BIF（貧鐵礦）在早元古代晚期經歷大陸碰撞造山的進變質作用，在該過程中形成的變質熱液沿斷層運移，導致斷層兩側的貧鐵礦和圍巖被改造，其中貧鐵礦石發生去硅存鐵作用，形成富鐵礦石，而遷出的硅質交代圍巖使其發生鎂鐵閃石化、石榴石化、綠泥石化等，從而形成與富鐵礦石密切相關的蝕變圍巖[30]。

5 結論

利用長安大學成礦作用及其動力學實驗室Agilent 7700X 等離子體質譜儀與Analyte Excite 193nm 激光剝蝕系統聯機，在激光頻率為10Hz、激光束斑為150μm、掃描速度為150μm/s 的條件下，對弓長嶺蝕變圍巖中厘米級石榴石（約1.5cm×1.5cm）開展LA-ICP-MS 面掃描分析。分析結果顯示弓長嶺二礦區厘米級石榴石完整地保留了主量和微量元素的生長環帶，從石榴石核部到邊部，Mg 含量逐漸升高，Mn 含量逐漸降低，Ca 含量先升高后降低，指示其形成溫度逐漸升高，而壓力則先升高再降低，具有進變質作用過程中形成的生長環帶特征。此外，石榴石δEu 值變化規律指示變質熱液流體的氧逸度先降低再升高；重稀土元素和Y 元素與Ca 元素一致的環帶特征表明其分布主要受壓力控制。結合前人研究成果推測，弓長嶺富鐵礦及其蝕變圍巖形成于膠—遼—吉帶大陸俯沖碰撞造山過程中的進變質作用階段，該階段產生的變質熱液流體沿斷裂運移并對附近貧鐵礦進行改造，發生去硅存鐵作用，最終形成磁鐵礦富礦石。

本研究工作通過對弓長嶺蝕變圍巖中石榴石LA-ICP-MS 的面掃描分析，發現弓長嶺厘米級石榴石具有連續型環帶特征，保留了主量和微量元素的生長環帶，為精細刻畫石榴石及富鐵礦形成過程的PT-fO2變化提供了有利手段；而次厘米級石榴石由于受到元素擴散的影響而大部分元素趨于均一化分布，僅少量元素顯示突變型環帶特征，無法為反演流體演化過程提供有利信息。然而，對于弓長嶺富鐵礦成礦環境變化的具體時間以及成礦階段的持續時間缺 乏有效限定，后續可以選擇合適的厘米級石榴石，在LA-ICP-MS 面掃描的基礎上，分別對石榴石核部-幔部-邊部開展原位定年工作，以此限定成礦階段的具體時限。