火成碳酸岩作为全球铌-稀土等战略性关键金属的主要来源之一,其铌-稀土成矿作用长期以来备受科学界和工业界的广泛关注。近年来的研究发现,与火成碳酸岩密切共生的铁矿资源同样展现出巨大的潜力,赋存规模可达数亿至数十亿吨。典型实例包括:南非Phalaborwa矿床(219 Mt@55.32%Fe)、我国内蒙古白云鄂博超大型矿床(1500 Mt@35%Fe)以及小秦岭铁岔沟矿床(158 Wt@34.57%Fe)等。然而,目前对该类矿床的成矿物质来源、元素迁移及富集过程的研究相对有限,严重制约了对其成矿机理的理解。值得注意的是,碳酸岩型铁矿床多赋存于层状碳酸岩侵入体内,其显著特征是发育火成堆晶层理构造,尤以韵律式方解石层和磁铁矿层交替出现为典型特征。本研究选取扬子地块西北缘米仓山地区的李家河碳酸岩型铁矿床(220 Mt@30%Fe)为研究对象,通过详细的岩石学、年代学、全岩及单矿物元素和同位素地球化学分析,深入探究碳酸岩型铁矿的成因和成矿机制。李家河碳酸岩以小规模岩株和岩脉形式出露,其显著特征为条带状构造:主要矿物方解石和磁铁矿交替富集,形成以方解石为主的浅色富方解石层和以磁铁矿为主的暗色富磁铁矿层,两层间多为过渡关系。磷灰石在碳酸岩中不均匀分布,局部可高达10 vol%,而橄榄石、金云母和铌矿物则以次要矿物或副矿物形式存在。磷灰石U-Pb年代学显示成岩成矿时代为778Ma。李家河碳酸岩中各层均具有一致的Sr和Nd同位素组成[(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)i=0.7039~0.7048;εNd(t)=+1.5~+3.4],与区域岛弧型基性岩同位素特征相似,暗示其源区可能为受俯冲板片流体交代改造的岩石圈地幔。方解石单矿物和全岩样品均表现出平坦型稀土元素(REE)配分模式[(La/Yb)_N=4.74~6.79和5.54~14.1],显著区别于全球典型原生碳酸岩富集LREE的特征,暗示岩浆可能源自贫石榴石、相对富集HREE的碳酸岩化地幔源区。目前,关于条带状碳酸岩中铁氧化物矿化的成因主要有两种观点:结晶分异作用和液态不混溶作用。通过对李家河碳酸岩的野外观察发现,其富方解石层和富磁铁矿层之间呈现渐变过渡关系。矿物组合与厚度的突变特征表明,铁矿的形成并非由简单的晶体沉降或矿物分选堆积机制驱动,而主要受液态不混溶作用控制。富磁铁矿层的TFe₂O₃含量(50.0~66.5 wt.%)显著高于过渡层和富方解石层,并富含Co、HFSE(Nb=193×10^-6~741×10^-6)、Sn和Zn,而CaO、Sr、Ba和REE含量较低,这一地球化学特征与不混溶富铁熔体的行为一致。进一步研究表明,李家河碳酸岩中的磁铁矿和方解石夹层形成于富铁熔体向方解石晶粥体的重力塌陷过程。液态不混溶促使富铁熔体与富碳酸岩熔体分离,富铁熔体随后结晶形成富磁铁矿层。因此,我们认为富铁熔体的液态不混溶作用是铁氧化物矿化形成的关键因素。