西南三江普朗銅礦巖漿混合作用:礦物學和地球化學證據(jù)*

劉歡 張長青＊＊ 賈福東 周云滿 婁德波

LIU Huan1，ZHANG ChangQing1＊＊，JIA FuDong1，ZHOU YunMan2 and LOU DeBo1

1. 中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037

2. 云南黃金礦業(yè)集團股份有限公司，昆明 650224

1. MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China

2. Yunnan Gold ＆ Mineral Group Co. ，Ltd，Kunming 650224，China

2015-02-10 收稿，2015-05-31 改回.

1 引言

普朗銅礦床位于西南三江義敦島弧南段的格咱島弧，是晚三疊世甘孜-理塘洋殼向中咱地塊俯沖的產(chǎn)物(李文昌等，2010;鄧軍等，2011，2012;毛景文等，2012;Deng et al.，2014a，b;Hou et al.，2007)(圖1)。礦床產(chǎn)于普朗復式侵入體內(nèi)，儲量巨大，Cu 資源量達650 萬噸，伴生Au、Ag、Mo、Pb及Zn 等資源(劉學龍等，2013)。前人從巖石學、地球化學及年代學等方面對普朗復式巖體開展了大量研究，但對巖體的成因研究相對薄弱。曹殿華等(2009)、劉學龍和李文昌(2013)分別從礦物學、巖石地球化學及同位素地球化學等方面提出了普朗復式巖體具有巖漿混合成因的特點，Liu and Zhang (2014)從同位素年代學方面闡述了巖漿混合作用與成礦關系。巖漿混合作用作為巖漿演化的重要表現(xiàn)形式，不僅是形成火成巖多樣性的主要機制(Didier and Barbarin，1991;Jarrar et al.，2013;Renjith et al.，2014;Ma et al.，2013;莫宣學等，2002)，也與Cu、Pb、Zn、Mo、Au、Sn、W 等成礦作用有著密切的聯(lián)系(Wallace and Carmicheal，1992;Hou et al.，2011)，其研究對于探討地球深部動力學過程、認識成巖成礦過程、分析巖漿演化等有著重要意義。然而，對于普朗銅礦巖漿混合作用，尤其是巖漿混合程度的研究相對薄弱。

圖1 普朗斑巖銅礦地質(zhì)圖(據(jù)李文昌等，2013;云南迪慶有色金屬有限責任公司，2009①修改)Fig.1 Geological mapping of Pulang porphyry copper deposit (modified after Li et al.，2013)

巖漿混合程度作為巖漿混合作用的重要研究內(nèi)容之一，是指混合巖漿中基性巖漿所占的比例，它在數(shù)值上是確定的，但在實際應用時難以得到。傳統(tǒng)的巖漿混合程度的研究主要基于以下三種方法:①云南迪慶有色金屬有限責任公司. 2009. 云南省迪慶普朗銅礦區(qū)勘探地質(zhì)報告質(zhì)量平衡原理計算(董國臣等，2006);②定量模型估算(O’Hara，1977;Perugini et al.，2013);③二元混合方程確定。上述方法多涉及巖漿巖中微量元素的濃度和分配系數(shù)等參數(shù)，并且使用這些方法的前提條件是:研究的巖漿混合體系在能量和成分上達到平衡;然而，在實際的巖漿混合雜巖體中，均勻和非均勻的巖漿混合巖往往伴生在一起(Perugini and Poli，2012)，因此難以準確確定其巖漿混合程度。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，巖漿混合的結構是一種混沌的性質(zhì)，導致巖漿混沌混合的基本動力學機理是拉伸和褶曲作用，這兩種作用都是非線性的耦合過程，分形是刻畫這一過程的有效工具(Perugini and Poli，2000，2012;Perugini et al.，2003，2013)。

分形是研究自然界空間結構復雜性的一門學科，是復雜性科學的重要組成部分。分形理論最早由Mandelbrot(1983)提出，隨后被廣泛地應用于各個科學領域。運用分形理論的思想和方法，能從無序中發(fā)現(xiàn)有序，揭示雜亂、破碎、混沌等極不規(guī)則的復雜現(xiàn)象內(nèi)部所蘊含的規(guī)律。分形理論主要包括自相似分形、自仿射分形與多重分形三類。多重分形作為分形理論的重要分支，其在形式上包括將自相似分形分解為多個相關聯(lián)的簡單分形，每個簡單分形均有各自的奇異指數(shù)及相應的分維值，這兩者構成了多重分形譜。地質(zhì)現(xiàn)象在時間和空間上均表現(xiàn)出極強的復雜性和不規(guī)則性，借助多重分形理論能真正有效地解決地質(zhì)現(xiàn)象的復雜性問題，對其內(nèi)部結構進行精細解析(Cheng，1995，1999;Wang et al.，2010a，2011a，b)。多重分形理論已被廣泛應用于刻畫地質(zhì)體的不規(guī)則分布(Agterberg et al.，1996;Deng et al.，2010，2011b;Liu et al.，2012;Wang et al.，2010b，2012;Zuo et al.，2013，2015)，然而該應用主要集中于宏觀尺度，微觀尺度上的應用相對薄弱。

文章以普朗銅礦的復式巖體及其內(nèi)發(fā)育的暗色微粒包體為研究對象，基于系統(tǒng)的野外觀測與顯微鏡觀察，結合電子探針分析與主微量元素測試工作，從礦物學與地球化學方面闡述了包體的巖漿混合成因證據(jù)，證實了研究區(qū)存在巖漿混合作用;繼而采用多重分形理論定量刻畫了包體中主要元素的分布特征，厘定了巖漿混合程度與元素分布的多重分形參數(shù)間的關系，為巖漿混合程度的解析提供了定量化依據(jù)。

2 區(qū)域地質(zhì)與礦床地質(zhì)特征

格咱島弧位于西南三江義敦島弧南段，是古特提斯演化形成的重要地質(zhì)構造單元(Wang et al.，2014)，區(qū)內(nèi)構造發(fā)育、巖漿活動頻繁，其印支期的俯沖造山作用誘發(fā)了大規(guī)模的火山巖漿活動，形成了以普朗為代表的一系列大型、超大型礦床(鄧軍等，2013，2014;Mao et al.，2014)。區(qū)域出露地層主要為晚三疊世曲嘎寺組(T3q)、圖姆溝組(T3t)和喇嘛啞組(T3lm)(圖1b)。區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺主要由一系列NW 向線性褶皺與同向斷裂及近EW 向斷裂組成，晚期發(fā)育規(guī)模較小的NE 向斷層;區(qū)內(nèi)巖漿巖總體以島弧安山巖及中酸性淺成-超淺成侵入巖為主。

3 包體的巖相學特征

普朗復式巖體中的石英閃長玢巖與石英二長斑巖內(nèi)均發(fā)育大量隨機分布的暗色微粒包體。包體大小不一(粒徑在2 ～15cm 之間)，粒度較細，一般為灰黑色，明顯暗于寄主巖，呈橢球狀、長條狀、不規(guī)則狀等產(chǎn)出，少數(shù)具有塑性形變，與寄主巖多呈截然接觸關系，少數(shù)呈過渡接觸關系(圖3a、b)。在包體與寄主巖的接觸面，偶見斜長石巨晶(圖3b)。顯微鏡觀察表明:包體具巖漿結構，為巖漿結晶形成(圖3c-f)。包體與寄主巖具有相近的礦物組成，但與寄主巖相比，包體中明顯富集角閃石、黑云母等暗色礦物。

包體與寄主巖中均發(fā)育大量針狀磷灰石(圖3e、f)，為淬冷結晶作用的重要標志。包體與寄主巖中均可見具有暗色礦物鑲邊的眼球狀石英，具有次生加大邊的斜長石(圖3g)。此外，還可見粗大的斜長石斑晶包裹角閃石、斜長石構成嵌晶結構(圖3h)。包體與寄主巖中的斜長石具有復雜的成分與結構不平衡現(xiàn)象。在寄主巖中偶見斜長石具有富鈣的核(An=51 ～42)和富鈉的幔部(An=16)，且兩者變化截然(圖3g);包體中的斜長石斑晶，核部成分均一(An =36 ～34)，核部被富鈉的斜長石(An =28)包裹，后者又被富鈣的斜長石(An=35)包裹(圖3h)。

圖2 普朗斑巖銅礦1 線剖面圖(云南迪慶有色金屬有限責任公司，2009 修改)Fig.2 Vertical cross-section along exploration line 1 in Pulang porphyry copper deposit

4 樣品的選取與分析方法

在系統(tǒng)的巖相學觀察與鑒定的基礎上，研究選取了10組相對新鮮的包體與寄主巖對進行了主微量元素組成測定。同時，研究選取了兩件產(chǎn)于石英閃長玢巖中的暗色微粒包體，借助電子探針面分析技術，獲得了暗色微粒包體內(nèi)Mg、Fe、Ca、Al、K、Ti、P 及Ba 等8 種元素含量的趨勢圖;進而采用多重分形理論解析了這8 種元素的分布特征。基于篇幅，測試數(shù)據(jù)省略。

4.1 全巖主微量元素測試

主微量元素測試在北京大學造山帶與地殼演化重點實驗室完成。主量元素測試采用X 射線熒光光譜法(XRF)，所用儀器為美國熱電公司生產(chǎn)的ARL ADVANT XP +，精度優(yōu)于＜1%。微量元素及稀土元素測試采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)在美國安捷倫科技有限公司生產(chǎn)的Agilent ICPMS 7500ce 型質(zhì)譜儀上完成，精度優(yōu)于＜5%。

4.2 電子探針分析

電子探針面分析測試在中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實驗室完成，測試儀器為日本JOEL 公司生產(chǎn)的JXA-823V，加速器電壓為15kV，束電流為20nA，束斑直徑為1μm，掃描面積為7.08mm2。使用硬玉(Si、Na 和Al)，鎂橄欖石(Mg)，正長石(K)，磷灰石(P)，硅灰石(Ca)，金紅石(Ti)，以及合成氧化物(Cr、Mn、Fe、Ni)作為標準。

4.3 多重分形計算過程

基于數(shù)據(jù)的特點，本文采用數(shù)盒子法對暗色微粒包體中Mg、Fe、Ca、Al、K、Ti、P 及Ba 元素的分布特征進行了多重分形解析。數(shù)盒子法是將數(shù)據(jù)集劃分為多個互不重疊的小盒子以構成多尺度模式。用n(ε)個邊長為ε 的盒子不重疊地覆蓋數(shù)據(jù)集(Halsey et al.，1986)，則每個盒子中的測度(μj)可表示為:

式中，mj表示第j 個盒子中元素的含量和，mT表示所有盒子元素的總含量，n(ε)=N/ε。隨后，配分函數(shù)χ(q，ε)可由下式求得:

圖3 普朗斑巖銅礦寄主巖與暗色微粒包體的野外照片(a-b)與典型巖相學顯微照片(c-h)MME-暗色微粒包體;Qtz-石英;Pl-斜長石;Bt-黑云母;Amp-角閃石;Ap-磷灰石;Px-輝石;Pnn-葉綠泥石. (g)與(h)中白色圈內(nèi)數(shù)字表示鈣長石分子(An)Fig.3 Field photographs (a，b)and photomicrographs (c-h)of host rocks and mafic microgranular enclaves from Pulang porphyry copper depositQtz-quartz;Pl-plagioclase;Bt-biotite;Amp-amphibole;Ap-apatite;Px-pyroxene;Pnn-penninite. The An contents are shown in circles

其中，

權重q 為測量不同位置的奇異指數(shù)提供了更準確更細微的方法。q ＞1，μq主要指示高含量的變化，q ＜1 則主要反映低含量的分布，q=1 時，μ 指示原始數(shù)據(jù)的分布。

色譜條件：Shimadzu-GL ODS-2色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流動相為甲醇-水（75∶25）；體積流量1.0 mL/min；檢測波長228 nm；進樣量20 μL，柱溫30 ℃。

權重q 的質(zhì)量值數(shù)τ(q)可表示為(Hentschel and Procaccia，1983):

廣義維Dq可由以下冪率關系產(chǎn)生(Hentschel and Procaccia，1983):

權重q 與相應的廣義維Dq可構成Rényi 譜。對于給定的q 的范圍，Dq的變化越大，表明相應數(shù)據(jù)集的空間不均勻程度越高(Arias et al.，2011)。當q =2 時，D2為關聯(lián)維，且與τ(2)相等。D2值越高，表明元素含量序列中高值聚集分布，反之，則指示元素含量的高值離散分布(Liu et al.，2012)。

依據(jù)公式(4)得到的質(zhì)量指數(shù)τ(q)，通過勒讓德變換可求得多重分形譜的奇異指數(shù)α(q)及其相應的分維值f(α)。

α(q)與f(α)構成了多重分形譜，其形狀為倒鐘形。當q為最大值、最小值時，可分別求得amin與f(amin)及amax與f(amax)。分形譜的寬度及其分形譜兩端的高差可表示為:

Δα 與Δf 是描述多重分形譜兩個必不可少的參數(shù)。隨著Δα 增加，元素的分布由均勻(隨機)過渡為不均勻(有序、復雜、聚集)。Δf 為正值時，分形譜的形狀為右鉤，數(shù)據(jù)集中低值占主導地位;Δf 為負值時，分形譜呈左鉤，數(shù)據(jù)集中以高值為主。若高值與低值的比例相當，則分形譜呈左右對稱的鐘形(Deng et al.，2011b;Wang et al.，2011a，b)。

5 結果分析

5.1 元素地球化學特征

主量元素結果顯示，暗色微粒包體的SiO2含量為53.67% ～61.50%，均值為58.35%，比寄主巖(SiO2含量為60.74% ～66.13%，均值為64.78%)偏基性。包體中CaO、MgO 和Fe2OT3等含量分別為3.14% ～6.69%、3.12% ～5.40%與3.38% ～9.00%，均值分別為4.71%、4.39% 與6.48%，比寄主巖中CaO(2.36% ～6.08%)、MgO(1.78% ～3.59%)和Fe2OT3(2.33% ～6.06%)的含量高(圖4)。在SiO2與主要氧化物的二元圖解中，暗色微粒包體與寄主巖SiO2含量與TiO2、Fe2OT3與MgO 的含量具有良好的線性關系，均表現(xiàn)為隨著SiO2含量的升高而降低;K2O 與Na2O 含量隨SiO2含量的增加變化不明顯，表明暗色微粒包體與寄主巖的K2O 與Na2O 含量相似。

稀土元素球粒隕石標準化配分曲線顯示，暗色微粒包體與其寄主巖具有相似的稀土元素配分模式，呈明顯的右傾斜型，均表現(xiàn)為輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，表明兩者經(jīng)歷了相似的巖漿演化過程，具有密切的成因聯(lián)系(圖5a、b)。然而，與寄主巖相比，暗色微粒包體中稀土元素總量普遍較高(119.0 ×10-6～308.9 ×10-6)，并具有較明顯的Eu 負異常(δEu=0.56 ～0.95，均值為0.72)。

在原始地幔標準化的微量元素蛛網(wǎng)圖中，暗色微粒包體與其寄主巖具有相似的微量元素組成，均表現(xiàn)為富集大離子親石元素(K、Rb、Ba、Sr)，虧損高場強元素(Nb、Hf、P、Ti)，無明顯的δCe 異常(圖5c、d)，具有典型的島弧巖漿巖的微量元素特征。然而與寄主巖相比，暗色微粒包體的富集程度更高。此外，在主微量元素的二元圖解(SiO2-V)中，暗色微粒包體與寄主巖顯示出良好的線性關系(圖6a)，表明兩者經(jīng)歷了相似的演化過程，在V-Ba/V 圖中，兩者顯示了曲線變化關系(圖6b)，在一定程度上指示了巖漿混合過程。

表1 包體中元素分布的多重分形參數(shù)一覽表Table 1 Multifractal parameters elemental distribution for mafic microgranular enclaves

5.2 包體內(nèi)元素分布多重分形特征

借助電子探針面分析技術，獲得了暗色微粒包體(樣品編號為PL1-MME 與PL2-MME)內(nèi)Mg、Fe、Ca、Al、K、Ti、P 及Ba 等8 種元素含量的趨勢圖，其中Ca 元素的分布圖如圖7所示。采用數(shù)盒子法計算得到了PL1-MME 與PL2-MME 內(nèi)元素分布的多重分形譜(圖8、圖9)，與多重分形參數(shù)(表1)。PL1-MME 中，Al、Ba、Ca 及K 元素分布的多重分形譜呈左鉤，F(xiàn)e、Mg、P 及Ti 元素分布的多重分形譜呈右鉤，表明該暗色微粒包體中Al、Ba、Ca 及K 元素的含量以高值為主，F(xiàn)e、Mg、P 及Ti 元素的含量以低值居多。此外，Al、Ba 及K 元素分布的關聯(lián)維D2相對于其他元素較高，指示這三種元素的高值聚集分布;Al、Ca、Fe 及K 元素的多重分形譜相對于其他元素較寬，表明相應元素分布的多重分形特征較明顯。PL2-MME 中，除元素P 與Ti 之外，其他元素分布的多重分形譜均呈左鉤。Al 與Ba 元素分布的關聯(lián)維D2相對于其他元素較高，Ca、Fe、K 與Mg 元素分布的多重分形譜相對于其他元素較寬。不同暗色微粒包體中同一元素的分布的多重分形參數(shù)對比顯示，與PL2-MME 相比，在PL1-MME 中Ba、K、P及Ti 元素分布的關聯(lián)維較高，Al 與K 元素分布的多重分形譜較寬。Ti、K 及P 在不同暗色微粒包體中分布的關聯(lián)維與多重分形譜的寬度相差較大(圖10)。

圖4 普朗銅礦暗色微粒包體與寄主巖(石英閃長玢巖或石英二長斑巖)的哈克圖解Fig.4 Harker plots of mafic microgranular enclaves (MME)and their host rocks (quartz diorite porphyry or quartz monzonite porphyry)from Pulang porphyry copper deposit

6 討論

6.1 普朗復式巖體的巖漿混合成因

普朗銅礦的石英閃長玢巖與石英二長斑巖中發(fā)育的暗色微粒包體具有典型的巖漿巖礦物組合和結構構造特點，未見石榴子石、堇青石、紅柱石等典型的富鋁礦物，亦不具有變晶結構、交代結構和面理構造等變質(zhì)巖常見的特征，因此不是地殼深部變質(zhì)巖的難熔殘留體。研究區(qū)的暗色微粒包體與捕擄體在形態(tài)上有較大差別，圍巖捕擄體多為棱角狀，但暗色包體形態(tài)多為渾圓狀和橢球狀，并具有塑性流變特點。以上特點可排除暗色微粒包體的圍巖捕擄體成因。同源巖漿早期結晶形成的析離體或堆積體成因的包體，其同種礦物的粒度與寄主巖相近，但暗色微粒包體的粒度卻明顯小于其寄主巖。此外，與寄主巖相比，包體具有更高的稀土元素總量，表明包體不是寄主巖漿早期的堆晶體。因為REE 為強不相容元素，倘若暗色微粒包體是花崗質(zhì)巖漿早期結晶分異產(chǎn)物的堆積體，則其REE 含量應比寄主巖低，REE 配分曲線應當位于寄主巖的下方，故又可以排除包體的析離體成因。綜合以上特點，研究區(qū)發(fā)育的暗色微粒包體為巖漿混合成因的鐵鎂質(zhì)微粒包體，這為該區(qū)巖漿混合作用的存在提供了有效證據(jù)。

圖5 普朗斑巖銅礦中暗色微粒包體與寄主巖的球粒隕石標準化稀土元素配分曲線(a、b)及原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(c、d)(標準化值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig.5 Chondrite-normalized REE (a，b)and primitive-mantle-normalized multi-element (c，d)patterns for mafic microgranular enclaves (MME)and their host rocks (quartz diorite porphyry or quartz monzonite porphyry)from Pulang porphyry copper deposit(normalizing values after Sun and McDonough，1989)

圖6 普朗銅礦暗色微粒包體與寄主巖(石英閃長玢巖或石英二長斑巖)的主微量二元圖解Fig.6 Binary diagrams of mafic microgranular enclaves (MME)and their host rocks (quartz diorite porphyry or quartz monzonite porphyry)from Pulang porphyry copper deposit

圖7 普朗斑巖銅礦暗色微粒包體的電子探針面分析范圍的背散射圖像(a、b)與其內(nèi)Ca 元素分布圖(c、d)Fig.7 Backscattered electron images (a，b)and the distribution of element Ca (c，d)for mafic microgranular enclaves (MME)from Pulang porphyry copper deposit

暗色微粒包體具聚塑性流動特征，表明包體經(jīng)歷了與寄主巖共同的液態(tài)共存階段，暗示發(fā)生過液態(tài)物質(zhì)交換-混合作用(mixing)和混和作用(mingling)，混合作用改變了暗色微粒包體的成分，混和作用造成了包體呈不同的大小和形態(tài)散布到寄主巖中。包體中存在的具細粒暗色礦物(多數(shù)為角閃石)鑲邊的眼球狀石英，可能是寄主花崗巖漿中的斑晶，在鐵鎂質(zhì)巖漿與花崗質(zhì)巖漿發(fā)生混合作用時，被鐵鎂質(zhì)巖漿捕獲，并發(fā)生反應。石英在基性巖漿中是不穩(wěn)定的礦物相，當被基性巖漿捕獲時，其邊角將被熔化。熔融作用的吸熱效應在緊靠石英邊緣的一圈熔體中形成了局部過冷條件，導致細粒暗色礦物集合體圍繞石英捕擄晶晶出(莫宣學等，2002)。粗大的斜長石斑晶包裹角閃石、斜長石構成嵌晶結構。這是由于偏基性的巖漿或正在混合的巖漿體系驟冷，產(chǎn)生很多小顆粒角閃石和斜長石，而后緩慢冷卻至外部環(huán)境溫度，平衡熔體冷卻到接近液相線溫度時斜長石晶核緩慢結晶成粗大晶體，形成包裹著早期形成的角閃石和斜長石的嵌晶結構(Zhao et al.，2012)。在包體和寄主巖石中，均可見到部分斜長石具有富鈣的殘留核被富鈉的斜長石包裹，且兩者變化截然。富鈣的殘留斜長石可能代表早期從基性巖漿中結晶的斜長石，邊部相對富鈉的斜長石可能代表晚期從混漿中結晶或從殼源花崗質(zhì)巖漿中結晶的斜長石。斜長石的這種成分與結構不平衡現(xiàn)象，有效地記錄了基性巖漿與酸性巖漿發(fā)生混合的過程。暗色微粒包體與寄主巖具有相似的微量元素組成與稀土元素配分模式，在SiO2與主要氧化物、部分微量元素相關圖解中，兩者呈明顯的線性相關，表明兩者經(jīng)歷了相似的巖漿演化過程，具有一定的親緣性，這種親緣性反映包體與寄主巖可能具有同源性，包體可能是同源巖漿早期結晶的析離體或堆積體，也有可能是巖漿混合作用過程中物質(zhì)交換的結果。但是在正常的巖漿分異演化過程中，隨著結晶分異的加強，殘余熔體的δEu 負異常將會愈加強烈，同源巖漿早期結晶產(chǎn)物的δEu 負異常程度將顯著小于晚期產(chǎn)物。然而，與寄主巖相比，包體具有較明顯的δEu 負異常。因此，我們認為，是巖漿混合過程中物質(zhì)交換導致了包體與寄主巖的親緣性。

6.2 多重分形參數(shù)與巖漿混合程度間的關系

暗色包體中CaO 含量的變化可指示巖漿混合程度(Perugini and Poli，2000)，隨著巖漿混合作用的進行，暗色微粒包體中CaO 含量逐漸降低。PL1-MME 中CaO 含量為6.69%，PL2-MME 中CaO 含量為4.92%，表明PL2-MME 中巖漿混合程度更高?；诖?，我們對比分析了兩件包體樣品中Mg、Fe、Ca、Al、K、Ti、P 及Ba 元素分布的多重分形參數(shù)與CaO 含量的關系。結果顯示，多數(shù)元素分布的多重分形譜寬度△a 與CaO 含量成反相關，分形譜兩端的高差△f(a)與CaO 含量成正相關，關聯(lián)維D2與CaO 含量關系較為復雜，主體呈正相關關系。這表明，暗色微粒包體中主量元素分布的多重分形譜越寬，數(shù)據(jù)集中高值與低值所占的比例相差越小，高值聚集程度越低，則巖漿混合程度越高。基性與酸性巖漿混合過程中的拉伸與褶曲導致了暗色微粒包體的形態(tài)具有多重分形特征，由于包體的形態(tài)難以定量刻畫，因此采用包體中主要元素的分布圖來確定包體的形態(tài)分形特征(Perugini and Poli，2000;Perugini et al.，2013)。隨著巖漿混合作用的進行，包體的體積越來越小，形態(tài)越來越不規(guī)則，這種不規(guī)則表現(xiàn)為多重分形特征越來越明顯，對應于包體中主要元素分布的多重分形譜寬度增大。在混合過程中，酸性巖漿與基性巖漿之間存在物質(zhì)(斑晶與元素)交換，從而導致兩者間元素的差異性相對減小，表現(xiàn)為主要元素高值的聚集分布程度降低，數(shù)據(jù)集中高值與低值所占的比例的差異性相比于混合前降低。

圖8 暗色微粒包體PL1-MME 中元素分布的多重分形譜(a)Al;(b)Ba;(c)Ca;(d)Fe;(e)K;(f)Mg;(g)P;(h)TiFig.8 Multifractal spectrum of elemental distribution for PL1-MME

不同暗色微粒包體間，Ti、K 與P 元素的多重分形參數(shù)相對于其他元素變化較大，表明隨著巖漿混合作用的進行，Ti、K 與P 元素分布的不均一變化較大，這三種元素在指示巖漿混合程度上更靈敏。這可能與基性巖漿的組成有關，因為Ti、K 與P 是組成基性巖漿的重要元素。

圖9 暗色微粒包體PL2-MME 中元素分布的多重分形譜(a)Al;(b)Ba;(c)Ca;(d)Fe;(e)K;(f)Mg;(g)P;(h)TiFig.9 Multifractal spectrum of elemental distribution for PL2-MME

7 結論

(1)普朗斑巖銅礦石英閃長玢巖與石英二長斑巖中發(fā)育大量隨機分布的暗色微粒包體，包體具巖漿結構，粒度較細，呈橢圓狀、不規(guī)則狀產(chǎn)出，偶見塑性變形，富集暗色礦物;包體與寄主巖中可見具暗色礦物鑲邊的眼球狀石英、針狀磷灰石以及具有結構與成分不平衡現(xiàn)象的斜長石斑晶，包體與寄主巖具有相似的微量元素組成與稀土元素配分模式，這些現(xiàn)象共同佐證了研究區(qū)巖漿混合作用的存在。

圖10 包體中元素分布的多重分形參數(shù)折線圖Fig.10 Curves of multifractal parameters elemental distribution for mafic microgranular enclaves

(2)證實了多重分形在巖漿混合作用研究中的有效性。研究結果表明，多重分形參數(shù)能有效刻畫巖漿混合程度。包體中Al、Ca 及K 等主要元素分布的多重分形譜越寬，關聯(lián)維越小，則巖漿混合程度越高，反之亦然。暗色微粒包體中Ti、P 與K 元素的分布能更有效的反應巖漿混合程度。

(3)文章豐富了巖漿混合作用及多重分形在微觀尺度的研究內(nèi)容。

致謝 野外與室內(nèi)研究工作得到了毛景文老師的悉心指導和彭惠娟、肖昌浩同學的無私幫助;實驗測試工作得到了中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實驗室的陳振宇老師及陳小丹碩士以及北京大學造山帶與地殼演化重點實驗室的大力支持與幫助;兩名審稿人與主編對文章提出了寶貴的意見;在此一并表達最誠摯的感謝!

Agterberg FP，Cheng QM，Brown A and Good D. 1996. Multifractal modeling of fractures in the Lac du Bonnet Batholiths，Manitoba.Computer ＆ Geosciences，22(5):497 -507

Arias M，Gumiel P，Sanderson DJ and Martin-Izard A. 2011. A multifractal simulation model for the distribution of VMS deposits in the Spanish segment of the Iberian pyrite belt. Computers ＆Geosciences，37(12):1917 -1927

Cao DH，Wang AJ，Li WC，Wang GS，Li RP and Li YK. 2009. Magma mixing in the Pulang porphyry copper deposit:Evidence from petrology and element geochemistry. Acta Geologica Sinica，83(2):166 -175 (in Chinese with English abstract)

Cheng QM. 1995. The perimeter-area fractal model and its application to geology. Mathematical Geology，27(1):69 -82

Cheng QM. 1999. The gliding box method for multifractal modeling.Computers ＆ Geosciences，25(9):1073 -1079

Deng J，Wang QF，Yang LQ，Wang YR，Gong QJ and Liu H. 2010.Delineation and explanation of geochemical anomalies using fractal models in the Heqing area，Yunnan Province，China. Journal of Geochemical Exploration，105(3):95 -105

Deng J，Wang QF，Wan L，Liu H，Yang LQ and Zhang J. 2011. A multifractal analysis of mineralization characteristics of the Dayingezhuang disseminated-veinlet gold deposit in the Jiaodong gold province of China. Ore Geology Reviews，40(1):54 -64

Deng J，Yang LQ and Wang CM. 2011. Research advances of superimposed orogenesis and metallogenesis in the Sanjiang Tethys.Acta Petrologica Sinica，27(9):2501 - 2509 (in Chinese with English abstract)

Deng J，Wang CM and Li GJ. 2012. Style and process of the superimposed mineralization in the Sanjiang Tethys. Acta Petrologica Sinica，28(5):1349 -1361 (in Chinese with English abstract)

Deng J，Ge LS and Yang LQ. 2013. Tectonic dynamic system and compound orogeny:Additionally discussing the temporal-spatial evolution of Sanjiang orogeny，Southwest China. Acta Petrologica Sinica，29(4):1099 -1114 (in Chinese with English abstract)

Deng J，Wang QF，Li GJ，Li CS and Wang CM. 2014a. Tethys tectonic evolution and its bearing on the distribution of important mineral deposits in the Sanjiang region，SW China. Gondwana Research，26(2):419 -437

Deng J，Wang QF，Li GJ and Santosh M. 2014b. Cenozoic tectonomagmatic and metallogenic processes in the Sanjiang region，southwestern China. Earth-Science Reviews，138:268 -299

Deng J，Wang CM，Li WC，Yang LQ and Wang QF. 2014. The situation and enlightenment of research of the tectonic evolution and metallogenesis in the Sanjiang Tethys. Earth Science Frontiers，21(1):52 -64 (in Chinese with English abstract)

Deng J，Wang QF，Li GJ and Zhao Y. 2015a. Structural control and genesis of the Oligocene Zhenyuan orogenic gold deposit，SW China.Ore Geology Reviews，65:42 -54

Deng J，Wang QF，Li GJ，Hou ZQ，Jiang CZ and Danyushevsky L.2015b. Geology and genesis of the giant Beiya porphyry-skarn gold deposit，northwestern Yangtze Block，China. Ore Geology Reviews，70:457 -485

Didier J and Barbarin B. 1991. Enclaves and Granite Petrology.Amsterdam:Elsevier，625

Dong GC，Mo XX，Zhao ZD，Zhu DC，Wang LL，Chen T and Li B.2006. Magma mixing in middle part of Gangdise magma belt:Evidences from granitoid complex. Acta Petrologica Sinica，22(4):835 -844 (in Chinese with English abstract)

Halsey TC，Jensen MH，Kadanoff LP，Procaccia I and Shraiman BI.1986. Fractal measures and their singularities，the characterization of strange sets. Physical Review (A)，33(2):1141 -1151

Hentschel HGE and Procaccia L. 1983. The infinite number of generalized dimensions of fractals and strange attractors. Physica(Series D)，8(3):435 -444

Hou ZQ，Zaw K，Pan GT，Mo XX，Xu Q，Hu YZ and Li XZ. 2007.Sanjiang Tethyan metallogenesis in S. W. China:Tectonic setting，metallogenic epochs and deposit types. Ore Geology Reviews，31(1-4):48 -87

Hou ZQ，Zhang HR，Pan XF and Yang ZM. 2011. Porphyry (Cu-Mo-Au)deposits related to melting of thickened mafic lower crust:Examples from the eastern Tethyan metallogenic domain. Ore Geology Reviews，39(1 -2):21 -45

Jarrar GH，Yaseen N and Theye T. 2013. A hybrid composite dike suite from the northern Arabian Nubian Shield， southwest Jordan:Implications for magma mixing and partial melting of granite by mafic magma. Journal of Volcanology and Geothermal Research，254:80-93

Li WC，Pan GT，Hou ZQ，Mo XX，Wang LQ，Ding J and Xu Q. 2010.Archipelagic-Basin， Forming Collision Theory and Prospecting Techniques along the Nujiang-Lancangjiang-Jinshajiang Area in Southwestern China. Beijing:Geological Publishing House (in Chinese)

Li WC，Zeng PS，Hou ZQ and White NC. 2011. The Pulang porphyry copper deposit and associated felsic intrusions in Yunnan Province，Southwest China. Economic Geology，106(1):79 -92

Li WC，Yu HJ and Yin GH. 2013. Porphyry metallogenic system of Geza arc in the Sanjiang region，southwestern China. Acta Petrologica Sinica，29(4):1129 -1144 (in Chinese with English abstract)

Liu H，Wang QF，Li GJ and Wan L. 2012. Characterization of multitype mineralizations in the Wandongshan gold poly-metallic deposit，Yunnan (China)，by fractal analysis. Journal of Geochemical Exploration，122:20 -33

Liu H and Zhang CQ. 2014. Magma mixing and its genetic relationship with mineralization in the Pulang porphyry copper deposit. Acta Geologica Sinica，88(Suppl.2):565 -567

Liu XL and Li WC. 2013. The Indo-Chinese epoch magmatism in Geza arc of Yunnan:Evidences from zircon U-Pb dating and Hf isotopic composition. Earth Science Frontiers，20(5):57 -74 (in Chinese with English abstract)

Liu XL，Li WC，Yin GH and Zhang N. 2013. The geochronology，mineralogy and geochemistry study of the Pulang porphyry copper deposits in Geza arc of Yunnan Province. Acta Petrologica Sinica，29(9):3049 -3064 (in Chinese with English abstract)

Ma XH，Chen B and Yang MC. 2013. Magma mixing origin for the Aolunhua porphyry related to Mo-Cu mineralization，eastern Central Asian Orogenic Belt. Gondwana Research，24(3 -4):1152 -1171

Mandelbrot BB. 1983. The Fractal Geometry of Nature. San Francisco:Freeman

Mao JW，Xie GQ，Duan C，Pirajno F，Ishiyama D and Chen YC.2011a. A tectono-genetic model for porphyry-skarn-stratabound Cu-Au-Mo-Fe and magnetiteapatite deposits along the Middle-Lower Yangtze River Valley，Eastern China. Ore Geology Reviews，43(1):294 -314

Mao JW，Zhang JD，Pirajno F，Ishiyama D，Su HM，Guo CL and Chen YC. 2011b. Porphyry Cu-Au-Mo-epithermal Ag-Pb-Zn-distal hydrothermal Au deposits in the Dexing area，Jiangxi Province，East China:A linked ore system. Ore Geology Reviews，43(1):203-216

Mao JW，Zhou ZH，F(xiàn)eng CY，Wang YT，Zhang CQ，Peng HJ and Yu M. 2012. A preliminary study of the Triassic large-scale mineralization in China and its geodynamic setting. Geology in China，39(6):1437 -1471 (in Chinese with English abstract)

Mao JW，Pirajno F，Lehmann B，Luo MC and Berzina A. 2014.Distribution of porphyry deposits in the Eurasian continent and their corresponding tectonic settings. Journal of Asian Earth Sciences，79:576 -584

Mo XX，Luo ZH，Xiao QH，Yu XH，Liu CD，Zhao ZD and Zhou S.2002. Evidence of Magma mixing in granitoids plutons and the way of investigation on granitoids. In:Xiao QH (ed. ). The Ways of Investigation on Granitoids. Beijing:Geological Publishing House，53 -70 (in Chinese)

O’Hara MJ. 1977. Geochemical evolution during fractional crystallization of a periodically refilled magma chamber. Nature，266(5602):503-507

Perugini D and Poli G. 2000. Chaotic dynamics and fractals in magmatic interaction processes:A different approach to the interpretation of mafic microgranular enclaves. Earth and Planetary Science Letters，175(1 -2):93 -103

Perugini D，Poli G and Mazzuoli R. 2003. Chaotic advection，fractals and diffusion during mixing of magmas:Evidence from lava flows.Journal of Volcanology and Geothermal Research，124(3 -4):255-279

Perugini D and Poli G. 2012. The mixing of magmas in plutonic and volcanic environments:Analogies and differences. Lithos，153:261-277

Perugini D，De Campos CP，Dingwell DB and Dorfman A. 2013.Relaxation of concentration variance:A new tool to measure chemical element mobility during mixing of magmas. Chemical Geology，335:8 -23

Renjith ML，Charan SN，Subbarao DV，Babu EVSSK and Rajashekhar VB. 2014. Grain to outcrop-scale frozen moments of dynamic magma mixing in the syenite magma chamber，Yelagiri alkaline complex，South India. Geoscience Frontiers，5(6):801 -820

Sun SS and McDonough WF. 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts:Implications for mantle composition and processes.In:Saunders AD and Norry MJ (eds. ). Magmatism in the Ocean Basins. Geological Society，London，Special Publications，42(1):313 -345

Wallace P and Carmicheal ISE. 1992. Sulfur in basaltic magmas.Geochimica et Cosmochimica Acta，56(5):1863 -1874

Wang QF，Deng J，Liu H，Yang LQ，Wan L and Zhang RZ. 2010a.Fractal models for ore reserve estimation. Ore Geology Reviews，37(1):2 -14

Wang QF，Deng J，Zhao J，Wan L，Gong QJ，Yang LQ and Liu H.2010b. Tonnage-cutoff model and average grade-cutoff model for a single ore deposit. Ore Geology Reviews，38(1 -2):113 -120

Wang QF，Deng J，Liu H，Wan L and Zhang ZJ. 2011a. Fractal analysis of the ore-forming process in a skarn deposit:A case study in the Shizishan area，China. In:Sial AN，Bettencourt JS，De Campos CP and Ferreira VP (eds. ). Granite-Related Ore Deposits. Geological Society，London，Special Publications，350(1):89 -104

Wang QF，Deng J，Zhang QZ，Liu H，Liu XF，Wan L，Li N，Wang YR，Jiang CZ and Feng YW. 2011b. Orebody vertical structure and implications for ore-forming processes in the Xinxu bauxite deposit，western Guangxi，China. Ore Geology Reviews，39(4):230 -244 Wang QF，Deng J，Zhao JC，Li N and Wan L. 2012. The fractal relationship between orebody tonnage and thickness. Journal of Geochemical Exploration，122:4 -8

Wang QF，Deng J，Li CS，Li GJ，Yu L and Qiao L. 2014. The boundary between the Simao and Yangtze blocks and their locations in Gondwana and Rodinia:Constraints from detrital and inherited zircons. Gondwana Research，26(2):438 -448

Zhao KD，Jiang SY，Yang SY，Dai BZ and Lu JJ. 2012. Mineral chemistry，trace elements and Sr-Nd-Hf isotope geochemistry and petrogenesis of Cailing and Furong granites and mafic enclaves from the Qitianling batholith in the Shi-Hang zone，South China.Gondwana Research，22(1):310 -324 Zuo RG，Xia QL and Zhang DJ. 2013. A comparison study of the C-A

and S-A models with singularity analysis to identify geochemical

anomalies in covered areas. Applied Geochemistry，33:165 -172 Zuo RG，Wang J，Chen GX and Yang MG. 2015. Identification of weak anomalies:A multifractal perspective. Journal of Geochemical Exploration，148:12 -24

附中文參考文獻

曹殿華，王安建，李文昌，王高尚，李瑞萍，李以科. 2009. 普朗斑巖銅礦巖漿混合作用:巖石學及元素地球化學證據(jù). 地質(zhì)學報，83(2):166 -175

鄧軍，楊立強，王長明. 2011. 三江特提斯復合造山與成礦作用研究進展. 巖石學報，27(9):2501 -2509

鄧軍，王長明，李龔健. 2012. 三江特提斯疊加成礦作用樣式及過程. 巖石學報，28(5):1349 -1361

鄧軍，葛良勝，楊立強. 2013. 構造動力體制與復合造山作用——兼論三江復合造山帶時空演化. 巖石學報，29(4):1099 -1114

鄧軍，王長明，李文昌，楊立強，王慶飛. 2014. 三江特提斯復合造山與成礦作用研究態(tài)勢及啟示. 地學前緣，21(1):52 -64

董國臣，莫宣學，趙志丹，朱弟成，王亮亮，陳濤，李冰. 2006. 岡底斯巖漿帶中段巖漿混合作用——來自花崗雜巖的證據(jù). 巖石學報，22(4):835 -844

李文昌，潘桂棠，侯增謙，莫宣學，王立全，丁俊，徐強. 2010. 西南“三江”多島弧盆-碰撞造山成礦理論與勘查技術. 北京:地質(zhì)出版社

李文昌，于海軍，尹光候. 2013. 西南"三江"格咱島弧斑巖成礦系統(tǒng). 巖石學報，29(4):1129 -1144

劉學龍，李文昌. 2013. 云南格咱島弧印支期巖漿作用的鋯石年齡和鉿同位素證據(jù). 地學前緣，20(5):57 -74

劉學龍，李文昌，尹光侯，張娜. 2013. 云南格咱島弧普朗斑巖型銅礦年代學、巖石礦物學及地球化學研究. 巖石學報，29(9):3049 -3064

毛景文，周振華，豐成友，王義天，張長青，彭惠娟，于淼. 2012.初論中國三疊紀大規(guī)模成礦作用及其動力學背景. 中國地質(zhì)，39(6):1437 -1471

莫宣學，羅照華，肖慶輝，喻學惠，劉成東，趙志丹，周肅. 2002.花崗巖中巖漿混合作用的識別與研究方法. 見:肖慶輝著. 花崗巖研究思維與方法. 北京:地質(zhì)出版社，53 -70