寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖與鐵鎂質(zhì)包體銅同位素研究*

張力鈺 劉盛遨＊＊ 趙盼撈 汪方躍

1.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083

2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230009

1 引言

斑巖型銅礦是最重要的金屬Cu-Au-Mo-Ag 成礦類型之一，其中世界銅產(chǎn)量的一半來自斑巖型銅礦。中國中東部長江中下游地區(qū)是中國最重要的金屬成礦帶之一，發(fā)育大規(guī)模中生代斑巖型礦床，但其銅礦石中銅(及其它金屬)的來源一直頗受爭議。解決斑巖銅礦中銅的來源問題歸根結(jié)底是限定其寄主巖的成因。

長江中下游成礦斑巖主要為中酸性的埃達克質(zhì)巖石。基于前人大量研究，其成因主要可歸為以下四種觀點:(1)長江中下游一帶的中酸性火山巖和侵入巖產(chǎn)于板內(nèi)環(huán)境，是玄武巖漿底侵到加厚下地殼底部導(dǎo)致下地殼中-基性巖部分熔融形成(張旗等，2001，2002);(2)王強等(2001)根據(jù)Sr-Nd同位素等地球化學(xué)特征認為中國東部安徽沙溪等地燕山期侵入巖的成因是底侵玄武質(zhì)下地殼巖石部分熔融;(3)部分學(xué)者認為可能是拆沉下地殼部分熔融，并與地幔相互作用的結(jié)果，其中巖漿中銅的富集與巖漿結(jié)晶分異有關(guān)(Xu et al.，2002;Wang et al.，2006;王強等，2004);(4)Liu et al.(2010)、Wang et al.(2013，2014)根據(jù)熔體高氧逸度，以及通過與郯廬斷裂帶不含礦高鎂埃達克巖地球化學(xué)對比提出了俯沖洋殼部分熔融模型。其中，俯沖洋殼熔融是環(huán)太平洋地區(qū)斑巖的主要成礦模型(Sajona and Maury，1998;Sun et al.，2010)，幔源巖漿底侵和熔融是西藏地區(qū)新生代斑巖成礦作用比較流行的觀點(Hou et al.，2004)。

目前S、Pb、Re-Os、Rb-Sr 同位素和稀土元素等已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于示蹤金屬成礦物質(zhì)來源(Lambert et al.，1999;吳開興等，2002;丁振舉等，2003;王立強等，2010)。比如通過研究成礦礦物或包裹體的S、Pb 同位素能夠示蹤成礦流體的來源，從而示蹤成礦金屬的源區(qū)。這是基于不同的儲庫(如上地幔vs.下地殼;巖漿巖vs.沉積地層)具有不同的Pb 或S同位素組成。盡管在示蹤成礦流體和成礦物質(zhì)來源方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但與Cu 同位素相比，S 和Pb 同位素在成礦物質(zhì)示蹤方面的作用是間接的，這顯示了Cu 同位素在這一應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)越性。

銅同位素是近年來興起的一種非傳統(tǒng)同位素測試方法，研究發(fā)現(xiàn)銅同位素在低溫成礦過程中能夠發(fā)生顯著的分餾，但在高溫下分餾很有限(Li et al.，2009;王躍和朱祥坤，2010)，這極大地限制了Cu 同位素在高溫過程中的應(yīng)用。最近，Liu et al.(2014a)通過高精度的Cu 同位素分析發(fā)現(xiàn)，硅酸鹽標(biāo)樣的Cu 同位素組成是不均一的(- 0.01‰～+0.39‰)，其變化范圍(0.40‰)是長期外部重現(xiàn)性的大約8 倍。因為高溫下成礦物質(zhì)的起源與巖漿作用直接相關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)有望應(yīng)用Cu 同位素示蹤成礦物質(zhì)的源區(qū)，從而為Cu同位素示蹤成礦物質(zhì)來源開辟一個新的領(lǐng)域。目前為止，關(guān)于斑巖銅礦銅同位素的研究主要集中在成礦礦石中含銅礦物(硫化物)Cu 同位素的時空分布研究(Mathur et al.，2009;Li et al.，2010)，而很少應(yīng)用到直接示蹤斑巖銅礦中銅的來源。本文擬通過測定寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖及其鐵鎂質(zhì)包體的Cu 同位素組成，對比二者之間的同位素組成是否存在差異，推斷成礦斑巖和鐵鎂質(zhì)包體的源區(qū)，從而驗證Cu 同位素體系可否直接用于示蹤成礦斑巖中Cu 的來源。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 中國東部長江中下游成礦帶地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of the Middle and Lower Yangtze River Belt in eastern China

圖2 寧鎮(zhèn)地區(qū)中生代中酸性侵入體及采樣點分布圖(據(jù)許繼峰等，2001;Wang et al.，2014 資料修編)Fig.2 Distribution of Mesozoic intermediate-acidic intrusions and sampling locations in Ningzhen area (after Xu et al.，2001;Wang et al.，2014)

長江中下游地區(qū)位于揚子板塊東北緣，秦嶺大別造山帶東部，郯廬斷裂東南部，太平洋板塊俯沖帶西部(圖1)。江蘇省寧鎮(zhèn)地區(qū)位于長江中下游成礦帶最東段，是長江中下游金屬成礦帶重要組成部分。寧鎮(zhèn)地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展可分為三階段:晉寧運動以來的揚子地臺基底形成階段，震旦紀到三疊紀的海相、海陸過渡相的碳酸鹽巖、陸源碎屑巖系沉積蓋層階段和侏羅紀到白堊紀的陸相紅色碎屑巖系和碎屑巖系的疊加蓋層階段(曾鍵年等，2013)。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造較復(fù)雜，主要可分為中晚三疊-早中侏羅世由于華南陸塊和華北陸塊碰撞造成的南北向擠壓;晚侏羅世-白堊紀燕山期大規(guī)模巖漿活動造成的區(qū)域伸展;晚白堊世-第三紀由于太平洋板塊向西北推進造成的南東向擠壓(肖志明，1991)。

長江中下游地區(qū)燕山期的成礦作用主要集中在145～120Ma 之間且表現(xiàn)出明顯的分區(qū)性和演化趨勢(周濤發(fā)等，2008;Zhou et al.，2008)，此時期主要可分為三個巖漿噴發(fā)事件:(1)145～135Ma 發(fā)生在銅陵地區(qū)的鈣堿性中酸性侵入巖漿噴發(fā);(2)135～127Ma 發(fā)生在斷陷區(qū)的亞堿性-堿性雙峰巖漿噴發(fā)事件;(3)127Ma 后與金鈾礦化有關(guān)的A 型花崗巖巖漿侵入(Wang et al.，2004;Zhou et al.，2008;范裕等，2008)。

3 巖體及樣品特征

江蘇寧鎮(zhèn)地區(qū)廣泛發(fā)育著中生代的中酸性侵入巖，它們以高資、石馬、安基山、麒麟門巖體為代表，通常被稱為寧鎮(zhèn)巖(基)段(許繼峰等，2001)。本文所采樣品位于寧鎮(zhèn)地區(qū)近EW 向的安基山(AJS)、象山(XS)、銅山(TS)巖體(圖2)。安基山巖體沿NEE 向展布延伸達10km，最寬處約4km，面積40km2。安基山巖體內(nèi)含有大量的捕虜體，巖石類型主要為石英閃長斑巖和花崗閃長斑巖，石英閃長斑巖分布廣泛，主要分布在淺部和東北部的接觸帶上(王立本等，1997;許繼峰等，2001)。曾鍵年等(2013)測得安基山侵入巖鋯石U-Pb 年齡為107Ma。銅山位于研究區(qū)的西北部，是高資巖體北部的一部分，總體呈NEE 向延伸。巖石類型主要為石英閃長巖和斑狀石英閃長巖。前人測得銅山主巖體石英閃長巖中黑云母的K-Ar 年齡為117Ma(王立本等，1997)。象山巖體靠近鎮(zhèn)江，位于鎮(zhèn)江南端，研究區(qū)的東端。巖石類型主要為花崗閃長斑巖。Wang et al.(2014)測得寧鎮(zhèn)地區(qū)埃達克質(zhì)巖石的成巖年齡在100～109Ma 之間。

本文進行Cu 同位素分析的樣品主要采自安基山巖體和銅山巖體，少量采自象山巖體。其中安基山樣品為6 個中酸性斑巖和5 個鐵鎂質(zhì)包體，銅山樣品為7 個中酸性斑巖和6個鐵鎂質(zhì)包體，象山樣品為1 個中酸性斑巖和1 個鐵鎂質(zhì)包體。野外觀察發(fā)現(xiàn)，除象山樣品有微弱的蝕變，安基山和銅山樣品都未見明顯蝕變。根據(jù)燒失量(中酸性斑巖平均燒失量，AJS:2.68%，TS:0.72 %，XS:5.11%;鐵鎂質(zhì)包體平均燒失量，AJS:4.76%，TS:4.76%，XS:6.87%;表1)和鏡下長石蝕變觀察(圖3)可看出，總體上鐵鎂質(zhì)包體蝕變程度大于中酸性斑巖，象山樣品蝕變程度較大，安基山次之，銅山中酸性斑巖幾乎無蝕變。

安基山巖體的中酸性斑巖主要為閃長斑巖和石英閃長斑巖，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，基質(zhì)為斜長石和角閃石，斑晶主要為角閃石(23%)，斜長石(7%)和石英(3%)(圖3a)。鐵鎂質(zhì)包體為輝長巖，似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為微晶結(jié)構(gòu)，斑晶為輝石(10%)、角閃石(7%)、斜長石(10%)、石英(3%)(圖3b)。

銅山巖體的中酸性斑巖主要為閃長斑巖和花崗閃長巖，斑狀結(jié)構(gòu)，半自形-自形結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由長石(65%)、石英(20%)、角閃石(10%)和少量黑云母組成(3%)，含少量鋯石、磷灰石等副礦物(圖3c)。鐵鎂質(zhì)包體為輝長巖，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為隱晶-微晶結(jié)構(gòu)，基質(zhì)主要由斜長石和輝石組成，斑晶主要由單斜輝石(7%)，角閃石(3%)，斜長石(10%)和斜方輝石(2%)組成(圖3d)。

象山巖體的中酸性斑巖為花崗閃長斑巖，似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為微花崗結(jié)構(gòu)，基質(zhì)由長石(55%)、石英(10%)和綠泥石化的黑云母與角閃石(15%)組成，斑晶由長石(10%)，石英(6%)和角閃石(4%)組成(圖3e)。鐵鎂質(zhì)包體為輝長巖，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，基質(zhì)由斜長石和輝石組成，基質(zhì)由輝石(3%)，角閃石(5%)，斜長石(15%)和石英(2%)組成(圖3f)。

表1 樣品的Cu 同位素組成測定結(jié)果(δ65 Cu:‰;主量元素:wt%)Table 1 Cu isotopic composition of analyzed samples (δ65 Cu:‰;major elements:wt%)

4 銅同位素研究

4.1 銅同位素分析方法

銅是過渡族金屬元素，是重要的成礦元素。它有兩個穩(wěn)定的同位素:63Cu 和65Cu，它們在自然界中所占的比例分別為69.17%和30.83%(Shields et al.，1965)。本文研究樣品的Cu 同位素分析在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)同位素地球化學(xué)實驗室完成。樣品的Cu 同位素分析主要包括溶樣、化學(xué)分離提純和測定，具體實驗流程詳見Liu et al.(2014a)。

4.1.1 溶樣

圖3 研究區(qū)中酸性斑巖與鐵鎂質(zhì)包體鏡下照片(a)AJS-6 閃長斑巖;(b)AJS-9 輝長巖;(c)TS-5 花崗閃長巖;(d)TS-7 輝長巖;(e)XS-1 花崗閃長斑巖;(f)XS-2 輝長巖Fig.3 Microscopic photographs of intermediate-acidic porphyries and mafic xenoliths in the studied area

稱取約20～40mg 樣品于Savillex 公司生產(chǎn)的6mL 聚四氟杯中，加入1∶1 比例的HF 和HNO3于160℃電熱板上溶解，待溶解后開蓋蒸干，再加入王水在80 ℃電熱板上加熱，待溶解后開蓋蒸干，之后加入少量濃HNO3于120℃加熱，反復(fù)溶解蒸干至得清澈透明溶液后蒸干，再加入1mL 8N HCl+0.001%H2O2，溶解蒸干，重復(fù)此過程3 次，確保樣品轉(zhuǎn)換為氯鹽。最后再用1mL 8N HCl +0.001% H2O2溶解，等待化學(xué)分離。

4.1.2 化學(xué)分離

化學(xué)分離過程使用AG-MP-1M 陰離子交換樹脂。用0.5N HNO3和8N HCl 分別交替與MQ H2O 清洗樹脂三次，加入10mL 8N HCl+0.001% H2O2調(diào)節(jié)淋洗過程的離子環(huán)境，再加入溶解在1mL 8N HCl+0.001%H2O2中的樣品。加入樣品后，加入9mL 8N HCl+0.001% H2O2，此9 mL HCl 主要用于淋洗出一些雜質(zhì)元素(例如Na，Mg，Al，K，Ca，Ti，Cr，Ni，Mn)。然后，加入28mL 8N HCl+0.001%H2O2，并用干凈的聚四氟燒杯接收此28mL 淋洗后的溶液，準備進行Cu 同位素測定。

4.1.3 質(zhì)譜測定

將化學(xué)分離后所得溶液開蓋蒸干，然后溶于1mL 3%HNO3再蒸干，重復(fù)此過程兩次，配置相應(yīng)溶液(100 ×10-9)，進行質(zhì)譜測定。分析所用的儀器為Thermo-Finnigan Neptune plus 型多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICPMS)。采用樣品-標(biāo)準-樣品交叉法(SSB)校正儀器的質(zhì)量分餾。

4.1.4 基質(zhì)干擾分析

Liu et al.(2014a)研究發(fā)現(xiàn)在Cu 同位素測定過程中，測試結(jié)果主要受Ti 離子及基團的干擾，因為Ti 與O 結(jié)合形成的16O47Ti 和16O49Ti 質(zhì)量數(shù)上等于63Cu 和65Cu，而消除此干擾最好的方法就是使樣品中Cu 更加純化。Liu et al.(2014a)用BHVO-2 作為測試樣品進行檢驗，實驗表明，一次過柱后，Ti/Cu 比(質(zhì)量)為0.3，對結(jié)果會造成+0.15‰的影響，兩次過柱后Ti/Cu 降低到0.03 以下，在誤差范圍內(nèi)不會干擾實驗結(jié)果。

本文所有硅酸鹽樣品均經(jīng)過了兩次化學(xué)分離，且在上機測試銅同位素組成之前，測定了溶液的Ti/Cu 比，所有樣品Ti/Cu 比均在0.03 之下。因此Ti 離子的基質(zhì)干擾可以忽略。

4.2 銅同位素測定結(jié)果及其分析

4.2.1 Cu 同位素組成表示方法

Cu 同位素比值的測定結(jié)果以樣品相對于標(biāo)準樣品的千分偏差δ65Cu(采用NBS976 標(biāo)準)表示，即:

4.2.2 測試精度

通過對實驗室人工合成溶液樣品和USGS 標(biāo)準巖石樣品的Cu 同位素長期分析，外部精度分別優(yōu)于±0.03‰和±0.05‰ (2SD)。與文中報道樣品進行平行溶解、化學(xué)分離和測試的BHVO-2 標(biāo)樣的δ65Cu 為0.14 ±0.04‰，與其他文獻中報道的該標(biāo)樣的值在誤差范圍內(nèi)一致(Moynier et al.，2010;Liu et al.，2014a，b;Li et al.，2015)。

4.2.3 樣品Cu 同位素測定結(jié)果

將已配好的待測樣品溶液放入MC-ICP-MS 儀器中進行Cu 同位素測定。每個樣品循環(huán)測量三次，取其平均值作為δ值，兩倍標(biāo)準偏差(2SD)作為誤差值。測得結(jié)果如表1。

測試結(jié)果表明，安基山(AJS)閃長斑巖(包括石英閃長斑巖)δ65Cu 的范圍為-0.13‰～+0.36‰，平均值+0.19‰±0.07‰(2SD);安基山(AJS)輝長巖δ65Cu 的范圍為+0.14‰～+0.19‰，平均值+0.17‰ ±0.05‰(2SD)。將安基山樣品δ65Cu 值分別與其SiO2和MgO 含量投圖(圖4a，b)。巖漿巖的酸度和類型由SiO2含量決定。巖漿結(jié)晶分異過程中，巖漿中MgO 含量一直呈下降趨勢(黃智龍等，2003;孫赫等，2009)，即MgO 含量越高，結(jié)晶分異程度越低，越接近原始巖漿成分。SiO2-δ65Cu 圖解展示出不同酸度的巖漿的δ65Cu 值特征;MgO-δ65Cu 圖解展示出不同結(jié)晶分異程度的巖漿的δ65Cu 值特征。

銅山(TS)花崗閃長巖δ65Cu 的范圍為+ 0.15‰～+0.36‰，平均值+0.25‰ ±0.03‰(2SD);閃長斑巖δ65Cu的范圍為+0.03‰～+0.05‰，平均值+0.04‰ ±0.08‰(2SD);輝長巖δ65Cu 的范圍為+0.10‰～+0.20‰，平均值+0.13‰±0.05(2SD)。圖4c，d 分別為銅山SiO2-δ65Cu 和MgO-δ65Cu 圖解。

2 個象山(XS)樣品銅同位素測試結(jié)果為花崗閃長斑巖δ65Cu = +0.20‰ ±0.06‰(2SD);輝長巖δ65Cu = +0.16‰±0.06‰(2SD)。圖4e，f 分別為象山SiO2-δ65Cu 和MgOδ65Cu 圖解。

5 討論

5.1 寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦埃達克質(zhì)巖漿起源

長江中下游地區(qū)燕山期巖漿巖被廣泛認為是埃達克質(zhì)巖(張旗等，2001;汪洋等，2004;李印等，2009)。埃達克巖是根據(jù)高Sr/Y 和La/Yb 比值，不具有明顯Eu 負異常，低K2O/Na2O 比值等地球化學(xué)特征定義的一套中酸性巖石，由于缺乏巖石學(xué)限定標(biāo)準，因此關(guān)于其成因機制的觀點眾多。長江中下游地區(qū)燕山期埃達克質(zhì)巖主要有加厚古老下地殼部分熔融、底侵的玄武質(zhì)下地殼部分熔融、拆沉下地殼部分熔融和俯沖洋殼四種成因模式。

底侵玄武質(zhì)下地殼熔融一般產(chǎn)生低MgO 含量及低Mg#的巖漿(＜0.5)，這與寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖具有高的Mg#(Mg#= molar［Mg/(Mg + Fe)］(0.4～0.6))不符(Xu et al.，2002)。雖然新底侵的玄武質(zhì)下地殼部分熔融的熔體在某些情況下可以解釋埃達克質(zhì)巖的高MgO 和Mg#特征，比如通過與幔源巖漿發(fā)生混合，但是該模型不能解釋寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖低放射性Pb 同位素特征，即無法解釋富集地幔源區(qū)的輕微較高的Pb 同位素組成特征。并且熱的玄武質(zhì)成分阻礙了榴輝巖的生成，而埃達克巖通常被認為形成于榴輝巖部分熔融，因此排除了寧鎮(zhèn)地區(qū)“埃達克質(zhì)”巖的底侵玄武質(zhì)下地殼熔融成因模型(Wang et al.，2006;李印等，2009)。結(jié)合寧鎮(zhèn)地區(qū)侵入巖高MgO (1.52%～3.99%)、高Mg#和低放射性Pb 同位素組成((206Pb/204Pb)i＜17)的特征，Xu et al.(2002)提出這些成礦斑巖可能起源于拆沉下地殼部分熔融的熔體與地幔橄欖巖的相互作用。

拆沉下地殼部分熔融模型和洋殼俯沖模型都能形成地殼熔體與地幔物質(zhì)混合產(chǎn)生的巖漿，能夠解釋高Mg#地球化學(xué)特征(Xu et al.，2002;孫衛(wèi)東等，2008)。然后，由于陸殼和洋殼元素組成的巨大差異，拆沉下地殼部分熔融和洋殼俯沖熔體產(chǎn)生的巖漿具有顯著不同的化學(xué)組成(Liu et al.，2010;Ling et al.，2011)。最近的研究通過對比長江中下游地區(qū)與其南側(cè)郯廬斷裂帶及大別山同時代埃達克質(zhì)巖Hf-O 同位素以及Ce4+/Ce3+和Eu/Eu*計算出的氧逸度，發(fā)現(xiàn)長江中下游地區(qū)成礦斑巖的成因可能與俯沖的大洋板片有關(guān)，而不同于西側(cè)郯廬斷裂帶及大別山地區(qū)加厚下地殼來源的埃達克質(zhì)巖石(Liu et al.，2010，2012;Ling et al.，2011;Sun et al.，2012，2013;Wang et al.，2013，2014)。

圖4 安基山、銅山、象山δ65Cu-MgO 和δ65Cu-SiO2 圖解Fig.4 δ65Cu-MgO and δ65Cu-SiO2 diagram of Anjishan，Tongshan and Xiangshan plutons

然而，寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖與長江中下游其它地區(qū)成礦埃達克質(zhì)巖存在幾個顯著的差異(Wang et al.，2014):(1)寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖更年輕(100～110Ma);(2)具有低放射成因Pb;(3)氧逸度低;(4)鋯石Ti 飽和溫度低。基于這些差異并結(jié)合同期大量基性包體的出現(xiàn)，Wang et al.(2014)提出寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖起源于富集地幔來源的玄武質(zhì)巖漿同古老下地殼熔體的混合。

5.2 寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖及其包體Cu 同位素對比及其意義

與傳統(tǒng)的S 和Pb 同位素相比，限定斑巖銅礦中Cu 的來源最直接的示蹤劑是該金屬穩(wěn)定同位素。盡管在成礦溫度下(200～300℃)，硫化物沉淀過程中會產(chǎn)生一定的Cu 同位素分餾，但在高溫巖漿過程中沒有觀察到顯著的Cu 同位素分餾(Li et al.，2009)。因此，應(yīng)用銅同位素對成礦物質(zhì)可能來源的硅酸巖源區(qū)進行區(qū)分是可能的。為此，我們通過對比寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖與其鐵鎂質(zhì)包體(幔源)的Cu 同位素來判定成礦巖漿的來源(殼源、幔源、殼?；旌显?，并進一步判定其主要成因模型。

寧鎮(zhèn)地區(qū)中酸性斑巖δ65Cu 值在-0.13‰～+0.36‰范圍內(nèi)，分餾變化范圍較大，而輝長巖Cu 同位素組成很集中，δ65Cu 值均處于+ 0.1‰～ + 0.2‰之間，平均δ65Cu 為+0.15‰±0.05‰(2SD)(圖5)?？傮w上看，輝長巖酸度越大，結(jié)晶分離程度越高，δ65Cu 值越重;中酸性斑巖表現(xiàn)不明顯(圖4、圖5)。AJS-3 樣品δ65Cu 值為-0.13‰±0.06‰，與其他中酸性斑巖差別較大。Li et al.(2009)指出，澳大利亞不同類型的花崗巖，除去兩個受局部熱液蝕變影響的樣品δ65Cu 達到1.51‰和0.95‰外，其余花崗巖的δ65Cu 變化范圍為-0.46‰～0.21‰，所研究的花崗巖分布范圍很廣且具有很寬泛的物質(zhì)組成和不同的物質(zhì)來源。

圖5 寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖與輝長巖包體δ65Cu-SiO2圖解Fig.5 δ65 Cu-SiO2 diagram of ore-bearing porphyries and gabbro xenoliths in Ningzhen area

對于寧鎮(zhèn)地區(qū)的鐵鎂質(zhì)包體，陶維松等(1987)早先根據(jù)仔細的鏡下鑒定和主微量元素特征認為其為下地殼碎塊，經(jīng)過了部分熔融的殘留體。Wang et al.(2014)認為其來自富集巖石圈地幔的部分熔融。Liu et al.(2015)和Savage et al.(2015)通過對全球地幔橄欖巖和玄武巖的研究、測得硅酸鹽地球(BSE)的Cu 同位素組成為+0.07‰ ±0.10‰，代表地幔的δ65Cu。本研究所測定的寧鎮(zhèn)地區(qū)輝長質(zhì)包體的δ65Cu 值吻合，支持這些鐵鎂質(zhì)包體主要來自富集地幔(Wang et al.，2014)。

研究表明，花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶分異過程中沒有顯著的Cu同位素分餾(Li et al.，2009)，但理解計算表明巖漿去氣可能產(chǎn)生Cu 同位素分餾(Seo et al.，2007)。然后，與火山巖相比，侵入巖去氣作用要弱得多。因此，花崗質(zhì)巖漿的Cu 同位素變化應(yīng)該反映源區(qū)的不均一。相反，古老下地殼巖石和古老下地殼來源的巖漿巖通常都具有顯著的Cu 同位素變化(＞2‰)，顯著不同于玄武巖和普通的年輕下地殼來源的花崗巖。Wang et al.(2014)測得寧鎮(zhèn)地區(qū)100～109Ma 埃達克質(zhì)巖具有較高的Ce4+/Ce3+和Eu/Eu*計算出的高氧逸度及較低的鋯石Ti 飽和溫度(大約650℃)，認為寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖形成于幔源巖漿和古老下地殼熔體的混合。本文研究的樣品均遠離礦區(qū)，沒有遭受強烈的流體改造作用。因此，我們認為，寧鎮(zhèn)地區(qū)中酸性斑巖不均一的Cu 同位素組成可能是幔源巖漿和部分熔融的下地殼巖漿的混合的結(jié)果，古老下地殼的熔融解釋了較大的Cu 同位素變化范圍，而幔源巖漿的卷入解釋了高Mg#和富MgO 的特征。如果這一解釋正確的話，Cu 同位素有望成為一個示蹤地幔熔體和古老下地殼熔體貢獻的一個重要示蹤計。如何識別地幔熔體和地殼熔體對成礦物質(zhì)的貢獻是一個重要的科學(xué)問題，比如岡底斯成礦帶新生代成礦埃達克質(zhì)巖通常含有大量鎂鐵質(zhì)包體，而成礦物質(zhì)是來自中酸性斑巖(埃達克質(zhì)巖)還是鎂鐵質(zhì)包體代表的地幔巖漿?我們希望對這些巖石的Cu 同位素研究能夠解決這一重要問題。此外，在確定斑巖和鎂鐵質(zhì)包體存在顯著Cu同位素差異的基礎(chǔ)上，可以進一步測定成礦斑巖中含銅礦物的Cu 同位素，然后與斑巖和鐵鎂質(zhì)包體的Cu 同位素進行對比，從而示蹤銅礦石中銅的來源，這是Cu 同位素在高溫成礦過程中最重要的應(yīng)用，是今后Cu 同位素研究的重要方向。

6 結(jié)論

本文通過對長江中下游寧鎮(zhèn)地區(qū)安基山、銅山、象山三個巖體的中酸性斑巖和其中的輝長質(zhì)包體的Cu 同位素組成測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn):

(1)三個礦區(qū)輝長質(zhì)包體δ65Cu 值均在+ 0.1‰～+0.2‰之間，平均δ65Cu= +0.15‰±0.05‰(2SD)，與地幔Cu 同位素組成+0.07‰ ±0.10‰吻合。結(jié)合富集的Sr-Nd同位素組成，我們認為寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖中輝長質(zhì)包體主要來源于富集巖石圈地幔。

(2)三個巖體中酸性斑巖δ65Cu 值在- 0.13‰～+0.36‰之間，變化范圍較大。結(jié)合研究區(qū)前人研究資料，寧鎮(zhèn)地區(qū)中酸性斑巖的高MgO、高Mg#值和低放射性Pb 同位素組成的特征，以及古老下地殼巖石和古老下地殼來源的巖漿巖中Cu 同位素會有較大變化的(＞2‰)的認識，我們認為寧鎮(zhèn)地區(qū)具有不均一的Cu 同位素組成的中酸性斑巖主要為幔源巖漿和下地殼部分熔融巖漿混合形成的。

(3)寧鎮(zhèn)地區(qū)成礦斑巖及其輝長巖包體的Cu 同位素的明顯差異表明可通過進一步測定成礦含Cu 礦物的Cu 同位素組成，并與斑巖和鐵鎂質(zhì)包體的Cu 同位素進行對比，從而示蹤成礦物質(zhì)的來源。

致謝 感謝中國地質(zhì)大學(xué)(北京)同位素地球化學(xué)實驗室李丹丹、呂逸文、王澤洲、蔣磊在Cu 同位素測定實驗過程中提供的幫助。感謝黃方教授和另一名匿名審稿人提出的寶貴意見。

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