西南三江甭哥金礦床磷灰石地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義*

張榮偉 薛傳東 薛力鵬 劉星

1. 中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，長沙 4100832. 昆明理工大學(xué)地球科學(xué)系，昆明 6500933. 云南省有色地質(zhì)局地質(zhì)地球物理化學(xué)勘查院，昆明 6502161.

巖漿巖的副礦物在各種地質(zhì)環(huán)境或過程中具有較強的穩(wěn)定性，能靈敏地記錄或保存賦存巖石所經(jīng)歷各種地質(zhì)作用的物理化學(xué)信息。隨著單顆粒副礦物的化學(xué)成份、同位素示蹤等原位定量分析技術(shù)的發(fā)展，副礦物已被廣泛運用于成巖、成礦的地球化學(xué)研究(趙振華, 2010; 周瑤琪等, 2013)。磷灰石(Ca5(PO4)3(OH, F, Cl))作為副礦物廣泛分布于三大巖類及各類熱液系統(tǒng)中，其富含稀土元素(REE)、揮發(fā)分(F、Cl、OH、S、C)，也是控制巖漿巖或熔(流)體系統(tǒng)中稀土元素、鹵素含量的重要載體礦物(Ayers and Watson, 1993; Pengetal., 1997; 陳雷等, 2017; 邢凱等, 2018)。大量研究表明，磷灰石與寄主巖石之間具有相似的稀土元素分布模式，磷灰石的稀土元素能間接指示巖石或礦床的稀土元素特征(張紹立等, 1985; 朱笑青等, 2004)。F、Cl和OH等揮發(fā)分往往是成礦熱液系統(tǒng)的礦化劑，是控制礦化元素遷移和富集的重要因素，因而其揮發(fā)分可以了解成礦流體的演化機制(朱永峰等, 1996; 王蝶等, 2013; 王晨光等, 2017; 張紅等, 2018)。根據(jù)磷灰石中Mn、Eu和Ce等變價元素含量，還可以定量計算出巖漿巖的氧逸度變化，是了解巖漿體系氧逸度的目標(biāo)礦物之一(Milesetal., 2014, 2016)。因此，磷灰石的地球化學(xué)特征研究是探討成巖成礦機制的有效手段。

西南三江地區(qū)產(chǎn)出了著名的金沙江富堿侵入巖帶，帶內(nèi)成礦條件好，礦產(chǎn)資源豐富，找礦潛力巨大，一直是我國重要的有色金屬礦集區(qū)(涂光熾, 1989; 張玉泉和謝應(yīng)雯, 1997; 武玉海等, 2004; 鄧軍等, 2010)。以往學(xué)者利用副礦物對富堿侵入巖帶內(nèi)南段、中段的一系列Cu-Au-Mo礦床成礦條件進(jìn)行了深入研究，取得的成果對理解和認(rèn)識富堿巖漿活動和成礦作用有著重要意義(畢獻(xiàn)武等, 2006; 王蝶等, 2013; 胥磊落等, 2012; 王晨光等, 2017; 張紅等, 2018)。甭哥金礦床位于金沙江富堿侵入巖帶的北端，是區(qū)內(nèi)為數(shù)不多的與富堿侵入巖有關(guān)的金礦床。前人針對甭哥金礦床的地質(zhì)特征、地球化學(xué)、成巖時代等方面開展研究，取得了一系列認(rèn)識(楊岳清等, 2002; 曹殿華等, 2007; 黃玉蓬等, 2013, 2017; 劉曉, 2014; 姜麗莉等, 2015; 姜麗莉, 2017)。已有研究表明，甭哥金礦床成巖、成礦機制有別于富堿巖帶中段和南段的金礦床。然而，目前對于該礦床的成巖、成礦條件研究仍較為薄弱，很大程度上制約了對礦床成礦機理認(rèn)識及勘查找礦進(jìn)展。因此，本文開展礦區(qū)內(nèi)富堿巖體的磷灰石地球化學(xué)示蹤分析，揭示其成巖、成礦的演化過程，為礦床成因機制及資源潛力評價提供借鑒依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

甭哥金礦床處在青藏高原東南緣三江造山帶北段的義敦弧南緣(圖1a)，夾持于義敦弧、甘孜-理塘縫合帶與揚子地塊西緣的結(jié)合部位(侯增謙等, 2004, 2006)。研究表明，本區(qū)先后經(jīng)歷了印支期俯沖造山、燕山期碰撞造山和喜馬拉雅期大規(guī)模的擠壓-走滑變形，三個階段的構(gòu)造演化是區(qū)內(nèi)多金屬礦床形成的重要制約(侯增謙等, 2006; 鄧軍等, 2012, 2016)。晚三疊世以來甘孜-理塘洋的西向俯沖，形成了區(qū)內(nèi)兩大斑巖成礦系統(tǒng)：印支期斑巖Cu多金屬成礦系統(tǒng)和燕山期Cu-Mo多金屬成礦系統(tǒng)(李建康等, 2007; 李文昌等, 2011, 2013; 王新松等, 2015; 張向飛等, 2017)，由此發(fā)育了休瓦促、普朗、雪雞坪、紅山、熱林、銅廠溝等大中型多金屬礦床(圖1b)。

圖1 三江造山帶北段構(gòu)造格架圖(a,據(jù)董毅, 2013)、中甸地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖(b,據(jù)王新松等, 2015)、甭哥地區(qū)地質(zhì)略圖(c,據(jù)劉曉, 2014)及其8號巖體露頭示意圖(d)Fig.1 Tectonic framework of the northern Sanjiang orogenic belt (a, modified after Dong, 2013), geological sketch of the Zhongdian region (b, modified after Wang et al., 2015), simplified geological maps of the Bengge ore region (c, modified after Liu, 2014) and its schematic profile map showing the outcrop geology for No.8 intrusive rock

圖2 甭哥金礦床正長斑巖和黑云輝石正長巖標(biāo)本及鏡下特征正長斑巖手標(biāo)本(a)及其正交偏光鏡下照片(c、e、f)；黑云輝石正長巖手標(biāo)本(b)及其正交偏光鏡下照片(d).礦物縮寫：Ap-磷灰石；Or-正長石；Bt-黑云母；Px-輝石；Qtz-石英；Mag-磁鐵礦；Py-黃鐵礦Fig.2 The hand specimen and microscopic characteristics of the syenite porphyry and biotite pyroxene syenite in Bengge gold depositHand specimen (a) and its microscopic photos under CPL (c, e, f) of syenite porphyry; hand specimen (b) and its microscopic photo under CPL (d) of biotite pyroxene syenite. Abbreviations: Ap-apatite; Or-orthosite; Bt-biotite; Px-pyroxene; Qtz-quartz; Mag-magnetite; Py-pyrite

礦區(qū)主要出露中-晚三疊世地層，為一套潮坪-開闊臺地相碎屑巖-碳酸鹽巖組合(圖1c)，由老到新主要有：中三疊統(tǒng)(T2)雜色砂巖、頁巖夾泥灰?guī)r及基性火山巖；上三疊統(tǒng)王吃卡組三段(T3w3)為淺灰-灰色薄層狀砂質(zhì)板巖夾鈣質(zhì)板巖、灰?guī)r透鏡體、變質(zhì)石英細(xì)砂巖及含礫砂巖，四段(T3w4)為深灰-灰黑色薄層狀炭泥質(zhì)板巖，局部夾灰黑、灰黃色粉砂質(zhì)、砂質(zhì)板巖及粉砂質(zhì)絹云板巖；上三疊統(tǒng)哈工組(T3h)下部為砂巖、頁巖夾少量灰?guī)r，上部為細(xì)砂巖、頁巖與灰?guī)r互層，底部為石英質(zhì)礫巖，與下伏王吃卡組呈假整合接觸。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育近南北向的阿熱斷裂、甭哥斷裂及NE、NW向的次級斷裂等；褶皺主要為軸向呈NNE向展布的甭哥不對稱向斜，軸部在南部被甭哥斷裂切錯，向北被阿熱斷裂錯斷，局部地段多發(fā)育有次級褶皺、撓曲。

甭哥堿性巖群的巖石類型以黑云母正長巖、黑云輝石正長巖、石英正長巖和正長斑巖為主。呈長橢圓狀或透鏡狀的巖株侵位于王吃卡組地層中，少部分呈不規(guī)則巖枝狀，總體呈北北西向展布(圖1d)。已有同位素年代學(xué)研究顯示，成巖年齡主要集中在201～219Ma及28.2～35Ma；成巖初期主要為黑云母正長巖、黑云輝石正長巖為主，中晚期形成了正長斑巖，顯示出多期次復(fù)式巖體的特征，印支期及喜馬拉雅期的巖漿活動均可能參加了成巖、成礦過程(曹殿華等, 2007; 劉曉, 2014; 姜麗莉等, 2015; 姜麗莉, 2017)。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，已知金礦體主要呈細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀和透鏡狀產(chǎn)在晚階段巖體中，含礦巖體普遍受到不同程度的熱液蝕變，蝕變強烈的部位金品位較高。如，以往集中勘查的8號巖體幾乎全巖礦化，反映出晚階段巖漿活動伴隨強烈的熱液成礦作用。

圖3 甭哥富堿巖體采樣露頭(a-c)及磷灰石特征(d)Fig.3 Outcrop characteristics of alkali-rich intrusive rocks (a-c) and CL image for apatite (d) from the Bengge gold deposit

2 巖石學(xué)特征

區(qū)內(nèi)堿性巖群是多期次富堿巖漿活動形成的產(chǎn)物，早期主要以黑云輝石正長巖為主，約占巖體出露面積的60%，而正長斑巖和少量石英正長巖形成于成巖晚期(劉曉, 2014; 姜麗莉, 2017)。野外調(diào)查和礦山開采揭示，金礦化在各階段正長巖中均有產(chǎn)出，但早階段的黑云輝石正長巖往往礦化蝕變?nèi)酢⒔鹌肺惠^低，高品位的金礦體一般都與晚階段的正長斑巖關(guān)系密切。為深入探討不同期次巖體成巖、成礦作用的差異特征，本次在礦區(qū)露頭最好的8號含礦巖體中采集代表性樣品進(jìn)行示蹤研究，其巖相學(xué)特征(圖2)簡述如下：

黑云輝石正長巖 巖石呈灰黑、灰綠色，細(xì)-中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2b, d)。主要礦物為正長石、黑云母和輝石，其次有少量角閃石等暗色礦物。正長石含量約為65%～70%，鏡下為灰白-灰黃色，自形-半自形粒狀或柱狀產(chǎn)出，大小為1～2mm，主要呈基質(zhì)分布；黑云母含量為15%～20%，在正交鏡下呈棕-棕褐色，為自形-半自形片狀、板狀分布于基質(zhì)中，多數(shù)可見一組完全解理；輝石主要為單斜輝石，含量為10%～15%，多為自形-半自形的粒狀-長柱狀，與黑云母相伴產(chǎn)出或單獨分布于基質(zhì)中，局部見次生綠泥石化。副礦物主要有磷灰石、鋯石、磁鐵礦和榍石等。

正長斑巖 巖石呈淺灰-灰白色，具有斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2a, c, e , f)。斑晶主要以正長石為主，含量約為20%～30%，自形-半自形粒狀或柱狀產(chǎn)出，大小為3～7mm，鏡下可見卡氏雙晶、十字雙晶，大部分可見環(huán)帶結(jié)構(gòu)；基質(zhì)主要為正長石含量約為70%，石英(約為10%)，及少量的輝石、黑云母(約為5%)，多呈自形-半自形細(xì)粒狀或微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。另在正長石顆粒間發(fā)育少量黃鐵礦(約為5%)，基質(zhì)中見有磷灰石、鋯石、磁鐵礦等副礦物。

3 樣品采集及分析方法

本次研究樣品采自甭哥金礦區(qū)露天采場揭露的8號巖體內(nèi)(圖1c)。分別在早階段形成的黑云輝石正長巖和晚階段形成的正長斑巖中各采集10件樣品(圖3a-c)。黑云輝石正長巖中所采集的樣品均為無蝕變的新鮮樣品，而正長斑巖樣品具有一定程度的蝕變。兩種巖性的磷灰石主要呈自形-半自形的長柱-短柱狀，多以副礦物的形式與主礦物共生或在基質(zhì)中單獨產(chǎn)出(圖2d-f)。在陰極發(fā)光(CL)圖像中(圖3d)，未蝕變的巖漿磷灰石顆粒表面干凈清晰、成分均一，部分顆?？梢娒黠@的核-邊環(huán)帶結(jié)構(gòu)；而蝕變磷灰石顆粒顏色較暗，表面發(fā)育較多的孔洞、裂隙，局部含有包裹體，并且核邊結(jié)構(gòu)模糊不清。因此，不同類型磷灰石單礦物能夠完整真實地保留寄主巖石的成巖、成礦信息。

圖4 黑云輝石正長巖(a)和正長斑巖(b)中磷灰石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖Fig.4 Chondrite-normalized REE diagrams for apatites from biotite pyroxene syenites (a) and syenite porphyries (b)

磷灰石的單礦物分離在河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成。首先將樣品粉碎到50～80目，通過重、磁選方法對樣品進(jìn)行篩選，在雙目鏡下挑選出晶形完整、無裂隙、無包體的磷灰石顆粒，單礦物樣品的純度大于99%。然后將分選出的磷灰石清洗后制成環(huán)氧樹脂樣品靶，把樣品拋光一半用于陰極發(fā)光拍照。最后，選定具有代表性的位置進(jìn)行及主微量元素測試。

主量元素和鹵素成分的電子探針分析在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室完成，分析測試儀器為JXA-8100型電子探針分析儀。磷灰石的分析測試條件為：加速電壓15kV，電流20nA，束斑大小為2μm。測試的主量元素組分為Na2O、MgO、SiO2、MnO、CaO、P2O5、Al2O3、FeO、TiO2，鹵素成分為F、Cl、SO3，各元素測試精度>0.001%。

表1 正長斑巖中磷灰石電子探針分析結(jié)果表(wt%)

Table 1 Electron microprobe analysis results of apatites in syenite porphyries (wt%)

樣品號BG-1BG-2BG-3BG-4BG-5BG-6BG-7BG-8BG-9BG-10BG-11BG-12BG-13BG-14BG-15P2O542.1241.0540.5040.6240.7441.0940.8141.2441.8641.3641.4841.7641.2441.1339.87CaO54.4054.7454.9254.2954.8254.6154.8554.7255.1554.8655.3254.7454.4355.0454.44Na2O0.180.280.150.200.080.230.100.350.160.150.120.130.160.160.34FeO0.120.100.180.110.160.100.130.110.130.110.100.070.080.050.10MnO0.090.060.100.080.090.050.030.070.130.110.100.070.090.040.12MgO0.050.060.200.050.090.080.070.050.040.050.060.040.040.020.02Al2O30.000.000.000.000.020.000.010.010.000.000.000.000.000.000.00SiO20.450.640.830.890.530.380.440.580.430.330.350.580.370.370.69SO30.590.700.750.870.570.520.540.640.580.380.470.670.430.500.79F3.143.612.893.143.162.983.292.974.003.633.663.683.173.523.53Cl0.260.220.370.270.390.420.340.390.280.380.430.270.180.270.21Total100.0299.8999.5999.1499.2099.1099.1399.78101.0099.73100.46100.4098.8299.5598.58logfO2-11.30-10.80-11.50-11.10-11.30-10.60-10.30-10.90-12.00-11.60-11.50-10.90-11.30-10.40-11.80O25P5.995.905.835.875.895.935.905.915.955.945.935.955.955.925.83Ca9.809.9510.029.9410.029.9710.049.939.929.9710.009.879.9410.0310.08Na0.060.090.050.070.030.070.030.120.050.050.040.040.050.050.11Fe0.020.010.030.020.020.010.020.020.020.020.010.010.010.010.01Mn0.010.010.010.010.010.010.000.010.020.020.010.010.010.010.02Mg0.010.010.050.010.020.020.020.010.010.010.020.010.010.000.01Al0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Si0.080.110.140.150.090.060.080.100.070.060.060.100.060.060.12S0.150.180.190.220.140.130.140.160.150.100.120.170.110.130.20F1.671.941.551.691.701.601.771.592.121.951.951.961.711.891.93Cl0.070.060.110.080.110.120.100.110.080.110.120.080.050.080.06OH*0.260.000.340.230.180.270.130.300.000.000.000.000.240.030.01Sum2.002.002.002.001.991.992.002.002.202.062.072.042.002.002.00

微量元素和稀土元素(REE)分析在南京聚譜檢測科技有限公司完成，實驗采用美國Resonetics公司生產(chǎn)的193nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕器和型號為Agilent 7700X電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)聯(lián)機測試，激光能量為80mJ，剝蝕束斑直徑為30μm，頻率使用8Hz，剝蝕時間為45s，剝蝕氣溶膠由高純度的氦氣送入ICP-MS完成測試。以NIST612作為外標(biāo)樣，每10個樣品點夾一個NIST612外標(biāo)樣。使用43Ca作為微量元素的內(nèi)標(biāo)，各元素測試精度<10%。

表2 黑云輝石正長巖中磷灰石電子探針分析結(jié)果表(wt%)

Table 2 Electron microprobe analysis results of apatites in biotite pyroxene syenites (wt%)

樣品號BG-16BG-17BG-18BG-19BG-20BG-21BG-22BG-23BG-24BG-25BG-26BG-27BG-28BG-29BG-30P2O540.9940.6540.3740.7340.8741.3440.1240.8041.3240.1740.2940.8640.9140.7941.01CaO54.0454.1754.2554.3554.4254.0554.3854.4954.2554.2054.2254.4354.1254.3254.24Na2O0.210.170.290.210.180.070.240.220.270.310.290.080.110.180.21FeO0.090.130.050.100.100.030.110.110.090.060.110.120.140.160.14MnO0.280.210.190.080.190.250.110.330.310.200.090.270.340.110.25MgO0.030.050.060.030.050.050.030.090.070.080.090.080.080.090.06Al2O30.000.000.020.000.020.020.010.000.000.000.000.010.000.000.00SiO20.220.200.410.320.230.260.360.270.260.370.280.440.230.240.23SO30.200.320.260.440.330.130.360.160.480.350.480.120.210.400.33F2.833.323.083.163.483.133.153.383.413.113.203.252.973.213.01Cl0.160.190.230.140.200.170.210.260.150.290.220.110.200.150.22Total97.8297.9697.8498.2098.5398.1497.6998.6499.1497.7797.8798.3798.0298.2798.39logfO2-14.50-13.30-13.00-11.10-13.00-14.00-11.60-15.40-15.00-13.20-11.30-14.40-15.50-11.60-14.00O25P5.965.935.895.935.935.985.885.915.965.885.905.915.945.935.94Ca9.9410.0110.0210.0110.009.8910.0910.009.9010.0510.059.979.9510.009.95Na0.070.060.100.070.060.020.080.070.090.110.100.030.040.060.07Fe0.010.020.010.010.010.000.020.020.010.010.020.020.020.020.02Mn0.040.030.030.010.030.040.020.050.040.030.010.040.050.020.04Mg0.010.010.020.010.010.010.010.020.020.020.020.020.020.020.02Al0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Si0.040.030.070.050.040.040.060.050.040.060.050.070.040.040.04S0.050.080.070.110.090.030.090.040.120.090.120.030.050.100.08F1.531.811.681.711.891.691.721.831.831.701.751.761.611.751.63Cl0.050.060.070.040.060.050.060.070.040.080.060.030.060.040.06OH*0.420.130.250.240.060.260.210.100.120.210.180.210.330.210.31Sum2.002.002.001.992.012.001.992.001.991.991.992.002.002.002.00

圖5 磷灰石代表性微量元素相關(guān)性圖解Fig.5 Correlation diagrams of representative trace elements for apatites of Bengge gold deposit

表3 黑云輝石正長巖中磷灰石的LA-ICP-MS測試結(jié)果(×10-6)

Table 3 LA-ICP-MS data for apatites from biotite pyroxene syenites (×10-6)

樣品號BG02-1BG02-2BG02-3BG02-4BG02-5BG02-6BG02-7BG02-8BG02-9BG02-10Ga42.3950.3450.4240.6742.0860.6743.5743.7740.2849.82Rb0.130.140.070.050.030.120.030.010.040.03Sr5773643254555448579958047001708365316742Ba46.7243.538.196.7912.4813.5346.995.8511.1833.98Pb5.825.605.224.996.434.269.069.506.739.08Th19.7316.789.1112.5315.1618.7013.6914.2316.0316.61U3.122.291.792.463.003.642.722.532.862.90La539.1 415.1 504.3 339.2 453.5 498.9 517.8 616.6 476.9 511.2 Ce1161833.4986.1711.9977.511261009112610211045Pr134.6 99.87113.688.54118.9 134.6 112.4 129.0 120.3 120.1 Nd539.0 423.6 454.1370.9 486.5 554.1 443.0 517.1 502.2 481.8 Sm101.6 81.5280.2372.3395.17104.8 82.7492.3897.1490.43Eu26.5521.3723.2519.6924.3227.7526.0128.5626.1426.59Gd83.8265.5273.2862.7282.5390.7472.6082.3681.6879.95Tb9.047.077.846.868.8610.037.508.508.858.49Dy44.3833.0138.3433.2242.4650.1036.3842.4343.0342.04Ho7.595.676.545.607.418.476.307.507.887.45Er17.3112.7315.3812.7816.6119.5915.0217.6317.9017.37Tm1.991.521.751.501.962.301.592.132.112.20Yb10.988.379.617.5810.6812.329.7111.5410.2611.18Lu1.381.071.281.031.321.491.371.541.491.55Y293.2 349.4 533.9 340.2 450.3 646.0 313.9 421.1 346.4 415.7 ∑REE2678200923151733232726412341268324172445LREE2501187421611602215524462191250922442275HREE176.5135.0154.0131.3171.8195.1150.5173.6173.2170.2LREE/HREE14.2 13.9 14.0 12.2 12.6 12.5 14.6 14.5 13.0 13.4 (La/Yb)N35.2 35.6 37.6 32.1 30.5 29.0 38.3 38.3 33.3 32.8 (La/Sm)N3.433.294.063.033.083.074.044.313.173.65(Sm/Yb)N10.3 10.8 9.2710.69.90 9.459.478.90 10.5 8.99Ce/Pb200 149 189 143 152 264 111 119 152 115 Sr/Y19.7 18.4 10.2 16.0 12.9 8.99 22.3 16.8 18.9 16.2 δEu0.850.870.910.870.820.851.000.980.870.94δCe1.030.970.970.981.011.040.980.931.021.00

4 測試結(jié)果

4.1 磷灰石主量元素及鹵素成分組成特征

分析結(jié)果顯示(表1、表2)，不同巖性的磷灰石的主量元素和鹵素成分均存在一定的差異性。正長斑巖的MnO含量(0.03%～0.13%，平均0.08%)明顯低于黑云輝石正長巖的含量(0.08%～0.34%，平均0.21%)；而正長斑巖的SiO2含量(0.33%～0.89%，平均0.52%)高于黑云輝石正長巖的含量(0.20%～0.44%，平均0.29%)；正長斑巖的SO3含量(0.38%～0.87%，平均0.60%)也高于黑云輝石正長巖的含量(0.12%～0.48%，平均0.30%)；其它主量元素，如P2O5、CaO、Na2O、Al2O3、FeO和MgO，在兩種巖石磷灰石中的含量較為接近。

所有磷灰石測試樣品的鹵素成分均具有高F、低Cl的特征，屬于典型的氟磷灰石。其中，正長斑巖的F含量為2.89%～4.00%，平均3.36%，Cl含量為0.21%～0.43%，平均0.31%；黑云輝石正長巖的F含量為2.83%～3.48%，平均3.18%，Cl含量為0.11%～0.29%，平均0.19%。從結(jié)果可以看出，正長斑巖的F、Cl含量均高于黑云輝石正長巖的含量。

表4 正長斑巖中磷灰石的LA-ICP-MS測試結(jié)果(×10-6)

Table 4 LA-ICP-MS data for apatites from the syenite porphyrys (×10-6)

樣品號BG01-1BG01-2BG01-3BG01-4BG01-5BG01-6BG01-7BG01-8BG01-9BG01-10Ga20.5015.0618.3513.7718.5920.6519.1520.9018.9218.38Rb0.150.120.130.090.050.220.060.230.050.08Sr8497695368684530696357888295417761358160Ba31.5566.8428.6441.1642.7138.4530.5723.5540.5330.29Pb7.268.3014.276.3614.2420.236.796.7419.627.24Th34.9241.1036.6636.0621.1827.9836.4843.2918.2149.75U4.084.474.235.323.473.494.718.673.335.64La1197155216861285131520071237146013271526Ce2368298829342487237836992603257624553041Pr270.6326.6342.8264.7272.7397.3285.7295.7251.8332.1Nd105411961372968.3 1022148710851132932.6 1319Sm169.8 196.7 243.8 156.3 190.6 265.7 181.9 203.1 162.1 228.0 Eu43.4547.1662.3338.1647.6964.1744.5348.9247.8454.78Gd150.9 174.1 211.1 141.3 156.9 231.4 153.5 182.6 138.3 202.8 Tb14.3816.1722.9814.6117.4126.1315.1519.1514.4719.86Dy70.1377.23113.274.5390.78134.973.7895.9271.5295.22Ho11.6813.4619.8613.2516.2924.4413.0216.2912.6416.77Er26.8130.7246.1330.9041.6061.1228.9238.6631.3437.04Tm3.233.685.703.785.167.613.384.764.124.65Yb17.9520.4433.9721.5630.6545.0618.7924.7122.5925.19Lu2.412.814.132.783.816.122.593.233.013.01Y198.8 148.9 170.3 137.1 181.4 212.8 163.5 200.9 186.8 191.0 ∑REE5402664670995502559084575747610254766907LREE5105630866425200522779215438571751786502HREE297.5 338.6 457.1 302.7 362.6 536.8 309.2 385.3 298.0 404.6 LREE/HREE17.2 18.6 14.5 17.2 14.4 14.8 17.6 14.8 17.4 16.1 (La/Yb)N47.9 54.5 35.6 42.8 30.8 32.0 47.2 42.4 42.2 43.5 (La/Sm)N4.555.094.475.314.454.884.394.645.294.32(Sm/Yb)N10.5 10.7 7.978.056.916.5510.8 9.137.9810.1 Ce/Pb326 360 206 391 167 183 383 382 125 420 Sr/Y42.7 46.740.3 33.0 38.4 27.250.7 20.8 32.8 42.7 δEu0.810.760.820.770.820.770.790.760.950.76δCe0.980.980.890.990.920.961.030.910.971.00

4.2 磷灰石微量元素組成特征

分析結(jié)果表明(表3、表4)，所測試的磷灰石中稀土元素總體呈現(xiàn)出右傾的配分模式(圖4)，均具有輕稀土富集、重稀土相對虧損、Eu和Ce輕微負(fù)異常的特點。其中，正長斑巖的稀土總量為5402×10-6～8457×10-6，平均含量為6293×10-6；黑云輝石正長巖的稀土總量為1733×10-6～2683×10-6，平均含量為2359×10-6?？梢钥闯?，正長斑巖中磷灰石的稀土總量明顯高于黑云輝石正長巖。

微量元素組成上，磷灰石含有較高的Sr、Ga、Ba含量，正長斑巖的Sr含量為4177×10-6～8497×10-6(平均6637×10-6)，黑云輝石正長巖為5448×10-6～7083×10-6(平均6207×10-6)；Ga在黑云輝石正長巖的含量為40.28×10-6～60.67×10-6(平均46.40×10-6)，正長斑巖中Ga含量為13.77×10-6～20.90×10-6(平均18.43×10-6)；Ba在黑云輝石正長巖的含量為5.85×10-6～46.99×10-6(平均22.93×10-6)，正長斑巖中Ba含量為23.55×10-6～66.84×10-6(平均37.43×10-6)。另外，磷灰石中Pb、Th、U的含量均存在一定差異性，正長斑巖中Pb、Th、U的平均含量分別為11.10×10-6、34.56×10-6、4.74×10-6，黑云輝石正長巖中含量分別為6.67×10-6、15.26×10-6、2.73×10-6。Rb在二者之間的含量差異性不大，分別為0.06×10-6～0.22×10-6及0.01×10-6～0.14×10-6。

5 討論

5.1 巖漿演化特征

磷灰石的微量元素地球化學(xué)特征對巖漿的演化機制具有重要的指示意義(趙振華, 2010; 周瑤琪等, 2013)。其中，磷灰石是稀土完全配分型礦物，具有與寄主巖石相一致的稀土元素分布模式，常被用作巖漿成因的示蹤劑，也可判別成巖成礦系列。以往研究表明，磷灰石的稀土元素表現(xiàn)為右傾的光滑曲線、具微弱Eu負(fù)異常的配分模式，通常是堿性巖漿的標(biāo)型特征，并且反映成巖的物質(zhì)來源具有殼幔同熔的的演化機制(周玲棣和王揚傳, 1988; 朱笑青等, 2004; Maoetal., 2016; Panetal., 2016; 王晨光等, 2017; 張紅等, 2018)。本次測試樣品中磷灰石的稀土元素總體表現(xiàn)出輕稀土富集、重稀土相對虧損、并具有微弱的負(fù)Eu異常特征，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上為右傾的配分模式(圖4)。這表明，甭哥堿性巖體不同巖性的正長巖具有相同的演化機制，富堿巖漿熔體主要來自于殼幔混源的特征。這與前人通過同位素研究獲得的認(rèn)識(劉曉, 2014; 姜麗莉等, 2015; 黃玉蓬等, 2017)相吻合。

在巖漿結(jié)晶過程中，晚于長石結(jié)晶的磷灰石往往具有較低的Sr含量，因而磷灰石的Sr含量變化能夠示蹤巖漿的演化過程。磷灰石屬于富REE礦物，其結(jié)晶將會分離巖漿中的稀土元素，磷灰石的(La/Sm)N、(La/Yb)N、(Sm/Yb)N值和Sr的含量可以指示巖漿的結(jié)晶過程(王晨光等, 2017; 刑凱等, 2018)。從本次研究的磷灰石微量及稀土元素組成特征可以看出，黑云輝石正長巖的(La/Sm)N、(La/Yb)N、(Sm/Yb)N值和Sr含量呈正相關(guān)分布(圖5)，表明巖漿結(jié)晶過程中，長石結(jié)晶對巖漿的結(jié)晶分異具有重要的影響作用。與黑云輝石正長巖相比，正長斑巖中磷灰石的 (Sm/Yb)N值低而Sr/Y值較高。多數(shù)觀點認(rèn)為，巖漿結(jié)晶過程中斜長石、褐簾石的結(jié)晶會導(dǎo)致磷灰石中的(Sm/Yb)N值降低，但本次研究所采的巖石樣品中并未發(fā)現(xiàn)斜長石、褐簾石礦物，這說明正長斑巖中(Sm/Yb)N值的降低并不是由于這些富Ca礦物結(jié)晶造成的。以往研究還表明，巖漿結(jié)晶過程中富含Cl的熱液流體出溶，也會造成巖漿熔體中磷灰石的(Sm/Yb)N值降低(Flynn and Bumham, 1978; Keppler, 1996)。因而，本區(qū)正長斑巖中的(Sm/Yb)N值降低可能是富含Cl的熱液流體出溶所致。這一推論與正長斑巖普遍遭受強烈的蝕變，并且磷灰石樣品富含Cl揮發(fā)分的特征相一致。

磷灰石的Pb、Ce、Th和U的比值可以反映巖漿形成過程中流體活動性特征(Sun and McDonough, 1989; Kogisoetal., 1997; 張紅等, 2018)。一般地，Ce/Pb比值高，而Th/U比值越低反映流體活動性越強，相反則指示流體活動性較弱。從磷灰石Ce/Pb、Th/U圖解(圖5)可以看出，正長斑巖磷灰石的Ce/Pb比值明顯高于黑云輝石正長巖的比值，這說明正長斑巖巖漿在演化過程中流體活動性較強，而黑云輝石正長巖的流體活動性較弱。

5.2 巖漿揮發(fā)分組成特征

在巖漿系統(tǒng)中，磷灰石是其揮發(fā)分F、Cl、S的重要載體，并具有較強的穩(wěn)定性。研究表明，磷灰石的Cl/F值能反映出其初始結(jié)晶環(huán)境的Cl/F值，不同的Cl/F值可指示其源區(qū)差異特征。因而，磷灰石揮發(fā)分能夠揭示巖漿成礦系統(tǒng)的揮發(fā)分特征，以及指示成巖、成礦的大地構(gòu)造環(huán)境 (Roeggeetal., 1974; Tacker and Stormer, 1989; Piccoli and Candela, 1994; 朱永峰等, 1996)。本文通過測試分析甭哥金礦磷灰石的揮發(fā)分，并收集整理了前人對三江富堿侵入巖帶內(nèi)典型銅-金礦床磷灰石揮發(fā)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行對比，以此來探討富堿侵入巖帶的揮發(fā)分特征。

富堿侵入巖帶內(nèi)成礦巖體磷灰石Cl/F值有以下組成特點(表5)：玉龍銅礦二長花崗斑巖(0.0024～0.0056)，平均值0.0039；普朗銅礦石英二長斑巖(0.0050～0.1812)，平均值0.0497；北衙金礦二長花崗斑巖(0.0019～0.0074)，平均值0.0035；馬廠箐銅礦花崗斑巖(0.0018～0.0084)，平均值0.0044；姚安金礦正長斑巖(0.0215～0.0736)，平均值0.0349；長安沖金礦石英正長斑巖(0.0146～0.0417)，平均值0.0212。從數(shù)據(jù)對比中可以看出，相對于其它礦床含礦巖體，甭哥金礦床的含礦巖體具有較高的Cl/F比，平均0.0777。由于Cl和F在巖漿系統(tǒng)中的分配系數(shù)不同，Cl主要富集在地幔流體相中，高的Cl/F值說明巖漿熔體來自地幔源區(qū)；F的親石性使其更易于進(jìn)入熔體相，通常主要富集在地殼中，相反地幔中含量較少，并且磷灰石的高F/Cl值還反映巖漿源區(qū)有沉積物質(zhì)的混入(Candela, 1986; Boudreau and Kruger, 1990; Mathez and Webster, 2005; Websteretal., 2009; 張紅等, 2018)。從磷灰石的揮發(fā)分組成特征看，甭哥富堿巖體的成巖作用主要與地幔熔(流)體有關(guān)。

從圖6中可看出，富堿侵入巖帶的揮發(fā)分具有以下特征：越偏堿性的巖體磷灰石Cl/F值越大，巖性為亞堿性的巖體Cl/F值偏小，并且與金礦有關(guān)的富堿巖體Cl/F值總體偏大，相反含銅的巖體具有較高的F/Cl值。以往研究顯示，金在巖漿熔體中主要以Au-Cl絡(luò)合物的形式遷移、沉淀，故巖漿系統(tǒng)中的高堿、高氯含量有助于提高金的溶解度(Zajaczetal., 2010; 疏孫平等, 2018)。斑巖礦床中F/Cl值常與Cu含量呈正相關(guān)關(guān)系，F(xiàn)/Cl值越高礦床的Cu含量越高，同時磷灰石的F/Cl值越高說明母巖體的巖性越偏酸性(Mathez and Webster, 2005; Websteretal., 2009; 張紅等, 2018; 陳雷等, 2017)。對比磷灰石揮發(fā)組分的Cl、F比值表明，富堿巖漿的高Cl含量有利于金礦的形成，而亞堿性-偏酸性巖體中富F流體則是銅礦形成的主要因素。另外，巖漿系統(tǒng)中Cl/F值的差異可以間接指示巖漿的形成環(huán)境，極低的Cl/F值反映巖漿形成于加厚下地殼的部分熔融，而較高的Cl/F值暗示巖漿系統(tǒng)中有板片來源流體的加入，或是遭受到板片來源流體的交代作用(和文言等, 2014; 王晨光等, 2017; 刑凱等, 2018)。其中，玉龍、北衙和馬廠箐成礦巖體的Cl/F值較低，說明它們的母巖漿形成于大陸碰撞環(huán)境的下地殼熔融機制；而普朗、甭哥、姚安和長安沖具有較高的Cl/F值，顯示這些成礦母巖漿的形成過程直接或間接地受到俯沖板片流體的加入或影響。

5.3 巖漿體系氧逸度特征

磷灰石中富含Mn、Ga、Ce等變價元素，這些元素具有不同的化合價態(tài)，在高氧逸度環(huán)境中通常會成高價態(tài)。故在高氧逸度巖漿環(huán)境中結(jié)晶的磷灰石，往往具有低含量的變價元素，低氧逸度的巖漿體系則與之相反。因而，其變價元素組成可以評判巖漿系統(tǒng)的氧逸度特征，而以往研究發(fā)現(xiàn)，磷灰石中變價元素的含量容易受到其它因素的影響而發(fā)生改變，單一的變價元素并不能準(zhǔn)確反映出巖漿體系的氧化還原狀態(tài)，通常需要結(jié)合磷灰石中的幾種變價元素的含量變化特征才能獲得真實的判斷(Imai, 2002, 2004; Milesetal., 2014, 2016)。

表5 西南三江地區(qū)典型銅-金礦床富堿侵入巖的磷灰石揮發(fā)分組成表(wt%)

Table 5 Volatile composition (wt%) table of apatites from the alkali-rich intrusive rocks some typical copper-gold deposits in belt in Sanjiang area, SW China

礦區(qū)點號FClSO3Cl/F礦區(qū)點號FClSO3Cl/F玉龍14.200.010.020.002454.020.020.050.005023.960.020.010.005163.870.010.040.002634.250.020.010.004773.630.020.080.005543.590.020.010.005684.260.020.010.004753.850.020.050.005295.300.020.030.003864.100.010.060.0024103.570.020.030.005674.510.020.090.0044姚安13.280.090.110.027484.000.010.040.002523.160.080.100.025394.120.010.030.002432.920.110.230.0377普朗13.370.020.070.005044.190.090.120.021523.530.030.040.007953.360.090.140.026833.580.100.080.026563.140.090.150.028743.390.040.070.011873.730.090.100.024153.740.050.140.013683.720.090.100.024263.860.030.010.007893.650.120.290.032972.870.520.120.1812102.990.220.110.073683.130.280.100.0895112.670.100.280.037593.280.340.290.1037123.040.100.150.0329北衙12.090.010.560.0053133.840.100.130.026022.670.011.030.0026143.060.150.120.049034.320.010.520.0019152.880.160.390.055643.660.010.800.0019長安沖12.880.120.090.041753.210.010.470.002223.140.090.070.028763.360.020.080.006033.910.100.090.025673.620.010.070.002844.250.100.040.023583.890.010.300.002654.110.060.120.014693.120.010.120.003264.210.070.130.0166103.050.010.060.003373.750.060.060.0160112.690.020.020.007483.290.050.200.0152123.980.010.230.002593.260.050.080.0153馬廠箐14.720.010.050.0021103.180.050.070.015725.590.010.030.0018113.380.080.220.023734.420.020.070.0045123.320.060.170.018143.590.030.050.0084

注：玉龍、馬廠箐、姚安、長安沖礦區(qū)數(shù)據(jù)引自王蝶等 (2013)；北衙礦區(qū)引自王晨光等 (2017)；普朗礦區(qū)引自邢凱等 (2018)

圖6 西南三江地區(qū)典型銅-金礦床富堿侵入巖磷灰石的揮發(fā)分關(guān)系圖Fig.6 Volatile composition diagrams for apatites from the ore-hosting alkali-rich intrusive rocks of some typical copper-gold deposits in Sanjiang area, SW China

圖7 甭哥金礦床富堿巖體氧逸度log(fO2)與溫度(T)協(xié)變圖Fig.7 Covariation between temperature (T) and oxygen fugacity log(fO2) of the alkali-rich intrusive rocks from the Bengge gold deposit

巖漿體系中，磷灰石的Mn含量與氧逸度呈負(fù)相關(guān)的線性關(guān)系，利用磷灰石中Mn含量能定量計算氧逸度，是目前了解體系氧逸度變化特征的有效方法之一(Milesetal., 2014, 2016; 韓麗等, 2016; 謝富偉等, 2017)。本次根據(jù)Milesetal. (2014) 的經(jīng)驗公式，即：logfO2=-0.0022(±0.0003)Mn(×10-6)-9.75(±0.46)，計算出甭哥金礦床不同巖性的氧逸度特征(表1)。結(jié)果顯示：正長斑巖的logfO2值為-12～-10.3，黑云輝石正長巖的logfO2值為-15.5～-11.1(表2)。巖漿體系的氧逸度主要受溫度的影響，要準(zhǔn)確評價體系的氧化-還原環(huán)境還需要參考氧逸度值在不同溫度條件下氧緩沖劑反應(yīng)線的位置。Piccoli and Candela (1994)提出，利用全巖的SiO2、P2O5含量可以計算磷灰石的飽和溫度(AST)。本次利用其經(jīng)驗公式，計算出正長斑巖磷灰石的飽和溫度為818～956℃，平均887℃；黑云輝石正長巖為787～929℃，平均858℃。結(jié)合前人提出甭哥富堿巖體中黑云母結(jié)晶溫度約為750℃的觀點(劉曉, 2014)，假定黑云輝石正長巖的結(jié)晶溫度約為787℃、正長斑巖的結(jié)晶溫度約為887℃，由此可得出甭哥富堿巖漿體系各氧逸度反應(yīng)緩沖線的位置(圖7)。磷灰石Mn氧逸度計主要基于660～920℃結(jié)晶條件下形成的巖漿體系(Milesetal., 2014)，因此本次利用Mn氧逸度計計算出的氧逸度值能夠較真實反映出體系的氧逸度特征。計算結(jié)果顯示，甭哥富堿侵入巖體具有高氧逸度特征，但兩種巖漿體系的氧逸度具有差異性，正長斑巖和黑云輝石正長巖的氧逸度對應(yīng)△FMQ值分別為1.2～2.3、-1.2～2.0。這說明，與黑云輝石正長巖相比，正長斑巖巖漿具有更高的氧逸度。

氧逸度也是影響磷灰石SO3含量的主要因素，磷灰石的SO3含量具有隨氧逸度的增高而增高的特征，因而根據(jù)磷灰石中SO3含量可以用來評價巖體的含礦性。一般地，含礦巖體磷灰石的SO3大于0.1%，而不含礦巖體磷灰石的SO3小于0.1%(Imai, 2002, 2004; 陳雷等, 2017; 謝富偉等, 2017)。甭哥金礦床正長斑巖的SO3含量為0.60%，明顯高于黑云輝石正長巖的0.30%。同時，正長斑巖中磷灰石的變價元素Ga含量較低(表4)，而在黑云輝石正長巖中的含量較高?？梢?，SO3含量及Ga含量指示的氧逸度特征與Mn氧逸度計算結(jié)果相一致。這些特征共同反映出，正長斑巖的氧逸度高于黑云輝石正長巖，氧逸度的不同可能是造成兩種巖性含礦差異性的主要原因。

5.4 對金成礦作用的指示

微量元素含量是評判巖體成礦潛力的有效證據(jù)，據(jù)磷灰石微量元素組成特征對間接評價巖體成礦性具有一定的指示意義。富堿巖漿主要源自地幔流體有關(guān)的交代作用，在富堿巖漿形成的同時，地幔流體還運載幔源成礦元素形成殼幔兩源疊加的礦床。前人研究表明，成礦過程中地幔流體能引起巖漿熔體中的部分微量元素含量發(fā)生改變，如大離子親石元素發(fā)生明顯富集，且普遍具有高Sr/Y值特征(孫豐月和石準(zhǔn)立, 1995; 喻學(xué)惠, 1995; 劉顯凡等, 2010; 疏孫平等, 2018)。甭哥金礦床的宏觀地質(zhì)特征顯示，高品位的金礦體往往與正長斑巖關(guān)系密切。而正長斑巖和黑云輝石正長巖的磷灰石中Sr/Y值分別為37.55、16.04，并且正長斑巖的大離子親石元素(Sr、Rb、Ba、Th)明顯富集，因而磷灰石的微量元素含量可作為金礦化強弱的判別標(biāo)志。

堿性巖漿體系的氧逸度和揮發(fā)分在金礦化形成過程中起著關(guān)鍵性作用(王豐翔等, 2017)。已有研究表明，在高氧逸度環(huán)境中，硫化物不會輕易達(dá)到飽和，使Au元素在晚期成礦流體中逐漸富集形成礦體；相反，如果體系處于低氧逸度環(huán)境下，Au元素過早地以硫化物形式沉淀而不利于后期熱液富集成礦(Sunetal., 2004; Jugo, 2009; Jugoetal., 2010; Parketal., 2015; Haoetal., 2017; 柏中杰等, 2019)。甭哥金礦床正長斑巖的磷灰石中變價元素Mn、Ga相對于黑云輝石正長巖的含量較低，而SO3的含量高，反映正長斑巖氧逸度高于黑云輝石正長巖的氧逸度。可以看出，高氧逸度是本區(qū)金礦化形成的有利條件之一。通常金在熱液流體中主要以絡(luò)合物的形式溶解和遷移，在高氧逸度的條件下主要形成金氯絡(luò)合物，在氧逸度偏低的環(huán)境中形成硫氫絡(luò)合物(Seward, 1973, 1984; 畢獻(xiàn)武等, 1997; 徐文剛等, 2011)。甭哥金礦床正長斑巖比黑云輝石正長巖具有更高的Cl含量，說明高含量的揮發(fā)分Cl對金的富集成礦起了關(guān)鍵性的作用，即高氧逸度條件避免了因硫化物結(jié)晶沉淀而造成金過早地分散，金以金氯絡(luò)合物的形式遷移富集成礦。因此，磷灰石的低Mn、Ga含量，高揮發(fā)分Cl和高SO3含量是評價金成礦作用的重要指標(biāo)。

6 結(jié)論

(1)甭哥金礦床磷灰石地球化學(xué)特征指示，含礦富堿巖漿來源于殼?；旌系脑磪^(qū)，黑云輝石正長巖結(jié)晶過程中受到長石結(jié)晶分異的影響，正長斑巖在結(jié)晶過程中可能經(jīng)歷了富Cl流體的出溶作用；金成礦流體主要來自地幔源區(qū)，成礦過程中直接或間接地受到俯沖板片流體的影響。

(2)礦區(qū)兩種巖性富堿巖體具有差異性的高氧逸度特征，正長斑巖的氧逸度(logfO2-12～-10.3)高于黑云輝石正長巖(logfO2-15.5～-11.1)，并與磷灰石中SO3及Ga含量的指示相一致，共同反映出正長斑巖的氧逸度高于黑云輝石正長巖的特征。金礦化是在高氧逸度條件下以金氯絡(luò)合物形式遷移、富集的，富堿、高氯的成礦流體利于金礦的形成。

(3)含礦富堿巖體磷灰石的Sr、Rb、Ba、Th含量及Sr/Y值是金成礦作用的判別標(biāo)志，而低Mn、Ga含量和高Cl、SO3含量可作為強礦化的重要評價指標(biāo)。

致謝 磷灰石測試和數(shù)據(jù)處理過程中得到中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所高劍峰研究員及中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所謝富偉博士的指導(dǎo)和幫助；同時承蒙兩位匿名審稿人的認(rèn)真審閱，對本文提出了寶貴的修改意見；在此一并深表感謝！

翟裕生院士在礦床學(xué)領(lǐng)域做出了杰出貢獻(xiàn)，作者深受他的“區(qū)域成礦學(xué)”和“成礦系統(tǒng)論”的學(xué)術(shù)指引。謹(jǐn)以此文表達(dá)對翟院士90華誕的熱烈祝賀和衷心謝枕！