富揮發(fā)分巖漿補(bǔ)給對(duì)斑巖型銅-鉬礦床形成的關(guān)鍵作用：以西藏尼木崗講礦床為例*

田豐 冷成彪 張興春 田振東 張偉

1. 中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所，礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550081

2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

3. 東華理工大學(xué)，核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330013

斑巖型礦床是世界上銅、鉬和金等多種金屬的重要來(lái)源(Sillitoe, 2010)，具有巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。該類礦床一般發(fā)育多期次復(fù)式侵入體，而成礦往往只與其中一期或幾期相關(guān)。而且，與活動(dòng)周期較長(zhǎng)的侵入序列相比(幾個(gè)百萬(wàn)年)，成礦往往形成于較短的時(shí)間內(nèi)(幾萬(wàn)年至幾十萬(wàn)年)(Richards, 2003; Sillitoe, 2010; Correaetal., 2016)。因此，了解為什么成礦作用只與特定侵入巖有關(guān)，以及為何成礦作用常發(fā)生在較短時(shí)間內(nèi)，對(duì)理解礦區(qū)尺度成礦過(guò)程和找礦勘查具有重要意義。

巖漿的氧逸度、揮發(fā)分含量、溫度等物理化學(xué)條件是控制斑巖礦床形成的關(guān)鍵因素(Candela, 1992; Ballardetal., 2002; Richards, 2003; Seedorffetal., 2005; Sillitoe, 2010)。鑒于同期巖體中的礦物斑晶(如黑云母、斜長(zhǎng)石等)和鋯石、磷灰石等副礦物往往形成于深部巖漿房，因此可利用礦物斑晶和副礦物的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征探討深部巖漿成分及物理化學(xué)性質(zhì)(Shcherbakovetal., 2011; Caoetal., 2018; Jinetal., 2018; Zhuetal., 2018; Huangetal., 2019)。然而，由于大多數(shù)斑巖礦床會(huì)受到后期熱液蝕變作用的影響，從而使得許多礦物斑晶發(fā)生了明顯的蝕變，因此較難反映深部巖漿信息。西藏岡底斯帶中段的崗講斑巖銅-鉬礦床發(fā)育多期次侵入體，而主成礦作用主要與其中一期密切相關(guān)，且礦床有較高的剝蝕程度(冷成彪等，2010)，對(duì)于各期次侵入體有良好的揭露。同時(shí)，大部分巖體都保留有較為新鮮的斑晶(黑云母和斜長(zhǎng)石等)和副礦物(鋯石和磷灰石等)，這為解決上述問(wèn)題提供了極好的研究對(duì)象。

基于此，本文對(duì)崗講斑巖銅-鉬礦床中發(fā)育的各期次侵入體進(jìn)行了全巖主、微量元素分析，并針對(duì)各期次侵入體中新鮮礦物斑晶(黑云母和斜長(zhǎng)石等)和副礦物(鋯石和磷灰石等)的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行重點(diǎn)研究。這些數(shù)據(jù)顯示各期次侵入巖均為高鉀鈣堿系列巖石，具有無(wú)明顯差別的鋯石飽和溫度和較為氧化的巖漿狀態(tài)，并且磷灰石S、Cl和F含量、黑云母Cl和F含量以及斜長(zhǎng)石的反環(huán)帶等特征表明在主成礦期斑巖就位之前，存在富S、Cl的巖漿注入了巖漿房，并對(duì)成礦起了關(guān)鍵性作用。

1 區(qū)域及礦區(qū)地質(zhì)概況

岡底斯斑巖銅礦帶位于拉薩地體南緣(圖1a)，東西向延伸數(shù)百千米，南以印度河-雅魯藏布江縫合線為界，北以班公湖-怒江縫合帶為界。拉薩地體的結(jié)晶基底主要由年齡為850～530Ma的正片麻巖構(gòu)成(Guynnetal., 2006)，并沿著該地體的北緣分布(Harrisetal., 1988)。蓋層由一系列奧陶紀(jì)-三疊紀(jì)的淺海碎屑巖(Burg and Chen, 1984; Kindetal., 1996)以及產(chǎn)于地體北緣的上石炭統(tǒng)-下二疊統(tǒng)火山碎屑巖和碳酸鹽巖(Yin and Harrison 2000)組成，后者被認(rèn)為是怒江洋盆打開(kāi)時(shí)形成(Pearce and Mei ,1988; Gaetani and Garzanti, 1991)。在早侏羅世-晚白堊世，新特提斯洋殼向北俯沖至拉薩地體之下(Chuetal., 2006; Wenetal., 2008; Jietal., 2009)，形成了安第斯型花崗巖巖基和日喀則弧前盆地(Allégreetal., 1984; Harrisonetal.,1992; Dürr, 1996)。隨后，大量岡底斯后碰撞花崗質(zhì)巖基侵入其中。古新世-始新世，林子宗組鈣堿性火山巖漿在印度板塊和亞洲板塊碰撞期間(65～40Ma)于拉薩地體強(qiáng)烈活動(dòng)(Moetal., 2007, 2008, 2009; Jietal., 2009; Gaoetal., 2010)，形成與岡底斯山脈近平行、延伸約1500km、主要由鉀質(zhì)鈣堿性熔巖和超鉀質(zhì)熔巖組成的中新世鉀質(zhì)火成巖帶(Turneretal., 1993, 1996; Milleretal., 1999; Williamsetal., 2001)和埃達(dá)克質(zhì)斑巖(Chungetal., 2003; Houetal., 2004; Guoetal., 2007)。

圖1 喜馬拉雅-西藏造山帶構(gòu)造框架(a)及岡底斯斑巖銅礦帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)(據(jù)Hou et al., 2004修改)Fig.1 Simplified geological maps of the Himalayan-Tibetan Orogen showing the location of the Gangdese Porphyry Cu Belt (a) and the Gangdese porphyry copper belt in the Tibetan Orogen (b) (modified after Hou et al., 2004)

崗講斑巖銅-鉬礦床地處西藏拉薩市東120km，隸屬于西藏自治區(qū)尼木縣。該礦床位于岡底斯斑巖銅礦帶中段的尼木礦田，與其同屬該礦田的還包括白容、廳宮、沖江等大型或超大型礦床。尼木礦田內(nèi)主要發(fā)育三種主要的巖性單元(王小春等, 2002; 李金祥等, 2007; Houetal., 2009)：由粉砂巖、泥巖、雜砂巖和泥質(zhì)灰?guī)r組成的早白堊世沉積序列；由安山質(zhì)-英安質(zhì)火山巖、凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)砂巖組成的古新世-漸新世火山-沉積序列(林子宗火山巖)；以及中新世包括石英二長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)斑巖、花崗斑巖和花崗閃長(zhǎng)巖在內(nèi)的多期侵入巖。

崗講斑巖銅-鉬礦區(qū)主要發(fā)育有5種與成礦相關(guān)的侵入巖(圖2)，通過(guò)詳細(xì)的巖心編錄觀察和前人年代學(xué)工作(冷成彪等, 2009, 2010)，可知它們形成的先后順序?yàn)椋汉谠剖⒍L(zhǎng)巖(QM)→英安斑巖(DP)→石英二長(zhǎng)斑巖(QMP)→流紋英安斑巖(RDP)→流紋斑巖(RP)。黑云石英二長(zhǎng)巖(QM)(圖3a, b)侵入時(shí)間最早，呈巖基狀產(chǎn)出，在鉆孔和地表可見(jiàn)其被石英二長(zhǎng)斑巖(QMP)和流紋英安斑巖(RDP)所切割。鉆孔中局部可見(jiàn)與QM伴生的英安巖脈(DP，圖3b, c)，其體量較小，不在地表出露，與QM同期形成或較晚，未發(fā)現(xiàn)與其他幾期侵入巖的接觸關(guān)系。石英二長(zhǎng)斑巖(QMP，圖3d)形成晚于黑云石英二長(zhǎng)巖(QM)，只在少部分地表和局部鉆孔中出現(xiàn)。流紋英安斑巖(RDP，圖3e)是與成礦較為密切的一期斑巖，主要分布在礦區(qū)南部(圖2)，在鉆孔和地表均可見(jiàn)其切割黑云二長(zhǎng)花崗巖和二長(zhǎng)花崗斑巖。最后一期侵入巖為流紋斑巖(RP，圖3f)，是成礦后巖體，對(duì)礦體具有破壞作用，其發(fā)育位置極大降低了礦體的品位和可采性。

圖2 崗講斑巖銅-鉬礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a,據(jù)Leng et al.，2013修改)及AA′勘探線地質(zhì)剖面圖(b,據(jù)田豐等，2019修改)Fig.2 Simplified geological map of the Gangjiang porphyry Cu-Mo deposit (a, modified after Leng et al., 2013)and geological section along an exploration line AA′ in the deposit (b, modified after Tian et al., 2019)

圖3 崗講斑巖銅-鉬礦床巖心照片(a)黑云石英二長(zhǎng)巖；(b)深色英安斑巖侵入黑云石英二長(zhǎng)巖；(c)英安斑巖；(d)石英二長(zhǎng)斑巖；(e)流紋英安斑巖；(f)絹云母化英安斑巖Fig.3 Photographs of rocks in a drill core at Gangjiang

對(duì)礦區(qū)主要發(fā)育的兩期侵入巖QM和RDP，冷成彪等(2010)報(bào)道了它們的侵位年齡，分別為14.73±0.13Ma(2σ)和RDP：12.01±0.29Ma(2σ)；而主成礦期的輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡集中在12.51±0.19Ma(2σ)～12.85±0.18Ma(2σ)之間(Lengetal., 2013)，與RDP的U-Pb年齡相近，因此QM被認(rèn)為是成礦前巖體，而RDP是主成礦期的致礦巖體。

礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育鉀化、絹云母化、綠泥石-絹云母化和泥化4種蝕變組合類型，青磐巖化基本缺失(冷成彪等, 2009, 2010)。其中，利用短波紅外光譜技術(shù)在崗講斑巖銅-鉬礦床中共識(shí)別出 5 大類蝕變礦物，分別為絹云母類、高嶺石類、綠泥石類、硫酸鹽類和碳酸鹽類(田豐等，2019)。礦區(qū)主要有原生礦和氧化礦兩種礦石類型，其中原生硫化物的礦石礦物主要為黃銅礦和輝鉬礦，斑銅礦次之。一部分硫化物礦物發(fā)育在黑云石英二長(zhǎng)巖(QM)的鉀化帶中，主要以稀疏浸染狀產(chǎn)出，品位較低(Cu為0.1% 左右，Mo為 0.01%左右)，低于當(dāng)前工業(yè)開(kāi)采要求。工業(yè)礦體主要產(chǎn)在黑云石英二長(zhǎng)巖(QM)與流紋英安斑巖(RDP)的接觸部位，呈較粗的黃銅礦-輝鉬礦石英脈和網(wǎng)脈狀礦化。此外，氧化礦體位于距地表 100～200m以上的位置，礦石礦物主要為孔雀石和銅藍(lán)，并有鐵氧化物伴生。

2 樣品及測(cè)試方法

2.1 樣品制備

首先，在礦區(qū)選擇相對(duì)新鮮的巖心樣品，用切割機(jī)切去風(fēng)化部分，以減小后期風(fēng)化蝕變對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，制作以下分析用樣品。

(1)全巖樣品：在系統(tǒng)編錄崗講斑巖銅-鉬礦床巖心的基礎(chǔ)上，選擇礦區(qū)不同期次侵入體代表性樣品33個(gè)，包括4個(gè)英安斑巖(DP)、5個(gè)黑云石英二長(zhǎng)巖(QM)、9個(gè)石英二長(zhǎng)斑巖(QMP)、13個(gè)流紋英安斑巖(RDP)和2個(gè)英安斑巖(RP)，無(wú)污染粉碎至200目，進(jìn)行全巖主量、微量及稀土元素分析。

(2)單礦物樣品：挑選鋯石、磷灰石、黑云母、斜長(zhǎng)石單礦物顆粒，進(jìn)行掃描電鏡、能譜及電子探針?lè)治?、微區(qū)微量元素含量分析。

鋯石挑選在廊坊市宏信地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司完成，樣品拍照工作(透射光、反射光和CL圖像)在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，CL圖像的拍照儀器為MonoCL4 陰極發(fā)光譜儀和JSM-7088F型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡。

因?yàn)樵诎邘r礦床后期熱液過(guò)程中容易形成熱液磷灰石，若選擇全巖粉碎分選的方式篩選磷灰石，則會(huì)把熱液磷灰石和巖漿磷灰石混淆在一起，從而影響分析結(jié)果。為最大可能地保證測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)源于巖漿磷灰石，此次研究通過(guò)在背散射條件下直接選擇包裹在斜長(zhǎng)石或者黑云母礦物顆粒內(nèi)部的磷灰石作為分析對(duì)象。

同樣，黑云母既可以形成于成巖過(guò)程，又可以形成于熱液蝕變過(guò)程，為了保證黑云母化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)不受后期熱液影響，本文僅選擇自形程度較好的黑云母進(jìn)行分析，相對(duì)于浸染狀或者鱗片狀產(chǎn)出的次生黑云母，這些黑云母更可能是原生巖漿黑云母(Rasmussen and Mortensen, 2013)。

斜長(zhǎng)石在斑巖礦床中極易被熱液改造，為得到受蝕變影響最小的斜長(zhǎng)石化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，更加準(zhǔn)確地反映巖漿成分信息，此次研究在礦區(qū)選擇較為新鮮的巖石樣品磨制薄片，然后在偏光顯微鏡下選擇新鮮的斜長(zhǎng)石顆粒作為研究對(duì)象。

2.2 分析方法

全巖主量元素分析測(cè)試工作在澳實(shí)分析檢測(cè)(廣州)有限公司完成。其測(cè)試儀器為X射線熒光光譜儀，分析測(cè)試參考標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)包括GBW07105、NCSDC47009、SARM-4和SARM-5；全巖微量元素的分析測(cè)試工作在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析測(cè)試儀器為美國(guó)Perkin-Elmer公司生產(chǎn)的ELAN DRC-e型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)。對(duì)微量元素和稀土元素的檢測(cè)下限為0.n×10-9～n×10-9，絕大多數(shù)元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%，其具體的分析測(cè)試流程及詳細(xì)的分析測(cè)試方法見(jiàn)Qietal.(2000)。

礦物掃描電鏡和能譜分析在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，儀器為JSM7800F場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡和EDAX TEAM Apollo XL能譜儀，加速電壓為20kV，活動(dòng)時(shí)間為17s。

單礦物電子探針成分分析在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號(hào)為JEOL JXA8230，分析精度優(yōu)于5%。斜長(zhǎng)石和黑云母分析的測(cè)試電壓為15kV，工作電流為2×10-8A，束斑大小為2～10μm；磷灰石分析的測(cè)試電壓為15kV，工作電流為2×10-8A，束斑大小為2～5μm。

鋯石和斜長(zhǎng)石微區(qū)微量元素含量分析在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用LA-ICP-MS完成。激光剝蝕系統(tǒng)為Geolas Pro 193nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀為Agilent 7900 ICP-MS。激光剝蝕的能量密度為60mJ，頻率為5Hz，束斑直徑為44μm。利用ICPMSDataCal軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(Liuetal., 2008, 2010)。微量元素處理時(shí)，鋯石和斜長(zhǎng)石分別用Zr和Si 作內(nèi)標(biāo)、多個(gè)USGS 參考玻璃(NIST 610、NIST 612、BHVO-2G、BCR-2G和BIR-1G)作為多外標(biāo)進(jìn)行校正。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 全巖主、微量元素

本次工作共獲得33組全巖主、微量元素含量數(shù)據(jù)(電子版附表1、附表2)，除流紋斑巖具有較強(qiáng)的絹云母化蝕變(LOI：3.16%～3.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)))外，其余都具有較低的燒失量(LOI：平均值1.63%，范圍：0.53%～3.91%；表1；圖4)。

表1 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖全巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)含量Table 1 Whole rock major (wt%) and trace (×10-6) element compositions for intrusive rocks at Gangjiang

續(xù)表1Continued Table 1

伴隨著燒失量的變化，Na2O(圖4a)、K2O(圖4b)和稀土總量(圖4c)以及其他微量元素含量(表1)保持相對(duì)穩(wěn)定，表明此次所測(cè)試的樣品蝕變輕微。

圖4 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖Na2O (a)、K2O (b)和∑REE(稀土總量)(c)對(duì)LOI圖解QM-黑云石英二長(zhǎng)巖；DP-英安斑巖；QMP-石英二長(zhǎng)斑巖；RDP-流紋英安斑巖；RP-英安斑巖Fig.4 Plots of Na2O (a), K2O (b) and ∑REE (c) against LOI for the intrusive rocks at Gangjiang

礦區(qū)各期次侵入巖具有相近的主量元素成分，大部分為酸性(SiO2=63.42%～70.51%；表1，附表1)，都屬于高鉀鈣堿性系列(Peccerillo and Taylor, 1976；圖5a)，且在TAS分類圖解中均位于石英二長(zhǎng)巖、花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖或三者的交界處(Middlemost, 1994；圖5b)。在哈克圖解中(圖6a-f)，隨著SiO2含量的變化，除了Na2O、K2O相關(guān)性較弱外，Al2O3、Fe2O3、MgO和TiO2都顯示了較強(qiáng)的相關(guān)性。

圖5 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖K2O-SiO2巖石分類圖解(a，據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976)和(Na2O+K2O)-SiO2巖石TAS分類圖解(b，據(jù)Middlemost, 1994)Fig.5 Plots of K2O vs. SiO2 (a, after Peccerillo and Taylor, 1976) and Na2O+K2O vs. SiO2 (b, after Middlemost, 1994) for intrusive rocks at Gangjiang

圖6 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖主量元素哈克圖解Fig.6 Harker diagrams for intrusive rocks at Gangjiang

礦區(qū)各期次侵入巖具有相似的微量元素和稀土元素組成(表1，電子版附表2)，在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖7a)，礦區(qū)侵入巖均富集大離子親石元素(LILE)，如Rb、Ba、Th、U、K等，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)，如Nb、Ta、P、Zr、Hf、Ti等。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中(圖7b)，各期次侵入巖都表現(xiàn)為輕稀土元素相對(duì)富集，重稀土元素相對(duì)虧損，顯示為“鏟狀”模式，很可能是角閃石在富水巖漿中分離結(jié)晶所形成(Richards and Kerrich, 2007)。

圖7 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖全巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(a)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布型式圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Primitive mantle-normalized trace element (a) and chondrite-normalized REE diagrams (b) for intrusive rocks at Gangjiang (the normalizing values after Sun and McDonough, 1989)

3.2 鋯石微量元素

在進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS分析測(cè)試過(guò)程中，常會(huì)遇到鋯石內(nèi)部的礦物包裹體(如磷灰石、榍石等)。在此次測(cè)試中，首先在鏡下選擇晶型完整、環(huán)帶發(fā)育且不含包裹體的鋯石作為測(cè)試對(duì)象(圖8a-c)，同時(shí)將Ca>200×10-6或La>0.3×10-6作為遇到磷灰石包裹體的指標(biāo)，Ti>20×10-6作為遇到榍石包裹體的指標(biāo)，對(duì)超過(guò)這些指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除(表2；電子版附表3)。礦區(qū)內(nèi)從QM到RP各期次侵入巖內(nèi)鋯石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式相似(圖9a-e)，都表現(xiàn)為重稀土元素相對(duì)富集、輕稀土元素相對(duì)虧損，Eu具有較低負(fù)異常，Ce具有很強(qiáng)的正異常。各期次侵入巖內(nèi)鋯石的稀土配分模式、稀土總量(REE=318×10-6～1632×10-6)以及Th/U比值(>0.1, Th/U=0.55～3.70；表2)等特征均表明，此次獲得的數(shù)據(jù)均來(lái)自典型相對(duì)氧化巖漿中的火成鋯石(Hoskin and Schaltegger,2003)。

圖8 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖鋯石CL圖像(a-c)、包裹在斜長(zhǎng)石內(nèi)部(d)和自形黑云母內(nèi)部(e、f)的磷灰石背散射(BSE)圖像Pl-斜長(zhǎng)石; Ap-磷灰石; Bt-黑云母Fig.8 Cathodoluminescence (CL) images of zircons (a-c), and backscattered electron images of apatite crystals included in plagioclase (d) and biotite (e, f) from the intrusive rocks at GangjiangPl-plagioclase; Ap-apatite; Bt-biotite

圖9 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖中鋯石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布型式圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns for zircons from the intrusive rocks at Gangjiang (the normalizing values after Sun and McDonough, 1989)

從鋯石化學(xué)成分計(jì)算所獲得的溫度(Ti飽和溫度)和Eu異常(EuN/EuN*=EuN/(SmN×GdN)0.5；圖10；表2)在QM到RP的各期次侵入巖中均未顯示明顯差別。Ti飽和溫度利用Ferry and Watson(2007)的公式計(jì)算獲得，在計(jì)算中設(shè)定logaSiO2=1(各期次侵入巖中均存在石英)、logaTiO2=0.7(榍石均為各期次侵入巖的常見(jiàn)副礦物)。經(jīng)計(jì)算，QM鋯石具有較高的飽和溫度(644～729℃，平均694±26℃，n=12)和最高的EuN/EuN*值(0.53～0.79，平均0.64±0.08，n=12)；DP鋯石具有最高的飽和溫度(668～740℃，平均695±21℃，n=19)和較低的EuN/EuN*值(0.36～0.66，平均0.51±0.06，n=19)；QMP鋯石晶體具有最低的飽和溫度(635～702℃，平均664±18℃，n=12)和中等的EuN/EuN*值(0.46～0.69，平均0.57±0.06，n=12)。RDP鋯石具有中等的飽和溫度(651～710℃，平均675±16℃，n=12)和最低的EuN/EuN*值(0.43～0.57，平均0.50±0.04，n=12)。RP鋯石具有中等的飽和溫度(637～744℃，平均690±28℃，n=12)和中等的EuN/EuN*(0.45～0.69，平均0.59±0.07，n=12)。

圖10 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖中鋯石的溫度圖(虛線為EuN/EuN*=0.4標(biāo)線，據(jù)Dilles et al., 2015)

表2 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖內(nèi)鋯石LA-ICP-MS微量元素含量(×10-6)Table 2 LA-ICP-MS zircon trace element compositions from the intrusive rocks at Gangjiang (×10-6)

3.3 磷灰石化學(xué)成分

本次測(cè)試對(duì)象為QM、DP、QMP和RDP的巖石樣品中包裹在斜長(zhǎng)石(圖8d)或者黑云母礦物(圖8e、f)顆粒內(nèi)部的磷灰石(RP由于受蝕變影響，未找到巖漿磷灰石)。表3中列出了各期次侵入巖的巖漿磷灰石Cl、SO3、F及其他元素的分析結(jié)果(電子版附表4)，并在圖11中進(jìn)行了呈現(xiàn)。結(jié)果表明，RDP內(nèi)磷灰石SO3含量(0.50%～0.81%，平均0.61±0.08%，n=21)明顯高于QM、DP和QMP。相比之下，來(lái)自DP的磷灰石顆粒具有較低的SO3含量(0.20%～0.50 %，平均0.33±0.09%，n=30)，而來(lái)自QM和QMP的磷灰石具有更低的SO3含量(QM：0.13%～0.31%，平均0.21±0.04%， n=29；QMP：0.05%～0.40%，平均0.22±0.09%，n=63)。同樣，RDP內(nèi)磷灰石具有最高的Cl含量(0.83%～1.20%，平均1.09±0.1%，n=21)，來(lái)自DP的磷灰石顆粒具有較低的Cl含量(0.19%～0.69%，平均0.46±0.10%， n=30)，以及來(lái)自QM和QMP的磷灰石具有最低的Cl含量(QM：0.09%～0.34%，平均0.18±0.07%，n=29；QMP：0.03%～0.33%，平均0.19±0.07%，n=63)。

圖11 崗講斑巖銅-鉬礦床各期侵入巖內(nèi)磷灰石Cl-F (a)和Cl-SO3 (b)含量圖Fig.11 Plots of Cl vs. F (a) and Cl vs. SO3 (b) contents for apatite microphenocrysts from different intrusive rocks at Gangjiang

表3 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖內(nèi)磷灰石化學(xué)成分(wt%)Table 3 Geochemical compositions (wt%) of apatite from intrusive rocks at Gangjiang

表4 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖內(nèi)黑云母化學(xué)成分(wt%)Table 4 Geochemical compositions (wt%) of biotite from intrusive rocks at Gangjiang

與SO3和Cl的含量相反，F(xiàn)在RDP中磷灰石含量最低(1.37%～1.80%，平均1.55±0.12%，n=21)，來(lái)自DP和QMP的磷灰石具有相近F含量(DP：1.91%～3.04%，平均2.32±0.24%，n=29；QMP：2.15%～2.98 %，平均2.54±0.2%，n=63)，而QM中的磷灰石具有最高的F含量(2.37%～3.03%，平均2.57±0.17%，n=29)。

3.4 黑云母化學(xué)成分

本次測(cè)試的黑云母分別來(lái)自QM、DP、QMP和RDP的巖石樣品內(nèi)自形程度較好的原生巖漿黑云母(圖8e, f)。而由于受蝕變影響，RP中未找到自形程度較好或未蝕變的黑云母。黑云母的Ti含量受溫度控制，其含量可用于區(qū)分原生黑云母和次生黑云母(Stussi and Cuney, 1996; Patio Douce and Harris, 1998)。本次研究中的黑云母富含TiO2(2.04%～4.05%,平均2.93%；表4，電子版附表5)，與Rasmussen and Mortensen(2013)以及Zhangetal.(2016)記錄的巖漿黑云母相似(分別為1.18%～4.82%和1.76%～4.55%)。

在不含白云母和螢石的花崗巖類巖石中，70%～90%的F存在于黑云母中，其余的則存在于磷灰石和榍石中(Grabezkevetal., 1979)。崗講斑巖銅-鉬礦床QM和QMP中黑云母的F含量相近(QM：平均0.30±0.04%，范圍0.24%～0.38%，n=17；QMP：0.33±0.03%，范圍0.26%～0.38%，n=22)，DP和RDP中黑云母的F含量略低(DP：平均0.22±0.03%，范圍0.16%～0.28%，n=22；RDP：平均0.23±0.03%，范圍0.16%～0.28%，n=14；圖12a；表4)。相對(duì)于F，大多數(shù)黑云母的Cl含量較低，占據(jù)OH位置，只有少數(shù)黑云母的Cl/(OH+F+Cl)大于0.1(Munoz,1984)。崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖除了RDP中黑云母Cl含量略高外(平均0.17±0.01%，范圍0.16%～0.20%，n=14)，其他較為相近(QM：平均0.12±0.01%，范圍0.10%～0.14%，n=17；DP：平均0.12±0.01%，范圍0.10%～0.15%，n=22；QMP：0.14±0.01%，范圍0.12%～0.15%，n=22；圖12a；表4)。

F截距值[IV(F)]、Cl截距[IV(Cl)]和F/Cl截距值[IV(F/Cl)]是描述黑云母中鹵素(F和Cl)相對(duì)富集程度的重要物理化學(xué)參數(shù)。Munoz(1984)將其定義為：

IV(F)=1.52Xphl+0.42Xann+0.20Xsid-log(F/OH)

IV(Cl)=-5.01-1.93Xphl-log(Cl/OH)

IV(F/Cl)=IV(F)-IV(Cl)

式中Xphl=Mg/八面體陽(yáng)離子之和；Xsid=[(3-Si/Al)/1.75](1-Xphl)，即黑云母中的鐵葉云母摩爾分?jǐn)?shù)；Xann=1-(Xsid+Xphl)，即黑云母中的鐵云母摩爾分?jǐn)?shù)。

其中IV (F)越小表示黑云母中F含量越富集；IV(Cl)基本為負(fù)數(shù)，其絕對(duì)值越大表明黑云母中Cl含量越集中，而IV(F/Cl)值越低，F(xiàn)/Cl比值越大。崗講斑巖銅-鉬礦床中不同期次侵入體黑云母成分如圖12b所示，與黑云母中F和Cl含量相對(duì)應(yīng)，RDP中黑云母的IV(F) 值和IV(F/Cl)值最低，DP略高，而QM及QMP中IV(F) 值和IV(F/Cl)值最高。

圖12 崗講斑巖銅-鉬礦床各期次侵入巖內(nèi)黑云母Cl-F (a)、V (Cl)-IV (b)和IV (F/Cl)-IV (F) (c)以及流體log(fH2O/fHCl)-log(fHF/fHCl) (d)圖解由各期次樣品內(nèi)黑云母元素含量計(jì)算得出，溫度為鋯石飽和溫度Fig.12 Plots of Cl vs. F contents (a), IV (Cl) vs. IV (F) (b) and IV (F/Cl)vs. IV(F)(c) for biotite microphenocrysts and log(fH2O/fHCl) vs.log(fHF/fHCl) in the fluids in equilibrium with biotite (d) from the QM to RDP samples at GangjiangThese values were calculated based on their relative zircon saturation temperatures (TZr)

3.5 斜長(zhǎng)石化學(xué)成分

剔除K2O>1%(可能經(jīng)受了鉀質(zhì)蝕變)的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，最終獲得QM、DP、QMP和RDP中斜長(zhǎng)石的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)(見(jiàn)電子版附表6)。在所測(cè)試的各期次斜長(zhǎng)石中，斜長(zhǎng)石的牌號(hào)(XAn)變化范圍大致相同(QM：0.16～0.30；DP：0.16～0.33；QMP：0.21～0.46；RDP：0.18～0.36)，為防止這一數(shù)據(jù)受蝕變影響，同時(shí)測(cè)試斜長(zhǎng)石FeO和Sr含量，協(xié)同反映斜長(zhǎng)石斑晶內(nèi)部的化學(xué)成分變化規(guī)律。成礦前QM中斜長(zhǎng)石顯示為正環(huán)帶，從斜長(zhǎng)石斑晶核部至邊緣，斜長(zhǎng)石的牌號(hào)基本呈下降的趨勢(shì)(圖13)，對(duì)應(yīng)的FeO和Sr含量也近為同步變化。DP和RDP中化學(xué)成分有相近的變化規(guī)律，顯示出韻律環(huán)帶的特征(圖14、圖15)。從斜長(zhǎng)石斑晶核部至邊緣，斜長(zhǎng)石牌號(hào)并非呈連續(xù)下降的趨勢(shì)，出現(xiàn)了幾次波動(dòng)，F(xiàn)eO和Sr的曲線也呈相同的趨勢(shì)。主成礦期RDP中斜長(zhǎng)石也顯示出韻律環(huán)帶特征，甚至在部分斜長(zhǎng)石的核部至邊緣，XAn、FeO含量和Sr含量的呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)(圖16)。

圖13 崗講斑巖銅-鉬礦床QM中斜長(zhǎng)石背散射圖像(左)和成分剖面圖(右)XAn為斜長(zhǎng)石牌號(hào)，F(xiàn)eO為斜長(zhǎng)石FeO含量(%)，數(shù)據(jù)來(lái)自EPMA；Sr為斜長(zhǎng)石Sr含量(×10-6)，數(shù)據(jù)來(lái)自LA-ICP-MS；背散射圖像中白色箭頭表示EPMA和LA-ICP-MS分析測(cè)試的方向；圖14-圖16同F(xiàn)ig.13 Backscattered electron (BSE) images (left) and electron microprobe analysis profiles (right) for FeO and anorthite proportion (XAn) for representative plagioclase crystals from the QM at GangjiangWhite arrows in BSE images denote the direction of EPMA and LA-ICP-MS profiles; also in Fig.14-Fig.16

圖14 崗講斑巖銅-鉬礦床DP中斜長(zhǎng)石背散射圖像(左)和成分剖面圖(右)Fig.14 Backscattered electron (BSE) images (left) and electron microprobe analysis profiles (right) for FeO and anorthite proportion (XAn) for representative plagioclase crystals from the DP at Gangjiang

圖15 崗講斑巖銅-鉬礦床QMP中斜長(zhǎng)石背散射圖像(左)和成分剖面圖(右)Fig.15 Backscattered electron (BSE) images (left) and electron microprobe analysis profiles (right) for FeO and anorthite proportion (XAn) for representative plagioclase crystals from the QMP at Gangjiang

圖16 崗講斑巖銅-鉬礦床RDP中斜長(zhǎng)石背散射圖像(左)和成分剖面圖(右)Fig.16 Backscattered electron (BSE) images (left) and electron microprobe analysis profiles (right) for FeO and anorthite proportion (XAn) for representative plagioclase crystals from the RDP at Gangjiang

4 討論

4.1 礦區(qū)斑巖成因

崗講斑巖銅-鉬礦床含礦侵入巖，均表現(xiàn)為鉀質(zhì)-超鉀質(zhì)(圖4)、高Sr/Y比值(平均值111.6，范圍68.73～151.6；表1)、明顯富集大離子親石元素、強(qiáng)烈虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(圖7)、具有較低的重稀土元素(HREE)和Y含量(圖7；表1)。這些現(xiàn)象說(shuō)明礦區(qū)侵入巖具有埃達(dá)克質(zhì)巖的特征(Defant and Drummond, 1990; 侯增謙等, 2003, 2005; Houetal., 2004; Richards and Kerrich, 2007)，與岡底斯斑巖銅礦帶中其他含礦斑巖類似(Houetal., 2004, 2009; 楊志明等, 2008)。這類埃達(dá)克質(zhì)巖的成因有三種成因模型：(1)加厚鎂鐵質(zhì)(榴輝巖或石榴角閃巖)下地殼的部分熔融(Chungetal., 2003; Houetal., 2004)；(2)俯沖洋殼或殘留新特提斯洋板片部分熔融(Quetal., 2004, 2007)；和(3)受板片熔體交代的上地幔部分熔融(Gaoetal., 2007)。崗講礦區(qū)樣品均表現(xiàn)出高K2O含量(表1)、高(87Sr/86Sr)i值、相對(duì)低Mg#和低εNd(t)值(Lengetal., 2013)，這些特征與俯沖洋殼部分熔融形成的埃達(dá)克巖不同(Martin,1999)。與巖石圈地幔部分熔融所產(chǎn)生的鉀質(zhì)和超鉀質(zhì)火成巖相比(Milleretal., 1999；Williamsetal., 2001)，崗講礦區(qū)樣品的具有較低的Ni和Cr含量(表1)、較低的(87Sr/86Sr)i值和較高εNd(t)值(Lengetal., 2013)。因此，崗講礦區(qū)含礦斑巖可能來(lái)自于加厚鎂鐵質(zhì)下地殼的部分熔融，高Sr/Y和La/Yb比值及低Y和HREE含量也反映其源區(qū)可能存在石榴子石或角閃石的殘留(Richards and Kerrich, 2007)。據(jù)此，我們認(rèn)為由巖漿底墊作用和榴輝巖或石榴石角閃巖變質(zhì)作用新形成的加厚下地殼很可能是這些埃達(dá)克質(zhì)巖的來(lái)源(Houetal., 2009)。

4.2 各期次巖漿成分和性質(zhì)

鋯石作為中酸性斑巖中重要的副礦物，以其較高的封閉溫度及較強(qiáng)的抗風(fēng)化和抗蝕變能力，可以較好記錄巖漿信息。鋯石的Ti飽和溫度計(jì)顯示，礦區(qū)五期侵入體具有相似的溫度范圍(圖10；表2)，反映各期次巖漿具有相似的結(jié)晶溫度。此外，鋯石的Eu異常(EuN/EuN*)可用于定性判斷巖漿的相對(duì)氧化還原狀態(tài)(Ballardetal., 2002; Dillesetal., 2015; Luetal., 2016)。在該礦區(qū)中，從QM到RP各期次侵入體的鋯石均顯示較高的Eu異常(EuN/EuN*大多>0.4；圖10；表2)，且類似于全球其他礦化斑巖體系的鋯石(Wangetal., 2014；Dillesetal., 2015)。因此，可以認(rèn)為礦區(qū)各期次巖漿具有相近的溫度和氧化還原狀態(tài)。

包裹在斜長(zhǎng)石和黑云母斑晶中的巖漿磷灰石可以評(píng)估巖漿的S、Cl和F含量。結(jié)果表明，主成礦期RDP中磷灰石的SO3和Cl含量均高于其他期次，而F呈現(xiàn)相反的結(jié)果(圖11)。磷灰石中的SO3含量受巖漿S濃度和氧化還原狀態(tài)的控制(Pengetal., 1997; Paratand Holtz, 2005; Webster and Piccoli, 2015)。硫主要以S6+的形式存在于磷灰石結(jié)構(gòu)中，其含量在相對(duì)氧化的環(huán)境中會(huì)增加(Boyceetal., 2010; Paratetal., 2011)。礦區(qū)各期次侵入巖有關(guān)的巖漿均顯示較為氧化的特征(圖10)，因此磷灰石SO3含量的差異很可能主要反映了伴生熔體中硫逸度的變化。同樣，RDP斑巖中磷灰石的Cl和F成分變化可以同步反映巖漿中Cl和F的成分變化(Piccoli and Candela, 1994; Mathez and Webster, 2005; Websteretal., 2009)。

黑云母中Cl和F的含量可用于計(jì)算伴生巖漿或流體的鹵素逸度(Zhu and Sverjensky, 1992; Loferski and Ayuso, 1995; Yang and Lentz, 2005; Idrusetal., 2007; Siahcheshmetal., 2012; Rasmussen and Mortensen, 2013; Zhangetal., 2016)。利用Munoz(1992)方程計(jì)算逸度比，該方程基于黑云母和熱液之間F-Cl-OH分配的修正系數(shù)(Zhu and Sverjensky, 1991, 1992)：

log(fH2O/fHF)fluid=1000/T(2.37+1.1Xphl)+0.43-log(XF/XOH)biotite

log(fH2O/fHCl)fluid=1000/T(1.15-0.55Xphl)+0.68-log(XCl/XOH)biotite

log(fHF/fHCl)fluid=-1000/T(1.22+1.65Xphl)+0.25+log(XF/XCl)biotite

其中XF、XCl和XOH是F、Cl和OH在黑云母羥基位置的摩爾分?jǐn)?shù)，T是鹵素交換的溫度(單位為K)。此處計(jì)算所用溫度為鋯石飽和溫度。由礦區(qū)各期次斑巖中黑云母化學(xué)成分計(jì)算得出伴生巖漿鹵素逸度變化的總體趨勢(shì)與對(duì)應(yīng)黑云母Cl和F含量一致，RDP期次巖漿相比其他期次巖漿更加富集Cl而貧F(圖12d)。

4.3 富揮發(fā)分巖漿來(lái)源

綜合磷灰石和黑云母所反映的巖漿信息，可知主成礦期RDP巖漿相比其他期次巖漿含有更多的S、Cl和較少的F。在流體出溶過(guò)程中，S和Cl更加容易進(jìn)入流體相，而F更傾向留在熔體相，而主成礦期侵入巖體相對(duì)富S-Cl、貧F的特征可以排除是由流體出溶造成，這一特征很可能反映了在RDP就位之前，發(fā)生了富S、Cl巖漿的注入。同時(shí)，結(jié)合QM中斜長(zhǎng)石發(fā)育正環(huán)帶(圖13)，而其他期次，尤其是RDP，發(fā)育反環(huán)帶(圖16)這一現(xiàn)象，可以推測(cè)注入的富S和Cl的巖漿更加偏基性。斜長(zhǎng)石的成分主要取決于熔體成分、溫度、氧逸度和H2O含量(Housh and Luhr, 1991; Phinney, 1992; Panjasawatwongetal., 1995; Hattori and Sato, 1996)。由前文研究可知，崗講斑巖礦區(qū)五期侵入體具有相似的氧逸度和溫度特征，因此這兩者可能并不是造成其揮發(fā)分差異的主要原因。此外，前人研究表明，提高巖漿溫度或H2O含量雖然會(huì)增加斜長(zhǎng)石的XAn(Housh and Luhr, 1991; Couchetal., 2001)，但并不能影響斜長(zhǎng)石中FeO和Sr含量。由圖14-圖16可知，崗講斑巖Mo-Cu礦床RDP中斜長(zhǎng)石的XAn、FeO和Sr呈耦合變化，進(jìn)一步反映溫度或H2O含量不是造成斜長(zhǎng)石成分差異的主要原因。研究表明，巖漿的S和Cl含量在氧化鎂鐵質(zhì)巖漿中的溶解度高于長(zhǎng)英質(zhì)熔體(Webster, 1997; Websteretal., 1999; Hattori and Keith, 2001)。同時(shí)，Lengetal.(2013)研究發(fā)現(xiàn)，QM樣品中巖漿鋯石的Hf同位素組成εHf(t)值介于+2.25～+4.57之間，而RDP樣品中巖漿鋯石的εHf(t)值在+5.53～+7.81之間。因此，與QM相比，更多的地幔組分參與了RDP的形成。所以，基性巖漿注入，導(dǎo)致熔體成分發(fā)生改變，可能是造成斜長(zhǎng)石發(fā)育反環(huán)帶的主要原因。

這些證據(jù)表明在主成礦期RDP就位之前，存在富S-Cl且含有更多地幔組分的偏基性巖漿注入了深部巖漿房，發(fā)生巖漿混合，并觸發(fā)RDP就位。由于RDP這期巖漿含有更多的S-Cl，并在流體出溶中進(jìn)一步進(jìn)入流體相富集，大大增加了這期流體對(duì)成礦元素的搬運(yùn)絡(luò)合能力，并在合適的部位進(jìn)行沉淀富集形成礦體，從而對(duì)崗講斑巖銅-鉬礦床的形成發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。

5 結(jié)論

(1)崗講斑巖銅-鉬礦床含礦侵入巖顯示埃達(dá)克質(zhì)巖的特征，它們很可能來(lái)源于由巖漿底墊作用和榴輝巖或石榴石角閃巖變質(zhì)作用形成的新生加厚下地殼。

(2)崗講斑巖礦區(qū)各期次巖漿具有相近的溫度和氧逸度，而主成礦期流紋英安斑巖巖漿相比其他期次巖漿含有更多的S、Cl和較少的F。

(3)磷灰石、黑云母和斜長(zhǎng)石的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征說(shuō)明在致礦斑巖就位之前，存在富S、Cl且含有更多地幔組分的偏基性巖漿注入，這可能在斑巖過(guò)程形成過(guò)程中扮演了重要角色。

致謝野外工作得到云南銅業(yè)礦產(chǎn)資源勘查開(kāi)發(fā)有限公司曾紅坤高級(jí)工程師和云南銅業(yè)股份有限公司姜華高級(jí)工程師極大的幫助；成文過(guò)程中，中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所朱經(jīng)經(jīng)研究員和合肥工業(yè)大學(xué)王世偉博士提供了寶貴修改意見(jiàn)和建議，讓筆者受益良多；本刊編輯對(duì)本文進(jìn)行了精心的修改和指導(dǎo)；筆者在此一并致以誠(chéng)摯的感謝！