滇西北格咱銅多金屬礦集區(qū)含礦斑巖、不含礦斑巖與全球埃達(dá)克巖對比研究

劉學(xué)龍 陳建航 李守奎 李方蘭 劉思晗 李振煥 曹振梁 周博文

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院,云南 昆明 650093;2.云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,云南 昆明 650051)

大數(shù)據(jù)開辟了科學(xué)研究的新思路,而地質(zhì)學(xué)作為一門典型的數(shù)據(jù)密集型學(xué)科,在大數(shù)據(jù)時(shí)代正面臨著前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。目前雖然地質(zhì)大數(shù)據(jù)面臨如何深入研究、能夠解決哪些地質(zhì)問題、突破點(diǎn)在哪里、數(shù)據(jù)庫如何建設(shè)等諸多問題,但利用大數(shù)據(jù)思維方法在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得的多項(xiàng)新進(jìn)展、新成就,不僅值得學(xué)術(shù)界重視和學(xué)習(xí),更為地球科學(xué)大數(shù)據(jù)研究提供了源源不斷的新動能。

云南格咱銅多金屬礦集區(qū)作為滇西地區(qū)重要的礦產(chǎn)勘查開發(fā)資源基地,其中以普朗斑巖銅礦作為區(qū)內(nèi)印支期成礦作用的典型代表,經(jīng)過長時(shí)間的地質(zhì)勘探與科學(xué)研究已積累了大量的地質(zhì)數(shù)據(jù)和資料。前人對包括普朗斑巖銅礦在內(nèi)的礦床做過大量的研究工作,包括成礦構(gòu)造環(huán)境、成礦巖體的地球化學(xué)特征、成巖成礦年代、成礦流體與礦床成因等方面取得了許多重要成果[1-9]。研究認(rèn)為,區(qū)內(nèi)主要礦床的成礦時(shí)期集中于晚三疊世,成礦巖體屬于鈣堿性系列Ⅰ型花崗巖,同時(shí)具有埃達(dá)克質(zhì)巖性質(zhì);成礦階段流體主要來自于巖漿熱液,晚期有大氣降水參與。本研究利用大數(shù)據(jù)手段對普朗斑巖銅礦與成礦有關(guān)的花崗巖與全球埃達(dá)克巖的對比發(fā)現(xiàn),普朗斑巖具有與全球埃達(dá)克巖類似的特征,且具有低w(Sr)/w(Cu)、w(Ta)/w(Cu)、w(Al)/w(Mo)、w(Mn)/w(Zn)、w(Mn)/w(Cu)、w(Mn)/w(Mo)、w(Ca)/w(Cu)值以及低Hf、K、Ti、P、Co、Th 含量的地球化學(xué)特征,為普朗銅礦床深部及外圍的地質(zhì)找礦提供了新的地球化學(xué)找礦標(biāo)志[10]。

本研究在以往成果的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)整理了格咱銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)15 個(gè)代表性成礦斑巖體的巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù),依據(jù)銅元素含量分為含礦和不含礦兩類數(shù)據(jù),通過計(jì)算特征元素地球化學(xué)比值和投圖,并與全球埃達(dá)克巖進(jìn)行對比,研究與成礦有關(guān)和無關(guān)元素的地球化學(xué)指標(biāo),探討有效和可靠的找礦標(biāo)志,為區(qū)內(nèi)深部及外圍地質(zhì)找礦工作提供科學(xué)參考。

1 區(qū)域背景與礦床地質(zhì)特征

格咱銅多金屬礦集區(qū)位于義敦島弧南端,西界為格咱斷裂帶,東部和南部為甘孜—理塘結(jié)合帶,是西南“三江”古特提斯洋演化階段形成的重要地質(zhì)構(gòu)造單元之一,即印支期甘孜—理塘洋向西俯沖于格咱—中甸微陸塊所誘發(fā)的大規(guī)模構(gòu)造—巖漿作用的產(chǎn)物,也是三江特提斯成礦域內(nèi)重要的斑巖—矽卡巖型銅鉬多金屬礦集區(qū)(圖1)。區(qū)內(nèi)現(xiàn)已探明15 個(gè)代表性的銅多金屬礦床,包括普朗、雪雞坪、紅山、松諾、春都、地蘇嘎、亞雜、浪都、卓瑪、欠雖、爛泥塘、茨萊、休瓦促、熱林、銅廠溝。其中普朗斑巖銅礦作為區(qū)內(nèi)印支期成礦作用的典型代表,是我國近年來新發(fā)現(xiàn)的超大型礦床[2,7,11-12]。

圖1 滇西北格咱銅多金屬礦集區(qū)構(gòu)造—巖漿分布及大地構(gòu)造位置Fig.1 Tectonic-magmatic distribution and geotectonic position of Geza copper polymetallic ore-concentrated area in Northwestern Yunnan

區(qū)內(nèi)地層主要由上三疊統(tǒng)碎屑巖、碳酸鹽巖和火山巖及次火山巖組成,主要發(fā)育兩期巖漿侵入活動[13],在構(gòu)造活動強(qiáng)烈區(qū)伴有較強(qiáng)的變質(zhì)作用及相關(guān)的成礦作用。其中,印支晚期甘孜—理塘洋殼向西俯沖作用導(dǎo)致大量中酸性斑巖發(fā)生淺成侵位,形成了與島弧構(gòu)造背景有關(guān)的斑巖型銅礦;侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)陸內(nèi)匯聚和造山后伸展作用誘發(fā)同碰撞型中酸性巖漿活動,形成了陸殼重熔型二長花崗巖和花崗閃長斑巖體,并伴隨有鉬、銅、鎢成礦事件發(fā)生。

區(qū)內(nèi)晚三疊世普朗銅礦成礦作用發(fā)生于普朗復(fù)式斑巖體內(nèi),在巖體中心形成了以細(xì)脈浸染狀礦石為主的柱狀礦體[14-15]。該斑巖體由3 個(gè)期次巖漿侵入形成,其中第1 階段((221.0±1.0) Ma)主要形成石英閃長玢巖,第2 階段((211.8±0.5) Ma)主要形成石英二長斑巖,第3 階段((206.3±0.7) Ma)形成花崗閃長斑巖,均屬于印支期構(gòu)造—巖漿活動的產(chǎn)物[2,5]。礦區(qū)巖石地球化學(xué)特征研究表明,石英閃長巖、石英二長巖等含礦斑巖富集 Ba、La、Rb、Sr、K和親銅元素 Cu、Pb 及親鐵元素 Mo、Ni,虧損 Nb、Zr、Hf、Ti 等高場強(qiáng)元素( HFSE)和輕稀土元素(HREE)及 Y,具有較高的w(Sr)/w(Y)(27 ～63)和w(La)/w(Yb)(14 ～31)值,為島弧型鈣堿性巖系[7],并具有埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征[8,15]。

2 數(shù)據(jù)來源與整理

2.1 數(shù)據(jù)來源

首先利用GEOROC 數(shù)據(jù)庫提取全球花崗巖數(shù)據(jù)(花崗巖w(SiO2) ＞ 56%),盡可能保留更多的數(shù)據(jù),剔除所有含有空值的行后,利用埃達(dá)克巖的提取標(biāo)志(w(Sr) ＞ 400×10-6,w(Yb)＜1.9×10-6,w(Y)＜1.8×10-6)[16]進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選,最終得到全球埃達(dá)克巖有效數(shù)據(jù)共計(jì)6 954 個(gè)。針對格咱銅多金屬礦集區(qū),本研究系統(tǒng)收集了區(qū)內(nèi)代表性斑(玢)巖體的地球化學(xué)數(shù)據(jù)共計(jì)768 個(gè),包括普朗、雪雞坪、紅山、松諾、春都、地蘇嘎、亞雜、浪都、卓瑪、欠雖、爛泥塘、茨萊、休瓦促、熱林、銅廠溝的巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)[1-8,17-22]。

2.2 數(shù)據(jù)整理

將格咱銅多金屬礦集區(qū)768 件斑巖全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù),通過人工篩選剔除空值和異常數(shù)據(jù)后,最終保留可用有效數(shù)據(jù)共638 個(gè),根據(jù)銅元素含量將分為324 件含礦巖石(w(Cu)≥200×10-6)和314 件不含礦巖石(w(Cu)＜200×10-6)的樣品數(shù)據(jù)。

本研究將通過Cu 品位進(jìn)行區(qū)分的含礦、不含礦兩組數(shù)據(jù)集作為已知的兩種區(qū)分模型;然后經(jīng)過數(shù)據(jù)前期整理后,運(yùn)用K 近鄰(KNN)和隨機(jī)森林(RF)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法對格咱銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)含礦與不含礦數(shù)據(jù)進(jìn)行了判別,結(jié)果見表1。由表1 可知:隨機(jī)森林模型區(qū)分模型優(yōu)于K 近鄰區(qū)分模型,另一方面利用Cu 品位進(jìn)行區(qū)分的含礦、不含礦數(shù)據(jù)集模型具有一定的可靠性。

表1 KNN 與RF 分析結(jié)果Table 1 KNN and RF Analysis Results

3 數(shù)據(jù)挖掘方法

3.1 數(shù)據(jù)篩選原則

數(shù)據(jù)篩選參照前人研究方法[23-24],保留SiO2含量大于56%且小于90%的數(shù)據(jù);剔除H2O、LOI 含量大于7%、CO2含量大于3%的數(shù)據(jù);剔除某些主元素含量異常高的樣品,如w(Fe2O3)＞30%、MnO 含量異常高的樣品;剔除微量元素異常高的數(shù)據(jù)(樣品保留)。

3.2 置信橢圓繪制

置信橢圓又名誤差橢圓,用來直觀地反映點(diǎn)位或平均值函數(shù)的估值與期望值之間的差異。結(jié)合線性代數(shù)相關(guān)知識,計(jì)算出數(shù)據(jù)點(diǎn)的協(xié)方差矩陣,該矩陣的特征值和特征向量可用來確定置信橢圓的軸長(長軸,短軸)及其方向,橢圓的中心由數(shù)據(jù)均值求得。給定置信區(qū)間后便可繪制置信橢圓。

3.3 交疊率計(jì)算

交疊率表示兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域即置信橢圓的交疊程度,由Monte Carlo 方法計(jì)算。本研究在坐標(biāo)系范圍內(nèi)隨機(jī)生成足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn),根據(jù)置信橢圓方程判斷該點(diǎn)的位置(橢圓內(nèi)還是橢圓外),通過計(jì)數(shù)來求得橢圓之間的交疊率。本研究利用Python 語言編寫程序,用來讀取清洗后的數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)并繪圖,在所有的組合情形中挑選出最佳的判別圖解。在構(gòu)筑判別圖解時(shí),為了增強(qiáng)判別效果,減少重疊性和多解性,往往使用元素含量比值作為圖解的橫、縱坐標(biāo),如w(Ti)/w(Y)—w(Nb)/w(Y)、w(La)/w(Yb)—w(Sc)/w(Ni)等[25]。此外,全體數(shù)據(jù)中各元素含量值的分布范圍往往比抽樣數(shù)據(jù)擴(kuò)大許多,為了使數(shù)據(jù)相對集中,通常采用取對數(shù)方法處理原數(shù)據(jù),計(jì)算元素含量比值一般取以10為底的對數(shù)。

3.4 數(shù)據(jù)挖掘步驟

本研究數(shù)據(jù)挖掘步驟為:① 按11 種不同構(gòu)造環(huán)境收集GEOROC 數(shù)據(jù)庫中全部巖石樣品的地球化學(xué)數(shù)據(jù);② 查閱研究區(qū)包含地球化學(xué)數(shù)據(jù)的所有文獻(xiàn),并對其中的地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,形成研究區(qū)數(shù)據(jù)集;③ 對于GEOROC 數(shù)據(jù)庫中下載的數(shù)據(jù)按“SAMPLE NAME”標(biāo)簽刪除樣品中重復(fù)數(shù)據(jù)以及沉積巖和變質(zhì)巖的數(shù)據(jù)得到巖漿巖數(shù)據(jù);④ 按照埃達(dá)克巖的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)篩選出埃達(dá)克巖;⑤ 刪除樣品中某個(gè)元素?cái)?shù)值異常高或者異常低值(超出樣品元素平均值20 倍),樣品保留,并刪除負(fù)值(可能超出測限),排除異常值對統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響;⑥ 利用MATLAB 軟件將45 個(gè)元素?cái)?shù)據(jù)兩兩組合計(jì)算含量比值并取以10為底的對數(shù),獲得元素組合和交疊率比值;⑦ 繪制格咱銅多金屬礦集區(qū)含礦、不含礦以及全球埃達(dá)克巖置信度為85%的三置信橢圓散點(diǎn)圖;⑧ 尋找格咱銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)含礦巖體、不含礦巖體與全球埃達(dá)克巖的相關(guān)性關(guān)系并提取地球化學(xué)特征,通過對比分析得出結(jié)果。

4 結(jié)果分析

本研究針對格咱銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)含礦斑巖、不含礦巖體和全球埃達(dá)克巖3 組數(shù)據(jù),通過MATLAB軟件運(yùn)行計(jì)算,繪制三置信橢圓散點(diǎn)圖解,開展巖石地球化學(xué)特征的對比研究。選擇巖石地球化學(xué)組成中常見的主微量元素共45 個(gè),計(jì)算不同元素對比值,進(jìn)行投圖并繪制85%置信度的三置信橢圓散點(diǎn)圖,最終得到交疊率較好的圖件共14 340 幅。

從全部所得圖件中挑選歸納出格咱銅多金屬礦集區(qū)含礦巖體、不含礦巖體與全球埃達(dá)克巖的元素地球化學(xué)比值特征圖解。

格咱銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)含礦巖體與全球埃達(dá)克巖的數(shù)據(jù)分布具有相似性的變化規(guī)律,而不含礦巖體地球化學(xué)數(shù)據(jù)與全球埃達(dá)克巖的數(shù)據(jù)分布顯示出明顯偏離性。在w(Al2O3)/w(Cu)—w(SiO2)/w(TiO2)置信橢圓散點(diǎn)圖(圖2(a))中,區(qū)內(nèi)含礦巖體數(shù)據(jù)分布范圍與全球埃達(dá)克巖數(shù)據(jù)分布高度重合,但變化趨勢完全相反, 礦集區(qū)內(nèi)含礦巖體的w(SiO2)/w(TiO2)值變化范圍較小,而全球埃達(dá)克巖的w(SiO2)/w(TiO2)值分布范圍極差較大,反映出礦集區(qū)內(nèi)含礦巖體具有獨(dú)特的地球化學(xué)組合特征。在w(SiO2)/w(Cu)—w(SiO2)/w(MgO)(圖2(b))、w(TiO2)/w(Cu)—w(SiO2)/w(Gd)(圖2(d))散點(diǎn)圖中,相對于礦集區(qū)內(nèi)含礦巖體,不含礦巖體具有較高w(SiO2)/w(Cu)、w(TiO2)/w(Cu)值,w(SiO2)/w(MgO)、w(SiO2)/w(Gd)值變化較小,維持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。在w(SiO2)/w(Cu)—w(SiO2)/w(Ba)(圖2(c))散點(diǎn)圖中,區(qū)內(nèi)含礦巖體數(shù)據(jù)分布包含了全球埃達(dá)克巖的整個(gè)右部散點(diǎn)區(qū),且其w(SiO2)/w(Ba)值分布范圍明顯小于不含礦巖體,表明礦集區(qū)內(nèi)含礦巖體具有全球埃達(dá)克巖的部分地球化學(xué)元素組合特征,但相對于其不含礦巖體來說,又存在明顯差異,值得繼續(xù)深入研究。

圖2 格咱銅多金屬礦集區(qū)含礦、不含礦巖體與全球埃達(dá)克巖數(shù)據(jù)分布置信橢圓圖解Fig.2 Confidence elliptic diagram of data distribution of ore-bearing and non-ore-bearing rocks and adak rocks in Geza copper polymetallic ore-concentrated area

格咱銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)含礦巖體與不含礦巖體的地球化學(xué)數(shù)據(jù)分布具有相似性,但表現(xiàn)出一定的獨(dú)特性。在w(Al2O3)/w(V)—w(SiO2)/w(Sr)散點(diǎn)圖(圖3(a))中,區(qū)內(nèi)含礦巖體、不含礦巖體數(shù)據(jù)分布基本全部包含在全球埃達(dá)克巖范圍內(nèi),并且含礦、不含礦巖體的地球化學(xué)數(shù)據(jù)具有一致的變化趨勢,表明礦集區(qū)內(nèi)巖體具有埃達(dá)克巖的地球化學(xué)屬性。在w(Al2O3)/w(Cr)—w(SiO2)/w(Sr) 散點(diǎn)圖(圖3(b))中,區(qū)內(nèi)含礦巖體的數(shù)據(jù)全部包含在不含礦巖體的數(shù)據(jù)中,且含礦與不含礦巖體部分?jǐn)?shù)據(jù)落在全球埃達(dá)克巖范圍內(nèi),但明顯低于全球埃達(dá)克巖的數(shù)據(jù),表明礦集區(qū)含礦、不含礦巖體具有相同的w(Al2O3)/w(Cr)、w(SiO2)/w(Sr)特征,但其w(Al2O3)/w(Cr)值明顯低于全球埃達(dá)克巖。在w(Al2O3)/w(Co)—w(SiO2)/w(Sr) 散點(diǎn)圖(圖3 (c))、w(Al2O3)/w(Mo)—w(SiO2)/w(Sr)散點(diǎn)圖(圖3(d))中,區(qū)內(nèi)含礦與不含礦巖體同樣具有相似的數(shù)據(jù)分布特征,但與全球埃達(dá)克巖的元素比值明顯相反,另外,部分?jǐn)?shù)據(jù)落在全球埃達(dá)克巖范圍內(nèi)但明顯高于全球埃達(dá)克巖的數(shù)據(jù),表明礦集區(qū)內(nèi)巖體具有相同的w(Al2O3)/w(Co)、w(Al2O3)/w(Mo)特征,且相對于全球埃達(dá)克巖明顯具有更高的w(Al2O3)/w(Co)、w(Al2O3)/w(Mo)值。

圖3 格咱銅多金屬礦集區(qū)含礦、不含礦巖體數(shù)據(jù)差異性置信橢圓圖解Fig.3 Confidence elliptic diagram for difference of ore-bearing and non-ore-bearing rock mass data in Geza copper polymetallic ore-concentrated area

格咱銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)含礦斑巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)主要分布在全球埃達(dá)克巖數(shù)據(jù)分布范圍的局部,而不含礦巖體地球化學(xué)數(shù)據(jù)大部分超出全球埃達(dá)克巖分布范圍,說明區(qū)內(nèi)含礦巖體數(shù)據(jù)與全球埃達(dá)克巖的w(TiO2)/w(U)、w(TiO2)/w(Nb)、w(TiO2)/w(Sr)、w(TiO2)/w(Hf)值存在一定的相關(guān)性但不完全相同,即相對于全球埃達(dá)克巖,礦集區(qū)內(nèi)不含礦巖體表現(xiàn)出獨(dú)特的地球化學(xué)特征。在w(TiO2)/w(Ni)—w(SiO2)/w(Cu) (圖4(a))、w(TiO2)/w(U)—w(SiO2)/w(Cu) (圖4(b))、w(TiO2)/w(Nb)—w(SiO2)/w(Cu) (圖4(c))、w(TiO2)/w(Sr)—w(SiO2)/w(Cu) (圖4(d))、w(TiO2)/w(Zr)—w(SiO2)/w(Cu)(圖4(e))以及w(TiO2)/w(Hf)—w(SiO2)/w(Cu)(圖4(f))置信橢圓散點(diǎn)圖中,礦集區(qū)內(nèi)含礦巖體與不含礦巖體中Ni、U、Nb、Sr、Zr、Hf 等元素與主量元素含量比值的分布范圍基本相同,且包含在全球埃達(dá)克巖的比值分布范圍之內(nèi)。

圖4 格咱銅多金屬礦集區(qū)含礦巖體與全球埃達(dá)克巖差異性置信橢圓圖解Fig.4 Confidence elliptic diagram of difference between ore-bearing rock mass in Geza copper polymetallic ore-concentrated area and global adakite

格咱銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)含礦巖體與全球埃達(dá)克巖的數(shù)據(jù)分布具有相似性,主要表現(xiàn)為含礦巖體數(shù)據(jù)包含了全球埃達(dá)克巖數(shù)據(jù),說明礦集區(qū)內(nèi)含礦巖體的部分元素含量比值范圍變化較大,超出了全球埃達(dá)克巖的元素比值變化范圍。在w(Fe2O3)/w(Ba)—w(Al2O3)/w(Cu)(圖5(a))、w(Fe2O3)/w(Ni)—w(Al2O3)/w(Cu)(圖5(b))、w(Fe2O3)/w(V)—w(Al2O3)/w(Cu)(圖5(c))、w(Fe2O3)/w(Co)—w(Al2O3)/w(Cu)(圖5(d))置信橢圓散點(diǎn)圖中,可以看出在比值變化范圍內(nèi),普朗含礦巖體與全球埃達(dá)克巖具有相似的地球化學(xué)特征,但普朗含礦巖體的w(Fe2O3)/w(Ba)、w(Fe2O3)/w(V)、w(Fe2O3)/w(Ni)、w(Fe2O3)/w(Co)值變化范圍更大。

圖5 格咱銅多金屬礦集區(qū)含礦巖體包含全球埃達(dá)克巖置信橢圓圖解Fig.5 Confidence elliptic diagram of ore-bearing rocks in Geza copper polimetallic ore-concentrated area containing global adakite

5 討 論

5.1 礦集區(qū)斑巖體與全球埃達(dá)克巖的關(guān)系

埃達(dá)克巖因其獨(dú)特的源區(qū)組成、形成條件及成巖成礦過程中較高的氧逸度,指示了埃達(dá)克巖富含礦質(zhì)和揮發(fā)分的埃達(dá)克質(zhì)巖漿[26]。因此,在全球規(guī)模上,多數(shù)埃達(dá)克巖省是重要的成礦省;在區(qū)域尺度上,多數(shù)礦床的主巖即埃達(dá)克巖;在礦區(qū)尺度上,當(dāng)埃達(dá)克巖與非埃達(dá)克巖共存時(shí),成礦主要為前者[27-28]。

礦集區(qū)成礦斑巖的埃達(dá)克巖地球化學(xué)性質(zhì)研究工作開展較早,其中普朗斑巖型銅礦[2,42]、雪雞坪斑巖型銅礦[42]的成礦斑巖體具有明顯的埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征。綜合區(qū)內(nèi)構(gòu)造環(huán)境以及年代學(xué)特征分析可知,礦集區(qū)位于義敦島弧帶南段,是西南“三江”古特提斯洋盆中甘孜—理塘洋殼向西俯沖造山作用的產(chǎn)物,但由于洋殼板片俯沖角度減緩、速度減慢,從而形成了以安山質(zhì)火山巖和中酸性斑巖為特征的斑巖銅多金屬礦集區(qū)[2,29-31]。年代學(xué)研究表明,紅牛Cu礦區(qū)矽卡巖中石榴子石的形成年齡為(79±15) Ma[32],熱林Mo-W-Cu 礦床花崗閃長斑巖形成于(82.4±3.03)Ma[33],休瓦促W-Mo 礦床二長花崗巖形成于(85.9±3.3) Ma[33],松諾Cu 礦黃銅礦化石英二長斑巖的鋯石年齡為(204.7±1.12) Ma[34],普朗斑巖Cu 礦區(qū)輝鉬礦Re-Os 年齡為(213±3.8) Ma[35],雪雞坪絹英巖化帶含礦斑巖的形成時(shí)代為(215.3±2.6) Ma[36-37],春都含礦花崗閃長斑巖體的鋯石年齡為(217.5±1.9) Ma[38],茨萊花崗斑巖的成巖年齡為(220.6±0.78) Ma[39]。綜上所述,從構(gòu)造環(huán)境和成礦時(shí)代來看,格咱銅多金屬礦集區(qū)的成礦斑巖具有與埃達(dá)克巖相似的地球化學(xué)特征[40-41,47]。

由礦集區(qū)含礦、不含礦巖體與全球埃達(dá)克巖的三置信橢圓圖解可知,除了主要成礦元素存在差異之外,其他地球化學(xué)特征多表現(xiàn)出與全球埃達(dá)克巖具有高度的相關(guān)性(圖3、圖4)。通過進(jìn)一步圖解(圖6)判別發(fā)現(xiàn),礦集區(qū)各典型礦床數(shù)據(jù)反映該區(qū)巖石屬于鈣堿性系列。而在各斑巖體w(K2O)—w(SiO2)圖解(圖7)中,格咱成礦斑巖的分布范圍較為寬泛,但樣品基本落入高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列區(qū)域,其中只有少部分樣品落入鈣堿性系列區(qū)域。巖石學(xué)研究認(rèn)為,高鉀性巖石可能是源區(qū)鉀含量較高或者埃達(dá)克巖漿遭受到了同化混染和結(jié)晶分異所致[42],這與中國東部埃達(dá)克巖以及中國大部分斑巖銅礦的容礦斑巖多為高鉀鈣性系列和鉀玄巖的特征相似[45],是區(qū)別于全球典型埃達(dá)克巖多為鈣堿性系列的明顯特征。

圖6 格咱銅多金屬礦集區(qū)各典型礦床巖體AFM 圖解Fig.6 AFM diagram of typical ore bodies in Geza copper polymetallic ore-concentrated area

圖7 格咱銅多金屬礦集區(qū)各典型礦床巖體w(K2O)—w(SiO2)圖解Fig.7 w(K2O)—w(SiO2) diagram of rock mass of typical deposits in Geza copper polymetallic ore-concentrated area

5.2 礦集區(qū)含礦巖體、不含礦巖體與全球埃達(dá)克巖的關(guān)系

全球埃達(dá)克巖與礦集區(qū)含礦、不含礦斑巖體的微量元素/原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖如圖8所示。由圖8可知:主要微量元素可以分為3 類,第1 類是礦集區(qū)含礦、不含礦巖體與全球埃達(dá)克巖類似的元素,包括U、Ta、La、Ce、Sr、Zr、Hf、Sm、Ti;第2 類是礦集區(qū)含礦、不含礦巖體明顯高于全球埃達(dá)克巖的元素,包括Rb、Ba、Th、K、Cu、Mo、Cr;第3 類是礦集區(qū)含礦、不含礦巖體明顯低于全球埃達(dá)克巖的元素,包括W、Ga、Zn。第1 類元素代表了礦集區(qū)含礦巖體、不含礦巖體具有全球埃達(dá)克巖的特征,在置信橢圓散點(diǎn)圖中(圖4),礦集區(qū)含礦巖體與不含礦巖體中Ni、U、Nb、Sr、Zr、Hf等元素與主量元素含量比值的分布范圍基本相同,并且包含在全球埃達(dá)克巖的比值分布范圍內(nèi)同樣驗(yàn)證了這一點(diǎn)。第2 類元素代表了礦集區(qū)含礦巖體的主要特征,即明顯富集Rb、Ba、Th、K、Cu、Mo、Cr 元素。前人對礦集區(qū)內(nèi)普朗[44-45]、雪雞坪[45]、紅牛[46]、熱林[46]、休瓦促[47]等多個(gè)印支期斑巖Cu 多金屬礦床的地球化學(xué)特征研究表明,礦集區(qū)各主要典型銅礦均具有富集Sr、K、Rb、Ba、Th 等大離子親石元素,虧損Nb、Ta、Zr、Hf、Ti 高場強(qiáng)元素,具有低HREE 含量,暗示了區(qū)內(nèi)各成礦斑巖體的形成具有相似的構(gòu)造背景。第3 類元素則是區(qū)分礦集區(qū)含礦巖體、不含礦巖體的主要特征,即不含礦巖體相對于含礦巖體具有更低的W、Ga、Zn 含量。

圖8 全球埃達(dá)克巖與礦集區(qū)斑巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.8 Porphyry primitive mantle normalized spider diagram of trace elements in the ore-concentrated area

圖9所示置信橢圓圖解橫坐標(biāo)為lg[w(SiO2)/w(Sr)],分母大小決定了比值的波動范圍,明顯可以看出格咱銅多金屬礦集區(qū)含礦、不含礦巖體的w(SiO2)/w(Sr)值變化范圍包含在全球埃達(dá)克巖比值分布范圍之中,即說明格咱銅多金屬礦集區(qū)含礦、不含礦巖體的Sr 含量雖然區(qū)別于全球埃達(dá)克巖,但又完全包含在全球埃達(dá)克巖之中; 縱坐標(biāo)為lg[w(Al2O3)/w(Mo)],分母越大比值越小,即含礦巖體具有更高的Mo 含量,表明巖體礦化作用越強(qiáng)烈,越靠近全球埃達(dá)克巖的數(shù)據(jù)分布范圍,表明與全球埃達(dá)克巖的關(guān)系越密切,即為含礦巖體;礦化作用越弱,越遠(yuǎn)離全球埃達(dá)克巖,即屬于格咱銅多金屬礦集區(qū)的不含礦巖體。

圖9 礦集區(qū)含礦、不含礦巖體與全球埃達(dá)克巖置信橢圓散點(diǎn)圖Fig.9 Confidence elliptic dispersion diagram of ore-bearing,non-ore-bearing and global adakite in the ore-concentrated area

6 結(jié) 論

(1)通過對格咱銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)成礦斑巖體的地球化學(xué)特征、構(gòu)造環(huán)境和成礦時(shí)期的綜合對比分析,認(rèn)為格咱斑巖體屬于全球埃達(dá)克巖但又區(qū)別于典型埃達(dá)克巖,具有明顯的高鉀性特征,與中國東部埃達(dá)克巖以及中國大部分斑巖銅礦的容礦斑巖多為高鉀鈣性系列和鉀玄巖的特征相似。

(2)礦集區(qū)含礦巖體相對于全球埃達(dá)克巖的數(shù)據(jù)分布具有明顯的相似性,表明區(qū)內(nèi)含礦巖體具有一定的埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征;但區(qū)內(nèi)含礦巖體又具有一定的特點(diǎn),即相對于全球埃達(dá)克巖明顯具有更高的w(Al2O3)/w(Co)、w(Al2O3)/w(Mo)值。

(3)相對于不含礦巖體,礦集區(qū)含礦巖體中w(SiO2)/w(Ba)、w(Fe2O3)/w(Ba)、w(Fe2O3)/w(V)、w(Fe2O3)/w(Ni)、w(Fe2O3)/w(Co)值分布范圍更集中,即含礦巖體Ba、V、Ni、Co 等元素可能集中在更小、更集中的范圍內(nèi),另外含礦巖體的w(Al2O3)/w(Mo)值明顯低于不含礦巖體比值,為區(qū)內(nèi)巖體含礦性的判別研究提供了參考。