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(duì)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(guó)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(dòng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(guó)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(dòng)[13],在構(gòu)造活動(dòng)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(dòng),形成了陸殼重熔型二長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)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(zhǎng)玢巖,第2 階段((211.8±0.5) Ma)主要形成石英二長(zhǎng)斑巖,第3 階段((206.3±0.7) Ma)形成花崗閃長(zhǎng)斑巖,均屬于印支期構(gòu)造—巖漿活動(dòng)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(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(shí),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(zhǎng)(長(zhǎng)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(duì)集中,通常采用取對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)限),排除異常值對(duì)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(duì)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(duì)比分析得出結(jié)果。

4 結(jié)果分析

本研究針對(duì)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(duì)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(duì)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(shì)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(duì)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(duì)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(shì),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(duì)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(duì)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(zhǎng)斑巖形成于(82.4±3.03)Ma[33],休瓦促W-Mo 礦床二長(zhǎng)花崗巖形成于(85.9±3.3) Ma[33],松諾Cu 礦黃銅礦化石英二長(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)東部埃達(dá)克巖以及中國(guó)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(duì)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(chǎng)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(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)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(guó)東部埃達(dá)克巖以及中國(guó)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(duì)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(duì)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(duì)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。