江西德興斑巖銅礦石英閃長玢巖成因及成礦學(xué)意義

鮑 波,姜軍勝,于玉帥,秦拯緯,鄭忠超,柳 瀟,陜 亮,董宜勇,李福林

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 花崗巖成巖成礦地質(zhì)研究中心, 湖北 武漢 430205; 2.中國地質(zhì)調(diào)查局 武漢地質(zhì)調(diào)查中心(中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心), 湖北 武漢 430205; 3.江西省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊, 江西 上饒 334000; 4.江西省地質(zhì)局 第二地質(zhì)大隊, 江西 九江 332000)

斑巖型銅礦床供給世界將近3/4的Cu、1/2的Mo、1/5的Au和大部分的Re等金屬(Silitoe, 2010)。斑巖型銅礦床通常形成于弧環(huán)境(Cookeetal., 2005; Silitoe, 2010; 高俊等, 2019),也可以形成于后碰撞(Yangetal., 2009; 王瑞等, 2020)和陸內(nèi)(Liuetal., 2012; Wangetal., 2015; 侯增謙等, 2020)等非弧環(huán)境。數(shù)值模擬研究認為,常見的鈣堿性巖漿和“普通”體積的巖漿房演化足夠形成具有工業(yè)價值的斑巖型礦床(Cline and Bodnar, 1991)。然而質(zhì)量平衡計算表明,長英質(zhì)巖漿房形成超大型斑巖礦床具有明顯的揮發(fā)分質(zhì)量不守恒問題,這種不守恒現(xiàn)象對于S組分來說尤其明顯(Hattori and Keith, 2001)。因此,研究幔源中基性巖漿巖成因以及中基性巖漿與斑巖銅礦的關(guān)系成為近年來斑巖銅礦研究的重要方向之一(Yangetal., 2015; Caoetal., 2018, 2022; Chengetal., 2018)。

德興礦床是中國東部最大的斑巖型銅鉬金礦床,由銅廠、富家鎢、朱砂紅3個獨立的礦體組成。多年來,研究人員已就德興礦床成礦花崗閃長斑巖開展了大量的定年和地球化學(xué)工作(Wangetal., 2006; Liuetal., 2012; Zhouetal., 2012; Houetal., 2013; Zhangetal., 2013; Wangetal., 2015),然而成礦斑巖成因和形成的動力學(xué)背景仍然存在顯著爭議。部分學(xué)者認為俯沖板片的熔融產(chǎn)生德興埃達克質(zhì)成礦斑巖的原始巖漿(Zhouetal., 2012; Zhangetal., 2013);還有學(xué)者認為德興成礦巖漿產(chǎn)于陸內(nèi)伸展構(gòu)造背景,新元古代殘余弧或新生下地殼熔融形成德興成礦斑巖的原始巖漿(Liuetal., 2012; Houetal., 2013; Wangetal., 2015); Wang等(2006)則認為軟流圈物質(zhì)上涌導(dǎo)致的拆沉下地殼部分熔融形成德興成礦斑巖的原始巖漿。

除花崗閃長斑巖外,德興礦床還發(fā)育與成礦斑巖近同期的石英閃長玢巖,目前僅有少量研究涉及石英閃長玢巖成因(Wangetal., 2020),有必要進一步研究石英閃長玢巖原始巖漿的形成和演化,以期更好地理解巖漿過程對于斑巖銅礦形成的控制作用。因此,本文以石英閃長玢巖為研究對象,開展了全巖地球化學(xué)、鋯石U-Pb定年以及Lu-Hf同位素測試,進而探究德興石英閃長玢巖成因并評估幔源中基性巖漿對于斑巖銅礦形成的重要貢獻。

1 地質(zhì)背景及樣品描述

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

德興斑巖銅礦構(gòu)造上位于江南造山帶東段。前人研究提出,揚子地塊和華夏地塊在新元古代碰撞拼合形成現(xiàn)今的華南(圖1)(在下?lián)P子地區(qū),江紹斷裂帶被認為是揚子地塊和華夏地塊的構(gòu)造分界線),這一碰撞事件導(dǎo)致北東向江南造山帶以及蛇綠混雜巖帶的形成(Li and McCulloch, 1996; 王孝磊等, 2017)。華夏地塊發(fā)育古元古代-中元古代的結(jié)晶基底,揚子板塊的結(jié)晶基底為晚太古代-元古宙的老地層(Chen and Jahn, 1998)。此外,華南地區(qū)發(fā)育大量的新元古代弧火山巖地層,如位于贛東北地區(qū)的漆工群,主要巖性為細碧巖、角斑巖和其他火山碎屑巖(Liuetal., 2012)。

圖1 華南地質(zhì)簡圖(據(jù)Hou et al., 2013)

中生代,中國東南部發(fā)生一系列廣泛而強烈的巖漿活動。其中,183～90 Ma范圍內(nèi)的巖漿作用在華南廣泛發(fā)育,主要集中在183～168、160～130和130～90 Ma 這3個巖漿峰期。183～168 Ma的巖漿巖主要為堿性玄武巖、拉斑玄武巖、雙峰式火山巖和A型花崗巖等。160～130 Ma的巖漿巖主要為與W-Mo(毛景文等, 2004)和Sn-W、Nb-Ta礦化有關(guān)的花崗巖類(陸建軍等, 2022)。華南最強烈的巖漿活動發(fā)生于130～90 Ma,形成沿海岸帶分布的具有弧巖漿特征的火山-侵入雜巖帶(Houetal., 2013)。此外,該巖漿峰期在長江中下游成礦帶也產(chǎn)出有大量的花崗質(zhì)侵入體(Wangetal., 2014)。

1.2 礦床地質(zhì)特征

德興礦區(qū)出露的地層為中新元古代雙橋山群千枚巖和變質(zhì)沉凝灰?guī)r(圖2)。根據(jù)斷裂組合特征及先后順序,礦區(qū)斷裂可分為北東向、北西向和北北東向3組。德興礦床成礦花崗閃長斑巖以巖株的形式侵入到雙橋山群中,共發(fā)育3個礦化斑巖中心,從北西到南東分別為朱砂紅、銅廠和富家鎢,這3個斑巖體分別形成了3個相對獨立的礦體。此外,德興礦床還產(chǎn)出小體積的石英閃長玢巖和輝綠巖,指示存在中基性巖漿活動。

圖2 德興斑巖礦床地質(zhì)簡圖(據(jù)Wang et al., 2020)

德興礦床3個獨立礦區(qū)具有相似的蝕變類型和蝕變分帶特征,總體上表現(xiàn)為以接觸帶為中心的蝕變分帶模式,整體具有一定的對稱性(Zhouetal., 2012)。蝕變過程可劃分為3個階段:第1階段以鉀化為主,蝕變作用主要發(fā)生在成礦巖體內(nèi)部,蝕變礦物以鉀長石和石英為主;第2階段以絹云母化為主,位于鉀化蝕變帶的周圍并且可以延伸到圍巖之中,蝕變礦物以石英、絹云母、綠泥石為主;第3階段為綠泥石-伊利石化蝕變階段,形成綠泥石、綠簾石、伊利石、方解石等蝕變礦物。

德興礦床3個獨立的礦區(qū)具有相似的礦化特征,主要礦體均產(chǎn)在斑巖體頂部的內(nèi)外接觸帶,呈空心筒狀套合在斑巖體之上,平面上呈環(huán)形。正在開采的銅廠、富家塢礦區(qū)顯示,約有2/3的礦體產(chǎn)于外接觸帶的變質(zhì)巖中,約有1/3的礦體產(chǎn)于斑巖體內(nèi)。銅廠礦區(qū)以銅、金礦化為主,富家鎢以銅、鉬礦化為主,朱砂紅則為銅、鉬、金礦化。礦石構(gòu)造以細脈、浸染狀及其細脈-浸染狀復(fù)合構(gòu)造為主,礦石成分簡單,主要礦石礦物有黃銅礦、輝鉬礦、斑銅礦等。

1.3 樣品描述

石英閃長玢巖在德興礦床銅廠、富家塢、朱砂紅礦區(qū)均有產(chǎn)出,因礦山露天爆破開采緣故,未觀察到石英閃長玢巖體的野外產(chǎn)狀。本次研究在銅廠和富家塢礦區(qū)共采集蝕變和風化程度較弱的樣品6件,用于鋯石U-Pb定年、Lu-Hf同位素分析以及巖石地球化學(xué)測試,采樣位置見圖2。

石英閃長玢巖,深灰色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(圖3a)。斑晶主要由斜長石(20%)、角閃石(10%)、石英(4%)和黑云母(2%)等組成。其中,斜長石斑晶多呈半自形到自形板狀,聚片雙晶發(fā)育,不同斜長石雙晶紋寬度差異明顯。此外,斜長石還發(fā)育明顯的成分環(huán)帶以及不同程度的絹云母化蝕變(圖3b)。黑云母斑晶,片狀,發(fā)育一組極完全解理(圖3b)。角閃石斑晶呈半自形到自形柱狀,綠泥石化蝕變強烈(圖3c)。石英斑晶主要呈半自形-他形,多發(fā)育熔蝕結(jié)構(gòu)(圖3d)?；|(zhì)為隱晶質(zhì),約占60%,主要由細小的長英質(zhì)礦物組成,長石礦物多發(fā)生絹云母化蝕變,含少量的黑云母和角閃石等礦物。此外,德興礦床成礦花崗閃長斑巖發(fā)育暗色微粒包體(圖3e),石英閃長玢巖發(fā)育具有核邊結(jié)構(gòu)的磷灰石單礦物(圖3f)。

2 分析測試方法

2.1 鋯石微量元素、U-Pb定年和Lu-Hf同位素測試

經(jīng)重磁方法分選出鋯石后,在雙目鏡下挑選晶型較好且透明的鋯石進行單礦物制靶,研磨拋光至鋯石近中心部位。鋯石的透射光、反射光以及陰極發(fā)光拍照在武漢上譜分析科技有限責任公司完成,其中陰極發(fā)光拍照使用配備陰極熒光探頭JSM-IT300的掃描電鏡完成。

鋯石微量元素、U-Pb定年和Lu-Hf同位素測試在自然資源部中南礦產(chǎn)資源檢測中心完成。其中,鋯石U-Pb定年和微量元素測試使用的儀器為激光剝蝕等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS),激光剝蝕系統(tǒng)為RESOlution 193nm ArF準分子激光器,ICP-MS型號為icapQ。本次分析的激光束斑和頻率分別為29 μm和6～8 Hz,剝蝕時間為45 s。采用鋯石標準91500和玻璃標準物質(zhì)NIST 610作外標分別進行同位素和微量元素的分餾校正。使用軟件ICPMSDataCal 10.9完成分析數(shù)據(jù)的離線處理(Liuetal., 2008)。鋯石加權(quán)平均年齡計算和U-Pb年齡諧和圖繪制使用ISOPLOT軟件完成(Ludwig, 2003; 路遠發(fā)等, 2023)。

鋯石原位微區(qū)Lu-Hf同位素測試使用激光剝蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICP-MS)完成。激光剝蝕系統(tǒng)為RESOlution 193 nm ArF準分子激光器,MC-ICP-MS為Neptune Plus。鋯石Hf同位素測試點選擇鋯石U-Pb定年測試點位置或其附近。本次分析的激光束斑和頻率分別為43 μm和6～8 Hz,激光剝蝕時間為60 s。采用Penglai和Plesovice作為標樣。采用176Yb/173Yb =0.796 218(Fisheretal., 2011)來扣除176Yb對176Hf的同量異位干擾;采用176Lu/175Lu=0.026 56(Blichert-Toftetal., 1997)來扣除176Lu對176Hf的同量異位干擾。使用軟件ICPMSDataCal 10.9完成分析數(shù)據(jù)的離線處理(Liuetal., 2010)。

2.2 巖石地球化學(xué)測試

在薄片巖相學(xué)鑒定的基礎(chǔ)上,選取新鮮巖石樣品,切除裂隙部分和風化表面,粉碎至200目,在武漢上譜分析科技有限責任公司進行主量元素和微量元素的分析測試。將加有助熔劑(四硼酸鋰、偏硼酸鋰、氟化鋰)和氧化劑(硝酸銨)的樣品在高溫下進行熔融并制作玻璃熔片,使用X射線熒光光譜儀(XRF)進行主量元素測試,主量元素測試相對標準偏差小于2%,燒失量通過減重法進行測定。微量元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)進行測試。稱取50 mg樣品于Teflon溶樣彈中,然后用硝酸、氫氟酸等分3個階段進行消解,處理后的溶液用硝酸稀釋至100 g并用ICP-MS進行測試。微量元素分析誤差小于10%。

3 分析測試結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

石英閃長玢巖鋯石為無色-淺灰色,以自形長柱狀為主,長軸介于100～250 μm之間。陰極發(fā)光圖像顯示大部分鋯石發(fā)育明顯的震蕩環(huán)帶,對發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)的鋯石顆粒進行定年測試工作,結(jié)果見表1。鋯石Th、U含量分別介于152×10-6～870×10-6和348×10-6～964×10-6之間,Th/U值為0.38～0.90,顯示其為巖漿成因。FJW-20樣品28個分析點206Pb/238U年齡介于172±2～167±2 Ma之間,加權(quán)平均年齡為169±1 Ma。TC-20樣品30個分析點206Pb/238U年齡為172±2～166±1 Ma,加權(quán)平均年齡為168±1 Ma(圖4)。鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示石英閃長玢巖為中侏羅世巖漿活動的產(chǎn)物。

圖4 德興石英閃長玢巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

表 2 德興石英閃長玢巖鋯石微量元素組成 wB/10-6

3.2 鋯石微量元素含量和巖漿氧逸度

鋯石微量元素含量和巖漿氧逸度系列參數(shù)計算結(jié)果分別見表2和表3。使用Geo-fO2軟件對全巖和相應(yīng)鋯石的微量元素含量進行計算,求得巖漿氧逸度、鋯石Ce4+/Ce3+值以及鋯石飽和溫度等系列參數(shù)(Lietal., 2019)。使用鋯石鈦溫度計進行鋯石飽和溫度的計算(Ferry and Watson, 2007)。在石英閃長玢巖中未發(fā)現(xiàn)金紅石,因此設(shè)定SiO2和TiO2活度分別為1和0.7。根據(jù)Ce4+、Ce3+鋯石-熔體分配的晶格應(yīng)變模型進行鋯石Ce4+/Ce3+值計算(Ballardetal., 2002)。根據(jù)鋯石Ce異常和鋯石結(jié)晶溫度進行巖漿氧逸度計算(Trailetal., 2012; Lietal., 2019)。鋯石稀土元素配分模式圖顯示輕稀土元素虧損、重稀土元素富集,并且具有非常明顯的正Ce異常(圖5)。計算獲得的鋯石結(jié)晶溫度為552～765℃(平均值為665±49℃);Ce4+/Ce3+值為76.1～507,平均值為269; lgfO2為-20.1～-6.66,中位數(shù)為-11.6。

圖5 德興石英閃長玢巖鋯石稀土元素球粒隕石標準化圖

3.3 巖石主、微量元素

德興石英閃長玢巖主微量元素原始測試結(jié)果見表4,在表述和作圖過程中主量元素均采用燒失量校正后的結(jié)果。石英閃長玢巖SiO2含量為58.41%～63.12%,具有高的TFe2O3(6.11%～8.54%)和MgO(3.71%～4.87%)含量以及高的Mg#值(50.3～56.8)。樣品K2O=1.68%～2.94%,Na2O+K2O=5.41%～6.36%,Al2O3=15.64%～16.30%,CaO=3.87%～5.61%,A/CNK值較低(0.85～1.04)。主量元素特征指示石英閃長玢巖為安山質(zhì)組成,具有鈣堿性-高鉀鈣堿性及準鋁質(zhì)特征(圖6)。

圖6 SiO2-Zr/TiO2圖(a, 據(jù)Winchester and Floyd, 1977)、K2O-SiO2圖(b)、A/NK-A/CNK圖(c, 據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)和(La/Yb)N-YbN圖(d, 據(jù)Drummond and Defant, 1990)

石英閃長玢巖稀土元素總量為106×10-6～162×10-6。稀土元素球粒隕石標準化圖呈現(xiàn)明顯的右傾輕稀土元素富集的配分模式(圖7a),樣品的(La/Yb)N=11.4～18.3,LREE/HREE=9.17～12.8。Eu/Eu*=0.57～1.10,多數(shù)樣品具有中等-弱的負Eu異常,指示源區(qū)經(jīng)歷了不同程度的斜長石分離結(jié)晶作用。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示樣品富集大離子親石元素,虧損高場強元素,具有明顯的Nb、Ta、Ti的負異常(圖7b),指示其具有弧巖漿親合性(Richards, 2011)(圖6d)。值得注意的是,石英閃長玢巖具有明顯的Ba和Sr的正異常,與受交代巖石圈地幔來源的中性巖漿巖特征一致(Wangetal., 2018),這一富集特征是由早期俯沖事件釋放流體攜帶大量Ba、Sr進入巖石圈地幔引起的(Richards, 2011)。

表 1 德興石英閃長玢巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年結(jié)果

德興成礦花崗閃長斑巖中的暗色微粒包體SiO2含量介于57.50%～60.44%之間,樣品K2O含量為0.98%～3.67%,稀土元素球粒隕石標準化圖呈現(xiàn)明顯的右傾輕稀土元素富集的配分模式,具有Eu的負異常(圖7a),微量元素蛛網(wǎng)圖顯示樣品富集大離子親石元素、虧損高場強元素的特征(圖7b)(Houetal., 2013)。主、微量元素圖解顯示,德興石英閃長玢巖與暗色包體具有非常相似的地球化學(xué)組成(圖6、圖7)。

3.4 鋯石Hf同位素

鋯石Hf同位素結(jié)果見表5。測試點的176Yb/177Hf值為0.022 775～0.054 964,176Lu/177Hf值為0.000 637～0.001 502,176Hf/177Hf值為0.282 734～0.282 896。利用相應(yīng)鋯石U-Pb年齡計算得到εHf(t)=2.20～7.93, 兩階段模式年齡為1 075～709 Ma。

4 討論

4.1 巖漿源區(qū)

德興石英閃長玢巖具有高的MgO含量(3.71%～4.87%)和Mg#值(50.3～56.8),明顯高于下地殼變玄武巖脫水熔融形成的熔體(Mg#<44)(Altherretal., 2000)。Nb/Ta值介于13.0～16.8之間(平均值為15.4),也顯著高于下地殼的8.0(Rudnick and Gao, 2003),上述證據(jù)表明其原始巖漿并非來源于下地殼變玄武巖的熔融。石英閃長玢巖Lu/Yb值較低且集中分布于0.15～0.16之間,與德興暗色包體(0.14～0.16)以及幔源巖漿(0.14～0.16)的變化范圍一致(Sun and McDonough, 1989)。Zr/Hf值介于37.1～40.6之間(平均值為38.9),與暗色包體平均值31.0和原始地幔平均值36.3較為接近,顯著高于殼源巖漿相應(yīng)比值(11.0)(孫志遠等, 2018)。

表 3 德興石英閃長玢巖鋯石結(jié)晶溫度、Ce4+/Ce3+、Eu/Eu*、(Ce/Ce*)D及氧逸度計算結(jié)果

石英閃長玢巖鋯石εHf(t)值為2.2～7.9(圖8),與華南輝長巖(3.4～6.4;Yangetal., 2021)、桃園輝長巖體(3.2～6.5; Zhongetal., 2013)和思泰輝長巖體(0.39～5.84; 農(nóng)軍年等, 2017)較為相似。此外,研究發(fā)現(xiàn)華南晚侏羅世里松花崗巖暗色包體鋯石εHf(t)值介于-2.9～8.0之間,并且暗色包體Hf-O同位素組成具有明顯的雙峰式分布,其中一組鋯石的εHf(t)值為3.1～8.0(Lietal., 2009),與本次研究的石英閃長玢巖較為相似。綜合以上結(jié)果,我們認為德興石英閃長玢巖原始巖漿來自于巖石圈地幔。

圖8 德興石英閃長玢巖鋯石Hf同位素圖解(a)和Hf同位素直方圖(b)

德興石英閃長玢巖具有高的Th/Yb值(6.37～10.9),明顯高于MORB和OIB等軟流圈地幔來源的巖石(圖9a)(Pearce, 2008)。在Th/Nb-TiO2/Yb圖解(圖9b)中,石英閃長玢巖投影在俯沖改造巖石圈區(qū)域內(nèi),Th/Nb值大于1且高于下地殼的相應(yīng)比值(Wadeetal., 2019)。德興暗色包體Th/Yb和Th/Nb值與石英閃長玢巖較為一致(圖9)。上述結(jié)果指示石英閃長玢巖原始巖漿來源于俯沖流體改造的巖石圈地幔,這也得到巖石微量元素分析結(jié)果的證實。德興石英閃長玢巖樣品具有富集輕稀土和大離子親石元素、虧損重稀土和高場強元素的微量元素特征,顯示俯沖帶流體作用地球化學(xué)特征以及明顯的弧巖漿親合性(Richards, 2011)。

圖9 Th/Yb-Nb/Yb圖解(a, 據(jù)Pearce, 2008)和Th/Nb-TiO2/Yb圖解(b, 據(jù)Wade et al., 2019)

4.2 巖石成因

德興石英閃長玢巖發(fā)育明顯的礦物結(jié)構(gòu)和成分的不平衡現(xiàn)象,比如廣泛出現(xiàn)的渾圓狀石英斑晶及其熔蝕結(jié)構(gòu)(圖3d),部分磷灰石單礦物陰極發(fā)光圖像具有明顯的核邊分帶結(jié)構(gòu)(圖3f),這些磷灰石核部和邊部的S含量具有突變現(xiàn)象(未發(fā)表數(shù)據(jù)),以上證據(jù)均指示存在巖漿混合作用(Yangetal., 2015)。在TFeO-MgO圖解上,石英閃長玢巖沒有沿著基性巖漿分離結(jié)晶趨勢線分布,而是與德興成礦花崗閃長斑巖及其暗色包體一道沿著巖漿混合趨勢線排列,顯示出巖漿混合變化趨勢(圖10a)(王盟等, 2019; 牛漫蘭等, 2021)。在共分母協(xié)變圖解(圖10b)和不共分母協(xié)變圖解中(圖10c),石英閃長玢巖與成礦花崗閃長斑巖及其閃長質(zhì)暗色包體分別呈現(xiàn)出明顯的線性相關(guān)性和曲線形態(tài),說明石英閃長玢巖與花崗閃長斑巖成分變化與巖漿混合關(guān)系密切(王盟等, 2019),指示成礦花崗閃長斑巖是中侏羅世幔源基性巖漿和地殼酸性巖漿大規(guī)?；旌献饔玫漠a(chǎn)物,并且石英閃長玢巖代表了巖漿混合過程中的幔源基性端員。

德興石英閃長玢巖具有輕稀土元素和大離子親石元素富集、重稀土元素和高場強元素虧損的特征,顯示出較為明顯的弧巖漿親合性(Richards, 2011)。前人研究認為,江南造山帶經(jīng)歷了早期的洋-洋俯沖(970～880 Ma)、弧-陸碰撞(880～860 Ma)、洋-陸俯沖(860～825 Ma)、碰撞后伸展(825～810 Ma)和造山后伸展(810～760 Ma)5個階段(王孝磊等, 2017)。德興石英閃長玢巖Hf兩階段模式年齡為1 075～709 Ma,集中分布于900 Ma左右(圖8),與華夏地塊和揚子地塊碰撞之前的俯沖事件年齡(970～880 Ma)(王孝磊等, 2017)高度吻合。因此,德興石英閃長玢巖的弧巖漿親合性很可能繼承自華南地區(qū)早期的俯沖流體改造事件(Liuetal., 2012; Houetal., 2013; Wangetal., 2015)。新元古代俯沖事件造成巖石圈地幔的改造,使其富集易于遷移的大離子親石元素和輕稀土元素(Sunetal., 2017)?；詭r漿年代學(xué)統(tǒng)計結(jié)果顯示,華南在早中侏羅世(180～170 Ma)存在一期重要的伸展拉張構(gòu)造事件(婁峰等, 2020)。基于此,我們認為在中侏羅世伸展構(gòu)造背景下,軟流圈物質(zhì)上涌導(dǎo)致俯沖改造的巖石圈地幔部分熔融形成幔源基性巖漿,幔源基性巖漿的底侵作用誘發(fā)下地殼物質(zhì)熔融并與之發(fā)生一定程度的巖漿混合作用,形成德興成礦花崗閃長斑巖的母巖漿,幔源巖漿為德興礦床注入了成礦所需的部分揮發(fā)分和成礦金屬。

4.3 成巖時代和巖漿氧逸度

兩件德興石英閃長玢巖樣品鋯石U-Pb年齡分別為169±1 Ma和168±1 Ma,與德興成礦花崗閃長斑巖鋯石U-Pb年齡173±1～169±2 Ma基本一致(Wangetal., 2006; Liuetal., 2012; Zhouetal., 2012; Zhangetal., 2013; Wangetal., 2015),也與德興礦床富家塢礦山輝鉬礦Re-Os等時線年齡171±1 Ma(Zhouetal., 2012)在誤差范圍內(nèi)基本一致。上述結(jié)果表明,德興斑巖銅礦巖漿活動和成礦事件均發(fā)生于中侏羅世。

因為變價元素Ce和Eu的存在使得鋯石成為計算共存巖漿氧逸度的理想對象(Ballardetal., 2002)。不同于大部分稀土元素主要以+3價形式存在,Ce在巖漿中可以Ce4+形式存在,高氧逸度條件下由于Ce4+與Zr4+半徑接近,Ce4+比Ce3+更容易以類質(zhì)同象形式進入鋯石晶格中。Ballard 等(2002)提出鋯石正Ce異常大小可以反映巖漿氧化狀態(tài)。由圖5可見,德興石英閃長玢巖鋯石稀土元素配分圖顯示非常明顯的正Ce異常,表明其巖漿體系可能具有高氧逸度的特征(Ballardetal., 2002; Loaderetal., 2022)。在lg(Fe2O3/FeO)-TFeO圖解上, 德興石英閃長玢巖投影在中等氧化到強氧化區(qū)域(圖11)。Blevin(2004)認為中等氧化與強氧化界線近似于FMQ氧逸度等級,表明石英閃長玢巖巖漿體系具有高氧逸度的特征(Blevin, 2004)。

圖11 德興石英閃長玢巖lg(Fe2O3/FeO)-TFeO圖(據(jù)Blevin, 2004)

由圖12a和12b可見,德興石英閃長玢巖投影在FMQ-MH區(qū)間,近一半鋯石點計算的巖漿氧逸度達到MH等級,同樣指示原始巖漿具有高氧逸度的特征。高氧逸度幔源巖漿的注入有利于德興成礦巖漿保持高氧逸度的特征,這一現(xiàn)象與西藏驅(qū)龍斑巖銅礦幔源超鉀質(zhì)巖漿注入提高成礦巖漿氧逸度類似(李秋耘等, 2021),避免斑巖體系巖漿硫化物的早期飽和(萃取共存巖漿中的成礦金屬,導(dǎo)致殘余巖漿成礦金屬含量顯著下降而破壞體系的成礦能力)(Jugo, 2009; Simon and Ripley, 2011; 張銘鴻等, 2021),有利于斑巖銅礦床的形成。

圖12 德興石英閃長玢巖鋯石(Ce/Ce*)D-10 000/T(a, 據(jù)Jiang et al., 2018)和lg fO2-t(b, 據(jù)Loader et al., 2022)圖解

5 結(jié)論

(1)德興石英閃長玢巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為169～168 Ma,侵位于中侏羅世。

(2)德興石英閃長玢巖為鈣堿性-高鉀鈣堿性系列巖石。

(3)俯沖改造的巖石圈地幔熔融形成幔源基性巖漿,與下地殼熔融形成的巖漿發(fā)生殼幔巖漿混合作用,形成德興成礦花崗閃長斑巖的母巖漿。

(4)德興石英閃長玢巖巖漿體系具有高氧逸度的特征,幔源高氧逸度巖漿的注入可有效避免斑巖體系硫化物的過早飽和而破壞成礦能力。

致謝感謝德興銅礦李兵、鄒克和梁耀靈等3位專家在野外工作過程中提供的幫助和便利。感謝兩位審稿專家以及終審主編提出的寶貴修改意見,對于論文質(zhì)量的提升起到了重要的作用。