滇西馬廠箐埃達克質(zhì)富堿斑巖特征、成因與成礦意義

張 民, 劉顯凡, 趙甫峰, 鄧碧平, 楚亞婷,2, 董 毅, 黃玉蓬

(1.成都理工大學 地球科學學院,成都 610059；2.中節(jié)能建設工程設計院有限公司,成都 610052)

滇西地區(qū)產(chǎn)出大量新生代富堿斑巖，沿哀牢山—金沙江構成一條長達3 700 km的富堿鉀質(zhì)巖漿巖帶[1]，馬廠箐富堿斑巖是該巖帶的重要組成部分。前人對馬廠箐富堿斑巖及其與成礦關系的研究已有較多的成果，郭曉東等認為，馬廠箐富堿斑巖可能是一種埃達克巖[2,3]，但對于巖漿屬性與成礦關系的認識還存在爭議；梁華英等認為，滇西斑巖型銅礦床的形成與富水氧化性巖漿結晶分異出的富銅成礦流體有關[4]，而胡瑞忠等認為馬廠箐銅礦床的成礦流體為地殼和地幔兩個端元流體的混合物[5]。本文主要運用元素地球化學進一步研究馬廠箐富堿斑巖與典型埃達克巖的地球化學特征相似性與差異性，論證其巖漿屬性，探討埃達克質(zhì)富堿斑巖與成礦的關系。

1 巖石學和地球化學特征

1.1 巖體和巖相學特征

馬廠箐富堿斑巖以巖株、巖脈、巖墻等形式侵位于古生界下奧陶統(tǒng)向陽組(O1x)碎屑巖和下泥盆統(tǒng)康廊組(D1k)白云質(zhì)灰?guī)r和第四系地層中(圖1)，巖體由260 多個小巖體組成，具有多期次活動特征。巖性主要為正長斑巖、斑狀花崗巖、花崗斑巖、石英二長斑巖及部分煌斑巖等，與礦化有關的巖石以花崗斑巖和斑狀花崗巖為主。其巖漿活動大致劃分為3個階段：①早侵入階段，以斑狀花崗巖-(早期)煌斑巖組合為特征，活動時間約在47～42 Ma B.P.之間；②中侵入階段，以正長斑巖-二長斑巖-斑狀花崗巖-花崗斑巖組合為特征，時限約為37～33 Ma B.P.；③晚侵入階段，為堿長花崗巖-(晚期)煌斑巖組合，還包括部分輝長巖和輝綠巖脈，成巖時間為32～29 Ma B.P.[6,7]。這種堿性長英質(zhì)巖石與堿性巖及基性巖脈共生的現(xiàn)象，暗示馬廠箐富堿斑巖的巖漿屬性與源于富集地幔的富堿巖漿有密切關系。彭建堂等[8]使用Ar-Ar法測得輝鉬礦礦石(輝鉬礦+石英)中脈石礦物石英年齡為40.8±0.2 Ma和38.8±0.3 Ma，楚亞婷等[6]使用Re-Os法測得輝鉬礦年齡為35.1±0.5 Ma和34.7±0.6 Ma，郭曉東等[2]測定輝鉬礦Re-Os 模式年齡為35.3±0.7 Ma。由此可見馬廠箐富堿斑巖成礦與其中晚期富堿長英質(zhì)巖漿成巖幾乎同步，成礦流體與富堿長英質(zhì)巖漿相互作用是該區(qū)重要的成巖成礦地質(zhì)背景之一。

圖1 馬廠箐礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 The Schematic geological map of the Machangqing ore-field(底圖據(jù)文獻[2]，本文略改)1.第四系; 2.二疊系玄武巖; 3.下泥盆統(tǒng)青山組灰?guī)r; 4.下泥盆統(tǒng)康廊組白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖; 5.下奧陶統(tǒng)向陽組第三段黑色頁巖夾粉砂巖，底部為灰白色石英砂巖; 6.長石石英砂巖、礫巖夾灰?guī)r透鏡體; 7.斑狀花崗巖; 8.正長斑巖; 9.二長斑巖; 10.花崗斑巖; 11.煌斑巖; 12.硅化核; 13.斷層; 14.礦化類型分帶(I.Mo-W-Cu-Fe-Sn礦化; Ⅱ.Cu-Au-Mo-Fe礦化; Ⅲ.Au-Ag-Pb-Zn-As-Sb礦化); 15.鋯石測齡用花崗斑巖采樣位置

花崗斑巖和斑狀花崗巖是本區(qū)主要賦礦或礦化花崗巖類，其主要礦物為正長石、酸性斜長石和石英，次要礦物有角閃石和黑云母以及由鉀化作用疊加形成的鉀長石[2]；特別是在包括馬廠箐富堿斑巖體在內(nèi)的整個滇西地區(qū)的富堿斑巖及其包體中，普遍發(fā)育沿粒間和礦物晶體裂隙或解理紋貫入、穿插或包繞礦物的黑色不透明物質(zhì)，研究認為[1,9]，是一種富鎂、鐵、鈦及揮發(fā)分的鉀質(zhì)超顯微隱晶硅酸鹽，是地幔流體參與成巖成礦過程中遺留的微觀蹤跡物質(zhì)的表現(xiàn)形式。

1.2 主元素特征

馬廠箐富堿斑巖全巖化學成分分析結果列于表1。由表1可知，馬廠箐富堿斑巖的wSiO2為65.38%～71.63%,平均為68.63%，為硅過飽和；wAl2O3為14.58%～15.80%，平均為15.12%；里特曼指數(shù)為2.26～5.35,平均為3.36；wK2O為4.10%～6.68%，平均為5.14%；wNa2O為3.08%～4.93%，平均為4.02；wNa2O+K2O為7.78%～10.95%，平均為9.16%，在全堿-硅圖解(圖2-A)中，樣品投點主要落在堿性系列和亞堿性系列的邊界部位；wK2O/wNa2O為0.87～2.05，平均為1.13，總體上屬于鉀玄巖和高鉀堿鈣系列(圖2-B)，以堿質(zhì)富K為特征：這說明該斑巖部分巖源相對富堿，特別是富鉀，源于富集地幔的堿性熔漿和地幔流體，再與地殼重熔形成的花崗質(zhì)巖漿混染，大幅度提高了混合熔體鉀的含量，而混熔后地幔流體的交代作用則使鉀進一步富集。wCaO為0.62%～3.72%，平均為1.74%；wTiO2為0.21%～0.41%，平均為0.29%；wMgO為0.6%～2.08%，平均為1.19%； Mg#為0.40～0.76，平均為0.62；wTFeO為1.34%～3.29%，平均為2.02%:wTFeO和Mg#值高低差異明顯，反映了它們受到來自富集地幔的富堿巖漿和地幔流體的混染，或是與熱的地幔楔形區(qū)的橄欖巖發(fā)生相互反應，大幅度提高了埃達克質(zhì)熔體的Mg#值和Fe含量[10-12]，這和劉顯凡等認為與富堿斑巖有關的滇西眾多內(nèi)生金屬礦床的形成與地幔流體有關的觀點不謀而合；較高Mg#(普遍大于0.6)暗示殼?；烊镜拇嬖?。總體而言，馬廠箐富堿斑巖主元素表現(xiàn)出了典型埃達克巖的高硅、富鈉、高鋁、低鎂、高Mg#的特征。

1.3 稀土及微量元素特征

馬廠箐富堿斑巖稀土元素組成和相關參數(shù)如表2所示。由表2及圖3-A可看出，ΣREE的質(zhì)量分數(shù)為(109.14～211.43)×10-6，平均為141.23×10-6；ΣLREE的質(zhì)量分數(shù)為(96.41～199.74)×10-6，平均為130.63×10-6；ΣHREE的質(zhì)量分數(shù)為(5.07～19.93)×10-6，平均為10.59×10-6；wLREE/wHREE為6.33～29.52，平均為15.04，輕重稀土元素強烈分異，其稀土配分曲線(圖3-A)呈平滑的右傾形態(tài)，這種LREE富集是地幔流體作用參與成巖成礦的標志特征之一[9]；δCe為0.89～1.08，平均為0.97；δEu為0.68～1.04，平均為0.86，顯示無或極弱的負異常，與典型的埃達克巖具有明顯相似的稀土配分曲線[16]；這種δEu異常特征也反映其巖漿運移較快，在結晶成巖過程中未經(jīng)歷明顯的分離結晶作用[17]；巖石具有較高的wLa/wYb值(10.26～61.04，平均為32.70)，(wLa/wYb)N為7.1～42.26，平均為22.64，虧損Yb(wYb=0.53×10-6～2.22×10-6，平均值為1.22 ×10-6)。在(wLa/wYb)N-(wYb)N圖上(圖4)，樣品點一部分落在埃達克巖區(qū)域內(nèi)，一部分落在經(jīng)典島弧區(qū)域內(nèi)，一個樣品落在埃達克巖與經(jīng)典島弧巖的重疊區(qū)域內(nèi)，表明馬廠箐富堿斑巖與埃達克巖具有一定的地球化學親和性。

圖2 馬廠箐富堿斑巖的(Na2O+K2O)-SiO2圖和K2O-SiO2圖Fig.2 (Na2O+K2O)-SiO2 and K2O-SiO2 diagrams of the porphyry rich in alkali from Machangqing(作圖方法據(jù)文獻[10])

圖3 馬廠箐富堿斑巖稀土元素配分曲線和微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.3 REE distribution patterns and trace element spidergrams of the porphyry rich in alkali from Machangqing

圖4 馬廠箐富堿斑巖(La/Yb)N-(Yb)N圖Fig.4 Diagram of (La/Yb)N-(Yb)N(作圖方法據(jù)文獻[16])

馬廠箐富堿斑巖的微量元素組成如表3。由表3及圖3-B可看出, 該富堿斑巖的微量元素分配形式與下地殼微量元素分配形式較為相似[18]，暗示馬廠箐富堿斑巖可能與殼源巖漿有關。本區(qū)富堿斑巖富集大離子親石元素及Sr(wSr=28.93×10-6～956.9×10-6，平均為425.67×10-6)，虧損部分高場強元素，特別是虧損Ta(wTa=0.36×10-6～1.07×10-6，平均為0.63×10-6)。巖石的微量元素配分曲線大部分完全重合(圖3-B), 暗示富堿斑巖可能為同源巖漿作用的產(chǎn)物；但是部分元素含量差異較大，顯示出部分元素含量的不均一性，說明此巖漿在成分和成因方面有其復雜性。

2 巖漿性質(zhì)及巖漿演化與成礦關系

埃達克巖的概念是Defant & Drummond正式提出[16]，最初是來命名阿拉斯加阿留申群島的Adak島上發(fā)現(xiàn)的一套由年輕的含玄武質(zhì)的洋殼俯沖部分熔融形成的火山巖或玄武巖[11]，起初強調(diào)其具有特定的構造背景和特定的地球化學特征，主要包括以下2點：(1)它是由年輕的洋殼俯沖部分熔融所形成的火山巖或玄武巖，強調(diào)了其形成于島弧的構造背景[19]；(2)它具有特定的地球化學特征，wSiO2≥56%，wAl2O3≥15%(很少低于15%)，wMgO通常<3%(很少>6%)，REE強烈分異，Y和重稀土元素含量低(wY<18×10-6、wLa/wYb>20、wYb≤1.9×10-6)，Sr 含量高(一般大于400×10-6)，(87Sr/86Sr)0<0.704 0，富鈉(3.5%≤wNa2O≤7.5%)，低的wK2O/wNa2O(一般小于0.42)，高Mg#(一般大于0.47)及高Ni(w=24×10-6)、Cr(w=36×10-6)、Sr 和Eu呈正異?；蜉p微負異常，高場強元素(HFSE)虧損。隨著對埃達克巖研究的不斷深入，對典型埃達克巖是否必須產(chǎn)于島弧環(huán)境產(chǎn)生了諸多爭議，人們也提出了多種模式來解釋具有埃達克巖地球化學特性巖石的成因機制：(1)俯沖洋殼的部分熔融[20,21]；(2)拆沉下地殼的熔融[22,23]；(3)增厚下地殼的熔融[2,24-26]；(4)俯沖陸殼的熔融[27]；(5)長英質(zhì)巖漿和玄武質(zhì)巖漿的混合[28,29]；(6)地殼混染-分離結晶(AFC)[30,31]，等等。馬廠箐富堿斑巖的巖石化學和地球化學特征相似于埃達克巖(前文已述)，顯示出該斑巖具有埃達克巖巖漿的親合性；但是也有部分元素含量不均一,鉀質(zhì)含量更高等顯著不同于典型埃達克巖的特點，這也表明該巖漿性質(zhì)和成因的復雜性。

涂光熾最早提出富堿侵入巖的概念[32]，即成因上聯(lián)系、空間上共生、同產(chǎn)于特定地質(zhì)環(huán)境，并與內(nèi)生多金屬礦產(chǎn)密切相關，堿質(zhì)(Na2O+K2O)含量明顯較高(w>8%)的一類巖漿巖，包括偏堿性巖、堿性巖和堿性花崗巖，其SiO2含量可自不飽和到過飽和；該類巖石的本質(zhì)特征在于，不同程度發(fā)育地幔流體堿交代蝕變作用。富堿侵入巖中硅不飽和的富堿巖漿起源于經(jīng)地幔交代作用形成的富集地幔，若該富堿巖漿運移至地殼直接結晶成巖時即可形成硅不飽和的堿性巖類；然而，富堿侵入巖中堿性花崗巖類的形成則與富堿巖漿和地幔流體底侵作用引發(fā)地殼深熔有關。這種硅過飽和的堿性花崗巖類，其成巖演化過程必然受到幔源富堿巖漿和地幔流體的混染和交代作用[33]。

包括馬廠箐富堿斑巖在內(nèi)的滇西富堿侵入巖，在新生代已是陸內(nèi)構造環(huán)境[15,34,2]，因而該區(qū)富堿斑巖最有可能源于加厚地殼的熔融[2], 如在(wLa/wSm)-wLa及(wLa/wYb)-wLa圖中(圖5)，富堿斑巖樣品點分布大致具線性正相關，顯示出強烈的熔融成因，巖漿過程未經(jīng)歷明顯的分離結晶作用，這與稀土配分曲線(圖3-A)顯示無或極弱的負銪異常特征形成呼應；在wMgO-wSiO2圖中(圖6-A)，富堿斑巖樣品點除2個外，其他全部落在增厚下地殼熔融形成的埃達克巖區(qū)域內(nèi)也證明了這一點。但是，地殼增厚重熔形成的花崗質(zhì)巖漿經(jīng)充分的斜長石分離結晶會形成極強的負Eu異常；而本區(qū)的Eu顯示出無或者極弱的負異常，這表明該區(qū)富堿斑巖巖漿并不是直接起源于地殼重熔產(chǎn)生的花崗質(zhì)巖漿，而是源于來自富集地幔的富堿巖漿和地幔流體的底侵作用，引發(fā)增厚下地殼熔融產(chǎn)生的花崗質(zhì)巖漿，再與富堿巖漿和地幔流體不同程度混染后形成的富堿長英質(zhì)巖漿混合熔體。正是花崗質(zhì)巖漿在受到源于地幔的富堿巖漿和地幔流體的混染后，巖漿快速運移，在其結晶成巖過程中，未經(jīng)歷明顯分離結晶作用但伴隨地幔流體交代作用，形成具有無或弱負Eu異常且LREE強烈富集并以富鉀質(zhì)為特征的花崗巖類巖石；同時，巖體中富集的不相容元素(Rb、Cs、Ba、Th)基本上不進入早期結晶相。因此, 在wHf-wTh-wTa圖解(圖6-B)中, 樣品點基本集中分布,同樣也表明馬廠箐富堿斑巖不是分離結晶作用形成的。由表3可以看出，該富堿斑巖不僅富集了具有殼源特征的LILE(Bb,Cs,Ba,Sr,Th)，而且一些僅在幔源巖石中富集的過渡金屬元素(Sc,Ti,Cr,Co,Ni)也有較高的豐度。特別是相容元素Cr和Ni含量變化范圍較大，其質(zhì)量分數(shù)分別為(19.40～722) ×10-6和(13.60～160.60)× 10-6，顯示出部分元素含量及巖漿源區(qū)組分的不均一性。元素Cr和Ni的高含量表明部分增厚地殼的熔體可能與源于地幔的富堿巖漿發(fā)生混染，導致混合熔體中地幔組分的增加，這也是地幔流體作用參與巖漿演化過程的特征顯示。(La/Yb)-δEu圖中(圖7)，樣品點都落在殼?；烊緟^(qū)，為馬廠箐富堿斑巖巖漿演化過程中經(jīng)歷殼?；烊咀饔眠M一步提供了佐證。郭曉東等在馬廠箐巖體中首次發(fā)現(xiàn)鎂鐵質(zhì)深源暗色包體[3]，研究認為，該巖體是增厚下地殼重熔形成的花崗質(zhì)巖漿與幔源巖漿混合作用的產(chǎn)物。

圖5 馬廠箐富堿斑巖的(La/Sm)-La和(La/Yb)-La圖Fig.5 (La/Sm)-La and (La/Yb) -La diagrams of the porphyry rich in alkali from Machangqing(作圖方法據(jù)文獻[35])

圖6 馬廠箐富堿斑巖的MgO-SiO2圖和Hf-Th-Ta圖Fig.6 MgO-SiO2 and Hf-Th-Ta diagrams of the porphyry rich in alkali from Machangqing(作圖方法據(jù)文獻[35])

圖7 馬廠箐富堿斑巖(La/Yb)-δEu圖Fig.7 (La/Yb)-δEu diagram of the porphyry rich in alkali from Machangqing(作圖方法據(jù)文獻[36,37])

本文的進一步研究表明，幔源巖漿和地幔流體的底侵注入，在為馬廠箐富堿斑巖提供了上升侵位的熱動力的同時，也提供了銅、金、鉬和硫等成礦物質(zhì)和成礦流體，并引發(fā)加厚地殼重熔，形成的埃達克質(zhì)巖漿伴隨與幔源巖漿和地幔流體的相互作用，運載和沿途活化成礦物質(zhì)至容礦部位集中，促使殼幔物質(zhì)疊加成礦。

3 結 論

a.馬廠箐富堿斑巖具有較高的硅(wSiO2=65.38%～71.63%)、富鈉(wNa2O為3.08%～4.93%，平均為4.02)、高鋁(wAl2O3=14.58%～15.80%)、低鎂(wMgO=0.6%～2.08%)、高Mg#(Mg#=0.40～0.76)、富集輕稀土元素(ΣLREE=96.41×10-6～199.74×10-6)、LILE、及Sr(wSr=28.93×10-6～956.9×10-6，平均為425.67×10-6)，虧損部分HFSE。具有較高的wLa/wYb值，Ce和Eu顯示無或極弱負異常，具有典型埃達克巖地球化學特征，但以相容元素Cr(19.40× 10-6～722×10-6)和Ni(13.60× 10-6～160.60× 10-6)的含量變化范圍較大，部分元素含量不均一等，鉀質(zhì)含量較高(wK2O為4.10%～6.68%，平均為5.14%)又不同于典型埃達克巖，再以具較高豐度的LILE(Rb,Cs,Ba,Sr,Th)和部分過渡金屬元素(Sc,Ti,Cr,Co,Ni)而表現(xiàn)殼?；烊咎卣鳌?/p>

b.馬廠箐埃達克質(zhì)富堿斑巖源于富堿巖漿和地幔流體的底侵作用，引發(fā)增厚下地殼部分熔融產(chǎn)生的花崗質(zhì)巖漿，再與底侵富堿巖漿和地幔流體不同程度混染后形成的富堿花崗質(zhì)混合熔體，而該混合熔體的形成并伴隨其結晶成巖過程中含礦地幔流體的交代蝕變是促進馬廠箐富堿斑巖成礦的關鍵因素。

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