滇西馬廠箐復式巖體巖漿混合作用:巖石學與地球化學證據(jù)

張廣寧，鄧 軍，葉錦華，孫 諾，和文言，劉江濤，高 雪

(1.中國地質(zhì)大學地質(zhì)過程與礦床資源國家重點實驗室，北京 100083;2.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037)

1 前言

巖漿混合作用是殼幔相互作用的一種重要形式(Akihiko et al.，2011;Gerardo et al.，2012;Fiona et al.，2013)。其中鐵鎂質(zhì)微粒包體(mafic microgranular enclave，英文縮寫為MME)作為巖漿混合作用的重要記錄之一，具有“地球深部探針”的作用，是研究地球深部圈層相互作用的重要載體(Anna et al.，2014;Michale et al.，2014)。

馬廠箐銅－鉬－金多金屬礦床位于三江成礦帶中部，是在歐、亞大陸碰撞造山環(huán)境下形成的斑巖型礦床(Deng et al.，2014)(圖1)。礦區(qū)發(fā)育的馬廠箐復式巖體為金沙江－哀牢山富堿斑巖帶的重要組成部分，與斑巖礦床的形成有著密切的時空關系。近年來，隨著采礦工程的進展，揭露程度日益增高，發(fā)現(xiàn)馬廠箐復式巖體內(nèi)部大量發(fā)育MME暗色包體(葛良勝等，2002;郭曉東等，2009;2010)，一些學者對馬廠箐復式巖體的不同類型包體做了對比研究，并對礦物學、巖石學(郭曉東等，2014)、地球化學和同位素年代學(和文言等，2011)等方面做了大量的相關研究，取得豐碩的成果。一些研究認為，該復式斑巖體是混合作用形成的并具有非同源性(郭曉東等，2009，2010;肖繼雄等，2012;劉凱等，2014)。筆者最近在野外調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，馬廠箐復式巖體中的部分鎂鐵質(zhì)包體與寄主巖接觸部位混合作用與成礦作用關系密切。因此，以MME為探針，通過對寄主巖和MME深入的巖石學、地球化學研究，探討馬廠箐復式巖體的關系，不僅對探討巖漿作用的深部過程具有重要意義，而且為區(qū)域成礦研究及找礦勘探提供新的啟示。

圖1 馬廠箐礦區(qū)構(gòu)造綱要圖(底圖據(jù)西南冶金310地質(zhì)隊，1981修改)Fig.1 Outline map showing geology of the Machangjing ore deposit(base diagram from Geological Brigade 310 of Southwest Metallurgical Bureau，1981)

2 礦區(qū)地質(zhì)背景

在滇西金沙江－哀牢山的斷裂帶發(fā)育大量喜山期富堿斑巖體(鄧軍等，2012)，在該區(qū)一些富堿斑巖體內(nèi)發(fā)育了暗色包體，其中馬廠箐含礦復式富堿斑巖體中暗色微粒包體的發(fā)育尤為顯著。馬廠箐斑巖銅鉬礦位于金沙江－哀牢山大斷裂內(nèi)洱海斷裂的東南部，蘭坪－思茅褶皺系東側(cè)，揚子克拉通西側(cè)，松潘甘孜褶皺系東南側(cè)。礦區(qū)內(nèi)出露的地層以馬組(D1k)、青山組(D1q)和蓮花曲組(D1l)以及第四系(Q)為主。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復雜，發(fā)育大量褶皺和斷裂，其中大型褶皺包括位于礦區(qū)西側(cè)的走向NNW的向陽背斜以及位于礦區(qū)東側(cè)的走向NE的響水背斜。斷裂構(gòu)造包含NNW、NW、NEE、NE四組。巖漿活動以馬廠箐復式巖體為代表。該復式巖體出露面積1.36 km2，侵位深度0.8～3 km，巖體與圍巖常呈犬牙交錯的接觸關系，具有多期次侵入特征(圖1)。斑巖體的類型包括斑狀花崗巖、正長斑巖、石英二長斑巖、花崗斑巖和煌斑巖等。該復式巖體侵位于向陽組石英砂巖與條帶狀灰?guī)r以及康廊組灰?guī)r中，圍巖發(fā)育矽卡巖化。

馬廠箐斑巖銅鉬礦床中，銅鉬礦石主要以細脈狀、網(wǎng)脈狀的形式發(fā)育于巖漿混合作用較為完全的寶興廠礦段的花崗斑巖中，金礦石主要以含金硫化物形式賦存于巖體與下泥盆統(tǒng)圍巖的接觸帶中。

3 巖相學特征

馬廠箐復式巖體內(nèi)發(fā)育MME的寄主巖主要為花崗斑巖:灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶大小為0.2～3.5 mm，主要成分為石英、鉀長石、斜長石及少量黑云母，其含量分別為石英15%、鉀長石35%、斜長石25%、黑云母2%、角閃石3%。部分石英斑晶呈渾圓狀，具有溶蝕特征?；|(zhì)微粒－隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，粒度約0.01～0.08mm;副礦物有磷灰石、榍石、磁鐵礦等。

復式巖體中發(fā)育的MME包體大小不一，直徑從0.5～1cm至3～10cm不等，形態(tài)多樣，多呈橢圓狀、次棱角狀產(chǎn)出，部分具有拉長等塑性流變特征。包體與寄主巖石之間的接觸關系包括截然(圖2a)與過渡兩種(圖2b)，接觸界面呈圓弧形或港灣狀，未見冷凝邊。依據(jù)手標本和巖石薄片觀察，可以根據(jù)MME的成分、結(jié)構(gòu)進一步將MME劃分為三類(桑隆康等，2012):(1)灰－灰白色，微粒－細粒結(jié)構(gòu)，主要成分為石英，粒度在0.2～2mm±，多呈不規(guī)則狀、棱角狀，個別較小呈近圓－渾圓狀(圖2e)，石英邊部被暗色礦物或斜長石等環(huán)繞(圖2h)，構(gòu)成鑲邊結(jié)構(gòu)。推測可能為早期巖漿結(jié)晶后的殘液被后期巖漿上侵時沖破形成的殘漿包體;(2)灰黑－黑色，多呈橢圓形及圓狀，微粒－細粒結(jié)構(gòu)，主要成分為石英、角閃石與斜長石，粒狀結(jié)構(gòu)，粒度在0.1～2mm±，在包體邊部可見混合邊/反應邊，推測可能是底侵的基性巖漿與先前的酸性巖漿混合/反應形成的混雜包體;(3)灰黑－黑色，微粒－細粒結(jié)構(gòu)，主要成分為長石、輝石、角閃石與石英，粒度在0.2～2.5mm±，多呈橢圓形或近圓狀。這種包體中發(fā)育針狀磷灰石(圖2i)和具環(huán)帶結(jié)構(gòu)的斜長石(圖2f)。推測這是一種由酸性與基性巖漿強混合與淬冷后形成的中性－中酸性成分的混染包體(圖2d)。這種混染包體顏色較寄主巖深，但又比基性巖色率低，巖性主要為閃長巖等。上述三種包體都是由于底侵作用將幔源玄武巖漿注入先期的長英質(zhì)巖漿，由于溫度顯著降低而發(fā)生巖漿混合作用而形成的(莫宣學等，2001;李勝榮等，2006)。

圖2 馬廠箐礦床鎂鐵質(zhì)微粒包體特征Fig.2 Characteristics of mafic microgranular inclusions in the Machangjing ore deposit

4 主量及微量元素地球化學特征

與斑巖礦床成礦作用相關的斑巖體地球化學特征可以闡釋成礦元素來源，揭示成巖作用與成礦作用的關系。本次工作重點對馬廠箐復式巖體中MME與寄主花崗斑巖的主微量、稀土進行了分析，其測試數(shù)據(jù)見表1。

4.1 樣品采集與測試方法

本文用于進行巖石學及地球化學研究的樣品采自寶興廠礦床PD2721和PD2795兩個平硐及鉆孔ZK42804和ZK44404(圖1)。樣品采自本次新發(fā)現(xiàn)的MME發(fā)育且礦化明顯、幾乎沒有后期熱液蝕變的地段。其中MME－B1呈灰－灰白色、主要成分為石英，被暗色礦物或斜長石等環(huán)繞，為上述(1)類包體;MME－B3、MME－B4呈灰黑色，主要成分為石英、角閃石與斜長石，代表上述(2)類包體;MME－B2與MME－B3、MME－B4類似，鏡下見針狀磷灰石，屬于上述(3)類包體，在野外采用巖石切割機直接將MME暗色包體與寄主巖分割并切割下來。用于地球化學研究的全巖粉末樣處理工作在河北廊坊市地源礦物測試分選技術服務有限公司進行，選取較新鮮或蝕變較弱的樣品，去除表面的風化部分，將樣品先粗碎到1～5mm，用3%的鹽酸和去離子水多次超聲浸泡和清洗至無氣泡，再用去離子水清洗烘干，粉碎至200目，用于主微量元素分析測試。主微量元素測試是由澳實分析檢測(廣州)有限公司(ALS Chemex C Ltd)完成(見表1)，針對樣品中不可避免的泥化及少量黃鐵礦化，主量元素采用ME－XRF－26方法以提高精度;微量元素采用ME－MS61(四酸消減，質(zhì)譜/光譜儀綜合分析)，稀土元素采用ME－MS82(四酸消解，等離子光譜分析)，分析精度優(yōu)于5%～10%。

4.2 主量元素

含大量MME的寄主花崗斑巖 SiO2含量為65.10%～70.60%，Al2O3為14.65%～17.55%，MgO為0.80%～1.70%，CaO為 0.43%～1.92%，Na2O+K2O為8.25%～12.23%，K2O＞Na2O，K2O/Na2O為1.10～2.81，顯示出相對富鉀低鈉的特征。里特曼指數(shù)δ為2.47～6.77，屬于鈣堿性－堿性系列。鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.86～1.28，屬于準鋁質(zhì)－過鋁質(zhì)。Mg#(［Mg2+/(Mg2++Fe2+)×100］)為 36～46，在TAS圖解中大多成分點落入花崗巖區(qū)域中，在SiO2－K2O圖解中成分點均落入高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列(圖3)。

MME包體的 SiO2為62.50%～77.30%，Al2O3為10.00%～15.70%，MgO為0.75%～3.82%，CaO為0.86%～2.15%，Na2O+K2O為7.68%～10.22%，多數(shù) K2O＞ Na2O，K2O/Na2O 0.82～3.48，鋁飽和指數(shù)A/CNK(圖4)為0.91～1.03，與寄主巖一樣具富鉀低鈉和準鋁質(zhì)－過鋁質(zhì)特征。

從主量元素特征可以看出，MME中SiO2含量與寄主巖相近，但略偏基性，MME為近準鋁質(zhì)，而寄主巖多為準鋁質(zhì)－過鋁質(zhì)，顯然受到了寄主巖漿的混染。但總體而言，馬廠箐受花崗巖漿混染MME與富堿斑巖體的主量元素成分差別不大，K2O/Na2O比值普遍大于1，但 Mg、Fe以及 P成分相對高，Al2O3略低(圖5、圖6)，兩者成分點均落在鉀玄巖與高鉀鈣堿性系列，其 SiO2與 K2O、Al2O3、TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5均呈現(xiàn)負相關的線性關系。

4.3 微量稀土元素

馬廠箐復式斑巖體與其中的混染包體具有一致的微量、稀土元素特征(圖7)，圖中黃色的區(qū)域是混染MME微量與稀土元素的投點區(qū)域范圍，而黑色線條代表寄主巖石。二者總量相近，與郭曉東等(2011)所發(fā)表的混染較弱的MME數(shù)據(jù)有所不同。其中花崗斑巖樣品稀土元素總量約為(ΣREE)191.90× 10－6～ 405.30× 10－6，輕 稀 土 總 量 約 為183.80×10－6～392.90×10－6，重稀土總量約為 8.10×10－6～12.40×10－6。LREE/HREE 為 17.42～31.69，比值相差較大。稀土配分曲線是典型的右傾型配分模式，輕重稀土分餾明顯，富集輕稀土虧損重稀土。LaN/YbN為25.88～63.90。樣品中δEu大多數(shù)小于1，表明巖石在形成過程中可能發(fā)生斜長石的結(jié)晶分離作用。

包體的稀土元素具有與寄主巖石近于相同的稀土元素特征。在Sr/Y－Y圖解及(La/Yb)N－YbN圖解中，大部分寄主巖樣品落入埃達克范圍(圖8)，與前人對滇西新生代富堿斑巖的研究結(jié)果一致(李莉等，2013)。

表1 滇西馬廠箐多金屬礦床花崗斑巖和MME主微量稀土元素分析結(jié)果(FeO=1.1114×Fe2 O 3換算為FeO)Table 1 Major oxides and rare earth elements of MME and granite porphyry in Machangjing ore deposit

續(xù)表1Continued Table 1

圖3 馬廠箐礦床MME與花崗斑巖TAS圖解以及SiO2－K 2 O圖解Fig.3 SiO2－alkine and SiO2－K 2 O diagrams of the MME and granite porphyry in Machangjing ore de posit

另外，根據(jù)前人文獻可見(畢獻武等，2005;郭曉東等，2010)，寄主巖體的n(87Sr)/n(86Sr)變化范圍 0.707333～0.707755，包 體 為 0.707102～0.707999，寄主巖體 n(143Nd)/n(144Nd)變化范圍0.512330～0.512354，包體的變化范圍為0.512305～0.512348，二者區(qū)間基本一致。

圖4 馬廠箐礦床MME與花崗斑巖A/NK－A/CNK圖解Fig.4 Diagram of A/NK versus A/KNC of MME and granite porphyry in Machangjing ore deposit

5 討論

5.1 巖漿混合的證據(jù)

馬廠箐富堿斑巖體具有巖漿混合作用的各種特征與標志，其中最顯著的特點是巖體中發(fā)育大小不一的暗色包體，且包體與寄主巖之間的接觸邊界不發(fā)育冷凝邊，而出現(xiàn)溶蝕反應邊，表明包體是由液態(tài)巖漿注到花崗質(zhì)巖漿中形成的，并非是圍巖的捕擄體，更不是同源巖漿早期的結(jié)晶產(chǎn)物。MME包體中發(fā)育針狀磷灰石(圖2i)、鉀長石巨晶(圖2f)，并可見典型的長石環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖2g)與不平衡礦物組合，推測是鎂鐵質(zhì)巖漿注入長英質(zhì)巖漿后由于溫度的降低較快而發(fā)生。

圖5 Ⅰ拉斑玄武巖漿的分離結(jié)晶作用，Ⅱ經(jīng)過不同分離結(jié)晶作用的基性巖漿與殼源長英質(zhì)巖漿混合線(王曉霞等，2005)Fig.5 (I)Isolation and crystallization of tholeiitic magma.(II)Mixture line of basic rock magma and crust－derived felsic magma after different Isolation and crystallization(from Wang et al.，2005)

前人對巖漿混合作用在巖石主、微量元素方面的表現(xiàn)進行了研究(畢獻武等，2005;李莉等，2013)，指出巖漿混合作用是兩種液態(tài)巖漿之間的混合，幾乎沒有任何固體物質(zhì)參與。馬常箐礦區(qū)的MME與寄主花崗斑巖具有相似的地球化學特征，巖石的主要氧化物與SiO2之間具有呈線性分布的特征，這種特征與巖漿混合作用有關(郭曉東等，2010)(圖6)。在MgO vs FeO(%)關系圖中(圖5)，MME的成分沒有落到拉斑玄武巖分離結(jié)晶作用演化線上，而是落到基性巖漿與長英質(zhì)巖漿混合演化曲線內(nèi)，表明 MME是幔源基性巖漿受到殼幔同熔巖漿不同程度的混染形成的。MME與寄主巖石的稀土和微量元素總量相近，且表現(xiàn)出相關和一致性，如寄主巖與包體具有相似的輕重稀土分餾明顯，富集輕稀土虧損重稀土等特征以及稀土配分曲線，反應二者均是熔融巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物且經(jīng)歷了相似的變化趨勢。

另外，前人對本區(qū)寄主巖石的同位素分析結(jié)果顯示(畢獻武等，2005;郭曉東等，2010)，寄主巖與包體都具有高Sr、低Nd的特征，寄主巖和弱混染包體的n(87Sr)/n(86Sr)均高于原始地幔值(0.7045)，n(143Nd)/n(144Nd)低于原始地幔(0.512638)，寄主巖與包體的Sr、Nd同位素既不屬于典型的幔源巖漿，也與典型大陸地殼物質(zhì)不同，顯示了殼幔巖漿混合作用的某些特征。前人有關本區(qū)寄主巖與包體的同位素年代學資料顯示，鎂鐵質(zhì)包體形成于35.13±0.23 Ma(郭曉東等，2010)，而其寄主花崗斑巖形成于35.0±0.2 Ma(王治華等，2012)，形成時代非常相近。因此，馬廠箐復式巖體經(jīng)過了復雜的巖漿混合作用過程，是殼幔巖漿混合作用的產(chǎn)物。本區(qū)弱混染MME、中等混染MME、強混染MME和寄主花崗斑巖組成了一個基性－中性－中酸性包體混合作用演化序列。

5.2 巖漿混合作用的機制及其與成礦的關系

前人對巖漿混合作用進行了大量的研究，先后提出過富氣鎂鐵質(zhì)巖漿上升模式(Eichelberger，1980)、層狀對流模式(Vernon，1984)、巖漿噴泉模式(Frost et al.，1984)等。但是無論哪種模式都認為巖漿混合作用受巖漿的溫度、成分及粘度等因素制約，并通過擴散、對流等方式來實現(xiàn)(Vernon，1984)。因為基性巖漿與酸性的溫度、成分和粘度的差異最大，有利于發(fā)生巖漿混合作用。因此巖漿混合作用總是與基性巖漿注入酸性巖漿有關(莫宣學，2011)。由于玄武質(zhì)巖漿的底侵作用是誘發(fā)地殼發(fā)生部分熔融產(chǎn)生酸性巖漿的重要機制，因此，底侵作用成為發(fā)生巖漿混合作用的最重要機制(莫宣學等，2001)。

近年來有研究者提出，在發(fā)生玄武巖漿底侵作用地區(qū)，殼幔邊界附近的下地殼會伴隨發(fā)生熔融、同化混染、儲積與混合的作用過程，也就是MASH(M熔融、A混染、S儲積、H混合)過程，在這個過程中不僅可以使幔源金屬元素和形成硫化物的硫源不斷地補充到巖漿體系中(董國臣等，2006)，成為“礦源”，而且，由于不同成分巖漿的混合，組分、溫度、粘度等的差異，有利于發(fā)生巖漿的對流循環(huán)，從而驅(qū)動成礦流體和成礦物質(zhì)運移，當物理化學條件改變，這些成礦物質(zhì)就會沉淀和聚集(畢獻武等，2005)。因此，巖漿混合作用與成礦作用有著密切的關系。

馬廠箐復式巖體中的花崗斑巖普遍發(fā)育MME包體，寄主花崗斑巖和MME的巖石學、主微量元素、稀土和同位素地球化學特征表明，花崗斑巖和MME包體經(jīng)歷了巖漿混合作用。推測正是由于幔源的玄武巖漿底侵作用導致下地殼中形成富堿花崗巖漿，但富堿花崗巖巖漿上升到近地表時，繼續(xù)伴隨玄武巖漿的底侵，從而導致基性巖漿注入酸性巖漿，在近地表發(fā)生強烈?guī)r漿混合作用，玄武巖漿的底侵和混合作用將地幔銅、鉬等成礦物質(zhì)帶到地殼淺部。幔源玄武巖巖漿底侵和不同巖漿的混合作用是形成馬廠箐斑巖銅鉬礦的重要原因。在馬廠箐礦區(qū)，復式巖體中巖漿混合作用最強烈的地段的花崗斑巖礦化最為顯著的事實，也印證了巖漿混合作用對成礦作用貢獻的認識。

圖6 馬廠箐礦床MME與花崗斑巖哈克圖解Fig.6 Harker diagrams of MME and granite porphyry in Machangjing ore deposit

圖7 馬廠箐礦床MME(灰色區(qū)域)與花崗斑巖微量元素蛛網(wǎng)圖(上)與稀土元素配分圖(下)Fig.7 Primitive mantle-normalized trace element distribution diagram(upper)and the chondrite-normalized REE pattern diagram(lower)of MME(grey region)and granite porphyry in Machangjing ore deposit

圖8 馬廠箐礦床MME與花崗斑巖Sr/Y－Y圖解(下)和(La/Yb)N－Yb N圖解(上)Fig.8 Sr/Y－Y(lower)and(La/Yb)N－Yb N(upper)diagram of MME and granite porphyryin Machangjing deposit

6 結(jié)論

(1)滇西馬廠箐花崗斑巖和其中MME的巖石學、主量與微量、以及稀土元素和同位素特點的對比分析，揭示了該花崗斑巖和其中的MME經(jīng)歷了巖漿混合作用過程。

(2)根據(jù)馬廠箐復式巖體巖漿混合作用的特征，結(jié)合前人對巖漿混合作用機制的研究，認為馬廠箐復式巖體和其中的MME可能與該地區(qū)地幔玄武巖的底侵作用有關。成礦與玄武巖底侵導致的不同巖漿混合作用有關。

致謝 感謝審稿人對本文的悉心審閱。感謝楊立強教授、喻學惠教授對論文進行了嚴格和認真細致的修改補充，以及戢興忠博士與郭耀宇博士在論文完成過程中所提供的幫助。

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