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    三江特提斯馬廠箐斑巖銅鉬礦床成礦時間尺度探討:來自石英中Ti-Al擴(kuò)散年代學(xué)的約束

    2024-01-19 08:59:02錢金龍劉俐君王長明
    現(xiàn)代地質(zhì) 2023年6期
    關(guān)鍵詞:馬廠脈體輝鉬礦

    張 靚,陳 奇,2,高 添,李 雯,錢金龍,2,劉俐君,2,王長明,2

    (1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083;2.中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實驗室,北京 100083)

    0 引 言

    斑巖型礦床是世界上最重要的巖漿-熱液礦床之一,由于其巖漿-熱液活動具有多期次、多階段和周期性活動的特點(diǎn),精確限定巖漿熱液活動的時間尺度成為當(dāng)前斑巖礦床成礦研究的難點(diǎn)[1-7]。傳統(tǒng)的同位素定年方法,如原位鋯石U-Pb定年(LA-ICP-MS或SHRIMP)和輝鉬礦Re-Os定年(ICP-MS)等,獲得的成礦時間尺度長達(dá)幾個到十幾個百萬年[8-9],可能包含多次巖漿-熱液活動時間[10-11]。隨著近年高精度同位素定年技術(shù)(如ID-NTIMS輝鉬礦Re-Os定年)發(fā)展與應(yīng)用,成礦年齡的精確測定得到重視[12-13]。脈石礦物中流體-巖石平衡的擴(kuò)散模型可以有效約束各種地質(zhì)過程的時間尺度,已成為精確限定成礦年齡時間尺度(幾年至幾萬年)的重要方法之一[14]。

    石英為斑巖成礦系統(tǒng)中各成礦階段穩(wěn)定存在的礦物,能夠記錄成礦流體的演化信息,是研究熱液成礦過程較為理想的對象。在高溫條件下,石英的陰極發(fā)光(CL)亮度與其鈦或鋁元素濃度密切相關(guān)[15-16],利用石英中鈦或鋁的濃度、形成溫度[17]和擴(kuò)散速率[18-19],可建立石英生長結(jié)構(gòu)與元素濃度梯度的擴(kuò)散模型。因此,礦物內(nèi)部的元素擴(kuò)散年代學(xué)研究便是基于特定元素的擴(kuò)散模型獲得的時間尺度。元素的擴(kuò)散年代學(xué)與傳統(tǒng)同位素定年分析方法結(jié)合,可有效將斑巖礦床的巖漿-熱液活動的時間尺度限定在幾十年到幾十萬年間[20-22]。

    金沙江—哀牢山新生代斑巖型Cu-Au-Mo成礦帶中分布有多個與中酸性富堿斑巖有關(guān)的礦床,成為近年來理論研究和勘查找礦的熱點(diǎn)區(qū)域[23-24]。馬廠箐斑巖型Cu-Mo礦床是該成礦帶中碰撞型斑巖的典型代表,已探明銅礦石39 Mt (0.64% Cu),鉬金礦石56 Mt (0.08% Mo,0.03 g/t Au),具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和研究意義。前人主要對馬廠箐礦床的礦床地質(zhì)特征和成礦階段[25-26]、成礦年代學(xué)[6,27-28]、巖石和礦石地球化學(xué)特征[23]以及熱液流體演化[29-30]等內(nèi)容開展研究工作。由于缺乏高精度的年代學(xué)研究基礎(chǔ),至今仍未能突破傳統(tǒng)認(rèn)識,也未能從更精細(xì)的視角刻畫馬廠箐礦床成礦時限,由此制約了對礦床成礦模型的完整構(gòu)建。本文以馬廠箐斑巖礦床石英為研究對象,通過使用掃描電鏡-陰極發(fā)光手段,電子探針結(jié)合元素擴(kuò)散年代學(xué)的方法,以限定不同成礦階段的時間尺度。研究成果能為探索元素擴(kuò)散年代學(xué)的應(yīng)用提供新的參考。

    1 區(qū)域地質(zhì)和礦床地質(zhì)

    西南三江特提斯屬喜馬拉雅—特提斯造山帶的東段,大地構(gòu)造位于揚(yáng)子克拉通西部、思茅地塊與騰沖—保山地塊的交界處(圖1(a)和(b))[31-32]。該造山帶的構(gòu)造演化與古、新特提斯洋的俯沖密切相關(guān)[32-36]。揚(yáng)子克拉通形成于太古宙[37-38],其西緣在新元古代和晚二疊世遭受改造[39-40]。晚三疊世以來,克拉通西緣處于陸內(nèi)環(huán)境[41]。在55~50 Ma之間新特提斯洋盆的閉合引起了印度與歐亞板塊的大陸碰撞[32]。在 40~30 Ma之間持續(xù)的擠壓造成了揚(yáng)子克拉通邊緣金沙江—紅河堿性火成巖帶的形成,隨后伴隨形成一系列走滑斷裂[42-43]。該帶長2000 km、寬50~80 km,巖漿巖主要為高鉀鈣堿性系列或鉀玄巖系列的鎂鐵質(zhì)至長英質(zhì)巖石[44-45]。新生代鉀質(zhì)斑巖的侵入導(dǎo)致發(fā)育了大量斑巖型銅鉬礦床,從北向南包括玉龍、北衙、馬廠箐、銅廠和哈播等[31,46-49]。

    圖1 東特提斯構(gòu)造域主要地塊分布(a)和金沙江—哀牢山成礦帶主要鉀侵入體及伴生斑巖礦床分布圖(b)(據(jù)文獻(xiàn)[30]和[56])Fig.1 Map showing the distribution of major tectonic terranes in the Eastern Tethyan tectonic domain (a)and distributions of major potassic intrusions and associated porphyry deposits (b)(modified after refs.[30]and [56])

    馬廠箐斑巖型Cu-Mo礦床位于揚(yáng)子板塊西緣與金沙江—哀牢山深大斷裂東側(cè)的交匯處,礦區(qū)包括金廠箐—人頭箐、亂硐山、寶興廠和雙馬槽4個礦段,整體呈北西向展布(圖2(a))。礦床整體礦化可分為斑巖型和矽卡巖型兩類,顯示斑巖體→接觸帶→圍巖地層的分帶。礦區(qū)地層出露較為簡單,主要有下奧陶統(tǒng)向陽組濱海相碎屑巖、下泥盆統(tǒng)康廊組厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、青山組厚層狀灰?guī)r、蓮花曲組粉砂質(zhì)頁巖與薄層細(xì)至中粒石英砂巖以及第四系坡積、殘積和沖積物等。礦區(qū)構(gòu)造分布較為復(fù)雜且具有多期多階段活動特點(diǎn)。其中,北東向是礦區(qū)內(nèi)最發(fā)育的斷裂,控制著馬廠箐礦床整體空間分布。褶皺構(gòu)造較為發(fā)育,如寶興廠—亂硐山的向斜、雙馬槽向斜和金廠箐—人頭箐的背斜(圖2(a))。喜馬拉雅期的巖漿活動組成了馬廠箐礦床多種類型的斑巖體。礦區(qū)出露的長英質(zhì)巖漿巖主要包括正長斑巖、石英二長斑巖、花崗斑巖和斑狀花崗巖,基性巖漿巖包括煌斑巖和零星出露的基性熔巖[50-51]。巖體主要侵入下奧陶統(tǒng)向陽組細(xì)碎屑巖和下泥盆統(tǒng)康廊組灰?guī)r,并伴隨明顯斑巖礦化和矽卡巖礦化現(xiàn)象。馬廠箐礦床中斑巖蝕變主要為深部的鉀質(zhì)蝕變帶(圖2(b))和較淺部的泥質(zhì)蝕變帶,普遍存在青磐巖化帶,局部地區(qū)存在硅化和碳酸鹽巖化帶。前人將馬廠箐礦床的成礦作用劃分為三期:巖漿期、熱液成礦期和熱液改造期[52-54]。在熱液成礦期,礦床脈體類型具有斑巖礦床典型的分類特征,即:(1)A脈,在成礦早階段斑巖體尚未完全固結(jié)時形成;(2)B脈,于成礦主階段斑巖體已經(jīng)固結(jié),有大規(guī)模熱液及裂隙事件發(fā)育時形成;(3)D脈,在成礦晚階段有大量大氣降水加入時形成[53,55]。

    圖2 馬廠箐礦床地質(zhì)簡圖((a),據(jù)文獻(xiàn)[42,57])和A-A′剖面圖((b),據(jù)文獻(xiàn)[58])Fig.2 Simplified geologic map of the Machangqing deposit (a)(modified after refs.[42]and [57]) and geologic profile along line A-A′ at Machangqing deposit (b)(modified after refs.[58])

    2 樣品信息與測試方法

    2.1 樣品信息

    本次研究的樣品主要采集自馬廠箐礦床巖心和礦硐中,整體較新鮮且脈體交切關(guān)系清晰。樣品巖性主要為含礦斑狀花崗巖,具似斑狀結(jié)構(gòu),被不同期次的熱液脈體切穿,并疊加了多期熱液蝕變。斑晶主要由鉀長石、斜長石、石英、角閃石和黑云母組成,其中石英含量為15%~25%,基質(zhì)主要有鉀長石和斜長石,為顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖3),可見少量以榍石和磷灰石為主的副礦物?;谠敿?xì)的手標(biāo)本和顯微觀察,將馬廠箐礦床的熱液脈細(xì)分為以下類型。

    圖3 馬廠箐礦床典型脈體關(guān)系手標(biāo)本照片F(xiàn)ig.3 Representative hand-specimen photographs of typical vein relationship at Machangqing deposit(a)石英-鉀長石脈(A1脈)切穿石英-黑云母脈(EB脈);(b)—(d)石英-鉀長石脈(A1脈)與石英-輝鉬礦脈(A2脈);(e)貧礦石英粗脈(B1脈)被石英-輝鉬礦(B2脈)切穿;(f)輝鉬礦大量富集的脈體(B2脈);(g)石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)切穿貧礦石英脈(B1);(h)石英-輝鉬礦脈(B2脈)間隙被后期黃鐵礦-石英-方解脈(D脈)充填;Bt.黑云母;Cal.方解石;Ccp.黃銅礦;Kfs.鉀長石;Py.黃鐵礦;Qtz.石英;Mol.輝鉬礦

    EB脈:以石英-黑云母脈為主,脈體細(xì)直,部分黑云母受到后期蝕變疊加發(fā)生綠泥石化較多,被A脈和B脈切穿(圖3(a))。

    A脈:分為A1脈和A2脈。A1脈是石英-鉀長石脈,有時還可見少量黑云母。石英礦物主要呈糖粒狀或長條狀(圖4(a)—(b))。脈體邊界不規(guī)則,普遍伴有明顯的鉀化暈,含礦較少(圖3(b)—(c))。A2脈是石英-輝鉬礦脈,此類脈體主要由石英和輝鉬礦組成,其中石英多為糖粒狀或半自形(圖4(c)),輝鉬礦多為星點(diǎn)狀,脈體產(chǎn)出形狀多不規(guī)則(圖3(c)—(d))。

    圖4 馬廠箐礦床脈體類型鏡下照片F(xiàn)ig.4 Representative photomicrographs of the vein types at Machangqing deposit(a)石英-鉀長石脈(A1脈)切穿石英-黑云母脈(EB脈);(b)石英-鉀長石脈(A1脈);(c)石英-輝鉬礦脈(A2脈);(d)豆粒狀石英為主的A1脈和長條狀石英為主的貧礦石英粗脈(B1脈);(e)石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈(B2脈)裂隙被方解石-黃鐵礦脈充填;(f)石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)。礦物代號同圖3

    B脈:分為B1脈、B2脈和B3脈。B1脈是貧礦石英粗脈,此類脈體礦物多呈自形長條狀或片狀(圖4(d)),脈體邊界平直(圖3(e)),含礦較少。B2脈是石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈,是礦床中最主要的含輝鉬礦脈體。石英粒度較大,輝鉬礦呈放射狀或團(tuán)簇狀,脈體裂隙空間被晚期碳酸鹽脈充填(圖3(e)—(f)和圖4(e))。B3脈是石英-黃銅礦-黃鐵礦脈,此類脈體的特征主要是長條狀自形-半自形的石英顆粒沿脈壁垂向生長,顆粒間裂隙被黃銅礦或黃鐵礦充填,脈體邊界平直,延伸穩(wěn)定(圖3(g)和圖4(f))。

    D脈:此類脈體是晚期脈體,既可以切穿早期形成的A脈和B脈,也可以沿B脈的裂隙再次充填(圖3(h))。礦物組合一般為黃鐵礦-石英-方解石。

    2.2 測試方法

    將挑選后的樣品制作為50 μm厚的探針片,在光學(xué)顯微鏡下仔細(xì)挑選出具有代表性的脈體位置。石英礦物的陰極發(fā)光(CL)觀察在北京核工業(yè)地質(zhì)研究院(BRIUG)完成,使用掃描電鏡實驗室配備Oxford CL探測器的Tescan GAIA 3 SEM-FIB系統(tǒng)。在15 keV和0.5~5 nA的石英束電流下,拍攝了超過200張石英SEM-CL圖像。CL探測器的光譜范圍在185~850 nm之間,采集了分辨率為1024 × 928像素的晶體分區(qū)CL圖像(圖5)。在下面的討論中,石英的相對CL亮度被稱為 CL-暗、CL-灰和CL-亮。

    圖5 馬廠箐礦床成礦早階段(A脈)及成礦主階段(B脈)熱液脈石英陰極發(fā)光(CL)圖Fig.5 Quartz cathodoluminescence (CL)diagrams of hydrothermal vein in the early-ore A vein and main-stage B vein at Machangqing deposit(a)A1脈中與鉀長石共生的石英未發(fā)育明顯環(huán)帶;(b)A1脈豆粒狀CL亮石英被CL暗帶石英切穿;(c)A2脈中與輝鉬礦伴生的主要為半自形可見暗帶的石英;(d)—(e)B2脈石英顯示為蛛網(wǎng)狀,未見明顯環(huán)帶;(f)B3脈石英亮度較低,顯示良好的生長環(huán)帶結(jié)構(gòu)。礦物代號同圖3

    石英礦物的電子探針分析(EMPA)使用中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所JEOL JXA-iHP200F EMPA設(shè)備完成。為了減少樣品的損傷,并保存樣品用于其他分析,對EMPA進(jìn)行了優(yōu)化,用于非破壞性、高靈敏度的斑點(diǎn)分析。選擇Ti、Fe、K和Al元素進(jìn)行分析測試工作條件使用加速度電壓為15 keV,束流為200 nA,束流直徑為10 μm,峰值計數(shù)時間為600 s,每個背景峰計數(shù)時間為300 s。合成金紅石用作Ti標(biāo)準(zhǔn),Al的標(biāo)準(zhǔn)是人造剛玉,合成磁鐵礦用于Fe標(biāo)準(zhǔn),鉀鈮鐵礦晶體(KNbO3)用于K標(biāo)準(zhǔn)。元素的檢測限為8×10-6(Ti)、27×10-6(Fe)、6×10-6(K)和8×10-6(Al)。此外,分析過程中在石英周邊200 μm范圍內(nèi)避開金紅石針。單個石英中Ti的分析誤差隨著Ti濃度的增加而減小,當(dāng)Ti濃度接近檢測限時,分析誤差呈指數(shù)增長。

    2.3 擴(kuò)散模型構(gòu)建

    掃描電鏡-陰極發(fā)光可以揭示出石英獨(dú)特的生長環(huán)帶結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)對于石英生長環(huán)境等條件具有一定指示作用。石英生長過程中元素會從高含量區(qū)域擴(kuò)散到周圍低含量區(qū)域,只要晶體還處于高溫?zé)嵋合到y(tǒng)中,擴(kuò)散就不會結(jié)束,晶體冷卻后擴(kuò)散停止,這一特點(diǎn)允許利用擴(kuò)散剖面寬度和擴(kuò)散速率來估計晶體在熱液中的停留時間。使用電子探針技術(shù)得到不同元素在石英獨(dú)特的生長環(huán)帶結(jié)構(gòu)上的含量,本文利用ImageJ 得到石英CL灰度值曲線,通過電子探針數(shù)據(jù)的校正,可量化CL強(qiáng)度與元素含量的關(guān)系,本文使用Diffuser軟件[7]推導(dǎo)時間尺度(圖6-圖8)。

    圖6 馬廠箐礦床A2脈石英分析點(diǎn)及鈦元素擴(kuò)散模擬位置Fig.6 Analytical spots and Ti diffusion modeling positions in A2 vein quartz at Machangqing deposit

    前人研究已經(jīng)提出了很多不同類型的石英鈦溫度計[17,59-60]。在考慮低壓力的條件下(1~10kbar,1 kbar=100 kPa),得到更加適用于淺成斑巖礦床的石英鈦溫度計:

    (1)

    其中:T為開爾文溫度(K),P為壓力(kbar,1 kbar=100 kPa)。此溫度計已經(jīng)在其他斑巖礦床研究中被廣泛應(yīng)用[61-63]。

    考慮到熱液系統(tǒng)里石英生長的壓力及溫度條件,Ti 在石英中的擴(kuò)散只存在有限的各向異性,因此不需要考慮輪廓相對于晶體的方向[21]。由此得到平行于(001)晶面擴(kuò)散的阿倫尼烏斯關(guān)系式[18]:

    (2)

    式中,R是通用氣體常數(shù),T是擴(kuò)散的起始溫度(K),DTi為鈦的擴(kuò)散速率。若假設(shè)鈦元素擴(kuò)散是一維擴(kuò)散,與濃度無關(guān)的半無限介質(zhì)中的擴(kuò)散,本文使用Carslaw[63]和Jaeger[63]以及Crank[64]的方法計算擴(kuò)散時間的方程[63-64]:

    (3)

    其中,C是沿具有不同 Ti 濃度的兩個不同石英代之間的梯度在石英中的 Ti 濃度,x是從梯度中心到梯度邊緣的距離,t是擴(kuò)散時間,cmin和cmax是最小和最大Ti濃度,D是Ti在石英中的擴(kuò)散率。鈦元素擴(kuò)散的溫度選擇擴(kuò)散最高溫度來估計,對于溫度快速變化的系統(tǒng)來說,這是最直接的方法。

    Al元素在石英中擴(kuò)散極其緩慢,只有在超高分辨率(本文是2 μm)的尺度上能發(fā)現(xiàn)明顯的擴(kuò)散[65]。其次,Al元素在石英里的擴(kuò)散率和Ti相似,前人研究通過對擴(kuò)散剖面進(jìn)行核反應(yīng)分析(NRA),得到了此阿侖尼烏斯公式:

    (4)

    其中:lgD0=-10.6± 0.55;DAl表示Al元素擴(kuò)散速率,Al元素的擴(kuò)散和晶體學(xué)方向無關(guān)[58]。

    本文研究利用電子探針分析石英環(huán)帶亮暗部分,得到的數(shù)據(jù)校正ImageJ灰度曲線,再用Diffuser建模得到剖面Al元素一維擴(kuò)散的初始階躍函數(shù)(圖8)。

    3 分析結(jié)果

    3.1 石英陰極發(fā)光特征

    陰極發(fā)光是電子束轟擊礦物表面,與礦物中某些成分或激活劑元素反應(yīng)引起的發(fā)光現(xiàn)象。陰極發(fā)光具有指示礦物中特定元素和晶體結(jié)構(gòu)的作用。馬廠箐礦床具備多階段成礦特點(diǎn),脈體穿插關(guān)系復(fù)雜,為了確定馬廠箐礦床礦化事件及石英與各礦石礦物的關(guān)系,對代表性的早期石英脈,即石英-鉀長石脈(A1脈)和石英輝-鉬礦脈(A2脈),以及成礦期石英脈,即石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈(B2脈)和石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈),進(jìn)行石英陰極發(fā)光拍照。

    成礦早階段石英脈(A脈),可觀察到石英-鉀長石脈(A1脈)的石英粒度大,自形程度良好,CL強(qiáng)度表現(xiàn)為CL-亮,具明顯鑲嵌狀顆粒特征,內(nèi)部結(jié)構(gòu)均一(圖5(a)和(b))。石英-輝鉬礦脈(A2脈)的石英顆粒較小,CL強(qiáng)度表現(xiàn)為CL-亮、CL-灰和CL-黑都有,且CL-亮區(qū)域被CL-暗區(qū)域包裹(圖5(c))。

    成礦主階段石英脈(B脈),石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈(B2脈)與成礦早階段石英脈(A脈)對比,B2脈石英粒度更大,CL亮度較A1脈稍暗,較A2脈更加明亮,CL強(qiáng)度表現(xiàn)為CL-亮(圖5(d)和(f))。石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)的石英多為條帶狀,具明顯生長環(huán)帶結(jié)構(gòu),整體CL強(qiáng)度表現(xiàn)為CL-灰到CL-暗 (圖5(e))。

    3.2 石英中元素含量

    對馬廠箐代表性熱液成礦脈體在2 μm尺度上進(jìn)行電子探針分析,獲取石英中Al、Ti、K和Fe微量元素含量。早階段石英脈中,暗部與亮部Ti含量變化較大,分布于0.0027%~ 0.0072%;Al元素含量與其他脈體差不多,含量在0.0031%~0.0166%之間;K元素含量較低,在0.0001%~0.0054%之間;Fe元素幾乎沒有,含量峰值為0.0028%(表1)。主要成礦階段石英脈中,Ti元素含量普遍極低,Al元素含量則與CL強(qiáng)度表現(xiàn)出一定的關(guān)聯(lián)性,在亮部與暗部的含量差距較大,分布于0.4313%~ 0.1775%。這種差異遠(yuǎn)大于Al元素在A脈石英中的含量差。K元素和Fe元素含量與成礦早階段石英脈中含量相差不多,總體來看,K元素含量峰值變低,含量分布更加均勻,F(xiàn)e元素隨成礦作用進(jìn)行而含量增加。

    表1 馬廠箐礦床成礦熱液脈石英A2和B3脈熱液石英脈的EMPA元素含量(%)

    3.3 石英中Ti和Al元素擴(kuò)散時間尺度

    馬廠箐熱液石英脈的20個電子探針數(shù)據(jù)列于表1。所有樣品中Si、K和Fe元素含量變化不大。而Ti和Al元素含量變化梯度較大,且分別與成礦早階段石英脈(A2)和成礦主要階段石英脈(B3)的CL強(qiáng)度表現(xiàn)出一定關(guān)聯(lián)性。

    對Ti元素和Al元素數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。研究結(jié)果(表2)顯示,將A2脈石英CL圖中亮暗交替的環(huán)帶處(圖6)作為Ti元素擴(kuò)散模擬位置,模型結(jié)果顯示,A2脈石英形成的時間尺度為10.5~57.5 ka。石英B3脈模擬過程中(圖8),設(shè)定初始溫度為440 ℃,壓力為0.48 kbar進(jìn)行建模,得出B3脈熱液石英形成的時間尺度在522.3 ka左右。模型得出的這兩段時間表示從石英邊界形成到有效閉合期間,元素擴(kuò)散的總時間(圖7和圖8)。綜上所述,在熱液成礦早階段,Ti元素的擴(kuò)散可用來標(biāo)定熱液成礦時間尺度,而在熱液成礦主階段,Al元素與熱液活動的時間尺度關(guān)聯(lián)更強(qiáng)[66-70]。

    表2 馬場箐礦床不同熱液石英脈(A2脈和B3脈)時間尺度

    圖7 馬廠箐礦床A2脈石英的鈦擴(kuò)散模擬圖Fig.7 Titanium diffusion modeling of A2 vein quartz at Machangqing deposit(a)(c)(e)擴(kuò)散剖面擬合線圖;(b)(d)(f)溫度誤差范圍內(nèi)(±10 ℃)時間尺度誤差圖解;擴(kuò)散模擬位置見圖6

    圖8 馬廠箐礦床B3脈(樣號ZK1103-354)石英鋁擴(kuò)散模擬圖Fig.8 Aluminum diffusion modeling of B3 vein quartz (No.ZK1103-354) at Machangqing deposit

    4 討 論

    4.1 馬廠箐斑巖礦床成礦熱液的時間尺度

    馬廠箐斑巖礦床巖漿活動持續(xù)時間的研究表明,始新世時期馬廠箐區(qū)域有3個巖漿期次,跨度2~3 Ma,其中鋯石U-Pb定年確定的斑狀花崗巖侵位時間為35.9~34.0 Ma,花崗斑巖侵位于約34.3 Ma[40,71]。此外,馬廠箐輝鉬礦Re-Os定年限定成礦時間為35.8~33.9 Ma,說明馬廠箐礦床屬早新生代成礦事件的產(chǎn)物[72]。

    本次研究利用電子探針測得石英陰極發(fā)光環(huán)帶亮部和暗部的元素,發(fā)現(xiàn)K元素和Fe元素在各石英脈中含量差別不大,Ti元素在石英-輝鉬礦脈(A2脈)中亮帶與暗帶交界處變化較大(圖5(c)),Al元素在石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)中亮帶與暗帶交界處變化較大(圖5(e),圖8)。通過測定這些位置的元素含量發(fā)現(xiàn),Ti元素分布與石英-輝鉬礦脈(A2脈)CL亮度具較強(qiáng)的相關(guān)性(圖6),Al元素與石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)CL亮度具較強(qiáng)相關(guān)關(guān)系(圖8)。這種與石英生長結(jié)構(gòu)的相關(guān)性與前人測定的Ti和Al元素含量特征相同[26,40,70]。

    利用石英中元素擴(kuò)散年代學(xué)的方法研究斑巖礦床成礦時間尺度,可以將斑巖礦床熱液活動時間尺度限定在幾十年到幾十萬年之間[3]?,F(xiàn)有的擴(kuò)散模型通常應(yīng)用于存在多期次、周期性熱液活動的超大型斑巖礦床,如Butte礦床[21]、Haquira East礦床[63]以及我國的玉龍斑巖礦床[7,73]和驅(qū)龍超大型礦床[74]。本文首次將擴(kuò)散年代學(xué)方法應(yīng)用于研究以馬廠箐礦床為代表的中小型斑巖礦床。研究表明,成礦時間尺度(主成礦階段約522.3 ka)明顯短于前人測定的Re-Os同位素結(jié)果(約1.9 Ma)。然而,與全球其他超大型斑巖礦床相比,馬廠箐礦床顯示出更長的成礦時間尺度。對比其擴(kuò)散模型構(gòu)建過程,本文發(fā)現(xiàn)以馬廠箐為代表的中型及中小型斑巖礦床的成礦溫度(A2脈578~611 ℃,B3脈440 ℃)及成礦壓力(A2脈1.45 kbar,B2脈0.48 kbar)明顯低于已知的超大型礦床,這使馬廠箐礦床的起始擴(kuò)散溫度及元素擴(kuò)散速率更低,從而得出更加“漫長”的熱液脈沖過程。

    4.2 元素擴(kuò)散年代學(xué)在斑巖成礦系統(tǒng)的適用性探討

    石英作為一種在各個階段都穩(wěn)定存在的礦物,是記錄巖漿-熱液活動的重要載體。本文選取馬廠箐斑巖礦床熱液石英-輝鉬礦脈(A2脈)和石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)中生長環(huán)帶結(jié)構(gòu),通過分析得到其中元素擴(kuò)散和時間尺度信息。其中Ti元素擴(kuò)散模型顯示,A2脈熱液脈沖的時間尺度是10.5~57.5 ka(圖7),而B3脈石英Al元素擴(kuò)散時間約為522.3 ka,明顯短于前人研究。

    前人通過對石英的擴(kuò)散模型研究發(fā)現(xiàn),模擬得到的跨度較大的時間尺度可能與模擬過程中選擇的條件,如溫度和壓力等相關(guān)[1]。本次實驗?zāi)M選取的壓力估測值來自流體包裹體測溫結(jié)果(即A2脈1.45 kbar,B3脈0.48 kbar)[53],擴(kuò)散溫度選自對擴(kuò)散起始點(diǎn)溫度估測值。這種估測可能忽略了擴(kuò)散過程中熱液逐步冷卻而導(dǎo)致擴(kuò)散速率減小的問題。一般來說,在其他條件相同的情況下,擴(kuò)散時間隨擴(kuò)散距離的增加而增加,隨初始溫度(即擴(kuò)散速率)的增加而減少,鈦濃度梯度增加也會使擴(kuò)散時間增加(表2)。

    構(gòu)建擴(kuò)散模型的位置選擇也是影響建模結(jié)果的重要因素。本文截取圖6部分位置進(jìn)行Ti元素電子探針分析和建模,該處石英CL發(fā)光環(huán)帶細(xì)密,為多次熱液脈沖時混入過量Ti元素,導(dǎo)致擴(kuò)散不平衡,影響結(jié)果的準(zhǔn)確性,所以此次模擬反映了多次熱液脈沖的時間尺度,而非單一某次熱液活動時間[7]。局部地方測得Ti和Al元素有過高的含量,和理論值有差別,是元素擴(kuò)散不平衡的結(jié)果,會影響到模型結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

    石英微量元素測定的分辨率和精度是影響擴(kuò)散模型精細(xì)化分析的重要因素。本次實驗利用EMPA(束斑直徑為2 μm)得到元素含量,這種較低分辨率的測試手段可能會“覆蓋”石英結(jié)構(gòu)中高精度的元素含量變化。最新的研究表明[59,74],石英中元素的擴(kuò)散往往是納米尺度的擴(kuò)散,需要在高精度分析的基礎(chǔ)上(<1 μm),對實驗儀器要求較高。例如,通過對單個石英陰極發(fā)光環(huán)帶進(jìn)行高精度Nano-SIMS分析(0.1 μm),發(fā)現(xiàn)單次熱液脈沖時間范圍在760~1510 a之間[74]。該結(jié)果與本次研究得出的時間尺度相差較大。究其原因,除了選取的擴(kuò)散建模位置不同外(本次試驗可能選取了多個而非單個石英環(huán)帶位置進(jìn)行擴(kuò)散模擬),微量測試的分辨率和精度也對建模結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響。隨著研究的逐漸深入,元素擴(kuò)散學(xué)還將會增加更多的理論與成果,屆時能夠補(bǔ)充更細(xì)節(jié)更全面的知識。

    5 結(jié) 論

    (1)馬廠箐礦床的脈體可劃分為成礦早階段石英-黑云母脈(EB脈)、石英-鉀長石脈(A1脈)和石英-輝鉬礦脈(A2脈),成礦主階段貧礦石英粗脈(B1脈)、石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈(B2脈)和石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)以及成礦晚階段方解石-石英-黃鐵礦脈(D脈)。

    (2)早階段石英CL圖像中亮度與Ti元素含量關(guān)聯(lián)度更高,而主成礦階段石英CL亮度與Al元素關(guān)聯(lián)度更高。Fe、K元素在實驗樣品中含量較低,故本文不做測試研究。

    (3)馬廠箐礦床早階段成礦使用石英鈦擴(kuò)散模型限定得到的時間尺度為10.5~57.5 ka,與已發(fā)現(xiàn)的超大型礦床類似;而主成礦階段使用石英鋁擴(kuò)散模型限定的成礦時間尺度為522.3 ka,明顯久于已發(fā)現(xiàn)的超大型礦床。

    (4)通過對擴(kuò)散模型構(gòu)建方法和測試手段的對比,本文進(jìn)一步提出模擬的溫度和壓力條件、模擬選取的位置、測試方法分辨率和精度等因素都可能會對元素擴(kuò)散模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。

    致謝:本文的完成離不開團(tuán)隊成員在野外和室內(nèi)工作的大力協(xié)助,實驗分析得到了中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所和核工業(yè)北京地質(zhì)研究院實驗人員的幫助,審稿人和編輯部提出了寶貴的意見和建議,使文章得以完善。在此一并致以誠摯的謝意。

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