冈底斯斑岩铜矿带埃达克岩成因及成矿启示

发布时间：2020-09-29 13:37

　　冈底斯斑岩铜矿带是中国近年来取得重大突破的、潜力巨大的斑岩型成矿带。其中最显著的是冈底斯东段靠近东喜马拉雅东构造结的中新世斑岩铜矿带。论文对其中的4个大型-超大型矿床进行了研究,包括驱龙、甲玛、冲江和邦铺等。相关矿体主要赋存在中新世的花岗闪长斑岩、二长花岗斑岩和花岗斑岩侵入体中。在冈底斯带最南缘还发育渐新世斑岩-矽卡岩铜钨钼金多金属矿带,以明则斑岩-矽卡岩钼铜矿床和努日矽卡岩型铜钨钼多金属矿床为代表。在这些矿床中往往发育从酸性、中酸性到中基性的多种类型的埃达克岩质岩浆岩,研究发现这些矿床与埃达克岩密切相关,但究竟哪一类埃达克岩才是成矿的根本原因?成矿埃达克岩产出在矿床的什么部位?这些问题对于揭示成矿机理、指导深部找矿具有重要意义,但至今尚有争议。同时有关这些埃达克岩的岩浆源区以及成矿的关键控制因素也依然存在争议,其中一个重要原因就是所见到的“含矿斑岩”通常被认为“成矿斑岩”,因此对这一问题的重新认识有利于加深对斑岩矿床的理解。本论文选取了冈底斯带上的典型斑岩-矽卡岩型铜(±钼)矿床(包括驱龙、冲江、邦铺、甲玛和明则矿床)为研究对象,系统地研究了其元素和Sr-Nd同位素、锆石U-Pb年龄和Hf-O同位素和磷灰石的微区主微量元素组成。在此基础上,结合国内外最新研究进展,对冈底斯带斑岩-矽卡岩矿床与成矿密切相关的埃达克的岩浆源区、含矿埃达克岩与成矿埃达克岩的识别及其意义、矿床形成与印度洋板块中的E90°洋脊俯冲之间的关系进行了探讨。驱龙斑岩铜矿是中国目前探明的最大的斑岩铜矿床,其金属Cu和Mo的吨位@品位分别为10.6 Mt@0.5%和0.5 Mt@0.03%。矿区中新世斑岩均具有典型的埃达克质特征:Sr=259~1195 ppm,Y=1.91~9.12 ppm,Yb=0.2~0.92 ppm,Sr/Y=49~202。这些埃达克岩具有低Mg O(2 wt%)和高K2O(2~6 wt%)的特征,Si O2通常大于64%,这明显不同于环太平洋带与斑岩铜矿有关的埃达克岩;富集大离子亲石元素Rb、Th、U和Pb,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等,具有弱的Eu异常,暗示了源区石榴石的残留和斜长石的缺失。绝大多数样品为洋壳型部分熔融成因的埃达克岩,但是靠近陆壳部分熔融型的埃达克岩区;少量样品落入大别埃达克岩区,表明同时存在俯冲板片部分熔融和加厚下地壳部分熔融。矿区埃达克岩全岩Sr-Nd同位素变化较小:(87Sr/86Sr)i为0.705左右,εNd(t)=0~0.8。两类埃达克岩具有相近的锆石δ18O值(分别为5.1~7.3‰和4.0~7.4‰)和εHf(t)值(分别为1.9~10.4和5.6~9.3),接近MORB值。锆石原位Hf-O同位素组成在幔源熔体和壳源熔体之间的二端元混合曲线上,且以幔源为主。含矿和不含矿埃达克岩中的锆石分别给出16.6±0.5~17.0±0.6 Ma和16.7±0.3~17.4±0.4 Ma年龄,在误差范围内一致。该年龄在误差范围内接近但略早于前人所获得的辉钼矿Re-Os等时线年龄(15.36±0.21~16.41±0.48 Ma)。两类埃达克岩均具有高的CeⅣ/Ⅲ(分别为871~1457和910~1220),二者基本一致,指示了非常氧化的岩浆环境,具有俯冲成因岩浆的特点;含矿埃达克岩富S贫Au,发育大量硬石膏,出现磁铁矿和赤铁矿的共生,这主要见于年轻岩浆弧环境下与俯冲相关的斑岩铜矿;在后碰撞环境中不发育,无法简单地用新生/加厚下地壳或脱水后冷的侏罗纪洋壳的残余的部分熔融来解释。值得注意的是不含矿埃达克岩中的Cu含量很低,无法成为斑岩铜矿的成矿物质来源。从野外接触关系看,含矿岩体与不含矿岩体没有截然的接触关系。根据上述证据,特别是两类埃达克岩地球化学性质和形成时代高度一致,综合推断含矿岩体和不含矿岩体可能均非成矿岩体。结合最新研究成果,处于驱龙矿床中心相深部的花岗斑岩,形成时代与铜矿化时代一致,更有可能是驱龙矿床物质来源的成矿岩体。尽管含矿岩体与不含矿岩体地球化学性质十分接近,但是其中的磷灰石却有差异。二者中磷灰石F和Cl含量一致,其形成环境有别于玉龙和德兴斑岩铜矿。但是含矿埃达克岩中磷灰石的轻重稀土元素分馏程度小于不含矿埃达克岩。在Th/U-Ce/Pb、Sr/Ce-Sr/Eu、Sr-Y、Sr-Yb和Sr-(La/Yb)n图上,不含矿埃达克岩与暗色包体具有一致的特征,二者难以区分,均明显区别于含矿埃达克岩,表明含矿埃达克岩中的磷灰石受到了成矿热液的影响,造成了某些元素的交换。磷灰石的地球化学特征可以作为判别成矿(含矿)与否的指示。冲江矿床是冈底斯带上的大型斑岩铜矿,其金属Cu吨位@品位为5Mt@0.4%。冲江斑岩同样具有典型埃达克岩高Sr(195~765 ppm)低Y(4.6~16.5ppm)的特征,Sr/Y=40~124。与驱龙类似,绝大多数样品属于洋壳型埃达克岩,靠近加厚下地壳型埃达克岩区;少量样品落入大别埃达克岩区,表明存在俯冲板片部分熔融和加厚下地壳部分熔融。含矿岩体的锆石U-Pb年龄为14.9±0.3 Ma~14.8±0.3 Ma,不含矿岩体的成岩时代为12.9 Ma,为成矿后侵入岩的年龄。含矿与不含矿斑岩具有一致的全岩Sr-Nd同位素,具有比驱龙埃达克岩高的(87Sr/86Sr)i(0.706~0.707)和低的εNd(t)值[(-3.8)~(-2.6)],表明二者源区存在一定的差异,冲江矿床有相对较多的地壳物质贡献。冲江含矿埃达克岩中的锆石δ18O值5.0~7.2‰(均值6.2‰),εHf(t)值为(-1.0)~7.6,接近MORB的值,暗示了洋壳物质的参与。冲江含矿岩体中磷灰石的稀土元素轻重分馏程度小于不含矿岩体;在F-Cl图所反映的构造环境上,冲江矿床有别于德兴和玉龙斑岩铜矿。邦铺斑岩钼铜矿床金属Mo和Cu的储量分别为45.4万吨和91.7万吨。其含矿石英二长斑岩年龄为13.9±0.3~14.0±0.2 Ma,属于冈底斯中新世斑岩成矿带。含矿岩体锆石的δ18O值为4.72~7.22‰,εHf(t)值为-2.3~5.6,介于陆壳和亏损地幔两种端元组分之间且主要来自地幔组分,但在岩浆演化过程中存在大量陆壳物质的参与。与驱龙矿床相比,其锆石εHf(t)明显偏低,说明邦铺含矿斑岩的成矿岩浆具有更多的陆壳物质的贡献,这与其钼铜比值高是一致的。甲玛矽卡岩铜多金属矿床目前探明储量为4.5 Mt的Cu,0.45 Mt的Mo和100 t的Au。甲玛矿床的塔龙尾、象背山和隐伏岩体的Si O2含量介于71.42~76.57 wt.%之间,具有高的K2O含量(4.47~5.31 wt.%),属于高钾钙碱性系列。塔龙尾和象背山岩体的成岩年龄分别为16.0±0.2 Ma~14.9±0.3 Ma和15.9±0.4~16.0±0.3 Ma;隐伏岩体的成岩年龄为15.0±0.2 Ma。全岩(87Sr/86Sr)i值的变化范围为0.705~0.707;εNd(t)为(-0.4)~(-4.5)。隐伏岩体锆石δ18O值主要介于4.88‰~7.15‰之间;εHf(t)值为0.8~7.2,介于陆壳和亏损地幔两种端元组分之间且主要来自地幔组分。明则矿床是近年来在冈底斯南缘的渐新世W-Mo-Cu-Au多金属成矿带中新发现的斑岩型钼铜矿床。明则渐新世斑岩体属于典型的高钾钙碱性-钾玄岩系列二长花岗岩。从构造和时代划分,明则矿床不属于冈底斯中新世斑岩铜矿成矿带。其锆石U-Pb年龄为28.1±0.4~28.2±0.5 Ma;富集轻稀土元素和大离子亲石元素Rb、Th、U与Pb,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等,具有弱的Eu异常,反映了与板块俯冲相关岩浆的特征;具有高Sr低Y的特点,属于典型的埃达克岩,与加厚下地壳部分熔融相关,少数属于洋壳型埃达克岩,这与其成钼矿而铜含量低的特点一致。这些特征明显区别于23 Ma的冈底斯中新世斑岩铜矿含矿埃达克岩的特点,暗示了冈底斯带东段埃达克岩地球化学特征及其成岩成矿构造体制的转变,这可以用东经90°的洋脊俯冲来解释。矿区内程巴矿段晚白垩世花岗闪长岩形成时代为91.1±1.0~90.1±0.7 Ma。微量元素分析表明花岗闪长岩富集大离子亲石元素,亏损高场强元素,但其Rb、Th、U、Nb、Ta和Pb等不相容元素含量低于渐新世二长花岗岩;轻重稀土分馏程度比渐新世二长花岗岩弱;具有高Sr低Y的特点,Eu异常微弱,属于典型的洋壳型埃达克岩,不同于渐新世的加厚下地壳型埃达克岩。这说明冈底斯东段的埃达克经历了白垩纪的俯冲洋壳成因-渐新世(~30 Ma)的加厚下地壳成因-中新世(23 Ma)的俯冲洋壳(洋脊俯冲)成因的转变过程。从整个冈底斯中新世斑岩铜矿带来看,其大型、超大型斑岩矿床集中于12~20 Ma,但各个矿床的形成时代略有差异,在87°E至93°E之间具有自西向东逐渐变老的趋势。冈底斯带的斑岩铜矿与埃达克岩具有密切关系,埃达克的Sr/Y-(La/Yb)n组成、全岩Sr-Nd同位素、锆石Hf-O同位素和高CeⅣ/Ⅲ值等特征表明,冈底斯中新世埃达克岩的形成主要是俯冲板片部分熔融贡献的,并存在相当大的加厚下地壳部分熔融物质参与。冈底斯带中新世斑岩铜矿分布、埃达克岩的地球化学、高氧逸度特征以及23 Ma前后构造体制的转变可以用东经90°洋脊俯冲来解释。
【学位单位】：中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P618.41
【部分图文】：

构造分区,青藏高原,冈底斯

第三章区域地质背景3.1 大地构造位置冈底斯带的地理概念通常指青藏高原西起狮泉河-冈仁波齐，向东经冈底斯山、念青唐古拉山，并与横断山系西南部的伯舒拉岭相连的地理单元，即传统意义上的冈底斯带。在地质意义上其空间范围要大得多，一般是指雅鲁藏布江缝合带和班公湖-怒江缝合带之间近东西向的狭长地域，为长 2500km、宽达150～300km，面积约 45 万 km2的巨大的构造-岩浆带。冈底斯带的构造属性及其构造单元划分一直是青藏高原形成演化研究中的重大基础问题，不同的学者从不同的角度对冈底斯带赋予了冈底斯-念青唐古拉板片（刘增乾等, 1990; 周详和曹佑功, 1984）、拉萨陆块（肖序常等, 1988）、拉萨地体（Dewey et al., 1988）和冈底斯多岛弧盆系（Hsü et al., 1995）等不同的构造属性。本文倾向于采用拉萨地体的构造属性，因此后文中所说的拉萨地体即指冈底斯带。

分布图,矽卡岩型矿床,冈底斯,斑岩

图 3-2 冈底斯带岩浆岩及斑岩-矽卡岩型矿床分布图。3.2.2 钾质-超钾质岩拉萨地体渐新世-中新世的钾质-超钾质岩浆活动主要产出于中部拉萨地体的西段（Chen et al., 2010; Chen et al., 2011; Ding et al., 2003; Miller et al., 1999;Nomade et al., 2004; Williams et al., 2004; Zhao et al., 2009; 丁林等, 2006; 刘栋等, 2011; 马润则等, 2008; 孙晨光等, 2008; 孙晨光等, 2007; 田世洪等, 2012;赵志丹等, 2006; 赵志丹等, 2008），部分产于南部拉萨地体（Chan et al., 2009;Coulon et al., 1986; Liu et al., 2014; Miller et al., 1999; Nomade et al., 2004; Spiceret al., 2003; Turner et al., 1996; Turner et al., 1993; Williams et al., 2001; Williamset al., 2004; Zhou et al., 2009; Zhou et al., 2010; 陈建林等, 2010; 李家振等, 1992;刘栋等, 2013; 王保弟等, 2011; 赵志丹等, 2001; 周肃等, 2004b），形成了一个在东西近 1000 km 的范围内断续展布的钾质-超钾质岩带（图 3-3）。钾质-超钾质火山岩（主要为粗安岩-粗面岩）主要分布在90°E 以西的拉萨地体，具有低Sr/Y，

分布图,埃达克岩,冈底斯,中新世

这些埃达克岩侵入体在很短时间内形成（25～8 Ma），其侵位高峰期在 16 Ma 左右（Chung et al., 2009; Hou et al., 2013; 侯增谦等, 2006a），通常以小岩株的形式侵位于冈底斯岩基中，岩石类型以中酸性花岗闪长岩、二长花岗岩和花岗斑岩为主，最为引人瞩目的是其伴随爆发式的铜钼等金属的成矿作用，因此引起了地质学界的广泛关注和深入研究。尽管这些埃达克岩在岩相学和野外露头上并没有独特的标志，无法在野外鉴别，但在地球化学特征上却有着显著的特点，这对探讨与其伴生的斑岩铜矿的成因及成矿的地球动力学机制具有重大意义。有关这些埃达克岩的岩浆源区及其形成的地球动力学背景是学术界长期关注和争论的问题。有关埃达克岩的岩浆源区目前存在以下几种观点：（1）俯冲的新特提斯洋壳的部分熔融，并与上覆地幔楔相互作用（Qu et al., 2004; 高永丰等, 2003; 侯增谦等, 2003b; 曲晓明等, 2004）；（2）加厚并拆沉的拉萨地体下地壳的部分熔融（Chung et al., 2003）；（3）新生下地壳的部分熔融（Hou et al.,2004; Li et al., 2011; 侯增谦等, 2004）；（4）被板片来源熔体所交代的上地幔的部分熔融（Gao et al., 2007b）；（5）俯冲的印度大陆地壳的部分熔融（Xu et al.,2010）。

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