“深地资源勘查开采”专项
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氧逸度与斑岩成矿:来自德兴斑岩铜矿锆石的证据
2017-03-25 23:11

氧逸度与斑岩成矿:来自德兴斑岩铜矿锆石的证据

高氧逸度是斑岩铜矿所具有的一个普遍性特征,然而关于氧逸度,还存在一些问题并未得到解决,例如,斑岩铜矿何时氧化、如何获得高氧逸度、为什么大量高氧逸度的岛弧岩石并不能形成斑岩矿床?为什么高氧逸度下俯冲洋壳部分熔融是斑岩铜金矿床成矿的最佳条件?


1 A)德兴斑岩铜矿构造背景地质图,深蓝色圆点代表了计算继承锆石氧逸度所用到新元古代岩石分布位置。(BC)德兴斑岩铜矿地质图。


本次研究以德兴斑岩铜矿为例(图1)。德兴斑岩铜矿形成于中侏罗时期(~170 Ma),位于江南古陆东段,是我国华南最大的斑岩型铜矿。该矿床具有高氧逸度特征,然而前人研究认为德兴斑岩铜矿的高氧逸度继承于新元古代的俯冲,而非侏罗纪时期的古太平洋板块的俯冲。铜则来源于新元古代相关的加厚下地壳。利用LA-ICPMS分析了德兴斑岩中的岩浆锆石以及继承锆石的微量元素同时得到其U-Pb年龄,并计算了锆石对应的氧逸度。研究结果表明,新元古代锆石形成时的岩浆对应的氧逸度并不高(ΔFMQ-2.4到 ΔFMQ+0.7),相反,侏罗纪岩浆锆石具有更高的氧逸度(ΔFMQ+0.7到ΔFMQ+1.9)。因此,德兴斑岩铜矿的高氧逸度并非继承于新元古代新生下地壳。其高氧逸度更可能是受侏罗纪古太平洋板块俯冲影响。


2斑岩铜矿与氧逸度。右图表示德兴锆石及其对应的氧逸度估算值。新元古代锆石氧逸度低于成矿期岩浆锆石氧逸度。左图为用同样方法估算的全球斑岩铜矿锆石氧逸度值,括号内数值代表矿床对应的铜储量(单位为Mt)。其中,与长江中下游沙溪斑岩铜矿同时期的不含矿岩体具有比斑岩铜矿更低的氧逸度。


成矿斑岩通常具有高的Sr/Y、La/Yb比值,也被称为埃达克质特征。俯冲板片熔融以及加厚下地壳部分熔融都被认为是斑岩铜矿重要的成因机制。本文利用分离部分熔融分别模拟计算了下地壳、俯冲洋壳为初始成分,熔体中Sr/Y、La/Yb以和铜含量随部分熔融程度的变化。模拟发现, 5%-30%洋壳部分熔融可以形成埃达克岩的Sr/Y、La/Yb特征,而下地壳则需要>40%部分熔融(图3)。


3 分离部分熔融模型下,估算俯冲洋壳(AB)和下地壳(CD)部分熔融熔体Sr/YLa/Yb比值。


部分熔融熔体铜含量受氧逸度、源区S、以及铜含量共同影响。部分熔融熔体在高氧逸度(>ΔFMQ+1.5)条件下具有更高的铜含量。洋壳部分熔融形成埃达克岩对应的铜含量最高可达390 ppm;加厚下地壳部分熔融形成的埃达克质岩所具有的Sr/Y、La/Yb特征时,对应的熔体铜含量低于75ppm (图4)。同时对比Lee CT et al (2012) 模拟的地幔楔部分熔融结果,形成的弧岩浆(20-30%部分熔融)中铜含量<150ppm。值得注意的是,含大量硫化物堆晶的源区,即使在高氧逸度环境下部分熔融也不能形成富铜岩浆(详见Sun et al. (2016) Acta Geochimica)。利用铜在流体与熔体之间的分配系数(集中在100-400),以及斑岩铜矿对应的最初始流体包裹体中的铜含量(3000 ppm-10 wt%),估算岩浆源区铜含量至少需要160 ppm才能形成斑岩铜矿。因此,高氧逸度(>ΔFMQ+1.5)环境下,俯冲洋壳部分熔融是形成斑岩铜矿最可能的机制。尽管高氧逸度是斑岩铜矿的普遍特征,全球斑岩铜矿的锆石氧逸度与其对应的铜储量并没有明显的相关性(图2)。这不仅支持了氧逸度(~ΔFMQ +1.5)为成矿的关键指标,同时暗示了除氧逸度以外,还有其他的因素控制铜的储量,如俯冲板块占源区的比重、热液富集作用的效率、矿床在地壳的保存出露情况等。


4 不同氧逸度条件下,俯冲洋壳、下地壳分离部分熔融,对应的熔体铜含量。黄色虚线代表了形成部分熔融熔体最终形成斑岩铜矿所需的最低铜含量(160 ppm);黄色阴影对应了成矿斑岩源区熔体的铜含量范围。粉色、蓝色阴影分别代表洋壳和加厚下地壳部分熔融形成成矿斑岩的Sr/YLa/Yb特征(图3)所对应的铜含量范围。绿色实线为Lee CT  et al (2012)模拟不同氧逸度条件下,地幔楔部分熔融熔体对应的铜含量。绿色阴影代表了弧岩浆对应的铜含量范围。


该研究成果近期在线发表于Geochimica et Cosmochimica Acta,第一作者为中科院广州地球化学研究所中科院矿物学与成矿学重点实验室博士研究生张潺蝉,导师为孙卫东研究员。本研究成果受国家重点研发计划"深地资源勘查开采"重点专项(2016YFC0600408)、中国科学院战略性先导科技专项(XDB18020000)以及国家自然科学基金(91328204,41421062)资助。

论文信息:Zhang, C.C.,Sun, W.D. (通讯作者), Wang, J.T., Zhang, L.P., Sun, S.J., Wu, K., 2017. Oxygenfugacity and porphyry mineralization: a zircon perspective of Dexing porphyryCu deposit, China. Geochimica et Cosmochimica Acta, in press.

论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703717301515


 
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