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曹明堅等-EG&JP:菲律賓Baguio礦集區和黑山斑巖銅礦深部巖漿過程及對成礦作用的指示
2018-10-28 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  斑巖銅()礦床是全球銅、金的重要來源,研究其深部過程具有重要意義。斑晶(如斜長石和角閃石等)形成于深部巖漿房,因此可用來探討深部巖漿過程,已在火山巖系統中得到了廣泛應用。然而,由于絕大多數大型、超大型斑巖礦床受到高溫成礦流體的改造,許多礦物斑晶發生了明顯的蝕變,加上多期巖相發育,至今一直缺少對其深部過程的深入研究。 

  菲律賓Baguio礦集區是全球重要的成礦省之一,蘊含著豐富的銅金礦,黑山斑巖銅金礦位于該區中部,盡管規模中等(礦石量65 Mt,平均品位0.4 % Cu,0.38 g/t Au),但各期巖相均保留有非常新鮮的各類礦物斑晶(包括斜長石、角閃石、單斜輝石),前人對各巖相也曾進行過高精度鋯石ID-TIMS定年(成巖時代為6.4-2.8 Ma),為研究島弧背景下的斑巖銅礦深部巖漿過程這一關鍵科學問題提供了難得的機會。 

  中科院地質地球所礦產資源研究院重點實驗室斑巖成礦系統學科組曹明堅副研究員與澳大利亞科廷大學Noreen J. Evans教授、加拿大湖首大學Pete Hollings教授等合作,對Baguio礦集區和黑山斑巖銅礦多期巖相開展了詳細的巖相學和礦物學研究,研究結果顯示: 

  1)各期長英質巖相(成礦前6.4 Ma、3.2 Ma→成礦期2.9-2.8 Ma)中的斜長石斑晶普遍發育韻律環帶和熔蝕環帶,熔蝕環帶多發育在斜長石斑晶核部或幔部(圖1),斜長石斑晶An牌號顯示周期性韻律變化,且絕大多數斑晶An牌號變化>20mol%,An牌號與FeO含量間顯示明顯正相關關系,同時微量元素也顯示周期性協同變化。各期長英質巖相存在兩類成分明顯不同的角閃石斑晶(鎂-綠鈉閃石和鎂角閃石),同時發育許多逆向環帶的角閃石斑晶,且不同環帶主微量元素組成具有明顯的差異。上述特征指示礦物斑晶在長英質巖漿房結晶過程中,發生了大規模的鎂鐵質巖漿的注入。 

  2)成礦前鎂鐵質巖相(4.7-3.6 Ma)中單斜輝石和角閃石斑晶普遍發育核邊結構(圖1),其中核部表現為高Mg#、Ni,低Zr、Cu、REE,邊部低Mg#、Ni,高Zr、Cu、REE,指示單斜輝石和角閃石在鎂鐵質巖漿房結晶過程中,發生顯著的長英質巖漿注入。成礦晚期(2.8 Ma)鎂鐵質巖石中的角閃石發育大量的硫化物包體,同時角閃石Cu含量也明顯高于其他鎂鐵質和長英質巖石,指示成礦晚期鎂鐵質巖石異常富Cu。 

1 菲律賓Baguio礦集區鎂鐵質巖石和長英質巖石各類礦物斑晶顯微結構

  3)成礦期閃長玢巖中具逆環帶的角閃石從核向邊部Cu含量發生了急劇升高(2.7-3.4 ppm → 40.1-42.9 ppm),而成礦前鎂鐵質巖相中具核邊結構的角閃石和單斜輝石從核部向邊部Cu含量升高同樣明顯,指示兩類注入的巖漿(鎂鐵質和長英質)相對初始巖漿房均更加富集Cu。利用Cu分配系數可估算各類巖漿Cu含量,并根據不同環帶相對大小估算混合后巖漿的Cu含量(圖2)。結果顯示成礦前新注入的長英質巖漿輕微富Cu,混合后的鎂鐵質巖漿Cu含量僅為50-100 ppm,與典型弧巖漿類似;而成礦期新注入的鎂鐵質巖漿異常富Cu(達600-650 ppm),混合后的長英質巖漿Cu含量可達300-350 ppm,推測可能與成礦晚期異常富Cu鎂鐵質巖漿注入有關。 

2 菲律賓Baguio礦集區各類估算的Cu含量

  4)礦物成分可用于估算礦物形成時的物理化學條件(包括溫度、壓力、氧逸度等)。巖漿硬石膏的產出,角閃石氧逸度計、磁鐵礦-鈦鐵礦氧逸度計和鋯石高的Ce異常指示巖漿高氧逸度特征(fO2>NNO+1)。角閃石/單斜輝石礦物溫壓計指示礦物斑晶形成于多個階段,集中在8.8-8.6 kbar、6.6-4.7 kbar2.8-2.1 kbar三個階段,分別對應于下地殼、中地殼和上地殼(圖3)。而對長英質巖漿房,從6.4Ma→3.2Ma→2.9-2.8Ma,角閃石斑晶具有相似的結晶溫度和壓力,暗示礦床深部存在一個長期活動的長英質巖漿房。 

3 菲律賓Baguio礦集區鎂鐵質和長英質深部巖漿房產出狀態

  上述結果證實在菲律賓Baguio礦集區內富Cu鎂鐵質巖漿帶來了大量Cu成礦元素,為幔源鎂鐵質巖漿帶來成礦元素提供了直接的證據,幔源巖漿注入的同時顯著提升了長英質巖漿房的成礦潛力,對后期斑巖型礦化具有重要作用;而高溫、高氧逸度特征使得成礦元素可以在持續活動的長英質巖漿房中不斷得到富集,最后在成礦期發生顯著的礦化;同時斑巖銅礦深部巖漿房在下地殼到上地殼均有發育。 

  研究成果發表于Economic GeologyJournal of Petrology。 

  1.Cao M J, Hollings P, Cooke D R, et al. Physicochemical processes in the magma chamber under the Black Mountain porphyry Cu-Au deposit, Philippines: Insights from mineral chemistry and implications for mineralization[J]. Economic Geology, 2018, 113(1): 63-82.原文鏈接 

  2.Cao M J, Evans N J, Hollings P, et al. Phenocryst zonation in porphyry-related rocks of the Baguio District, Philippines: Evidence for magmatic and metallogenic processes[J]. Journal of Petrology, 2018, 59(5): 825-848.原文鏈接 

 
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