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曹明坚等-EG&JP:菲律宾Baguio矿集区和黑山斑岩铜矿深部岩浆过程及对成矿作用的指示
2018-10-28 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  斑岩铜()矿床是全球铜、金的重要来源,研究其深部过程具有重要意义。斑晶(如斜长石和角闪石等)形成于深部岩浆房,因此可用来探讨深部岩浆过程,已在火山岩系统中得到了广泛应用。然而,由于绝大多数大型、超大型斑岩矿床受到高温成矿流体的改造,许多矿物斑晶发生了明显的蚀变,加上多期岩相发育,至今一直缺少对其深部过程的深入研究。 

  菲律宾Baguio矿集区是全球重要的成矿省之一,蕴含着丰富的铜金矿,黑山斑岩铜金矿位于该区中部,尽管规模中等(矿石量65 Mt,平均品位0.4 % Cu0.38 g/t Au),但各期岩相均保留有非常新鲜的各类矿物斑晶(包括斜长石、角闪石、单斜辉石),前人对各岩相也曾进行过高精度锆石ID-TIMS定年(成岩时代为6.4-2.8 Ma),为研究岛弧背景下的斑岩铜矿深部岩浆过程这一关键科学问题提供了难得的机会。 

  中科院地质地球所矿产资源研究院重点实验室斑岩成矿系统学科组副研究员与澳大利亚科廷大学Noreen J. Evans教授、加拿大湖首大学Pete Hollings教授等合作,对Baguio矿集区和黑山斑岩铜矿多期岩相开展了详细的岩相学和矿物学研究,研究结果显示: 

  1)各期长英质岩相(成矿前6.4 Ma3.2 Ma→成矿期2.9-2.8 Ma)中的斜长石斑晶普遍发育韵律环带和熔蚀环带,熔蚀环带多发育在斜长石斑晶核部或幔部(图1),斜长石斑晶An牌号显示周期性韵律变化,且绝大多数斑晶An牌号变化>20mol%An牌号与FeO含量间显示明显正相关关系,同时微量元素也显示周期性协同变化。各期长英质岩相存在两类成分明显不同的角闪石斑晶(镁-绿钠闪石和镁角闪石),同时发育许多逆向环带的角闪石斑晶,且不同环带主微量元素组成具有明显的差异。上述特征指示矿物斑晶在长英质岩浆房结晶过程中,发生了大规模的镁铁质岩浆的注入。 

  2)成矿前镁铁质岩相(4.7-3.6 Ma)中单斜辉石和角闪石斑晶普遍发育核边结构(图1),其中核部表现为高Mg#Ni,低ZrCuREE,边部低Mg#Ni,高ZrCuREE,指示单斜辉石和角闪石在镁铁质岩浆房结晶过程中,发生显著的长英质岩浆注入。成矿晚期(2.8 Ma)镁铁质岩石中的角闪石发育大量的硫化物包体,同时角闪石Cu含量也明显高于其他镁铁质和长英质岩石,指示成矿晚期镁铁质岩石异常富Cu 

1 菲律宾Baguio矿集区镁铁质岩石和长英质岩石各类矿物斑晶显微结构

  3)成矿期闪长玢岩中具逆环带的角闪石从核向边部Cu含量发生了急剧升高(2.7-3.4 ppm → 40.1-42.9 ppm),而成矿前镁铁质岩相中具核边结构的角闪石和单斜辉石从核部向边部Cu含量升高同样明显,指示两类注入的岩浆(镁铁质和长英质)相对初始岩浆房均更加富集Cu。利用Cu分配系数可估算各类岩浆Cu含量,并根据不同环带相对大小估算混合后岩浆的Cu含量(图2)。结果显示成矿前新注入的长英质岩浆轻微富Cu,混合后的镁铁质岩浆Cu含量仅为50-100 ppm,与典型弧岩浆类似;而成矿期新注入的镁铁质岩浆异常富Cu(达600-650 ppm),混合后的长英质岩浆Cu含量可达300-350 ppm,推测可能与成矿晚期异常富Cu镁铁质岩浆注入有关。 

2 菲律宾Baguio矿集区各类估算的Cu含量

  4)矿物成分可用于估算矿物形成时的物理化学条件(包括温度、压力、氧逸度等)。岩浆硬石膏的产出,角闪石氧逸度计、磁铁矿-钛铁矿氧逸度计和锆石高的Ce异常指示岩浆高氧逸度特征(fO2>NNO+1)。角闪石/单斜辉石矿物温压计指示矿物斑晶形成于多个阶段,集中在8.8-8.6 kbar6.6-4.7 kbar2.8-2.1 kbar三个阶段,分别对应于下地壳、中地壳和上地壳(图3)。而对长英质岩浆房,从6.4Ma→3.2Ma→2.9-2.8Ma,角闪石斑晶具有相似的结晶温度和压力,暗示矿床深部存在一个长期活动的长英质岩浆房。 

3 菲律宾Baguio矿集区镁铁质和长英质深部岩浆房产出状态

  上述结果证实在菲律宾Baguio矿集区内富Cu镁铁质岩浆带来了大量Cu成矿元素,为幔源镁铁质岩浆带来成矿元素提供了直接的证据,幔源岩浆注入的同时显著提升了长英质岩浆房的成矿潜力,对后期斑岩型矿化具有重要作用;而高温、高氧逸度特征使得成矿元素可以在持续活动的长英质岩浆房中不断得到富集,最后在成矿期发生显著的矿化;同时斑岩铜矿深部岩浆房在下地壳到上地壳均有发育。 

  研究成果发表于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. 

  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. 

 
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