科学研究

王银宏:斑岩型铜矿床金属富集和成矿机制【EG,2021】
2021-11-26 阅读:8114

斑岩型矿床为全球重要铜矿床类型,主要分布于汇聚板块边缘环太平洋成矿域、特提斯成矿域和中亚成矿域,多形成于中、新生代。斑岩型铜(--金)矿床中成矿金属富集可发生在成矿系统演化过程中某个或多个阶段,揭示金属富集成矿的关键过程是斑岩矿床研究的国际前沿问题,也是矿床学研究的热点和难点。当前,高精度铜同位素组成为示踪成矿金属元素源区提供了直接证据,矿物原位地球化学成分记录了岩浆熔体的原始组分及其形成的物理化学条件,为揭示铜富集成矿机制提供了重要信息。

针对上述科学问题,成矿动力学高等学校学科创新引智基地和岩浆-热液演化与金属成矿求真群体成员王银宏研究员在博士导师翟裕生院士指导下,依托国家自然科学基金和国家重点研发专项等项目,以中亚成矿域新疆土屋大型斑岩铜矿床为主要研究对象,开展了系统的野外地质调查,借助年代学、高精度铜和传统同位素、以及斜长石微区成分分析方法,探讨了斑岩铜矿床的成矿岩浆性质、成矿物质和流体来源,揭示了铜金属富集与成矿作用过程,并取得如下主要成果和认识:

1、年代学的系统研究厘定了土屋矿床岩浆-矿化作用时间谱系。辉钼矿Re-Os定年结果显示成矿作用时间为石炭纪(335.6 ± 4.1 Ma),与英云闪长斑岩体侵位时限基本一致(339.3 ± 1.3 Ma)。综合斑岩铜矿床年代学数据,认为石炭纪(351~300 Ma)为东天山斑岩铜矿床和中亚造山带铜(--金)矿床重要成矿期。

2、宏观野外地质现象和显微岩矿相学研究表明,土屋斑岩型铜矿床发育的主要矿脉为(2):石英-黄铜矿-黄铁矿±绢云母±斑铜矿±硫砷铜矿(阶段II)和石英-辉钼矿-黄铜矿±黄铁矿±绿泥石±绿帘石脉(阶段III),与绢英岩化热液蚀变密切相关。英云闪长斑岩中斜长石微区组分(An mol % = 2.4 ± 1.83)计算表明,致矿斑岩岩浆富含水(~7 wt %),有利于斑岩铜矿成矿作用的发生。

3、不同成矿阶段硫化物微区原位S同位素分析表明,黄铜矿、斑铜矿和硫砷铜矿具有一致的S同位素组成(δ34S = - 3.9 – 0.4‰),辉钼矿具有相对较高的δ34S值(δ34S = 2.3 – 4.4‰);黄铁矿从早到晚δ34S值呈逐渐下降的趋势(δ34S = 1.7 – 0.2‰)。上述特征结合系统的PbSi同位素结果表明,成矿金属Cu主要来自岩浆,Mo主要来自上地壳。方解石与石英的COSi同位素结果指示(4),成矿流体主要来源于早石炭世英云闪长质岩浆的出溶。

4、土屋铜矿床蚀变分带特征、铜品位及铜同位素组成变化显示(5),钾化蚀变带具有较低Cu含量和较轻Cu同位素组成(δ65Cu = 0.05 – 0.13 ‰);与之相反,绢云岩化蚀变带具有较高Cu含量和较重Cu同位素组成(δ65Cu = 0.13 – 0.46 ‰)。蚀变分带与铜同位素变化特点为中亚造山带斑岩成矿系统的找矿勘探提供了新思路。

该项研究成果对于丰富斑岩铜矿床成矿理论,深入认识控制斑岩矿床铜成矿作用的关键因素,指导斑岩铜矿找矿工作具有实际意义。


图1 中亚成矿域主要斑岩铜矿床(A)、成矿作用时间分布(B)和东天山矿床地质图(C)


图2 土屋铜矿床中主成矿阶段脉体特征及相关蚀变


图3 英云闪长斑岩中斜长石化学成分揭示岩浆具有富水特征

 


图4 方解石C和O同位素组成及产出特征


图5 土屋铜矿床岩浆岩-蚀变钻孔柱状图及铜品位、铜和铅同位素组成垂向分布图

 

上述研究发表在矿床学领域重要期刊《Economic Geology》上Wang, Y.H.*, Zhang, F.F., Liu, J.J., Xue, C.J., Zhang, Z.C., Sun, M., 2021. Geology and Genesis of the Tuwu Porphyry Cu Deposit, Xinjiang, Northwest China. Economic Geology, 116: 471-500. [IF2020=4.49]

全文链接:https://doi.org/10.5382/econgeo.4763