滇西马厂箐复式岩体岩浆混合作用:岩石学与地球化学证据

2015-12-19张广宁叶锦华和文言刘江涛

地质与勘探 2015年4期

张广宁，邓军，叶锦华，孙诺，和文言，刘江涛，高雪

(1.中国地质大学地质过程与矿床资源国家重点实验室，北京 100083;2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)

1 前言

岩浆混合作用是壳幔相互作用的一种重要形式(Akihiko et al.，2011;Gerardo et al.，2012;Fiona et al.，2013)。其中铁镁质微粒包体(mafic microgranular enclave，英文缩写为MME)作为岩浆混合作用的重要记录之一，具有“地球深部探针”的作用，是研究地球深部圈层相互作用的重要载体(Anna et al.，2014;Michale et al.，2014)。

马厂箐铜－钼－金多金属矿床位于三江成矿带中部，是在欧、亚大陆碰撞造山环境下形成的斑岩型矿床(Deng et al.，2014)(图1)。矿区发育的马厂箐复式岩体为金沙江－哀牢山富碱斑岩带的重要组成部分，与斑岩矿床的形成有着密切的时空关系。近年来，随着采矿工程的进展，揭露程度日益增高，发现马厂箐复式岩体内部大量发育MME暗色包体(葛良胜等，2002;郭晓东等，2009;2010)，一些学者对马厂箐复式岩体的不同类型包体做了对比研究，并对矿物学、岩石学(郭晓东等，2014)、地球化学和同位素年代学(和文言等，2011)等方面做了大量的相关研究，取得丰硕的成果。一些研究认为，该复式斑岩体是混合作用形成的并具有非同源性(郭晓东等，2009，2010;肖继雄等，2012;刘凯等，2014)。笔者最近在野外调查过程中发现，马厂箐复式岩体中的部分镁铁质包体与寄主岩接触部位混合作用与成矿作用关系密切。因此，以MME为探针，通过对寄主岩和MME深入的岩石学、地球化学研究，探讨马厂箐复式岩体的关系，不仅对探讨岩浆作用的深部过程具有重要意义，而且为区域成矿研究及找矿勘探提供新的启示。

图1 马厂箐矿区构造纲要图(底图据西南冶金310地质队，1981修改)Fig.1 Outline map showing geology of the Machangjing ore deposit(base diagram from Geological Brigade 310 of Southwest Metallurgical Bureau，1981)

2 矿区地质背景

在滇西金沙江－哀牢山的断裂带发育大量喜山期富碱斑岩体(邓军等，2012)，在该区一些富碱斑岩体内发育了暗色包体，其中马厂箐含矿复式富碱斑岩体中暗色微粒包体的发育尤为显著。马厂箐斑岩铜钼矿位于金沙江－哀牢山大断裂内洱海断裂的东南部，兰坪－思茅褶皱系东侧，扬子克拉通西侧，松潘甘孜褶皱系东南侧。矿区内出露的地层以马组(D1k)、青山组(D1q)和莲花曲组(D1l)以及第四系(Q)为主。区内构造复杂，发育大量褶皱和断裂，其中大型褶皱包括位于矿区西侧的走向NNW的向阳背斜以及位于矿区东侧的走向NE的响水背斜。断裂构造包含NNW、NW、NEE、NE四组。岩浆活动以马厂箐复式岩体为代表。该复式岩体出露面积1.36 km2，侵位深度0.8～3 km，岩体与围岩常呈犬牙交错的接触关系，具有多期次侵入特征(图1)。斑岩体的类型包括斑状花岗岩、正长斑岩、石英二长斑岩、花岗斑岩和煌斑岩等。该复式岩体侵位于向阳组石英砂岩与条带状灰岩以及康廊组灰岩中，围岩发育矽卡岩化。

马厂箐斑岩铜钼矿床中，铜钼矿石主要以细脉状、网脉状的形式发育于岩浆混合作用较为完全的宝兴厂矿段的花岗斑岩中，金矿石主要以含金硫化物形式赋存于岩体与下泥盆统围岩的接触带中。

3 岩相学特征

马厂箐复式岩体内发育MME的寄主岩主要为花岗斑岩:灰白色，斑状结构，块状构造。斑晶大小为0.2～3.5 mm，主要成分为石英、钾长石、斜长石及少量黑云母，其含量分别为石英15%、钾长石35%、斜长石25%、黑云母2%、角闪石3%。部分石英斑晶呈浑圆状，具有溶蚀特征。基质微粒－隐晶质结构，粒度约0.01～0.08mm;副矿物有磷灰石、榍石、磁铁矿等。

复式岩体中发育的MME包体大小不一，直径从0.5～1cm至3～10cm不等，形态多样，多呈椭圆状、次棱角状产出，部分具有拉长等塑性流变特征。包体与寄主岩石之间的接触关系包括截然(图2a)与过渡两种(图2b)，接触界面呈圆弧形或港湾状，未见冷凝边。依据手标本和岩石薄片观察，可以根据MME的成分、结构进一步将MME划分为三类(桑隆康等，2012):(1)灰－灰白色，微粒－细粒结构，主要成分为石英，粒度在0.2～2mm±，多呈不规则状、棱角状，个别较小呈近圆－浑圆状(图2e)，石英边部被暗色矿物或斜长石等环绕(图2h)，构成镶边结构。推测可能为早期岩浆结晶后的残液被后期岩浆上侵时冲破形成的残浆包体;(2)灰黑－黑色，多呈椭圆形及圆状，微粒－细粒结构，主要成分为石英、角闪石与斜长石，粒状结构，粒度在0.1～2mm±，在包体边部可见混合边/反应边，推测可能是底侵的基性岩浆与先前的酸性岩浆混合/反应形成的混杂包体;(3)灰黑－黑色，微粒－细粒结构，主要成分为长石、辉石、角闪石与石英，粒度在0.2～2.5mm±，多呈椭圆形或近圆状。这种包体中发育针状磷灰石(图2i)和具环带结构的斜长石(图2f)。推测这是一种由酸性与基性岩浆强混合与淬冷后形成的中性－中酸性成分的混染包体(图2d)。这种混染包体颜色较寄主岩深，但又比基性岩色率低，岩性主要为闪长岩等。上述三种包体都是由于底侵作用将幔源玄武岩浆注入先期的长英质岩浆，由于温度显著降低而发生岩浆混合作用而形成的(莫宣学等，2001;李胜荣等，2006)。

图2 马厂箐矿床镁铁质微粒包体特征Fig.2 Characteristics of mafic microgranular inclusions in the Machangjing ore deposit

4 主量及微量元素地球化学特征

与斑岩矿床成矿作用相关的斑岩体地球化学特征可以阐释成矿元素来源，揭示成岩作用与成矿作用的关系。本次工作重点对马厂箐复式岩体中MME与寄主花岗斑岩的主微量、稀土进行了分析，其测试数据见表1。

4.1 样品采集与测试方法

本文用于进行岩石学及地球化学研究的样品采自宝兴厂矿床PD2721和PD2795两个平硐及钻孔ZK42804和ZK44404(图1)。样品采自本次新发现的MME发育且矿化明显、几乎没有后期热液蚀变的地段。其中MME－B1呈灰－灰白色、主要成分为石英，被暗色矿物或斜长石等环绕，为上述(1)类包体;MME－B3、MME－B4呈灰黑色，主要成分为石英、角闪石与斜长石，代表上述(2)类包体;MME－B2与MME－B3、MME－B4类似，镜下见针状磷灰石，属于上述(3)类包体，在野外采用岩石切割机直接将MME暗色包体与寄主岩分割并切割下来。用于地球化学研究的全岩粉末样处理工作在河北廊坊市地源矿物测试分选技术服务有限公司进行，选取较新鲜或蚀变较弱的样品，去除表面的风化部分，将样品先粗碎到1～5mm，用3%的盐酸和去离子水多次超声浸泡和清洗至无气泡，再用去离子水清洗烘干，粉碎至200目，用于主微量元素分析测试。主微量元素测试是由澳实分析检测(广州)有限公司(ALS Chemex C Ltd)完成(见表1)，针对样品中不可避免的泥化及少量黄铁矿化，主量元素采用ME－XRF－26方法以提高精度;微量元素采用ME－MS61(四酸消减，质谱/光谱仪综合分析)，稀土元素采用ME－MS82(四酸消解，等离子光谱分析)，分析精度优于5%～10%。

4.2 主量元素

含大量MME的寄主花岗斑岩 SiO2含量为65.10%～70.60%，Al2O3为14.65%～17.55%，MgO为0.80%～1.70%，CaO为 0.43%～1.92%，Na2O+K2O为8.25%～12.23%，K2O＞Na2O，K2O/Na2O为1.10～2.81，显示出相对富钾低钠的特征。里特曼指数δ为2.47～6.77，属于钙碱性－碱性系列。铝饱和指数A/CNK为0.86～1.28，属于准铝质－过铝质。Mg#(［Mg2+/(Mg2++Fe2+)×100］)为 36～46，在TAS图解中大多成分点落入花岗岩区域中，在SiO2－K2O图解中成分点均落入高钾钙碱性系列和钾玄岩系列(图3)。

MME包体的 SiO2为62.50%～77.30%，Al2O3为10.00%～15.70%，MgO为0.75%～3.82%，CaO为0.86%～2.15%，Na2O+K2O为7.68%～10.22%，多数 K2O＞ Na2O，K2O/Na2O 0.82～3.48，铝饱和指数A/CNK(图4)为0.91～1.03，与寄主岩一样具富钾低钠和准铝质－过铝质特征。

从主量元素特征可以看出，MME中SiO2含量与寄主岩相近，但略偏基性，MME为近准铝质，而寄主岩多为准铝质－过铝质，显然受到了寄主岩浆的混染。但总体而言，马厂箐受花岗岩浆混染MME与富碱斑岩体的主量元素成分差别不大，K2O/Na2O比值普遍大于1，但 Mg、Fe以及 P成分相对高，Al2O3略低(图5、图6)，两者成分点均落在钾玄岩与高钾钙碱性系列，其 SiO2与 K2O、Al2O3、TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5均呈现负相关的线性关系。

4.3 微量稀土元素

马厂箐复式斑岩体与其中的混染包体具有一致的微量、稀土元素特征(图7)，图中黄色的区域是混染MME微量与稀土元素的投点区域范围，而黑色线条代表寄主岩石。二者总量相近，与郭晓东等(2011)所发表的混染较弱的MME数据有所不同。其中花岗斑岩样品稀土元素总量约为(ΣREE)191.90× 10－6～ 405.30× 10－6，轻稀土总量约为183.80×10－6～392.90×10－6，重稀土总量约为 8.10×10－6～12.40×10－6。LREE/HREE 为 17.42～31.69，比值相差较大。稀土配分曲线是典型的右倾型配分模式，轻重稀土分馏明显，富集轻稀土亏损重稀土。LaN/YbN为25.88～63.90。样品中δEu大多数小于1，表明岩石在形成过程中可能发生斜长石的结晶分离作用。

包体的稀土元素具有与寄主岩石近于相同的稀土元素特征。在Sr/Y－Y图解及(La/Yb)N－YbN图解中，大部分寄主岩样品落入埃达克范围(图8)，与前人对滇西新生代富碱斑岩的研究结果一致(李莉等，2013)。

表1 滇西马厂箐多金属矿床花岗斑岩和MME主微量稀土元素分析结果(FeO=1.1114×Fe2 O 3换算为FeO)Table 1 Major oxides and rare earth elements of MME and granite porphyry in Machangjing ore deposit

续表1Continued Table 1

图3 马厂箐矿床MME与花岗斑岩TAS图解以及SiO2－K 2 O图解Fig.3 SiO2－alkine and SiO2－K 2 O diagrams of the MME and granite porphyry in Machangjing ore de posit

另外，根据前人文献可见(毕献武等，2005;郭晓东等，2010)，寄主岩体的n(87Sr)/n(86Sr)变化范围 0.707333～0.707755，包体为 0.707102～0.707999，寄主岩体 n(143Nd)/n(144Nd)变化范围0.512330～0.512354，包体的变化范围为0.512305～0.512348，二者区间基本一致。

图4 马厂箐矿床MME与花岗斑岩A/NK－A/CNK图解Fig.4 Diagram of A/NK versus A/KNC of MME and granite porphyry in Machangjing ore deposit

5 讨论

5.1 岩浆混合的证据

马厂箐富碱斑岩体具有岩浆混合作用的各种特征与标志，其中最显著的特点是岩体中发育大小不一的暗色包体，且包体与寄主岩之间的接触边界不发育冷凝边，而出现溶蚀反应边，表明包体是由液态岩浆注到花岗质岩浆中形成的，并非是围岩的捕掳体，更不是同源岩浆早期的结晶产物。MME包体中发育针状磷灰石(图2i)、钾长石巨晶(图2f)，并可见典型的长石环带结构(图2g)与不平衡矿物组合，推测是镁铁质岩浆注入长英质岩浆后由于温度的降低较快而发生。

图5 Ⅰ拉斑玄武岩浆的分离结晶作用，Ⅱ经过不同分离结晶作用的基性岩浆与壳源长英质岩浆混合线(王晓霞等，2005)Fig.5 (I)Isolation and crystallization of tholeiitic magma.(II)Mixture line of basic rock magma and crust－derived felsic magma after different Isolation and crystallization(from Wang et al.，2005)

前人对岩浆混合作用在岩石主、微量元素方面的表现进行了研究(毕献武等，2005;李莉等，2013)，指出岩浆混合作用是两种液态岩浆之间的混合，几乎没有任何固体物质参与。马常箐矿区的MME与寄主花岗斑岩具有相似的地球化学特征，岩石的主要氧化物与SiO2之间具有呈线性分布的特征，这种特征与岩浆混合作用有关(郭晓东等，2010)(图6)。在MgO vs FeO(%)关系图中(图5)，MME的成分没有落到拉斑玄武岩分离结晶作用演化线上，而是落到基性岩浆与长英质岩浆混合演化曲线内，表明 MME是幔源基性岩浆受到壳幔同熔岩浆不同程度的混染形成的。MME与寄主岩石的稀土和微量元素总量相近，且表现出相关和一致性，如寄主岩与包体具有相似的轻重稀土分馏明显，富集轻稀土亏损重稀土等特征以及稀土配分曲线，反应二者均是熔融岩浆结晶的产物且经历了相似的变化趋势。

另外，前人对本区寄主岩石的同位素分析结果显示(毕献武等，2005;郭晓东等，2010)，寄主岩与包体都具有高Sr、低Nd的特征，寄主岩和弱混染包体的n(87Sr)/n(86Sr)均高于原始地幔值(0.7045)，n(143Nd)/n(144Nd)低于原始地幔(0.512638)，寄主岩与包体的Sr、Nd同位素既不属于典型的幔源岩浆，也与典型大陆地壳物质不同，显示了壳幔岩浆混合作用的某些特征。前人有关本区寄主岩与包体的同位素年代学资料显示，镁铁质包体形成于35.13±0.23 Ma(郭晓东等，2010)，而其寄主花岗斑岩形成于35.0±0.2 Ma(王治华等，2012)，形成时代非常相近。因此，马厂箐复式岩体经过了复杂的岩浆混合作用过程，是壳幔岩浆混合作用的产物。本区弱混染MME、中等混染MME、强混染MME和寄主花岗斑岩组成了一个基性－中性－中酸性包体混合作用演化序列。

5.2 岩浆混合作用的机制及其与成矿的关系

前人对岩浆混合作用进行了大量的研究，先后提出过富气镁铁质岩浆上升模式(Eichelberger，1980)、层状对流模式(Vernon，1984)、岩浆喷泉模式(Frost et al.，1984)等。但是无论哪种模式都认为岩浆混合作用受岩浆的温度、成分及粘度等因素制约，并通过扩散、对流等方式来实现(Vernon，1984)。因为基性岩浆与酸性的温度、成分和粘度的差异最大，有利于发生岩浆混合作用。因此岩浆混合作用总是与基性岩浆注入酸性岩浆有关(莫宣学，2011)。由于玄武质岩浆的底侵作用是诱发地壳发生部分熔融产生酸性岩浆的重要机制，因此，底侵作用成为发生岩浆混合作用的最重要机制(莫宣学等，2001)。

近年来有研究者提出，在发生玄武岩浆底侵作用地区，壳幔边界附近的下地壳会伴随发生熔融、同化混染、储积与混合的作用过程，也就是MASH(M熔融、A混染、S储积、H混合)过程，在这个过程中不仅可以使幔源金属元素和形成硫化物的硫源不断地补充到岩浆体系中(董国臣等，2006)，成为“矿源”，而且，由于不同成分岩浆的混合，组分、温度、粘度等的差异，有利于发生岩浆的对流循环，从而驱动成矿流体和成矿物质运移，当物理化学条件改变，这些成矿物质就会沉淀和聚集(毕献武等，2005)。因此，岩浆混合作用与成矿作用有着密切的关系。

马厂箐复式岩体中的花岗斑岩普遍发育MME包体，寄主花岗斑岩和MME的岩石学、主微量元素、稀土和同位素地球化学特征表明，花岗斑岩和MME包体经历了岩浆混合作用。推测正是由于幔源的玄武岩浆底侵作用导致下地壳中形成富碱花岗岩浆，但富碱花岗岩岩浆上升到近地表时，继续伴随玄武岩浆的底侵，从而导致基性岩浆注入酸性岩浆，在近地表发生强烈岩浆混合作用，玄武岩浆的底侵和混合作用将地幔铜、钼等成矿物质带到地壳浅部。幔源玄武岩岩浆底侵和不同岩浆的混合作用是形成马厂箐斑岩铜钼矿的重要原因。在马厂箐矿区，复式岩体中岩浆混合作用最强烈的地段的花岗斑岩矿化最为显著的事实，也印证了岩浆混合作用对成矿作用贡献的认识。

图6 马厂箐矿床MME与花岗斑岩哈克图解Fig.6 Harker diagrams of MME and granite porphyry in Machangjing ore deposit

图7 马厂箐矿床MME(灰色区域)与花岗斑岩微量元素蛛网图(上)与稀土元素配分图(下)Fig.7 Primitive mantle-normalized trace element distribution diagram(upper)and the chondrite-normalized REE pattern diagram(lower)of MME(grey region)and granite porphyry in Machangjing ore deposit

图8 马厂箐矿床MME与花岗斑岩Sr/Y－Y图解(下)和(La/Yb)N－Yb N图解(上)Fig.8 Sr/Y－Y(lower)and(La/Yb)N－Yb N(upper)diagram of MME and granite porphyryin Machangjing deposit

6 结论

(1)滇西马厂箐花岗斑岩和其中MME的岩石学、主量与微量、以及稀土元素和同位素特点的对比分析，揭示了该花岗斑岩和其中的MME经历了岩浆混合作用过程。

(2)根据马厂箐复式岩体岩浆混合作用的特征，结合前人对岩浆混合作用机制的研究，认为马厂箐复式岩体和其中的MME可能与该地区地幔玄武岩的底侵作用有关。成矿与玄武岩底侵导致的不同岩浆混合作用有关。

致谢感谢审稿人对本文的悉心审阅。感谢杨立强教授、喻学惠教授对论文进行了严格和认真细致的修改补充，以及戢兴忠博士与郭耀宇博士在论文完成过程中所提供的帮助。

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