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  地质通报  2017, Vol. 36 Issue (10): 1800-1813  
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姚雪, 李文昌, 刘学龙, 张娜, 杨富成, 彦廷龙, 王帅帅, 罗应. 滇西北格咱岛弧带南缘铜厂沟斑岩铜钼矿床花岗闪长斑岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及其地质意义[J]. 地质通报, 2017, 36(10): 1800-1813.
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Yao X, Li W C, Liu X L, Zhang N, Yang F C, Yan T L, Wang S S, Luo Y. Geochemistry and zircon U-Pb age of the Tongchanggou porphyry Cu-Mo deposit on the southern margin of Geza arc, northwest Yunnan Province, and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2017, 36(10): 1800-1813.
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基金项目

云南省科技领军人才计划项目《西南“三江”叠合成矿作用与成矿预测》(编号:2013HA001)、国家自然科学基金项目《云南格咱岛弧印支期斑岩型铜矿床变化与保存研究》(批准号:41502076)、云南省教育厅科学研究基金项目《云南格咱岛弧成矿带斑岩型铜矿成矿系统研究》(编号:2015Y066)

作者简介

姚雪(1983-), 女, 在读博士生, 矿产勘查与勘探专业。E-mail:75901547@qq.com

通讯作者

刘学龙(1983-), 男, 博士后, 副教授, 矿床学专业, 从事地质矿产研究及矿床学教学工作。E-mail:xuelongliu@foxmail.com

文章历史

收稿日期: 2016-08-05
修订日期: 2017-03-09
滇西北格咱岛弧带南缘铜厂沟斑岩铜钼矿床花岗闪长斑岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及其地质意义
姚雪1, 李文昌1,2, 刘学龙1, 张娜1, 杨富成1, 彦廷龙1, 王帅帅1, 罗应1    
1. 昆明理工大学, 云南 昆明 650093;
2. 中国地质调查局成都地质调查中心, 四川 成都 610081
摘要: 云南格咱岛弧构造-岩浆成矿带是义敦岛弧的重要组成部分,属于西南三江地区铜多金属矿床富集区之一。对格咱岛弧南缘铜厂沟成矿斑岩的岩石学、地球化学特征及锆石U-Pb年龄进行了研究,系统分析了区内花岗岩的岩石成因、形成的构造环境及成岩成矿的地球动力学背景。铜厂沟成矿斑岩主要为花岗闪长斑岩,用LA-ICP-MS测得其中锆石的206Pb/238U年龄为87.62±0.59Ma。岩石地球化学特征表明,铜厂沟花岗闪长斑岩具有高硅、富碱、富钾的特点,属于高钾钙碱性岩石系列;岩石具有较高的稀土元素总量;富集轻稀土元素,轻、重稀土元素分馏明显,δEu为0.89~0.97,具较弱的负异常;微量元素特征表明,岩石富集大离子亲石元素K、U、Th、Rb、Ba、Sr,亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti;大离子亲石元素的富集和Nb、Ta等高场强元素的亏损,说明岩浆主要来源于壳源物质的部分熔融。本区花岗岩形成于碰撞后与伸展构造的转换阶段,属于碰撞造山过程的产物。碰撞诱发的岩石圈地幔物质上涌导致地壳发生部分熔融作用,形成富钾的初始含矿岩浆,岩浆沿深大断裂上升侵位最终形成了格咱岛弧燕山晚期的构造-岩浆作用及成矿事件。
关键词: LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄    花岗闪长斑岩    地球化学特征    成矿机制    铜厂沟    云南    
Geochemistry and zircon U-Pb age of the Tongchanggou porphyry Cu-Mo deposit on the southern margin of Geza arc, northwest Yunnan Province, and its geological significance
YAO Xue1, LI Wenchang1,2, LIU Xuelong1, ZHANG Na1, YANG Fucheng1, YAN Tinglong1, WANG Shuaishuai1, LUO Ying1     
1. Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, Yunnan, China;
2. Chengdu Geological Survey Center of China Geological Survey, Chengdu 610081, Sichuan, China
Abstract: The Geza tectonic-magmatic belt is an important part of Yidun arc and also an important ore concentration area of copper polymetallic deposits in the Sanjiang region of southwest China. Based on the study of petrologic and geochemical characteristics and zircon U-Pb geochronology of the Tongchanggou oreforming porphyry on the southern margin of Geza arc, the authors systematically analyzed the petrogenesis, tectonic environment, diagenesis and metallogenic geodynamic background of the granite. The rock type of Tongchanggou metallogenic porphyry is granodiorite porphyry, the research results of the zircon U-Pb geochronology show that the age of emplacement and crystallization of the magma is 87.62±0.59Ma (MSWD=0.52) by LA-ICP-MS method. Petrographic and lithogeochemical characteristics indicate that Tongchanggou granodiorite porphyry has characteristics of high silicon (63.02%~74.06%), high alkali (K2O+Na2O=6.97%~8.79%), and rich K (K2O/Na2O=0.71~2.13). The rocks belong to high-K calc-alkaline rock series enriched in light rare earth elements. The fractionation between LREE and HREE is obvious. δEu values are 0.89~0.97 with a weak negative anomaly. The analytical results of trace elements show that the rocks are enriched in large ion lithophile elements of K, U, Th, Rb, Ba, Sr, and depleted in high field strength elements of Nb, Ta, P, Ti, suggesting that the formation of magma might have been derived from the partial melting of crust materials. The granite was formed in the conversion stage of post-collision and extensional tectonics, belonging to the product of the collision orogenic process. The collision induced upwelling of the lithospheric mantle which led to partial melting of the crust and formed the potassium-rich and orebearing initial magma. Magma rising and intrusion along the deep faults eventually triggered the late Yanshanian tectonic-magmatic and metallogenic events in Geza area.
Key words: LA-ICP-MS zircon U-Pb age    granodiorite porphyry    lithogeochemical characteristics    mineralization mechanism    Tongchanggou    Yunnan    

格咱岛弧构造-岩浆成矿带位于特提斯-喜马拉雅成矿域义敦岛弧带的南端,区内岩浆活动强烈,构造作用十分复杂。自印支期以来,复杂的地质历史造就了其既是一个复合造山带,又是一个复杂的斑岩成矿系统,具有极好的成矿地质条件。研究发现,区内矿床的形成与地质构造演化存在着密切的联系,不同阶段发育不同类型的矿床[1]。印支期,伴随洋壳的俯冲消减,形成了与中酸性岩浆侵入作用密切相关的斑岩型(矽卡岩型)铜多金属矿床[2-7];燕山晚期,受地壳缩短和地壳加厚的影响,下地壳发生拆沉作用,导致格咱岛弧发生强烈的碰撞型花岗岩浆的侵位,并伴有钼(铜)多金属成矿作用的形成[8-13];喜山期,受青藏高原碰撞隆升和侧向走滑剪切作用的影响,发育幔源岩浆的侵入作用,并形成了斑岩型金(铜-钼)矿床[3, 14]。3期成矿作用强烈,尤以印支期斑岩型铜矿最典型,是中国目前确定的首个印支期斑岩型铜矿成矿带,也是铜多金属矿找矿评价的重要地区之一。燕山晚期花岗岩带呈近南北向带状叠加于印支期斑岩带上,纵跨扬子板块边缘、甘孜-理塘结合带及格咱岛弧带3个构造单元[10],并发育强烈的钼(铜)多金属成矿作用,显示出巨大的资源潜力,但对区内燕山期的成矿斑岩尚缺乏系统的研究和厘定。本文在前人工作基础上,以燕山期铜厂沟典型成矿斑岩体为研究对象,开展系统的岩石学和地球化学研究,用LA-ICP-MS测得铜厂沟辉钼矿化花岗闪长斑岩中锆石U-Pb年龄,探讨成岩成矿时代、岩浆形成的源区特征、岩石成因及地质意义,对区内燕山期成岩成矿作用的研究具有一定的指示意义。

1 区域地质背景及成矿岩体特征

铜厂沟斑岩型铜钼矿床位于格咱岛弧(义敦岛弧带的南端)成矿带的西南缘,与扬子地台边缘坳陷带及甘孜-理塘结合带相接(图 1)。西侧为金沙江板块结合带南段,东侧是甘孜-理塘板块结合带向南急剧尖灭部位;扬子陆块盐源-丽江中生代地台呈楔形嵌入格咱岛弧与甘孜-理塘结合带中间,其边界断裂分别为楚波-熏洞断裂及安家村断裂。区内构造作用复杂,岩浆活动强烈,除华力西旋回及印支旋回广泛发育的中基性火山岩外,超基性、基性火山岩也很发育。印支期以中酸性岩浆侵入作用为主,并广泛发育石英闪长玢岩、石英二长斑岩等;燕山期以酸性岩浆侵入作用为主,发育二长花岗岩、花岗闪长斑岩;喜马拉雅期以酸性、富碱质岩浆活动为主,发育二长花岗斑岩、正长斑岩等岩浆侵入活动,有较多岩体分布,但出露面积均较小。印支期和燕山期发育的浅成-超浅成中酸性侵入岩与该区绝大多数铜钼多金属矿床的具有密切的联系。

图 1 云南格咱岛弧成矿带构造-岩浆分布(据参考文献修改) Fig.1 Structure-magma distribution of the Geza metallogenic belt in Yunnan Ⅰ—扬子板块;Ⅱ—甘孜-理塘板块结合带;Ⅲ—义敦岛弧带;Ⅳ—中咱微陆块;Ⅴ—金沙江结合带;Ⅵ—江达-维西火山弧;Ⅶ—昌都-兰坪陆块;Ⅷ—三达山-景洪火山弧;Ⅸ—澜沧江结合带;Ⅹ—保山地块

矿区出露地层主要为上二叠统黑泥哨组(P2h)以玄武岩为主的火山岩建造、中三叠统北衙组(T2b)碳酸盐建造,以及少量第四系更新统(Qp)、全新统(Qh)。矿区整体为轴向近南北向的背斜构造,由于受到后期断裂破坏,背斜出露残缺不全。背斜东翼产状60°∠50°、西翼280°~350°∠45°~80°,背斜枢纽向北倾伏,倾伏角50°~60°。核部地层为黑泥哨组(P2h)玄武岩,两翼地层依次为北衙组一段(T2b1)灰岩、北衙组二段(T2b2)、北衙组三段(T2b3),轴部附近发育花岗闪长斑岩。

矿区岩浆岩发育,火山岩以玄武岩为主,分布于黑泥哨组(P2h)内。侵入岩有燕山期中酸性浅成岩体,沿铜厂断裂附近分布,侵入岩体的出露面积均很小,主要岩体有铜厂坪以北近东西向排列的2个辉绿玢岩(βμ)和花岗闪长斑岩(γδπ)(图 2)。辉绿玢岩(Ⅱ号岩体、Ⅲ号岩体)呈岩株状产出,侵位于北衙组二段(T2b2)灰岩中,出露面积很小。区内成矿斑岩体主要由花岗闪长斑岩组成,分布于联办村以北(Ⅰ号岩体)和花椒坪(Ⅳ号岩体)2处,侵位于北衙组二段(T2b2)白云质灰岩中,辉钼矿化主要产于花岗闪长斑岩体内及围岩接触带附近。

图 2 铜厂沟斑岩型铜钼矿床地质简图 Fig.2 Geological sketch map of the Tongchanggou porphyry copper molybdenum deposit

花岗闪长斑岩在地表的出露面积较小,主要呈岩枝和岩株状产出。岩石呈灰色-灰白色,具典型斑状结构,块状构造(图版Ⅰ-ac)。斑晶成分主要为自形-半自形的斜长石(20%~30%),双晶、韵律结构发育;钾长石(10%~15%)呈半自形板状,表面常见泥化、绢云母化蚀变现象;石英(1%~5%)具他形粒状结构,波状消光;黑云母(5%~15%)呈板片状分布,为黄褐色,多色性显著;角闪石(约5%)呈浅绿色,为柱状,切面呈菱形,多色性显著(图版Ⅰ-d)。基质含量30%~40%,矿物组成与斑晶大致相当,主要由微细粒长英质和暗色矿物(黑云母、角闪石)组成,副矿物可见磷灰石、榍石、锆石(图版Ⅰ-e)等。岩石发育有钾长石化、黑云母化、绢云母化、绿帘石化、绿泥石化。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a.花岗闪长斑岩,岩石具斑状结构、块状构造;b.辉钼矿化花岗闪长斑岩,岩石具钾长石化;c.花岗闪长斑岩中斜长石(Pl)斑晶具聚片双晶和环带构造,钾长石(Kfs)为半自形板状,表面具泥化、绢云母化;d.花岗闪长斑岩的斑晶主要由斜长石(Pl)、钾长石(Kfs)、石英(Q)、黑云母(Bi)等组成;e.岩石中硅化交代强烈,硅质大部分为微细粒石英,石英颗粒呈浸染状强烈交代基质及斑晶边缘,并见有磷灰石(Ap)、锆石(Zrn)、榍石(Spn)副矿物组合;f.花岗闪长斑岩中辉钼矿(Mot)、黄铜矿(Cop)、黄铁矿(Py)共生组合,辉钼矿呈菊花状集合体,黄铜矿常与辉钼矿相互包裹

目前,主要工业矿体有KT1、KT2。其中,KT1矿体赋存于玄武岩与灰岩接触带的矽卡岩中,矿体呈似层状展布,总体向北西陡倾,局部倒转,倾向南东。铜钼成矿元素具有明显的垂直分带性,表现为矿体浅部以铜为主,中部(岩体边缘及接触带)为铜钼共生组合,深部以钼为主。矿体平均厚度4.7m,Cu品位0.11%~7.32%,平均品位1.45%,品位变化较均匀;Mo品位0.03%~1.29%,平均0.17%,Mo品位变化系数98.4%,属较均匀型。KT2矿体赋存于KT1下盘北衙组一段(T2b1)的矽卡岩或矽卡岩化灰岩中,地表无工程控制,由TPD6和TPD5的坑探工程控制。矿体呈似层状产出,总体向北西陡倾,倾角45°~79°,矿化以钼为主,局部具弱铜矿化,矿体厚度1.0~19.1m,平均7.2m,厚度变化系数82.45%,属较稳定型;Mo品位0.04%~0.59%,平均0.17%。矿石中金属矿物主要为辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿、蓝铜矿、磁铁矿;脉石矿物为石英、方解石、钾长石、黑云母等。矿石矿物以中粒-细粒结构为主,他形粒状结构、自形-半自形晶粒结构、包含结构、压碎结构次之。矿体主要赋存于花岗闪长斑岩及其接触带中,矿石构造以脉状、细脉状、浸染状构造为主(图版Ⅰ-bf),矿床类型属斑岩型。目前,矿区共探获钼资源量25×104t,矿床规模达到大型。

2 样品的采集与分析 2.1 样品的采样

LA-ICP-MS锆石U-Pb测年样品(LBB-09)采自滇西北铜厂沟含矿斑岩体的钻孔岩心(取样位置见图 2),样品量为5kg。研究所需的岩石地球化学样品采自铜厂沟铜钼矿含矿岩体的钻孔岩心及探矿坑道内。

2.2 测试方法

样品用常规方法分选,即原岩样品粉碎成粉末,经淘洗、电磁选、重液分选得到含量较高的锆石样品后,在双目显微镜下挑选出锆石晶体。将待测锆石样品和标样TEM一起,制成直径25mm、厚5mm的环氧树脂样品靶。阴极发光(CL)图像和LA-ICP-MS U-Th-Pb同位素分析在中国地质科学院矿产资源所成矿过程国家重点实验室完成。锆石定年所用仪器为Finnigan Neptune型多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)和Newwave UP 213 Nd(YAG激光剥蚀系统),采样方式为单点剥蚀,数据采集采用所有信号同时静态方式接收。锆石年龄采用锆石TEM作为外标,标准和样品测试前先对空白进行测量,详细的测试过程参见文献[17]。全岩的主量和微量元素测试在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所完成,主量元素采用X-荧光光谱仪(XRF)测定,精度优于5%。微量和稀土元素分析测试仪器为Finnigan MAT制造的ElementI型Element Ⅱ高分辨率电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS),相对湿度30%,误差范围小于5%。

3 岩石地球化学特征及锆石U-Pb年龄 3.1 岩石地球化学特征 3.1.1 主量元素

铜厂沟铜钼矿床花岗闪长斑岩的岩石地球化学分析结果见表 1。SiO2含量为65.56%~74.06%,平均为68.29%;Al2O3含量为11.43%~16.07%,平均为14.40%;全碱(Na2O+K2O)含量为5.62%~8.79%,平均为7.41%;P2O5含量为0.24% ~0.33%,平均为0.27%。K2O/Na2O值为0.71~2.13,个别样品K2O含量较高,可能与岩浆演化后期钾质碱性热液交代作用形成钾化相关。在花岗岩Q-A-P命名分类图解中,大部分样品点落入花岗岩-花岗闪长岩区域(图 3)。里特曼指数(σ)为1.1~3.3,平均为2.21( < 3.3),属高钾钙碱性岩石系列,部分为钾玄岩岩石系列(图 4-a)。铝饱和指数(A/CNK)为0.83~1.0,平均为0.95,属准铝质花岗岩(图 4-b)。固结指数(SI)为8.89~13.09,表明岩浆酸性程度较高,分异指数(DI)为76.5~86.0,表明岩浆分异演化彻底。

图 3 花岗岩Q-A-P分类图解 Fig.3 Q-A-P classification diagram of the granite 1—富石英花岗岩;2—碱长花岗岩;3a—花岗岩;3b—花岗岩(二长花岗岩);4—花岗闪长岩;5—英云闪长岩、斜长花岗岩;6—碱长石英正长岩;6—正长岩;7—石英正长岩;7—二长岩;8—石英二长岩;8—二长岩;9—石英二长闪长岩;9—二长闪长岩;10—石英闪长岩、石英辉长岩、石英斜长岩;10—闪长岩、辉长岩、斜长岩
表 1 铜厂沟花岗闪长斑岩岩石主量、微量和稀土元素分析结果 Table 1 Major, trace and rare earth elements analytical results of Tongchanggou granodiorite porphyry
图 4 铜厂沟花岗闪长斑岩SiO2-K2O图解(a)和A/CNK-A/NK分类图解(b) Fig.4 SiO2-K2O(a)and A/CNK-A/NK(b)diagrams for Tongchanggou granodiorite porphyry
3.1.2 稀土和微量元素特征

岩石稀土元素总量(ΣREE)较高,为178×10-6~233×10-6,平均为216×10-6,高于中国花岗岩的平均值(168 ×10-6)。轻、重稀土元素比值(LREE/HREE)为17.24~21.49,表明轻稀土元素较富集,重稀土元素相对亏损;LaN/YbN为31.0~45.9,岩石具较高的轻、重稀土元素分馏程度。δEu为0.79~0.89,平均值为0.86,具较弱的负Eu异常特征,Ce无明显异常(0.89~0.97)。不同样品稀土元素配分模式表现出相似或一致的变化趋势,配分曲线呈向右中等倾斜的轻稀土元素富集型模式(图 5-a)。

图 5 铜厂沟花岗闪长斑岩稀土元素球粒陨石标准化图(a,标准化值据参考文献[18])和微量元素蛛网图(b,标准化值据参考文献[19]) Fig.5 Chlondrite-normalized patterns of REE(a)and primitive mantle normalized patterns of trace elements(b)in Tongchanggou granodiorite porphyry

全岩微量元素标准化图解呈多峰谷模式(图 5-b),与相邻元素相比,Nb、Ta、P、Ti具明显亏损,而Rb、(Th+U+K)、La+Ce、Nd、Zr+Hf+Sm、Y+Yb+Lu等元素相对富集,显示富集大离子亲石元素(LILE)K、U、Th、Rb、Ba、Sr,亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta、P、Ti的特征,表明形成这些岩体的岩浆主要来源于地壳,具有造山带花岗岩的地球化学特征。Th/U值为0.94~5.26,平均值为3.88,与地壳平均值3.8较一致。在地球演化的过程中,K、Rb不断向上迁移进入硅铝层,上地幔源表现出K、Rb的亏损,Sr主要富集在斜长石中取代Ca的位置。Rb/Sr值越高,说明源岩主要源自上部陆壳(平均值约为0.32[19])。铜厂沟花闪长斑岩的Rb/Sr值为0.08~0.29,平均值为0.15,小于上部陆壳平均值,但远大于地幔平均值(0.025),表明花岗岩的形成经历了强烈的分异演化过程。

3.2 锆石U-Pb年龄

选取铜厂沟花岗闪长斑岩(LBB-09)样品中的14颗锆石进行测定,每颗锆石测定一个点,锆石阴极发光(CL)图像、测点位置及测定结果见图 6表 2。锆石呈无色透明-浅黄色,具自形-半自形柱状和核边结构,颗粒长度为80~200μm,长宽比为1.5:1~3:1,锆石中发育较清晰的韵律环带结构,属于典型的岩浆成因锆石。

图 6 铜厂沟花岗闪长斑岩岩体锆石阴极发光(CL)图像、测点位置和206Pb/238U年龄 Fig.6 Cathodoluminescence(CL)images of zircon from Tongchanggou granodiorite porphyry
表 2 铜厂沟花岗闪长斑岩岩体LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析 Table 2 U-Th-Pb composition of zircons from Tongchanggou granodiorite porphyry measured by LA-ICP-MS technique

分析结果表明,样品中锆石的Th含量为74×10-6~2695×10-6,U含量为403×10-6~1170×10-6,Th/U值为0.19~2.30,平均值为0.49(岩浆成因的锆石Th/U值一般大于0.4[20]),表明这些锆石属典型的岩浆成因锆石。测点所获得的年龄变化范围为86±1~89±3Ma,年龄值的分布较集中,在U-Pb谐和图上均投影在谐和线上及其附近(图 7),得到其年龄加权平均值为87.62 ± 0.59Ma(MWSD=0.52,n=14),代表了铜厂沟辉钼矿化花岗闪长斑岩岩浆的结晶年龄。

图 7 铜厂沟花岗闪长斑岩锆石U-Pb谐和图 Fig.7 Zircon 206Pb/238U-207Pb/235U concordia diagram from Tongchanggou granodiorite porphyry
4 讨论 4.1 花岗闪长斑岩的形成时代

近年来,国内外众多地质学者对格咱岛弧带内的花岗质成矿斑岩体进行了高精度的锆石U-Pb年龄(SHRIMP和LA-ICP-MS)的测定,但大量的同位素年龄都反映出区内成岩成矿-构造-岩浆事件主要集中于237~203Ma[21],属印支晚期洋壳俯冲造山作用过程的产物。近年来,格咱岛弧带内的研究工作也揭示了本区燕山期成岩成矿事件的存在,李健康等[15]采用辉钼矿Re-Os测年方法获得了休瓦促钨-钼矿床黑云母二长花岗斑岩中辉钼矿的形成时代为83±1Ma,热林铜-钼矿床黑云母二长花岗岩中辉钼矿形成时代为81.2±2.3Ma;热林黑云母二长花岗岩中黑云母Ar-Ar年龄为82.01±0.86 Ma[16]。孟健寅等[22]获得红山矽卡岩型矿石中辉钼矿Re-Os年龄为79.32±0.87Ma,相对于印支期斑岩型铜矿的研究工作而言,燕山期斑岩型铜钼矿床的研究正在开展和不断深入。铜厂沟铜钼矿床是格咱岛弧成矿带内近年来区内新的找矿重大成果,是区内燕山期斑岩型铜钼矿床成矿作用的典型代表,目前矿床规模已达大型,找矿潜力较大。李文昌等[10]测定铜厂沟铜钼矿床辉钼矿的Re-Os年龄为85±2Ma。本次研究获得,铜厂沟辉钼矿化花岗闪长斑岩锆石U-Pb年龄为87.62±0.59Ma,表明铜厂沟铜钼矿床成岩成矿的时限基本一致,属于燕山晚期构造-岩浆活动的产物。

区内燕山晚期花岗岩体呈近南北向带状叠加于印支期斑(玢)岩带上,该斑岩带向北延至四川乡城、稻城,向南延至扬子陆块西缘的香格里拉铜厂沟、拉巴—东炉房地区,形成以斑岩型铜钼为主的斑岩-矽卡岩型钼多金属矿床。成矿岩体的空间分布从北向南呈现出规模出露-半隐伏-隐伏的分布规律,呈粗粒花岗岩-似斑状花岗岩-斑岩的分布规律,产出石英脉型铜钼矿、蚀变岩浸染状钼矿和细网脉状(斑岩型)钼矿3种就矿样式。区内燕山期花岗岩的大面积分布也指示,从印支期洋壳俯冲造山至陆陆碰撞造山作用过程都存在构造-岩浆-成矿作用。

4.2 岩石成因与构造环境

前已述及,铜厂沟花岗闪长斑岩岩体在地表仅呈现小的岩枝或岩柱状分布,深部工程揭露表明岩体主要为隐伏岩体。地球化学特征表明,本区花岗闪长斑岩具有高硅、高碱、富钾,低磷、低钙镁的特点,岩石富集大离子亲石元素,亏损高场强元素,属于高钾钙碱性岩石系列。在花岗岩ACF成因分类图解(图 8)中,样品点大部分落入S型花岗岩区域,部分处于I型与S型花岗岩的过渡区域,表明铜厂沟花岗闪长斑岩具有S型花岗岩的特征。

图 8 花岗岩A-C-F判别图解 Fig.8 A-C-F discrimination diagram of granite

花岗岩构造环境判别为岩石成因的认识提供了主要信息。在微量元素构造环境判别图解(图 9)中,多数样品点落入碰撞后至板内的过渡区域,处于碰撞后至造山后伸展的过渡环境,属碰撞造山作用过程的产物,这也暗示该区燕山晚期存在岩浆增生事件。晚三叠世晚期,格咱岛弧经历了洋壳俯冲造山过程(238~208Ma),燕山早期发生碰撞造山作用(208~138Ma),燕山晚期进入了由挤压向伸展环境转变的构造体制[3, 20]。燕山晚期发育的构造-岩浆作用与成矿事件是该区一次重要的地壳熔融事件,形成于陆-陆碰撞之后50~70Ma,这样的时间间隔明显大于一般的陆-陆碰撞至碰撞后的地壳部分熔融发生的时间间隔[24]。本区钙碱性花岗岩的形成可能不是简单的由碰撞后的松弛造成地壳的部分熔融引发的,区内花岗岩岩石地球化学特征显示,花岗岩的形成可能存在深部物质源区的加入。因此,笔者认为,铜厂沟花岗闪长斑岩的形成与燕山期碰撞造山事件密切相关。

图 9 花岗岩构造环境判别图解[23] Fig.9 Discriminant diagram of tectonic settings for Tongchanggou granodiorite porphyry
4.3 矿床形成机制

格咱岛弧带位于特提斯成矿域(Ⅰ级),喀喇昆仑-三江 < 造山带>成矿省(Ⅱ级),义敦-格咱 < 造山带/弧盆系>金-银-铅-锌-铜-锡-汞-锑-钨-铍成矿带(Ⅲ级)内。该区特殊的地质构造背景造就了广泛的构造-岩浆-成矿作用,其地质构造演化过程也必然受义敦岛弧构造演化的影响和制约。格咱岛弧自晚三叠世甘孜-理塘洋壳向西发生俯冲以来,源自俯冲板片的脱水流体对幔源区的交代诱发了幔岩的熔融,形成钙碱性岩浆,钙碱性岩浆发生浅成-超浅成岩浆侵位,形成大量次火山岩及闪长岩-闪长玢岩,构成火山-岩浆弧的主体[25]。在格咱地区,火山岩主要属亚碱性系列,绝大多数为玄武岩-安山岩组合,与安山岩同源的印支期岛弧型中酸性浅成斑(玢)岩的发育,属同源岩浆在不同阶段分异演化的产物[26]。在岩体内或外接触带产出有斑岩型铜(金)矿床(普朗、雪鸡坪、春都等)及矽卡岩型的铜多金属矿床(红山、浪都)。燕山晚期该区发育有陆壳重熔型花岗岩浆侵入作用,标志着造山后伸展作用的开始,同时伴随有强烈的钨、钼多金属成矿作用发生,形成了与二长花岗岩有关的石英脉型钨-钼矿(休瓦促、沙都格勒)及沿构造破碎带发育的铜-钼多金属矿床(热林),红山深部与隐伏花岗岩体密切相关的斑岩型铜-钼矿床及格咱岛弧南延部分(铜厂沟一带)与花岗闪长斑岩侵位密切相关的斑岩型-矽卡岩型铜-钼多金属矿床,其空间上分布于弧后区部位,形成本区另一条重要的花岗岩带。

燕山晚期,区内陆壳重熔型岩浆的侵位揭示了格咱岛弧区域应力场的重大转变,主要由北北西向的挤压转变为近南北向的伸展,也说明了该区地壳加厚作用的减弱或停止[12]。由于地壳双倍增厚,地壳下部岩石变质导致高密度矿物组合(榴辉岩相),陆壳缩短作用使地壳和岩石圈增厚,导致热-物质结构产生重力失稳,形成下地壳的拆沉作用,其结果导致下部热的软流圈大幅上涌,取代冷的岩石圈,并导致地壳部分熔融,造成大规模岩浆侵入,即燕山期花岗岩的大规模发育[3]。结合本文锆石UPb测年结果看,铜厂沟花岗闪长斑岩的形成时代为87.62±0.59Ma,属于燕山晚期构造-岩浆活动的产物。区内花岗岩的形成可能为深部岩石圈地幔物质上涌导致地壳部分熔融所致,这种岩石源区热-物质结构的改变使得铜厂沟花岗闪长斑岩得以形成,并继承了弧型花岗岩的特征。对于碰撞造山带岩石成因的动力学机制,普遍认为,碰撞造山作用过程形成了加厚山根,因此山根的垮塌应该是碰撞后的重要事件,而加厚下地壳的拆沉作用是实现山根垮塌的可能过程[27-28]。本区花岗岩形成于碰撞后与伸展构造的转换阶段,属于碰撞造山过程的产物[29]。在碰撞造山的背景下,岩石圈地幔物质上涌是热-物质状态发生改变的真正原因,高温状态的软流圈物质上升导致冷的岩石圈发生部分熔融作用,形成富钾初始含矿岩浆,岩浆沿深大断裂上升侵位,最终形成本区燕山晚期的构造-岩浆作用及成矿事件,其成矿斑岩的形成模式如图 10所示。

图 10 格咱岛弧燕山期成矿斑岩形成模式 Fig.10 The Yanshanian continent-continent collision orogenic model of Geza arc
5 结论

(1)铜厂沟花岗闪长斑岩具有高硅、富碱特征,岩石属准铝质花岗岩;岩石富集轻稀土元素,轻、重稀土元素分馏明显,具较弱的负Eu异常;微量元素分析结果显示,富集大离子亲石元素(LILE)K、U、Th、Rb、Ba、Sr,亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta、P、Ti。岩石属高钾钙碱性岩石系列,为准铝质质花岗岩类,岩石成因类型属S型花岗岩。

(2)铜厂沟辉钼矿化花岗闪长斑岩锆石U-Pb年龄为87.62±0.59Ma,属于燕山晚期构造-岩浆活动的产物,成矿斑岩形成于碰撞后与伸展构造的过渡环境,属于碰撞造山过程的产物。岩石圈地幔物质上涌,导致地壳物质发生部分熔融形成初始含矿岩浆,同时也使深部物质混入,岩浆沿深大断裂上升侵位,最终形成了本区燕山晚期的构造-岩浆作用及铜钼矿床成矿事件。

致谢: 野外工作得到云南省地质调查院矿产地质调查所董涛工程师与云南铜业集团鼎立矿业公司梅社华副总经理、萧楠工程师的支持和帮助,样品的分析测试得到中国地质科学院矿产资源所侯可军副研究员的帮助,审稿专家对本文提出了宝贵意见,在此表示衷心感谢。

参考文献
[1] Li W C, Yin G H, YU H J, et al. The Yanshanian Granites and Associated Mo-Polymetallic Mineralization in the Xiangcheng-Luoji Area of the Sanjiang-Yangtze Conjunction Zone in Southwest China[J]. Acta Geologica Sinica(English Eduation), 2014, 88(6): 1742–1756. DOI:10.1111/1755-6724.12341.
[2] 曾普胜, 李文昌, 王海平, 等. 云南普朗印支期超大型斑岩铜矿床:岩石学及年代学特征[J]. 岩石学报, 2006, 22(4): 989–1000.
[3] 李文昌. 义敦岛弧构造演化与普朗超大型斑岩铜矿成矿模型[D]. 中国地质大学(北京)博士学位论文, 2007: 15-80.
[4] 李文昌, 刘学龙, 曾普胜, 等. 云南普朗斑岩型铜矿成矿岩体特征[J]. 中国地质, 2011, 38(2): 403–414.
[5] 李文昌, 尹光候, 卢映祥, 等. 西南"三江"格咱火山-岩浆弧中红山-属都蛇绿混杂岩带的厘定及其意义[J]. 岩石学报, 2010, 26(6): 1661–1671.
[6] 刘学龙, 李文昌, 尹光侯. 云南格咱岛弧斑岩-矽卡岩铜、钼(金)矿床成矿系统[J]. 中国地质, 2012, 39(4): 1007–1022.
[7] 刘学龙, 李文昌, 尹光侯. 云南格咱岛弧地苏嘎成矿岩体LAICP-MS锆石U-Pb年龄及地质意义[J]. 地质通报, 2013, 32(4): 573–579.
[8] 徐兴旺, 蔡新平, 屈文俊, 等. 滇西北红山晚白垩世花岗斑岩型Cu-Mo成矿系统及其大地构造学意义[J]. 地质学报, 2006, 80(9): 1421–1433.
[9] Liu X L, Li W C, Yin G H, et al. The geochronology, mineralogy and geochemistry study of the Pulang porphyry copper deposits in Geza arc of Yunnan Province[J]. Acta Petrologica Sinica(English Eduation), 2013, 29(9): 3049–3064.
[10] 李文昌, 余海军, 尹光侯, 等. 滇西北铜厂沟钼多金属矿床辉钼矿Re-Os同位素年龄及其成矿环境[J]. 矿床地质, 2012, 31(2): 282–292.
[11] 孟健寅, 杨立强, 吕亮, 等. 滇西北红山铜钼矿床辉钼矿Re-Os同位素测年及其成矿意义[J]. 岩石学报, 2013, 29(4): 1214–1222.
[12] 刘学龙, 李文昌, 尹光侯. 云南格咱岛弧印支期地壳隆升与剥蚀及其地质意义:来自黑云母矿物压力计的证据[J]. 现代地质, 2013, 27(3): 537–548.
[13] 刘学龙, 李文昌, 张娜, 等. 云南格咱岛弧带南缘铜厂沟斑岩型铜钼矿床硫铅同位素特征与成矿物质来源示踪[J]. 中国地质, 2016, 43(1): 209–220. DOI:10.12029/gc20160115.
[14] 葛良胜, 邹依林, 邢俊兵, 等. 滇西北地区富碱岩体(脉)地质学及岩石化学特征[J]. 矿产与地质, 2002, 16(3): 147–153.
[15] 李建康, 李文昌, 王登红, 等. 中甸弧燕山晚期成矿事件的ReOs定年及成矿规律研究[J]. 岩石学报, 2007, 23(10): 2415–2422. DOI:10.3969/j.issn.1000-0569.2007.10.010.
[16] 尹光侯. 中甸火山-岩浆弧燕山期热林复式岩体演化与Ar-Ar定年及铜钼矿化[J]. 地质与勘探, 2009, 45(4): 385–394.
[17] 侯可军, 李延河, 田有荣. LA-MC-ICP-MS锆石微区原位UPb定年技术[J]. 矿床地质, 2009, 28(4): 481–492.
[18] Sun S S, Mcdonough W F. Chemical and istopic and proceses[C]//Saunders A D, Nony M J. Magmatism in Ocean Basins.Geol. Soc. Longdon Spec. Publ., 1989, 42(2):313-345.
[19] Taylor S R, McClennan S. The Continental Crust:Composition and evolution[M]. Blackwall Scientific Publications, 1985: 209-230.
[20] 吴元保, 郑永飞. 锆石成因矿物学研究及其对U-Pb解释的制约[J]. 科学通报, 2004, 49(16): 1589–1604. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2004.16.002.
[21] 侯增谦, 杨岳清, 曲晓明, 等. 三江地区义敦岛弧造山带演化和成矿系统[J]. 地质学报, 2004, 78(1): 109–120.
[22] 孟健寅, 杨立强, 吕亮, 等. 滇西北红山铜钼矿床辉钼矿Re-Os同位素测年及其成矿意义[J]. 岩石学报, 2012, 29(10): 1214–1222.
[23] Batcheelor R A, Bowden P. Petrogenetic interpretation of granitoid rock series using multication parameters[J]. Chemical Geology, 1985, 48: 43–55. DOI:10.1016/0009-2541(85)90034-8.
[24] Tomposon A B. Some time-space relationships for crustal meliting and granitic intrusion at various depths[C]//Castro A. Understand-ing granites:integrating new and classical techniques. Geological Society Speical Publication, 1999:168:7-25.
[25] 刘学龙, 李文昌, 尹光侯, 等. 云南格咱岛弧普朗斑岩型铜矿年代学、岩石矿物学及地球化学研究[J]. 岩石学报, 2013, 29(9): 3049–3064.
[26] 李文昌, 余海军, 尹光候. 西南"三江"格咱岛弧斑岩成矿系统[J]. 岩石学报, 2013, 29(4): 1129–1144.
[27] Kay R W, Kay R M. Delamination and delamination magmatism[J]. Tectonophysics, 1993, 219: 177–189. DOI:10.1016/0040-1951(93)90295-U.
[28] 郭敬辉, 陈福坤, 张晓曼, 等. 苏鲁超高压带北部中生代岩浆侵入活动与同碰撞-碰撞后构造过程:锆石U-Pb年代学[J]. 岩石学报, 2005, 21(4): 1281–1301.
[29] 刘学龙, 李文昌, 张娜. 扬子西缘结合带乡城洛吉钼多金属矿床及成矿系统[M]. 昆明: 云南科技出版社, 2017: 62-112.
云南省地质调查院. 云南香格里拉县格咱地区铜多金属矿整装勘查成果报告. 2013.
云南省地质调查院. 西南三江南段重大找矿疑难问题研究报告.2009.