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笔名探矿者—一个立志执着于探索自然和学术的“打工者”。1962年5月生,福建人,1982年毕业于成都地质学院找矿系,地质调查专业 工学学士 高级工程师。长期从事地质调查、矿产勘查以及矿床学和矿床地球化学研究。在该职业生涯中,积累了三十多年来的地质勘查和找矿经验,脚踏实地一步一个脚印一路走来,具有丰富的工作经验,认识了矿产资源在地壳中的成矿机理,掌握了构造控矿因素与成矿地质规律对找矿预测的意义。本人的专长是既懂理论研究、也精通矿产勘查,善于将两者紧密结合,因而有关成果受到各地政府的关注及业内专家的高度肯定。

斑岩型铜矿床成因模型  

2012-11-21 12:25:53|  分类: 地质矿产论坛 |  标签: |举报 |字号 订阅

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斑岩型铜矿床成因模型 - 探矿者           - Prospector blog
 
探矿者斑岩型铜矿床成因模型 - 探矿者           - Prospector blog

斑岩型铜矿床成因模型 - 探矿者           - Prospector blog

      斑岩型矿床是Cu最重要的工业来源,也是迄今为止矿床学家对成矿过程理解最为深刻的矿床类型(没有之一)。

      斑岩型铜矿床的成因与板块俯冲作用有关。俯冲至较深部位的洋壳部分熔融产生的岩浆上升至大陆板块陆壳,并引起陆壳部分熔融产生中酸性及酸性岩浆。此种岩浆上升到中间岩浆房后分异出富含挥发组分铜和锡等成矿元素的长英质岩浆,当其侵位于地壳浅部时上部冷凝结晶,随后上升的流体发生减压沸腾使已结晶的岩体及其围岩蚀变并以充填-交代方式成矿,也可能发生隐爆而形成爆破角砾岩筒。成矿物质主要来自岩浆热液,晚阶段也可能有循环大气降水的混合。成因模式(下图)

斑岩型铜矿床成因模型 - 探矿者           - Prospector blog

斑岩型矿床主要分布在大陆岩浆弧(continental arcs)区域,且斑岩体通常表现出Y亏损的地球化学特征(指示源区存在石榴石),综合其他因素,通常认为斑岩型矿床的金属源自Cu富集的地幔。

       作为中等不相容元素,Cu在亏损地幔中的丰度较低(~29ppm,原始地幔为30ppm),陆壳中的丰度也较低(27ppm),这表明如需形成斑岩型铜矿床(品位至少大于2000ppm),尤其是巨型斑岩型Cu矿床(如智利的巨型斑岩型成矿省),成矿元素的超常富集是必不可少的。

       板块构造理论显示,俯冲的洋壳本身并不会发生部分熔融(部分较为年轻的洋壳除外),而是因为其脱水引起其上部的地幔熔点降低从而发生部分熔融。

       上述理论是当今学术界最为流行的斑岩型铜矿床成因模型。

       依据该模式,Cu的来源有3种:1,亏损地幔发生部分熔融时,不相容元素Cu优先进入熔体,在熔体中富集;2,伴随脱水过程,俯冲洋壳板片中的Cu随流体进入到上覆地幔;(1和2可能同时存在)3,地壳中的Cu富集。

       绝大多数学者赞同第一种解释,但不幸的是,迄今为止,这些观点均为空中楼阁,缺乏理论或地质证据的支持。 

       大陆岩浆弧以氧化性为特征,而氧化条件下熔体-流体中Cu的溶解度较高(否则,在硫逸度较高的情况下,会形成硫化物而导致Cu沉淀),因此理解大陆岩浆弧氧化性产生的原因有助于我们理解和大陆岩浆弧相关的斑岩型矿床Cu的来源机制。

       目前对大陆岩浆弧呈氧化性的原因主要有两种不同认识:1,熔融地幔混染俯冲洋壳及大洋沉积物,而源自该熔体的岩浆弧继承了其氧化属性;2,原始弧岩浆氧化性较低,在演化过程中因结晶发生岩浆分异及同地壳岩石发生同化混染而逐渐变得氧化。

       要解决这些问题,最好的办法就是直接研究原始岩浆弧的氧化还原属性。但不幸的是,在岩浆到达地表之前,都不同程度的发生了结晶分异同化混染,因此极少保留原始岩浆的氧化还原信息。一个折中的办法是研究岩浆斑晶中的熔融包裹体,这些包裹体的成分被认为最接近岩浆演化早期的熔体成分,但熔融包裹体仅出现在喷发岩中,而且捕获后发生的变化(同斑晶的物质交换)不可忽略,因此用来代表大陆范围内广泛存在的岩浆弧的原始信息并不恰当。

       另一个可能的办法就是找到一个在早期地幔熔融过程中对氧化还原条件敏感,而在岩浆分异结晶早期对氧逸度不敏感的元素(和早期结晶的矿物高度不相容,因此富集在残余熔体中),该元素的相对含量将可以较好的记录早期地幔熔融过程的氧化还原条件,而不受岩浆演化早期结晶分异过程中氧化还原条件变化的影响。

         一个可能完成该使命的元素是Cu,在绝大多数火成岩中,无论氧逸度如何改变,Cu几乎总以正一价出现。但是其在矿物和熔体中的分配系数和S的化学状态(负二价或者正六价的硫酸根)息息相关,因此其对氧化还原条件的变化极为敏感。

       理论计算表明,在地幔熔融过程中,如氧逸度较高,较小的部分熔融程度就可以将Cu高效的从地幔中萃取出来,因此虽然产生的熔体(岩浆弧的初始状态)体积较小,但因为Cu在其中高度富集,因此总量不可小觑。

       而岩浆中Cu的亏损必然伴随着硫化物的结晶(Cu在硫化物中分配系数为600—1200,而在绝大多数硅酸盐矿物中的分配系数均小于1,因此认为非硫化物对Cu的分配可以忽略不计),而增加氧逸度和降压可以抑制硫化物沉淀。几乎所有的岩浆弧均呈现出高度的Cu亏损状态表明熔体完全结晶之前均达到硫化物饱和的条件,Cu随之发生沉淀。

       这意味着岩浆演化早期,由亏损地幔形成的熔体在下地壳或者岩石圈地幔发生了富集。而堆晶作用形成的辉长岩通常含有相对较高的Cu(可高达400ppm),内华达州含石榴石辉石堆晶岩中的斜辉石富含黄铜矿及磁黄铁矿等富Cu矿物包体有力的证明辉石和硫化物同时发生沉淀。

       因此,美国莱斯大学(Rice University)的Cin-Ty A.Lee及其合作者认为,源自地幔部分熔融的熔体在深部岩浆房发生辉石堆晶作用,硫化物亦在此时达到饱和,预富集了大量的Cu,这可能是斑岩型Cu矿床中Cu的最重要来源。

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