江西德兴斑岩铜矿含矿斑岩成岩成矿机制研究

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德兴斑岩铜矿位于江西赣东北区域内,是环太平洋成矿带外带的一部分。它是中国最大的斑岩型铜矿床,也是世界超大型斑岩铜矿之一。它位于扬子地块东南部,并地处华夏地块与扬子地块晚元古代的缝合线附近,主要由铜厂、富家坞、朱砂红三个矿区组成。  德兴斑岩铜矿是在特定区域地质环境中、特定构造岩浆条件下地质成矿作用的产物。前人通过很多研究方法对德兴斑岩铜矿的区域地质环境、构造岩浆活动等进行了详细而深入的研究并已经取得了相当多的进展,然而在含矿斑岩成岩成矿机制等方面仍存在很大的分歧。本文在前人研究的基础上对德兴斑岩铜矿三个矿区的含矿斑岩开展了锆石U-Pb年代学、全岩主量微量地球化学、Sr-Nd同位素和锆石原位Hf同位素地球化学研究,同时还进行了流体包裹体测温和激光拉曼探针研究。通过本次研究来进一步探讨德兴斑岩铜矿成岩成矿机制。  含矿斑岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示德兴矿区与成矿有关的斑岩体U-Pb同位素年龄分别为:铜厂斑岩体170.9±1.7 Ma,富家坞斑岩体170.05±0.87Ma,朱砂红斑岩体169.2±1.2Ma。这说明燕山期的中侏罗世为本区最重要的构造岩浆活动时期,并且三个花岗斑岩体的侵入时间与辉钼矿的成矿时间(173Ma)一致,表明德兴斑岩铜矿床的形成与斑岩体密切相关。  德兴三个矿区的含矿斑岩体具有一致的主量元素特征,属于高钾钙碱性系列,同时还具有埃达克质岩的特征。例如,高Mg#、高Sr、低Y和Yb含量,高Sr/Y和La/Y比值。德兴含矿斑岩体的微量元素和稀土元素的配分模式总体趋势一致,并且高场强元素Zr/Hf和Nb/Ta的比值以及稀土元素中Eu/Sm和Sm/Nd比值都相当接近,这些特征均说明铜厂、富家坞和朱砂红的花岗闪长斑岩可能是由同一岩浆源演化而来。斑岩体呈明显的富集Ba,Rb,Th,U等大离子亲石元素(LILE)而相对亏损高场强元素(HFSE)的特征,而Y和Yb含量较低,部分样品出现明显的Ba,Th正异常。另一方面,较强的Nb,Ta负异常以及没有出现明显的Eu异常,说明斑岩成岩过程中有地壳物质。  锆石的原位Hf同位素研究显示(1)两个样品的176Hf/177Hf比值分布在0.282703~0.282857之间,比较均一,表明这两个岩体是由同一源区的岩浆的演化而来;(2)两个斑岩体锆石的εHf(t)值分别+1.14~+6.60和+1.63~+5.04,两阶段Hf模式年龄(TDMc)变化范围为0.79~1.14Ga,表明铜厂和朱砂红的斑岩体都是中-新元古代新生地壳物质再循环的产物。此外,这些斑岩体的初始87Sr/86Sr比值介于0.7047~0.7089之间,εNd(t)介于-1.933~+0.729之间,Nd二阶段模式年龄(TDM2)为0.898至1.114 Ga,与Hf的二阶段模式年龄一致。这些含矿斑岩体的Sr-Nd-Hf同位素特征进一步说明源区物质可能为中-新元古代从亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的熔融形成,这很可能是洋壳俯冲所导致的弧后伸展环境所导致的。  本文通过对德兴铜厂斑岩铜矿床不同蚀变-矿化带石英细脉中的流体包裹体进行详细的岩相学观察、显微测温、显微激光拉曼探针工作来探讨成矿流体的特征和演化过程。研究结果显示:(1)德兴铜厂斑岩铜矿主要有三类流体包裹体:富液相包裹体(Ⅰ型),富气相包裹体(Ⅱ型),多相包裹体(Ⅲ型);(2)成矿早期主要为Ⅰ型包裹体,平均均一温度为481℃,平均盐度为8.1 WNaCl%。主成矿期Ⅱ型包裹体的平均均一温度为410℃,平均盐度为1.2 WNaCl%;Ⅲ型包裹体的平均均一温度为389℃,平均盐度为56WNaCl%。成矿晚期Ⅰ型包裹体平均均一温度为215℃,平均盐度为3.1 WNaCl%;(3)主成矿期矿化石英脉中多相包裹体与富气相包裹体的平均均一温度相近,但盐度相差很大,说明成矿流体在该演化阶段发生过沸腾作用。在流体沸腾的同时,CO2与水发生不混溶,更多的CO2逸出进入Ⅱ型包裹体中。流体的沸腾作用和CO2的不混溶作用是矿质沉淀的主要机制。(4)从成矿早期到成矿晚期,成矿流体呈现由高温到中低温,由富CO2到富水的演化趋势。(5)德兴斑岩铜矿成矿流体的形成与含矿斑岩密切相关。
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