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斑岩型矿床是Cu、Mo、Au等多种金属的重要来源,在科学上和经济上具有无与伦比的重要性,几十年来,人们一直对其倾注了巨大的热情,并取得了斐然成绩。以著名的岛弧斑岩成矿模型为核心的成矿理论不断完善,在其理论指导下的找矿实践不断取得重大突破。近年来国内矿床学家发现,除经典成矿模型所记录的岛弧及陆缘弧环境外,斑岩型铜(金)矿床还可产于与大洋板块俯冲无关的大陆或者陆内环境,并且逐渐形成了一套大陆环境斑岩型铜(金)矿床的成矿理论模型。关于这两种环境的斑岩型矿床的异同,文献中鲜见讨论,从实验地球化学角度对二者差异的相关研究目前还未见有报道。学者们常常将岩浆弧区浆控热液矿床的特点套用于大陆内部的浆控热液矿床。因此,研究揭示它们的地质地球化学特征及其差异,是当前面临的一个崭新的科学问题。
本论文从成矿流体地球化学及高温高压实验地球化学角度,分别对岩浆弧环境(以普朗斑岩铜矿床为例)及大陆内部环境(以鱼池岭斑岩钼矿床为例)的岩浆-流体成矿系统进行对比研究;并在100 Mpa、800℃条件下,对Cu、Pb、Zn、Mo、W等成矿金属元素在流体/花岗质熔体相间的分配行为进行了实验研究。把野外观察与室内实验模拟研究有机结合,探讨两类斑岩型矿床的成矿物质在岩浆热液演化过程中的熔解、迁移及沉淀富集机理,具有十分重要的理论和实践意义。主要获得了如下重要认识:
(1)普朗斑岩铜矿床成矿流体主要为NaCl-H2O体系,偶见含CO2三相包裹体,流体盐度集中在10～20 wt％NaCl。总的来说,初始成矿流体具有高温、高盐度、高氧逸度、富成矿金属元素、含少量CO2等特征。鱼池岭斑岩钼矿床早期成矿流体具有高温、中高盐度、高氧逸度、富CO2和成矿金属元素等特征;中晚阶段经流体沸腾、CO2逸失、温度降低、压力减小等过程演化为导致大量金属硫化物沉淀的流体,再通过大气降水热液的不断混入和降温等过程,逐渐演化为晚期低温、低盐度、贫CO2的NaCl-H2O体系。
由于两类斑岩型矿床的成矿流体性质不同,其水/岩作用或围岩蚀变也不尽相同。普朗斑岩铜矿以“富水蚀变”为特征,其围岩蚀变则主要表现为黑云母化、绢云母化和绿泥石化等:鱼池岭斑岩钼矿以“贫水蚀变”为特征,围岩蚀变主要表现为钾长石化、绿帘石化、碳酸盐化、萤石化等。
(2)成矿元素在流体和熔体间的交换、分配过程是岩浆-热液矿床形成的重要环节,由岩浆分异出来的流体,其组成及溶质浓度,对成矿金属元素在流体/熔体两相间的分配行为具有重要影响。
当流体介质为纯水体系时,Cu、Pb、Zn、Mo和W在流体/熔体相间的分配系数很小(Dcu=0.06;Dpb=0.06;Dzn=0.03;Dmo=0.12;Dw=0.07),而当初始流体介质为NaCl、KCl、NaF溶液时,Cu、Pb、Zn、Mo和W的分配系数均比在花岗岩-H2O体系中显著增高。在花岗岩-NaCl-H2O体系中,随流体介质中NaCl浓度的升高(O→4 mol/L),Cu、Pb、Zn、Mo和W在流体/花岗质熔体间的分配系数均呈显著线性增大趋势(Dcu由0.06增至43.55,Dpb由0.06增至27.38,Dzn由0.03增至30.03,Dmo由0.13增至4.99,Dw由0.07增至0.75);而在花岗岩-H2O-NaF体系中,随流体介质中NaF浓度的升高(0→1 mol/L),铜、铅、锌、钼和钨的分配系数均呈略微降低的趋势,但降低幅度不大。
实验结果表明,岩浆流体介质中氯和氟的存在有利于铜、铅、锌、钼和钨向流体相富集迁移;但含氯流体比含氟流体具有更强的从熔体中萃取成矿元素的能力;流体介质中F浓度的变化没有引起铜、铅、锌、钼和钨分配系数的明显变化,仅是随F浓度的不断增大,D呈略微降低的趋势,指示低F流体从熔体中萃取成矿元素的能力比高F流体略强;且在天然花岗岩可能存在的F的含量范围之内,F浓度的增高将阻碍Cu、Pb、Zn、Mo和W向流体相迁移。
在总Cl浓度恒定([Cl-]=3 mol/L)的花岗岩NaCl-H2O体系中,流体介质中Na/K比值(摩尔比)的变化(由0.50增至1.50)对Cu、Pb、Zn、Mo和W的分配系数没有产生显著影响,不同Na/K比值情况下测得的分配系数非常相近,即不管是在富钾流体还是在富钠流体中,Cu、Pb、Zn、Mo和W等成矿元素的分配系数相近,指示流体介质中的阳离子种类及其浓度变化可能不是影响成矿元素在流体/熔体相分配的主要因素。
(3)岩浆中的H2O、F、Cl和CO2等挥发组分是某些成矿元素重要的矿化剂,它们的地球化学行为直接影响成矿元素的富集成矿,不同的矿化剂元素可能对金属成矿具有一定的专属性。岩浆热液系统成矿流体内Cl和C02的浓度及其地球化学性质,是决定岩浆热液流体内部Cu/Mo比值的重要因素。F对Cu和Mo在流体与熔体分配行为的影响很小或没有影响。普朗斑岩铜矿与鱼池岭斑岩钼矿成矿流体性质的差异,尤其是H2O、Cl和CO2等矿化剂含量的差异,可能是导致它们各自以不同的金属元素(Cu或Mo)富集成矿的重要因素。