大型斑岩铜矿的成矿岩浆大多是氧化性的,成矿作用经历了SO2或者SO42?转化为S2?的还原过程。但是,斑岩铜岩浆的母岩浆的氧化还原状态仍然存在不同认识。部分研究者基于岩石V/Sc比值Fe同位素和Zn/Fe比值的结果,认为弧地幔具低氧逸度特征(ΔFMQ = ?1.1 ~ ?0.2),其值不比MORB地幔氧逸度高。另一个方面,较为认可的观点是斑岩铜金矿床的弧地幔相比于其他地幔是氧化性的,这和实验岩石学通过全岩的Fe3+/Fe2+比估算的氧逸度、全岩的化学含量比、矿物平衡反应以及岩石和矿物中微量元素含量的分析的结果一致。但总体上来说,确定斑岩铜矿岩浆的基性母岩浆的氧化还原状态的岩石学证据还一直很匮乏。
埃达克岩是一类特殊的岩石类型,通常岩石具有高硅,高Sr/Y和(La/Yb)N的特征,被认为和俯冲到岛弧下年轻洋壳的部分熔融相关,这些岩石往往多发育于前弧区域。埃达克质岩石指具有和真正的埃达克岩有类似的地球化学特征,但成因却往往不和板片的熔融相关。埃达克质岩石被认为与会聚带岩浆-热液矿床(Au,Ag,Cu,Mo)密切相关。埃达克岩是不含矿的,大量的太古代埃达克质、TTG岩石也不含矿。早期埃达克质成因机制研究主要认为有以下几种成因机制:下地壳的部分熔融、基性玄武质岩浆高压环境结晶分异、基性玄武质岩浆在低压-富水-岩浆混合下部分熔融,这些过程均可以发生在岛弧或者非岛弧环境。早期针对新疆东准噶尔卡拉先格尔斑岩铜矿带的研究认为该地区的含矿斑岩大多数是埃达克质岩石,但其成因机制并没有开展研究。
针对上述的科学问题,矿产资源研究院重点实验室洪涛博士后和合作导师徐兴旺研究员、高俊研究员和与合作者在国家基金重大项目、国家科技支撑计划项目与院创新项目资助下,从新疆北疆卡拉先格尔斑岩铜矿带的南西段的富磁铁矿的层状的基性杂岩体入手,研究并限定该斑岩铜矿含矿斑岩的母岩浆氧化还原状态。
岩体包含磁铁矿的层状辉长岩与含黄铜矿的埃达克质二长岩与闪长岩。系统的岩石学、地球化学、年代学结果显示:伽玛特杂岩体整体是由不同构造、结构的、组分的岩石端元组成,从粗粒至细粒、基性-超基性-层状岩体逐渐过渡,暗示了多阶段的岩浆补给和不同的结晶速率导致(图1)。典型的一些单斜辉石存在环带,可能是早期富MgO (FeO)-溶体与富CaO溶体发生了混合。较宽的渐变的Mg值范围变化以及渐变的斜长石牌号变化显示了可能存在明显的结晶分异过程。伽玛特基性杂岩体中的地球化学数据与同时代卡拉先格尔区域的基性-中酸性岩体的MgO、CaO、K2O、FeOT、Ni、Zr、Sr与SiO2存在明显的线性关系,并且均落在实验岩石学氧化性的玄武岩结晶分异的曲线上(图2)。基性杂岩体的形成时间和区域上斑岩铜矿带中含矿斑岩形成的时间一致,也说明两者可能来源于同一个母岩浆房。
图1 伽玛特杂岩体剖面与典型样品野外露头、薄片、BSE图像照片
图2 伽玛特基性杂岩体哈克图解和埃达克岩判别图解
基于含层状磁铁矿的基性杂岩体的研究,他们提出与建立了提出岛弧背景成矿埃达克质斑岩形成机制模型(图3):(1)岩体中的埃达克质二长岩和闪长岩与含磁铁矿的层状辉长岩存在结晶分异的演化关系,即研究区成矿的埃达克质二长岩和闪长岩是氧化的玄武岩浆结晶分异的结果,是俯冲流体交代而形成的富集地幔楔的部分熔融形成的玄武岩浆的结晶分异的产物;(2)这些部分熔融的基性岩浆约在20.5-24.2 km的深度存在预富集的作用,后续的岩浆作用会诱发长期预富集金属硫化物的新生地壳发生部分熔融,促进斑岩成矿爆发;(3)斑岩铜矿的母岩浆是氧化性的。
图3 伽玛特基性杂岩体形成模式图
研究成果发表于Lithos。(Hong T, Xu X W, Gao J, et al. Ore-forming adakitic porphyry produced by fractional crystallization of oxidized basaltic magmas in a subcrustal chamber (Jiamate, East Junggar, NW China)[J]. Lithos, 2018, 296: 96-112.)(原文链接)