大地構造背景與演化對斑巖銅礦含礦巖漿的形成有明顯的制約作用, Sillitoe建立了經典斑巖銅礦板塊構造模型,提出斑巖銅礦主要在板塊俯沖背景下的主動陸緣鈣堿性火成巖帶中形成,金屬來源與板塊俯沖作用導致的巖漿活動有關。經典成礦模型大地構造背景為島弧及陸緣弧環(huán)境外島弧環(huán)境,成礦省主要分布于太平洋西岸,如印度尼西亞和菲律賓島弧; 而陸緣弧環(huán)境的經典成礦省則主要分布于太平洋東岸, 如美國西南部的亞利桑那成礦省、墨西哥北部成礦省、智利北部成礦省和智利中部成礦省等。
大陸環(huán)境斑巖銅礦研究起步較晚,近年來中國許多礦床學家經研究發(fā)現(xiàn)國內斑巖銅礦大陸環(huán)境與大洋板塊俯沖、板塊消減作用無關,試圖從大陸環(huán)境、成礦域等角度去解釋。經仔細對比可以發(fā)現(xiàn),兩者都認為大陸環(huán)境斑巖銅礦是由板內構造巖漿活化作用或走滑斷裂帶作用導致深源花崗質巖漿上侵形成的。形成于碰撞造山帶及陸內環(huán)境的斑巖銅礦,不能用西方學者基于板塊構造理論建立的經典斑巖銅礦成礦模型來解釋,經典的斑巖銅礦成礦模型遇到了挑戰(zhàn)。但是,無論是巖漿弧環(huán)境還是大陸環(huán)境,斑巖銅礦系統(tǒng)的發(fā)育均有 3 個關鍵的過程,即巖漿起源的深部過程、巖漿淺成侵位的輸導系統(tǒng)和流體排放—金屬淀積的伸展環(huán)境。趙文津從深部地球物理的角度,把安第斯斑巖銅礦帶、岡底斯斑巖銅礦帶和玉龍銅礦帶進行了對比,認為要形成大型的斑巖銅礦至少需要 6 個基本條件: ①有上地幔來源的高溫巖漿熱液的大量供給; ②有區(qū)域性銅的萃取來源; ③有上地殼的部分熔融層或者巖漿房; ④地殼上層構造體系中的張性斷裂; ⑤圍巖的化學性質對礦質沉淀是重要的; ⑥構造的相對穩(wěn)態(tài)期。巖漿弧環(huán)境、大陸環(huán)境具有相似的蝕變礦化模式與成礦物理化學條件,即面型蝕變分帶,自巖體中心向外依次發(fā)育鉀硅酸鹽化、石英絹云母化、泥化帶以及青磐巖化帶。成礦流體均呈現(xiàn)出早期以巖漿水為主,晚期與大氣降水混合、鹽度降低。
侯增謙等基于青藏高原歐亞大陸碰撞過程形成的斑巖銅礦,提出“非弧”大陸環(huán)境斑巖銅礦的概念,并對其特征進行系統(tǒng)總結,強調下地殼與巖石圈地幔的拆沉與部分熔融及軟流圈上涌對斑巖銅礦初始巖漿形成的貢獻。由此可見,斑巖銅礦及其母巖漿可以形成于板塊匯聚邊緣的島弧環(huán)境,也可形成于大陸內部非弧構造背景。產于大陸環(huán)境的斑巖銅礦在成礦環(huán)境與構造控制、含礦巖漿起源演化、成礦物質富集機制、深部過程與動力學機制諸方面與巖漿弧環(huán)境斑巖銅礦存在系統(tǒng)差異,據此,將大陸環(huán)境的斑巖銅礦稱之為大陸型斑巖銅礦。不同構造背景與動力學機制下的含礦巖漿其地球化學特征有一定的差異。
5. 1 含礦巖漿
島弧環(huán)境的含礦斑巖通常是鈣堿性的,而陸緣弧環(huán)境的含礦斑巖多為高鉀鈣堿性,部分為鉀質堿性和鉀玄質,這種規(guī)律性或暗示島弧與陸緣弧環(huán)境的含礦斑巖巖漿源區(qū)存在差異,或反映加厚陸殼對原始巖漿成分產生混染。巖石學、地球化學研究表明: 碰撞造山環(huán)境斑巖銅礦,盡管因礦化類型不同,其含礦斑巖巖性略有差異外,主要為中酸性巖漿,為高鉀鈣堿性系列—鉀玄武巖系列,巖性以花崗閃長巖—二長花崗巖—花崗巖為主,與陸緣弧環(huán)境含礦斑巖較為類似??傮w上,島弧環(huán)境的成礦斑巖成分偏中性,而陸緣弧和大陸環(huán)境成礦斑巖偏酸性,反映穿過厚陸殼的長英質巖漿經歷更充分的結晶分異作用。弧環(huán)境與大陸環(huán)境含銅斑巖的 K2 O 含量差別反映了 2 類環(huán)境斑巖巖漿具有不同的起源和演化。
島弧環(huán)境的斑巖銅礦, 過去通常認為含礦斑巖均為島弧型長英質巖, 其巖漿起源于被俯沖板片流體交代的地幔楔形區(qū),巖漿熔體分凝上升并在相對封閉體系發(fā)生結晶分異和 /或地殼混染,形成含礦斑巖。然而,最近的研究和不斷增多的證據表明,許多含礦斑巖不是典型的島弧巖石,它們多具有埃達克巖巖漿親和性。一些大型斑巖銅礦含礦斑巖因具埃達克質特征或為埃達克巖而被普遍關注。Defant 等指出埃達克巖可以作為找礦標志來使用。張旗等研究認為我國的斑巖銅礦大多與 C 型埃達克巖有關,而世界級斑巖銅礦多數與 O 型埃達克巖有關。我國許多學者也報道了一些與 Cu-Mo-Au礦床有關的埃達克巖的地球化學特征。埃達克質巖與 Cu-Mo-Au 礦床密切相關的原因是埃達克質巖漿與正常的長英質巖漿不同,其以高水含量、高氧逸度和富 S 為特征, 因而成為斑巖銅礦的重要含礦母巖和金屬硫的可能載體。大陸環(huán)境含礦斑巖也經常具有埃達克巖親和性。具有高場強元素( HFSE: Nb, Ta, Ti 和 P) 虧損和大離子不相容元素( LILE: Rb, K 和 Ba) 富集特征。多數學者認為埃達 克 巖 為 斑 巖 銅 礦 的 一 種 重 要 容 礦 巖 石,Thieblemont 等統(tǒng)計了全球 43 個 Au, Ag, Cu, Mo低溫熱液和斑巖礦床,發(fā)現(xiàn)其中 38 個與埃達克巖有關。冷成彪等調研中國 26 個斑巖銅礦中有 25個可能與埃達克巖有成因關系,且多數與玄武質下地殼熔融形成的埃達克 巖 ( C 型) 有 關。侯 增 謙等通過對 3 個重要的斑巖銅礦帶的綜合研究和對比分析發(fā)現(xiàn),最具成礦潛力的含礦斑巖不是典型的島弧巖漿巖,而是具有埃達克巖親合性。
與島弧環(huán)境的含礦斑巖相比,大陸環(huán)境含礦斑巖盡管顯示島弧型巖石所擁有的高場強元素虧損和大離子不相容元素。中國大陸環(huán)境斑巖銅礦含礦斑巖硅酸鹽,但其巖漿起源與大洋板塊的俯沖沒有關系。大陸環(huán)境含礦斑巖也通常具有埃達克巖巖漿親和性。與島弧環(huán)境的含礦埃達克巖相比,大陸環(huán)境的含礦埃達克巖以高鉀、低鎂為特征。前者通常富Na, w ( Na2O ) /w ( K2O ) > 118, 后 者 通 常 富 K,w( Na2O) /w( K2O) < 112。這些系統(tǒng)差異表明,盡管2 類環(huán)境的含礦斑巖均具有埃達克巖巖漿親和性,但來自于顯著不同的巖漿源區(qū)。前者的 Sr-Nd 同位素組成接近于 MORB, 而后者以高( 87 Sr / 86 Sr) i、低144Nd / 143Nd 為特征, 明顯偏離 MORB。這些系統(tǒng)差異表明,盡管 2 類環(huán)境的含礦斑巖均具有埃達克巖巖漿親和性,但來自于顯著不同的巖漿源區(qū)。島弧環(huán)境的含礦斑巖落入洋殼熔融形成的埃達克巖區(qū)域,而中國大多數斑巖銅礦容礦斑巖都落入玄武質下地殼熔融形成的埃達克巖區(qū)域。顯然, 決非所有的埃達克巖都伴有 Cu-Mo-Au 礦化, 這意味著,埃達克巖成礦只是必要條件, 而非充要條件。
總之,中國大陸環(huán)境含礦巖漿系統(tǒng)與巖漿弧環(huán)境含礦巖漿系統(tǒng)在來源和特征上存在本質區(qū)別。大陸環(huán)境含礦巖漿通常來源于具有不同基底性質的地殼源巖,巖漿起源與陸下深部過程有關,而巖漿弧環(huán)境含礦巖漿起源于俯沖帶流體交代的地幔楔形區(qū),與大洋板塊的俯沖作用密切相關。在中國大陸環(huán)境,含 Cu( -Mo, -Au) 巖漿通常來源于加厚的、新生的鎂鐵質下地殼,幔源物質通過不同方式( 如底侵、滲流、交代) 直接或間接地參與含 Cu ( Mo , Au) 巖漿系統(tǒng)。含 Mo 巖漿通常來源于加厚的古老下地殼,而含 Pb-Zn 巖漿則起源于古老的中下地殼。含Au 巖漿主體起源于陸內上地殼,但遭受不同程度的幔源巖漿混合和混入。
5. 2 成礦物質來源
經典的斑巖銅礦成礦模型認為,在島弧或陸緣弧系統(tǒng),來自俯沖板片的脫水流體攜帶大離子不相容元素( LILE) ,上升交代地幔楔形區(qū)并誘發(fā)其熔融,產生幔源熔體,后者經歷分離結晶和 /或地殼混染,在地表噴發(fā)形成弧火山巖系,淺成侵位形成正常的鈣堿性含礦斑巖體及斑巖銅礦系統(tǒng)。
侯増謙等認為這個傳統(tǒng)模式適用于智利北部規(guī)模較小的古新世—晚中新世斑巖銅礦帶,但卻不適用于規(guī)模巨大的晚中新世—早上新世斑巖銅礦帶,更不適用于青藏高原碰撞造山帶的斑巖銅礦帶。目前主要提出的可能成因模式包括以下 3 點。
5. 2. 1 俯沖—板片熔融模式
俯沖洋殼板片部分熔融被廣泛認為是形成埃達克巖的最理想模式, 因為多數埃達克巖的地球化學特征指示其源區(qū)是一種相變?yōu)榻情W榴輝巖或石榴石角閃石的玄武質巖石。
智利北部古新世以來,陸緣弧演化與巖漿活動受太平洋板塊( Farallon 板塊) 俯沖速率、角度和方向諸因素的約束。在古新世—早中新世, Farallon 板塊以正常的俯沖速度和中等的俯沖角度向智利大陸邊緣下部俯沖,誘發(fā)地幔楔形區(qū)的部分熔融,導致鈣堿性弧火山活動和巖漿淺成侵位,形成小規(guī)模的斑巖銅系統(tǒng)和淺成低溫熱液金系統(tǒng)。進入晚中新世, Farallon 板塊開始低角度、斜向、快速俯沖,導致俯沖的洋殼板片直接熔融,形成埃達克質熔體。該熔體在相對擠壓應力場中上升侵位,并在一個相對封閉的體系中演化,發(fā)育成規(guī)模較大的斑巖銅系統(tǒng)。
5. 2. 2 拆沉—板片熔融模式
岡底斯斑巖礦床含礦斑巖具有埃達克巖巖漿親和性, 其巖漿來源被認為是俯沖的大洋板片部分熔融。后修正了原來的初步看法, 提出岡底斯斑巖銅礦帶的埃達克巖巖漿更可能來源于因碰撞而加厚的藏南玄武巖下地殼,但新特提斯俯沖洋殼板片來源的可能性尚不能完全排除。
岡底斯斑巖銅礦形成于陸—陸后碰撞伸展時期( 13 ~ 18 Ma BP) , 即青藏高原迅速抬升之后。橫切碰撞造山帶的南北向正斷層系統(tǒng), 類似于島弧環(huán)境下的橫切弧的斷層系統(tǒng),成為埃達克質斑巖巖漿快速上升和就位的通道與場所,并使巖漿熱液系統(tǒng)中大量含礦流體充分地分離而成礦。在青藏高原,榴輝巖為侏羅紀之前俯沖于地幔巖石圈深處的特提斯洋殼的變質產物,其部分熔融產生的埃達克質熔體在上升過程中與上覆富集地幔的巖漿熔體發(fā)生混合, 形成含礦長英質母巖漿。簡單的熱估算表明,俯沖并堆積于大陸巖石圈地幔深處( 100 ~ 200 km)的古老洋殼板片,在青藏高原正常的地溫下, 將變質為榴輝巖相, 但不會發(fā)生熔融。榴輝巖發(fā)生熔融所需的熱量只能由下部軟流圈提供。在高原地殼擠壓增厚的情況下,變質的榴輝巖因地殼加厚而隨地幔向下移動并達到其固相線溫度,也有可能發(fā)生部分熔融。由于密度差異引起的榴輝巖堆積體的拆沉作用可能是軟流圈物質上涌并提供巨大熱量的有效機制,榴輝巖堆積體部分熔融層因形成構造—熱薄弱帶,而成為軟流圈物質置換上覆地幔物質的重要空間。因此,埃達克質熔體分凝后的熔融殘余,因富含石榴子石而密度進一步加大,可能加速了榴輝巖堆積體的向下拆沉。拆沉所誘發(fā)的軟流圈物質上涌過程導致了巖石圈地幔減薄,后者不僅引起地幔熔融形成鉀質熔體,而且引起青藏高原快速隆升及隨后的地殼伸展。埃達克質熔體在經歷了與鉀質熔體的混合后上升侵位之后,長英質含礦熔體在相對封閉的系統(tǒng)中分異演化,在應力釋放背景下( 如走滑拉分盆地、正斷層系統(tǒng)) ,含金屬流體和巖漿硫從巖漿中充分分離出來,形成斑巖銅系統(tǒng)。將這種由拆沉作用所誘發(fā)的俯沖洋殼熔融成礦過程以拆沉—板片熔融模式表示。
因此,與傳統(tǒng)的斑巖銅礦成礦模式不同,在島弧造山帶,大洋板塊低緩、快速、斜向俯沖和洋殼板片直接熔融以及埃達克質熔體封閉性演化,是安第斯中新世—漸新世巨型斑巖銅礦的主導作用,而在碰撞造山帶,俯沖堆積的古老洋殼物質因密度差異而導致拆沉作用并誘發(fā)其部分熔融,由此產生的埃達克質熔體又與幔源熔體混合,是形成西藏岡底斯和玉龍斑巖銅礦帶的動力學機制。
5. 2. 3 滯留洋殼的部分熔融
盡管西藏東部和南部的新生代埃達克巖形成于后碰撞環(huán)境,但有人認為它們產于老的( 白堊紀前或白堊紀) 滯留洋殼。侯增謙等認為, 青藏高原碰撞造山帶俯沖并堆積于地幔巖石圈的古老洋殼物質的變質和拆沉,誘發(fā)了榴輝巖部分熔融,從而產生埃達克質熔體。高永豐等認為西藏南部的中新世埃達克巖是滯留洋殼在后碰撞階段部分熔融的產物,熔體在上升過程中與上覆交代地幔楔發(fā)生作用,使巖漿中 K 含量明顯增高。通過對岡底斯銅礦帶甲馬、拉抗俄、南木、廳宮、沖江及洞嘎 6 個礦區(qū)含礦斑巖的全巖 Nd, Sr, Pb, O 同位素分析, 曲曉明等指出這些中新世含礦斑巖主要是白堊紀—古近紀俯沖到深部的雅魯藏布江洋殼在榴輝巖相條件下的部分熔融產物,同時有少量俯沖沉積物參與了源區(qū)混合。
考慮到江西東北部德興的中侏羅世埃達克質斑巖和新元古( 約 1 000 Ma BP) 蛇綠巖套空間上的密切關系和鈮同位素的相似, 王強等指出除拆沉的下地殼熔融外, 其他機制( 如殘留) 在地幔的新元古俯沖洋殼的部分熔融也可能產生這種斑巖。根據主、微量元素和 NdO-SrO-Pb 同位素地球化學研究,李伍平等認為遼西北票早侏羅世興隆溝組埃達克質火山巖可能是古亞洲洋殼殘片部分熔融的產物, 熔體在上升過程中與地幔楔發(fā)生過強烈的混染作用。目前已有報道揚子地塊東部的銅金礦化與晚中生代埃達克巖有關,并系統(tǒng)總結了該區(qū)銅金成礦與埃達克質巖的關系,揚子地塊和大別造山帶的長英質埃達克巖不是由俯沖板片熔融而成,雖然同一區(qū)域與銅金礦化相關的鎂鐵質埃達克質巖具有顯著的地幔特征。這表明: ①深部地殼熔融形成貧礦的埃達克質巖; ②拆沉下地殼熔融形成的熔體在穿過地幔后形成富礦的埃達克質巖。