滇西马厂箐埃达克质富碱斑岩特征、成因与成矿意义

张 民, 刘显凡, 赵甫峰, 邓碧平, 楚亚婷,2, 董 毅, 黄玉蓬

(1.成都理工大学 地球科学学院,成都 610059；2.中节能建设工程设计院有限公司,成都 610052)

滇西地区产出大量新生代富碱斑岩，沿哀牢山—金沙江构成一条长达3 700 km的富碱钾质岩浆岩带[1]，马厂箐富碱斑岩是该岩带的重要组成部分。前人对马厂箐富碱斑岩及其与成矿关系的研究已有较多的成果，郭晓东等认为，马厂箐富碱斑岩可能是一种埃达克岩[2,3]，但对于岩浆属性与成矿关系的认识还存在争议；梁华英等认为，滇西斑岩型铜矿床的形成与富水氧化性岩浆结晶分异出的富铜成矿流体有关[4]，而胡瑞忠等认为马厂箐铜矿床的成矿流体为地壳和地幔两个端元流体的混合物[5]。本文主要运用元素地球化学进一步研究马厂箐富碱斑岩与典型埃达克岩的地球化学特征相似性与差异性，论证其岩浆属性，探讨埃达克质富碱斑岩与成矿的关系。

1 岩石学和地球化学特征

1.1 岩体和岩相学特征

马厂箐富碱斑岩以岩株、岩脉、岩墙等形式侵位于古生界下奥陶统向阳组(O1x)碎屑岩和下泥盆统康廊组(D1k)白云质灰岩和第四系地层中(图1)，岩体由260 多个小岩体组成，具有多期次活动特征。岩性主要为正长斑岩、斑状花岗岩、花岗斑岩、石英二长斑岩及部分煌斑岩等，与矿化有关的岩石以花岗斑岩和斑状花岗岩为主。其岩浆活动大致划分为3个阶段：①早侵入阶段，以斑状花岗岩-(早期)煌斑岩组合为特征，活动时间约在47～42 Ma B.P.之间；②中侵入阶段，以正长斑岩-二长斑岩-斑状花岗岩-花岗斑岩组合为特征，时限约为37～33 Ma B.P.；③晚侵入阶段，为碱长花岗岩-(晚期)煌斑岩组合，还包括部分辉长岩和辉绿岩脉，成岩时间为32～29 Ma B.P.[6,7]。这种碱性长英质岩石与碱性岩及基性岩脉共生的现象，暗示马厂箐富碱斑岩的岩浆属性与源于富集地幔的富碱岩浆有密切关系。彭建堂等[8]使用Ar-Ar法测得辉钼矿矿石(辉钼矿+石英)中脉石矿物石英年龄为40.8±0.2 Ma和38.8±0.3 Ma，楚亚婷等[6]使用Re-Os法测得辉钼矿年龄为35.1±0.5 Ma和34.7±0.6 Ma，郭晓东等[2]测定辉钼矿Re-Os 模式年龄为35.3±0.7 Ma。由此可见马厂箐富碱斑岩成矿与其中晚期富碱长英质岩浆成岩几乎同步，成矿流体与富碱长英质岩浆相互作用是该区重要的成岩成矿地质背景之一。

图1 马厂箐矿区地质简图Fig.1 The Schematic geological map of the Machangqing ore-field(底图据文献[2]，本文略改)1.第四系; 2.二叠系玄武岩; 3.下泥盆统青山组灰岩; 4.下泥盆统康廊组白云质灰岩、白云岩; 5.下奥陶统向阳组第三段黑色页岩夹粉砂岩，底部为灰白色石英砂岩; 6.长石石英砂岩、砾岩夹灰岩透镜体; 7.斑状花岗岩; 8.正长斑岩; 9.二长斑岩; 10.花岗斑岩; 11.煌斑岩; 12.硅化核; 13.断层; 14.矿化类型分带(I.Mo-W-Cu-Fe-Sn矿化; Ⅱ.Cu-Au-Mo-Fe矿化; Ⅲ.Au-Ag-Pb-Zn-As-Sb矿化); 15.锆石测龄用花岗斑岩采样位置

花岗斑岩和斑状花岗岩是本区主要赋矿或矿化花岗岩类，其主要矿物为正长石、酸性斜长石和石英，次要矿物有角闪石和黑云母以及由钾化作用叠加形成的钾长石[2]；特别是在包括马厂箐富碱斑岩体在内的整个滇西地区的富碱斑岩及其包体中，普遍发育沿粒间和矿物晶体裂隙或解理纹贯入、穿插或包绕矿物的黑色不透明物质，研究认为[1,9]，是一种富镁、铁、钛及挥发分的钾质超显微隐晶硅酸盐，是地幔流体参与成岩成矿过程中遗留的微观踪迹物质的表现形式。

1.2 主元素特征

马厂箐富碱斑岩全岩化学成分分析结果列于表1。由表1可知，马厂箐富碱斑岩的wSiO2为65.38%～71.63%,平均为68.63%，为硅过饱和；wAl2O3为14.58%～15.80%，平均为15.12%；里特曼指数为2.26～5.35,平均为3.36；wK2O为4.10%～6.68%，平均为5.14%；wNa2O为3.08%～4.93%，平均为4.02；wNa2O+K2O为7.78%～10.95%，平均为9.16%，在全碱-硅图解(图2-A)中，样品投点主要落在碱性系列和亚碱性系列的边界部位；wK2O/wNa2O为0.87～2.05，平均为1.13，总体上属于钾玄岩和高钾碱钙系列(图2-B)，以碱质富K为特征：这说明该斑岩部分岩源相对富碱，特别是富钾，源于富集地幔的碱性熔浆和地幔流体，再与地壳重熔形成的花岗质岩浆混染，大幅度提高了混合熔体钾的含量，而混熔后地幔流体的交代作用则使钾进一步富集。wCaO为0.62%～3.72%，平均为1.74%；wTiO2为0.21%～0.41%，平均为0.29%；wMgO为0.6%～2.08%，平均为1.19%； Mg#为0.40～0.76，平均为0.62；wTFeO为1.34%～3.29%，平均为2.02%:wTFeO和Mg#值高低差异明显，反映了它们受到来自富集地幔的富碱岩浆和地幔流体的混染，或是与热的地幔楔形区的橄榄岩发生相互反应，大幅度提高了埃达克质熔体的Mg#值和Fe含量[10-12]，这和刘显凡等认为与富碱斑岩有关的滇西众多内生金属矿床的形成与地幔流体有关的观点不谋而合；较高Mg#(普遍大于0.6)暗示壳幔混染的存在。总体而言，马厂箐富碱斑岩主元素表现出了典型埃达克岩的高硅、富钠、高铝、低镁、高Mg#的特征。

1.3 稀土及微量元素特征

马厂箐富碱斑岩稀土元素组成和相关参数如表2所示。由表2及图3-A可看出，ΣREE的质量分数为(109.14～211.43)×10-6，平均为141.23×10-6；ΣLREE的质量分数为(96.41～199.74)×10-6，平均为130.63×10-6；ΣHREE的质量分数为(5.07～19.93)×10-6，平均为10.59×10-6；wLREE/wHREE为6.33～29.52，平均为15.04，轻重稀土元素强烈分异，其稀土配分曲线(图3-A)呈平滑的右倾形态，这种LREE富集是地幔流体作用参与成岩成矿的标志特征之一[9]；δCe为0.89～1.08，平均为0.97；δEu为0.68～1.04，平均为0.86，显示无或极弱的负异常，与典型的埃达克岩具有明显相似的稀土配分曲线[16]；这种δEu异常特征也反映其岩浆运移较快，在结晶成岩过程中未经历明显的分离结晶作用[17]；岩石具有较高的wLa/wYb值(10.26～61.04，平均为32.70)，(wLa/wYb)N为7.1～42.26，平均为22.64，亏损Yb(wYb=0.53×10-6～2.22×10-6，平均值为1.22 ×10-6)。在(wLa/wYb)N-(wYb)N图上(图4)，样品点一部分落在埃达克岩区域内，一部分落在经典岛弧区域内，一个样品落在埃达克岩与经典岛弧岩的重叠区域内，表明马厂箐富碱斑岩与埃达克岩具有一定的地球化学亲和性。

图2 马厂箐富碱斑岩的(Na2O+K2O)-SiO2图和K2O-SiO2图Fig.2 (Na2O+K2O)-SiO2 and K2O-SiO2 diagrams of the porphyry rich in alkali from Machangqing(作图方法据文献[10])

图3 马厂箐富碱斑岩稀土元素配分曲线和微量元素蛛网图Fig.3 REE distribution patterns and trace element spidergrams of the porphyry rich in alkali from Machangqing

图4 马厂箐富碱斑岩(La/Yb)N-(Yb)N图Fig.4 Diagram of (La/Yb)N-(Yb)N(作图方法据文献[16])

马厂箐富碱斑岩的微量元素组成如表3。由表3及图3-B可看出, 该富碱斑岩的微量元素分配形式与下地壳微量元素分配形式较为相似[18]，暗示马厂箐富碱斑岩可能与壳源岩浆有关。本区富碱斑岩富集大离子亲石元素及Sr(wSr=28.93×10-6～956.9×10-6，平均为425.67×10-6)，亏损部分高场强元素，特别是亏损Ta(wTa=0.36×10-6～1.07×10-6，平均为0.63×10-6)。岩石的微量元素配分曲线大部分完全重合(图3-B), 暗示富碱斑岩可能为同源岩浆作用的产物；但是部分元素含量差异较大，显示出部分元素含量的不均一性，说明此岩浆在成分和成因方面有其复杂性。

2 岩浆性质及岩浆演化与成矿关系

埃达克岩的概念是Defant & Drummond正式提出[16]，最初是来命名阿拉斯加阿留申群岛的Adak岛上发现的一套由年轻的含玄武质的洋壳俯冲部分熔融形成的火山岩或玄武岩[11]，起初强调其具有特定的构造背景和特定的地球化学特征，主要包括以下2点：(1)它是由年轻的洋壳俯冲部分熔融所形成的火山岩或玄武岩，强调了其形成于岛弧的构造背景[19]；(2)它具有特定的地球化学特征，wSiO2≥56%，wAl2O3≥15%(很少低于15%)，wMgO通常<3%(很少>6%)，REE强烈分异，Y和重稀土元素含量低(wY<18×10-6、wLa/wYb>20、wYb≤1.9×10-6)，Sr 含量高(一般大于400×10-6)，(87Sr/86Sr)0<0.704 0，富钠(3.5%≤wNa2O≤7.5%)，低的wK2O/wNa2O(一般小于0.42)，高Mg#(一般大于0.47)及高Ni(w=24×10-6)、Cr(w=36×10-6)、Sr 和Eu呈正异常或轻微负异常，高场强元素(HFSE)亏损。随着对埃达克岩研究的不断深入，对典型埃达克岩是否必须产于岛弧环境产生了诸多争议，人们也提出了多种模式来解释具有埃达克岩地球化学特性岩石的成因机制：(1)俯冲洋壳的部分熔融[20,21]；(2)拆沉下地壳的熔融[22,23]；(3)增厚下地壳的熔融[2,24-26]；(4)俯冲陆壳的熔融[27]；(5)长英质岩浆和玄武质岩浆的混合[28,29]；(6)地壳混染-分离结晶(AFC)[30,31]，等等。马厂箐富碱斑岩的岩石化学和地球化学特征相似于埃达克岩(前文已述)，显示出该斑岩具有埃达克岩岩浆的亲合性；但是也有部分元素含量不均一,钾质含量更高等显著不同于典型埃达克岩的特点，这也表明该岩浆性质和成因的复杂性。

涂光炽最早提出富碱侵入岩的概念[32]，即成因上联系、空间上共生、同产于特定地质环境，并与内生多金属矿产密切相关，碱质(Na2O+K2O)含量明显较高(w>8%)的一类岩浆岩，包括偏碱性岩、碱性岩和碱性花岗岩，其SiO2含量可自不饱和到过饱和；该类岩石的本质特征在于，不同程度发育地幔流体碱交代蚀变作用。富碱侵入岩中硅不饱和的富碱岩浆起源于经地幔交代作用形成的富集地幔，若该富碱岩浆运移至地壳直接结晶成岩时即可形成硅不饱和的碱性岩类；然而，富碱侵入岩中碱性花岗岩类的形成则与富碱岩浆和地幔流体底侵作用引发地壳深熔有关。这种硅过饱和的碱性花岗岩类，其成岩演化过程必然受到幔源富碱岩浆和地幔流体的混染和交代作用[33]。

包括马厂箐富碱斑岩在内的滇西富碱侵入岩，在新生代已是陆内构造环境[15,34,2]，因而该区富碱斑岩最有可能源于加厚地壳的熔融[2], 如在(wLa/wSm)-wLa及(wLa/wYb)-wLa图中(图5)，富碱斑岩样品点分布大致具线性正相关，显示出强烈的熔融成因，岩浆过程未经历明显的分离结晶作用，这与稀土配分曲线(图3-A)显示无或极弱的负铕异常特征形成呼应；在wMgO-wSiO2图中(图6-A)，富碱斑岩样品点除2个外，其他全部落在增厚下地壳熔融形成的埃达克岩区域内也证明了这一点。但是，地壳增厚重熔形成的花岗质岩浆经充分的斜长石分离结晶会形成极强的负Eu异常；而本区的Eu显示出无或者极弱的负异常，这表明该区富碱斑岩岩浆并不是直接起源于地壳重熔产生的花岗质岩浆，而是源于来自富集地幔的富碱岩浆和地幔流体的底侵作用，引发增厚下地壳熔融产生的花岗质岩浆，再与富碱岩浆和地幔流体不同程度混染后形成的富碱长英质岩浆混合熔体。正是花岗质岩浆在受到源于地幔的富碱岩浆和地幔流体的混染后，岩浆快速运移，在其结晶成岩过程中，未经历明显分离结晶作用但伴随地幔流体交代作用，形成具有无或弱负Eu异常且LREE强烈富集并以富钾质为特征的花岗岩类岩石；同时，岩体中富集的不相容元素(Rb、Cs、Ba、Th)基本上不进入早期结晶相。因此, 在wHf-wTh-wTa图解(图6-B)中, 样品点基本集中分布,同样也表明马厂箐富碱斑岩不是分离结晶作用形成的。由表3可以看出，该富碱斑岩不仅富集了具有壳源特征的LILE(Bb,Cs,Ba,Sr,Th)，而且一些仅在幔源岩石中富集的过渡金属元素(Sc,Ti,Cr,Co,Ni)也有较高的丰度。特别是相容元素Cr和Ni含量变化范围较大，其质量分数分别为(19.40～722) ×10-6和(13.60～160.60)× 10-6，显示出部分元素含量及岩浆源区组分的不均一性。元素Cr和Ni的高含量表明部分增厚地壳的熔体可能与源于地幔的富碱岩浆发生混染，导致混合熔体中地幔组分的增加，这也是地幔流体作用参与岩浆演化过程的特征显示。(La/Yb)-δEu图中(图7)，样品点都落在壳幔混染区，为马厂箐富碱斑岩岩浆演化过程中经历壳幔混染作用进一步提供了佐证。郭晓东等在马厂箐岩体中首次发现镁铁质深源暗色包体[3]，研究认为，该岩体是增厚下地壳重熔形成的花岗质岩浆与幔源岩浆混合作用的产物。

图5 马厂箐富碱斑岩的(La/Sm)-La和(La/Yb)-La图Fig.5 (La/Sm)-La and (La/Yb) -La diagrams of the porphyry rich in alkali from Machangqing(作图方法据文献[35])

图6 马厂箐富碱斑岩的MgO-SiO2图和Hf-Th-Ta图Fig.6 MgO-SiO2 and Hf-Th-Ta diagrams of the porphyry rich in alkali from Machangqing(作图方法据文献[35])

图7 马厂箐富碱斑岩(La/Yb)-δEu图Fig.7 (La/Yb)-δEu diagram of the porphyry rich in alkali from Machangqing(作图方法据文献[36,37])

本文的进一步研究表明，幔源岩浆和地幔流体的底侵注入，在为马厂箐富碱斑岩提供了上升侵位的热动力的同时，也提供了铜、金、钼和硫等成矿物质和成矿流体，并引发加厚地壳重熔，形成的埃达克质岩浆伴随与幔源岩浆和地幔流体的相互作用，运载和沿途活化成矿物质至容矿部位集中，促使壳幔物质叠加成矿。

3 结 论

a.马厂箐富碱斑岩具有较高的硅(wSiO2=65.38%～71.63%)、富钠(wNa2O为3.08%～4.93%，平均为4.02)、高铝(wAl2O3=14.58%～15.80%)、低镁(wMgO=0.6%～2.08%)、高Mg#(Mg#=0.40～0.76)、富集轻稀土元素(ΣLREE=96.41×10-6～199.74×10-6)、LILE、及Sr(wSr=28.93×10-6～956.9×10-6，平均为425.67×10-6)，亏损部分HFSE。具有较高的wLa/wYb值，Ce和Eu显示无或极弱负异常，具有典型埃达克岩地球化学特征，但以相容元素Cr(19.40× 10-6～722×10-6)和Ni(13.60× 10-6～160.60× 10-6)的含量变化范围较大，部分元素含量不均一等，钾质含量较高(wK2O为4.10%～6.68%，平均为5.14%)又不同于典型埃达克岩，再以具较高丰度的LILE(Rb,Cs,Ba,Sr,Th)和部分过渡金属元素(Sc,Ti,Cr,Co,Ni)而表现壳幔混染特征。

b.马厂箐埃达克质富碱斑岩源于富碱岩浆和地幔流体的底侵作用，引发增厚下地壳部分熔融产生的花岗质岩浆，再与底侵富碱岩浆和地幔流体不同程度混染后形成的富碱花岗质混合熔体，而该混合熔体的形成并伴随其结晶成岩过程中含矿地幔流体的交代蚀变是促进马厂箐富碱斑岩成矿的关键因素。

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