中亚成矿域Erdenet斑岩型铜钼矿床和Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床对比

李润武，童 英，苏尚国

(1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083；2.中国地质科学院地质研究所 北京离子探针中心，北京 100037)

0 引 言

图件引自文献[15]，有所修改图1 中亚成矿域构造简图及大型—超大型斑岩型矿床分布Fig.1 Schematic Tectonic Map of the Central Asian Metallogenic Domain and Distribution of the Large and Super-large Porphyry Deposits

中亚造山带(Central Asian Orogenic Belt)是位于西伯利亚克拉通以南、华北—塔里木克拉通以北及东欧克拉通以东之间的广大区域[1-3]，是古亚洲洋(Paleo Asian Ocean)于元古代至早中生代通过大洋俯冲、碰撞、闭合及地体拼贴等重要机制导致长期显著大陆地壳生长而形成的一条显生宙巨型增生型造山带(系)，主要由增生杂岩、(陆缘)弧岩浆岩带、弧前/后盆地、蛇绿岩带、海底沉积物、海山及大陆碎片等构成[2,4-5]。中亚造山带内产出有多种矿床类型，如斑岩型矿床、黑色岩系矿床、块状硫化物矿床、陆相火山岩矿床、与富碱侵入岩有关的矿床、砂岩矿床等[6-8]，具有非常大的矿产资源优势及潜力，因此，有学者将其称为中亚成矿域(图1)，与环太平洋成矿域和特提斯成矿域并称为全球三大成矿域[6,9]。中亚成矿域斑岩型矿床主要包括一系列大型—超大型斑岩型铜金、斑岩型铜(金、钼)及斑岩型铜钼矿床(图1)；针对其矿床地质特征、成矿时代、大地构造背景、成矿流体作用及成矿深部动力学机制等方面，前人已经做了大量工作[6-20]，并取得了一系列认识。例如，申萍等通过对斑岩型铜矿床成矿岩体年代学、主量元素、微量元素及Sr-Nd-Hf同位素地球化学特征的研究，提出中亚成矿域内多数成矿斑岩主要源于年轻物质，形成于寒武纪至三叠纪，且主要集中在石炭纪，多数斑岩型铜金矿床产出于岛弧环境，斑岩型铜钼矿床产出于陆缘弧或岛弧和陆缘弧过渡的环境，斑岩型铜(金、钼)矿床则可形成于上述多个构造环境[14-15]；Gao等根据前寒武纪基底性质、成矿大地构造背景以及斑岩成矿特征等方面的系统综合研究，以重要地质构造界线为界将中亚成矿域划分为3个成矿省，提出中亚成矿域斑岩型铜矿床主要发育于厚的成熟大陆弧环境，而斑岩型钼矿床则可产出在陆缘弧、碰撞造山带和陆内裂谷环境，并用“残余洋中脊俯冲+预富集基性下地壳熔融”模型来解释该成矿域大型斑岩型矿床成矿的深部动力学机制[18-19]。显然，这些工作对从总体上认识中亚成矿域斑岩型矿床形成机制提供了重要参考，只是对不同类型的斑岩型矿床之间的差异，以及这种差异与其发育构造环境之间的联系仍然需要进一步深入研究。基于此，本文选取中亚成矿域研究程度较高的两个典型斑岩型矿床——Erdenet(额尔登特)斑岩型铜钼矿床(简称“Erdenet矿床”)与Oyu Tolgoi(欧玉陶勒盖)斑岩型铜金矿床(简称“Oyu Tolgoi矿床”)开展详细对比研究，通过综合对比这两个不同类型斑岩型矿床的地质特征和与成矿相关的岩浆岩地球化学数据的异同来讨论这两类斑岩型矿床形成时的大地构造环境，为深入探讨中亚成矿域斑岩型矿床类型与其产出的大地构造背景之间的内在联系提供依据，从而服务于矿产勘查。

1 矿床地质特征

1.1 Erdenet斑岩型铜钼矿床

1.1.1 区域地质背景

Erdenet斑岩型铜钼矿床位于蒙古国首都乌兰巴托西北方向约240 km处，属蒙古国北部，是蒙古国最大的斑岩型铜钼矿床，同时也是其重要的经济来源。该矿床自1978年距今已有超过40年的开采历史[21-22]。目前，该矿床由蒙古国和俄罗斯联合开采，探明矿石总量达17×109t，Cu品位为0.58%，Mo品位为0.018%，年产矿石量约2×107t，铜金属量达12×104t，钼金属量达1.6×104t[23]。在大地构造位置上，该矿床位于中亚造山带蒙古—鄂霍茨克缝合带北侧的二叠纪—三叠纪岩浆弧内(图2)；二叠系—下三叠统火山-沉积岩和侵入岩及上三叠统—中下侏罗统火山岩和沉积岩盖层在区域上出露广泛[22]；前寒武纪和早古生代基底岩石发育，晚二叠世Selenge杂岩侵入其中[24]，出露面积约2 800 km2，由多期次侵入的浅成花岗岩、辉长岩和闪长岩构成；每个岩体出露面积从几平方千米到1 000 km2不等；根据单个岩体具有不同的结构、组成及K-Ar年龄，可将其划分成3个期次的岩浆活动[22,25]。该矿床产出在侵入Selenge杂岩的Erdenet杂岩体内，其岩石类型多样，主要是石英闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩，同样是由多期次侵入作用形成[21,25]。在区域构造方面，NW、NE及近EW向断裂发育，该矿床位于区域上NE、NW、SN及EW向断裂的交汇部位，其中NW—SE向断裂构造控制了该矿床的成矿作用、热液蚀变分布及含矿斑岩侵入体形态[24-25]。

1.1.2 矿床地质

Erdenet斑岩型铜钼矿床位于一个直径20～25 km的环形构造内，其中包含许多由蚀变花岗闪长岩脉和岩株代表的直径为2.0～2.5 km的次火山侵入岩中心，明显受NW—SE向断裂构造控制而呈线性排布的4个侵入岩中心(Oyut、Intermediate、Central及Tsagaan Chulunt岩体)与Erdenet岩体一起构成一条NW—SE向展布的岩浆岩带[22]。该矿床成矿斑岩可能是以位于矿区东南部且直径约900 m的花岗闪长斑岩株为中心；根据Cu品位分布，花岗闪长斑岩株具近于垂直的侧边，其几何形状像是一颗臼齿[23]。成矿斑岩、含矿网脉与Selenge杂岩中黑云母角闪花岗岩、花岗闪长岩和石英正长岩呈侵入接触关系，其中成矿斑岩横切Selenge侵入杂岩晚期岩体，并具有典型的斑状结构，且与喷发角砾岩存在关联，指示斑岩体形成于次火山环境[22]，完全不同于Selenge杂岩的形成环境。与成矿相关的斑岩包括浅成、次火山及爆发成因的岩株、岩脉、岩颈和席状岩体，其组成和结构多变，主要是斑状石英闪长岩和闪长岩、石英正长岩、花岗闪长岩、花岗岩和淡色花岗岩，相关的火山岩包括爆发角砾岩、安山岩、粗面安山岩、英安岩、流纹英安岩、流纹岩、粗面岩和粗面英安岩[22,25]。上述与成矿相关的斑岩可划分成5个不同的侵入期次(图3)：①由角闪石-黑云母花岗闪长斑岩及少量英安岩组成。花岗闪长斑岩斑晶体积分数可达40%，由斜长石、角闪石和黑云母组成，基质是细粒石英、钾长石和斜长石；英安岩具无斑隐晶质结构，或含少量斜长石斑晶。②代表岩石类型是花岗闪长岩和花岗斑岩。花岗斑岩呈粉—灰色，斑晶为斜长石、石英及少量角闪石和黑云母，基质为石英和钾长石的细粒共生颗粒；花岗闪长斑岩呈灰色，斑晶体积分数约为40%，主要为斜长石、角闪石、绿泥石化黑云母、石英及极少量钾长石，基质为钾长石、斜长石、石英和矿石矿物，该期次斑岩切割第一阶段的花岗闪长斑岩和英安岩，并具石英-绢云母化蚀变特征。③主要是黑云母-斜长石斜长花岗岩、花岗闪长斑岩及淡色花岗斑岩、淡色花岗质斜长斑岩，切割第一、二阶段斑岩体。④主要由淡色斑岩和流纹英安岩组成，切割第三阶段斑岩体。⑤主要是相关的闪长斑岩、角闪石-斜长安山岩和花岗闪长斑岩，发育有青磐岩化蚀变[22]。在钻井岩芯上，构造特征的突然改变(厘米级—米级)同样指示多期次的侵入作用，后期斑状-微晶花岗闪长岩和英安岩-安山岩脉广泛分布；整体来看，这些岩脉分布在花岗闪长斑岩株外围，在某些地方，岩脉切穿其边缘[23]。

图件引自文献[26]，有所修改图2 蒙古国地质简图Fig.2 Geological Sketch Map of Mongolia

图件引自文献[25]图3 Erdenet矿床地质简图和剖面图Fig.3 Geological Sketch Map and Schematic Cross-section of Erdenet Deposit

Erdenet矿床的Cu-Mo矿化集中出现在斑岩体内部，矿化垂直深度至少在1 000 m，顶部存在厚为100～300 m的铜次生富集带[21,25]，矿床矿化分带明显。在水平方向上，由外围黄铁矿化过渡到中心高品位的黄铜矿-斑铜矿-辉铜矿化[22]；在垂直方向上，由上到下依次是淋滤-氧化带、次生硫化物富集带及原生矿石带[24]。Cu-Mo矿化呈浸染状、脉状、角砾状，矿石矿物主要由黄铜矿、辉铜矿、赤铜矿、斑铜矿、砷黝铜矿和辉钼矿组成，次生矿石矿物包括黏土矿、辉铜矿、铜蓝、绿松石和硅孔雀石。氧化带中的矿物主要是孔雀石、蓝铜矿、硅孔雀石、绿柱石、自然铜和钼钙矿[23,25]。Kavalieris等将Erdenet斑岩型铜钼矿床成矿作用划分成4个主要阶段，分别为黄铁矿-黄铜矿-斑铜矿阶段、石英-辉钼矿脉阶段、黄铁矿-黄铜矿阶段、黄铜矿-斑铜矿阶段[23]。其中，黄铁矿-黄铜矿阶段和黄铜矿-斑铜矿阶段对铜成矿作用贡献最大，而钼成矿作用主要与高温石英脉相关[23]。在热液蚀变方面，Erdenet矿床发育有3个近对称的、明显具不同蚀变特征的蚀变带，以花岗闪长斑岩为中心，蚀变向外逐渐减弱。其从矿床核部向外蚀变带依次是：①绢云母(石英-绢云母)蚀变带，局部发育硅化；②中等泥质(绿泥石-绢云母)蚀变带；③青磐岩化(绿泥石和绿帘石-绿泥石)和绿泥石化蚀变带。此外，斑岩体内钾硅酸盐蚀变普遍发育，但Cu-Mo矿化主要与晚期绢云母化蚀变相关[23]。

1.2 Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床

1.2.1 区域地质背景

Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床位于蒙古国南戈壁沙漠地区，向北距离蒙古国首都乌拉巴托市约550 km，向南距离中蒙边境约80 km，地表多被残留坡积物和沙漠覆盖，仅有少量岩石出露[26-27]。最早在20世纪80年代初期，Central Oyu矿床在蒙古国和俄罗斯联合地球化学调查过程中被发现存在Mo异常，整个Oyu Tolgoi矿床是在Magma Copper、BHP Billiton以及Ivanhoe Mines等多家矿业公司先后开展的找矿勘查工作中被发现的[28-29]。目前，共探明矿石资源总量63.82×109t，Cu品位为0.67%，Au品位为0.29×10-6，铜金属量达4 276×104t，金1 805 t[26,30]。该矿床在大地构造位置上处于中亚造山带内的古尔班赛汗地块[31](图2)，即西伯利亚克拉通南缘近EW和NE向深大断裂所夹持的南蒙古晚泥盆世构造-岩浆岩带[32-33]；该地块呈弧形延伸，长达600 km，最宽可达200 km，发育有志留纪—石炭纪火山-沉积岩序列，泥盆纪正长岩和花岗岩及石炭纪闪长岩、花岗岩、花岗闪长岩和正长岩侵入其中，此外，可观察到二叠纪花岗杂岩侵入到志留纪—泥盆纪火山-沉积岩序列中[27]。Crane等将Oyu Tolgoi地区石炭纪前的地层划分成两个主要单元，即Heruga和Oyu Tolgoi序列[31]。Oyu Tolgoi序列是Oyu Tolgoi矿床的围岩，该地层序列出露面积有限，主要是在Southwest Oyu Tolgoi和South Oyu Tolgoi矿床所在地区，岩石类型以斑状辉石玄武岩为主；Heruga序列在Southwest Oyu Tolgoi矿床西南方向约5 km的Heruga矿区广泛出露，岩性主要是玄武质角砾岩、细层状粉砂岩夹厚的块状火山成因砂岩[31]。区域性断裂构造发育，中蒙边境一系列呈弧形延伸的深大断裂和NE向走滑断层控制着西伯利亚克拉通与华北克拉通之间广大区域的地壳演化[34]；矿区内近EW和NE向断裂广泛分布，其中NE向断裂控制着岩浆-成矿作用，Oyu Tolgoi矿床主要位于近EW和NE向断裂交汇部位[27,35](图4)。

1.2.2 矿床地质

Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床位于一个长约25 km、呈NNE向的构造-岩浆-成矿带内，由一系列互不相连的独立矿床组成，从北向南分别是Hugo Dummett(可细分为Hugo Dummett South和Hugo Dummett North)、Central Oyu Tolgoi、Southwest Oyu Tolgoi、South Oyu Tolgoi、Heruga North和Heruga矿床[26-27,34-35](图4)。Oyu Tolgoi矿床的形成与研究区晚泥盆世两期侵入岩浆活动具有密切的时空关系。第一期与主矿化作用阶段相关，是矿化同期的石英二长闪长岩；第二期发育弱矿化作用，是矿化后期的花岗闪长斑岩[26,36]。石英二长闪长岩具斑状结构，斑晶包括斜长石和钾长石。其中，斜长石体积分数约为45%，具明显的堆晶结构；钾长石体积分数为15%～20%，呈独立的自形晶或与石英在基质中共生。花岗闪长斑岩的结构可划分为两种：第一种结构的斑晶主要是斜长石(体积分数为40%)、石英(10%)和黑云母(10%)，其中斜长石呈自形—半自形，局部发育环带，基质是粒状-隐晶质长石，富含磷灰石微晶；第二种结构的斑晶主要是斜长石(体积分数大于80%)和石英(小于10%)，基质是细粒长石[26,36-37]。该矿床围岩主要是英安质凝灰岩及晚泥盆世或更晚的辉石玄武岩，Kavalieris等认为其与上述成矿相关的晚泥盆世侵入岩地球化学特征相似，应属同源岩浆[38]。

图件引自文献[26]图4 Oyu Tolgoi矿床地质简图和剖面图Fig.4 Geological Sketch Map and Schematic Cross-section of Oyu Tolgoi Deposit

如前所述，Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床由一系列独立矿床组成，其水平间距从不足1 km到2 km不等。在保存完好的矿床(Hugo Dummett和Heruga矿床)中，具经济效益矿化的垂直深度可达1 km左右，而裸露地表的Central Oyu Tolgoi、Southwest Oyu Tolgoi及South Oyu Tolgoi矿床的矿体顶部已经被风化剥蚀至少500 m[26,31]。应该注意的是，沿矿化走廊，各矿床地质特征不尽相同。最北部Hugo Dummett North矿床赋存于已经受到广泛绢云母化蚀变和高级泥质蚀变并叠加有早期钾质蚀变的石英二长闪长岩中，以斑铜矿和原生辉铜矿的出现为特征，上部存在辉钼矿带，更深部位则是黄铜矿，上述矿石均受到硫砷铜矿、砷黝铜矿-黝铜矿和铜蓝等高硫化型矿石矿物组合的改造；矿床Au(10-6)/Cu(%)比率介于0.1到1.0之间，低于其他矿床。Hugo Dummett North矿床东部边缘和Hugo Dummett South矿床中，最高品位的Cu矿化与以石英二长闪长岩为中心的、呈密集网脉-席状的石英脉有关，其延伸到临近Oyu Tolgoi序列的辉石玄武岩中，特点是具高的Au(10-6)/Cu(%)比率，可达0.5；最高品位矿体核部的矿石矿物主要是斑铜矿，Cu品位为3%～5%，向外矿床品位发生变化，在辉石玄武岩中是黄铜矿，在高级泥质蚀变的英安质凝灰岩中是黄铁矿-黄铜矿±硫砷铜矿、砷黝铜矿、斑铜矿、辉铜矿的低品位边缘。在中部矿床(Central Oyu Tolgoi矿床)，呈锥形的高级泥质蚀变和绢云母化蚀变区域叠加在石英二长闪长岩中的早期斑岩系统中，并具赤铁矿和黄铁矿等高硫化型矿石矿物组合，还含少量相关的硫砷铜矿、砷黝铜矿、斑铜矿和黄铜矿；该矿床上方发育辉铜矿次生富集带，受到上覆白垩系的保护。在南部矿床(Southwest Oyu Tolgoi、South Oyu Tolgoi、Heruga North和Heruga矿床)，矿体主要赋存于Oyu Tolgoi序列中黑云母-磁铁矿蚀变发育的辉石玄武岩中，受到赤铁矿-绿泥石-绢云母化蚀变的改造；白垩纪侵蚀作用可能已经剥蚀了Southwest Oyu Tolgoi和South Oyu Tolgoi矿床的高硫化体系，只剩下斑岩体系的中部和根部，而Heruga North和Heruga矿床保存完好；在Heruga North和Heruga矿床，成矿岩体石英二长闪长岩占总赋矿岩体体积分数不超过20%，且呈相对小的岩株和岩脉产出；在Southwest Oyu Tolgoi矿床，成矿岩体石英二长闪长岩呈筒状产出在矿床核部，直径约为250 m，高达700 m。相比于北部矿床，南部矿床Au(10-6)/Cu(%)比率更高，为0.8～3.0，矿石矿物主要是黄铜矿，还存在少量黄铁矿、斑铜矿和辉钼矿[26]。

2 与成矿相关的岩浆岩地球化学特征

Erdenet矿床与Oyu Tolgoi矿床均位于中亚成矿域蒙古斑岩成矿省[19]，但二者成岩-成矿作用时代明显不同。Watanabe等对Erdenet矿床辉钼矿Re-Os定年结果为240 Ma[21]，与江思宏等获得的该矿床中辉钼矿Re-Os定年结果(241 Ma)及含矿斑岩体(石英闪长岩)锆石U-Pb定年结果(247～240 Ma)[25]基本一致，也与Kavalieris等获得的该矿床中白云母40Ar/39Ar定年结果(240 Ma)[23]相近，表明Erdenet矿床成岩-成矿作用发生于中三叠世。关于Oyu Tolgoi矿床，Perell等获得矿床蚀变带中黑云母K-Ar定年结果为411 Ma[27]，代表了志留纪—泥盆纪钾硅酸盐化和最早有关Cu矿化事件发生的时间[27,32]；考虑到样品中有退变质作用形成的绿泥石，Ar保留条件不好，该年龄被认为是成矿年龄的下限[34]。Southwest Oyu Tolgoi、Central Oyu Tolgoi和Hugo Dummett South矿床辉钼矿Re-Os定年结果为373～370 Ma[29]；Wainwright获得与成矿相关的石英二长闪长岩和花岗闪长岩锆石U-Pb定年结果分别是372和366 Ma[36]。因此，Oyu Tolgoi矿床成岩-成矿作用形成于晚泥盆世[37]。本文在仔细研究前人获得的矿床地质特征基础上，系统分析了Erdenet和Oyu Tolgoi地区与各自矿床成矿作用时代相近的岩浆岩地球化学特征，包括全岩主量、微量、稀土元素及Sr-Nd-Hf同位素组成特征。在分析这些数据之前，对数据进行了筛选。虽然原始文献中在采集用于岩石地球化学分析的样品时应该尽量保证了所采集的样品未受到明显蚀变作用的影响，但不难发现，这些地球化学测试数据并不都能代表其原始组成。例如，Oyu Tolgoi矿床中4个火山岩样品的烧失量(大于8%)非常高(图5)，指示后期蚀变作用的强烈影响，因此，需要剔除这部分数据；而剩下样品中部分存在异常高或异常低的Na2O、K2O含量，同样表明蚀变作用的存在。为了提高数据的可信度，采用“蚀变盒子”用于岩石样品蚀变程度的鉴定[30,39]。筛选结果显示，Erdenet矿床与Oyu Tolgoi矿床大部分岩石样品没有受到蚀变作用的明显影响，仅有少量样品落在“未蚀变盒子”区域外(图6)。此外，从岩浆岩TAS图解中可以看到：需要剔除的样品数据点分布较为稀散，而未受明显蚀变影响的样品数据点相对集中；Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩样品分别主要落在花岗岩-花岗闪长岩和石英二长岩-花岗闪长岩区域(图7)，这与前人对这两个矿床成矿斑岩的岩相学鉴定结果[24,37]基本一致。因此，基本可以排除剔除后的岩石样品数据受明显蚀变作用影响的可能性，本文则以这部分数据为基础，对其进行分析，并总结其变化规律。

2.1 主量元素

Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩SiO2含量(质量分数,下同)变化范围均较大，分别为49.87%～75.24%和55.16%～68.2%。整体而言，这两个矿床成矿斑岩普遍具有高的Al2O3含量(13.86%～19.7%)和全碱(Na2O+K2O)含量(3.79%～9.88%)。整理前人研究数据并重新进行投图，发现这两个矿床成矿斑岩岩性主要是二长岩、石英二长岩、花岗岩及花岗闪长岩(图7)，属于钙碱性—高钾钙碱性系列、准铝质—弱过铝质系列(图8)。此外，这两个矿床成矿斑岩均具有低的CaO含量(平均值分别为2.61%、2.92%)、MgO含量(平均值分别为1.35%、1.34%)、TiO2含量(平均值分别为0.51%、0.50%)和P2O5含量(平均值分别为0.15%、0.21%)。但是，Erdenet矿床成矿斑岩TFe2O3含量明显偏低，为0.72%～9.32%，平均值为3.85%；相对而言，Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩具有更高的TFe2O3含量，为2.55%～11.05%，平均值为6.1%。Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床同时代火山岩具有与其各自成矿斑岩侵入体整体一致的地球化学特征，均属于钙碱性—高钾钙碱性系列、准铝质—弱过铝质系列(图8)，而且Erdenet矿床火山岩的TFe2O3含量(平均值为5.84%)同样比Oyu Tolgoi矿床的TFe2O3含量(平均值为10.68%)更低。

LOI为烧失量；Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]；Oyu Tolgoi矿床数据引自文献[31]、[36]、[44]和[45]图5 Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床与成矿相关的岩石烧失量与各主量元素相关性图解Fig.5 Diagrams of Correlation Between LOI and Some Major Elements for Ore-related Rocks of Erdenet and Oyu Tolgoi Deposits

底图引自文献[38]；Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]；Oyu Tolgoi矿床数据引自文献[31]、[36]、[44]和[45]图6 Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床与成矿相关的岩石蚀变盒子判别图解Fig.6 Discrimination Diagrams of Alteration Boxes for Ore-related Rocks of Erdenet and Oyu Tolgoi Deposits

图(a)中，1为橄榄辉长岩；2为辉长岩；3为辉长闪长岩；4为闪长岩；5为花岗闪长岩；6为花岗岩；7为二长辉长岩；8为二长闪长岩；9为二长岩；10为石英二长岩；11为正长岩；12为副长石辉长岩；13为副长石二长闪长岩；14为副长石二长正长岩；15为副长正长岩；16为副长深成岩。图(b)中，1为苦橄岩；2为玄武岩；3为玄武安山岩；4为安山岩；5为英安岩；6为流纹岩；7为粗面玄武岩；8为玄武粗安岩；9为粗面安山岩；10为粗面岩-粗面英安岩；11为碱玄岩-碧玄岩；12为响岩质碱玄岩；13为碱玄质响岩；14为响岩；15为似长岩。图(a)底图引自文献[46]；图(b)底图引自文献[47]；Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]；Oyu Tolgoi矿床数据引自文献[31]、[36]、[44]和[45]图7 Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床与成矿相关的岩石TAS图解Fig.7 Diagrams of TAS for Ore-related Rocks of Erdenet and Oyu Tolgoi Deposits

图(a)底图引自文献[48]；图(b)底图引自文献[49]；Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]；Oyu Tolgoi矿床数据引自文献[31]、[36]、[44]和[45]图8 Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床与成矿相关的岩石SiO2-K2O图解和A/CNK-A/NK图解Fig.8 Diagrams of SiO2-K2O and A/CNK-A/NK for Ore-related Rocks of Erdenet and Oyu Tolgoi Deposits

2.2 微量及稀土元素

整体上，Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩及同时代火山岩均显示出大离子亲石元素(LILEs)Rb、Ba、U及Sr和轻稀土元素(LREE)富集，高场强元素(HFSEs)Nb、Ta和重稀土元素(HREE)明显亏损的特征，显示出火山弧岩浆岩的亲缘性[40]。Erdenet矿床LREE/HREE值为6.61～24.84，(La/Sm)N值为2.41～8.16，(La/Yb)N值为7.14～39.45[图9(a)～(c)]，指示轻、重稀土元素之间及轻稀土元素内部元素分馏明显；(Ga/Yb)N值较小，为1.32～3.28[图9(d)]，指示重稀土元素内部元素分馏较弱。Oyu Tolgoi矿床轻稀土元素内部和重稀土元素内部元素分馏均较弱((La/Sm)N值为1.52～4.32，(Ga/Yb)N值为1.09～3.10)[图9(b)、(d)]，但其轻、重稀土元素之间分馏则相对明显(LREE/HREE值为3.24～11.01，(La/Yb)N值为2.91～18.62)[图9(a)、(c)]。此外，Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床岩石样品的Eu异常分别为0.65～1.71(平均值为1.06,其中一个样品为2.70)和0.74～1.16(平均值为0.95)，不显示明显的Eu异常[图9(e)]，其中特别高的Eu异常被认为与岩石样品中斜长石斑晶的存在有关。

Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]；Oyu Tolgoi矿床数据引自文献[31]、[36]、[44]和[45]图9 Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床与成矿相关的岩石微量和稀土元素相关图解Fig.9 Diagrams of Related Trace and Rare Earth Elements for Ore-related Rocks of Erdenet and Oyu Tolgoi Deposits

2.3 Sr-Nd-Hf同位素

Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩的(87Sr/86Sr)i值分别为0.704 0～0.704 3和0.703 6～0.704 5，εNd(t)分别为2.90～5.91和3.5～7.4。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解 [图10(a)]中，所有样品主要落在洋岛玄武岩(OIB)区域，且Oyu Tolgoi矿床样品具有向洋中脊玄武岩(MORB)区域靠近的趋势。这两个矿床的εHf(t)分别为4.7～11.1和10.9～16.1。在εHf(t)-t图解[图10(b)]中，Erdenet矿床样品落在球粒陨石(CHUR)演化线与亏损地幔(DM)演化线之间的区域，而Oyu Tolgoi矿床样品则在亏损地幔演化线上或附近，指示其源于更亏损的地幔源区。另外，与Erdenet矿床成矿斑岩同时代火山岩的(87Sr/86Sr)i值(0.704 1)、εNd(t)(3.2～4.4)与该矿床成矿斑岩相似[图10(a)、(b)]，指示两者应具有相同的岩浆源区；Oyu Tolgoi矿床晚泥盆世火山岩也应与该矿床成矿斑岩具有相同的岩浆源区，其(87Sr/86Sr)i值为0.703 8～0.704 5，εNd(t)为1.4～7.2，εHf(t)为9.9～15.6，与该矿床成矿斑岩相似[图10(a)、(b)]。

从以上分析不难看出，Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床虽然有一定的相似性，但总体表现出明显的差异性(表1)。造成这种差异的原因显然与其矿床成因以及各自所处的大地构造背景密切相关。

3 矿床成因

针对Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床的成因，前人通过分析测试获得了大量的岩石地球化学数据，并结合矿床地质特征对成矿斑岩岩石成因及大地构造背景进行了研究，从而促进了对这两个矿床成因的理解[22,25,31,36,41-42,44-45]。目前，这些研究均认为这两个矿床的形成与弧环境关系密切。其中，Erdenet矿床形成于活动大陆边缘环境[15,21-22,25]，但关于成矿斑岩的岩浆源区存在亏损地幔[50]、与地幔柱活动相关[42]、洋壳熔融板片与下地壳熔体混合[43]及年轻下地壳物质[15,25]等不同认识；Oyu Tolgoi矿床则形成于远离陆壳物质的洋内岛弧环境[26-27,37,51]，关于成矿斑岩岩浆源区的争议不大，主要认为其应该源于亏损地幔物质[36,45]或年轻的下地壳物质[15]。

3.1 成矿斑岩岩石成因

Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩具有相似且变化范围较大的SiO2含量，高的Al2O3和全碱含量，中等的TFe2O3含量以及低的CaO、MgO、TiO2、P2O5含量。这两个矿床的Al2O3、MgO、CaO、TFe2O3、TiO2含量与SiO2含量之间均显示明显的负相关关系(图11)，可能与部分熔融或分离结晶作用有关。Erdenet矿床La/Sm值变化范围大，为3.38～12.65，说明与部分熔融作用有关[图12(a)]；岩石样品在Zr/Nb-Zr图解中同样沿着部分熔融演化趋势线分布[图12(b)]，而且该矿床所在地区同时代的镁铁质岩浆活动基本不发育(图3)，也暗示其成矿斑岩的形成与分离结晶作用无关。Oyu Tolgoi矿床La/Sm值为3.94～6.34，相对稳定，与分离结晶作用一致[图12(a)]；在Zr/Nb-Zr图解中也呈现出以分离结晶作用为主的岩浆演化趋势[图12(b)]，结合主量元素哈克图解，认为在岩浆演化过程中发生了斜长石、角闪石和/或黑云母的分离结晶作用。另外，这两个矿床火山岩的主量元素含量之间及与成矿斑岩的主量元素含量之间也显示一定程度的相关性(图11)；由成矿斑岩与同时代火山岩具有相近的Sr-Nd-Hf同位素组成可知，二者应该具有相同的岩浆源区(图10)。Erdenet矿床火山岩La/Sm值变化范围较大[图12(a)]，因此，该矿床成矿斑岩与同时代火山岩虽然具有相同的岩浆源区，但不存在同源岩浆分离结晶演化的可能，而应源于部分熔融作用；Oyu Tolgoi矿床火山岩的La/Sm和Zr/Nb值变化范围较小，且与成矿斑岩相近[图12(a)、(b)]，因此，成矿斑岩与同时代火山岩应源于同源岩浆的分离结晶作用。整体上，这两个矿床的所有岩石样品均显示大离子亲石元素Rb、Ba等富集，高场强元素Nb、Ta等明显亏损，轻稀土元素相对富集以及重稀土元素相对亏损的特征，显示出弧岩浆岩的亲缘性[40]；在La/Ba-La/Nb图解[图13(a)]中，所有样品也反映出岩浆源区受到过俯冲流体/熔体影响的特点[52]；Nb和Ta具有相似的地球化学特征，Nb/Ta值不受岩浆分异、地壳混染及热液蚀变的影响，但俯冲作用的影响可改变该比值，使其具有较大的变化范围[53-54]，Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩及同时代火山岩的Nb/Ta值分别为8.14～28.10和11.03～25.56，变化范围较大，同样指示俯冲作用的存在；此外，在Nb/Zr-Th/Zr图解[图13(b)]中，Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床岩石样品分别呈现出受到俯冲流体和俯冲熔体作用影响的特点[55]，这对两个矿床的形成应起到十分重要的作用。

Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]；Oyu Tolgoi矿床数据引自文献[31]、[36]、[44]和[45]图12 Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床与成矿相关的岩石La/Sm-La图解和Zr/Nb-Zr图解Fig.12 Diagrams of La/Sm-La and Zr/Nb-Zr for Ore-related Rocks of Erdenet and Oyu Tolgoi Deposits

底图引自文献[55]；Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]；Oyu Tolgoi矿床数据引自文献[31]、[36]、[44]和[45]图13 Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床与成矿相关的岩石La/Ba-La/Nb图解和Nb/Zr-Th/Zr图解Fig.13 Diagrams of La/Ba-La/Nb and Nb/Zr-Th/Zr for Ore-related Rocks of Erdenet and Oyu Tolgoi Deposits

图(a)中所有样品的SiO2含量大于56%；图(a)底图引自文献[63]；图(b)底图引自文献[64]；Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]；Oyu Tolgoi矿床数据引自文献[31]、[36]、[44]和[45]图14 Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床与成矿相关的岩石Sr/Y-Y图解和(La/Yb)N-YbN图解Fig.14 Diagrams of Sr/Y-Y and (La/Yb)N-YbN for Ore-related Rocks of Erdenet and Oyu Tolgoi Deposits

底图引自文献[65]；Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]图15 Erdenet矿床成矿斑岩Sr/Y-(La/Yb)N图解和Sr-CaO图解Fig.15 Diagrams of Sr/Y-(La/Yb)N and Sr-CaO for Mineralizing Porphyry of Erdenet Deposit

虽然Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床在岩浆演化方面具有某些共同点，但是二者又存在诸多方面的区别。Erdenet矿床成矿斑岩及同时代火山岩部分样品具类似埃达克岩的地球化学特征[56-58]，例如变化范围大且高的Sr含量((107～1 548)×10-6)，低的Y含量((1.46～23.30)×10-6)及Yb含量((0.2～4.6)×10-6)，较高的Sr/Y值(4.86～465.00)和La/Yb值(6.67～60.71)；在埃达克岩相关判别图解中，这些样品基本落在埃达克岩区域，从而区别于Oyu Tolgoi矿床样品所在的典型弧岩浆岩区域(图14)。Ling等研究表明，俯冲板片熔体、加厚镁铁质下地壳的部分熔融作用以及正常弧岩浆的分离结晶作用均可形成具有埃达克岩典型地球化学特征的岩石[58-60]。Erdenet矿床岩石样品具弱亏损的Sr-Nd-Hf同位素组成((87Sr/86Sr)i值为0.704 0～0.704 3，εNd(t)=2.90～5.91，εHf(t)=4.72～11.12)[图10(a)、(b)]及相对年轻的Nd、Hf同位素模式年龄(TDM2(Nd)为780～532 Ma，TDM2(Hf)为948～546 Ma)，指示其应源于亏损地幔或年轻的下地壳物质，结合其相容元素Cr含量((3～26)×10-6)和Ni含量((1.85～15.00)×10-6)并不高的特征，认为其应该源于新生下地壳物质的部分熔融作用。在Sr/Y-(La/Yb)N图解和Sr-CaO图解中，样品主要落在加厚地壳(>50 km)来源的高Sr/Y花岗岩区域(图15)，指示其应源于加厚下地壳物质；在(La/Yb)N-YbN图解中，样品主要落在含25%石榴子石角闪岩相与含10%石榴子石角闪岩相下地壳成分演化曲线之间[图14(b)]，指示其下地壳岩浆源区应稳定存在少量石榴子石矿物；实验岩石学研究表明，榴辉岩相(含石榴子石)下地壳的深度一般大于45～50 km范围[15,61-62]，这同样指示加厚下地壳。在由榴辉岩相(含石榴子石)组成的下地壳物质发生部分熔融的过程中，石榴子石的源区残留以及斜长石发生熔融进入熔体相，导致母岩浆具有高的Sr/Y和La/Yb值[56]，因为重稀土元素和Y在石榴子石中的分配系数很高，而Sr在斜长石中具有较高的分配系数，且变化范围大的Sr/Y和La/Yb值应该与新生下地壳物质中石榴子石不同程度部分熔融进入熔体相有关。相对而言，Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩及同时代火山岩不具有埃达克岩的地球化学特征，但同时具有明显更亏损的Sr-Nd-Hf同位素组成((87Sr/86Sr)i值为0.703 6～0.704 5，εNd(t)=1.4～7.4，εHf(t)=9.9～16.1)[图10(a)、(b)]，Nd、Hf同位素模式年龄也比较年轻(TDM2(Nd)为998～516 Ma，TDM2(Hf)为728～339 Ma)，相容元素Cr和Ni含量变化范围较大且明显高于Erdenet矿床，分别为(10～190)×10-6和(2～79)×10-6；在(La/Yb)N-YbN图解中，样品也主要落在洋中脊玄武岩区域附近[图14(b)]，因此，其应源于亏损地幔物质，这也与其具有比Erdenet矿床样品更高的TFe2O3含量相一致；岩浆演化过程中的分离结晶作用导致相容元素Cr和Ni具有较大的变化范围以及各主量元素含量随SiO2含量呈现有规律的变化。

综上所述，Erdenet矿床成矿斑岩及同时代火山岩源于受俯冲流体交代影响的加厚新生下地壳物质的部分熔融作用；Oyu Tolgoi矿床岩石样品应源于受俯冲熔体交代影响的亏损地幔物质，在岩浆演化过程中发生了斜长石、角闪石和/或黑云母的分离结晶作用。

3.2 成矿大地构造背景

斑岩型铜矿床不仅可以产出在岛弧或陆缘弧等弧环境[66]，也可以在大陆非弧环境中形成，如碰撞造山、陆内造山及活化克拉通边缘等构造环境[67]。侯增谦等指出：大陆环境斑岩型铜(金、钼)矿床成矿斑岩主要岩性是石英闪长岩、二长花岗岩、花岗岩，常常是高钾钙碱性和钾玄岩系列岩石，以高K为特征[68]，通常显示埃达克岩地球化学特征；与源自俯冲洋壳的埃达克岩相比，其Sr-Nd同位素特征更富集，明显偏离洋中脊玄武岩而趋向古老下地壳[69-70]。但是，本文研究发现，Erdenet矿床与Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩岩性分别主要是花岗闪长岩-花岗岩和石英二长岩[图7(a)]，高K特征不明显，仅有非常少的样品落在钾玄岩系列区域[图8(a)]，其中Erdenet矿床成矿斑岩具埃达克岩地球化学特征，但其Sr-Nd-Hf同位素特征明显亏损，不同于非弧环境[图10(a)、(b)]。因此，这两个矿床的形成应该与弧岩浆作用有关。

底图引自文献[71]；Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]；Oyu Tolgoi矿床数据引自文献[31]、[36]、[44]和[45]图16 Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床与成矿相关的岩石Pearce花岗岩构造判别图解Fig.16 Pearce Granite Structure Discrimination Diagrams for Ore-related Rocks of Erdenet and Oyu Tolgoi Deposits

底图引自文献[78]；Erdenet矿床数据引自文献[14]、[15]、[22]、[23]、[25]、[41]～[43]；Oyu Tolgoi矿床数据引自文献[31]、[36]、[44]和[45]图17 Erdenet矿床和Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩Y-Zr图解和Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3图解Fig.17 Diagrams of Y-Zr and Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3 for Mineralizing Porphyry of Erdenet and Oyu Tolgoi Deposits

Erdenet矿床与Oyu Tolgoi矿床大地构造位置均位于中亚造山带内[20]，其中Erdenet矿床位于蒙古—鄂霍茨克缝合带北侧的二叠纪—三叠纪岩浆弧内(图2)，前寒武纪和早古生代基底岩石发育。蒙古国1∶200 000地质图资料显示：元古宙基底岩石出露在Erdenet矿床西南方向25 km处[23]；Oyu Tolgoi矿床位于索伦缝合带北侧的晚泥盆世构造-岩浆岩带，即古尔班赛汗地块(图2)，志留纪—石炭纪火山-沉积岩序列发育，侵入有泥盆纪正长岩和花岗岩，石炭纪闪长岩、花岗岩、花岗闪长岩和正长岩。上述岩石成因分析也指示这两个矿床成矿斑岩及同时代火山岩的形成均与俯冲作用有关。此外，在Pearce等提出的花岗岩构造判别图解[71]中，所有成矿斑岩样品均落在弧花岗岩区域(图16)；在Y-Zr图解和Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3图解中，所有样品也均落在弧岩浆岩区域(图17)。这表示上述两个矿床形成于与俯冲作用有关的弧环境。虽然这两个矿床均与弧岩浆作用相关，但是两者还是有所不同。Erdenet矿床位于蒙古—鄂霍茨克缝合带的北侧；越来越多的证据表明蒙古—鄂霍茨克洋是自西向东呈剪刀式关闭的，虽然其东段直到晚侏罗世才闭合，但其西段在晚三叠世闭合，中三叠世的超大型Erdenet斑岩型铜钼矿床正是形成于西段大洋演化的末期[72-74]；在洋陆转换阶段，俯冲洋壳上方的地壳因持续挤压应力的作用而不断增厚，并使下地壳相变为榴辉岩相(含石榴子石)，结合在Erdenet矿床西南方向25 km处出露有元古宙基底岩石的证据[23]，认为Erdenet矿床应形成于蒙古—鄂霍茨克洋西段演化末期的陆缘弧构造环境；此外，该地区同时代火山岩岩石组合主要是安山岩、英安岩和流纹岩[图7(b)]，同样支持其形成于陆缘弧的认识[75]。Oyu Tolgoi矿床位于古亚洲洋最终闭合位置的索伦缝合带北侧[76]；目前，虽然关于该古亚洲洋最终闭合的时间依然存在争议，但可以肯定的是，中泥盆世索伦缝合带北侧的古亚洲洋仍持续向北俯冲[2,20,77]；此外，通常来讲，幔源岩浆在从源区形成到上升侵位至中上地壳的过程中，将不可避免地受到陆壳物质的混染作用，但Oyu Tolgoi矿床岩石样品并未表现出陆壳物质参与其岩浆演化过程的特征，因此，该矿床岩浆弧应该不是发育于古老陆壳基底之上；在同时代火山岩方面，该矿床主要是英安质凝灰岩及辉石玄武岩[图7(b)]，是未成熟岛弧环境发育火山岩的主要特征[75]，因此，Oyu Tolgoi矿床应产出于古亚洲洋北向俯冲形成的大洋岛弧环境。

4 结 语

通过对中亚成矿域Erdenet斑岩型铜钼矿床和Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床的详细对比研究发现，虽然二者在某些方面存在共同点，如成矿斑岩形成均与俯冲作用相关，但在岩石学和地球化学特征方面，二者存在明显差别。

(1)在岩石学方面，Erdenet矿床成矿斑岩岩性主要是花岗岩和花岗闪长岩，同时代火山岩以发育安山岩、英安岩和流纹岩为特征，缺乏基性岩浆活动，主要属于钙碱性—高钾钙碱性系列；Oyu Tolgoi矿床成矿斑岩则主要是石英二长闪长岩和后期弱矿化的花岗闪长斑岩，同时代发育有英安质-玄武质火山岩，属于高钾钙碱性系列。

(2)在岩石成因和大地构造背景方面，Erdent矿床与成矿相关的岩石具有相对低的εNd(t)(2.90～5.91)和εHf(t)(4.72～11.12)，相容元素Cr含量((3～26)×10-6)和Ni含量((1.85～15.00)×10-6)不高，微量和稀土元素具弧岩浆岩特征，同时具典型埃达克岩高Sr/Y和La/Yb值的特征，表明其成矿斑岩应该源于加厚新生下地壳物质的部分熔融作用，受到俯冲流体的影响，形成于蒙古—鄂霍茨克洋西段演化末期的陆缘弧环境；而Oyu Tolgoi矿床与成矿相关的岩石具有高且正的εNd(t)(1.4～7.4)和εHf(t)(9.9～16.1)，相容元素Cr((10～190)×10-6)和Ni含量((2～79)×10-6)较高，微量和稀土元素具典型弧岩浆岩特征，指示其成矿斑岩可能来源于亏损地幔物质的分离结晶作用，与俯冲熔体关系密切，且与Erdent矿床的构造环境存在明显差异，形成于与古亚洲洋北向俯冲有关的大洋岛弧环境。

(3)斑岩型矿床的形成虽然均与弧岩浆作用有关，但不同的成矿构造环境造就了不同类型的斑岩矿产，这对在中亚造山带内寻找不同类型的斑岩矿产具有一定的指示意义。

童英：谨以此文庆祝长安大学七十周年华诞，祝愿母校为祖国培育更多的优秀人才，不断创造新的辉煌！1994年9月，从没见过真羊的我来到了以羊肉泡馍而闻名的古城西安，开始了丰富多彩的大学生活。伴随着学院的评估、改名以及毕业季的支边，四年弹指一挥间，转瞬即逝，母校留给了我太多太多的记忆！地质布，翻毛皮鞋，豆腐块被子，油泼棍棍面，地学楼的大课，电信楼的286，应化楼的检波器，大雁塔旁的水准仪，图书馆的弗洛伊德，华山脚下的八一杠，延安的支教，骊山的“砾石”，宜阳的剖面，红柳河的烈日与蚂蚱，博学多才、和蔼可亲的老师们，还有性格鲜明可爱的同学们，一桩桩事，一个个人，总在大脑中萦绕，如在昨日！离校几十年，即使生活有太多的变动，搬了几十次家，那块地质布永远带在身边。感谢母校，母校是前行的起跑器，谨记老师们的教诲，努力奔跑！