黄文婷等-AM:锆石的磷灰石包裹体记录斑岩成矿岩浆在岩浆房出溶流体并高效萃取成矿元素

  
  斑岩成矿系统提供了世界75% 以上的铜,其成矿过程一直是地质学研究的热点。经典斑岩成矿模型认为,成矿岩浆经减压沸腾作用(first boiling)和结晶分异沸腾作用(second boiling),发生“流体出溶”形成独立流体相,萃取岩浆中的Cl、Cu等成矿元素形成成矿流体,搬运成矿元素到浅部地壳沉淀是斑岩成矿的关键过程。但由于斑岩成矿伴随强烈的蚀变,熔融包裹体和矿物容易受后期热液改造,难以保留原始的岩浆期挥发分记录;成矿岩浆具体以何方式(等压结晶分异或减压)于何阶段(岩浆房或岩浆上升侵位)出溶流体仍不清楚。
  磷灰石的晶格可容纳S、F、 Cl、OH等挥发分,是研究成矿过程中挥发分演化的重要工具,但是后期的岩浆及流体的再平衡也可能改变其原始挥发分组成。淫辱长孙皇后在线观看黄文婷副研究员、梁华英研究员、夏小平研究员及中国科学院海洋研究所孙卫东研究员与爱尔兰Trinity College Dublin 的Michael Stock副教授、Paul Gulty博士后开展合作,以华南罗卜岭大型斑岩Cu-Mo矿床的成矿斑岩为解剖对象,在系统的矿物学工作基础上,选取了(1)锆石核部、幔部、边部包裹的细小磷灰石(<10 μm)(图1),及(2)早期斑晶相(斜长石、黑云母、石英)、晚期基质相包裹的原生岩浆期磷灰石(图2)进行研究,构建斑岩成矿岩浆的挥发分演化轨迹,对比热动力学模拟磷灰石挥发分演化理论轨迹,取得以下重要认识:
  1. 锆石核部、幔部、边部的磷灰石记录了成矿岩浆从早至晚的原始挥发分演化特征,呈现XCl/OH的下降与XF/XCl 与XF/OH的上升(图3c, 3f),与模拟的岩浆水饱和演化趋势一致,表明成矿岩浆在锆石结晶时就达发生了流体出溶,萃取了熔体中的Cl、Cu等成矿元素.
  2. 在F-Cl-OH图解中,锆石核部、幔部磷灰石呈现出XCl的显著下降及XOH的小幅下降,与模拟的等压水饱和演化趋势一致(图3g),表明成矿岩浆早期流体出溶方式以结晶分异沸腾 (second boiling) 为主,主要发生在岩浆房阶段。流体在该过程中萃取了岩浆>70% 的Cl,证明岩浆房的流体出溶过程具极高的成矿效率,是斑岩成矿的关键。
  3. 早期斑晶相与晚期基质相中的原生岩浆磷灰石挥发分组成一致(图 3),表明早期斑晶中的磷灰石成分已被晚期岩浆重置。这些磷灰石都呈现出XOH的显著下降和XCl的小幅下降,反映了岩浆中Cl与H2O含量同时降低,与模拟的减压水饱和演化趋势一致(图 3g);表明岩浆晚期流体出溶以减压沸腾 (first boiling) 为主,主要发生在岩浆上升侵位阶段。晚期流体出溶对岩浆中成矿物质的萃取效率不高,但对成矿物质向浅部搬运与迁移起重要作用。
  研究意义:本研究提出了斑岩成矿岩浆的岩浆房-侵位”两阶段”流体出溶模型及其对应的磷灰石挥发分演化轨迹(图4)。本研究首次还原了斑岩成矿岩浆流体出溶过程的连续挥发分记录,提供了岩浆房阶段流体出溶高效萃取成矿物质的直接矿物学证据。
  研究启示:以上工作表明,在斑岩系统中只有锆石包裹的磷灰石能保留其原始挥发分组成;其他造岩矿物中的磷灰石即便未受后期热液流体蚀变改造,也可能被晚期的熔体重置,记录岩浆流体出溶后的晚期挥发分组成。由于熔体重置过程只能通过挥发分演化轨迹比对识别,而矿物结构分析、微量元素分析无法区分原始的与受重置的磷灰石,斑岩成矿系统磷灰石的应用及数据解读须谨慎!
  论文信息:Wenting Huang(黄文婷), Michael J. Stock, Paul C. Guyett, Xiao-Ping Xia*(夏小平), Huaying Liang*(梁华英), Weidong Sun(孙卫东), and Chun-kit Lai, Reconstructing volatile exsolution in porphyry ore-forming magma chamber: Perspectives from apatite inclusions. American Mineralogist, https://doi.org/10.2138/am-2023-8963 
 
图1. 锆石核部、幔部、边部包裹的磷灰石包裹体的(a)透射光及(b)CL照片.
缩写: AFIZC-锆石核部包裹的磷灰石;AFIZR-锆石幔部包裹的磷灰石;APIZ-锆石边缘部分包裹的磷灰石;
图2. 成矿斑岩基质中(a-c)、黑云母斑晶中(d-f)、斜长石斑晶中(g-i)包裹的原生岩浆期磷灰石,及受后期热液蚀变改造(j-l)磷灰石的BSE(左列)、冷光CL(中列)及Cl元素分布(右列)。

图3. 锆石中包裹磷灰石、斑晶及基质中原生岩浆期磷灰石挥发分组成。

(a-c)XCl/XOH vs. XF/XOH;(d-f)XCl/XOH vs. XF/XCl;(g) XF-XCl-XOH 三元图解。图c、f、g的内插图为热动力学模拟的岩浆水不饱和、等压饱和、减压饱和情况下磷灰石的挥发分演化趋势,引自Stock et al., 2018。

图 4. 斑岩成矿岩浆流体出溶模型及对应的磷灰石挥发分演化轨迹。(a)早期岩浆房结晶分异主导流体出溶;(b)晚期岩浆上升侵位过程中减压主导流体出溶。

缩写: AFIZC-锆石核部包裹的磷灰石;AFIZR-锆石幔部包裹的磷灰石;APIZ-锆石边缘部分包裹的磷灰石;AFIB-黑云母斑晶包裹的磷灰石; AFIP-斜长石斑晶包裹的磷灰石;AMG-基质中的磷灰石。

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