斑巖銅礦的若干研究進展

莫濟海 廣東省核工業地質局二九三大隊 廣東 廣州 510800

“斑巖銅礦”最早出自20世紀初美國西南部(亞利桑那州和新墨西哥州)的斑巖銅礦帶，其原意是指產于強烈絹云母和石英化中酸性斑巖里的細脈浸染型銅礦（陳文明，2002；高合明，1995）。由于該類礦床的礦化并非都產于斑巖體內，目前多數學者考慮其礦床名字的連貫性、完整性，將全部或部分以細脈浸染狀產于中酸性(斑)巖體(部分礦體產于圍巖中)的銅礦床稱之為斑巖型銅礦（陳文明，2002；高合明，1995）。其以規模大、埋藏淺、易開采而成為最主要的銅礦床類型，具有重要的經濟學和地質學意義。據統計，世界99個500萬t以上的超大型銅礦中，斑巖型有63個，占銅總儲量的63%（劉德權等，2001）。正是因為如此，斑巖型銅礦一直吸引著眾多研究者的注意，研究成果層出不窮。本文從斑巖銅礦的成因、含礦巖漿氧化狀態與成礦關系以及斑巖銅礦與埃達克巖的關系等三個方面進行描述近期斑巖型銅礦的研究動態。

斑巖型礦床主要產出于兩種環境，即島弧或陸緣弧環境和碰撞造山環境，陸緣弧環境的經典成礦省包括安第斯、美國西部和巴布亞新幾內亞伊利安爪哇；島弧環境的斑巖型礦床則以西太平洋為代表，如印尼的Grasberg，Batu Hijau和菲律賓的Lepanto-FSE等；碰撞造山環境則以青藏高原碰撞造山帶斑巖銅礦為代表，如產于青藏高原東緣的玉龍斑巖銅礦帶和岡底斯斑巖銅礦帶。

一、斑巖銅礦的成因

關于斑巖銅礦的成因，研究者有著不同的看法，經典的斑巖銅礦板塊構造模型是由Sillitoe（1972）提出的，他認為洋殼俯沖使得富銅的洋殼和富含堿金屬的洋殼沉積物進入俯沖帶深部、并通過熔融作用形成含礦斑巖巖漿（Silltoe， 1972）。Sillitoe（1988）認為，板塊以正常的俯沖速度和中等的俯沖角度向大陸邊緣下部俯沖，誘發地幔楔的部分熔融，導致鈣堿性弧火山活動和巖漿淺成侵位，形成小規模的斑巖銅系統和淺成低溫熱液金系統（Sillitoe， 1988），俯沖的洋殼板片熔融形成埃達克質熔體，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，發育成規模較大的斑巖銅系統（Oyarzun et al．， 2001）。

產于碰撞造山環境的斑巖銅礦其成因與產于島弧環境的不同，如岡底斯帶的斑巖銅礦，國內學者提出含礦斑巖起源于碰撞加厚的新生鎂鐵質下地殼，部分熔融的熱能來自透過板片斷離窗而上涌的軟流圈(侯增謙等，2004a；Hou et a1., 2004b)，并且由于幔源物質的不同程度、不同方式的添加作用，致使新生的下地殼不同于古老的下地殼（侯增謙等，2007）。幔源鎂鐵質巖漿在地殼底部大規模底侵，導致下地殼加厚，并形成新生的下地殼，后者在大于50km深度變質為榴輝巖-角閃榴輝巖。俯沖的大陸板片斷裂產生斷離窗，軟流圈物質通過斷離窗上涌，導致新生的下地殼部分熔融，產生含礦埃達克質巖漿（侯增謙等，2007）。之后，在應力釋放背景下，巖漿上升侵位，形成岡底斯銅礦帶含礦斑巖（侯增謙等，2003）。

二、巖漿氧化狀態與斑巖銅礦的關系

近年來，礦床學家在巖漿氧逸度方面，研究了含礦與無礦斑巖體之間的區別（Ishihara， 1977； Kirkham et al．， 1995； Audetat et al．， 2004； Liang et al．，2006a）。Ishihara（1977）最早意識到礦化金屬種類與巖漿氧化-還原狀態之間的對應關系，即Cu更容易出現在氧化型中酸性侵入巖中。來自實驗的證據表明，氧逸度在長英質巖漿成礦中起著至關的作用（Candela，1992； Blevin and Chappell， 1992； Hedenquist and Lowenstern， 1994； Ballard et al．， 2002； Mungall，2002； Sun et al．， 2004）。含礦巖體的氧逸度比非含礦 巖 體 的 氧 逸 度 高（Ishihara， 1977； Mason， 1978；Audetat et al．， 2004； Davidson et al．， 2005；Kirkham et al．， 19 95）。巖漿的氧逸度控制硫的氧化態，在低氧逸度環境下，巖漿中的硫主要以S2-狀態存在，在高氧逸度環境下，巖漿中的硫主要以SO或SO2狀態存在。S2-向SO或SO2轉變會阻礙熔體中不混溶硫化物相的飽和，這種不混溶相可以從分異的熔體中提取Cu（Sun et al．， 2004）。氧化態硫在巖漿中溶解度較大，不易達到飽和，在巖漿結晶過程中無硫化物分離，因而銅、金等可以保存在巖漿中，并在巖漿分異出的流體中富集（Mason，1978）。還原態硫在巖漿中溶解度較低，在巖漿結晶過程中易達飽和而析出硫化物，從而不利于銅、金等成礦元素在巖漿演化過程中富集。目前在含礦斑巖的原生包裹體中發現硬石膏子晶（Audetat et al．， 2004； Davidson et al．， 2005）、含礦巖體全巖的Fe3+/Fe2+比值高于無礦巖體（Kirkham et al．， 1995）、含礦中酸性巖體的磷灰石SO3含量（＞0．1%）多大于而無礦的中酸性巖體SO3含量（＜0．1%）、含礦巖體鋯石的Ce4+/Ce3+比值高于非含礦斑巖（Liang et al．， 2006a， 2006b）等都表明含礦巖體巖漿形成于高氧逸度環境。

三、斑巖銅礦與埃達克巖

一定特征的斑巖體是形成斑巖銅礦的最重要條件之一（Mason，1978），與斑巖型銅礦床有關的巖石通常為閃長巖、花崗閃長巖和二長巖等以及它們的斑巖，其成因與鈣堿性侵入巖有關（Sillitoe ，1972），也有鉀玄巖系的斑巖銅-金礦床（Muller et al．， 1993），這表明與銅礦有關的巖石，既有鈣堿性系列，又有鉀玄巖系列（張玉泉等，1998）。總體上，島弧環境的斑巖成分偏中性，而陸緣弧和大陸環境斑巖偏酸性，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。島弧環境的含礦斑巖通常是鈣堿性的，而陸緣弧環境的含礦斑巖多為高鉀鈣堿性，部分為鉀質堿性和鉀玄質（Kerrich， 2000）。這可能說明島弧與陸緣弧環境的含礦斑巖巖漿源區存在差異，或者反映加厚陸殼對原始巖漿成分產生混染。與島弧和陸緣弧環境相比，大陸環境的含礦斑巖主體是高鉀鈣堿性的和鉀玄質的，以高鉀為其顯著特征（侯增謙，2004a，2004c；王強等，2004；張玉泉等，1998）。

最近的研究指出，埃達克巖（adakite）或埃達克質巖（adakitic rock）與低溫熱液和斑巖金、銅、鉬的成礦作用有密切聯系（Defant et al．， 2002； Thieblemont et al．， 1997； Oyarzun et al．， 2001； Bellon and Yumul， 2001； 王強等，2001）。與正常的長英質巖漿不同，埃達克質巖漿以高水含量、高氧逸度（fo2）和富硫為特征（Oyarzun et al．， 2001），成為斑巖銅礦的重要含礦母巖和金屬硫的可能載體。俯沖洋殼板片的埃達克質熔體，在其上升運移過程中，或者與熱的地幔楔形區的橄欖巖發生相互反應，或者與幔源熔體發生混合（Defant et al． ， 1990）。這些過程可能是其富含金屬和硫的重要途徑。而產于青藏高原碰撞造山帶玉龍斑巖銅礦帶和岡底斯斑巖銅礦帶，其含礦斑巖也顯示出埃達克巖特征（侯增謙等，2004b；姜耀輝等，2006；Hou et al., 2006a; Gao et al., 2003），但與典型的埃達克巖相比，岡底斯帶斑巖相對富鉀、高鎂，可能反映了原生的埃達克質熔體經歷了較為復雜的演變過程（侯增謙等，2003）。這些含礦斑巖起源于新生的加厚下地殼，俯沖的大陸板片斷裂產生斷離窗，軟流圈物質通過斷離窗上涌，導致新生的下地殼部分熔融，產生含礦埃達克質巖漿（侯增謙等，2007）。

侯增謙，高永豐，孟祥金等．2004a．西藏岡底斯中新世斑巖銅礦帶：埃達克質斑巖成因與構造控制．巖石學報，20（2）：239-248．

Defant M J， Xu J F， Kepezhinskas P， et al．2002．Adakites： xome variations on a theme． Acta Petrologica Sinica， 18： 129-142．

Hou Z Q， Gao Y F， Qu X M， et al． 2004．Origin of adakitic intrusives generated during mid-Miocene east-west extension in southern Tibet． Earth Planet． Sci．Lett．， 220： 139- 515．

Liang H Y， Campbell I H， Charlotte A， et al． 2006a．Zircon Ce4+/Ce3+ ratios and ages for Yulong ore-bearing porphyries in eastern Tibet．Miner Deposita， 41： 152-159．

Mungall J E． 2002．Roasting the mantle： slab melting and the genesis of major Au and Au-rich Cu deposits． Geology， 30： 9 15-918．

Oyaraun R， Márquez A， Lillo J， et al．2001．Giant versus small porphyry copper deposits of Cenozoic age in northern Chile： adakitic versun normal calc-alkaline magmatism． Mineral Deposit，36： 794-798．

Sun W D， Arculus R J， Kamenetsky V S，et al．2004． Release of gold-bearing fluids in convergent margin magmas prompted by magnetite crystallization． Nature， 431： 9 75-978．