科學研究

張京渤:單一富硫化物下地殼熔融不能形成碰撞型斑巖銅礦床的實驗巖石學證據【JP,2022】
2022-10-04 閱讀:3458

碰撞背景下的斑巖銅礦床成為了近年來找礦勘查的重點。有別于俯沖型斑巖銅礦床,其形成過程中并沒有大洋板片的直接參與;有別于經典的島弧鈣堿性巖漿,碰撞型斑巖銅礦的成礦巖漿往往具有富鉀、高La/YbSr/Y的地球化學特征。針對這類礦床成礦巖漿的來源存在廣泛爭議,前人普遍認為源自俯沖改造的加厚新生下地殼,近年來有學者認為單純的新生下地殼脫水熔融沒法形成成礦巖漿,需要幔源的超鉀質巖漿注入,甚至有學者提出成礦巖漿的源區就是巖石圈地幔。

針對上述爭議,我??茖W研究院博士研究生張京渤,在其導師王瑞教授指導下,受國家留學基金委(CSC)的資助赴德國拜羅伊特大學拜仁地質研究所(BGI)與昌佳博士后和Andreas Audétat研究員展開合作,對巴基斯坦Kohistan和西藏岡底斯弧根下地殼樣品開展了詳細的巖石學研究和活塞圓筒高溫高壓部分熔融實驗,取得如下創新性認識:

1)西藏岡底斯弧根角閃石巖、輝長蘇長巖和角閃石輝長巖由幔源巖漿分離結晶形成;巴基斯坦Kohistan弧根含石榴子石的巖石是由先前存在的角閃石巖和輝長巖隨著地殼加厚發生強烈的變質作用而形成。

2)西藏岡底斯弧根巖石含有最高達0.4 vol.%的巖漿硫化物(MSS;1.2-8.3 wt.% Cu),極少量巖漿硫化物蝕變為細粒鐵氧化物聚集體;而巴基斯坦Kohistan弧根最初也具有MSS型的巖漿硫化物(7.6-11 wt.% Cu),但變質脫水過程使得大部分硫化物被改造清除,僅有少量富Cu硫化物(8.9-81 wt.% Cu)以包裹體形式保留在石榴子石中。

3)以西藏岡底斯弧角閃石巖和輝長蘇長巖以及人工合成硫化物為初始物質,在800-1150 °C、1.5 GPa條件下開展脫水和加水部分熔融實驗,實驗結果表明產生熔體均具有高La/YbSr/Y的特征且熔體具有大于6 wt.%的水含量,滿足成礦所需。但與岡底斯、三江和伊朗碰撞型成礦帶典型成礦巖漿相比具有低的K2O、MgO、Cl、S(即使在FMQ+2條件下)含量。

綜上所述,單一富硫化物下地殼部分熔融不能夠形成碰撞型斑巖銅礦床。該研究為碰撞型斑巖礦床的成因提供了新的啟示,指示了幔源巖漿的參與在成礦過程中扮演著重要的角色。




圖1 西藏岡底斯?。╝-b)和巴基斯坦Kohistan?。╟-h)樣品特征




圖2 西藏岡底斯?。╝-c)和巴基斯坦Kohistan?。╠-h)樣品硫化物特征


 


圖3 部分熔融實驗熔體主量元素哈克圖解




圖4 部分熔融實驗熔體TAS圖解和揮發分含量


上述研究還受到國家自然科學基金委創新研究群體(42121002)和111計劃(B18048)資助,研究成果發表在國際巖石學領域權威期刊《Journal of Petrology》上:Zhang, J., Chang, J.*, Wang, R.*, Audétat, A., 2022. Can post-subduction porphyry Cu magmas form by partial melting of typical lower crustal amphibole-rich cumulates? Petrographic and experimental constraints from samples of the Kohistan and Gangdese arc roots. Journal of Petrology, 63, egac101.

全文鏈接:https://academic.oup.com/petrology/advance-article-abstract/doi/10.1093/petrology/egac101/6732860

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