副矿物地球化学特征在斑岩铜矿中的应用资料(共17页)

1、副矿物(kungw)地球化学特征在斑岩铜矿研究中的应用兀鹏武基金项目： 作者简介：兀鹏武(19XX-)，男，高级工程师，从事地质地球化学勘查和研究工作。E-mail:通讯作者：艾 昊( 1987-)，男，助理工程师，硕士，地球化学专业，从事地质地球化学勘查和矿床地球地球化学研究工作，E-mail: 艾 昊1*严 琼2 许 强1 郑 强1 （1-西北(xbi)有色地质勘查(kn ch)局物化探总队 陕西 西安 710062；2-西北有色地质勘查局711总队 陕西 汉中 723000）摘要：本文较系统地介绍了国内外近年来副矿物(锆石、金红石、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿、榍石、赤铁矿、硬石膏和电气石)地

2、球化学特征在斑岩铜矿中的应用成果，它们对于矿床成矿年代、成矿物质来源、成矿温度、氧化还原条件、区分不同的矿床类型和评价成矿潜力以及指导找矿都具有非常重要的理论与实践意义。关键字: 斑岩铜矿 副矿物 应用 综述Geochemistry of Accessory Minerals and Its Applications in Porphyry Copper DepositsYANG Hong-lin1 AI Hao1 TONG Hai-kui2 GUO Wen-bo1 XU Qiang1 ZHENG Qiang1 YAN Qiong3 (1- North-Western Non-ferrous

3、metals Geological Prospecting and Exploration Bureau Geophysical and Geochemical Exploration Brigade Shanxi Xian 710062; 2-Qinghai Geological Survey Institute Qinghai Xining 800001; 3-North-Western Non-ferrous metals Geological Prospecting and Exploration Bureau 711 Party Shanxi Hanzhong 723000)Abst

4、ract: This is the first review paper on the geochemistry of accessory minerals including zircon, rutile, apatite, magnetite, ilmenite, titanite, hematite, anhydrite and tourmaline and its implications to porphyry copper deposits. They provide useful tools for researching the age of deposits, the res

5、ource material, temperature and oxidation-redution environment of mineralization, discriminate for different kinds deposits and give a good guideline for future exploration and evaluating the economic potential of rocks and it is meaningful to study these accessory minerals in detail. Key words: por

6、phyry copper deposit, accessory minerals, implication, review 0 引 言斑岩铜矿是一类非常(fichng)重要的矿床，具有规模大、品位低、适合露天开采等特点，是近年来矿床地质学家们研究的热点之一，一些(yxi)学者根据(gnj)近些年来的研究成果，对斑岩铜矿成矿的构造背景、成矿模式等角度进行了总结1-4。副矿物是岩石中含较低（1%），但对赋存岩石形成时的物理化学条件反应敏感，能够为岩石/矿床的成因提供非常有用的信息的一类矿物5-6，对斑岩铜矿的研究及应用具有重要的意义，因此得到了相关学者们的关注。在斑岩铜矿中，副矿物主要包括金红石、

7、磷灰石、磁铁矿、硬石膏和电气石，其中，锆石主要为岩浆成因，金红石和电气石主要为热液成因，磁铁矿和硬石膏既可以是岩浆成因，也可以是热液成因。他们能够为斑岩铜矿的成矿时代、矿床演化过程、成矿模型、成岩成矿的氧化还原环境、物质来源等提供有力的证据，并可为评价成矿潜力及进一步找矿工作提供有用的信息，因此，详细地研究斑岩铜矿中副矿物的地球化学性质具有非常重要的理论与实践意义。为此，通过系统的调研，笔者就上述副矿物地球化学特征在斑岩铜矿研究中的应用进行总结，并对其相关应用进行了简要的评述。1.锆石1.1 锆石简介锆石是一种最为常见的副矿物，可赋存在各种岩浆岩、变质岩和沉积岩中，其理论化学组成为ZrSiO4

8、，可以发生多种类质同相替代关系，可含有Th、U、Hf、REE等，属于四方晶系，其具体的形态与其结晶环境密切相关，在中酸性岩中，岩浆的温度越高，碱度越低，其100面越发育，晶体形态越趋于简单7-8。锆石物理化学性质稳定，对各种同位素及微量元素的封闭温度较高，不易受到后期地质作用的影响，能够反映锆石形成时的各种信息，因此其在地球科学领域的应用也最为广泛，能够为寄主岩石的成因、地质事件时代的精确厘定等提供有效的制约9，因此锆石也是斑岩铜矿中最常见且应用最多的副矿物。其具体的应用分述如下：1.2 锆石U-Pb年龄首先，锆石是地质年代学中最常用的应用对象之一。由于锆石中含有较高的U4+、Th4+，低普通

9、Pb，U-Pb同位素体系封闭较高，高型锆石可达90011008，因此不易受到后期地质作用的影响，目前锆石U-Pb定年法已成为同位素年代学研究中最常用的方法6,10-11，也是研究斑岩铜矿成岩成矿时代以及成矿模型最常用的手段。近些年来，随着LA-ICP-MS以及SHRIMP微区测试的快速发展，使得锆石U-Pb年龄的测定趋于精确12，这对研究成岩年龄争议较大的矿床的成因、成矿规律等均具有重要的意义，在斑岩铜矿中具体应用实例见后述。1.3 锆石微量元素特征、同位素组成锆石的微量元素特征是一种良好的指示剂。例如Th/U比值大于0.4可作为判定岩浆锆石的辅助标志6,13，但还需要结合锆石的微量元素组成、

10、锆石形态特征、结构特征（CL图像、BSE图像）等证据6,13-14，例如，岩浆锆石具有典型的震荡环带特征；岩浆锆石的成因可通过微量元素对变化图解和微量元素含量统计分析树形图解来进行区分，其Hf/Y比值随着岩浆酸性程度的增加而降低(图1)，且REE含量随岩体酸度的增加有整体增长的趋势15。由于(yuy)锆石具有高Hf、低Lu/Hf比值(bzh)(通常(tngchng)为0.002)的特点，在结晶后放射性成因的Hf可以忽略不计，其Lu/Hf比值基本代表了其形成时体系的Hf同位素组成，另外锆石的Hf同位素体系封闭温度锆石的U-Pb体系，不易受到后期地质作用的影响17，结合不同地质储库的Hf同位素组成

11、以及Hf同位素模式年龄，可以判断成矿岩体的物质来源16-17，另外，锆石亦是O同位素测试的理想矿物之一18，利用锆石的Hf-O同位素联合示踪法，并结合全岩Sr、Nd等同位素组成，可以用来判断其岩浆源区是否经历了沉积循环或热液蚀变，进而为矿床的成因提供有力的证据18。图1 不岩石类型锆石的Hf-Y分布图(引自Belousova等15) -金伯利岩；-超基性岩、基性岩及过渡型岩石；-含石英的过渡性岩石和长英质岩石；- SiO2含量较高的长英质岩石；-云英岩；-碱性岩和碱性杂岩的碱质蚀变岩；-碳酸盐Fig.1. Average Hf and Y concentrations in zircon re

12、lative to the fields of zircon conposition-kimberlites; -ultramafic, mafic and intermediate rocks; -quartz-bearing intermediate and felsic rocks; -felsic rocks with high SiO2 content; -greisens; -alkaline rocks and alkaline metasomatites of alkaline complexes; -carbonatites1.4 锆石U-Pb年龄、微量元素及同位素组成在斑岩

13、铜矿研究中的应用利用锆石微量元素及其同位素组成在斑岩铜矿研究中的实例较多，本文仅以国内研究最早、成果最为丰富的江西德兴大型斑岩铜矿为例进行简述19-20：首先，该矿床成矿小岩体的成岩年龄一直存在较大的争议(193Ma112Ma，全岩Rb-Sr等时线年龄及黑云母K-Ar年龄99)，制约了该矿床的成因的探讨，并且关于成矿岩体的成岩物质来源的缺少有效的Hf同位素的制约。德兴斑岩铜矿中锆石的CL图像震荡环带明显，自形程度较高，Th/U比值0.4，并且其稀土元素配分曲线与岩浆锆石相近，Hf/Y比值落在花岗岩范围内，因此判断锆石主要为岩浆成因，因此锆石的U-Pb年龄可以作为成矿岩体的成岩年龄。近些年来，部

14、分学者利用LA-ICP-Ms和SHRIMP高精度微区测年法，测定了成矿岩体的成岩年龄，其结果分别为1711Ma(铜厂)、1701Ma（富家坞）、1711Ma（朱砂红）、1761.5Ma（银山），表明该矿床主要形成于晚侏罗世，另外，锆石的Hf（t）=-1.6+7.2，落在了地壳与地幔端元之间，并接近于上地幔，而锆石的Nb/Ta和ZrHf比值与上地幔相近，表明成矿岩体的形成与幔源物质的加入有关，并且主要来源于地幔，与Sr-Nd-Pb同位素所指示的源区相同。通过与区域内A型花岗岩、双峰式火山岩相对比，可发现其形成时代相近，并且与赣-杭裂谷带的活动时间一致，进而证明了该矿床形成于伸展构造背景下，并且地

15、幔物质的加入为该矿床的形成提供了大量热源以及成矿物质来源。1.5锆石Ti地质(dzh)温度计及在斑岩铜矿中的应用1.5.1 锆石Ti温度计理论(lln)基础由于锆石是岩浆中早期结晶的矿物，因此锆石的结晶温度可近似(jn s)代表岩浆形成时的温度16。由于Ti4+与Si4+离子电价相同、半径相似，且锆石中的Ti含量相对较低，在地壳体系中可以很好的限定Ti4+的化学势，因此，Ti在锆石中的含量可以作为一种温度的指示剂21-22，因此Watson等21-22利用高温高压实验(T=10251450，P=12GPa)标定了该温度计。当锆石与金红石之间的Ti达到平衡，且TiO2、SiO2活度=1时，锆石的

16、Ti含量(ppm)与绝对温度成反比： (1)当用于源区物质和生长条件均不清楚的锆石时，误差为10，应用范围为6001450，该公式的可靠性得到了与金红石共生且结晶环境已知(T=5801070，P=0.73.0GPa)的天然锆石的验证。然而，由于不同环境中TiO2的活度不同23，且锆石的Ti含量与SiO2的活度有关59，因此Ferry等59将该温度计修正为： QUOTE (2)此外，由于r(Ti4+)r(Si4+)，因此，当结晶温度相同时，锆石中Ti的含量随随压力的增大逐渐降低，尤其在P100MPa时，所计算的温度与实际温度明显不符，因此，需要对压力进行合理的校正24，其压力效应估计在50100

17、GPa-1，但具体亟待定量确定25。1.5.2 锆石Ti温度计在斑岩铜矿研究中的应用虽然锆石Ti温度计在地质领域已经得到了广泛的应用，但在斑岩铜矿中应用实例相对较少。斑岩铜矿形成的压力较小3，利用锆石Ti地质温度计时不需要进行压力校正，但是前人并未对TiO2和SiO2活度值进行合理的校正。吴德新利用该温度计计算出德兴斑岩铜矿成矿岩体的平均温度分别为656.5(铜厂)， 650.7(富家坞)，638.49(朱砂红)和668.20(银山)；Muoz等26利用该温度计发现智利El Teniente斑岩铜矿锆石的结晶温度为770580（该温度可能为岩浆形成的最低温度），从最老的斑岩到最年轻的含矿英安质

18、岩整体降低，与矿体岩浆活动的减弱作用相一致，证明了锆石Ti温度计的合理性，并且表明该温度的演化方向可代表岩浆的演化方向。1.6 锆石Ce异常程度(chngd)与氧逸度1.6.1 锆石判断氧逸度的理论(lln)基础氧逸度(y d)是区分含矿与非含矿斑岩以及评价成矿潜力和指导找矿的有效依据之一27-28，但是Fe-Ti氧化物、全岩Fe3+/Fe2+比值和岩浆硬石膏等易在后期的热液蚀变及长期的风化过程中发生重置，其应用受到了限制28-29，而锆石较强的物理化学条件得到了地球化学家的注意。由于在氧化条件下，Ce倾向于形成与Zr4+电荷数相同、半径相近的Ce4+，与其他LREE离子相比，更易取代Zr4+

19、而进入锆石晶格，因此锆石的稀土元素配分曲线中表现出明显的Ce正异常6，其异常程度与岩浆的氧逸度呈正比，并且不易受到后期作用的影响和其他矿物结晶的影响，能够反应锆石结晶时真实的氧化-还原状态，进而可以代表岩浆最初的氧化-还原状态29。但是利用现有的技术还不能直接得到不同化合价Ce的含量，因此Ballard等29根据晶体化学原理，推倒出了计算锆石Ce4+/Ce3+比值的公式： QUOTE Ce4+Ce3+锆石=Ce熔体-Ce锆石DCe3+锆石熔体Ce锆石DCe4+锆石熔体-Ce熔体 * MERGEFORMAT QUOTE (3)其中Ce熔体为熔体的Ce含量，可利用全岩Ce的含量代替，Ce锆石为锆石

20、的Ce含量， QUOTE * MERGEFORMAT 和分别 QUOTE 为锆石-熔体间Ce3+和Ce4+的分配系数，根据热力学原理，可以得到分配系数与离子半径之间的关系： QUOTE (4)其中，Di为元素的分配系数；E为杨氏模量；NA 为阿伏加德罗常数；ri为离子半径；r0=0.84，为Zr4+离子八次配位的离子半径。根据公式(4)可知，当所有的Ce以Ce3+的形式存在，分配系数应该落在三价稀土元素所在的直线上；若所有的Ce以Ce4+的形式存在，分配系数将落在四价阳离子(Zr-Hf-U-Th)所在的直线上。因此，可分别利用这两条趋势线分别估算出Ce3+和Ce4+的分配系数，然后带入公式(3

21、)即可计算出锆石中的Ce4+/Ce3+比值。1.6.2 锆石Ce异常程度在斑岩铜矿研究中的应用Ballard等29在建立该方法后将此方法应用在智利斑岩铜矿中，结果表明含矿岩体的Ce4+/Ce3+锆石300，不含矿岩体的锆石小于300，表明斑岩铜矿形成于氧逸度较高的条件下，并且利用该比值可指导找矿并评价Cu-Au的成矿潜力。Liang等27、辛洪波等28、罗茂澄等30和胥磊落等31也得到了与智利的斑岩铜矿基本一致的结论(表1)，证明了其方法的可靠性。但是通过对比可以发现(表1)，不同矿床富矿位置的Ce4+/Ce3+锆石具有较大的差异。其最主要的原因是锆石的Ce的分配系数与温度有关，导致其异常程度

22、与锆石的饱和温度亦有密切的表1斑岩型矿床(kungchung)含矿与不含矿斑岩中Ce4+/Ce3+锆石统计(tngj)Table 1. Zircon Ce4+/Ce3+ ratios from the ore bearing porphyries and barren porphyries斑岩含矿特点矿区地点年龄样品数目Ce4+/Ce3+比值变化范围平均值资料来源玉龙斑岩铜钼成矿带玉龙41.20.27757562043727扎那嘎38.50.2472672933472莽总37.60.225181230201104多霞松多37.50.24710131425073马拉松多36.90.4381713

23、0425894冈底斯斑岩铜矿拉抗俄14.577492.2528冲江13.1710263.83南木15.3414291.94邦铺16.2310557.55330铜厂矿区520833626531不含矿玉龙成矿带8381038.50.227329511234278186234.30.4182428193288363436.00.423232449330邦铺62.910239.530铜厂矿区1616131联系(linx)，而不同的斑岩型矿床形成温度必定存在一定的差异，最终导致不同矿床富矿位置Ce4+/Ce3+锆石的不同，也显示出了不同矿床之间具有较大的差异16，然而，含矿岩体相对于非含矿岩体，锆石的C

24、e异常程度较高是每个矿床/成矿带共同的规律，因此该方法可用于评价已发现矿床的成矿潜力、圈定主矿体位置、指导进一步的找矿工作。2. 金红石2.1 金红石简介：金红石的地壳岩石中常见的副矿物之一，亦是地壳岩石中Ti的重要储库之一，其理论化学式为TiO2，四方晶系，其晶体结构中包括多种微量元素，例如Nb、Ta、Zr、Hf、Sn、Mo、U、Th、Pb等，这些微量元素的变化特征，对研究寄主岩石所经历的地质过程具有非常重要的指示意义32。2.2 斑岩铜矿中金红石的成因：由于斑岩铜矿形成深度较浅，岩浆期通常不能形成金红石，因此斑岩铜矿中的金红石一般是热液成因的，主要形成于钾化阶段33-35，当品位较高时，可

25、作为副产品进行回收，增加矿床的综合利用率36。根据岩相学观察及化学成分分析，斑岩铜矿中金红石成因主要有以下几种机制： 1. K(Fe,Mg,Ti)3(Si3Al)O10(OH)2(岩浆期黑云母)+S2K(Mg,Fe)3(Si3Al)O10(OH)2(富镁热液黑云母)+FeS2(黄铁矿)+ TiO2(金红石) 2. .2(Fe,Ti)3O4(富钛磁铁矿)+S2Fe3O4(磁铁矿)+FeS2(黄铁矿)+TiO2(金红石) 3. FeTiO3(钛铁矿)+S2FeS2(黄铁矿)+TiO2(金红石)4. CaTiSiO5 (榍石)+CO2TiO2(金红石)+CaCO3(方解石)+SiO2 其中(qzhn

26、g)13反应式发生(fshng)在富S区域(qy)，在金红石结晶的过程中，伴有矿石矿物的沉淀，是金红石最主要的成因，而4反应式仅发生在青盘岩化带，贫S、富CO2,区域，无矿石矿物的沉淀33-36，由于不同成矿阶段的成矿流体必定具有一定的差异，最终导致不同阶段金红石具有不同的结构特征及地球化学特征，因此金红石的标型特征，可用于指导找矿、评价成矿潜力，并详细的区分不同的矿床类型34-35,37-38。2.3 金红石在斑岩铜矿研究中的应用斑岩铜矿中有关金红石的研究相对较少，开始于上世纪七十年代，但自八十年代开始，其研究发生中断，近些年来才得到少数研究者的重视，相关的研究应用实例较少，因此利用金红石来

27、研究斑岩铜矿仍处在一个探索性的阶段。首先，金红石中、K2O和Na2O含量较高，且K2ON2O，Cu含量较高(100500ppm)，表明金红石的形成与富碱热液有关，与前人认为金红石主要形成于钾化阶段相一致，并且金红石的形成与Cu矿的沉淀关系密切；另外，金红石中(Cr+V)/(Nb+Ta)比值较高，可作为区分斑岩铜矿与其他类型矿床的标志之一33,39。其次，澳大利亚Northparkes斑岩铜矿中，距矿体100m的范围内，金红石长宽4000m2，含有黄铜矿的包裹体，V、Nb等元素的环带特征明显，V0.2%，多数0.4%；相反，远离矿体的岩石中的，金红石长宽1500m2，相对较小，长宽比为2，环带特

28、征较弱、V含量0.15%，因此金红石中V与Cu矿化密切相关35。Clark等38和李金祥等39也得到了相似的结论，因此金红石的地球化学特征可作为圈定主矿体的辅助工具35。另外，不同类型的斑岩型矿床，如斑岩Mo矿、斑岩Cu-(Mo)矿、斑岩Au-(Cu)矿等，金红石往往具有不同的地球化学特征34。例如：与智利斑岩Cu-Au矿和斑岩Cu-(Mo)矿床相比，美国西南部斑岩Mo矿中金红石相对富Nb，Fe/W、Nb/W和Sn/W比值较高，而安第斯山斑岩Au-(Cu)矿床的金红石中Fe、W含量较低， 具有更高的Nb/W和Sn/W比值，因此金红石的成分特点可以用来估计斑岩型矿床成矿元素组成45，但是该项研究

29、仅仅对比了典型矿床，具体的不同类型矿床的中金红石的地球化学差异还需要进一步系统的对比研究。3.磷灰石3.1 磷灰石简介磷灰石也是一种常见的副矿物，与锆石类似，含有多种类质同相替代方式，其成因也可用其微量元素对变化图解和微量元素含量统计分析树形图解来进行区分40，且不同成因的磷灰石具有不同的标型特征41，因此磷灰石可为成岩成矿提供有用的信息。3.2磷灰石地球化学特征在斑岩铜矿中的应用在斑岩铜矿中，磷灰石主要结晶于岩浆期和高中温热液期，通常呈短柱状、长柱状和带双锥的针状，且与钙铝硅酸盐矿物共生，或作为钙铝硅酸盐分解矿物，其Cl含量和OH含量都高于正常的岩浆磷灰石33。虽然磷灰石在地球科学的其他领域

30、应用较多，而岩浆期磷灰石的S含量在斑岩铜矿中应用最为广泛。实验研究表明，在高氧逸度条件下，S主要以硫酸根的形式存在于磷灰石晶体结构中，其SO3含量随熔体中S含量和氧逸度的增加而增加42-43。根据统计可以发现斑岩铜矿斑岩体的磷灰石S含量较高，通常情况下，SO30.1%，非含矿岩体磷灰石的SO3含量0.1%(表2)，表明斑岩铜矿形成在氧逸度较高的条件下，因此磷灰石中的S含量可以作为斑岩铜矿矿化程度的标志之一40,46,50-53。另外(ln wi)，斑岩铜矿中磷灰石中的S还具有(jyu)明显的环带特征，从核部到边部S含量逐渐升高(shn o)，边部突然降低，这可能与S是不相容元素，随着岩浆的演化

31、，岩浆中的S含量逐渐升高有关，而岩浆期硬石膏的结晶是边部S含量突然降低的主要原因44。但是磷灰石的S成分环带还可能与以下原因有关：(1)流体/熔体减少；(2)压力降低；(3)温度升高；(4)S在熔体/流体中的含量降低；(5)含S热液的出溶作用。因此磷灰石中S的环带特征的成因，以及该特征是否能够用来指导找矿、评价金属的成矿潜力还需要进一步实验证据的支持49-50。表2斑岩铜矿磷灰石中SO3含量统计Table 1. SO3 composition from the different porphyry copper deposits地点磷灰石SO3含量文献Yerington斑岩Cu矿0.91.4%

32、44El Teniente斑岩Cu-Mo矿床0.370.69%46Bajo de la Alumbrera斑岩Cu-Au矿床0.6%51Santa Rita斑岩Cu矿0.130.24%52Galore Creek斑岩Cu-Au矿床0.271.75%50西藏驱龙斑岩Cu矿0.110.44%534. 硬石膏：4.1 硬石膏简介在以往的文献中，通常没有将斑岩铜矿中的硬石膏归为副矿物，但是根据副矿物的定义，本文将岩浆硬石膏定义为副矿物。由于硬石膏硬度较低，抗风化能力较弱，易溶于地下水及岩浆后期热液，因此岩浆硬石膏常常不能得到很好的保存54，并且在岩浆岩中常见硫化物，在很长一段时间内，多数学者认为岩浆中

33、S主要以S2-的形式存在，但是El Chichon和 Pinatubo的火山喷发表明，岩浆中的S在高氧逸度条件下，主要以SO42-的形式存在，在岩浆喷发后可形成岩浆硬石膏，并且岩浆硬石膏的出现可以作为岩浆富S、高氧逸度、富水最直接的证据55-59。4.2 硬石膏在斑岩铜矿研究中的应用斑岩型矿床中发现岩浆期硬石膏的实例较少，目前仅有中国的驱龙斑岩Cu-Mo矿床60、美国的Santa Rita 斑岩铜矿52和智利的El Teniente54斑岩铜矿等矿床发现了岩浆硬石膏。在斑岩铜矿中，岩浆期硬石膏常与富S磷灰石相伴生，也可以包裹体的形式出现在磷灰石中，表明斑岩铜矿的原始岩浆具有氧逸度较高、富S、富

34、水的特征52-53，这与锆石、磷灰石等副矿物所指示的相一致。Audtat等52通过对比发现Santa Rita斑岩铜矿磷灰石中含有12%孔洞，代表了原生的岩浆期硬石膏，若将其全部转化为岩浆中的S，则初始熔体中的S应为25004000ppm，但是Stern等61发现世界最大的智利El Teniente 斑岩Cu-Mo矿床成矿岩体的硬石膏含量为1020%，表明初始岩浆中S含量远远大于Santa Rita斑岩铜矿，证明大型的斑岩型矿床需要足够多的S和更高氧逸度。另外，斑岩铜矿成矿岩体的长石的牌号通常较低，这可能与岩浆硬石膏的结晶消耗了大量的Ca2+有关53,61。另外(ln wi)，在成矿(chn

35、kun)中期(zhngq)和晚期，可形成热液期硬石膏热液期硬石膏，主要出现在钾化带，与磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿等矿石矿物共生，其包裹体的均一温度为400，与主矿体的形成阶段一致53，因此热液期硬石膏的形成与矿石矿物的沉淀密切相关。5. 磁铁矿5.1 磁铁矿简介磁铁矿亦是地壳中常见的副矿物之一，Ishihara62最早根据花岗岩中的磁铁矿和钛铁矿含量将花岗岩分为磁铁矿系列和钛铁矿系列，并且不同矿床中磁铁矿的微量元素特征具具有不同的标型特征（图2），例如，斑岩铜矿中磁铁矿的Ti+V的含量主要集中在0.11%之间，高于矽卡岩矿床中磁铁矿的Ti+V的含量，因此磁铁矿的地球化学特征可用于区分不同的矿床类型

36、63。图2 不同矿床中铁氧化物Ni/(Cr+Mn) vs. Ti+V和Ca+Al+Mn vs. Ti+V图解 (引自 Dupuis等63)Fig. 2 Ni/(Cr+Mn) vs. Ti+V and Ca+Al+Mn vs. Ti+V discriminant diagram for average Fe-oxide compositions from Kiruna, IOCG, porphyry Cu, skarn, Fe-Ti-V, and BIF deposits (after Dupuis et al63)5.2 磁铁矿在斑岩铜矿研究中的应用根据岩相学的观察，斑岩铜矿的成矿岩体通常为磁

37、铁矿系列花岗岩64，因此斑岩铜矿中的岩浆期钛铁矿含量较少，但在成矿期可形成少量的钛铁矿，与金红石共生63,65，并且常见自形榍石与磁铁矿共生，且榍石含有富硫磷灰石等包裹体50,67，表明斑岩铜矿的成矿母岩具有较高的氧逸度66。锆石Ce异常程度、磷灰石S含量值等证据，均表明斑岩铜矿的成矿岩体具有较高的氧逸度，S在岩浆期主要以硫酸根的形式存在，Cu、Au等金属离子在流体/热液中得以富集，但硫化物的沉淀需要在相对还原的条件下，且要消耗大量的S2-66，因此在成矿过程中需要某种机制降低氧逸度，促使成矿作用的发生。根据详细的岩相学观察，成矿期有大量磁铁矿的结晶，以侵染状或石英-硫化物-磁铁矿脉出现在钾化

38、带，与硫化物、热液期硬石膏等矿物共生，其丰度在石英-绢云母化带到高级泥化带逐渐降低，表明磁铁矿及岩浆期硬石膏的结晶是岩浆氧逸度降低促使硫化物发生沉淀、最终形成矿床的直接原因53,67-68。6. 电气石6.1 电气石简介(jin ji)电气石的理论(lln)化学式为(R1)(R2)3(R3)6(BO3)3Si6O18(OH,F)，具有多种类质同像替代关系，矿物组成较为(jio wi)复杂，不同成因的电气石可形成不同的类质同象替代关系69，主微量元素包括了多数的造岩、成矿元素，且电气石的物理化学性质稳定，因此电气石的微量元素特征和类质同像替代关系可用来区分矿化区域、指导找矿、指示成矿物质来源和氧

39、化还原条件70-71。此外，电气石是一种含B及羟基的矿物，是测量B和H-O同位素最为有效的矿物之一，可用于示踪成矿流体的来源70,72。6.2 电气石的成因及其在斑岩铜矿研究中的应用斑岩铜矿中电气石主要出现在电气石角砾岩筒中或作为钾化带和青磐岩化带的副矿物60,73，且与钠长石共生，叠加在钾化带的中心和青磐岩化带内缘74。电气石中较高的As含量75和四面体位置FetotAl这一类质同像替代关系可作为斑岩型矿床的指示标志75-77，同时Au含量可作为是否伴生Au矿化的标志75。电气石的Fe3+含量较高，表明电气石结晶在氧化条件77，与锆石Ce异常程度等证据所指示的相一致。根据电气石的氢氧同位素及

40、B同位素组成，斑岩铜矿的成矿流体主要是来源于岩浆，但有明显天水的加入72,76，并且表明电气石主要结晶在岩浆热液活动的晚期78。另外，在Salikvan矿床中发现电气石的Ag、Au、Pb等元素的含量与11B呈负相关关系，但具体的成因还不清楚78。7. 副矿物地球化学特征在斑岩铜矿研究中的应用评述斑岩铜矿中的副矿物包括岩浆成因和热液成因的，他们为研究斑岩铜矿的成岩成矿时代、成矿模型、成岩成矿温度、氧逸度、成岩成矿物质来源以及指导找矿等都具有非常重要的理论与实践意义。7.1 斑岩铜矿的成岩年龄来自锆石U-Pb年龄的证据成岩年龄是研究任何一个矿床最为重要的数据之一，斑岩型矿床亦不例外，它是探讨矿床成

41、因、成矿模式，甚至是矿床形成的大地构造背景最为重要的指标，甚至在研究大型的斑岩铜矿成矿带的成矿规律具有举足轻重的作用。锆石稳定的物理化学条件、封闭温度较高、低普通铅等特点，使得锆石具有测定U-Pb年龄的天然优越性，尤其是LA-ICP-Ms和SHRIMP高精度微区测年法的快速发展提高了锆石U-Pb年龄的测试精度，已经成为矿床学家判断矿床成岩、成矿年龄最为常用的手段之一，使成岩成矿时代争议较大的矿床的年龄格架趋于清晰，成矿带中成矿规律趋于明显，这不仅对单个矿床的研究具有重要的意义，对区域成矿带的地质演化史、指导找矿等均具有重要的意义。7.2 斑岩铜矿成岩成矿的物理化学条件来自锆石、磷灰石等证据成岩

42、成矿的物理化学条件对矿床的研究亦是不可或缺的内容，它可为矿床的成矿模式的建立、成矿过程提供有利的信息。锆石Ti温度计的标定为含矿斑岩的成岩温度的测定提供了可能，该方法在地质学的其他领域应用较为广泛，但在斑岩铜矿中的应用较少，却未能对SiO2和TiO2的活度进行有效地校正可能导致所计算的成岩温度不准。但是根据少量的数据可以发现，斑岩铜矿成岩的最低温度可能在600800之间。氧逸度是推测斑岩型矿床成矿过程、评价成矿潜力(qinl)最为重要的指标之一。锆石Ce异常(ychng)程度、磷灰石中S含量、岩浆(ynjing)（热液）期硬石膏和磁铁矿的出现，以及电气石中Fe3+含量较高等证据均表明斑岩铜矿的

43、成矿母岩浆和成矿热液均具有较高的氧逸度，而磁铁矿、热液期硬石膏的沉淀是促使成矿热液由氧化环境向还原环境转变、矿石矿物沉淀，最终形成矿床的主要原因之一。7.3 斑岩铜矿的成岩成矿物质来源（1）成岩物质来源锆石中Hf-O同位素的联合示踪为该项研究提供了良好的基础，根据岩石地球化学性质，斑岩铜矿的成矿岩体与岛弧型岩浆类似，锆石的Hf(t)值均在0附近或0，介于壳幔两端元组分之间，结合Sr-Nd-Pb同位素组成，可以证明斑岩铜矿的形成与幔源物质的加入有密切的联系，幔源物质的加入可以为矿床的形成提供了充足的热源。（2）成矿物质来源电气石的氢氧同位素及B同位素组成，表明成矿流体主要为岩浆成因，但有明显天水

44、的混合作用，这与多数石英脉中的H-O同位素所指示的相一致。但是电气石中Ag、Au、Pb、Sc、Sb、Mo、W、P和Li含量与11B呈负相关关系，但具体的成因还不清楚，推测可能与成矿热液的来源以及母岩浆的地球化学性质有关。7.4 副矿物地球化学特征在评价成矿潜力及其指导找矿中的应用利用副矿物地球化学特征评价成矿潜力及指导找矿目前还处在一个探索性阶段，是否能真正的应用在找矿实践中还需要进一步系统的实验研究，其主要的研究思路是通过测试含矿岩体与非含矿岩体中副矿物的地球化学特征进行对比，寻找差异。首先，斑岩铜矿的形成主要与氧逸度较高的岩体有关，因此锆石的Ce异常程度以及磷灰石的S含量可作为评价成矿潜力

45、，并指导找矿的有用标志；但不同矿床的成矿环境不同，导致锆石的Ce异常程度不同，最终导致划定含矿与非含矿岩体的界限存在较大的差异，因此，当利用锆石评价成矿潜力，并用来指导找矿时，需要根据实际情况合理的划定其范围。另外，并不是所有高氧逸度的中酸性岩体均能成矿，还需要结合岩体所处的地质条件等信息；其次，金红石的结构特征、颗粒大小以及地球化学特征可作为在近矿与远离矿体中具有明显的差别，因此可以作为圈定主矿体的辅助依据；不同类型的斑岩矿床，金红石亦存在较为明显的差别，可以初步判断矿床的成矿金属元素，但是该应用还需要系统的实验数据的积累，才能更加明确的区分出不同类型矿床之间金红石的地球化学差异。此外，利用

46、金红石评价成矿潜力及区分不同的矿床类型时，仅需岩相学观察、背散射图像以及电子探针等相关实验，对于勘查程度较低的矿床（矿化点），不失为一种简单、高效的方法；第三，电气石中Au含量可作为斑岩铜矿中是否伴生Au的指标之一，而Fetot代替Al这一替代关系以及较高的As可作为斑岩铜矿中电气石的标型特征。但是并不是所有的斑岩铜矿中都发育电气石，因此其应用可能会受到较大的限制。7.5 相关研究存在的其他问题首先斑岩铜矿研究中利用(lyng)最多的副矿物是锆石，以锆石U-Pb年龄(ninlng)及Hf同位素组成的研究成果最为丰富，但是其他副矿物的研究相对比较薄弱(b ru)，成果较少，部分研究内容还存在较大

47、的争议，例如，磷灰石的S环带特征的成因，不同类型的斑岩矿床金红石地球化学元素的差异等；其次，综合研究相对较少。多数学者通常只是从单一的角度利用副矿物对斑岩型矿床进行研究，缺乏各个矿物之间相关的联系，限制了副矿物在斑岩铜矿研究中的整体运用；第三，副矿物的相关应用较为丰富，但在斑岩铜矿中的应用较少，例如，岩浆中卤素是金属运移中重要的金属络合物的组成，而磷灰石中F、Cl的含量可作为间接地定量估算岩浆中卤素含量的良好的方法79-80，此外磷灰石的Sr同位素组成可以作为岩浆的初始Sr同位素组成65，是示踪斑岩矿床成岩物质来源的有效方法之一。8. 结论：(1)斑岩铜矿的副矿物中，锆石主要为岩浆成因，金红石

48、、赤铁矿和电气石主要为热液成因，磷灰石、硬石膏既可以是岩浆成因，也可以是热液成因；(2)副矿物地球化学的详细研究可以为斑岩铜矿的成矿时代、成矿模型、成岩成矿的物理化学条件及物质来源提供有用的信息，并且可以用来评价成矿潜力及指导找矿。参考文献：1. Sinclair W. Porphyry deposits. Mineral Deposits of Canada: A Synthesis of Major Deposit-Types, District Metallogeny, the Evolution of Geological Provinces, and Exploration Meth

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