研究亮点
张京渤:单一富硫化物下地壳熔融不能形成碰撞型斑岩铜矿床的实验岩石学证据【JP,2022】

碰撞背景下的斑岩铜矿床成为了近年来找矿勘查的重点。有别于俯冲型斑岩铜矿床,其形成过程中并没有大洋板片的直接参与;有别于经典的岛弧钙碱性岩浆,碰撞型斑岩铜矿的成矿岩浆往往具有富钾、高La/YbSr/Y的地球化学特征。针对这类矿床成矿岩浆的来源存在广泛争议,前人普遍认为源自俯冲改造的加厚新生下地壳,近年来有学者认为单纯的新生下地壳脱水熔融没法形成成矿岩浆,需要幔源的超钾质岩浆注入,甚至有学者提出成矿岩浆的源区就是岩石圈地幔。

针对上述争议,我校科学研究院博士研究生张京渤,在其导师王瑞教授指导下,受国家留学基金委(CSC)的资助赴德国拜罗伊特大学拜仁地质研究所(BGI)与昌佳博士后和Andreas Audétat研究员展开合作,对巴基斯坦Kohistan和西藏冈底斯弧根下地壳样品开展了详细的岩石学研究和活塞圆筒高温高压部分熔融实验,取得如下创新性认识:

1)西藏冈底斯弧根角闪石岩、辉长苏长岩和角闪石辉长岩由幔源岩浆分离结晶形成;巴基斯坦Kohistan弧根含石榴子石的岩石是由先前存在的角闪石岩和辉长岩随着地壳加厚发生强烈的变质作用而形成。

2)西藏冈底斯弧根岩石含有最高达0.4 vol.%的岩浆硫化物(MSS1.2-8.3 wt.% Cu),极少量岩浆硫化物蚀变为细粒铁氧化物聚集体;而巴基斯坦Kohistan弧根最初也具有MSS型的岩浆硫化物(7.6-11 wt.% Cu),但变质脱水过程使得大部分硫化物被改造清除,仅有少量富Cu硫化物(8.9-81 wt.% Cu)以包裹体形式保留在石榴子石中。

3)以西藏冈底斯弧角闪石岩和辉长苏长岩以及人工合成硫化物为初始物质,在800-1150 °C1.5 GPa条件下开展脱水和加水部分熔融实验,实验结果表明产生熔体均具有高La/YbSr/Y的特征且熔体具有大于6 wt.%的水含量,满足成矿所需。但与冈底斯、三江和伊朗碰撞型成矿带典型成矿岩浆相比具有低的K2OMgOClS(即使在FMQ+2条件下)含量。

综上所述,单一富硫化物下地壳部分熔融不能够形成碰撞型斑岩铜矿床。该研究为碰撞型斑岩矿床的成因提供了新的启示,指示了幔源岩浆的参与在成矿过程中扮演着重要的角色。




图1 西藏冈底斯弧(a-b)和巴基斯坦Kohistan弧(c-h)样品特征




图2 西藏冈底斯弧(a-c)和巴基斯坦Kohistan弧(d-h)样品硫化物特征


 


图3 部分熔融实验熔体主量元素哈克图解




图4 部分熔融实验熔体TAS图解和挥发分含量


上述研究还受到国家自然科学基金委创新研究群体(42121002)和111计划(B18048)资助,研究成果发表在国际岩石学领域权威期刊《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.

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