热液金红石（TiO₂）作为一种常见的副矿物分布于斑岩矿床中，与热液流体的成分、温压条件和氧逸度等密切相关，可提供成矿热液演化的重要信息。近年来，含钨金红石发现于全球多个大型-超大型斑岩矿床，逐渐成为找矿勘查中极具潜力的指示矿物。为了进一步阐释热液金红石成因机制对斑岩系统成矿演化的重要影响，中国地质大学（北京）邓军教授团队博士生陈奇在王长明教授的指导下，通过背散射、拉曼分析、原位U-Pb定年、电子探针点分析和面分析等测试手段，解析了藏东玉龙超大型斑岩矿床中TiO₂多型晶（polymorphs），阐明了斑岩矿床含钨热液金红石的分布形式、元素替代机制以及来源等问题，取得了以下重要成果：

1. 首次识别斑岩系统中金红石、板钛矿和锐钛矿等TiO₂多型晶。基质中保留榍石晶型的板钛矿和锐钛矿集合体（图1），反映了中-低温热液对原生含钛矿物的改造；A脉边缘细长棱柱状金红石和脉中与未完全交代榍石的金红石颗粒，表明早期热液交代作用对榍石的不完全替代；EB脉和B脉中发育亮暗分带的粒状金红石与金属硫化物紧密共生，指示了高温、富硫的热液成矿环境。

2. 揭示难熔元素W在热液金红石中的渗入机制。热液金红石内部背散射亮暗分带与钨含量密切相关（图2），结合电子探针分析及阳离子百分数结果，钨在热液金红石中主要与三价阳离子组合替代原有钛的晶格位置（2M³⁺ + W⁶⁺ ？ 3Ti⁴⁺；M³⁺为三价阳离子），W⁶⁺和Ti⁴⁺几乎相同的离子半径也支持了二者在六倍配位条件的晶体结构中发生相互置换。

3. 厘定斑岩系统中热液金红石的形成时代和解析热液演化过程。通过对石英脉中颗粒较大且与金属硫化物共生的热液金红石进行原位U-Pb定年分析，研究获得的下交点年龄为41.8±1.2 Ma，与先前报道的辉钼矿Re-Os年龄范围重叠（图3），代表玉龙矿床热液矿化的时代。成矿热液在高温下具有高的氧逸度、富S和富F的特征，这导致了富钛矿物的分解和相对不溶的高场强元素的活化（图4）。

研究认为热液金红石为解析岩浆热液矿床成因机理提供重要信息。因受成矿热液流体的改造，热液金红石较易发生高场强元素渗入而导致化学成分变化。高氧逸度、富S和F的高温成矿流体可促使不活泼的高场强元素进入金红石晶格结构中。因此，在精细识别斑岩成矿系统TiO₂多晶型的基础上，利用金红石可有效判别岩浆热液流体，从而为解析成矿机理提供重要依据。

图1 玉龙矿床TiO₂矿物背散射图及其拉曼光谱特征

图2 热液金红石中W含量与背散射强度的关系图

图3 （a-b）代表性金红石颗粒的定年位置和结果；（c） 热液金红石U-Pb定年 Tera-Wasserburg图；（d）玉龙斑岩铜钼矿床成岩成矿年代学框架

图4 斑岩矿床热液金红石形成模式图

本研究受到国家重点研发计划（2020YFA0714802）和国家自然科学基金（41872080）联合资助，发表在国际权威期刊《American Mineralogist》：Chen, Q., Wang, C.M.*, Bagas, L., Du, B., Shi, K.X., and Zhu, J.X. 2022. Hydrothermal fluid signatures of the Yulong porphyry Cu-Mo deposit: Clues from the composition and U-Pb dating of W-bearing rutile. American Mineralogist, 108(6), 1902—1108. [IF=3.066]

原文链接：https://doi.org/10.2138/am-2022-8453