杨志明研究组–Econ Geol: 镁铁质岩浆的反复注入形成云南普朗超大型斑岩Cu–Au矿床
长英质斑岩体如何提供足够的成矿物质（如Cu、S和Cl等）形成斑岩铜矿床一直是学术界关注的焦点。通常认为上地壳岩浆储库的演化过程对成矿物质的富集及成矿流体的形成起到至关重要的控制作用，其中镁铁质岩浆的注入似乎是形成超大型斑岩铜矿床的一个关键过程，因该过程可能为长英质斑岩系统提供大量 S、Cu 及挥发分。镁铁质岩浆注入往往会形成近同时期侵位的镁铁质侵入体和镁铁质岩浆包体（MME）。然而，斑岩铜矿床中这类镁铁质侵入体和MME通常遭受强烈的热液蚀变，组分受到了改变，使得示踪岩浆演化过程及对成矿的贡献变得困难，导致有关其深部岩浆储库演化过程及对成矿控制作用的研究至今还很薄弱。矿物晶体结构和组分能够记录熔体物理化学条件及组分的变化，这为示踪深部岩浆储库的演化过程提供了难得的机遇。
云南普朗超大型斑岩铜矿床复式岩体形成于216 ± 2 Ma左右，其侵位序列由早到晚依次为细粒石英闪长岩、粗粒石英闪长岩、石英二长岩（成矿斑岩）和闪长玢岩，并且粗粒石英闪长岩和石英二长岩中均发育有MME（图1）。此外，各类岩相中均保留有非常新鲜的各类矿物晶体（如斜长石、角闪石和磷灰石等），这为研究斑岩铜矿床深部岩浆储库演化过程，尤其镁铁质岩浆的注入提供了难得的机会。据此，研究组对普朗多期次岩相开展了详细的岩相学、矿物学和全岩地球化学研究，取得的主要认识如下：
图1 普朗矿区四种侵入岩相及其中镁铁质包体。CQD=粗粒石英闪长岩，DP=闪长玢岩，FQD=细粒石英闪长岩，QM=石英二长岩
（1）两类角闪石指示矿区四套岩浆岩至少起源于两类岩浆储库。四类岩体中发育两类角闪石，其中低Al角闪石（Al2O3= 6.2–7.6 wt %，结晶温度~780°C）主要发育于粗粒石英闪长岩和石英二长岩中，而高Al角闪石（Al2O3= 8.0–13.3 wt %，结晶温度~900°C）主要发育于细粒石英闪长岩和闪长玢岩中。上述特征及全岩元素和同位素特征表明成矿前粗粒石英闪长岩和成矿期石英二长岩形成于同一母岩浆储库的结晶分异，而成矿前细粒石英闪长岩和闪长玢岩则来源于不同岩浆储库的相对基性岩浆的演化。
（2）多种宏观及微观结构表明镁铁质岩浆注入了斑岩系统深部岩浆储库。粗粒石英闪长岩和石英二长岩中均见有淬火结构MME，闪长玢岩中存在浑圆状或港湾状长石捕虏晶，且这些岩相中发育大量不平衡显微结构，如反环带（低An核部，高An增生边）、突然分带（高An核部，向外An骤降，一般ΔAn >10）和补丁状核部（高An和低An共生补丁）结构的斜长石，分带的角闪石（低Al核部和高Al边部，高Al核部和低Al边部），高Al角闪石集合体，骨骼状云母和石英眼等（图2），这些宏观的野外现象和微观的显微结构表明深部长英质岩浆储库在粗粒石英闪长岩和石英二长岩岩浆演化阶段均有镁铁质岩浆的注入。
图2 普朗矿区代表性矿物显微结构及其可能的成因
（3）镁铁质岩浆的注入为斑岩铜矿的形成提供了大量S和部分Cl。利用粗粒石英闪长岩、石英二长岩和闪长玢岩中磷灰石组分计算得到的其相应岩浆S含量分别为20–100 ppm，25–130 ppm和 > 650 ppm（图3），岩浆Cl含量分别为1000 ± 600 ppm，1800 ± 1100 ppm和1300 ± 1000 ppm。质量平衡计算表明，形成普朗2.3 Mt的Cu需要至少21–36 km3 （中位值27 km3）的致矿斑岩岩浆，这些岩浆量足以提供成矿所需的Cl，但不足以提供成矿所需的S。5–11 km3闪长玢岩岩浆的注入能够提供成矿所需的额外6.5–15 Mt S。因此，闪长质岩浆的反复注入可能为斑岩系统提供了大量S和部分Cl，同时活化了斑岩系统，有利于形成大的生命周期长的岩浆储库，最终促进普朗超大型斑岩铜矿床的形成。
图3 普朗矿区粗粒石英闪长岩、石英二长岩和闪长玢岩中磷灰石组分估算得到的相应岩浆S含量概率密度图
普朗的本次研究表明，详细的显微矿物学观察和分析可有效恢复并示踪斑岩系统深部岩浆储库的演化过程，尤其可用来约束镁铁质岩浆注入及演化过程，同时深化了前人关于镁铁质岩浆注入对斑岩铜矿系统形成所起作用的认知。
本研究得到国家自然科学基金委项目（项目号91955207, 41825005, 41902079）资助，研究成果近期发表在国际矿床学权威期刊Economic Geology上（Cao, K., Yang, Z.M.*, White, N.C., Hou, Z.Q., 2021. Generation of the giant porphyry Cu–Au deposit by repeated recharge of mafic magmas at Pulang in eastern Tibet: Economic Geology, doi:10.5382/econgeo.4860）。曹康博士为第一作者，杨志明研究员为通讯作者。