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邱正杰等-GCA:方柱石揭示造山带热液金属矿床高盐、高氧逸度变质流体演化
2020-12-09 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  造山带内深部流体(Deep fluid)控制着地壳中深部金属元素的活化-迁移-富集,造成金属元素在有限地质体范围内异常富集,形成不同类型的超级大矿,如造山型金矿床、铁氧化物型铜金矿床(IOCG)、热液铜多金属矿床(铁硫型铜金矿床-ISCG)等。其中关键科学问题之一是深部流体来源及演化。造山型金矿床的成矿流体通常被认为是含金泥质岩或基性岩通过变质脱流体形成含CO2H2S的低盐度流体(e.g., Tomkins et al., 2010);然而铁氧化物铜金矿床成矿流体为高盐流体,可以是来自岩浆流体,比如澳大利亚的Ernest Henry铜矿床,也可以是加热的盆地卤水,还可能是蒸发岩通过变质脱流体形成(Tomkins et al., 2020)。因此,有必要重新审视形成在造山带内的热液铜(钴)多金属矿床的流体来源问题,厘清该问题将有助于关键金属矿产钴金属的成因与勘探。 

  为解决上述问题,中国科学地质与地球物理研究所邱正杰博士后与合作导师范宏瑞研究员,联合澳大利亚莫纳什大学Andrew Tomkins副教授、Joel Brugger教授等,选择华北克拉通中部造山带内的热液铜钴多金属矿床作为研究对象,成功识别出变质和热液交代成因的两种类型方柱石,以此探讨变质流体的演化。本次研究采用电子探针微区面扫描分析(图1)、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱对方柱石进行高精度ClBr含量分析(图2),以及对方柱石中S进行基于同步辐射的近边吸收光谱分析(XANES)的分析(图3)。研究结果表明变质成因方柱石形成在钙质蒸发岩内,由石盐、方解石和长石反应形成;热液交代成因方柱石通过高温高盐流体强烈交代角闪岩中的斜长石形成在。方柱石形成时Cl/Br比值几乎不发生分馏,且共生的黑云母、角闪石等含水矿物中Br的含量极低,因此,方柱石Cl/Br比值可代表流体的Cl/Br比值。原位近边吸收光谱分析(S-XANES)表明方柱石中S6+/∑S变化范围为0.770.92,依据热力学计算结果说明与方柱石平衡的流体的氧逸度可以很高(log fO2 > -15)。 

1 (A)变质成因自形方柱石(左上)和交代成因它形方柱石(右上)CL图像,自形方柱石元素Mapping图展示环带成分变化(左下为钙柱石百分含量-Me%;右下为Cl元素的分布)。(B)方柱石的形成与结构随变质PT轨迹的演化

2 方柱石的稀土配分图解可区分不同成因方柱石(A)Cl/Br摩比-Br含量图解可有效识别不同储库的流体(B) 

3 (A)方柱石中S氧化态的近边吸收光谱分析(XANES; (B)方柱石S6+/∑S比值可估算与方柱石发生平衡的流体氧逸度范围

  该项研究成果的意义:(1确认方柱石Cl/Br比值可以有效指示流体的来源,精确测定出方柱石中S以高价态S6+为主,低价态的SS4+S2-极少2)解决造山带内高盐高氧逸度变质流体的源区问题:含变质方柱石的蒸发岩在退变质过程发生水解,可为变质流体提供大量的Cl和氧化性S,进而有效提高铜金钴等金属元素在流体中溶解度,有利于形成热液铜多金属矿床。 

  研究成果发表于国际权威学术期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。(Qiu Z, Fan H R*, Tomkins A, Brugger J, Etschmann B, Liu X, Xing Y, Hu Y. Insights into salty metamorphic fluid evolution from scapolite in the Trans-North China Orogen: Implication for ore genesis[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2021, 293: 256-276. DOI: 10.1016/j.gca.2020.10.030 ) (原文链接)。该成果受国家自然科学基金重大项目(41890833)和中国博士后基金项目联合资助。 

 
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