印尼巴布亚新生代岩浆活动对斑岩型铜金成矿的控制:以Grasberg斑岩型铜金矿床为例

Grasberg斑岩铜金矿床位于新几内亚岛西巴布亚地区（图1）,是全球著名的铜金矿床,为已发现的高品位斑岩型铜金矿床之一（Cu >1%,Au >1 g/t）,铜金储量规模巨大。该地区自新生代以来一直处于活动大陆边缘和岛弧环境,其大地构造位置欧亚板块-印度-澳大利亚板块和太平洋板块的结合部位,板块间的汇聚、碰撞、俯冲和拆离、扩张等地质作用形成了复杂的沟-弧-盆体系（Baldwin et al., 2012）,也形成了该地区复杂的构造系统,概括为增生岛弧地体、巴布亚移动变质带、巴布亚褶皱带、Fly地台四个构造单元。由于缺少对Grasberg斑岩型铜金矿床成矿岩浆地球化学属性的深入研究,其成因机制和构造演化存在诸多争论。本文对该岩体开展地球化学研究,以期探索巴布亚新生代区域岩浆岩演化和铜金成矿作用。     

中亚成矿域斑岩铜金成矿的地质环境问题

中亚成矿域在蒙古、乌兹别克斯坦、吉尔吉斯斯坦和哈萨克斯坦产有Oyu Tolgoi、Almalyk、Andash-Taldy Bulak、Aktogai、Kounrad等众多巨型和世界级斑岩铜金矿床,中国新疆北部斑岩铜金找矿持续重大突破令人期待。中亚成矿域大规模斑岩铜金成矿于什么地质环境?新疆北部、尤其天山斑岩铜金地质找矿持续突破的前景怎样?都是颇受关注的重大地质和找矿问题。通过广泛深入文献调研和重要矿集区实地调查研究表明,中亚构造成矿域在古亚洲洋壳俯冲增生、陆陆碰撞和后碰撞伸展等不同时期地质环境中,虽然均有斑岩铜金成矿作用发生,但古亚洲洋俯冲形成不同时期的增生岛弧是中亚斑岩铜金最为重要的成矿地质环境,大规模斑岩铜金成矿出现在洋盆演化末期、或即将关闭时的成熟岛弧环境。为什么中亚重要斑岩铜金矿床多形成于年长的成熟岛弧是值得探索的重要科学问题。新疆北部、尤其天山不同时期的岛弧发育完整,岛弧岩浆作用强烈而漫长,斑岩铜金成矿条件优越,大型-超大型铜金矿地质找矿潜力巨大,有望持续发现重要斑岩铜金矿床。     

巴布亚新几内亚陆缘火山岛弧成矿带铜金成矿规律

巴布亚新几内亚陆缘火山岛弧成矿带形成于印澳板块与太平洋板块的边界带,其演化涉及俯冲与火山岛弧（岩浆弧）的形成、弧陆碰撞与造山、俯冲陆壳折返、岩浆侵入、成矿作用等多种地质作用。该成矿带的铜金成矿时代比较年轻,成矿集中于23～12（Ma）、7～1（Ma）及0.5～0（Ma）三个成矿高潮期。空间上可以分为6个成矿亚带,分别为奥克泰迪-波尔盖拉成矿亚带、弗里达河-拉穆成矿亚带、海登山谷-凯利门戈成矿亚带、托鲁库玛-比尼山成矿亚带、瓦普鲁-伍德拉克成矿亚带、利希尔-潘古纳成矿亚带。成矿带主要铜金矿床类型为斑岩型、浅成低温热液型和矽卡岩-斑岩型。成矿受控于俯冲作用、弧陆碰撞造山作用、侵入杂岩体、褶皱和断裂、破火山口等因素。     

新疆斑岩型铜矿床分布、时代及成矿特点

新疆地跨中亚和特提斯两大构造域,构造-岩浆活动强烈,形成了许多斑岩型铜矿床,这些矿床具集中分布、分段集中特点.在新疆北部围绕准噶尔盆地呈面状环状分布,在新疆南部沿康西瓦断裂附近呈带状分布.新疆斑岩铜矿床形成时代漫长,从奥陶纪到三叠纪,集中在泥盆—二叠纪.成矿环境包括板块俯冲形成的岛弧、陆缘弧及后碰撞板内环境.含矿岩浆为幔源岩浆,发育高氧逸度的中酸性钙碱性岩浆和低氧逸度的中性钙碱性岩浆,含矿岩体定位受区域褶皱、断裂和火山机构的控制.金属元素组合主要为Cu-Au、Cu-Mo和Mo-Cu等,发育斑岩型-浅成低温热液型和斑岩型-矽卡岩型成矿系统.金属元素在中低温条件下富集成矿.     

智利铁氧化物铜金型矿床成矿规律、控制因素与成矿演化

智利中生代铁氧化物铜金型(IOCG)矿床成矿带位于海岸科迪勒拉山带,与斑岩铜金和浅成低温热液型金银矿床共同组成了南美安第斯型活动大陆边缘上成矿系统组合。在成矿时代上,IOCG矿床成矿时代集中在175.6～141,140～100和99～66 Ma BP。IOCG矿床位于弧前盆地、主岛弧带和弧后盆地等五级构造单元中;而斑岩铜金和浅成低温热液型金银矿床位于主岛弧带和弧后盆地中,与IOCG矿床成矿带成对出现。综述了智利超大型IOCG矿床研究和勘查进展,认为智利IOCG矿床主要为富铁质岩浆的火山喷溢作用、岩浆热液—盆地流体混合成矿和岩浆热液成矿作用等3种端元类型。侏罗—白垩纪弧前盆地、主火山岛弧带和弧后盆地等五级构造单元是IOCG矿床定位构造,在晚白垩世发生构造反转后,在安第斯大陆边缘从伸展构造体制转变为走滑挤压收缩构造体制,同时形成了平行于岛弧带的阿卡塔玛(AFZ)断裂系统,AFZ断裂系统导致弧前盆地—主岛弧带—弧后盆地发生构造变形并伴有同构造期岩浆侵入,主岛弧带岩浆活动停滞,晚白垩世深成岩浆弧向东迁移,在岛弧带和弧后盆地反转过程中因岩浆—构造叠加程度不同,形成了IOCG矿床叠加成矿序列,同期,白垩纪斑岩型铜金矿床和浅成低温热液型金银矿床相伴形成。提出富铁基性—超基性岩、IOCG矿床和斑岩型铜金矿床等与弧后盆地构造变形的动力学机制是今后的研究方向。     

云南格咱岛弧斑岩-矽卡岩铜、钼（金）矿床成矿系统

格咱岛弧带是西南三江多岛弧盆系中一个主要的地质构造单元,它始于晚三叠世甘孜—理塘洋壳的向西俯冲,燕山期经历了陆内汇聚和造山后伸展作用阶段,区内岩浆活动和成矿作用强烈,是近年来新发现的重要铜多金属成矿带。根据区内岩浆岩和矿床的时空分布,同位素年代学证据,构造环境及成矿作用,将格咱岛弧成矿系统划分为印支期成矿亚系统和燕山期成矿亚系统。印支期主要发育了与安山岩同源的壳幔型中酸性岩浆作用,形成斑岩型Cu矿成矿系统,燕山期伴随着同碰撞中酸性岩浆活动形成斑岩型Mo(Cu)及热液型W(Mo)成矿系统。研究表明,格咱岛弧深部找矿具有较好的资源潜力,其中燕山期Mo多金属成矿已显现出良好的找矿前景。     

墨西哥中新生代岩浆活动规律及成矿研究

墨西哥中新生代岩浆作用与太平洋板块向东俯冲消减作用及晚白垩-始新世的拉腊米期造山运动有关,岩浆作用控制了矿床的分布规律。文章通过综合分析大量墨西哥中新生代岩浆岩和矿床资料,讨论了岩浆活动规律及构造活动和成矿作用的关系。墨西哥主要有5个岩浆活动时期,分别为晚古生代岩浆作用、早-中侏罗世岩浆作用、白垩世岩浆作用、古近纪岩浆作用、中新世岩浆作用。墨西哥的成矿作用主要与拉腊米期岩浆活动有关(约80 Ma—40 Ma),中新生代的矿床明显分成晚侏罗世(J3)、早白垩世(K1)、晚白垩世(K2)、古新世(E1)、始新世(E2)、渐新世(E3)、中新世(N1)等地质时期。古太平洋板块、法拉隆板块和科科斯板块等三大板块俯冲消减形成3个俯冲成矿系列,即从沿海到内陆依次发育有IOCG型铁铜金成矿带→斑岩型铜钼金成矿带→浅成低温热液型银金多金属成矿带,分别代表太平洋古板块、法拉隆板块和科科斯板块向北美板块从俯冲挤压到碰撞后伸展的岩浆成矿环境。     

板块俯冲与斑岩铜金成矿

绝大多数斑岩铜金矿床分布在汇聚板块边缘。研究表明高氧逸度和洋壳部分熔融是控制斑岩铜金矿床形成的两个关键因素。作为亲硫元素,铜金的性质主要受还原态的硫(S~(2-))控制,而硫的价态和性质则强烈受氧逸度的影响。矿床学家很早就发现氧逸度ΔFMQ+2是斑岩铜金矿床成矿的魔幻数字。研究发现其原因是硫的性质在此氧逸度附近发生巨变,在低氧逸度时,硫主要以硫化物的形式存在,但是当氧逸度在ΔFMQ+1. 5以上时,硫主要以硫酸根的形式存在。硫酸盐在岩浆中的溶解度通常是硫化物的10倍左右,因此在部分熔融过程中,高氧逸度可以大幅度提高硫在岩浆中的溶解度,有利于源区硫化物被破坏,以硫酸根的形式被熔出,从而大幅度提高初始岩浆中的铜(金)含量;与此同时,硫化物在岩浆演化过程中可以保持不饱和状态,有利于作为中度不相容元素的铜(金)通过岩浆演化进一步富集。在磁铁矿结晶等过程中,岩浆体系的氧逸度降低,硫酸根被还原,还原态的硫(S~(2-))将岩浆中的铜金萃取,富集到流体相,从而形成斑岩铜金矿床。这种高氧逸度岩浆通常出现在汇聚板块边缘。由于洋壳铜、金、硫含量远高于陆壳和地幔,而且俯冲带氧逸度高出地幔和下地壳约2个数量级,因此俯冲洋壳部分熔融形成岩浆的初始铜、金、硫含量远高于陆内岩浆,有利于成矿。年轻洋脊的俯冲因其高热量是显生宙以来最容易发生俯冲洋壳部分熔融的地质过程,且同时具有高氧逸度,因此洋脊俯冲是形成大型、超大型斑岩铜金矿床的最佳途径。统计结果显示,全球主要超大型斑岩铜金矿床均与洋脊俯冲有关。     

斑岩铜矿成矿构造背景研究进展

斑岩铜矿是指与具斑状结构的中酸性侵入岩伴生,蚀变与矿化受流体、构造控制且分带明显,矿石以细脉浸染状为主,低品位、大储量的铜矿床,是最重要的铜矿床类型。大地构造背景对斑岩铜矿的形成具有重要意义,经典的斑岩铜矿主要产于岛弧、陆缘弧环境。然而,近年来国内矿床学家发现,国内形成于大陆环境的斑岩铜矿与大洋板块俯冲、板块消减作用无关,斑岩铜矿还可产于碰撞造山带,甚至是在陆内环境。相比之下,不同构造背景下形成的斑岩铜矿床含矿岩浆、成矿物质来源、矿床成因等方面存在一定差异与共性。综述了目前斑岩铜矿研究内容中的关于构造背景的一些重要观点和几个重要进展,对比了不同构造背景下形成的斑岩铜矿床的含矿岩浆、蚀变矿化、成矿流体等方面的共性与差异,以期对斑岩型矿床的成因与找矿提供一定的线索。     

岩浆作用对岩浆热液金铜成矿的制约:以延边小西南岔富金铜矿床为例

在内生热液金铜矿床的成矿理论研究方面,有关岛弧、大陆边缘和陆内造山体系产出的热液和/或斑岩型富金铜矿床、斑岩型铜矿床的成矿与中酸性岩浆作用有密切时空关系的地质事实早已被认证,曾提出板块俯冲作用、上地幔部分熔融或下地壳岩浆深熔作用、板块俯冲与玄武岩浆底侵作用相结合以及板块俯冲与幔壳岩浆混合等成岩成矿模式.     

埃达克质岩与Cu-Au成矿作用关系的初步探讨

近来的研究发现，埃达克质岩与Au、Cu、Mo等浅成低温热液矿床及斑岩矿床有密切的关系。我们的研究表明：(1)我国的斑岩铜矿大多与埃达克质岩有关，如德兴、沙溪、多宝山、乌奴格吐山和新近发现的东疆土屋斑岩铜矿等，有些被划归与富碱侵入岩或A型花岗岩有关的斑岩铜矿，如玉龙，也具有埃达克质岩的地球化学特征；(2)华北地区的Au矿床大多与埃达克质岩有关，最典型的如胶东和小秦岭；(3)长江中下游地区的Cu、Au、Mo矿床的岩浆岩大多为埃达克质岩。埃达克质岩与成矿作用之所以密切相关，其原因在于它们在地壳深部形成的条件和环境类似，这就为Au、Cu、Mo等的找矿开辟了一个新的思路。埃达克质岩浆是玄武质岩石在高压、高温和含水条件下熔融形成的，上述条件有利于Cu、Au、Mo等金属元素溶解进入熔体。关于找矿方向，文中指出3点：(1)埃达克质岩发育的地区可能是矿床聚集的地区；(2)与消减作用有关的埃达克岩更有利于成矿元素的富集，对于中国来说，晚元古宙-古生代的古亚洲洋造山带内消减作用广泛发育，有巨大的找矿前景；(3)找矿工作应围绕埃达克质岩体及周围地质体进行。     

Petrogenesis of a Neoproterozoic magmatic arc hosting porphyry Cu-Au mineralization at Jebel Ohier in the Gebeit Terrane,NE Sudan

The ca. 730 Ma porphyry Cu-Au deposit at Jebel Ohier in the Red Sea Hills of northeastern Sudan represents a rare example of a preserved Neoproterozoic magmatic-hydrothermal system which bears many similarities to major mineral-hosting (‘productive’) Tertiary–Cenozoic porphyries in circum-Pacific metallogenic belts. Petrographic, lithogeochemical and Sm-Nd isotope systematics confirm that the deposit formed in a supra-subduction setting and during the constructional stage of an evolving intra-oceanic magmatic arc. The calc-alkaline melts were sourced predominantly from juvenile reservoirs and received comparatively little input from continental-character material. Comparison with igneous rocks from barren intrusions elsewhere in the region point to the absence of major crustal breaks but indicate that the ore-forming granodiorite-dacite porphyry complex at Jebel Ohier is the result of ‘abnormal’ and prolonged multi-phase arc plutonism. This process involved the formation of relatively hydrous and oxidized melts via the fractionation of magmas, which possibly had ponded at the bottom of the thickening lithosphere for a protracted period prior to their ascent. The tectonic trigger for the emplacement of the productive pluton into a pre-existing volcanic edifice at Jebel Ohier remains unconstrained. Preservation of what is considered the first documented porphyry Cu-Au deposit in the NE African portion of the Arabian Nubian Shield can probably be related to the accretion of the magmatic arc to a stable continental margin within a few million years of mineralization, thus enabling the deposit to escape excessive uplift, erosion and structural dismemberment.     

黄岩海山链俯冲与吕宋岛斑岩铜金成矿

菲律宾吕宋岛上约5Ma以来的斑岩铜金矿床主要集中在北部的Baguio和Mankayan地区,它们在时空上与黄岩海山链密切相关。1907~2013年间的地震数据表明,在吕宋岛中部(16°N)附近存在地震稀疏带。吕宋岛上的斑岩铜金矿床分布在该地震稀疏带的两侧。收集到的相应时期埃达克岩的Sr/Y-(La/Yb)N、Sr/Y-Y和La/Yb-Yb图解表明,这些埃达克岩几乎都是洋壳部分熔融形成的。与吕宋岛北部侵入型埃达克岩相比,位于16°N附近的埃达克岩具有更高的Sr含量,这可能与南海古扩张脊俯冲撕裂形成的板片窗有关。斜长石是辉长岩的主要矿物之一,因此,撕裂的洋壳边缘的辉长岩层部分熔融,形成具有更高Sr含量的埃达克质岩浆。而位于吕宋岛南部Bataan弧中的埃达克质火山岩,可能是在南海古扩张脊俯冲之前形成的。根据已发表的斑岩铜金矿床数据,Mankayan地区的成矿年龄在约3.5~1.4Ma,Baguio地区的成矿年龄在约3.1~0.5Ma之间,有从北向南变年轻的趋势,这与黄岩海山链沿马尼拉海沟向南迁移一致。此外,吕宋岛北部Mt.Cagua到Baguio之间存在一个延伸了220km的第四纪火山活动的空隙,该区域大部分火山已经在中新世停止活动。这可能是黄岩海山链的俯冲使得俯冲倾角逐渐变缓、挤压加强而导致的。同时期的斑岩铜矿床正好分布在这一火山空隙中,是俯冲洋壳部分熔融的产物。     

Alpine porphyry copper mineralization of West Romania

Alpine porphyry copper ores located in West Romania belong to the major Alpine belt developed from the Carpathians up to the Eastern Asia. They occurred along subduction zones in regions of thin continental crust characteristic of the complicated geotectonic Thetian environment during Laramian and Neogene metallogenic events. The porphyry copper ores consist of small size subvolcanic bodies with concentric alteration zones and Cu-Mo (Au) mineralization which exhibit similitudes with the Lowell and Guilbert model during Laramian times and with the diorite model during Miocene times. The magmatism related to porphyry copper mineralization is commonly Cu rich and restricted to insignificant sialic contamination. The spatial distribution of the ores is controlled by N-S Laramian tectonomagmatic alignments (Banat) and NW trending Neogene basins along extransverse faults (Metaliferi Mountains).

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Résumé Les minéralisations de cuivre porphyriques de la Roumanie occidentale appartiennent à la ceinture majeure qui s'étend depuis les Carpates jusqu' à l'Asie orientale. Leur occurrence le long des zones de subduction dans les régions à croûte continentale mince est caractéristique pour le compliqué milieu géotectonique thetien, au cours de la métallogenèse laramienne et néogène. Le cuivre porphyrique du type Cu-Mo (Au) est représenté par des corps subvolcaniques de dimensions réduites, à zonalité d'altération concentrique; la minéralisation laramienne peut être assignée au modèle de Lowell et Guilbert et la minéralisation néogène au modèle dioritique. Le magmatisme générateur est, en général, riche en cuivre et limité à une contamination sialique modique. La distribution spatiale des minéralisations est contrôlée par des alignements tectonomagmatiques laramiens orientés N-S (Banat), ainsi que par la disposition NO-SE des basins néogènes formès aux dépens des anciennes fractures transversales (Monts Metaliferi).

     

Copper isotopic zonation in the Northparkes porphyry Cu-Au deposit, SE Australia

Significant, systematic Cu isotopic variations have been found in the Northparkes porphyry Cu-Au deposit, NSW, Australia, which is an orthomagmatic porphyry Cu deposit. Copper isotope ratios have been measured in sulfide minerals (chalcopyrite and bornite) by both solution and laser ablation multi-collector inductively coupled plasma-mass spectrometry (MC-ICP-MS). The results from both methods show a variation in δ⁶⁵Cu of hypogene sulfide minerals of greater than 1‰ (relative to NIST976). Significantly, the results from four drill holes through two separate ore bodies show strikingly similar patterns of Cu isotope variation. The patterns are characterized by a sharp down-hole decrease from up to 0.8‰ (0.29 ± 0.56‰, 1σ, n = 20) in the low-grade peripheral alteration zones (phyllic-propylitic alteration zone) to a low of ∼−0.4‰ (−0.25 ± 0.36‰, 1σ, n = 30) at the margins of the most mineralized zones (Cu grade >1 wt%). In the high-grade cores of the systems, the compositions are more consistent at around 0.2‰ (0.19 ± 0.14‰, 1σ, n = 40). The Cu isotopic zonation may be explained by isotope fractionation of Cu between vapor, solution and sulfides at high temperature, during boiling and sulfide precipitation processes. Sulfur isotopes also show an isotopically light shell at the margins of the high-grade ore zones, but these are displaced from the low δ⁶⁵Cu shells, such that there is no correlation between the Cu and S isotope signatures. Fe isotope data do not show any discernable variation along the drill core. This work demonstrates that Cu isotopes show a large response to high-temperature porphyry mineralizing processes, and that they may act as a vector to buried mineralization.     

巴布亚新几内亚铜金矿床成矿时代及成矿控制因素

巴布亚新几内亚是在澳大利亚板块与太平洋板块斜向和快速汇聚的边界带内演化的,是世界上构造运动最复杂的区带之一,其地球动力学演化涉及俯冲与火山岛弧（岩浆弧）形成、弧陆碰撞与造山、俯冲陆壳折返-岩浆侵入-成矿作用等地质作用。地质年代学研究指出,巴布亚新几内亚主岛（新几内亚岛）的地球动力学次序是：①引起抬升和折返的碰撞作用;②折返期间或稍后的侵入作用;③侵入岩体系晚期的成矿事件。在地球动力学次序中,巴布亚新几内亚铜金成矿时代主要集中在25～0Ma之间,其中几个世界级矿床更为年轻,成矿年龄只有6-0Ma。笔者按成矿时代将巴布亚新几内亚铜金成矿作用分为第一高潮（23～12Ma）、第二高潮（7-1Ma）和第三高潮（现在进行时）（0．5-0Ma）。巴布亚新几内亚铜金成矿受大地构造、侵入杂岩体、特定赋矿地层、转换构造、背斜、各种断裂、破火山或火山管道等控制。     

黑龙江多宝山地区铜金成矿作用及成矿规律

黑龙江省多宝山地区发育多期以铜金为主的成矿作用。加里东中期形成了斑岩型铜钼(金)矿床,燕山早期主要形成了矽卡岩型铜铁(金)矿床,燕山晚期形成了浅成热液型金矿床。不同时期矿床的空间分布受古生代海相火山岩为主的地层的控制,同时,受到NE向和NW向2组断裂交叉形成的环(菱)形构造的控制。各期岩浆作用最晚阶段形成的硅铝质含量较高且成矿元素明显富集的小型侵入体与成矿关系最为密切。多宝山地区是不同时代构造-岩浆作用的中心地带,富含铜、金等成矿组分的中奥陶统多宝山组海相火山岩地层是不同时代矿床的统一矿质来源,导致不同时代的成矿作用叠加发生、不同时代矿产种类具有一致性以及矿床集中分布等特点。