锂同位素示踪斑岩铜矿体系岩浆源区- - 以普朗、羊拉和玉龙铜矿为例

High oxidation states and water are intuitively key factors for porphyry copper systems, however, the mechanism of such fertile magmas remains uncertainty. The oxygen fugacity and water content are genetically associated with its source region. Apparently, it is necessary to study the magma source of porphyry copper systems so as to find out the mechanism above. It is difficult to distinguish the mantle modified by slab-derived fluid (or island arc) and slab melts by traditional geochemical methods, which makes it debatable for the magma source of porphyry copper systems. Lithium isotope has the potential to trace the two components because it is sensitive in fluid process and metasomatism. The project will focus on the large-scale Pulang, Yangla and Yulong copper deposit in the Sanjiang Domain, which are representative porphyry copper systems formed in island arc, postsubduction, and continental collision environments, respectively. On the basis of detailed field investigation and previous studies, traditional geochemical methods (e.g., major and trace elements, Sr-Nd isotopes, U-Pb geochronology) and Li isotopes will both be used to investigate the magma source of the three deposits, making it possible to discuss the mechanism of magmas with high oxygen fugacity and water.

具高氧逸度、富水的岩浆是斑岩铜矿体系铜成矿的必要条件，但目前就其形成机制尚不明确。岩浆体系的氧逸度和含水量显著受其源区特征的制约，因而对斑岩铜矿体系岩浆源区的研究将有助于上述问题的解决。由于传统手段无法有效鉴别俯冲洋壳脱水和部分熔融过程的不同地球化学行为，致使对斑岩铜矿体系岩浆源区的认识存在很大争议。锂同位素是近年来发展迅速的一种非传统稳定同位素，其对流体过程和交代作用十分敏感，可能为解决上述分歧提供了新的思路。本课题拟选择西南"三江"地区具代表性的、形成于不同构造背景和时代的普朗、羊拉和玉龙铜矿的成矿相关岩体为研究对象，在详细的野外地质和前人研究的基础上，将传统地球化学方法与锂同位素研究有机结合，揭示其成矿岩浆源区特征，探讨各构造背景下产出的斑岩铜矿体系的高氧逸度、富水岩浆的形成机制。

斑岩型Cu±Au±Mo 矿床（斑岩铜矿）是全球最重要的热液矿床类型之一，它提供了世界范围内约75%的铜、50%的钼、20%的金以及几乎全部的铼。目前，有关斑岩铜矿的岩浆源区仍存在较大争议：1）传统观点认为，其成矿岩浆主要来自于MASH带的部分熔融（地幔楔部分熔融后的熔体上升并混合部分下地壳熔体）；2）最近一些学者提出俯冲板片的部分熔融是形成斑岩铜矿的关键。一般认为，俯冲脱水板片具有相对较低的δ7Li比值，而经历俯冲流体交代的地幔楔及其后形成的MASH带可能具有较重的Li同位素组成。基于这种认识，本项目以我国西南“三江”地区几个重要斑岩铜矿床为例，开展了全岩地球化学及Li同位素研究。玉龙铜矿全岩的δ7Li比值相对较低且十分均一（-2.6 ± 0.7，n = 6），但无法排除扩散分馏的影响；而对于普朗和羊拉铜矿，尝试测定了其锆石原位的Li同位素，初步结果表明，锆石核部和边部的Li同位素组成差别较大，暗示发生了Li同位素的扩散分馏。综合上述结果，初步认为Li同位素的扩散分馏影响较大，可能无法单独用于示踪岩浆源区。为此，我们加强了全岩及矿物地球化学的研究。对于羊拉铜矿，系统的地质地球化学研究表明，其是一个典型的夕卡岩型铜矿床，且其岩浆源区可能存在新生弧下地壳（MASH带根部）物质的加入，该过程为成矿带来足够的水分、高氧逸度及硫逸度；对于普朗铜矿，重点测定了成矿斑岩中磷灰石的地球化学组成，并通过计算获知该矿床的岩浆源区具有较高的氧逸度和硫逸度，且高于羊拉铜矿；前人研究结果表明，玉龙铜矿的岩浆源区可能存在古特提斯洋俯冲形成的弧下地壳物质的加入。综合上述研究表明，无论形成于何种构造环境，斑岩铜矿的高氧逸度、富水和硫的岩浆均主要来自于MASH带的部分熔融。