地幔流体成矿作用的证据
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发布时间：2022-04-20 09:04
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时间：2023-10-21 07:57
前已述及，地幔流体成矿作用的主要特征为：①具有深大断裂构造背景；②伴随幔源岩浆活动；③往往形成大型－超大型矿床或矿集区；④多种围岩蚀变并存；⑤多为中高温热液矿床；⑥H2O和CO2是成矿流体的重要组分；⑦成矿物质和成矿流体幔源性。对比这些特征，笔者认为冕宁稀土矿床为典型地幔流体成矿作用的产物，主要证据如下：
（1）深大断裂构造背景：冕宁稀土矿床位于攀西裂谷北段，攀西裂谷为一条南北向深大断裂带已被众多研究成果所证实（张云湘等，1988；从柏林，1988）。虽然矿床成矿期（喜马拉雅期）攀西裂谷已闭合，但该时期受印度板块与扬子地块相互碰撞的影响，该区表现为陆内俯冲造山运动，形成一系列与之有关的北东向张性断裂，如锦屏山断裂带、马头山断裂带、哈哈断裂带和南河断裂带等（图5-3），其中哈哈断裂带控制着本区幔源岩浆活动和稀土成矿作用，同样表明矿床具有深大断裂构造背景。
（2）幔源岩浆活动：矿区出露的岩浆岩岩石类型繁多、规模不等，但与稀土矿化时间上、空间上密切相关的只有碳酸岩和正长岩。本区碳酸岩岩石组合为碳酸岩—正长岩，矿物组合为方解石—霓石—霓辉石—钠铁闪石—云母—正长石；岩石富含Sr、Ba、REE等不相容元素；具“初始火成碳酸岩”C、O同位素组成（δ13CPDB和δ18OSMOW分别为-6.6‰～-7.0‰和6.3‰～7.4‰）；其（87Sr/86Sr）0（0.706020～0.706149）相对高于原始地幔现代值（0.7045）、（143Nd/144Nd）0相对低于原始地幔现代值（0.512638），εSr（22.1～23.9）＞0、εNd（-4.2～-3.5）＜0，在（87Sr/86Sr）0-（143Nd/144Nd）0图7-22，集中于EM1和EM2之间的狭小区域；其206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb分别为17.887～18.417、15.362～15.587、38.083～38.683，在206Pb/204Pb-207Pb/204Pb图和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb图上（图7-24A、B），样品主要集中在地幔范围。这些特征均表明岩石源于交代富集地幔。地质、地球化学证据显示，喜马拉雅期俯冲地壳物质与EM1地幔源区发生混合作用可能是形成本区碳酸岩较为特征的地幔源区的主要因素。
矿区碳酸岩和正长岩组成以碳酸岩为中心的环状杂岩体，两类岩石的成岩时代相近（碳酸岩为31.7+0.7Ma，正长岩为28～48Ma），两者的REE配分模式均为相似的LREE富集型（图7-30），两类岩石的Sr、Nd、Pb同位素组成不具明显变化，这些特征表明两类岩石具有共同的母岩浆；两类岩石除主要元素明显不同外，Sr、Ba等在碳酸岩中富集，而Rb、Zr、Hf、Nb、Ta等则相对在正长岩中富集（图7-29），DHREE碳酸岩/正长岩（分配系数）＞DLREE碳酸岩/正长岩，这些特征与液态不混溶成因的碳酸岩—硅酸岩的富集规律相似；因而交代地幔部分熔融形成的富CO2的碱性硅酸岩岩浆发生液态不混溶作用形成本区碳酸岩—正长岩组合。
（3）大型—超大型矿床或矿集区：冕宁稀土矿床本身规模达大型，在我国为仅次于内蒙古白云鄂博的第二大原生稀土矿床。此外，在攀西地区还展布着一条南北向稀土成矿带（蒲广平，2001），该带北起四川冕宁，经西昌、德昌，南到会理、会东及攀枝花市，长约270km，分布着与喜马拉雅期碱性岩—碳酸岩有关的牦牛坪式氟碳铈矿轻稀土矿、与印支期碱性花岗岩—花岗伟晶岩有关的铌钽伴生褐钇铌矿型稀土矿、与晋宁期酸性火山岩有关铌钽伴生硅铈铌钡矿—氟碳钙铈矿型稀土矿，碱、酸性火成岩风化壳淋积型离子吸附稀土矿和重稀土矿床（褐钇铌矿）等几种类型，其中与喜马拉雅期碱性岩—碳酸岩有关的牦牛坪式氟碳铈矿轻稀土矿矿床（矿点、矿化点）数量最多、规模最大。因此，该区与喜马拉雅期碱性岩—碳酸岩有关的稀土矿化已形成了大型矿床和矿集区。
（4）围岩蚀变：冕宁稀土矿床围岩蚀变作用强烈，多种蚀变类型并存、且具多期多阶段性，蚀变类型与矿体赋存岩石的矿物组合密切相关，不同矿石类型的蚀变矿物组合有较大的差别。袁忠信等（1995）将该区围岩蚀变分为四个阶段：①岩浆晚期或岩浆期后的K、Na交代作用（包括黑云母化、霓石—霓辉石化、钠铁闪石化和钠长石化）；②岩浆期后中低温热液交代作用（包括霓石—霓辉石化、方解石化、重晶石化、萤石化、硅钛铈矿和氟碳铈矿化、硫化物化）；③低温热液交代作用（包括绢云母化、高岭石化和黑云母化）；④表生变化（包括氧化作用和溶解淋失作用）。
（5）中—高温热液矿床：冕宁稀土矿床原生包裹体发育、且不同矿物中的包裹体分布规律有较大差别，该区原生包裹体总体可划分为两个大类，即流体包裹体和流体－熔融包裹体，流体包裹体中包括四个亚类：气－液两相（L+V）包裹体、气液－CO2三相（L+LCO2+VCO2）包裹体、纯气相（V）包裹体和固相包裹体（S）。测温结果显示，流体熔融包裹体的均一温度一般大于450℃，流体包裹体的均一温度具有较宽的变化范围，且不同矿物中的流体包裹体的均一温度具有较大差别，石英、萤石和氟碳铈矿中的流体包裹体的均一温度一般大于250℃，而方解石中的流体包裹体的均一温度多在200℃左右。可见，矿床总体为中－高温热液矿床。
（6）成矿流体组分：冷冻研究结果表明，矿区各种类型包裹体气相消失温度集中于-59～-50℃，表明气相成分以CO2为主；袁忠信等（1995）和阳正熙等（2001）的分析测试结果均显示，该区不同矿石类型、不同矿物中各类包裹体的气相成分以H2O和CO2为主；牛贺才等（1996）的分析资料显示，本区成矿流体总体为Na+—K+—Cl-—F--
—CO2—H2O溶液，同样表明H2O和CO2是冕宁稀土矿床成矿流体的重要组分。
（7）成矿物质和成矿流体来源：矿床脉石矿物方解石的δ13CPDB主要为-6.3‰～-6.9‰、δ18OSMOW主要为7.0‰～7.8‰（袁忠信等，1995；田世洪等，2003），与矿区碳酸岩（δ13CPDB和δ18OSMOW分别为-6.6‰～-7.0‰和6.4‰～7.4‰）不具明显区别，均在“初始火成碳酸岩”的δ13CPDB和δ18OSMOW（分别为-4‰～-8‰和6‰～10‰）之内（Taylor等，1967），表明成矿流体中的CO2来源于地幔；各种脉石矿物的δD值集中在-54‰～-74‰之间、δ18OH2O集中在6.2‰～7.7‰之间（袁忠信等，1995；牛贺才等，1996；本次工作），暗示成矿流体具典型岩浆流体特征；虽然该区脉石矿物重晶石的δ34S值在1.8‰～6.7‰之间（袁忠信等，1995；田世洪等，2003；本次工作），与典型幔源硫的δ34S值（0±3‰）有一定差别，但前文已说明本区各种矿石类型中的重晶石均普遍遭受过风化作用，该过程实际上是一个贫32S、富34S过程，因而未风化重晶石的δ34S值应相对更低，可能与典型幔源硫的δ34S值（0±3‰）相近，同样证实成矿流体中的硫可能来源于地幔；脉石矿物萤石的REE地球化学研究结果进一步证实，冕宁稀土矿床成矿流体具有幔源特征。
矿床矿石矿物（黄铁矿和方铅矿）和脉石矿物（微斜长石和萤石）的Pb同位素组成不具明显差别，在206Pb/204Pb-207Pb/204Pb图和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb图中，位于矿区碳酸岩和正长岩之间，总体集中于地幔区域（图8-1，图9-12），表明成矿物质具有幔源特征；脉石矿物方解石、重晶石和萤石的Sr、Nd同位素组成也基本一致，虽然其（87Sr/86Sr）0（0.70603～0.70663）相对略高于原始地幔现代值（0.7045）、（143Nd/144Nd）0（0.512363～0.512437）略低于原始地幔现代值（0.512638），但与矿区碳酸岩〔（87Sr/86Sr）0:0.706074～0.706149、（143Nd/144Nd）0:0.512385～0.512420〕和正长岩〔（87Sr/86Sr）0:0.705888～0.706340、（143Nd/144Nd）0:0.512379～0.512419〕的（87Sr/86Sr）0和（143Nd/144Nd）0不具明显差别，在（87Sr/86Sr）0-（143Nd/144Nd）0图上，全部脉石矿物以及碳酸岩和正长岩均位于EM1和EM2之间的狭小区域（图9-10），也证实冕宁稀土矿床成矿物质具有幔源特征。
