王瀟逸 張靜 邊曉龍 佟子達(dá) 李登峰

1. 中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083 2. 中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，廣州 510006 3. 廣東省海洋資源與近岸工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510006

自然界中的石榴子石一般具有較低的U含量和較高的普通Pb含量，故不是U-Pb定年的最佳對象；然而石榴子石U-Pb同位素體系封閉溫度可達(dá)850℃以上，存在U-Pb同位素測年的潛在可能性(Mezgeretal., 1989；Lietal., 2018, 2019；林彬等, 2020；張小波等, 2020； Tangetal., 2021)。近年來，隨著測試儀器和技術(shù)的不斷提高，石榴子石U-Pb定年已經(jīng)被逐漸應(yīng)用并取得了良好的效果，例如：Dengetal.(2017a)通過對邯邢地區(qū)矽卡巖鐵礦中的鈣鐵榴石進(jìn)行原位U-Pb定年，限定了矽卡巖礦化年齡，這對準(zhǔn)確限定成礦年齡提供了可靠的參考；此外，目前在矽卡巖型鎢礦、鉛鋅礦、銅礦等礦床中均已應(yīng)用石榴子石U-Pb定年且獲得了較好的研究成果(Lietal., 2018, 2019；Duanetal., 2020；劉益等，2021)。同時(shí)，石榴子石作為矽卡巖礦床中典型的蝕變礦物之一，其結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分特征可以反映矽卡巖化熱液流體的演化(Jamtveit and Hervig, 1994; Jamtveitetal., 1995；Meinertetal., 2005)，因此，石榴子石原位微區(qū)成分也在矽卡巖型礦床成因、物理化學(xué)條件、物質(zhì)來源示蹤等研究方面受到廣泛重視(Gasparetal., 2008；邊曉龍等, 2019；Yangetal., 2020)。

云南馬廠箐礦床是金沙江-哀牢山成礦帶與喜馬拉雅期富堿斑巖侵入有關(guān)的典型斑巖-矽卡巖型多金屬礦床，目前在礦區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)斑巖型鉬銅礦化、矽卡巖型銅鉬礦化以及淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V化(葛良勝等，2002；王治華等，2011；Fuetal., 2018)。因礦區(qū)內(nèi)以斑巖型礦化占主導(dǎo)，故前人已有成果主要集中在斑巖體的地球化學(xué)特征和年代學(xué)研究(梁華英等，2004；郭曉東等，2012)、礦石礦物的輝鉬礦Re-Os定年(王登紅等，2004；曾普勝等，2006)等。相對而言，矽卡巖型礦化在礦區(qū)內(nèi)分布有限、且受測試手段的限制，對矽卡巖型礦化的特點(diǎn)、形成條件和時(shí)間等研究較少，目前僅有學(xué)者進(jìn)行了礦化矽卡巖中熱液成因榍石的U-Pb定年、矽卡巖型礦石中白云母Ar-Ar定年以及流體包裹體研究(郭曉東等，2013；Fuetal., 2018；Liuetal., 2020)，矽卡巖型礦床與斑巖型礦床之間成因聯(lián)系尚不明確?；诖耍疚囊择R廠箐矽卡巖型礦化中的石榴子石為研究對象，在詳細(xì)巖相學(xué)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電子探針成分分析(EMPA)和LA-ICP-MS原位U-Pb定年、微量元素成分測試，精確厘定了礦區(qū)矽卡巖礦化的時(shí)間，約束了石榴子石形成過程中的物理化學(xué)條件，為深入了解馬廠箐矽卡巖型礦化機(jī)制及巖漿-熱液成礦過程提供可靠證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)

西南“三江”地區(qū)位于全國三大成礦域之一的特提斯-喜馬拉雅成礦域東段，為岡瓦納古陸與歐亞古陸碰撞地帶，是我國重要的銅、鉬、鉛、鋅等金屬資源產(chǎn)區(qū)(鄧軍等，2010；Dengetal., 2014, 2017b；Zhangetal., 2014)。金沙江-哀牢山成礦帶是三江特提斯成礦域東段的重要組成部分，位于揚(yáng)子板塊與印支大陸之間的縫合帶(圖1a)，呈NNW向展布，延伸可達(dá)3000km以上，經(jīng)歷過復(fù)雜的特提斯構(gòu)造演化、陸內(nèi)造山運(yùn)動及新生代構(gòu)造活動的改造(潘桂棠等，1997)，沿縫合帶廣泛發(fā)育新生代富堿巖體，被認(rèn)為與區(qū)內(nèi)大型-超大型礦床的形成有關(guān)(鄧軍等, 2011；Zhangetal., 2017)。

圖1 金沙江-哀牢山成礦帶大地構(gòu)造位置(a)及礦床分布圖(b)(據(jù)He et al., 2016)Fig.1 The tectonic setting of Jinshajiang-Ailaoshan metallogenic belt (a) and distribution of ore deposits in this area(after He et al., 2016)

研究區(qū)位于金沙江-哀牢山深大斷裂與揚(yáng)子板塊西緣交匯部位的東側(cè)(圖1b)，區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造有呈NW向展布的復(fù)式背斜，南端傾沒于馬廠箐礦床附近，斷裂為揚(yáng)子板塊內(nèi)近EW向基底斷裂和金沙江-哀牢山深大斷裂帶(圖1b)。區(qū)內(nèi)地層從元古宇至新生界均有出露，中生界地層分布最廣，主要為頁巖、泥巖和砂巖。區(qū)域內(nèi)巖漿活動頻繁，酸性-基性巖漿巖均有出露，按巖體形成時(shí)代可劃分為晉寧期酸性巖漿巖，海西期中性、基性及超基性巖，印支-燕山期酸性巖及喜馬拉雅期酸性、堿性、富堿性巖，其中喜馬拉雅期富堿斑巖(斑狀花崗巖、花崗斑巖及正長斑巖等)與成礦作用關(guān)系最為密切(和文言等，2011；Zhangetal., 2014)。

2 礦床地質(zhì)

馬廠箐多金屬礦床位于云南省大理州彌渡縣，坐標(biāo)為25°31′19″N、100°26′23″E。礦區(qū)出露地層主要為下奧陶統(tǒng)向陽組(O1x4)濱海相碎屑巖、下泥盆統(tǒng)康廊組(D1k)白云質(zhì)灰?guī)r、青山組(D1q)灰?guī)r、蓮花曲組(D1l)互層狀粉砂質(zhì)頁巖與石英砂巖，北部和南部分別出露少量二疊紀(jì)玄武巖和第四系(Q)堆積物(圖2a)。礦床位于區(qū)域性向陽復(fù)式背斜的南端，整體上受NNE向展布的褶皺控制，礦區(qū)內(nèi)主要存在NW向、SN向及近EW向控礦斷裂構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖出露主要為馬廠箐雜巖體，屬于滇西喜馬拉雅期富堿侵入巖帶的重要組成部分，具備多期次侵入特點(diǎn)，巖性以斑狀花崗巖為主，局部有正長巖、花崗斑巖、二長花崗巖，呈巖株、巖脈、巖墻狀產(chǎn)出(圖2a)。

礦區(qū)內(nèi)由北向南依次劃分為金廠箐-人頭箐、亂硐山、寶興廠和雙馬槽礦段，目前已發(fā)現(xiàn)了幾十條銅、鉬、鉛鋅、磁鐵等礦化脈體，多呈透鏡狀和似層狀產(chǎn)出(圖2b)。已探明Cu金屬量39Mt，平均品位為0.64%；Mo金屬量為56Mt，平均品位為0.08%(Houetal., 2006)。已發(fā)現(xiàn)的鉬礦化類型以斑巖型為主，主要分布在寶興廠礦段，金屬礦物以輝鉬礦、黃銅礦、黃鐵礦為主(郭曉東等，2012, 2013)。Cu、Fe礦化以矽卡巖型礦化為主，主要分布在亂硐山、寶興廠礦段，礦石礦物以黃銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦為主(圖3a-c、圖4f)，含少量輝鉬礦(圖3a, d、圖4e)；脈石礦物以石榴子石為主，其次為透輝石、綠泥石等(圖3d、圖4d, f)。礦石組構(gòu)主要是半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)(圖4a, b)、交代結(jié)構(gòu)(圖4f)、浸染狀構(gòu)造(圖3a)、細(xì)脈狀構(gòu)造(圖3a, d)等。

圖3 馬廠箐礦床礦石及野外照片(a)石榴子石矽卡巖，脈狀石榴子石，局部發(fā)育細(xì)脈狀輝鉬礦、浸染狀黃銅礦；(b)石榴子石矽卡巖中的自形黃鐵礦及團(tuán)塊狀石榴子石；(c)矽卡巖化大理巖，發(fā)育強(qiáng)烈的黃銅礦化、斑銅礦及塊狀石榴子石；(d)矽卡巖，發(fā)育浸染狀輝鉬礦和黃鐵礦、粒狀石榴子石及脈狀方解石，綠泥石化. Grt-石榴子石；Ccp-黃銅礦；Mot-輝鉬礦；Py-黃鐵礦；Bn-斑銅礦；Cal-方解石；Chl-綠泥石Fig.3 Photos of rocks and ores of the Machangqing skarn deposit(a) garnet veins in Garnet-skarn with local disseminated molybdenite and veinlet-chalcopyrite; (b) euhedral-pyrite and massive-garnet in the garnet-skarn; (c) skarn-marble with chalcopyrite, bornite and garnet; (d) disseminated molybdenite, pyrite, garnet, calcite and chlorite in skarn. Abbreviation: Grt-garnet; Ccp-chalcopyrite; Mot-molybdenite; Py-pyrite; Bn-bornite; Cal-calcite; Chl-chlorite

圖4 馬廠箐矽卡巖礦床礦物顯微照片(a)石榴子石矽卡巖中Grt Ⅰ的BSE圖；(b)反射單偏光下具生長環(huán)帶的石榴子石，裂隙間發(fā)育黃鐵礦；(c)正交光下發(fā)育聚片雙晶結(jié)構(gòu)及交替變換的生長環(huán)帶的石榴子石；(d)透輝石矽卡巖中的透輝石；(e)輝鉬礦化矽卡巖，呈葉片狀、膝折狀結(jié)構(gòu)；(f)矽卡巖金屬礦化，存在閃鋅礦、黃銅礦、磁鐵礦等，磁鐵礦被閃鋅礦交代，黃銅礦以固溶體結(jié)構(gòu)發(fā)育. Di-透輝石；Spe-閃鋅礦；Mag-磁鐵礦Fig.4 Photomicrographs of minerals from Machangqing skarn deposit(a) the BSE image of Grt Ⅰ in garnet-skarn; (b) oscillatory zoned Grt Ⅲ; (c) polysynthetic twin and oscillatory zoning in the garnet under crossed polarized light; (d) diopside-skarn; (e) molybdenite-skarn; (f) sphalerite, chalcopyrite and magnetite in skarn, magnetite was cut by sphalerite. Di-diopside; Spe-sphalerite; Mag-magnetite

根據(jù)礦物共生組合、交代關(guān)系及蝕變特征等，可將馬廠箐矽卡巖型礦床的蝕變礦化期次劃分為三期(圖5)：進(jìn)化蝕變階段、退化蝕變階段及石英-硫化物階段。進(jìn)化蝕變階段又稱干矽卡巖階段，主要發(fā)育無水礦物組合，如石榴子石和透輝石(圖3a、圖4d)；退化蝕變階段主要發(fā)育含水礦物組合，早期生成綠簾石、綠泥石、黑云母等(圖3d)，晚期主要生成大量磁鐵礦，少量黃銅礦、黃鐵礦，極少量輝鉬礦，脈石礦物發(fā)育方解石、石英等(圖4c, f)；石英-硫化物階段主要生成大量石英、黃鐵礦、少量黃銅礦、斑銅礦等(圖3b, c)。

圖5 馬廠箐矽卡巖型礦床蝕變礦化期次Fig.5 Alteration and mineral paragenesis of the Machangqing skarn deposit

3 樣品及測試方法

3.1 石榴子石巖相學(xué)特征

本文研究的石榴子石樣品采自寶興廠礦段的石榴子石矽卡巖(圖2b)，為進(jìn)化蝕變階段產(chǎn)物。在手標(biāo)本上呈現(xiàn)紅褐色-紅棕色，以團(tuán)塊狀、粒狀集合體、細(xì)脈狀(圖3a, b)產(chǎn)出，粒徑0.2～4mm，手標(biāo)本上發(fā)育強(qiáng)烈的黃銅礦化、斑銅礦化、黃鐵礦化及微弱的輝鉬礦化(圖3a-c)，其他脈石礦物包括透輝石、綠泥石、方解石等(圖3d、圖4d)。根據(jù)鏡下礦物生長順序及光學(xué)特征，可將該礦床的石榴子石分為早(Grt I)、中(Grt II)、晚(Grt III)三個(gè)世代，三者均呈現(xiàn)自形-半自形結(jié)構(gòu)，以菱形十二面體為主，少數(shù)為四角三八面體；單偏光下為正極高突起，干涉色為I級灰白；正交光下顯示出非均質(zhì)性，可見聚片雙晶結(jié)構(gòu)(圖4c)。主要區(qū)別如下：① Grt I：核部無明顯生長環(huán)帶發(fā)育，邊部出現(xiàn)少量振蕩環(huán)帶，且在BSE圖解中顏色較暗，與Grt II形成明顯對比(圖4a、圖6a)；② Grt II：主要發(fā)育于Grt I邊部，無明顯生長環(huán)帶發(fā)育，在BSE圖解中顏色較亮(圖6a)；③ Grt III：晶體表面粗糙，裂隙間發(fā)育有黃鐵礦，具明顯的生長環(huán)帶，在正交光下呈明暗交替變換(圖4b, c)。

圖6 馬廠箐矽卡巖礦床石榴子石環(huán)帶成分變化示意圖Fig.6 The composition variation diagrams of garnet zonation from the Machangqing skarn deposit

3.2 測試方法

將挑選后的手標(biāo)本制成探針片，經(jīng)詳細(xì)的顯微鏡下觀察鑒定后，選取具代表性的、不含包裹體的、未經(jīng)蝕變的石榴子石樣品進(jìn)行電子探針成分分析(EMPA)，再利用激光剝蝕等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)測試進(jìn)行原位U-Pb定年及成分分析。

EMPA及背散射電子(BSE)圖像在山東省地質(zhì)科學(xué)研究院原國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。使用儀器型號為JEOLJXA-8230，測試加速電壓為20kV，束電流為20nA，束斑直徑為1～10μm(根據(jù)粒徑選擇)。采用ZAF校正程序，檢測精度為0.02%。

LA-ICP-MS原位U-Pb定年和微量元素分析在中山大學(xué)廣東省海洋資源與近岸工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。石榴子石樣品使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent 7700x)和193nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)(GeoLasPro)聯(lián)機(jī)分析。激光剝蝕束斑為32μm，激光能量密度為5J/cm2，剝蝕頻率為5Hz。微量元素含量采用國際標(biāo)樣NIST610作為外標(biāo)，利用電子探針分析獲得的石榴子石Si元素平均含量作為內(nèi)標(biāo)。石榴子石U-Pb年齡計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進(jìn)行校正。所用石榴子石標(biāo)樣為WS20，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為1158±7Ma(MSWD=0.53；n=14)，符合誤差范圍(～1160Ma；Yangetal., 2018)。樣品剝蝕前先采集20s的背景信號，隨后進(jìn)行45s的樣品剝蝕。分析數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDATACal軟件(Liuetal., 2010)完成，石榴子石年齡T-W圖解使用IsoplotR(Vermeesch，2018)軟件繪制，絕大多數(shù)微量元素的檢出限為0.01×10-6。

4 分析結(jié)果

4.1 主量元素

50個(gè)石榴子石電子探針測試數(shù)據(jù)列于表1。所有樣品中SiO2(34.15%～36.97%)和CaO(32.55%～34.40%)含量變化范圍不大，而FeO(15.6%～28.3%)和Al2O3(0.03%～10.47%)含量變化較大，為明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖6d-f)；MnO(0.18%～0.55%)和MgO(0.01%～0.26%)含量較低。

計(jì)算獲得石榴子石端元組分含量為：鈣鋁榴石(Gro)=0.29%～46.38%；鈣鐵榴石(And)=50.60%～99.08%；錳鋁榴石(Spe)=0.43%～1.27%；鎂鋁榴石(Pyr)=0%～1.04%(大多數(shù)<1%)；鐵鋁榴石(Alm)=0%～1.07%(大多數(shù)含量為0%)(表1)，數(shù)據(jù)表明馬廠箐礦床的石榴子石以鈣鐵榴石組分含量居多，其次為鈣鋁榴石及少量的錳鋁榴石，幾乎不含鎂鋁榴石和鐵鋁榴石，屬于鈣鋁榴石-鈣鐵榴石(Gro1-47And51-99)固溶體系列(圖7)。

對3個(gè)世代石榴子石進(jìn)行了詳細(xì)分析(圖6)：Grt I中FeO含量為15.60%～19.64%，Al2O3含量為7.09%～10.47%，鈣鐵榴石端元組分含量為50.06%～65.90%(平均含量56.99%)，鈣鋁榴石端元組分含量為33.39%～46.38%(平均含量為41.46%)；Grt II中FeO含量為15.83%～28.30%，Al2O3含量為0.03%～10.41%，鈣鐵榴石端元組分含量為51.18%～99.08%(平均含量92.09%)，鈣鋁榴石端元組分含量為0.29%～46.74%(平均含量為7.17%)；Grt III中FeO含量為16.38%～27.95%，Al2O3含量為1.04%～9.68%，鈣鐵榴石端元組分含量為54.26%～94.92%(平均含量79.71%)，鈣鋁榴石端元組分含量為3.54%～44.03%(平均含量為19.17%)。主量元素的變化趨勢表明從早期到晚期石榴子石中FeO含量逐漸增加，Al2O3含量逐漸降低， Grt I中鈣鋁榴石組分含量較高，而Grt II和Grt III中鈣鐵榴石組分逐漸增加，到后期幾乎有純鈣鐵榴石出現(xiàn)(And含量>99%)。

4.2 微量元素

31個(gè)石榴子石原位LA-ICP-MS微量元素測試數(shù)據(jù)見表2。相較原始地幔(Sun and McDonough, 1989)，該區(qū)石榴子石中明顯富含高場強(qiáng)元素(Th、U、Nb、Ti等)，虧損大離子親石元素(Rb、Ba、Sr、Sc、Y、Sn等)。稀土元素總量較低(∑REE=48.79×10-6～122×10-6)，輕重稀土分異明顯(LREE/HREE=0.75～265，絕大多數(shù)比值大于1)，總體顯示輕稀土相對富集、重稀土相對虧損的右傾型(圖8)，且U與∑REE呈現(xiàn)正相關(guān)性(圖9c)；(La/Sm)N=0.01～44.65，(La/Yb)N=0.03～454，輕重稀土分異明顯。δCe (0.52～1.47)變化較小，大多數(shù)呈現(xiàn)微弱的正異常。對于Grt I而言，Eu從核到邊均呈現(xiàn)出較為明顯的Eu負(fù)異常，且邊部較核部更易富集HREE(圖8a)，而Grt II和Grt III則表現(xiàn)出從核部到邊部由Eu負(fù)異常逐漸過渡為強(qiáng)烈的Eu正異常，且核部較邊部而言更加富集HREE(圖8b, c)。

4.3 原位U-Pb定年

49個(gè)石榴子石原位LA-ICP-MS U-Pb同位素測試數(shù)據(jù)列于表3。其中U含量相對較高(1.95×10-6～56.85×10-6)，Th(0.01×10-6～4.74×10-6)和Pb含量較低(0.10×10-6～9.45×10-6)。通過Tera-Wasserburg圖解來降低普通鉛對測年結(jié)果的影響(張小波等，2020)后得到T-W下交點(diǎn)206Pb/238U年齡為34.77±0.38Ma(n=49，MSWD=1.5)，初始207Pb/206Pb值為0.817(圖10)。

表2 石榴子石LA-ICP-MS微量元素(×10-6)測試結(jié)果

表3 馬廠箐矽卡巖礦床石榴子石LA-ICP-MS U-Pb同位素測年結(jié)果

圖7 馬廠箐銅鉬礦床石榴子石端元三角圖解Ura-鈣鉻榴石；Pyr-鎂鋁榴石；Spe-錳鋁榴石；Alm-鐵鋁榴石；Gro-鈣鋁榴石；And-鈣鐵榴石Fig.7 The end member component diagrams of garnets from Machangqing Cu-Mo depositUra-uvarovite; Pyr-pyrope; Spe-spessartine; Alm-almandine; Gro-grossularite; And-andradite

圖8 馬廠箐矽卡巖礦床石榴子石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns of garnets of Machangqing skarn deposit(normalizing values from Sun and McDonough, 1989)

圖9 U與HREE (a)、LREE (b)、∑REE (c)及Ca (d)的相關(guān)性圖解Fig.9 The correlation diagrams of U against HREE (a), LREE (b), ∑REE (c) and Ca (d)

圖10 馬廠箐矽卡巖礦床石榴子石U-Pb年齡T-W圖解Fig.10 Tera-Wasserburg diagram of garnet from the Machangqing skarn deposit

5 討論

5.1 矽卡巖化的物理化學(xué)條件

5.1.1 動力學(xué)條件

在矽卡巖礦床中，熱液接觸交代作用主要存在擴(kuò)散交代和滲濾交代作用，而水巖反應(yīng)是熱液流體與巖石之間進(jìn)行的物理化學(xué)作用，可以用來解釋地質(zhì)過程中的動力學(xué)環(huán)境，其中水巖比(W/R)是研究水巖反應(yīng)的重要參數(shù)。Gasparetal.(2008)認(rèn)為熱液中高場強(qiáng)元素(Nb、Ta、Zr、Hf)的分布系數(shù)隨著水巖比(W/R)的增加而降低，大量研究也表明當(dāng)W/R比值較高時(shí)，成礦系統(tǒng)處于開放、振蕩環(huán)境，該過程中礦物迅速結(jié)晶，石榴子石發(fā)育大量生長環(huán)帶，且富Fe3+石榴子石也更易在較高的W/R環(huán)境中形成，巖漿熱液作用也以滲濾交代作用為主(Bau, 1991；Smithetal., 2004)。馬廠箐礦床中Grt I核部不發(fā)育生長環(huán)帶，且核部Zr和Nb含量分別為4.09×10-6和1.86×10-6，均大于發(fā)育明顯振蕩環(huán)帶的Grt III(Zr和Nb平均含量為0.99×10-6和0.73×10-6)，表明Grt I結(jié)晶時(shí)處于相對較低的W/R條件下，系統(tǒng)處于一個(gè)相對封閉的環(huán)境中，雖然其邊緣極少量生長環(huán)帶的發(fā)育暗示著封閉環(huán)境出現(xiàn)了細(xì)微的變化，但Grt II與Grt I緊密生長，且Grt II并無生長環(huán)帶發(fā)育，這說明Grt I與Grt II仍以擴(kuò)散交代為主，Grt I結(jié)晶末期環(huán)境可能由于外界物理化學(xué)條件的改變使封閉狀態(tài)受到影響，但持續(xù)時(shí)間較短，體系又重新成為封閉狀態(tài)，而到了晚期Grt III結(jié)晶時(shí)，熱液接觸交代方式發(fā)生變化，系統(tǒng)由封閉狀態(tài)轉(zhuǎn)為開放、振蕩的環(huán)境，導(dǎo)致其出現(xiàn)明顯的生長環(huán)帶。

5.1.2 酸堿度與氧化還原條件

石榴子石振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)及其化學(xué)成分能很好的記錄石榴子石在生長過程中熱液系統(tǒng)的演化過程(Smithetal., 2004；Gasparetal., 2008；Feietal., 2019；Tianetal., 2019；Jiangetal., 2020)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鈣鋁榴石-鈣鐵榴石固溶體系列的形成與其所處的氧化還原環(huán)境密切相關(guān)，且鈣鐵榴石更易在氧化-弱氧化環(huán)境中形成，而鈣鋁榴石則傾向于弱氧化-弱還原環(huán)境(趙斌等，1983)，因?yàn)殁}鐵榴石(Ca3Fe2[SiO4]3)中Fe3+的存在需要在高氧逸度條件。該礦床中Grt I、Grt II和Grt III中鈣鐵榴石含量始終高于鈣鋁榴石，說明石榴子石形成環(huán)境整體上處于一個(gè)較為氧化的環(huán)境中。但Grt I中鈣鐵榴石組分含量僅略高于鈣鋁榴石，表明其結(jié)晶時(shí)熱液體系處于一個(gè)相對弱氧化環(huán)境中；緊隨其生長的Grt II中鈣鐵榴石組分含量明顯增高，說明氧逸度逐漸升高；Grt III中鈣鐵榴石組分含量與Grt II基本一致，表明二者均處于一個(gè)高氧逸度環(huán)境中。

表4 馬廠箐礦床同位素年齡數(shù)據(jù)

圖11 馬廠箐銅鉬礦床成巖成礦年齡分布圖Fig.11 Geochronology of Machangqing Cu-Mo deposit

基于上述，馬廠箐矽卡巖型礦床中的石榴子石從早期到晚期處于一個(gè)逐漸變高的氧逸度和由近中性向弱酸性過渡的環(huán)境中。

5.2 矽卡巖礦化時(shí)間

石榴子石中U的賦存狀態(tài)對U-Pb定年結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要(Lietal., 2018；Duanetal., 2020)。目前發(fā)現(xiàn)U在石榴子石中主要有三種賦存狀態(tài)：①以含鈾包裹體形式存在；②吸附在晶體表面；③以類質(zhì)同象形式存在于石榴子石礦物晶格中。當(dāng)U以前兩種賦存狀態(tài)存在時(shí)會對U-Pb測年造成一定的干擾(DeWolfetal., 1996；Baxter and Scherer, 2013)，所以U出現(xiàn)在石榴子石晶格中且無包裹體時(shí)可作為理想的測年對象(Zhangetal., 2019)。而本文用于測年的石榴子石為經(jīng)過鏡下詳細(xì)觀察后挑選的不含包裹體的顆粒(圖4b, c)，且近來發(fā)現(xiàn)的矽卡巖型礦床中的鈣鐵(鋁)榴石內(nèi)很少存在含鈾礦物包裹體(Dengetal., 2017a；Zhangetal., 2019)，故可排除含鈾包裹體對馬廠箐定年結(jié)果的影響。

一次巖漿熱液活動的周期為1Ma甚至更短(von Quadtetal., 2011; Weisetal., 2012; Chiaradiaetal., 2013)，所以石榴子石U-Pb年齡能精確厘定矽卡巖礦化時(shí)間(Dengetal., 2017a; Lietal., 2018, 2019; Duanetal., 2020)。本文石榴子石LA-ICP-MS原位U-Pb 年齡T-W圖解下交點(diǎn)年齡為34.77±0.38Ma(n=49, MSWD=1.5; 2s)，說明矽卡巖礦化年齡開始時(shí)間為34.77±0.38Ma。這一年齡結(jié)果與Fuetal.(2018)測得該礦床的退化蝕變階段熱液成因榍石的LA-ICP-MS原位U-Pb年齡34.3±1.2Ma在誤差范圍內(nèi)基本一致，但精度更高；同時(shí)也顯示石榴子石代表的進(jìn)化蝕變階段略早于退化蝕變階段，與成礦理論和地質(zhì)事實(shí)吻合。

5.3 巖漿-熱液成礦時(shí)序

巖漿-熱液成礦過程具有多期多階段性，且礦化類型復(fù)雜多樣。在全面收集馬廠箐銅鉬礦床已發(fā)表的成巖、成礦同位素年齡的基礎(chǔ)上，結(jié)合本文新獲得的矽卡巖礦化時(shí)間(表4)，將馬廠箐礦區(qū)巖漿、熱液活動的時(shí)序精細(xì)厘定如下。馬廠箐為一復(fù)式雜巖體，侵入活動主要分為三個(gè)階段(圖11)：最早的巖漿活動開始于64.8Ma(羅君烈等，1994；彭建堂等，2005)，此時(shí)印度板塊與歐亞板塊發(fā)生了大規(guī)模碰撞，第一期斑狀花崗巖侵入；在48.0～46.5Ma進(jìn)入主碰撞階段時(shí)，中期巖漿活動開始，這兩期主要為第二期斑狀花崗巖侵入(張玉泉和謝應(yīng)雯，1997；郭曉東等, 2012；Liuetal., 2020)；在印度-歐亞板塊持續(xù)會聚擠壓時(shí)，晚碰撞造山運(yùn)動開始于約40Ma，形成了大規(guī)模走滑剪切斷裂，也是巖漿活動最為強(qiáng)烈的一期，發(fā)育斑狀花崗巖+花崗斑巖+煌斑巖+正長斑巖+二長花崗巖組合，巖體年齡為37.93～33.77Ma左右，為最主要的成礦期(Luetal., 2012；Fuetal., 2018)。而矽卡巖型礦床礦化時(shí)間為34.54～34.3Ma、斑巖型礦化時(shí)間為35.8～33.9Ma(表4)，在誤差范圍內(nèi)斑巖型礦化與矽卡巖礦化發(fā)生時(shí)間一致；且發(fā)生在正長斑巖和花崗斑巖侵位后(<2Myr)。成礦時(shí)間與晚期巖漿活動時(shí)間較為接近，可認(rèn)為斑巖型礦化與矽卡巖型礦化為同期巖漿熱液活動所致，二者為同一巖漿-熱液系統(tǒng)的產(chǎn)物，喜馬拉雅期富堿斑巖的侵入為成礦提供了物質(zhì)與動力來源，在侵入巖體和圍巖接觸的不同位置，分別形成斑巖型和矽卡巖型礦體。

6 結(jié)論

(1)馬廠箐石榴子石屬于鈣鋁榴石-鈣鐵榴石固溶體(Gro1-47And51-99)系列，可區(qū)分出三個(gè)世代，早世代石榴子石相對富鋁，晚世代以鈣鐵榴石為主。熱液接觸交代方式由早-中期的擴(kuò)散交代作用過渡到晚期的滲透交代作用。石榴子石也從一個(gè)相對封閉的狀態(tài)變?yōu)檎袷?、開放的環(huán)境。物理化學(xué)條件為逐漸變高的氧逸度和由近中性向弱酸性變化。

(2)石榴子石的LA-ICP-MS U-Pb年齡限定了馬廠箐矽卡巖型礦床礦化年齡為34.77±0.38Ma，與斑巖型礦化年齡(35.8～33.9Ma)一致，二者形成于正長斑巖和花崗斑巖侵入之后的2Myr內(nèi)，屬于同一個(gè)巖漿-熱液成礦系統(tǒng)的產(chǎn)物。

致謝野外工作過程中得到云南地質(zhì)調(diào)查局的幫助；電子探針分析實(shí)驗(yàn)上得到山東省地質(zhì)科學(xué)研究院李增勝研究員和宋英昕高級工程師的指導(dǎo)；審稿專家提出的寶貴意見使本文質(zhì)量得到提高；在此一并表示衷心感謝。