新聞動(dòng)態(tài)黃文婷等-AM：鋯石的磷灰石包裹體記錄斑巖成礦巖漿在巖漿房出溶流體并高效萃取成礦元素
斑巖成礦系統(tǒng)提供了世界75% 以上的銅，其成礦過程一直是地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)。經(jīng)典斑巖成礦模型認(rèn)為，成礦巖漿經(jīng)減壓沸騰作用（first boiling）和結(jié)晶分異沸騰作用（second boiling），發(fā)生“流體出溶”形成獨(dú)立流體相，萃取巖漿中的Cl、Cu等成礦元素形成成礦流體，搬運(yùn)成礦元素到淺部地殼沉淀是斑巖成礦的關(guān)鍵過程。但由于斑巖成礦伴隨強(qiáng)烈的蝕變，熔融包裹體和礦物容易受后期熱液改造，難以保留原始的巖漿期揮發(fā)分記錄；成礦巖漿具體以何方式（等壓結(jié)晶分異或減壓）于何階段（巖漿房或巖漿上升侵位）出溶流體仍不清楚。
磷灰石的晶格可容納S、F、 Cl、OH等揮發(fā)分，是研究成礦過程中揮發(fā)分演化的重要工具，但是后期的巖漿及流體的再平衡也可能改變其原始揮發(fā)分組成。中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所黃文婷副研究員、梁華英研究員、夏小平研究員及中國科學(xué)院海洋研究所孫衛(wèi)東研究員與愛爾蘭Trinity College Dublin 的Michael Stock副教授、Paul Gulty博士后開展合作，以華南羅卜嶺大型斑巖Cu-Mo礦床的成礦斑巖為解剖對(duì)象，在系統(tǒng)的礦物學(xué)工作基礎(chǔ)上，選取了（1）鋯石核部、幔部、邊部包裹的細(xì)小磷灰石（<10 m）（圖1），及（2）早期斑晶相（斜長石、黑云母、石英）、晚期基質(zhì)相包裹的原生巖漿期磷灰石（圖2）進(jìn)行研究，構(gòu)建斑巖成礦巖漿的揮發(fā)分演化軌跡，對(duì)比熱動(dòng)力學(xué)模擬磷灰石揮發(fā)分演化理論軌跡，取得以下重要認(rèn)識(shí)：
1. 鋯石核部、幔部、邊部的磷灰石記錄了成礦巖漿從早至晚的原始揮發(fā)分演化特征，呈現(xiàn)XCl/OH的下降與XF/XCl 與XF/OH的上升（圖3c, 3f），與模擬的巖漿水飽和演化趨勢(shì)一致，表明成礦巖漿在鋯石結(jié)晶時(shí)就達(dá)發(fā)生了流體出溶，萃取了熔體中的Cl、Cu等成礦元素.
2. 在F-Cl-OH圖解中，鋯石核部、幔部磷灰石呈現(xiàn)出XCl的顯著下降及XOH的小幅下降，與模擬的等壓水飽和演化趨勢(shì)一致（圖3g），表明成礦巖漿早期流體出溶方式以結(jié)晶分異沸騰 (second boiling) 為主，主要發(fā)生在巖漿房階段。流體在該過程中萃取了巖漿>70% 的Cl，證明巖漿房的流體出溶過程具極高的成礦效率，是斑巖成礦的關(guān)鍵。
3. 早期斑晶相與晚期基質(zhì)相中的原生巖漿磷灰石揮發(fā)分組成一致（圖 3），表明早期斑晶中的磷灰石成分已被晚期巖漿重置。這些磷灰石都呈現(xiàn)出XOH的顯著下降和XCl的小幅下降，反映了巖漿中Cl與H2O含量同時(shí)降低，與模擬的減壓水飽和演化趨勢(shì)一致（圖 3g）；表明巖漿晚期流體出溶以減壓沸騰 (first boiling) 為主，主要發(fā)生在巖漿上升侵位階段。晚期流體出溶對(duì)巖漿中成礦物質(zhì)的萃取效率不高，但對(duì)成礦物質(zhì)向淺部搬運(yùn)與遷移起重要作用。
研究意義：本研究提出了斑巖成礦巖漿的巖漿房-侵位”兩階段”流體出溶模型及其對(duì)應(yīng)的磷灰石揮發(fā)分演化軌跡（圖4）。本研究首次還原了斑巖成礦巖漿流體出溶過程的連續(xù)揮發(fā)分記錄，提供了巖漿房階段流體出溶高效萃取成礦物質(zhì)的直接礦物學(xué)證據(jù)。
研究啟示：以上工作表明，在斑巖系統(tǒng)中只有鋯石包裹的磷灰石能保留其原始揮發(fā)分組成；其他造巖礦物中的磷灰石即便未受后期熱液流體蝕變改造，也可能被晚期的熔體重置，記錄巖漿流體出溶后的晚期揮發(fā)分組成。由于熔體重置過程只能通過揮發(fā)分演化軌跡比對(duì)識(shí)別，而礦物結(jié)構(gòu)分析、微量元素分析無法區(qū)分原始的與受重置的磷灰石，斑巖成礦系統(tǒng)磷灰石的應(yīng)用及數(shù)據(jù)解讀須謹(jǐn)慎！
論文信息：Wenting Huang（黃文婷）, Michael J. Stock, Paul C. Guyett, Xiao-Ping Xia*（夏小平）, Huaying Liang*（梁華英）, Weidong Sun（孫衛(wèi)東）, and Chun-kit Lai, Reconstructing volatile exsolution in porphyry ore-forming magma chamber: Perspectives from apatite inclusions. American Mineralogist, https://doi.org/10.2138/am-2023-8963
圖1. 鋯石核部、幔部、邊部包裹的磷灰石包裹體的（a）透射光及（b）CL照片.
縮寫： AFIZC-鋯石核部包裹的磷灰石；AFIZR-鋯石幔部包裹的磷灰石；APIZ-鋯石邊緣部分包裹的磷灰石；
圖2. 成礦斑巖基質(zhì)中（a-c）、黑云母斑晶中（d-f）、斜長石斑晶中（g-i）包裹的原生巖漿期磷灰石，及受后期熱液蝕變改造（j-l）磷灰石的BSE（左列）、冷光CL（中列）及Cl元素分布（右列）。
圖3. 鋯石中包裹磷灰石、斑晶及基質(zhì)中原生巖漿期磷灰石揮發(fā)分組成。
（a-c）XCl/XOH vs. XF/XOH；（d-f）XCl/XOH vs. XF/XCl；(g) XF-XCl-XOH 三元圖解。圖c、f、g的內(nèi)插圖為熱動(dòng)力學(xué)模擬的巖漿水不飽和、等壓飽和、減壓飽和情況下磷灰石的揮發(fā)分演化趨勢(shì)，引自Stock et al., 2018。
圖 4. 斑巖成礦巖漿流體出溶模型及對(duì)應(yīng)的磷灰石揮發(fā)分演化軌跡。（a）早期巖漿房結(jié)晶分異主導(dǎo)流體出溶；（b）晚期巖漿上升侵位過程中減壓主導(dǎo)流體出溶。
縮寫： AFIZC-鋯石核部包裹的磷灰石；AFIZR-鋯石幔部包裹的磷灰石；APIZ-鋯石邊緣部分包裹的磷灰石；AFIB-黑云母斑晶包裹的磷灰石; AFIP-斜長石斑晶包裹的磷灰石；AMG-基質(zhì)中的磷灰石。
