岩浆混合作用的标志及其与成矿作用的关系

摘要：本文从野外岩石学、镜下矿物学，定年数据特征及全岩主量元素、微量元素、Sr-Nd同位素、锆石Hf-O同位素含量和散点图分布特征等方面，介绍了判断岩浆混合作用的普遍证据。岩浆混合是两种或两种以上岩浆以不同比例混合，产生一系列过渡类型岩浆的过程，其反映了壳-幔岩浆（长英质-镁铁质）相互作用时，物质和能量的交换，在这一过程中，成矿元素可能存在迁移及富集行为。因此，对岩浆混合的认识和研究，有助于岩石成因，成矿元素迁移行为，成矿背景及地球动力学背景的深入探讨。

关键词：岩浆混合，岩石学特征，矿物学特征，地球化学特征，同位素特征，成矿作用

1 引言

岩浆混合作用是造成火成岩多样性和复杂性最主要的原因，近年来，越来越多的研究显示，其与Cu，Fe，Pb，Zn，Mo等多种金属成矿作用也有非常密切的关系（Oyarzun et al.， 2003； 王玉往等， 2012）。目前已经发现的西藏尼雄铁矿床（张晓倩等， 2010），甲玛铜多金属矿床（苟正彬等， 2012），新疆北部多处斑岩Cu-Mo（-Au）矿床（王玉往等， 2012），内蒙古敖仑花斑岩钼铜矿床（邹涛等， 2012）以及南美安第斯大型铁矿（Oyarzun et al.， 2003）都与岩浆混合作用有密切关联。

因此，识别岩浆混合作用，了解岩浆混合过程，对研究火成岩岩石成因以及多金属成矿元素迁移富集行为都有很大贡献，为研究成矿作用背景和类型，成矿潜力提供依据。

2 识别岩浆混合的证据

2.1 岩石学

（1） 发育镁铁质或闪长质包体。Didier.（1973）撰写的《花岗岩及其包体》一书中提出，花岗岩中的细粒（微粒）镁铁质包体是岩浆混合的指示体，可以有力证明岩浆混合（Didier， 1984； Vernon， 1984； 李昌年， 2002； 肖庆辉等； 2002； 李献华等， 2009； Qin et al.， 2009）。

（2） 包体形态。包体具典型的岩浆结构（细粒半自形粒状结构），并且形态为饼状，椭球状，或定向排列的流水状，表明包体是呈液态进入花岗质岩浆中的，既不可能是围岩捕掳体，也不大可能是同源岩浆早期结晶的产物（李昌年等， 2002； 王晓霞等， 2005； 莫宣学等， 2007）（图1a）。

（3） 包体与寄主岩石之间的关系。包体的空间分布与钾长石斑晶一样具有定向性，且其延伸方向与寄主岩体的边界基本平行，表明包体与钾长石斑晶一起随花岗质熔浆的流动而运移过（朱金初等， 2006）。与寄主岩的接触界线或明显或渐变，包体边部发育浅色长英质晕圈（图1b），是发生化学交换的产物（李昌年等， 2002； 莫宣学等， 2007）。包体的矿物组合和成分与寄主岩石相似，常具淬火边、细褶边和反向脉（王晓霞等， 2005）。

（4） 不平衡矿物组合。广泛出现不平衡矿物结构与矿物组合，最典型的不平衡矿物组合是镁铁质微粒包体中的石英捕掳晶，以及具有相同特征的碱性长石斑晶出现在寄主岩石、包体和二者的边界上（杜杨松等， 2003； 王晓霞等， 2005； 王炬川， 2006； 莫宣学等， 2007）（图1c， d）。

2.2 矿物学

（1） 针状角闪石。包体中长针状角闪石反映了快速降温的特点。在寄主岩体中，磷灰石通常呈短柱状；包体中则呈很长的细针状，暗示为淬冷条件下的结晶产物（李胜荣， 2006）（图2a）。

（2） 针状磷灰石。包体具典型的细粒冷凝边，显微镜下可见针状磷灰石晶体，是高温岩浆进入低温岩浆中的淬火表现（杜杨松等， 2003； 刘成东等， 2004）（图2b）。

（3） 长石环带。寄主花岗岩中钾长石和斜长石斑晶中存在由基性暗色矿物（角闪石和黑云母）组成的暗色环带，形成溶蚀面-内环带-正常环带组合（图2c， d）。内环带上An值会突然升高，正常环带上相对An较低，表明长石的生长环境不稳定，形成An值较高部分时处于相对基性环境（李胜荣等， 2006； 覃峰等， 2006； 陈斌等， 2009）。

（4） 矿物化学特征。黑云母：典型幔源黑云母MgO>15%，壳源黑云母MgO<6%（参与混合的两个端元）。黑云母MgO在此范围内，也可判断壳幔混合（丁孝石， 1988； 李胜荣等， 2006）。

2.3 年代学

研究显示，镁铁质包体成因为：（1）源区的固态难熔残余物或围岩捕掳体；（2）代表与酸性岩浆发生岩浆混合作用的基性端元；（3）是寄主花岗质岩浆在晶体-熔体分异作用机制下形成的，为同源或同生包体（朱金初等， 2006）。年龄基本一致，可以排除包体为源区固态难容残余或围岩捕掳体的可能，也排除了基性岩浆在花岗质岩浆固结后才侵入的可能，从年代学角度证明，为岩浆混合作用的产物（刘成东等， 2004； 朱金初等， 2006； 张晓倩等， 2010）。

2.3 全岩主量元素

镁铁质岩浆和长英质岩浆混合过程中，受扩散速率的影响，微量元素和同位素之间的交换速率明显比元素（主量元素）快。所以包体和寄主岩石之间主量元素含量有差别，证明两者源区有差别（吴福元等， 2007； 杨进辉等， 2007）。

在TFeO-MgO图解中，所有的点均落在混合趋势线上，也就是线性正相关，则反映出它们曾发生过化学混合（王晓霞等， 2005； 王炬川等， 2006； 董国臣等， 2006； 张招崇等， 2009）。

2.4 全岩微量元素

（1） 整体含量。包体和寄主岩石的蛛网图、稀土配分图都很相似，表明它们发生了充分的微量元素成分交换（杨进辉等， 2007；王晓霞等， 2007）。

（2） Nb/Ta。玄武质岩石的Nb/Ta≈ 17，花岗岩的Nb/Ta≈ 12，若数据介于两个数值之间，可判断有混合趋势（王晓霞等， 2005）。

（3） dEu。dEu> 0.7的侵入岩主体由基性岩浆分异演化而来，dEu= 0.7～0.3的侵入岩主要由上地壳部分熔融而来，dEu< 0.3的侵入岩则多为酸性岩浆经完全的分异结晶作用形成的。通过测得的数据，可以初步判断样品可能的岩浆源区（王炬川等， 2005）。

2.5 全岩Sr-Nd同位素

包体与寄主岩石的Sr-Nd同位素比较均一，包体的（87Sr/86Sr）i值、eNd（t）值与寄主岩石的相近，这反映了两种岩浆混合成分交换后均一化现象。eNd（t）值越小可能反映包体混合程度较高，同位素的均一化更明显（王晓霞等， 2005；杨进辉等， 2007）。

花岗岩表现负eNd（t）值，标志大量古地壳成分，正eNd（t）值标志大量年轻地壳成分。若eNd（t） 值在0附近，则可证明岩浆混合（吴福元等， 2007； 杨进辉等， 2007； 李献华等， 2009）。

2.6 锆石Hf-O同位素

锆石的结晶温度和Hf同位素的封闭温度较高，不易受后期地质过程影响，因此Hf同位素的分析对岩浆源区的解释更可靠。负eHf（t）值，标志大量古地壳成分，正eHf（t）值标志大量年轻地壳成分。若eHf（t） 值在0附近，则可证明岩浆混合（吴福元等， 2007； 杨进辉等， 2007）。O同位素也有相似的优点，若实验数据高于地幔锆石？18O平均值（5.3 ± 0.3‰），表明幔源岩浆在演化过程中有显著的地壳岩石组分的加入（吴福元等， 2007； 陈斌等， 2009； 李献华等， 2009）（图3）。

图3 eHf（t）- ？18O图（李献华等， 2009）

3 岩浆混合与成矿作用的关系

同时代形成的镁铁质包体和寄主岩石，是岩浆混合的有力证据。镁铁质包体和寄主岩石在野外岩石学、镜下矿物学、全岩主量元素、微量元素、Sr-Nd同位素、锆石Hf-O同位素特征等方面，都存在特殊的判别依据。而与岩浆活动有关的成矿作用的发生，一是需要富含成矿元素的源区，二是需要使成矿元素从岩浆中结晶分异释放出来并富集的环境（Hildebrand， 1986； Oyarzun et al.， 2003）。在岩浆混合过程中，镁铁质岩浆具有高温高硫及富含金属成矿元素的特征，可以作为源区提供成矿元素，在其与长英质岩浆混合时，成矿元素发生结晶分异、迁移和富集，可形成一定规模的成矿作用。

参考文献

Didier J. 1973. Granites and their enclaves： the bearing of enclaves on the origin of granites. Development in Petrology， 3： 393

Didier J. 1984. The problem of enclaves in granitic rocks： A review of recent ideas on their origin. Science Press， 137 - 144

Hildebrand， R.S， 1986. Kiruna-type deposits： Their origin and relationship to intermediate subvolcanic plutons in the Great Bear magmatic zone， northwest Canada. Economic Geology 81， 640-659.

Oyarzun R， Oyarzun J， Menard JJ and Lillo J. 2003. The Cretaceous iron belt of northern Chile role of oceanic plates， a superplume event， and a major shear zone. Mineralium Deposita， 38： 640 - 646

Qin JF， Lai SC， Rodney G， Diwu CR， Ju YJ and Li YF. 2009. Geochemical evidence for origin of magma mixing for the Triassic monzonitic granite and its enclaves at Mishuling in the Qinling orogen （central China）. Lithos， 01912： 18 - 35

Vernon RH. 1984. Microgranitoid enclaves in granites globules of hybrid magma quenched in a plutonic environment. Nature， 309： 438 - 439

陈斌， 贺敬博， 马星华. 2009. 北太行山燕山期中酸性岩体中暗色包体的成因： 岩石学、地球化学和锆石Hf-O同位素证据. 中国科学（D辑）， 39（7）： 922 - 934

丁孝石. 1988. 西藏中南部各类花岗岩中云母标型特征及其地质意义. 中国地质科学院矿床地质研究所所刊， （1）： 33 - 50

董国臣， 莫宣学， 赵志丹， 朱弟成， 王亮亮， 陈涛， 李冰. 2006. 冈底斯岩浆带中段岩浆混合

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