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李建平、陈华勇等-GSA Bulletin:斑岩型矿床钾化蚀变及矿化过程实验研究

  
斑岩铜矿是世界上最重要的矿床类型之一,是全球重要的铜、钼和金等金属来源。该类矿床一般发育有典型的蚀变和矿化分带,该分带模式在空间上常呈同心圈层结构。全球范围内众多大型-超大型斑岩型铜矿的成矿主体均位于钾化带内,因此钾化带通常作为斑岩矿床金属资源量的主要贡献者。然而两者为何在空间上具有如此紧密的联系以及其主要的控制机理目前并不清楚,值得进一步研究。此外,关于斑岩铜矿热液矿化的机制目前还存在争议,主流观点认为斑岩铜矿的形成主要受控于SO2的歧化反应,但有地质证据显示热液阶段硫酸盐与还原性介质的反应可能在斑岩矿化过程中也起到了非常重要的作用。
针对上述科学问题,银河撸一把娱乐城中国科学院矿物学与成矿学重点实验室博士后李建平、陈华勇研究员(通讯作者)与合作者通过实验手段,对斑岩矿化及早期碱交代过程开展了系统研究。本项研究设计了一个更加复杂的水-岩反应体系来模拟斑岩矿床的蚀变和矿化过程,相比于前人简单、封闭的实验体系,本实验体系更加接近真实的斑岩成矿环境。
图1. 实验装置及所模拟的斑岩蚀变、矿化过程
通过上述实验研究得到以下认识:
(1)相对高温的环境(~500°C)会促进硫酸盐的还原,该过程有利于萃取流体中金属并使之沉淀。这表明在斑岩矿化阶段,当硫酸盐还原起到重要作用时,矿化通常形成于较高温的阶段。反应温度会控制硫酸盐的还原效率,进而影响流体中还原硫的供给,并影响流体中不同金属的沉淀顺序。当流体中还原硫有限时,Cu-Mo首先沉淀而靠近系统中心;而Zn一般沉淀在系统的更远端。
(2)水-岩作用过程中原生斜长石发生溶解-再沉淀过程并形成新的钾长石。当温度从300 °C升至500°C时,流体的钾化能力显著增强。流体发生不混溶时,压力降低会影响流体和围岩的K-Na置换,而K-Ca置换基本不受影响。
(3)斑岩成矿系统内硫酸盐还原导致的矿化和钾化蚀变带的共存受某些相同因素的控制,例如温度升高,流体不混溶及降压过程。此外,钾化蚀变也能促进矿化的发生,例如蚀变过程中淋滤围岩中的Ca进入流体(促进SO2发生歧化),以及流体中的K进入围岩(导致流体中K-Cu-S络合物不稳定)。
图2. 高温下围岩钾硅酸盐蚀变、矿化及影响两者共存的微观过程
本项研究为揭示斑岩成矿系统钾化带和矿化共存的机制以及硫酸盐在热液成矿过程中的作用提供了实验学依据,并为完善全球斑岩成矿模式提供了新的启示。相关研究发表在国际地学期刊Geological Society of America Bulletin上。该研究受到国家自然科学基金(41921003,41725009和42003031)项目的资助。
论文信息:Jianping Li (李建平), Weihua Liu (刘卫华), Long Su (苏龙), Dengfeng Li (李登峰), Shitao Zhang (张世涛), Huayong Chen* (陈华勇). Porphyry copper mineralization triggered by sulfate reduction and alkali metasomatism: Constraints from an experimental investigation. 
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