东秦岭夜长坪矿床贫矿与矿化斑岩的岩石成因：对岩浆控制钼-钨矿化的启示

《Solid Earth Sciences》：Petrogenesis of barren versus mineralized porphyries at the Yechangping deposit, east Qinling: Implications for magmatic controls on Mo–W mineralization

　　

东秦岭造山带中的夜长坪钼-钨（Mo-W）矿床是一个巨大的斑岩-矽卡岩系统，但其贫矿二长花岗斑岩与矿化花岗斑岩之间的成因差异尚未明确。本研究提供了新的锆石U-Pb年龄、Hf同位素、全岩地球化学、Nd-Pb同位素以及黄铁矿硫同位素数据，以阐明岩石成因和钼-钨矿化的关键控制因素。锆石U-Pb定年结果显示，贫矿斑岩的侵位年龄为146.4±2.3 Ma，矿化斑岩为147.5±2.0 Ma，二者在误差范围内一致，表明岩浆活动是同时的。两种侵入体均为I型花岗岩，具有负的εHf(t)值（-14.69至-9.95）和εNd(t)值（-15.22至-12.33），古元古代两阶段模式年龄（1.83-2.17 Ga），以及类似于太华群基底的铅同位素组成，表明其主要来源于太华超群的古老地壳，可能还有少量来自北秦岭增生带的贡献。矿化斑岩较高的分离结晶程度和中等氧化条件（平均log?O₂ = -13.11）是控制钼-钨矿化的关键因素。来自斑岩型和矽卡岩型矿体的黄铁矿颗粒的δ³⁴S值范围为3.16‰至5.35‰，指示共同的岩浆硫源。此外，白钨矿仅局限于矽卡岩矿体，突显了碳酸盐围岩相互作用在定位钨矿化中的根本作用。

东秦岭造山带（East Qinling Orogen）是全球最大的钼（Mo）矿带之一，包含多个巨型斑岩-矽卡岩（porphyry-skarn）钼-钨（Mo-W）矿床，如夜长坪（Yechangping）矿床。然而，同一矿床内常同时存在贫矿和矿化斑岩，其成因差异和岩浆控制因素尚未明确。以往研究多聚焦于矿化侵入体或不同矿床类型间的对比，缺乏对同一矿床内贫矿与矿化斑岩的系统比较。夜长坪矿床位于河南省卢氏县，拥有约0.6–0.8 Mt的钼资源和伴生钨，其矿化主要产于矽卡岩和花岗斑岩中，但空间上共存的贫矿二长花岗斑岩（barren monzogranitic porphyry）与矿化花岗斑岩（mineralized granitic porphyry）之间的差异未被系统研究。为此，研究人员开展了本研究，旨在通过综合地球化学和同位素数据，揭示两种斑岩的岩石成因、岩浆源区及关键控矿因素。

研究人员对夜长坪矿床的15个新鲜斑岩样品（包括2个贫矿二长花岗斑岩和13个矿化花岗斑岩）进行了全岩主微量元素分析、锆石U-Pb定年（Uranium-Lead dating）与Lu-Hf同位素分析、全岩Nd-Pb同位素分析，以及黄铁矿硫同位素（Sulfur isotope）分析。结果显示，贫矿斑岩和矿化斑岩的侵位年龄分别为146.4±2.3 Ma和147.5±2.0 Ma，表明岩浆活动同时且与区域成矿高峰（~145 Ma）一致。两种斑岩均为过铝质、高钾钙碱性至钾玄岩系列的I型花岗岩，具有负的εHf(t)（?14.69至?9.95）和εNd(t)（?15.22至?12.33）值，古元古代两阶段模式年龄（1.83–2.17 Ga），铅同位素组成与太华群（Taihua Group）基底相似，表明岩浆主要来源于太华超群的古老地壳，可能混有少量北秦岭增生带（North Qinling Accretionary Belt）物质。矿化斑岩经历了更高程度的分离结晶和中等氧化条件（平均log?O₂ = ?13.11），而贫矿斑岩则处于极端氧化状态（平均log?O₂ = ?8.83）。黄铁矿的δ³⁴S值（3.16‰–5.35‰）指示共同的岩浆硫源，但白钨矿（scheelite）仅出现在矽卡岩矿体中，表明碳酸盐围岩相互作用是钨矿化的关键。这项研究阐明了夜长坪矿床贫矿与矿化斑岩的岩石成因差异，揭示了岩浆分异和氧化状态对钼-钨矿化的控制作用，为东秦岭地区找矿提供了新依据。该论文发表在《Solid Earth Sciences》。

主要关键技术方法包括：全岩主量元素和微量元素分析（XRF和ICP-MS），用于确定岩石化学组成；锆石U-Pb同位素定年（LA-ICP-MS），用于约束岩浆侵位年龄；锆石Lu-Hf同位素分析（MC-ICP-MS），用于示踪岩浆源区；全岩Nd-Pb同位素分析（MC-ICP-MS），用于进一步约束源区特征；黄铁矿硫同位素分析（LA-MC-ICP-MS），用于确定硫源。样品均来自夜长坪矿床钻孔，包括2个贫矿二长花岗斑岩和13个矿化花岗斑岩，以及斑岩型矿体和矽卡岩型矿体的黄铁矿样品。

**4.1 全岩元素**
通过全岩主微量元素分析，研究人员发现贫矿二长花岗斑岩具有高K₂O/Na₂O比（34.83–37.54）和弱负Eu异常（δEu = 0.96–1.81），而矿化花岗斑岩SiO₂含量更高（74.67–79.80 wt%），K₂O/Na₂O比更低，并显示强烈负Eu异常（δEu = 0.26–0.48）和较低的ΣREE及(La/Yb)_N比值，表明矿化斑岩经历了更强烈的分离结晶。

**4.2 锆石U-Pb年龄**
通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，贫矿斑岩（YCP-1）和矿化斑岩（YCP-5）分别获得加权平均年龄为146.4 ± 2.3 Ma和147.5 ± 2.0 Ma，二者在误差范围内一致，指示同时侵位，并与已发表的辉钼矿Re-Os年龄（~145 Ma）吻合，证实岩浆活动与矿化同期。

**4.3 锆石Lu-Hf同位素**
锆石Lu-Hf同位素分析显示，贫矿斑岩的εHf(t)值为?13.24至?9.95，矿化斑岩为?14.69至?10.57，两阶段模式年龄（T_DM2）分别为1.83–2.03 Ga和1.87–2.13 Ga，均表现为负值，指示古老地壳源区。

**4.4 全岩Nd-Pb同位素**
全岩Nd-Pb同位素分析表明，贫矿斑岩的εNd(t)平均为?12.44，矿化斑岩为?15.22至?12.35，T_DM2年龄分别为1.98 Ga和1.94–2.17 Ga。Pb同位素组成（如(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)_i = 17.41–17.77）落入太华群范围，进一步支持古老地壳来源，并可能混有北秦岭增生带物质。

**4.5 硫同位素**
黄铁矿硫同位素分析显示，斑岩型矿体δ³⁴S值为3.16‰–3.56‰（平均3.32‰），矽卡岩型矿体为3.56‰–5.35‰（平均4.10‰），两者重叠且范围与岩浆热液系统一致，表明硫源自岩浆。矽卡岩中δ³⁴S值略高，可能反映流体与围岩相互作用。

讨论部分总结了岩浆-矿化时限、岩石成因和控矿因素。贫矿与矿化斑岩同时侵位，源区相同，均为太华超群地壳部分熔融产物。矿化斑岩因更高的分离结晶程度和中等氧化条件（log?O₂ ≈ ?13.11）而富集钼-钨，而贫矿斑岩的极端氧化条件（log?O₂ ≈ ?8.83）导致H₂S活性低，不利于辉钼矿沉淀。硫同位素表明共同岩浆硫源，白钨矿仅出现在矽卡岩中，归因于碳酸盐围岩提供钙并改变流体化学，从而定位钨矿化。

**6. 结论**
1. 贫矿二长花岗斑岩的锆石U-Pb年龄（146.4 ± 2.3 Ma）和矿化花岗斑岩的年龄（147.5 ± 2.0 Ma），结合已发表的辉钼矿Re-Os年龄（~145 Ma），表明岩浆活动与钼-钨矿化同时发生，与东秦岭造山带的区域成矿高峰一致。
2. 两种侵入体均为过铝质、高钾钙碱性至钾玄岩系列的I型花岗岩。其一致的负εHf(t)和εNd(t)值，以及古元古代两阶段模式年龄，表明岩浆主要来源于太华超群（Taihua Supergroup）古老地壳的部分熔融，可能混有北秦岭增生带（North Qinling Accretionary Belt）的贡献。
3. 矿化斑岩表现出更高的分离结晶程度和中等氧化条件，而贫矿斑岩则处于高度氧化状态。这些相反的物理化学特征导致了两类侵入体截然不同的成矿潜力。
4. 黄铁矿δ³⁴S值指向共同的岩浆硫源。白钨矿在斑岩矿体中缺失而在矽卡岩中出现，归因于流体与碳酸盐围岩的相互作用，后者提供了钙并改变了流体化学。