張 靚，陳 奇，2，高 添，李 雯，錢金龍，2，劉俐君，2，王長(zhǎng)明，2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

0 引 言

斑巖型礦床是世界上最重要的巖漿-熱液礦床之一，由于其巖漿-熱液活動(dòng)具有多期次、多階段和周期性活動(dòng)的特點(diǎn)，精確限定巖漿熱液活動(dòng)的時(shí)間尺度成為當(dāng)前斑巖礦床成礦研究的難點(diǎn)[1-7]。傳統(tǒng)的同位素定年方法，如原位鋯石U-Pb定年(LA-ICP-MS或SHRIMP)和輝鉬礦Re-Os定年(ICP-MS)等，獲得的成礦時(shí)間尺度長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)到十幾個(gè)百萬(wàn)年[8-9]，可能包含多次巖漿-熱液活動(dòng)時(shí)間[10-11]。隨著近年高精度同位素定年技術(shù)(如ID-NTIMS輝鉬礦Re-Os定年)發(fā)展與應(yīng)用，成礦年齡的精確測(cè)定得到重視[12-13]。脈石礦物中流體-巖石平衡的擴(kuò)散模型可以有效約束各種地質(zhì)過(guò)程的時(shí)間尺度，已成為精確限定成礦年齡時(shí)間尺度(幾年至幾萬(wàn)年)的重要方法之一[14]。

石英為斑巖成礦系統(tǒng)中各成礦階段穩(wěn)定存在的礦物，能夠記錄成礦流體的演化信息，是研究熱液成礦過(guò)程較為理想的對(duì)象。在高溫條件下，石英的陰極發(fā)光(CL)亮度與其鈦或鋁元素濃度密切相關(guān)[15-16]，利用石英中鈦或鋁的濃度、形成溫度[17]和擴(kuò)散速率[18-19]，可建立石英生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)與元素濃度梯度的擴(kuò)散模型。因此，礦物內(nèi)部的元素?cái)U(kuò)散年代學(xué)研究便是基于特定元素的擴(kuò)散模型獲得的時(shí)間尺度。元素的擴(kuò)散年代學(xué)與傳統(tǒng)同位素定年分析方法結(jié)合，可有效將斑巖礦床的巖漿-熱液活動(dòng)的時(shí)間尺度限定在幾十年到幾十萬(wàn)年間[20-22]。

金沙江—哀牢山新生代斑巖型Cu-Au-Mo成礦帶中分布有多個(gè)與中酸性富堿斑巖有關(guān)的礦床，成為近年來(lái)理論研究和勘查找礦的熱點(diǎn)區(qū)域[23-24]。馬廠箐斑巖型Cu-Mo礦床是該成礦帶中碰撞型斑巖的典型代表，已探明銅礦石39 Mt (0.64% Cu)，鉬金礦石56 Mt (0.08% Mo，0.03 g/t Au)，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和研究意義。前人主要對(duì)馬廠箐礦床的礦床地質(zhì)特征和成礦階段[25-26]、成礦年代學(xué)[6，27-28]、巖石和礦石地球化學(xué)特征[23]以及熱液流體演化[29-30]等內(nèi)容開(kāi)展研究工作。由于缺乏高精度的年代學(xué)研究基礎(chǔ)，至今仍未能突破傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，也未能從更精細(xì)的視角刻畫馬廠箐礦床成礦時(shí)限，由此制約了對(duì)礦床成礦模型的完整構(gòu)建。本文以馬廠箐斑巖礦床石英為研究對(duì)象，通過(guò)使用掃描電鏡-陰極發(fā)光手段，電子探針結(jié)合元素?cái)U(kuò)散年代學(xué)的方法，以限定不同成礦階段的時(shí)間尺度。研究成果能為探索元素?cái)U(kuò)散年代學(xué)的應(yīng)用提供新的參考。

1 區(qū)域地質(zhì)和礦床地質(zhì)

西南三江特提斯屬喜馬拉雅—特提斯造山帶的東段，大地構(gòu)造位于揚(yáng)子克拉通西部、思茅地塊與騰沖—保山地塊的交界處(圖1(a)和(b))[31-32]。該造山帶的構(gòu)造演化與古、新特提斯洋的俯沖密切相關(guān)[32-36]。揚(yáng)子克拉通形成于太古宙[37-38]，其西緣在新元古代和晚二疊世遭受改造[39-40]。晚三疊世以來(lái)，克拉通西緣處于陸內(nèi)環(huán)境[41]。在55～50 Ma之間新特提斯洋盆的閉合引起了印度與歐亞板塊的大陸碰撞[32]。在 40～30 Ma之間持續(xù)的擠壓造成了揚(yáng)子克拉通邊緣金沙江—紅河堿性火成巖帶的形成，隨后伴隨形成一系列走滑斷裂[42-43]。該帶長(zhǎng)2000 km、寬50～80 km，巖漿巖主要為高鉀鈣堿性系列或鉀玄巖系列的鎂鐵質(zhì)至長(zhǎng)英質(zhì)巖石[44-45]。新生代鉀質(zhì)斑巖的侵入導(dǎo)致發(fā)育了大量斑巖型銅鉬礦床，從北向南包括玉龍、北衙、馬廠箐、銅廠和哈播等[31，46-49]。

圖1 東特提斯構(gòu)造域主要地塊分布(a)和金沙江—哀牢山成礦帶主要鉀侵入體及伴生斑巖礦床分布圖(b)(據(jù)文獻(xiàn)[30]和[56])Fig.1 Map showing the distribution of major tectonic terranes in the Eastern Tethyan tectonic domain (a)and distributions of major potassic intrusions and associated porphyry deposits (b)(modified after refs.[30]and [56])

馬廠箐斑巖型Cu-Mo礦床位于揚(yáng)子板塊西緣與金沙江—哀牢山深大斷裂東側(cè)的交匯處，礦區(qū)包括金廠箐—人頭箐、亂硐山、寶興廠和雙馬槽4個(gè)礦段，整體呈北西向展布(圖2(a))。礦床整體礦化可分為斑巖型和矽卡巖型兩類，顯示斑巖體→接觸帶→圍巖地層的分帶。礦區(qū)地層出露較為簡(jiǎn)單，主要有下奧陶統(tǒng)向陽(yáng)組濱海相碎屑巖、下泥盆統(tǒng)康廊組厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、青山組厚層狀灰?guī)r、蓮花曲組粉砂質(zhì)頁(yè)巖與薄層細(xì)至中粒石英砂巖以及第四系坡積、殘積和沖積物等。礦區(qū)構(gòu)造分布較為復(fù)雜且具有多期多階段活動(dòng)特點(diǎn)。其中，北東向是礦區(qū)內(nèi)最發(fā)育的斷裂，控制著馬廠箐礦床整體空間分布。褶皺構(gòu)造較為發(fā)育，如寶興廠—亂硐山的向斜、雙馬槽向斜和金廠箐—人頭箐的背斜(圖2(a))。喜馬拉雅期的巖漿活動(dòng)組成了馬廠箐礦床多種類型的斑巖體。礦區(qū)出露的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿巖主要包括正長(zhǎng)斑巖、石英二長(zhǎng)斑巖、花崗斑巖和斑狀花崗巖，基性巖漿巖包括煌斑巖和零星出露的基性熔巖[50-51]。巖體主要侵入下奧陶統(tǒng)向陽(yáng)組細(xì)碎屑巖和下泥盆統(tǒng)康廊組灰?guī)r，并伴隨明顯斑巖礦化和矽卡巖礦化現(xiàn)象。馬廠箐礦床中斑巖蝕變主要為深部的鉀質(zhì)蝕變帶(圖2(b))和較淺部的泥質(zhì)蝕變帶，普遍存在青磐巖化帶，局部地區(qū)存在硅化和碳酸鹽巖化帶。前人將馬廠箐礦床的成礦作用劃分為三期：巖漿期、熱液成礦期和熱液改造期[52-54]。在熱液成礦期，礦床脈體類型具有斑巖礦床典型的分類特征，即：(1)A脈，在成礦早階段斑巖體尚未完全固結(jié)時(shí)形成；(2)B脈，于成礦主階段斑巖體已經(jīng)固結(jié)，有大規(guī)模熱液及裂隙事件發(fā)育時(shí)形成；(3)D脈，在成礦晚階段有大量大氣降水加入時(shí)形成[53，55]。

圖2 馬廠箐礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖((a)，據(jù)文獻(xiàn)[42，57])和A-A′剖面圖((b)，據(jù)文獻(xiàn)[58])Fig.2 Simplified geologic map of the Machangqing deposit (a)(modified after refs.[42]and [57]) and geologic profile along line A-A′ at Machangqing deposit (b)(modified after refs.[58])

2 樣品信息與測(cè)試方法

2.1 樣品信息

本次研究的樣品主要采集自馬廠箐礦床巖心和礦硐中，整體較新鮮且脈體交切關(guān)系清晰。樣品巖性主要為含礦斑狀花崗巖，具似斑狀結(jié)構(gòu)，被不同期次的熱液脈體切穿，并疊加了多期熱液蝕變。斑晶主要由鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、角閃石和黑云母組成，其中石英含量為15%～25%，基質(zhì)主要有鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石，為顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖3)，可見(jiàn)少量以榍石和磷灰石為主的副礦物?；谠敿?xì)的手標(biāo)本和顯微觀察，將馬廠箐礦床的熱液脈細(xì)分為以下類型。

圖3 馬廠箐礦床典型脈體關(guān)系手標(biāo)本照片F(xiàn)ig.3 Representative hand-specimen photographs of typical vein relationship at Machangqing deposit(a)石英-鉀長(zhǎng)石脈(A1脈)切穿石英-黑云母脈(EB脈)；(b)—(d)石英-鉀長(zhǎng)石脈(A1脈)與石英-輝鉬礦脈(A2脈)；(e)貧礦石英粗脈(B1脈)被石英-輝鉬礦(B2脈)切穿；(f)輝鉬礦大量富集的脈體(B2脈)；(g)石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)切穿貧礦石英脈(B1)；(h)石英-輝鉬礦脈(B2脈)間隙被后期黃鐵礦-石英-方解脈(D脈)充填；Bt.黑云母；Cal.方解石；Ccp.黃銅礦；Kfs.鉀長(zhǎng)石；Py.黃鐵礦；Qtz.石英；Mol.輝鉬礦

EB脈：以石英-黑云母脈為主，脈體細(xì)直，部分黑云母受到后期蝕變疊加發(fā)生綠泥石化較多，被A脈和B脈切穿(圖3(a))。

A脈：分為A1脈和A2脈。A1脈是石英-鉀長(zhǎng)石脈，有時(shí)還可見(jiàn)少量黑云母。石英礦物主要呈糖粒狀或長(zhǎng)條狀(圖4(a)—(b))。脈體邊界不規(guī)則，普遍伴有明顯的鉀化暈，含礦較少(圖3(b)—(c))。A2脈是石英-輝鉬礦脈，此類脈體主要由石英和輝鉬礦組成，其中石英多為糖粒狀或半自形(圖4(c))，輝鉬礦多為星點(diǎn)狀，脈體產(chǎn)出形狀多不規(guī)則(圖3(c)—(d))。

圖4 馬廠箐礦床脈體類型鏡下照片F(xiàn)ig.4 Representative photomicrographs of the vein types at Machangqing deposit(a)石英-鉀長(zhǎng)石脈(A1脈)切穿石英-黑云母脈(EB脈)；(b)石英-鉀長(zhǎng)石脈(A1脈)；(c)石英-輝鉬礦脈(A2脈)；(d)豆粒狀石英為主的A1脈和長(zhǎng)條狀石英為主的貧礦石英粗脈(B1脈)；(e)石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈(B2脈)裂隙被方解石-黃鐵礦脈充填；(f)石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)。礦物代號(hào)同圖3

B脈：分為B1脈、B2脈和B3脈。B1脈是貧礦石英粗脈，此類脈體礦物多呈自形長(zhǎng)條狀或片狀(圖4(d))，脈體邊界平直(圖3(e))，含礦較少。B2脈是石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈，是礦床中最主要的含輝鉬礦脈體。石英粒度較大，輝鉬礦呈放射狀或團(tuán)簇狀，脈體裂隙空間被晚期碳酸鹽脈充填(圖3(e)—(f)和圖4(e))。B3脈是石英-黃銅礦-黃鐵礦脈，此類脈體的特征主要是長(zhǎng)條狀自形-半自形的石英顆粒沿脈壁垂向生長(zhǎng)，顆粒間裂隙被黃銅礦或黃鐵礦充填，脈體邊界平直，延伸穩(wěn)定(圖3(g)和圖4(f))。

D脈：此類脈體是晚期脈體，既可以切穿早期形成的A脈和B脈，也可以沿B脈的裂隙再次充填(圖3(h))。礦物組合一般為黃鐵礦-石英-方解石。

2.2 測(cè)試方法

將挑選后的樣品制作為50 μm厚的探針片，在光學(xué)顯微鏡下仔細(xì)挑選出具有代表性的脈體位置。石英礦物的陰極發(fā)光(CL)觀察在北京核工業(yè)地質(zhì)研究院(BRIUG)完成，使用掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室配備Oxford CL探測(cè)器的Tescan GAIA 3 SEM-FIB系統(tǒng)。在15 keV和0.5～5 nA的石英束電流下，拍攝了超過(guò)200張石英SEM-CL圖像。CL探測(cè)器的光譜范圍在185～850 nm之間，采集了分辨率為1024 × 928像素的晶體分區(qū)CL圖像(圖5)。在下面的討論中，石英的相對(duì)CL亮度被稱為 CL-暗、CL-灰和CL-亮。

圖5 馬廠箐礦床成礦早階段(A脈)及成礦主階段(B脈)熱液脈石英陰極發(fā)光(CL)圖Fig.5 Quartz cathodoluminescence (CL)diagrams of hydrothermal vein in the early-ore A vein and main-stage B vein at Machangqing deposit(a)A1脈中與鉀長(zhǎng)石共生的石英未發(fā)育明顯環(huán)帶；(b)A1脈豆粒狀CL亮石英被CL暗帶石英切穿；(c)A2脈中與輝鉬礦伴生的主要為半自形可見(jiàn)暗帶的石英；(d)—(e)B2脈石英顯示為蛛網(wǎng)狀，未見(jiàn)明顯環(huán)帶；(f)B3脈石英亮度較低，顯示良好的生長(zhǎng)環(huán)帶結(jié)構(gòu)。礦物代號(hào)同圖3

石英礦物的電子探針?lè)治?EMPA)使用中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所JEOL JXA-iHP200F EMPA設(shè)備完成。為了減少樣品的損傷，并保存樣品用于其他分析，對(duì)EMPA進(jìn)行了優(yōu)化，用于非破壞性、高靈敏度的斑點(diǎn)分析。選擇Ti、Fe、K和Al元素進(jìn)行分析測(cè)試工作條件使用加速度電壓為15 keV，束流為200 nA，束流直徑為10 μm，峰值計(jì)數(shù)時(shí)間為600 s，每個(gè)背景峰計(jì)數(shù)時(shí)間為300 s。合成金紅石用作Ti標(biāo)準(zhǔn)，Al的標(biāo)準(zhǔn)是人造剛玉，合成磁鐵礦用于Fe標(biāo)準(zhǔn)，鉀鈮鐵礦晶體(KNbO3)用于K標(biāo)準(zhǔn)。元素的檢測(cè)限為8×10-6(Ti)、27×10-6(Fe)、6×10-6(K)和8×10-6(Al)。此外，分析過(guò)程中在石英周邊200 μm范圍內(nèi)避開(kāi)金紅石針。單個(gè)石英中Ti的分析誤差隨著Ti濃度的增加而減小，當(dāng)Ti濃度接近檢測(cè)限時(shí)，分析誤差呈指數(shù)增長(zhǎng)。

2.3 擴(kuò)散模型構(gòu)建

掃描電鏡-陰極發(fā)光可以揭示出石英獨(dú)特的生長(zhǎng)環(huán)帶結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于石英生長(zhǎng)環(huán)境等條件具有一定指示作用。石英生長(zhǎng)過(guò)程中元素會(huì)從高含量區(qū)域擴(kuò)散到周圍低含量區(qū)域，只要晶體還處于高溫?zé)嵋合到y(tǒng)中，擴(kuò)散就不會(huì)結(jié)束，晶體冷卻后擴(kuò)散停止，這一特點(diǎn)允許利用擴(kuò)散剖面寬度和擴(kuò)散速率來(lái)估計(jì)晶體在熱液中的停留時(shí)間。使用電子探針技術(shù)得到不同元素在石英獨(dú)特的生長(zhǎng)環(huán)帶結(jié)構(gòu)上的含量，本文利用ImageJ 得到石英CL灰度值曲線，通過(guò)電子探針數(shù)據(jù)的校正，可量化CL強(qiáng)度與元素含量的關(guān)系，本文使用Diffuser軟件[7]推導(dǎo)時(shí)間尺度(圖6-圖8)。

圖6 馬廠箐礦床A2脈石英分析點(diǎn)及鈦元素?cái)U(kuò)散模擬位置Fig.6 Analytical spots and Ti diffusion modeling positions in A2 vein quartz at Machangqing deposit

前人研究已經(jīng)提出了很多不同類型的石英鈦溫度計(jì)[17，59-60]。在考慮低壓力的條件下(1～10kbar，1 kbar=100 kPa)，得到更加適用于淺成斑巖礦床的石英鈦溫度計(jì)：

(1)

其中：T為開(kāi)爾文溫度(K)，P為壓力(kbar，1 kbar=100 kPa)。此溫度計(jì)已經(jīng)在其他斑巖礦床研究中被廣泛應(yīng)用[61-63]。

考慮到熱液系統(tǒng)里石英生長(zhǎng)的壓力及溫度條件，Ti 在石英中的擴(kuò)散只存在有限的各向異性，因此不需要考慮輪廓相對(duì)于晶體的方向[21]。由此得到平行于(001)晶面擴(kuò)散的阿倫尼烏斯關(guān)系式[18]：

(2)

式中，R是通用氣體常數(shù)，T是擴(kuò)散的起始溫度(K)，DTi為鈦的擴(kuò)散速率。若假設(shè)鈦元素?cái)U(kuò)散是一維擴(kuò)散，與濃度無(wú)關(guān)的半無(wú)限介質(zhì)中的擴(kuò)散，本文使用Carslaw[63]和Jaeger[63]以及Crank[64]的方法計(jì)算擴(kuò)散時(shí)間的方程[63-64]：

(3)

其中，C是沿具有不同 Ti 濃度的兩個(gè)不同石英代之間的梯度在石英中的 Ti 濃度，x是從梯度中心到梯度邊緣的距離，t是擴(kuò)散時(shí)間，cmin和cmax是最小和最大Ti濃度，D是Ti在石英中的擴(kuò)散率。鈦元素?cái)U(kuò)散的溫度選擇擴(kuò)散最高溫度來(lái)估計(jì)，對(duì)于溫度快速變化的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這是最直接的方法。

Al元素在石英中擴(kuò)散極其緩慢，只有在超高分辨率(本文是2 μm)的尺度上能發(fā)現(xiàn)明顯的擴(kuò)散[65]。其次，Al元素在石英里的擴(kuò)散率和Ti相似，前人研究通過(guò)對(duì)擴(kuò)散剖面進(jìn)行核反應(yīng)分析(NRA)，得到了此阿侖尼烏斯公式：

(4)

其中：lgD0=-10.6± 0.55；DAl表示Al元素?cái)U(kuò)散速率，Al元素的擴(kuò)散和晶體學(xué)方向無(wú)關(guān)[58]。

本文研究利用電子探針?lè)治鍪h(huán)帶亮暗部分，得到的數(shù)據(jù)校正ImageJ灰度曲線，再用Diffuser建模得到剖面Al元素一維擴(kuò)散的初始階躍函數(shù)(圖8)。

3 分析結(jié)果

3.1 石英陰極發(fā)光特征

陰極發(fā)光是電子束轟擊礦物表面，與礦物中某些成分或激活劑元素反應(yīng)引起的發(fā)光現(xiàn)象。陰極發(fā)光具有指示礦物中特定元素和晶體結(jié)構(gòu)的作用。馬廠箐礦床具備多階段成礦特點(diǎn)，脈體穿插關(guān)系復(fù)雜，為了確定馬廠箐礦床礦化事件及石英與各礦石礦物的關(guān)系，對(duì)代表性的早期石英脈，即石英-鉀長(zhǎng)石脈(A1脈)和石英輝-鉬礦脈(A2脈)，以及成礦期石英脈，即石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈(B2脈)和石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)，進(jìn)行石英陰極發(fā)光拍照。

成礦早階段石英脈(A脈)，可觀察到石英-鉀長(zhǎng)石脈(A1脈)的石英粒度大，自形程度良好，CL強(qiáng)度表現(xiàn)為CL-亮，具明顯鑲嵌狀顆粒特征，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均一(圖5(a)和(b))。石英-輝鉬礦脈(A2脈)的石英顆粒較小，CL強(qiáng)度表現(xiàn)為CL-亮、CL-灰和CL-黑都有，且CL-亮區(qū)域被CL-暗區(qū)域包裹(圖5(c))。

成礦主階段石英脈(B脈)，石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈(B2脈)與成礦早階段石英脈(A脈)對(duì)比，B2脈石英粒度更大，CL亮度較A1脈稍暗，較A2脈更加明亮，CL強(qiáng)度表現(xiàn)為CL-亮(圖5(d)和(f))。石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)的石英多為條帶狀，具明顯生長(zhǎng)環(huán)帶結(jié)構(gòu)，整體CL強(qiáng)度表現(xiàn)為CL-灰到CL-暗 (圖5(e))。

3.2 石英中元素含量

對(duì)馬廠箐代表性熱液成礦脈體在2 μm尺度上進(jìn)行電子探針?lè)治觯@取石英中Al、Ti、K和Fe微量元素含量。早階段石英脈中，暗部與亮部Ti含量變化較大，分布于0.0027%～ 0.0072%；Al元素含量與其他脈體差不多，含量在0.0031%～0.0166%之間；K元素含量較低，在0.0001%～0.0054%之間；Fe元素幾乎沒(méi)有，含量峰值為0.0028%(表1)。主要成礦階段石英脈中，Ti元素含量普遍極低，Al元素含量則與CL強(qiáng)度表現(xiàn)出一定的關(guān)聯(lián)性，在亮部與暗部的含量差距較大，分布于0.4313%～ 0.1775%。這種差異遠(yuǎn)大于Al元素在A脈石英中的含量差。K元素和Fe元素含量與成礦早階段石英脈中含量相差不多，總體來(lái)看，K元素含量峰值變低，含量分布更加均勻，F(xiàn)e元素隨成礦作用進(jìn)行而含量增加。

表1 馬廠箐礦床成礦熱液脈石英A2和B3脈熱液石英脈的EMPA元素含量(%)

3.3 石英中Ti和Al元素?cái)U(kuò)散時(shí)間尺度

馬廠箐熱液石英脈的20個(gè)電子探針數(shù)據(jù)列于表1。所有樣品中Si、K和Fe元素含量變化不大。而Ti和Al元素含量變化梯度較大，且分別與成礦早階段石英脈(A2)和成礦主要階段石英脈(B3)的CL強(qiáng)度表現(xiàn)出一定關(guān)聯(lián)性。

對(duì)Ti元素和Al元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。研究結(jié)果(表2)顯示，將A2脈石英CL圖中亮暗交替的環(huán)帶處(圖6)作為Ti元素?cái)U(kuò)散模擬位置，模型結(jié)果顯示，A2脈石英形成的時(shí)間尺度為10.5～57.5 ka。石英B3脈模擬過(guò)程中(圖8)，設(shè)定初始溫度為440 ℃，壓力為0.48 kbar進(jìn)行建模，得出B3脈熱液石英形成的時(shí)間尺度在522.3 ka左右。模型得出的這兩段時(shí)間表示從石英邊界形成到有效閉合期間，元素?cái)U(kuò)散的總時(shí)間(圖7和圖8)。綜上所述，在熱液成礦早階段，Ti元素的擴(kuò)散可用來(lái)標(biāo)定熱液成礦時(shí)間尺度，而在熱液成礦主階段，Al元素與熱液活動(dòng)的時(shí)間尺度關(guān)聯(lián)更強(qiáng)[66-70]。

表2 馬場(chǎng)箐礦床不同熱液石英脈(A2脈和B3脈)時(shí)間尺度

圖7 馬廠箐礦床A2脈石英的鈦擴(kuò)散模擬圖Fig.7 Titanium diffusion modeling of A2 vein quartz at Machangqing deposit(a)(c)(e)擴(kuò)散剖面擬合線圖；(b)(d)(f)溫度誤差范圍內(nèi)(±10 ℃)時(shí)間尺度誤差圖解；擴(kuò)散模擬位置見(jiàn)圖6

圖8 馬廠箐礦床B3脈(樣號(hào)ZK1103-354)石英鋁擴(kuò)散模擬圖Fig.8 Aluminum diffusion modeling of B3 vein quartz (No.ZK1103-354) at Machangqing deposit

4 討 論

4.1 馬廠箐斑巖礦床成礦熱液的時(shí)間尺度

馬廠箐斑巖礦床巖漿活動(dòng)持續(xù)時(shí)間的研究表明，始新世時(shí)期馬廠箐區(qū)域有3個(gè)巖漿期次，跨度2～3 Ma，其中鋯石U-Pb定年確定的斑狀花崗巖侵位時(shí)間為35.9～34.0 Ma，花崗斑巖侵位于約34.3 Ma[40，71]。此外，馬廠箐輝鉬礦Re-Os定年限定成礦時(shí)間為35.8～33.9 Ma，說(shuō)明馬廠箐礦床屬早新生代成礦事件的產(chǎn)物[72]。

本次研究利用電子探針測(cè)得石英陰極發(fā)光環(huán)帶亮部和暗部的元素，發(fā)現(xiàn)K元素和Fe元素在各石英脈中含量差別不大，Ti元素在石英-輝鉬礦脈(A2脈)中亮帶與暗帶交界處變化較大(圖5(c))，Al元素在石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)中亮帶與暗帶交界處變化較大(圖5(e)，圖8)。通過(guò)測(cè)定這些位置的元素含量發(fā)現(xiàn)，Ti元素分布與石英-輝鉬礦脈(A2脈)CL亮度具較強(qiáng)的相關(guān)性(圖6)，Al元素與石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)CL亮度具較強(qiáng)相關(guān)關(guān)系(圖8)。這種與石英生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性與前人測(cè)定的Ti和Al元素含量特征相同[26，40，70]。

利用石英中元素?cái)U(kuò)散年代學(xué)的方法研究斑巖礦床成礦時(shí)間尺度，可以將斑巖礦床熱液活動(dòng)時(shí)間尺度限定在幾十年到幾十萬(wàn)年之間[3]?，F(xiàn)有的擴(kuò)散模型通常應(yīng)用于存在多期次、周期性熱液活動(dòng)的超大型斑巖礦床，如Butte礦床[21]、Haquira East礦床[63]以及我國(guó)的玉龍斑巖礦床[7，73]和驅(qū)龍超大型礦床[74]。本文首次將擴(kuò)散年代學(xué)方法應(yīng)用于研究以馬廠箐礦床為代表的中小型斑巖礦床。研究表明，成礦時(shí)間尺度(主成礦階段約522.3 ka)明顯短于前人測(cè)定的Re-Os同位素結(jié)果(約1.9 Ma)。然而，與全球其他超大型斑巖礦床相比，馬廠箐礦床顯示出更長(zhǎng)的成礦時(shí)間尺度。對(duì)比其擴(kuò)散模型構(gòu)建過(guò)程，本文發(fā)現(xiàn)以馬廠箐為代表的中型及中小型斑巖礦床的成礦溫度(A2脈578～611 ℃，B3脈440 ℃)及成礦壓力(A2脈1.45 kbar，B2脈0.48 kbar)明顯低于已知的超大型礦床，這使馬廠箐礦床的起始擴(kuò)散溫度及元素?cái)U(kuò)散速率更低，從而得出更加“漫長(zhǎng)”的熱液脈沖過(guò)程。

4.2 元素?cái)U(kuò)散年代學(xué)在斑巖成礦系統(tǒng)的適用性探討

石英作為一種在各個(gè)階段都穩(wěn)定存在的礦物，是記錄巖漿-熱液活動(dòng)的重要載體。本文選取馬廠箐斑巖礦床熱液石英-輝鉬礦脈(A2脈)和石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)中生長(zhǎng)環(huán)帶結(jié)構(gòu)，通過(guò)分析得到其中元素?cái)U(kuò)散和時(shí)間尺度信息。其中Ti元素?cái)U(kuò)散模型顯示，A2脈熱液脈沖的時(shí)間尺度是10.5～57.5 ka(圖7)，而B(niǎo)3脈石英Al元素?cái)U(kuò)散時(shí)間約為522.3 ka，明顯短于前人研究。

前人通過(guò)對(duì)石英的擴(kuò)散模型研究發(fā)現(xiàn)，模擬得到的跨度較大的時(shí)間尺度可能與模擬過(guò)程中選擇的條件，如溫度和壓力等相關(guān)[1]。本次實(shí)驗(yàn)?zāi)M選取的壓力估測(cè)值來(lái)自流體包裹體測(cè)溫結(jié)果(即A2脈1.45 kbar，B3脈0.48 kbar)[53]，擴(kuò)散溫度選自對(duì)擴(kuò)散起始點(diǎn)溫度估測(cè)值。這種估測(cè)可能忽略了擴(kuò)散過(guò)程中熱液逐步冷卻而導(dǎo)致擴(kuò)散速率減小的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，在其他條件相同的情況下，擴(kuò)散時(shí)間隨擴(kuò)散距離的增加而增加，隨初始溫度(即擴(kuò)散速率)的增加而減少，鈦濃度梯度增加也會(huì)使擴(kuò)散時(shí)間增加(表2)。

構(gòu)建擴(kuò)散模型的位置選擇也是影響建模結(jié)果的重要因素。本文截取圖6部分位置進(jìn)行Ti元素電子探針?lè)治龊徒?，該處石英CL發(fā)光環(huán)帶細(xì)密，為多次熱液脈沖時(shí)混入過(guò)量Ti元素，導(dǎo)致擴(kuò)散不平衡，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以此次模擬反映了多次熱液脈沖的時(shí)間尺度，而非單一某次熱液活動(dòng)時(shí)間[7]。局部地方測(cè)得Ti和Al元素有過(guò)高的含量，和理論值有差別，是元素?cái)U(kuò)散不平衡的結(jié)果，會(huì)影響到模型結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

石英微量元素測(cè)定的分辨率和精度是影響擴(kuò)散模型精細(xì)化分析的重要因素。本次實(shí)驗(yàn)利用EMPA(束斑直徑為2 μm)得到元素含量，這種較低分辨率的測(cè)試手段可能會(huì)“覆蓋”石英結(jié)構(gòu)中高精度的元素含量變化。最新的研究表明[59，74]，石英中元素的擴(kuò)散往往是納米尺度的擴(kuò)散，需要在高精度分析的基礎(chǔ)上(<1 μm)，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器要求較高。例如，通過(guò)對(duì)單個(gè)石英陰極發(fā)光環(huán)帶進(jìn)行高精度Nano-SIMS分析(0.1 μm)，發(fā)現(xiàn)單次熱液脈沖時(shí)間范圍在760～1510 a之間[74]。該結(jié)果與本次研究得出的時(shí)間尺度相差較大。究其原因，除了選取的擴(kuò)散建模位置不同外(本次試驗(yàn)可能選取了多個(gè)而非單個(gè)石英環(huán)帶位置進(jìn)行擴(kuò)散模擬)，微量測(cè)試的分辨率和精度也對(duì)建模結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響。隨著研究的逐漸深入，元素?cái)U(kuò)散學(xué)還將會(huì)增加更多的理論與成果，屆時(shí)能夠補(bǔ)充更細(xì)節(jié)更全面的知識(shí)。

5 結(jié) 論

(1)馬廠箐礦床的脈體可劃分為成礦早階段石英-黑云母脈(EB脈)、石英-鉀長(zhǎng)石脈(A1脈)和石英-輝鉬礦脈(A2脈)，成礦主階段貧礦石英粗脈(B1脈)、石英-輝鉬礦-黃銅礦-黃鐵礦脈(B2脈)和石英-黃銅礦-黃鐵礦脈(B3脈)以及成礦晚階段方解石-石英-黃鐵礦脈(D脈)。

(2)早階段石英CL圖像中亮度與Ti元素含量關(guān)聯(lián)度更高，而主成礦階段石英CL亮度與Al元素關(guān)聯(lián)度更高。Fe、K元素在實(shí)驗(yàn)樣品中含量較低，故本文不做測(cè)試研究。

(3)馬廠箐礦床早階段成礦使用石英鈦擴(kuò)散模型限定得到的時(shí)間尺度為10.5～57.5 ka，與已發(fā)現(xiàn)的超大型礦床類似；而主成礦階段使用石英鋁擴(kuò)散模型限定的成礦時(shí)間尺度為522.3 ka，明顯久于已發(fā)現(xiàn)的超大型礦床。

(4)通過(guò)對(duì)擴(kuò)散模型構(gòu)建方法和測(cè)試手段的對(duì)比，本文進(jìn)一步提出模擬的溫度和壓力條件、模擬選取的位置、測(cè)試方法分辨率和精度等因素都可能會(huì)對(duì)元素?cái)U(kuò)散模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。

致謝：本文的完成離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)成員在野外和室內(nèi)工作的大力協(xié)助，實(shí)驗(yàn)分析得到了中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所和核工業(yè)北京地質(zhì)研究院實(shí)驗(yàn)人員的幫助，審稿人和編輯部提出了寶貴的意見(jiàn)和建議，使文章得以完善。在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。