基于电气石成分变化探索早前寒武纪中条山斑岩铜矿的变质改造过程

Early Precambrian porphyry Cu deposits are rarely distributed, and its difference in formation process comparing to Phanerozoic equivalents has been an international frontier and research hotspot. One of key problems to be solved in study of those ancient porphyry Cu deposits is to unravel the possible modification by orogenic/metamorphic process. The Tongkuangyu Cu deposit is considered a Paleoproterozoic porphyry deposit in China, and its ore-forming process is characterized by the presence of both magmatic hydrothermal mineralization and late stage superimposing vein mineralization. The project selects the Tongkuangyu deposit as the research object, and utilizes tourmaline of various occurrences and generations (magmatic, metamorphic and hydrothermal). Reveal fluid composition, source, and oxygen fugacity evolution by probing in-situ major/trace element, Fe oxidation state and boron isotopes. Clarify the relationship between mineralization and orogeny and through 40Ar-39Ar dating. This project will improve current understanding of geochemical behaviors of tourmaline during orogenic metamorphism and hydrothermal mineralization, and provide a new perspective for the study on early Precambrian porphyry Cu deposits.

早前寒武纪斑岩铜矿分布极少，其形成过程是否与显生宙斑岩铜矿相似一直是国际前沿和研究热点。剖析这些古老铜矿成因的核心问题之一是理清造山作用的影响机理和程度。中条山铜矿峪铜矿被认为是中国最古老的斑岩铜矿，其成矿特征既存在岩浆热液矿化的原生印迹，也展现出后期叠加改造的热液脉状矿化特征，因此是解析上述问题的绝佳对象。本项目以该矿床为研究对象，以不同产状、不同世代（岩浆、变质和热液）的电气石为独特切入点，进行先进的原位地球化学成分、铁氧化态测定、硼同位素分析以及40Ar-39Ar定年，揭示成矿流体性质、来源和氧逸度变化，构建成矿作用和造山作用的先后关系。本项目将加深对电气石在变质作用-热液矿化过程中的地球化学行为的认识，为研究早前寒武纪古老斑岩铜矿成因研究提供新的视角。

位于华北克拉通中部造山带内的山西中条铜矿峪铜（钴）矿床是我国最古老的斑岩型铜矿床。但由于该矿床叠加古元古代造山作用的强烈改造，斑岩型铜矿化和原生矿化如何活化再富集，仍然是不清楚。本项目选择不同产状和不同世代电气石，进行原位微区成分分析，如主量元素（EPMA）、微量元素（LA-ICPMS）、硼同位素（LA-MC-ICPMS）和铁价态分析（XANES）等。识别出沉积和岩浆来源的变质电气石以及热液成因电气石。暗示铜矿床在变质叠加改造过程存在多来源流体不同程度的热液改造。浸染状铜矿化的电气石硼同位素变化范围为3.4 ‰到-15.1 ‰，暗示存在多来源流体或者不同程度热液改造过程。围岩变基性火山岩（黑云母片岩）释放的流体硼同位素为7.7 ± 2.2 ‰，可为成矿流体提供重硼同位素。热液脉状矿化硼同位素为-8.1 ± 0.8 ‰（n=11），落在全球花岗岩中的电气石硼同位素变化范围内，暗示为花岗质岩浆热液。方柱石黑云母片岩中的电气石硼同位素变化范围-6.9到-9.3 ‰，暗示其原岩可能为岩浆热液矿化蚀变的岩石。但值得指出的是，中条群变质黑色页岩中的电气石硼同位素变化范围为-9.8到-8.5 ‰，目前仍无法排除陆源沉积岩参与成矿的可能。浸染状和脉状矿化的电气石均存在Fe价态的变化，可见流体氧逸度变化是控制金属迁移和富集的关键。黑云母片岩电气石的Co含量显著高于热液成因电气石，暗示变基性火山岩是变斑岩型铜矿床钴矿化的潜在钴来源。本项目依据电气石结构演化和地球化学特征，提出初始金属矿化可能与斑岩型岩浆热液矿化有关，但无法排除陆源沉积岩参与成矿的可能。电气石铁价态变化可以有效揭示铜钴金属活化与再富集的成矿过程。