斑巖型礦床是全球銅鉬的主要來源，提供了全球60%的銅和95%的鉬。通常認為斑巖型礦床的形成與長英質斑巖體的高度巖漿-熱液演化和巖漿后期強烈的流體交代作用密切相關。但是，在斑巖成礦模型中，這些所謂的巖漿-熱液過渡演化和流體交代成礦過程一直缺乏有效的、令人信服的礦物學記錄。
磷灰石是一種常見的副礦物，可形成于各類巖漿巖和變質巖中。由于其特殊的晶體結構，可接納復雜微量元素的替換，包括揮發性組分(F、Cl和H2O)和稀土元素等，是解析巖漿演化過程中揮發分地球化學行為的理想礦物。同時，磷灰石中含有較高的U和Th含量，常被用于U-Pb年代學研究。因此，磷灰石的礦物結構和成分可以有效限定復雜巖漿熱液成礦體系中的物理化學信息，例如結晶時間、氧逸度、揮發分和水含量等，是研究成巖成礦過程的理想“礦物探針”。
東北地區是我國乃至全球最重要的鉬成礦帶之一，區內發育有大量典型的斑巖型鉬礦床。中國科學院廣州地球化學研究所牛賀才研究員團隊博士生屈潘，通過利用磷灰石礦物探針的方法，對我國東北大黑山超大型斑巖鉬礦中的磷灰石開展了精細礦物學和地球化學研究。主要獲得以下認識：
成礦斑巖體中發現了核部（Type-A1）和邊部（Type-A2）兩類磷灰石（圖1a），其中磷灰石核部僅發育熔體包裹體，而邊部大量發育熔體-流體包裹體和流體包裹體。核和邊部的界限呈不規則港灣狀，表明磷灰石經歷過溶解-再沉淀（圖1a），是巖漿-熱液過渡演化的典型特征。磷灰石地球化學特征顯示，晚期巖漿-熱液成因磷灰石具有相對虧損的Na和S含量和富集的REE和Th含量。
圖1 成礦斑巖中磷灰石及其U-Pb年代學
圍巖中也發現兩類磷灰石：被原生黑云母包裹的原生磷灰石（Type-B1；圖2a）和呈他形且顯著受流體交代和改造的磷灰石（Type-B2；圖2b）。交代磷灰石表面呈網脈狀穿插，沿其裂隙發育大量的次生流體包裹體。相比于原生磷灰石，交代磷灰石發生了LREE虧損，具有明顯稀土四分組效應和高的147Sm/144Nd同位素比值，說明該類磷灰石經歷過強烈的熱液改造作用，其元素和同位素組成已經受到了顯著的重置。
圖2 圍巖中磷灰石及其U-Pb年代學
磷灰石U-Pb年代學結果顯示，圍巖中改造的磷灰石與斑巖中巖漿-熱液成因磷灰石具有相似的U-Pb年齡，分別為171.4±2.3 Ma和171.5±2.4 Ma（圖1b, 2c）。同時，圍巖中改造的磷灰石的Sr-Nd同位素組成與斑巖中磷灰石相似，卻與圍巖中原生的磷灰石顯著不同，這表明導致圍巖發生強烈蝕變的流體很可能直接來源于成礦斑巖出溶的流體。此外，圍巖中改造的磷灰石具有相對較低LREE且含有多相子晶流體包裹體，這指示成礦流體具高鹽度、富Cl的特征，是斑巖鉬成礦的關鍵。
上述研究表明，磷灰石是斑巖體系中巖漿-熱液演化的有效“礦物探針”，其結構和地球化學特征可以有效約束斑巖成礦體系的復雜巖漿-熱液過程（圖3）。
圖3 東北大黑山斑巖成礦體系中磷灰石的形成和演化示意圖
相關成果受國家重點研發計劃(2016YFC0600403)和國家自然科學基金委(42122023)的資助，論文發表在國際地學主流學術期刊GSA Bulletin上。
論文中數據在中國科學院廣州地球化學研究所公共技術服務中心完成。
論文信息：Qu, P., Yang, W.B*., Niu, H.C, Li, N.B. and Wu, D., 2021, Apatite fingerprints on the magmatic-hydrothermal evolution of the Daheishan giant porphyry Mo deposit, NE China. Geological Society of America Bulletin.
