石榴石和白钨矿成分对冈底斯努日矽卡岩型Cu-W-Mo矿床矿物成因和成矿流体的指示
热液矿物成分能够有效反映成矿流体的变化，尤其是矽卡岩型矿床中发育的不同期次或具有环带结构特征的矿物，其成分对于指示成矿流体成分、物理化学条件变化及流体演化过程具有重要意义。石榴石和白钨矿作为矽卡岩型矿床中常见的热液矿物，在成矿过程中具有多期次特征，尤其是石榴石常表现出环带结构，是研究成矿流体的良好对象。因此，中国地质科学院矿产资源研究所陈雷副研究员和中国科学院地质与地球物理研究所秦克章研究员、李光明副研究员等对西藏冈底斯成矿带努日大型Cu-W-Mo矿床中石榴石和白钨矿进行了详细的矿相学和原位成分分析，探讨了石榴石和白钨矿成分变化的控制因素，并反演了成矿流体和氧逸度变化特征，同时利用矿物成分特征指示下一步勘查方向。
努日Cu-W-Mo矿床（0.58 Mt Cu @0.73%, 0.21 Mt W@ 0.22% 和0.036 Mt Mo@0.06%）位于冈底斯东段南缘，铜和钨均达到大型规模，矿区内分布有大量钙质矽卡岩，发育有Cu、W、Mo矿化，而且矿化在水平方向和垂向上均具有明显的分带特征。在矽卡岩矿物分带和矿化空间分布特征的研究基础上，选取了矿区内分布于不同空间位置的石榴石和白钨矿进行了矿物结构和原位成分分析。矿相学研究显示，努日矿区内的石榴石部分表现出明显的成分环带（图1a），部分不具有环带结构（图1b）；CL图像显示该矿区白钨矿可以分为两期：Sch1和Sch2（图1c），其中Sch2常分布在Sch1的边缘处（图1d）。
图1 努日矿床中石榴石矿物结构特征（a和b），CL图像显示两期次特征
努日矿床的石榴石属于钙铝榴石-钙铁榴石系列（Adr64Grs34 ~ Adr91Grs8），稀土元素表现出富集LREE，亏损HREE，总体具有正Eu异常（图2a），并且Eu异常与石榴石中Fe含量总体呈正相关关系。结合石榴石端元组分、稀土元素及元素离子半径与价态特征，认为表面吸附机制和晶体化学替代机制共同控制了石榴石稀土元素特征（图2b）。努日矿床的白钨矿稀土元素与世界典型矽卡岩型W-Mo矿床中白钨矿成分类似（图2c），表现出富集LREE，亏损HREE，REE元素主要是替代白钨矿中的Ca2+晶格位置（3Ca2+ = 2REE3+ + [ ]Ca）。虽然石榴石和白钨矿的REE特征与根据成矿岩体估算的岩浆流体类似，但是石榴石总体表现出的正Eu异常、成分均一的核部和具有成分变化的外部环带，显示成矿流体是以岩浆流体为主，混合了少量外部酸性流体，而且REE元素主要以Cl的络合物形式迁移。由于努日白钨矿中REE主要是替代Ca2+晶格位置，因此Eu2+和Eu3+均可替代Ca2+，但由于离子半径的原因，Eu3+将优先进入到Ca2+位置中。同时氧逸度的降低将使得白钨矿中Mo6+逐渐被W6+代替，造成白钨矿中Mo含量降低。因此，白钨矿中Mo含量和δEu可以指示成矿氧逸度的变化。努日矿床中不同期次的白钨矿中Mo含量和δEu表现出不同的相关性，早期白钨矿（Sch1）中Mo含量和δEu呈正相关关系，而晚期白钨矿（Sch2）则表现出负相关关系（图2d），这表明成矿系统的氧逸度从矿化早期到晚期逐渐降低。此外，石榴石矿物成分中钙铁榴石的空间变化及其与Cu, Mo和W等成矿元素的正相关性，显示石榴石成分对于矿产勘查具有重要指示意义。
图2 努日矿床石榴石和白钨矿的稀土元素特征
该研究由第二次青藏高原科学考察项目(2019QZKK0806)、国家自然科学基金项目(41202056、41872092)和中国冶金地质总局合作项目共同资助。研究成果发表于国际矿床学期刊Ore Geology Reviews。文章信息：Chen L, Qin KZ, Li GM, Li JX, Xiao B, Zhao JX. 2020. In situ major and trace elements of garnet and scheelite in the Nuri Cu-W-Mo deposit, South Gangdese, Tibet: Implications for mineral genesis and ore-forming fluid records. 122, 10359. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2020.103549