摘要
沿金沙江—哀牢山断裂带，分布一条NW向的富碱斑岩带。近年来在该带中段发现大量与富碱斑岩具有密切成因联系的金铜钼矿床，因此，富碱斑岩的成因机制是研究带内矿床的关键钥匙。本文以富碱斑岩带中段的九顶山、宝丰寺岩体为研究对象，运用全岩主、微量及Sr-Nd同位素方法，探讨该区内富碱斑岩的地球化学特征、岩石成因及源区性质。主量元素结果显示高K2O、Na2O，强烈富碱，属高钾钙碱性—钾玄岩系列，过铝质（A/CNK=0.79～1.28）；微量元素结果显示强烈富集轻稀土元素,轻重稀土明显分馏（（La/Yb）N =8.38～55.50），轻微 Eu负异常（δEu=0.61～0.82），Ce异常不明显，富集 Rb、Th、U、K和 La等大离子亲石元素，亏损高场强元素，显示“TNT”异常。Sr-Nd同位素的研究分析暗示岩浆发生过混合作用。区内岩石主、微量元素地球化学特征相似，为同源岩浆产物；具有埃达克质岩石的岩石类型和矿物组合特征，为C型埃达克岩，岩浆起源于加厚下地壳的熔融作用，并伴有地幔物质的加入，经历了较为显著的壳幔混合作用。
Abstract
In recent years, a large number of gold-copper-molybdenum deposits closely related to the formation of alkali-rich porphyry have been discovered in the central section of thenorthwest-trending alkali-rich porphyry belt along the Jinshajiang-Ailaoshan Suture Zone in Southwest China. Thus, the genetic mechanism of alkali-rich porphyry is gradually being recognized as the key to studying the deposits within the belt. Using major and trace element whole-rock analyses, along with Sr-Nd isotope methods, we investigated the geochemical characteristics, petrogenesis, and source region properties of the alkali-rich porphyry from Jiudingshan and Baofengsi in the central section of the alkali-rich porphyry belt. The major element results indicated high K₂O and Na₂O contents which showed strong alkali enrichment and would classify the rocks as high-potassium calc-alkaline to potassic basalt series with a peraluminous nature (A/CNK = 0.79-1.28). The trace element results showed strong enrichment of light rare earth elements with a notable fractionation between light and heavy rare earth elements ((La/Yb)ₙ = 8.38-55.50). There are slight negative Eu anomalies (δEu = 0.61-0.82) and no significant Ce anomalies. The samples were also enriched in large-ion lithophile elements such as Rb, Th, U, K, and La, but show a depletion of high-field strength elements, indicating a "TNT" anomaly. The Sr-Nd isotope analysis suggests that the magma underwent mixing. The major and trace element geochemical characteristics of the rocks in the area are similar, indicating they were products of the same magma. They exhibit the rock types and mineral assemblages characteristic of adakite, classified as C-type adakitic rocks. The magma originated from the melting of a thickened lower crust, with the addition of mantle material, and underwent significant crust-mantle mixing.
0 引言
新生代以来，青藏高原东南缘的金沙江—哀牢山构造带发生过剪切走滑活动，并伴有强烈的岩浆活动，形成了一条沿金沙江—哀牢山—红河断裂带展布超 2000 km 的富碱斑岩带（Chung et al.，2005； Xia et al.，2011；董晓涵等，2023）；近年来在该带中段发现大量与富碱斑岩具有密切成因联系的金铜钼矿床，因此，富碱斑岩的成因机制是开展带内矿床研究的关键钥匙。富碱斑岩已成为认识地球深部的重要“窗口”（莫宣学等，2009；张泳，2017），其岩石成因揭示金沙江—哀牢山—红河断裂带的演化历史，对同时期含矿斑岩成因及成矿规律的研究有重要意义（陈喜峰等，2015；Xu et al.，2016；Hou et al.，2017；温利刚等，2017；武靖凯等，2019）。富碱斑岩的地球化学研究已成为当前地学研究热点之一，前人就地质特征、岩石学、地球化学、成岩成矿构造、成岩成矿动力学等方面对富碱斑岩带进行较多研究，为探讨富碱斑岩准确的成岩时期及岩石成因、岩浆源区性质及岩浆演化提供有力依据。
前人通过锆石SHRIMP、锆石LA-ICP-MS U-Pb 法等测得该区内岩石年龄集中在 37.2~29 Ma（谢应雯和张玉泉，1995；Liang et al.，2007；楚亚婷等， 2011；郭晓东等，2012；王潇逸等，2022；张露等， 2023）。基于已有的年代学数据，认为九顶山、宝丰寺岩体形成时代是古近纪渐新世（E3），与滇西新生代富碱岩浆活动高峰期（45～30 Ma）为同一时限（喻学惠等，2008），是喜马拉雅早—中期岩浆产物，但关于其岩石成因及源区性质尚未取得一致认识。据此，本文以金沙江—哀牢山斑岩带中段的九顶山和宝丰寺岩体为研究对象，通过主微量元素及 Sr-Nd 同位素测试，讨论该区内富碱斑岩的地球化学特征、源区性质及岩石成因，探讨其构造环境。研究其地球化学特征及岩石成因，有助于探明区内斑岩演化历史与形成过程，丰富矿床的成矿规律，也可为研究三江区域构造—岩浆—成矿过程提供理论依据。
1 区域地质背景与岩石特征
1.1 区域地质背景
研究区位于云南大理地区，东经 100°22'7.00″~100°30'45.70″，北纬 25°31'14.30″~100°30'45.70″，属青藏高原东南缘，大地构造位置处于扬子板块西缘，三江构造带中段（李其在等，2023）。新生代以来，金沙江—哀牢山断裂经历多期次左行走滑活动，强烈的富碱岩浆活动，导致带内形成侵位斑岩体，主要分布在金沙江—哀牢山断裂带的两侧，这些富碱斑岩体的侵位受控于金沙江—哀牢山断裂，形成的富碱斑岩带就是金沙江—哀牢山富碱斑岩带（毕献武等，2005），九顶山岩体与宝丰寺岩体均分布于金沙江—哀牢山大断裂与宾川—程海深部大断裂所夹持的三角区域的南部，均为该带组成部分（图1a）。
九顶山岩体侵位于古生界下奥陶统向阳组粉砂岩、石英砂岩、炭泥质细砂岩、带状灰岩、泥质白云岩透镜体及下泥盆统康郎组灰岩和第四系（葛良胜等， 2002）。研究区内构造较复杂，呈多期多阶段活动，主要有NW向金沙江—哀牢山大断裂、NE向断裂及近 EW 向的隐伏断裂构造（刀艳等，2013）。九顶山岩体呈多期次侵入，由花岗斑岩和二长斑岩组成，以岩株、岩脉、岩墙或岩床等产状产出（图1b）。
宝丰寺岩体位于三江成矿带中部（徐恒等， 2015），因受喜马拉雅期印度—欧亚板块碰撞效应的远端影响，岩浆活动强烈，构造发育有NW向、NE 向和近 EW 向 3组断层。宝丰寺岩体由黑云母花岗斑岩组成（图1c），沿 NW 向断裂以岩株岩墙侵入到志留系、泥盆系、二叠系、石炭系组成的褶皱核部。
1.2 岩石学特征
二长斑岩（图2a）：半自形不等粒结构，斑状结构，斑晶含量40%～65%，斑晶为钾长石、斜长石、角闪石、黑云母、石英，基质与斑晶成分相似，细粒— 微粒结构，副矿物可见榍石、磷灰石、锆石。斜长石斑晶 2~25 mm，斜长石发育聚片双晶和环带结构。钾长石斑晶粒度 2~15 mm（图2f），见条纹长石结构和卡式双晶（图2c）。
花岗斑岩（图2b）：半自形不等粒结构，斑状结构，斑晶 50%～65%，斑晶为石英、钾长石、斜长石、角闪石、黑云母，基质与斑晶相似，微粒结构，见斜长石聚片双晶和环带结构（图2d、e）。副矿物为磷灰石和榍石，见少量黄铁矿和黄铜矿，为含矿斑岩。石英斑晶粒度 1~8 mm。见黑云母呈绿色—褐色及黑云母暗化边结构。角闪石已绿泥石化。
2 分析测试方法
从研究区内采集 25 件新鲜且无蚀变的富碱斑岩样品进行岩石地球化学分析，全岩主量元素在中国地质大学（北京）国家重点实验室（GPMR）采用 X 射线荧光光谱法（XRF）完成测试。其中 SiO2、TiO2、Al2O3、TFe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O 分析不确定度<3%，而 MnO、P2O5的分析不确定度<5%。测试温度为20℃，湿度25%，仪器功率为1.1 kW，载气压力为 34 PSI，样品提升量为1.4 mL/min。
图2富碱斑岩野外和显微镜下照片
a—九顶山岩体二长斑岩；b—宝丰寺岩体花岗斑岩；c—钾长石卡式双晶，角闪石解理和解理角；d—斜长石聚片双晶；e—斜长石环带结构和钾长石卡式双晶；f—花岗斑岩大钾长石斑晶；g—黑云母蚀变； h—斜长石蚀变；Kfs—钾长石；Pl—斜长石；Bi—黑云母；Am—角闪石
全岩微量元素在上谱分析科技有限责任公司采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）完成测试。
本研究选择 XY1503、XY1507、XY1518 及 BC1501、BC1510、BC1513 共 6 件样品送往中国地质大学（北京）国家重点实验室（GPMR），采用热电离质谱仪（TIMS）进行Sr-Nd 同位素测试分析。实验过程中严格按照国际标准测试方法监控分析流程。
通过上述测试，共得到主量元素和微量元素数据各25套，Sr-Nd同位素数据6套。
3 九顶山和宝丰寺富碱斑岩地球化学特征
本研究共完成 25 件岩石地球化学样品分析。研究区富碱斑岩元素分析结果见表1。
3.1 九顶山岩体
九顶山岩体的二长斑岩 SiO2含量为 60.24%～69.45%，Na2O 含量为 3.11%～4.38%，K2O 含量为 4.43%～6.76%，全碱（K2O+Na2O）含量为 8.19%～10.17%；里特曼指数 σ 为 2.54～5.27，属钙碱—碱性系列。九顶山二长斑岩显示高K2O、高Na2O，强烈富碱，在TAS图解中（图3d）样品落在二长岩、石英二长岩区域。在K2O-Na2O图解中（图3a），样品均落在钾玄岩系列区域；在SiO2-K2O图解中（图3b）上，样品点均落于钾玄质系列。该岩体花岗斑岩 SiO2含量为 68.04%～78.53%，Na2O含量为1.49%～4.71%，K2O含量为 3.98%～5.03%，全碱（K2O+Na2O）含量为 6.47%～9.44%；里特曼指数 σ 为 1.14～3.55，属钙碱—碱性系列。九顶山花岗斑岩展现高 K2O、高 Na2O，强烈的富碱特征，在TAS图解中（图3）样品落在花岗岩区域及边界。在K2O-Na2O图解（图3a），样品落在高钾钙碱性系列；在SiO2-K2O图解（图3b）上，样品均落在高钾钙碱性系列区域及边界（图3b）。样品的Al2O3含量为10.01%～16.53%，铝饱和指数A/CNK =0.85～1.28，在 A/NK-A/CNK 铝饱和指数图解（图3c）上，样品落在过准铝质—铝质区；哈克图解（图4） 中可见，TiO2、TFe2O3、CaO、P2O5、MgO、与 SiO2之间呈较好的负相关，Na2O与SiO2之间则呈较好的正相关。
二长斑岩稀土元素含量相对较高，∑REE 为 171.27×10-6～738.88×10-6，LREE 强烈富集，LREE/ HREE 值为 7.44～20.29，轻重稀土元素分馏明显，（La/Yb）N 值为 15.08～55.50，δEu 为 0.61～0.79，显示轻微Eu异常，δCe为0.89～0.95，Ce异常不明显。花岗斑岩稀土元素含量相对较高，∑REE 为 63.35× 10-6～277.35×10-6，LREE 强烈富集，LREE/HREE 值为 5.18～14.28，轻重稀土元素分馏也很明显，（La/ Yb）N值为 8.38～39.63，δEu 为 0.55～0.82，显示轻微 Eu异常，δCe值为0.85～0.93，Ce异常不明显。
在原始地幔标准化图中（图5c），显示富集 Rb、 Th、U、K和La等大离子亲石元素，亏损高场强元素，明显亏损 Ta、Nb、Ti，显示出“TNT”异常。九顶山系列样品的Rb/Sr范围为0.08～2.28。
3.2 宝丰寺岩体
宝丰寺岩体二长斑岩 SiO2 含量为 61.92%～6 6.29%，Na2O 含量为 3.81%～5.10%，K2O 含量 4.32%～5.84%，全碱（K2O + Na2O）含量为 8.35%～10.92%；里特曼指数 σ 为 3.27～5.37，属碱性系列。宝丰寺二长斑岩显示高 K2O、高 Na2O和强烈富碱特征，在 TAS 图中，样品落在石英二长岩区域及边界上。在 K2O-Na2O 图（图3a）中，样品均落在钾玄岩系列区域；在 SiO2-K2O 图（图3b）上，样品均落在钾玄质系列内。该岩体的花岗斑岩 SiO2 含量为 61.92%～66.29%，Na2O 含量为 3.81%～5.10%，K2O 含量为 4.32%～5.84%，全碱（K2O + Na2O）含量为 8.35%～10.92%，里特曼指数 σ 为 3.27～5.37，属碱性系列。宝丰寺花岗斑岩特征与其二长斑岩相近。在 TAS 图中（图3d），落在花岗岩区域及边界上，在 K2O-Na2O 图（图3a）中，样品点落在钾玄岩系列区域；在 SiO2-K2O 图（图3b）上，样品均落在高钾钙碱性系列区域。样品 Al2O3含量为 13.99%～17.79%，铝饱和指数 A/CNK=0.79～1.06，在 A/NK-A/CNK 铝饱和指数图（图3c）上，样品落在准铝质—过铝质区。哈克图解（图4）中观察，TiO2、TFe2O3、CaO、P2O5、MgO 与 SiO2之间呈现较好的负相关，而 Na2O 与SiO2之间则呈现出较好的正相关。
二长斑岩的稀土元素含量相对较高，∑REE 为 104.75×10-6～372.41×10-6，LREE 强烈富集 LREE/ HREE 值为 5.74～16.94，轻重稀土元素分馏明显，（La/Yb）N值为 8.87～41.41。δEu=0.70～0.80，显示轻微 Eu 异常，δCe 值为 0.84～0.87，显示轻微负 Ce 异常，个别样品除外（BC1513（δCe 值为 1.06）、BC1514 （δCe 值为 1.29））。花岗斑岩的稀土元素含量也相对较高，∑REE 为 414.69×10-6～439.14×10-6，LREE 强烈富集，LREE/HREE 值为 18.25～17.31，轻重稀土元素分馏明显，（La/Yb）N值为 42.18～46.14，δEu值为 0.73～0.75，显示轻微 Eu 异常，δCe=0.92～0.94， Ce异常不明显。
在原始地幔标准化图中（图5d），明显富集 Rb、 Ba、U、K 和 La 等大离子亲石元素，且相对亏损 Ta、 Nb、Ti等高场强元素，也显示出“TNT”异常。宝丰寺系列样品的Rb/Sr范围为0.01～0.14。
图3研究区样品岩石系列划分和岩石类型图解
a—K2O-Na2O图解（底图据Le，2002）；b—SiO2-K2O图解（底图据Le，2002）；c—A/NK-A/CNK铝饱和指数图解（底图据Maniar and Piccoli， 1989）；d—TAS图解（底图据Middlemost，1994）
图4主量元素哈克图解（玉龙斑岩据Jiang，2004）
表1研究区内主微量元素测试结果
注：主量元素质量分数单位为%；微量元素和稀土元素质量分数单位为10-6。
综上，研究区内二长斑岩为过铝质，钙碱—碱性系列钾玄质富碱斑岩；区内花岗斑岩为过铝质、钙碱—碱性系列高钾钙碱性富碱斑岩。研究区样品的 TiO2、TFe2O3、CaO、P2O5、MgO 与 SiO2之间均呈较好的负相关，而Na2O与SiO2之间则呈现出较好的正相关（图4）。区内样品 LREE 强烈富集，LREE 和 HREE分馏明显，显示微弱 Eu异常。由稀土元素配分模式图（图5a、b）可知，两岩体稀土分配曲线形态相似，表现轻稀土富集重稀土亏损的右倾型平滑曲线，这种LREE富集是地幔流体参与成岩的标志（肖继雄等，2012）。本文样品富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，明显亏损 Ta、Nb、Ti，显示“TNT”异常，除个别样品外，Sr 高含量（299.73×10-6～1818.43×10-6），微量元素配分曲线形态相似，暗示研究区内富碱斑岩为同源岩浆的作用产物。
3.3 Sr-Nd同位素
选取九顶山岩体及宝丰寺岩体样品各 3 件 （XY1503、XY1507、XY1518 及 BC1501、BC1510、 BC1513）进行全岩 Sr-Nd 同位素测试，数据结果见表2。6件样品显示Sr同位素初始比值较低，87Sr/86Sr 值为0.706479～0.708520，Nd同位素初始比值较低， 143Nd/144Nd 值为 0.512208～0.512408，εNd（t）的值为-3.9～-7.9，表现为亏损，Nd 同位素的模式年龄 TDM（Ga）为 1.16～1.00 Ga，Nd 同位素的二阶段模式年龄 T2DM（Ga）为1.49～1.18。
所测得87Sr/86Sr（i）值高于原始地幔值 0.7045，所测得的143Nd/144Nd（i） 值低于原始地幔现代值 0.512638，测得的 εNd（t）有一定变化范围，暗示岩浆发生过混合，物质来源于地壳或富集地幔源。
表2研究区富碱斑岩全岩Sr-Nd同位素测试结果
4 讨论
4.1 富碱斑岩岩石类型
埃达克岩是具有特定地球化学性质的一类岩石，是由年轻的洋壳俯冲部分熔融所形成的火山岩或玄武岩，主要形成于岛弧的构造背景（Defant，1990）； 地球化学特征一般表现为 w（SiO2）≥56%，w（Al2O3）≥ 15%，w（MgO）≤3%，富钠（3.5%≤w（Na2O）≤7.5%），具有相对低的K2O/Na2O（<0.42），且高MgO#（>0.47），REE 元素强烈分异，富集轻稀土元素，Y和重稀土元素含量较低 w（Y）<18×10-6，w（（La/Yb）N）＞20×10-6，w（Yb）≤ 1.9×10-6，Sr含量较高（>400×10-6），且Ni、Cr含量一般较高，Eu呈微弱负异常，高场强元素相对亏损。
九顶山、宝丰寺岩体的岩性为二长斑岩和花岗斑岩，主要矿物为斜长石、钾长石、角闪石、石英、黑云母，副矿物为磷灰石、榍石、锆石及不透明矿物，斑晶为钾长石、斜长石、角闪石、石英、黑云母，基质与斑晶矿物组合相似，具有埃达克质岩石的岩石类型和矿物组合特征，与增厚下地壳的部分熔融作用相关，为C型埃达克岩。
研究区内的富碱斑岩主量元素显示典型的埃达克质岩石的高硅、富钾、高铝、低镁的特征。（La/ Yb）N-YbN 图显示（图6a），多半落在埃达克岩区域内，个别样品落在经典岛弧区域与埃达克岩相重叠的区域内，也显示明显的埃达克质岩石的微量元素地球化学特征。由此可见，九顶山、宝丰寺富碱斑岩为一种埃达克质的岩石类型。位于研究区西北部的玉龙斑岩同属金沙江—哀牢山富碱斑岩带的重要组成部分（白涛等，2019；杜斌等，2022），玉龙斑岩落在埃达克区域内，指示玉龙斑岩也是一种埃达克质的岩石，这也与本文研究的富碱斑岩有地球化学相似性，推测成因有一定的联系。
4.2 富碱斑岩的源区性质
在板块碰撞导致的下地壳加厚地区可形成埃达克岩（张旗和王焰，2001）。结合三江地区的大地构造背景，本文岩石应属C型埃达克岩，主要是加厚下地壳底部的部分熔融作用形成的。由哈克图解可见，样品的 SiO2 与其他主量元素（TiO2、TFe2O3、 CaO、P2O5、MgO）之间呈现良好的线性相关关系，稀土元素与微量元素配分模式曲线分别具有大致相同的变化趋势，表明区内富碱斑岩岩浆来源于同一源区，揭示了研究区内富碱斑岩为同源岩浆的作用产物。样品富集大离子亲石元素，相对亏损高场强元素，与滇西加厚下地壳埃达克质岩石的微量元素分配模式相似（李其在等，2023），表明成因与加厚下地壳熔融相关。
本文的87Sr/86Sr（i）值较为相似，且 εNd（t）值均小于零，表明岩浆来自古老地壳物质的重熔（Allègre and Ben，1980；刀艳等，2015）。在 MgO-SiO2 图中 （图6b），样品全部落在加厚下地壳熔融形成的埃达克岩范围内，也与前面推测研究区内富碱斑岩属 C 型埃达克岩吻合，指示由加厚下地壳熔融形成的，加厚地壳重熔形成的岩浆会有斜长石的分离结晶，显示较为明显的Eu异常，而研究区内的样品无明显的 Eu 异常或显示轻微的 Eu 负异常，说明岩浆在起源过程中没有明显的斜长石的分离结晶，这也说明研究区内富碱岩浆并不是直接起源于下地壳的重熔。
一些仅在幔源岩石中富集的元素如Cr、Ni等在本文也显示了较高含量，其中 Cr 的平均含量为 78.09×10-6，Ni 的平均含量为 27.68×10-6，Cr、Ni 含量变化范围较大，显示部分元素与岩浆源区组分的不均一性，部分岩石Cr、Ni元素含量高，表明部分加厚地壳的熔体与源自地幔的富碱岩浆发生了岩浆混合作用。
石榴子石的形成受 Y 和 HREE 的控制，而研究区内富碱斑岩中 Y 和 HREE 含量均较低，指示岩浆源区物质在熔融过程中有石榴子石矿物相的形成，使得所产生的岩浆表现出Y和HREE含量均较低的现象，进一步暗示区内成岩物质有地幔物质的加入。碰撞造山环境中形成的含矿斑岩为高钾钙碱性系列和钾玄岩系列（侯增谦，2003；刀艳等， 2014），其中的成岩物质来自源于上地幔，而本文富碱斑岩中有含矿斑岩，同属高钾钙碱性系列和钾玄岩系列，再次证明成岩物质中有地幔物质的注入； 幔源物质注入地壳的岩浆区，才能使古老地壳的重熔形成含矿岩浆（李峰等，2010），又证实了含矿富碱岩浆有地幔物质的参与。
玉龙斑岩和研究区内富碱斑岩样品均位于壳幔混合线两侧（图7），集中在地壳—地幔的过渡区，证明是地壳物质与地幔物质混合导致了岩浆的形成，因此岩浆具有壳-幔混合的特点；此外，有学者在该区发现的镁铁质深源暗色包体也证明此岩体是加厚下地壳熔融的花岗质岩浆与幔源岩浆混合所致（郭晓东等，2011）；张民等（2014）认为加厚地壳熔融形成的埃达克质岩浆与幔源岩浆混合作用导致了该区岩体形成，与本文结果不谋而合。综上，富碱岩浆经过加厚下地壳的熔融作用，并有地幔物质加入，经历了较为显著的壳幔岩浆混合作用。
5 结论
本文通过研究九顶山和宝丰寺富碱斑岩的主量元素、微量元素及全岩地球化学和Sr-Nd同位素，得到以下结论和认识：
（1）九顶山、宝丰寺富碱斑岩微量元素配分模式曲线相似，为同源岩浆产物。
（2）研究区内富碱斑岩与埃达克质岩石的岩石类型、矿物组合特征吻合，主量元素、微量元素均显示埃达克质岩石的地球化学特性，表明九顶山、宝丰寺富碱斑岩属C型埃达克岩。
（3）研究区内富碱岩浆经过加厚下地壳的熔融作用，并有地幔物质的加入，经历了较为显著的壳幔岩浆混合作用。
致谢 两位审稿专家和编辑对本文修改中提出的建设性意见，特此感谢！