铜卢山（Tonglushan）Cu–Fe–Au矽卡岩矿床（东洞区，Edong district）的石榴石微观结构与地球化学特征：对流体演化及矽卡岩矿化过程的启示

《Journal of Geochemical Exploration》：Garnet microtextures and geochemistry of the Tonglushan Cu–Fe–Au skarn deposit (Edong district): Constraints on fluid evolution and skarn mineralization

　　张明|李向洲|严子青|尚世超|黄万|赵燕燕|周嘉明|刘晓阳|黄静贵|谭军
中国地质大学地球资源学院，武汉，430074，中国

摘要
矽卡岩系统通常保留着矿物尺度的地球化学特征，这些特征可用于约束矿床形成过程并提供有效的勘探方向。在这项研究中，我们结合了原位黑云母RbSr地质年代测定、详细的岩石学观察以及对不同矽卡岩带中石榴石的主要和微量元素分析，以评估桐庐山Cu–Fe–Au矽卡岩矿床中的流体演化和地球化学导向指标。与矿石相关的黑云母显示RbSr等时线年龄为136.8±4.2 Ma，表明矽卡岩矿化与早白垩世岩浆活动在时间上相关。石榴石成分显示从矽卡岩化大理石和内矽卡岩中以榍石为主的组合（含有少量富铁区域）逐渐过渡到含矿外矽卡岩中的富铁钙铝榴石。高场强元素（HFSE）丰度、稀土元素（REE）模式、REE–Y关系以及Y/Ho比的变化记录了热液系统从低水/岩比、相对封闭的状态向高通量、更开放的热液系统的逐步演化过程，这一过程以强烈的流体-岩石相互作用为特征。外矽卡岩中石榴石的振荡分区发展提供了独立显微结构证据，表明在主要矿化阶段存在间歇性的高通量流体渗透。Fe3+含量的增加和强烈的正Eu异常进一步反映了矽卡岩形成过程中氧逸度、流体酸度和Cl?活性的耦合演化，这促进了Cu–Fe–Au的有效运输和沉淀。含矿外矽卡岩阶段代表了系统开放度和成矿效率的最高峰。富钙铝榴石含量、明显的振荡分区、轻稀土元素（LREE）富集、陨石标准化REE模式上的稳定正Eu异常以及Y/Ho比值相对于侵入岩整体Y/Ho比值的变化，被确定为指向含矿区的矿物学和地球化学标志。这些结果表明，石榴石地球化学为桐庐山矿床及类似侵入相关矽卡岩系统的勘探提供了有效的地球化学框架。

引言
矽卡岩矿床是全球重要的Fe、Cu、Au、W和Mo来源，它们通过中性至酸性侵入体与碳酸盐围岩之间的强烈流体-岩石相互作用形成（Meinert等人，2005；Chang等人，2019；Xie等人，2015）。其形成过程的特点是岩浆流体输入、不断变化的水-岩比以及快速变化的物理化学条件之间的动态耦合，导致复杂的矿物分区模式和多阶段金属沉淀（Jamtveit和Hervig，1994；Gaspar等人，2008；Chu等人，2023）。因此，约束矽卡岩系统中成矿流体的空间和时间演化对于改进成因模型和开发有效的地球化学导向策略至关重要。在这方面，石榴石作为大多数钙质矽卡岩中的主要造岩矿物，为矽卡岩形成过程提供了可靠的记录（Jamtveit等人，1993；Reinhardt等人，2025；Wang等人，2026）。主要元素组成（如榍石-钙铝榴石比例）、微量元素丰度和稀土元素（REE）系统的变化敏感地记录了氧化还原条件、流体酸度、氯化物活性和金属传输效率的变化（Bau，1991；Jamtveit等人，1995；Allen和Seyfried Jr，2005；Park等人，2017），而生长分区则保留了流体通量波动和非平衡生长条件的高分辨率记录（Jamtveit等人，1992；Park等人，2017；Jiang等人，2023）。因此，对石榴石的综合性岩石学和原位地球化学研究为连接流体演化、矿物生长动力学和矽卡岩中的矿床形成提供了有效方法（Zhu等人，2023；Zhu等人，2026）。尽管对中国东部矽卡岩矿化进行了大量研究，但在矿床尺度上仍有一些基本问题尚未得到充分解决。在桐庐山Cu–Fe–Au矽卡岩矿床中，以往的地质年代学约束主要依赖于锆石、钛铁矿和石榴石的UPb测年，而来自与矿石相关的热液矿物的直接年龄约束仍然有限（Li等人，2010；Zhang等人，2019；Ge等人，2023）。此外，尽管已经报道了东洞地区几个矽卡岩矿床的石榴石地球化学特征，但整合不同空间矽卡岩带中石榴石成分并定量评估其对流体演化和系统开放度影响的系统数据集仍然很少（Qiu等人，2024）。因此，从弱矿化阶段到含矿阶段的 water-rock相互作用强度、物理化学条件和热液系统开放度的时间演化仍然不够明确。桐庐山矿床由于其发育良好的矽卡岩分区、清晰的共生关系以及与早白垩世侵入体的紧密空间关联，为解决这些问题提供了理想的环境。先前关于桐庐山矿床中石榴石的研究已经记录了其显微结构、地球化学和地质年代学意义（Ji等人，2018；Ge等人，2023；Zhang等人，2023）。矽卡岩化大理石、内矽卡岩、贫瘠外矽卡岩和含矿外矽卡岩的存在使得能够系统地评估不同矽卡岩形成阶段的矿物化学变化和流体演化。在这项研究中，我们将与矿石相关的黑云母的原位RbSr地质年代测定与不同矽卡岩带中石榴石的详细岩石学观察和主要及微量元素分析相结合。该数据集用于约束矽卡岩矿化的时间，并重建成矿流体的演化过程，包括系统开放度、水-岩石相互作用强度和物理化学条件。通过将石榴石生长特征与流体演化和金属沉淀联系起来，本研究旨在提高对控制矽卡岩形成的动态过程的理解，并识别适用于矽卡岩型Cu–Fe–Au矿床勘探的矿物学和地球化学指标。

区域地质
东洞地区位于中下扬子河金属带（MLYRB）的最西端，是中国最重要的矽卡岩型Fe–Cu–Au金属矿床省份之一。除了Fe–Cu–Au矽卡岩矿床外，该地区还拥有矽卡岩型CuW矿床和斑岩型CuMo矿床（Li等人，2008；Zhao等人，2025）。在MLYRB定义的七个岩浆-金属带中，东洞地区由Tan–Lu断层在结构上界定了其边界。

矿床地质
桐庐山矿床位于杨新岩基体的西北边缘（图1b），靠近大冶复合向斜的南翼与NNE走向的江桥–夏卢断层带的交点（Shu等人，1992）。它是东洞地区最大且经济上最重要的矿床，以Cu–Fe–Au矿化为主，并伴有Ag、Co、Ga、In、Se、Te、Mo和Re的富集（Li等人，2014）。

样品和分析技术
系统地收集了与磁铁矿矿化在空间和共生关系上相关的黑云母样品，以约束桐庐山矿床中矽卡岩矿化的时间。此外，还从不同的空间区域采集了石榴石样品，包括矽卡岩化大理石、内矽卡岩、贫瘠外矽卡岩和含矿外矽卡岩，以便进行全面的主要和微量元素地球化学分析。

黑云母RbSr地质年代测定
选择了与磁铁矿在空间上相关联的黑云母颗粒进行原位RbSr等时线测定，分析数据列在补充表S1中。岩石学观察表明黑云母颗粒与磁铁矿矿化之间存在一致的纹理关联（图3）。LA-ICP-MS分析显示分析颗粒中的Rb/Sr比值范围广泛，适合构建可靠的等时线。所有分析数据定义了一个相关性良好的线性关系。

矽卡岩矿化的时间
以往对桐庐山矽卡岩矿床的地质年代学研究主要集中在钛铁矿和石榴石的UPb测年上。然而，这些矿物可能记录了不同的热液演化阶段，从单一矿物计时器获得的年龄可能无法直接约束主要成矿事件的时间。在这种情况下，与磁铁矿和硫化物矿化共生相关的热液矿物提供了更直接的时间约束。

结论
（1）富含钙铝榴石的石榴石具有明显的振荡分区和LREE–Eu富集模式，在陨石标准化REE模式上显示出稳定的正Eu异常，以及与整体石英正长斑岩Y/Ho比值不同的Y/Ho比值，为评估桐庐山矿床及类似矽卡岩系统中含矿外矽卡岩区的接近性提供了实用的矿物学-地球化学标志。
（2）石榴石化学的系统性变化记录了从低水/岩比、相对封闭的热液系统向高通量、更开放的热液系统的逐步演化。

作者贡献声明
张明：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。
李向洲：监督、资源管理、项目行政、资金获取、数据管理、概念化。
严子青：可视化、资源管理、数据管理、概念化。
尚世超：监督、资源管理、项目行政、方法论。
黄万：资源管理、项目行政、调查。
赵燕燕：

未引用的参考文献
Chu等人，2022
Zhu等人，2025

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢
本研究由中国国家自然科学基金（项目编号42273067）、“东洞地区成矿系统构建和矿产勘探预测”项目以及湖北省自然科学基金（2023AFB410，2023AFD226）共同资助。