劉歡 張長(zhǎng)青＊＊ 賈福東 周云滿(mǎn) 婁德波

LIU Huan1，ZHANG ChangQing1＊＊，JIA FuDong1，ZHOU YunMan2 and LOU DeBo1

1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037

2. 云南黃金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，昆明 650224

1. MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China

2. Yunnan Gold ＆ Mineral Group Co. ，Ltd，Kunming 650224，China

2015-02-10 收稿，2015-05-31 改回.

1 引言

普朗銅礦床位于西南三江義敦島弧南段的格咱島弧，是晚三疊世甘孜-理塘洋殼向中咱地塊俯沖的產(chǎn)物(李文昌等，2010;鄧軍等，2011，2012;毛景文等，2012;Deng et al.，2014a，b;Hou et al.，2007)(圖1)。礦床產(chǎn)于普朗復(fù)式侵入體內(nèi)，儲(chǔ)量巨大，Cu 資源量達(dá)650 萬(wàn)噸，伴生Au、Ag、Mo、Pb及Zn 等資源(劉學(xué)龍等，2013)。前人從巖石學(xué)、地球化學(xué)及年代學(xué)等方面對(duì)普朗復(fù)式巖體開(kāi)展了大量研究，但對(duì)巖體的成因研究相對(duì)薄弱。曹殿華等(2009)、劉學(xué)龍和李文昌(2013)分別從礦物學(xué)、巖石地球化學(xué)及同位素地球化學(xué)等方面提出了普朗復(fù)式巖體具有巖漿混合成因的特點(diǎn)，Liu and Zhang (2014)從同位素年代學(xué)方面闡述了巖漿混合作用與成礦關(guān)系。巖漿混合作用作為巖漿演化的重要表現(xiàn)形式，不僅是形成火成巖多樣性的主要機(jī)制(Didier and Barbarin，1991;Jarrar et al.，2013;Renjith et al.，2014;Ma et al.，2013;莫宣學(xué)等，2002)，也與Cu、Pb、Zn、Mo、Au、Sn、W 等成礦作用有著密切的聯(lián)系(Wallace and Carmicheal，1992;Hou et al.，2011)，其研究對(duì)于探討地球深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程、認(rèn)識(shí)成巖成礦過(guò)程、分析巖漿演化等有著重要意義。然而，對(duì)于普朗銅礦巖漿混合作用，尤其是巖漿混合程度的研究相對(duì)薄弱。

圖1 普朗斑巖銅礦地質(zhì)圖(據(jù)李文昌等，2013;云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司，2009①修改)Fig.1 Geological mapping of Pulang porphyry copper deposit (modified after Li et al.，2013)

巖漿混合程度作為巖漿混合作用的重要研究?jī)?nèi)容之一，是指混合巖漿中基性巖漿所占的比例，它在數(shù)值上是確定的，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)難以得到。傳統(tǒng)的巖漿混合程度的研究主要基于以下三種方法:①云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司. 2009. 云南省迪慶普朗銅礦區(qū)勘探地質(zhì)報(bào)告質(zhì)量平衡原理計(jì)算(董國(guó)臣等，2006);②定量模型估算(O’Hara，1977;Perugini et al.，2013);③二元混合方程確定。上述方法多涉及巖漿巖中微量元素的濃度和分配系數(shù)等參數(shù)，并且使用這些方法的前提條件是:研究的巖漿混合體系在能量和成分上達(dá)到平衡;然而，在實(shí)際的巖漿混合雜巖體中，均勻和非均勻的巖漿混合巖往往伴生在一起(Perugini and Poli，2012)，因此難以準(zhǔn)確確定其巖漿混合程度。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，巖漿混合的結(jié)構(gòu)是一種混沌的性質(zhì)，導(dǎo)致巖漿混沌混合的基本動(dòng)力學(xué)機(jī)理是拉伸和褶曲作用，這兩種作用都是非線性的耦合過(guò)程，分形是刻畫(huà)這一過(guò)程的有效工具(Perugini and Poli，2000，2012;Perugini et al.，2003，2013)。

分形是研究自然界空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的一門(mén)學(xué)科，是復(fù)雜性科學(xué)的重要組成部分。分形理論最早由Mandelbrot(1983)提出，隨后被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。運(yùn)用分形理論的思想和方法，能從無(wú)序中發(fā)現(xiàn)有序，揭示雜亂、破碎、混沌等極不規(guī)則的復(fù)雜現(xiàn)象內(nèi)部所蘊(yùn)含的規(guī)律。分形理論主要包括自相似分形、自仿射分形與多重分形三類(lèi)。多重分形作為分形理論的重要分支，其在形式上包括將自相似分形分解為多個(gè)相關(guān)聯(lián)的簡(jiǎn)單分形，每個(gè)簡(jiǎn)單分形均有各自的奇異指數(shù)及相應(yīng)的分維值，這兩者構(gòu)成了多重分形譜。地質(zhì)現(xiàn)象在時(shí)間和空間上均表現(xiàn)出極強(qiáng)的復(fù)雜性和不規(guī)則性，借助多重分形理論能真正有效地解決地質(zhì)現(xiàn)象的復(fù)雜性問(wèn)題，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)解析(Cheng，1995，1999;Wang et al.，2010a，2011a，b)。多重分形理論已被廣泛應(yīng)用于刻畫(huà)地質(zhì)體的不規(guī)則分布(Agterberg et al.，1996;Deng et al.，2010，2011b;Liu et al.，2012;Wang et al.，2010b，2012;Zuo et al.，2013，2015)，然而該應(yīng)用主要集中于宏觀尺度，微觀尺度上的應(yīng)用相對(duì)薄弱。

文章以普朗銅礦的復(fù)式巖體及其內(nèi)發(fā)育的暗色微粒包體為研究對(duì)象，基于系統(tǒng)的野外觀測(cè)與顯微鏡觀察，結(jié)合電子探針?lè)治雠c主微量元素測(cè)試工作，從礦物學(xué)與地球化學(xué)方面闡述了包體的巖漿混合成因證據(jù)，證實(shí)了研究區(qū)存在巖漿混合作用;繼而采用多重分形理論定量刻畫(huà)了包體中主要元素的分布特征，厘定了巖漿混合程度與元素分布的多重分形參數(shù)間的關(guān)系，為巖漿混合程度的解析提供了定量化依據(jù)。

2 區(qū)域地質(zhì)與礦床地質(zhì)特征

格咱島弧位于西南三江義敦島弧南段，是古特提斯演化形成的重要地質(zhì)構(gòu)造單元(Wang et al.，2014)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育、巖漿活動(dòng)頻繁，其印支期的俯沖造山作用誘發(fā)了大規(guī)模的火山巖漿活動(dòng)，形成了以普朗為代表的一系列大型、超大型礦床(鄧軍等，2013，2014;Mao et al.，2014)。區(qū)域出露地層主要為晚三疊世曲嘎寺組(T3q)、圖姆溝組(T3t)和喇嘛啞組(T3lm)(圖1b)。區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺主要由一系列NW 向線性褶皺與同向斷裂及近EW 向斷裂組成，晚期發(fā)育規(guī)模較小的NE 向斷層;區(qū)內(nèi)巖漿巖總體以島弧安山巖及中酸性淺成-超淺成侵入巖為主。

3 包體的巖相學(xué)特征

普朗復(fù)式巖體中的石英閃長(zhǎng)玢巖與石英二長(zhǎng)斑巖內(nèi)均發(fā)育大量隨機(jī)分布的暗色微粒包體。包體大小不一(粒徑在2 ～15cm 之間)，粒度較細(xì)，一般為灰黑色，明顯暗于寄主巖，呈橢球狀、長(zhǎng)條狀、不規(guī)則狀等產(chǎn)出，少數(shù)具有塑性形變，與寄主巖多呈截然接觸關(guān)系，少數(shù)呈過(guò)渡接觸關(guān)系(圖3a、b)。在包體與寄主巖的接觸面，偶見(jiàn)斜長(zhǎng)石巨晶(圖3b)。顯微鏡觀察表明:包體具巖漿結(jié)構(gòu)，為巖漿結(jié)晶形成(圖3c-f)。包體與寄主巖具有相近的礦物組成，但與寄主巖相比，包體中明顯富集角閃石、黑云母等暗色礦物。

包體與寄主巖中均發(fā)育大量針狀磷灰石(圖3e、f)，為淬冷結(jié)晶作用的重要標(biāo)志。包體與寄主巖中均可見(jiàn)具有暗色礦物鑲邊的眼球狀石英，具有次生加大邊的斜長(zhǎng)石(圖3g)。此外，還可見(jiàn)粗大的斜長(zhǎng)石斑晶包裹角閃石、斜長(zhǎng)石構(gòu)成嵌晶結(jié)構(gòu)(圖3h)。包體與寄主巖中的斜長(zhǎng)石具有復(fù)雜的成分與結(jié)構(gòu)不平衡現(xiàn)象。在寄主巖中偶見(jiàn)斜長(zhǎng)石具有富鈣的核(An=51 ～42)和富鈉的幔部(An=16)，且兩者變化截然(圖3g);包體中的斜長(zhǎng)石斑晶，核部成分均一(An =36 ～34)，核部被富鈉的斜長(zhǎng)石(An =28)包裹，后者又被富鈣的斜長(zhǎng)石(An=35)包裹(圖3h)。

圖2 普朗斑巖銅礦1 線剖面圖(云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司，2009 修改)Fig.2 Vertical cross-section along exploration line 1 in Pulang porphyry copper deposit

4 樣品的選取與分析方法

在系統(tǒng)的巖相學(xué)觀察與鑒定的基礎(chǔ)上，研究選取了10組相對(duì)新鮮的包體與寄主巖對(duì)進(jìn)行了主微量元素組成測(cè)定。同時(shí)，研究選取了兩件產(chǎn)于石英閃長(zhǎng)玢巖中的暗色微粒包體，借助電子探針面分析技術(shù)，獲得了暗色微粒包體內(nèi)Mg、Fe、Ca、Al、K、Ti、P 及Ba 等8 種元素含量的趨勢(shì)圖;進(jìn)而采用多重分形理論解析了這8 種元素的分布特征?；谄?，測(cè)試數(shù)據(jù)省略。

4.1 全巖主微量元素測(cè)試

主微量元素測(cè)試在北京大學(xué)造山帶與地殼演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素測(cè)試采用X 射線熒光光譜法(XRF)，所用儀器為美國(guó)熱電公司生產(chǎn)的ARL ADVANT XP +，精度優(yōu)于＜1%。微量元素及稀土元素測(cè)試采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)在美國(guó)安捷倫科技有限公司生產(chǎn)的Agilent ICPMS 7500ce 型質(zhì)譜儀上完成，精度優(yōu)于＜5%。

4.2 電子探針?lè)治?/h3>

電子探針面分析測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試儀器為日本JOEL 公司生產(chǎn)的JXA-823V，加速器電壓為15kV，束電流為20nA，束斑直徑為1μm，掃描面積為7.08mm2。使用硬玉(Si、Na 和Al)，鎂橄欖石(Mg)，正長(zhǎng)石(K)，磷灰石(P)，硅灰石(Ca)，金紅石(Ti)，以及合成氧化物(Cr、Mn、Fe、Ni)作為標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 多重分形計(jì)算過(guò)程

基于數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，本文采用數(shù)盒子法對(duì)暗色微粒包體中Mg、Fe、Ca、Al、K、Ti、P 及Ba 元素的分布特征進(jìn)行了多重分形解析。數(shù)盒子法是將數(shù)據(jù)集劃分為多個(gè)互不重疊的小盒子以構(gòu)成多尺度模式。用n(ε)個(gè)邊長(zhǎng)為ε 的盒子不重疊地覆蓋數(shù)據(jù)集(Halsey et al.，1986)，則每個(gè)盒子中的測(cè)度(μj)可表示為:

式中，mj表示第j 個(gè)盒子中元素的含量和，mT表示所有盒子元素的總含量，n(ε)=N/ε。隨后，配分函數(shù)χ(q，ε)可由下式求得:

圖3 普朗斑巖銅礦寄主巖與暗色微粒包體的野外照片(a-b)與典型巖相學(xué)顯微照片(c-h)MME-暗色微粒包體;Qtz-石英;Pl-斜長(zhǎng)石;Bt-黑云母;Amp-角閃石;Ap-磷灰石;Px-輝石;Pnn-葉綠泥石. (g)與(h)中白色圈內(nèi)數(shù)字表示鈣長(zhǎng)石分子(An)Fig.3 Field photographs (a，b)and photomicrographs (c-h)of host rocks and mafic microgranular enclaves from Pulang porphyry copper depositQtz-quartz;Pl-plagioclase;Bt-biotite;Amp-amphibole;Ap-apatite;Px-pyroxene;Pnn-penninite. The An contents are shown in circles

其中，

權(quán)重q 為測(cè)量不同位置的奇異指數(shù)提供了更準(zhǔn)確更細(xì)微的方法。q ＞1，μq主要指示高含量的變化，q ＜1 則主要反映低含量的分布，q=1 時(shí)，μ 指示原始數(shù)據(jù)的分布。

色譜條件：Shimadzu-GL ODS-2色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流動(dòng)相為甲醇-水（75∶25）；體積流量1.0 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)228 nm；進(jìn)樣量20 μL，柱溫30 ℃。

權(quán)重q 的質(zhì)量值數(shù)τ(q)可表示為(Hentschel and Procaccia，1983):

廣義維Dq可由以下冪率關(guān)系產(chǎn)生(Hentschel and Procaccia，1983):

權(quán)重q 與相應(yīng)的廣義維Dq可構(gòu)成Rényi 譜。對(duì)于給定的q 的范圍，Dq的變化越大，表明相應(yīng)數(shù)據(jù)集的空間不均勻程度越高(Arias et al.，2011)。當(dāng)q =2 時(shí)，D2為關(guān)聯(lián)維，且與τ(2)相等。D2值越高，表明元素含量序列中高值聚集分布，反之，則指示元素含量的高值離散分布(Liu et al.，2012)。

依據(jù)公式(4)得到的質(zhì)量指數(shù)τ(q)，通過(guò)勒讓德變換可求得多重分形譜的奇異指數(shù)α(q)及其相應(yīng)的分維值f(α)。

α(q)與f(α)構(gòu)成了多重分形譜，其形狀為倒鐘形。當(dāng)q為最大值、最小值時(shí)，可分別求得amin與f(amin)及amax與f(amax)。分形譜的寬度及其分形譜兩端的高差可表示為:

Δα 與Δf 是描述多重分形譜兩個(gè)必不可少的參數(shù)。隨著Δα 增加，元素的分布由均勻(隨機(jī))過(guò)渡為不均勻(有序、復(fù)雜、聚集)。Δf 為正值時(shí)，分形譜的形狀為右鉤，數(shù)據(jù)集中低值占主導(dǎo)地位;Δf 為負(fù)值時(shí)，分形譜呈左鉤，數(shù)據(jù)集中以高值為主。若高值與低值的比例相當(dāng)，則分形譜呈左右對(duì)稱(chēng)的鐘形(Deng et al.，2011b;Wang et al.，2011a，b)。

5 結(jié)果分析

5.1 元素地球化學(xué)特征

主量元素結(jié)果顯示，暗色微粒包體的SiO2含量為53.67% ～61.50%，均值為58.35%，比寄主巖(SiO2含量為60.74% ～66.13%，均值為64.78%)偏基性。包體中CaO、MgO 和Fe2OT3等含量分別為3.14% ～6.69%、3.12% ～5.40%與3.38% ～9.00%，均值分別為4.71%、4.39% 與6.48%，比寄主巖中CaO(2.36% ～6.08%)、MgO(1.78% ～3.59%)和Fe2OT3(2.33% ～6.06%)的含量高(圖4)。在SiO2與主要氧化物的二元圖解中，暗色微粒包體與寄主巖SiO2含量與TiO2、Fe2OT3與MgO 的含量具有良好的線性關(guān)系，均表現(xiàn)為隨著SiO2含量的升高而降低;K2O 與Na2O 含量隨SiO2含量的增加變化不明顯，表明暗色微粒包體與寄主巖的K2O 與Na2O 含量相似。

稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線顯示，暗色微粒包體與其寄主巖具有相似的稀土元素配分模式，呈明顯的右傾斜型，均表現(xiàn)為輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，表明兩者經(jīng)歷了相似的巖漿演化過(guò)程，具有密切的成因聯(lián)系(圖5a、b)。然而，與寄主巖相比，暗色微粒包體中稀土元素總量普遍較高(119.0 ×10-6～308.9 ×10-6)，并具有較明顯的Eu 負(fù)異常(δEu=0.56 ～0.95，均值為0.72)。

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖中，暗色微粒包體與其寄主巖具有相似的微量元素組成，均表現(xiàn)為富集大離子親石元素(K、Rb、Ba、Sr)，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Hf、P、Ti)，無(wú)明顯的δCe 異常(圖5c、d)，具有典型的島弧巖漿巖的微量元素特征。然而與寄主巖相比，暗色微粒包體的富集程度更高。此外，在主微量元素的二元圖解(SiO2-V)中，暗色微粒包體與寄主巖顯示出良好的線性關(guān)系(圖6a)，表明兩者經(jīng)歷了相似的演化過(guò)程，在V-Ba/V 圖中，兩者顯示了曲線變化關(guān)系(圖6b)，在一定程度上指示了巖漿混合過(guò)程。

表1 包體中元素分布的多重分形參數(shù)一覽表Table 1 Multifractal parameters elemental distribution for mafic microgranular enclaves

5.2 包體內(nèi)元素分布多重分形特征

借助電子探針面分析技術(shù)，獲得了暗色微粒包體(樣品編號(hào)為PL1-MME 與PL2-MME)內(nèi)Mg、Fe、Ca、Al、K、Ti、P 及Ba 等8 種元素含量的趨勢(shì)圖，其中Ca 元素的分布圖如圖7所示。采用數(shù)盒子法計(jì)算得到了PL1-MME 與PL2-MME 內(nèi)元素分布的多重分形譜(圖8、圖9)，與多重分形參數(shù)(表1)。PL1-MME 中，Al、Ba、Ca 及K 元素分布的多重分形譜呈左鉤，F(xiàn)e、Mg、P 及Ti 元素分布的多重分形譜呈右鉤，表明該暗色微粒包體中Al、Ba、Ca 及K 元素的含量以高值為主，F(xiàn)e、Mg、P 及Ti 元素的含量以低值居多。此外，Al、Ba 及K 元素分布的關(guān)聯(lián)維D2相對(duì)于其他元素較高，指示這三種元素的高值聚集分布;Al、Ca、Fe 及K 元素的多重分形譜相對(duì)于其他元素較寬，表明相應(yīng)元素分布的多重分形特征較明顯。PL2-MME 中，除元素P 與Ti 之外，其他元素分布的多重分形譜均呈左鉤。Al 與Ba 元素分布的關(guān)聯(lián)維D2相對(duì)于其他元素較高，Ca、Fe、K 與Mg 元素分布的多重分形譜相對(duì)于其他元素較寬。不同暗色微粒包體中同一元素的分布的多重分形參數(shù)對(duì)比顯示，與PL2-MME 相比，在PL1-MME 中Ba、K、P及Ti 元素分布的關(guān)聯(lián)維較高，Al 與K 元素分布的多重分形譜較寬。Ti、K 及P 在不同暗色微粒包體中分布的關(guān)聯(lián)維與多重分形譜的寬度相差較大(圖10)。

圖4 普朗銅礦暗色微粒包體與寄主巖(石英閃長(zhǎng)玢巖或石英二長(zhǎng)斑巖)的哈克圖解Fig.4 Harker plots of mafic microgranular enclaves (MME)and their host rocks (quartz diorite porphyry or quartz monzonite porphyry)from Pulang porphyry copper deposit

6 討論

6.1 普朗復(fù)式巖體的巖漿混合成因

普朗銅礦的石英閃長(zhǎng)玢巖與石英二長(zhǎng)斑巖中發(fā)育的暗色微粒包體具有典型的巖漿巖礦物組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)，未見(jiàn)石榴子石、堇青石、紅柱石等典型的富鋁礦物，亦不具有變晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)和面理構(gòu)造等變質(zhì)巖常見(jiàn)的特征，因此不是地殼深部變質(zhì)巖的難熔殘留體。研究區(qū)的暗色微粒包體與捕擄體在形態(tài)上有較大差別，圍巖捕擄體多為棱角狀，但暗色包體形態(tài)多為渾圓狀和橢球狀，并具有塑性流變特點(diǎn)。以上特點(diǎn)可排除暗色微粒包體的圍巖捕擄體成因。同源巖漿早期結(jié)晶形成的析離體或堆積體成因的包體，其同種礦物的粒度與寄主巖相近，但暗色微粒包體的粒度卻明顯小于其寄主巖。此外，與寄主巖相比，包體具有更高的稀土元素總量，表明包體不是寄主巖漿早期的堆晶體。因?yàn)镽EE 為強(qiáng)不相容元素，倘若暗色微粒包體是花崗質(zhì)巖漿早期結(jié)晶分異產(chǎn)物的堆積體，則其REE 含量應(yīng)比寄主巖低，REE 配分曲線應(yīng)當(dāng)位于寄主巖的下方，故又可以排除包體的析離體成因。綜合以上特點(diǎn)，研究區(qū)發(fā)育的暗色微粒包體為巖漿混合成因的鐵鎂質(zhì)微粒包體，這為該區(qū)巖漿混合作用的存在提供了有效證據(jù)。

圖5 普朗斑巖銅礦中暗色微粒包體與寄主巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(a、b)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(c、d)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig.5 Chondrite-normalized REE (a，b)and primitive-mantle-normalized multi-element (c，d)patterns for mafic microgranular enclaves (MME)and their host rocks (quartz diorite porphyry or quartz monzonite porphyry)from Pulang porphyry copper deposit(normalizing values after Sun and McDonough，1989)

圖6 普朗銅礦暗色微粒包體與寄主巖(石英閃長(zhǎng)玢巖或石英二長(zhǎng)斑巖)的主微量二元圖解Fig.6 Binary diagrams of mafic microgranular enclaves (MME)and their host rocks (quartz diorite porphyry or quartz monzonite porphyry)from Pulang porphyry copper deposit

圖7 普朗斑巖銅礦暗色微粒包體的電子探針面分析范圍的背散射圖像(a、b)與其內(nèi)Ca 元素分布圖(c、d)Fig.7 Backscattered electron images (a，b)and the distribution of element Ca (c，d)for mafic microgranular enclaves (MME)from Pulang porphyry copper deposit

暗色微粒包體具聚塑性流動(dòng)特征，表明包體經(jīng)歷了與寄主巖共同的液態(tài)共存階段，暗示發(fā)生過(guò)液態(tài)物質(zhì)交換-混合作用(mixing)和混和作用(mingling)，混合作用改變了暗色微粒包體的成分，混和作用造成了包體呈不同的大小和形態(tài)散布到寄主巖中。包體中存在的具細(xì)粒暗色礦物(多數(shù)為角閃石)鑲邊的眼球狀石英，可能是寄主花崗巖漿中的斑晶，在鐵鎂質(zhì)巖漿與花崗質(zhì)巖漿發(fā)生混合作用時(shí)，被鐵鎂質(zhì)巖漿捕獲，并發(fā)生反應(yīng)。石英在基性巖漿中是不穩(wěn)定的礦物相，當(dāng)被基性巖漿捕獲時(shí)，其邊角將被熔化。熔融作用的吸熱效應(yīng)在緊靠石英邊緣的一圈熔體中形成了局部過(guò)冷條件，導(dǎo)致細(xì)粒暗色礦物集合體圍繞石英捕擄晶晶出(莫宣學(xué)等，2002)。粗大的斜長(zhǎng)石斑晶包裹角閃石、斜長(zhǎng)石構(gòu)成嵌晶結(jié)構(gòu)。這是由于偏基性的巖漿或正在混合的巖漿體系驟冷，產(chǎn)生很多小顆粒角閃石和斜長(zhǎng)石，而后緩慢冷卻至外部環(huán)境溫度，平衡熔體冷卻到接近液相線溫度時(shí)斜長(zhǎng)石晶核緩慢結(jié)晶成粗大晶體，形成包裹著早期形成的角閃石和斜長(zhǎng)石的嵌晶結(jié)構(gòu)(Zhao et al.，2012)。在包體和寄主巖石中，均可見(jiàn)到部分斜長(zhǎng)石具有富鈣的殘留核被富鈉的斜長(zhǎng)石包裹，且兩者變化截然。富鈣的殘留斜長(zhǎng)石可能代表早期從基性巖漿中結(jié)晶的斜長(zhǎng)石，邊部相對(duì)富鈉的斜長(zhǎng)石可能代表晚期從混漿中結(jié)晶或從殼源花崗質(zhì)巖漿中結(jié)晶的斜長(zhǎng)石。斜長(zhǎng)石的這種成分與結(jié)構(gòu)不平衡現(xiàn)象，有效地記錄了基性巖漿與酸性巖漿發(fā)生混合的過(guò)程。暗色微粒包體與寄主巖具有相似的微量元素組成與稀土元素配分模式，在SiO2與主要氧化物、部分微量元素相關(guān)圖解中，兩者呈明顯的線性相關(guān)，表明兩者經(jīng)歷了相似的巖漿演化過(guò)程，具有一定的親緣性，這種親緣性反映包體與寄主巖可能具有同源性，包體可能是同源巖漿早期結(jié)晶的析離體或堆積體，也有可能是巖漿混合作用過(guò)程中物質(zhì)交換的結(jié)果。但是在正常的巖漿分異演化過(guò)程中，隨著結(jié)晶分異的加強(qiáng)，殘余熔體的δEu 負(fù)異常將會(huì)愈加強(qiáng)烈，同源巖漿早期結(jié)晶產(chǎn)物的δEu 負(fù)異常程度將顯著小于晚期產(chǎn)物。然而，與寄主巖相比，包體具有較明顯的δEu 負(fù)異常。因此，我們認(rèn)為，是巖漿混合過(guò)程中物質(zhì)交換導(dǎo)致了包體與寄主巖的親緣性。

6.2 多重分形參數(shù)與巖漿混合程度間的關(guān)系

暗色包體中CaO 含量的變化可指示巖漿混合程度(Perugini and Poli，2000)，隨著巖漿混合作用的進(jìn)行，暗色微粒包體中CaO 含量逐漸降低。PL1-MME 中CaO 含量為6.69%，PL2-MME 中CaO 含量為4.92%，表明PL2-MME 中巖漿混合程度更高。基于此，我們對(duì)比分析了兩件包體樣品中Mg、Fe、Ca、Al、K、Ti、P 及Ba 元素分布的多重分形參數(shù)與CaO 含量的關(guān)系。結(jié)果顯示，多數(shù)元素分布的多重分形譜寬度△a 與CaO 含量成反相關(guān)，分形譜兩端的高差△f(a)與CaO 含量成正相關(guān)，關(guān)聯(lián)維D2與CaO 含量關(guān)系較為復(fù)雜，主體呈正相關(guān)關(guān)系。這表明，暗色微粒包體中主量元素分布的多重分形譜越寬，數(shù)據(jù)集中高值與低值所占的比例相差越小，高值聚集程度越低，則巖漿混合程度越高?；耘c酸性巖漿混合過(guò)程中的拉伸與褶曲導(dǎo)致了暗色微粒包體的形態(tài)具有多重分形特征，由于包體的形態(tài)難以定量刻畫(huà)，因此采用包體中主要元素的分布圖來(lái)確定包體的形態(tài)分形特征(Perugini and Poli，2000;Perugini et al.，2013)。隨著巖漿混合作用的進(jìn)行，包體的體積越來(lái)越小，形態(tài)越來(lái)越不規(guī)則，這種不規(guī)則表現(xiàn)為多重分形特征越來(lái)越明顯，對(duì)應(yīng)于包體中主要元素分布的多重分形譜寬度增大。在混合過(guò)程中，酸性巖漿與基性巖漿之間存在物質(zhì)(斑晶與元素)交換，從而導(dǎo)致兩者間元素的差異性相對(duì)減小，表現(xiàn)為主要元素高值的聚集分布程度降低，數(shù)據(jù)集中高值與低值所占的比例的差異性相比于混合前降低。

圖8 暗色微粒包體PL1-MME 中元素分布的多重分形譜(a)Al;(b)Ba;(c)Ca;(d)Fe;(e)K;(f)Mg;(g)P;(h)TiFig.8 Multifractal spectrum of elemental distribution for PL1-MME

不同暗色微粒包體間，Ti、K 與P 元素的多重分形參數(shù)相對(duì)于其他元素變化較大，表明隨著巖漿混合作用的進(jìn)行，Ti、K 與P 元素分布的不均一變化較大，這三種元素在指示巖漿混合程度上更靈敏。這可能與基性巖漿的組成有關(guān)，因?yàn)門(mén)i、K 與P 是組成基性巖漿的重要元素。

圖9 暗色微粒包體PL2-MME 中元素分布的多重分形譜(a)Al;(b)Ba;(c)Ca;(d)Fe;(e)K;(f)Mg;(g)P;(h)TiFig.9 Multifractal spectrum of elemental distribution for PL2-MME

7 結(jié)論

(1)普朗斑巖銅礦石英閃長(zhǎng)玢巖與石英二長(zhǎng)斑巖中發(fā)育大量隨機(jī)分布的暗色微粒包體，包體具巖漿結(jié)構(gòu)，粒度較細(xì)，呈橢圓狀、不規(guī)則狀產(chǎn)出，偶見(jiàn)塑性變形，富集暗色礦物;包體與寄主巖中可見(jiàn)具暗色礦物鑲邊的眼球狀石英、針狀磷灰石以及具有結(jié)構(gòu)與成分不平衡現(xiàn)象的斜長(zhǎng)石斑晶，包體與寄主巖具有相似的微量元素組成與稀土元素配分模式，這些現(xiàn)象共同佐證了研究區(qū)巖漿混合作用的存在。

圖10 包體中元素分布的多重分形參數(shù)折線圖Fig.10 Curves of multifractal parameters elemental distribution for mafic microgranular enclaves

(2)證實(shí)了多重分形在巖漿混合作用研究中的有效性。研究結(jié)果表明，多重分形參數(shù)能有效刻畫(huà)巖漿混合程度。包體中Al、Ca 及K 等主要元素分布的多重分形譜越寬，關(guān)聯(lián)維越小，則巖漿混合程度越高，反之亦然。暗色微粒包體中Ti、P 與K 元素的分布能更有效的反應(yīng)巖漿混合程度。

(3)文章豐富了巖漿混合作用及多重分形在微觀尺度的研究?jī)?nèi)容。

致謝 野外與室內(nèi)研究工作得到了毛景文老師的悉心指導(dǎo)和彭惠娟、肖昌浩同學(xué)的無(wú)私幫助;實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作得到了中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室的陳振宇老師及陳小丹碩士以及北京大學(xué)造山帶與地殼演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持與幫助;兩名審稿人與主編對(duì)文章提出了寶貴的意見(jiàn);在此一并表達(dá)最誠(chéng)摯的感謝!

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