世界上大多数斑岩铜矿床形成于汇聚板块的边界,按其形成的构造岩浆环境可以分为大洋俯冲型和大陆碰撞型两种。本博士学位论文选取世界三大成矿域复合交汇处—亚洲东南地区的五个典型矿床,即属于大洋俯冲型的新疆包古图Cu-Au矿床和菲律宾Atlas Cu-Au矿床与属于大陆碰撞型的西藏德明顶Cu-Mo矿床和印度尼西亚Grasberg Au-Cu矿床及与斑岩有关的内蒙古金蟾山Au(Cu)矿床,以形成斑岩矿床的主体—中酸性侵入斑岩为主要研究对象,综合利用岩相学、锆石U-Pb年代学、全岩主微量元素、流体包裹体、O-S同位素、锆石原位Lu-Hf同位素和锂(Li)同位素等研究手段,结合国内外最新研究进展,对两类斑岩矿床开展了详细的地质和地球化学综合对比研究。作为博士期间研究工作的重点及创新部分,本论文结合大量的野外和室内工作,主要是在对比这两种类型斑岩矿床的地质特征和构造岩浆背景的基础上,重点以微量元素、流体包裹体和Li同位素体系为核心方法,深入探讨斑岩某些特.定组分、元素的分异和同位素的分馏和地质意义,取得了如下主要成果:1.两类斑岩铜矿床关键的地质特征对比研究斑岩铜矿床形成于特定的大地构造环境,因此具有一些独特和关键的地质特征。在两种不同类型的构造背景下,源区发生部分熔融情况是不同的:在大洋俯冲带,俯冲大洋板块或地幔楔是代表部分熔融的主要源区,源区相对单一且规模宏大,多数以形成巨型斑岩Cu-Au矿床为主;而在大陆碰撞带,大陆地壳代表部分熔融的主要组成,来自地幔的贡献较小,不同源区陆壳的加入会形成不同的金属组合矿床,如斑岩Cu-Mo、斑岩Au-Cu矿床。此外,大洋俯冲带的斑岩成分偏中性,岩性主要包括花岗闪长岩、石英闪长岩和闪长岩等;而大陆碰撞形成的斑岩由于源岩广泛,且经历较复杂的演化,岩性常见为中酸性的花岗岩、花岗闪长岩、石英斑岩等。2.不同成矿斑岩年代学和相应的构造背景对比研究锆石U-Pb测年结果表明,新疆包古图花岗闪长斑岩的成岩年龄为312.5±5.4Ma,成岩时代属于古生代晚石炭世,与海西期古准格尔洋向西伯利亚板块俯冲有关;西藏德明顶(黑云母)二长花岗斑岩和石英斑岩成岩年龄分别为21.0±0.5 Ma和20.7±0.3 Ma,形成于中新世印度大陆与欧亚大陆发生碰撞的后碰撞伸展阶段;菲律宾Atlas闪长斑岩形成于1 10±2 Ma,形成于古太平洋板块向新特提斯板块俯冲且东西向大洋板块向南北向俯冲转换的阶段;印度尼西亚Grasberg含矿石英二长斑岩的形成年龄2.9 Ma±0.2 Ma,与上新世澳大利亚板块北部和Marimuni弧发生碰撞事件有关;内蒙古金蟾山金矿床的黑云母二长花岗岩年龄为128±3 Ma,石英斑岩的成岩年龄为121.4±1.5 Ma,指示成岩时代为中生代早白垩世,可能与燕山期太平洋向西俯冲有关。年代学研究表明,自显生宙以来全球斑岩铜矿在时空分布广泛,但也是不均一的,大规模的成岩成矿时代发生在中-新生代,受到宏观构造背景控制。在构造背景特殊的地区,如中亚成矿域,古老斑岩矿床尚能保存下来;而碰撞型斑岩矿床形成于陆内造山环境,由于在重力上的不稳定性和极高的剥蚀效率,碰撞型斑岩矿床在地质历史上很难保存,大多仅形成于新生代。3.不同类型成矿斑岩的岩石地球化学特征大洋俯冲型斑岩岩浆以钙碱性为主,而大陆碰撞型形成的斑岩岩浆,一般为高钾钙碱性-钾玄岩系列,其最大的特点之一是高钾。大洋俯冲洋壳熔融形成的斑岩的K2O为0.6~2.6 wt.%,平均1.5 wt.%;而大陆碰撞型斑岩的K2O为3.0~5.0 wt.%,平均为3.8 wt.%,这种差异可能是由于镁铁玄武质的下地壳更加富钾有关。碰撞环境形成高压的相对缺水环境,而俯冲斑岩形成于富水环境;当然,加厚下地壳可能保存和继承着早期俯冲的流体,弧岩浆的底辟与结晶也可以形成含水的堆积体。大陆碰撞斑岩的Mg#普遍≤40,明显低于大洋俯冲形成的斑岩Mg#(40~62,平均51)。大多数斑岩具有轻稀土、亏损重稀土的弧岩浆特点,同时具有富集LILEs和亏损HFSEs,以及高Sr和Sr/Y、低Y和Yb含量的埃达克岩特征,无明显Eu负异常。在微量元素蛛网图中,俯冲型斑岩富集Cs-Ba-U,亏损Ti-Nb-Ta,而碰撞斑岩富集Rb-Th-U,亏损Nb-Ta-Ti,岩浆分异程度更高。此外,西藏德明顶和印尼Grasberg斑岩铜矿床表现为成熟大陆地壳物质贡献较多,包括部分古老物质的加入,提供除了 Cu以外的金属Mo或Au;富Mo斑岩比富Cu-Au斑岩具有更高的硅含量和偏酸性;而以大洋俯冲有关的中国包古图和菲律宾Atlas的斑岩明显含有更低的硅含量。4.俯冲型与碰撞型斑岩矿床的成矿流体和物质来源不同详细的流体包裹体观察表明,俯冲型斑岩矿床的流体包裹体半径较小,以大量液相包裹体为特色,表明来自于富水流体环境,属于H2O-NaCl-(CO2)-CH4体系;而碰撞型斑岩矿床中的流体包裹体半径较大,发育更多的CO2流体包裹体,为H2O-NaCl-(KCl)-CO2体系,成分上体现了造山带岩浆热液特征。均一温度测试结果显示,相比于碰撞型斑岩矿床,俯冲型斑岩矿床的成矿流体温度相对高一些,可能是偏中性斑岩的固结温度相对高、盐度普遍较高一些所导致。矿质的沉淀与温压改变的方式关系更大,如沸腾作用、相分离和流体不混溶是导致金属矿质沉淀的关键。O-S同位素研究结果显示,俯冲型与碰撞型斑岩的全岩δ18O分别为(+5.7~+8.8‰,平均+7.3‰)和(+3.7~+5.9‰,平均+4.9‰),指示成矿流体热液以岩浆来源为主;两种类型矿床的34S集中分布在0值附近,指示成矿物质为地幔来源。O-S同位素共同指示成矿流体和成矿物质为深部岩浆来源。5.联合Li-Hf同位素判别两种类型斑岩的构造岩浆背景和对成矿的启示本博士论文的重要创新点是:我们首次将Li同位素与斑岩铜矿床建立关联,利用Li同位素判别斑岩矿床的构造背景,为应用Li同位素示踪金属矿床的成因和成矿进行了有益的探索。数据结果表明,俯冲型包古图花岗闪长岩、Atlas闪长岩(±石英)斑岩具有较重且均一的δ7Li(包古图:+3.2~+6.5 ‰,平均+4.6±1.7 ‰,n=13;Atlas:+2.6~+7.7 ‰,平均+5.9±2.8 ‰,n=16)和 εHf(t)值(包古图:+1 1.8~+17.5,平均+14.5,n=19;Atlas:+7.1~+10.6,平均+9.0,n=40),与未蚀变大洋板块和地幔楔的δ7Li值相似。碰撞型德明顶黑云母二长花岗斑岩、石英斑岩和Grasberg石英二长斑岩的 δ7Li 值(德明顶:-0.7~+10.3 ‰,平均+3.1±6.3 ‰,n=22;Grasberg:-0.3~+7.3‰,平均+3.7±4.6‰,n=8)和εHf(t)值(德明顶:-5.4~+5.7,平均+2.8,n=20;Grasberg:-20~-1.0,平均-10.7,n=42)较轻,与中、下陆地壳的δ7Li值相似。内蒙古金蟾山花岗岩的δ7Li组成(+2.4~+6.1 ‰,平均+3.9‰)支持了该成矿岩体起源于大洋俯冲构造背景的假说。尽管Li同位素在判别斑岩矿床的构造背景和示踪金属矿床的成因和成矿还处于起步阶段,但其独特的地球化学行为将成为新的优势。综上所述,斑岩铜矿床形成于全球尺度的地质和构造背景之下,宏观构造背景对斑岩矿床形成、演化和保存均有十分关键和主要的作用。因此,俯冲背景的差别是斑岩型矿床最大的区别,岩石圈结构是控制斑岩矿床的第一要素,导致了两种斑岩类型在规模、品位、矿床组合等方面有所差别,在地质和地球化学上均表现为显著差异。