新疆喀拉通克铜镍硫化物矿床成矿作用与成矿潜力研究

摘要

中亚造山带是世界上重要的成矿带,也是铜镍岩浆硫化物矿床发育的成矿带之一。其中,喀拉通克铜镍硫化物矿床是该成矿带的典型矿床。该矿床成矿岩体小,岩体基性程度相对低,矿床规模大,工业矿体分布较为集中,矿石品位高,从而为研究该类矿床的成因提供了有利条件。论文选择喀拉通克铜镍硫化物矿床为对象,通过岩石学、矿物学、PGE地球化学以及Nd、Sr、Pb、Os同位素等的分析测试,对喀拉通克矿床的成矿作用和成矿过程进行研究,探讨了硫化物熔离机制、铂族元素的赋存规律、铂族矿物成因和同位素体系间“脱耦”等问题,建立了成岩成矿模式。并通过研究喀拉通克矿床的铂族元素、铜、镍的特征和分布规律,综合对比喀拉通克、金川、黄山东、白马寨和Voisey’sBay铜镍硫化物矿床的铂族元素特征,对喀拉通克矿床的成矿潜力进行分析,取得的主要进展如下:
　　 (1)利用ICP-MS分析测试了岩石、矿石的PGE含量,并对铂族矿物(PGM)进行了电子探针分析,分析数据丰富了喀拉通克铜镍矿床的研究资料。
　　 (2)研究了铂族矿物的粒径、寄主矿物等微观特征,并通过质量平衡计算、相图分析探讨了该矿床铂族矿物的成因和形成过程,不仅为铂族元素选冶提供了第一手资料,而且为成矿作用和铂族元素富集规律研究提供了矿物学依据。
　　 (3)相似的铂族元素配分曲线和大多数硫化物Co/Ni比值小于1,表明该矿床Y1-Y9岩体群和G21岩体来自同一岩浆系统,为同源岩浆演化的产物,这与岩石主量元素提供的成因信息一致。
　　 (4)区域构造、岩石组合、年代学及岩石地球化学研究表明,喀拉通克矿床形成于早二叠世后碰撞伸展阶段的拉张环境,岩浆源区由被消减板片交代的地幔楔物质和软流圈地幔物质组成,且以软流圈地幔物质为主。岩石圈伸展减薄,软流圈物质上涌并发生减压部分熔融,在软流圈物质加热下地幔楔发生14％的部分熔融,产生铂族元素不亏损的初始岩浆。
　　 (5)PGE特征显示喀拉通克成矿母岩浆为高镁拉斑玄武质岩浆,组成类似于金川母岩浆,为携带大量硫化物熔体和橄榄石等矿物的“晶粥”。在深部岩浆房,初始岩浆局部混染少量地壳物质,橄榄石、辉石和铬铁矿等矿物发生分离结晶作用,使得岩浆中硫化物达到饱和而熔离,少量硫化物预先熔离伴随橄榄石等的丢失,导致成矿母岩浆亏损铂族元素。
　　 (6)选择性混染导致岩浆中Os的含量和初始Os同位素组成增高,而对Sr、Nd、O同位素体系的影响较弱,造成Os、Sr、Nd、O同位素间发生“脱耦”。
　　 (7)喀拉通克矿床铂族矿物以Pt、Pd、Ni的碲化物、铋化物固溶体系列矿物为主,分布不均一,主要分布在磁黄铁矿、镍黄铁矿等硫化物中。粒径多在3～5um。矿物组合、质量平衡计算和相图分析显示,铂族元素主要以铂族矿物的形式存在,多数铂族矿物为岩浆熔离成因,个别矿物颗粒可能为热液叠加作用的产物。
　　 (8)喀拉通克矿床浸染状矿石宏观上具有最先成矿的特点,相似的Pd/Ir、Pt/Pd、Cu/Pd比值及IPGE与PPGE之间分异不明显,说明浸染状矿石是含矿岩浆较快速度冷凝与就地结晶分异的产物。而致密块状矿石宏观上晚于浸染状矿石侵位,具有岩浆通道贯入成矿的特征,IPGE比PPGE更加亏损,且IPGE与PPGE之间分异显著,这意味着硫化物熔体在深部岩浆房与更多的橄榄石、铬铁矿等矿物反应,而后贯入到构造破碎带,经历单硫化物固溶体分离结晶后形成块状矿石。
　　 (9)在考虑矿床成岩成矿大陆动力学背景的基础上,以成矿作用和深部成矿过程为核心,建立了喀拉通克铜镍矿床的成岩成矿模式。
　　 (10)喀拉通克、金川、白马寨、黄山东和Voisey’s Bay铜镍矿床均经历了深部硫化物熔离作用,硫化物熔离导致母岩浆亏损PGE,但对Ni和Cu而言可能起到预富集作用。因此,在目前的勘查深度内喀拉通克铜镍矿床的PGE成矿潜力有限,而铜、镍的成矿潜力较大。