東天山圪塔山口銅鎳礦床鉑族元素特征及對(duì)成礦過(guò)程的約束

孫　瑩

(長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安　710054)

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東天山圪塔山口銅鎳礦床鉑族元素特征及對(duì)成礦過(guò)程的約束

孫瑩

(長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安710054)

圪塔山口銅鎳礦床位于東天山黃山-鏡兒泉-圖拉爾根銅鎳礦帶東段，目前，規(guī)模已達(dá)小型，以星點(diǎn)狀和稀疏浸染狀礦石為主。礦石中Ni含量為0.16%～1.39%，Cu含量為0.02%～1.21%，Ni/Cu值為1.15～7.01。鉑族元素總量含量較低，為13.11×10-9～828.09×10-9，礦石Pd/Ir值為13.9～20.8，表明成礦后熱液活動(dòng)對(duì)鉑族元素影響較小。鉑族元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(xiàn)呈明顯的左傾型，PPGE含量略高于IPGE。在Ni/Cu-Pd/Ir圖解上，圪塔山口礦床母巖漿成分落入高鎂玄武巖區(qū)域，與國(guó)內(nèi)其他典型銅鎳礦床成礦母巖漿性質(zhì)一致。深部巖漿房?jī)?nèi)少量硫化物的熔離是導(dǎo)致礦石中PGE虧損的主要原因。鉑族元素之間呈較好的正相關(guān)性，表明硫化物熔離后未發(fā)生明顯的分離結(jié)晶作用。

圪塔山口；銅鎳礦床；鉑族元素；成礦過(guò)程；東天山

新疆東天山黃山-鏡兒泉-圖拉爾根銅鎳礦帶是我國(guó)第三大銅鎳礦帶，已發(fā)現(xiàn)的銅鎳礦床主要有黃山東、黃山、圖拉爾根、香山和葫蘆等，已有研究表明這些銅鎳礦床均形成于晚石炭世—早二疊世(韓寶福等，2004；孫濤等，2010；三金柱等，2010；肖慶華等，2010；QIN et al.，2011；張照偉等，2015)。這些礦床的賦礦巖體巖漿分異演化充分，巖石地球化學(xué)組成主要屬拉斑玄武巖系列，具有相似的微量元素和Sr-Nd-Pb同位素特征，巖漿演化過(guò)程中都遭受了較低程度的地殼物質(zhì)同化混染(夏明哲等，2008，2010；ZHOU et al.，2004；鄧宇峰等，2011；焦建剛等，2012)，是相同構(gòu)造背景下的產(chǎn)物。關(guān)于這些礦床的構(gòu)造背景存在著碰撞后伸展(韓寶福等，2004；夏明哲等，2008；鄧宇峰等，2011)和與地幔柱作用相關(guān)的不同認(rèn)識(shí)(王登紅等，2000；毛景文等，2006；PIRAJNO et al.，2008；QIN et al.，2011)。目前該礦帶東西兩側(cè)是否仍有尋找銅鎳礦的潛力是該區(qū)今后研究及找礦工作的重點(diǎn)。近幾年，新發(fā)現(xiàn)的圪塔山口銅鎳礦床盡管規(guī)模較小，但對(duì)其開(kāi)展詳細(xì)的研究工作有利于進(jìn)一步評(píng)價(jià)該銅鎳礦帶向東的找礦潛力。

圪塔山口銅鎳礦床是新疆有色地質(zhì)勘查局704隊(duì)新發(fā)現(xiàn)的銅鎳礦床，郭海兵(2011)對(duì)其地質(zhì)特征、礦體特征、礦石類(lèi)型等進(jìn)行了初步的總結(jié)，認(rèn)為屬典型的巖漿熔離-貫入型礦床。馮宏業(yè)等(2014a,2014b)對(duì)該礦床的形成時(shí)代、巖漿演化過(guò)程、巖漿源區(qū)性質(zhì)、成礦作用過(guò)程及構(gòu)造背景進(jìn)行了初步探討，認(rèn)為該礦床與東天山其他典型銅鎳礦床形成時(shí)代一致，為造山后伸展背景下地幔柱疊加作用的產(chǎn)物；成巖作用以巖漿結(jié)晶分異為主導(dǎo)，并受到了地殼物質(zhì)的混染，具有較好的銅鎳成礦潛力，但對(duì)該礦床的成礦作用過(guò)程研究較薄弱?；诖?，筆者通過(guò)巖/礦石鉑族元素地球化學(xué)研究來(lái)進(jìn)一步探討該礦床的成礦作用過(guò)程。

1　礦床地質(zhì)特征

圖1　東天山黃山-鏡兒泉-圖拉爾根銅鎳礦帶區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)秦克章等，2007修改)Fig.1　Regional geological map of the Huangshan-Jingerquan-Tulaegen Ni-Cu ore belt (modified after Qin et al,2007)

圪塔山口銅鎳礦床位于覺(jué)羅塔格構(gòu)造巖漿帶東段，受北東東向展布的康古爾-黃山斷裂帶次級(jí)斷裂控制(圖1)。區(qū)內(nèi)主要由I-1、I-2、I-3和I-4號(hào)巖體組成，其中I-2號(hào)巖體為主要含礦巖體。巖體侵入于泥盆系大南湖組淺變質(zhì)砂巖夾黑色碳質(zhì)片巖中，與圍巖接觸部位巖石多發(fā)生強(qiáng)烈變質(zhì)。I-1號(hào)巖體位于I-2巖體北西170m處，地表出露長(zhǎng)約300m，最寬處約100m，主要巖性為輝長(zhǎng)巖、角閃輝長(zhǎng)巖和橄欖輝石巖。I-2號(hào)巖體長(zhǎng)約400m，寬約10～40m(圖2a)，由兩側(cè)向中心依次為輝長(zhǎng)巖相-橄欖巖相-橄欖輝石巖相-輝長(zhǎng)巖相(圖2b)。I-3號(hào)巖體位于I-2號(hào)巖體東段第四系沖溝內(nèi)，磁法研究推測(cè)其可能為I-1號(hào)巖體的東延部分。I-4號(hào)巖體位于I-2號(hào)巖體以東，長(zhǎng)約420m，寬約100m，主要巖性為閃長(zhǎng)巖。通過(guò)野外宏觀地質(zhì)特征及年代學(xué)研究，都表明I-4號(hào)巖體與其余3個(gè)巖體不是同一期次巖漿作用的產(chǎn)物。

圖2　(a)圪塔山口礦區(qū)地質(zhì)圖及(b)6號(hào)勘探線(xiàn)鉆孔剖面圖(據(jù)郭海兵，2011修改)Fig.2　(a)Geological map and (b)the sixth cross-section of the Getashankou deposit

礦床主要賦礦巖性為輝石橄欖巖，橄欖輝石巖中也有少量礦化現(xiàn)象，共圈出4個(gè)礦體，其中I-2-1和I-2-2號(hào)礦體出露地表，I-2-3號(hào)為隱伏礦體。礦體呈似層狀、透鏡狀，向深部產(chǎn)狀變陡并逐漸尖滅(圖2b)；主要礦石類(lèi)型為星點(diǎn)狀和稀疏浸染狀，少量為海綿隕鐵狀礦石；主要金屬礦物組合為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦和黃銅礦(郭海兵，2011)。

2　樣品采集及分析方法

筆者樣品主要采自I-2號(hào)巖體ZK602，礦石類(lèi)型主要為星點(diǎn)狀和稀疏浸染狀礦石。鉑族元素(PGE)分析在貴州省拓譜資源環(huán)境分析檢測(cè)中心采用Elan DRC-e ICP-MS儀器測(cè)定。Pt、Pd、Ir和Ru采用同位素稀釋法測(cè)定，以194Pt為內(nèi)標(biāo)測(cè)定同位素Rh。具體流程是：準(zhǔn)確稱(chēng)取5g 樣品于120mL Teflon杯中，加入15mL HF，放置30min，于170℃電熱板上蒸干。加入2.5mL HF，7.5mL HNO3后密封，于185℃分解36h，取出冷卻，于170℃電熱板上蒸干。加入2mL HCl蒸干趕去HNO3，加入5mL HCl，水洗杯壁，轉(zhuǎn)移至50mL離心管中，定容至40mL，搖勻，離心5min，將清液轉(zhuǎn)移至原Teflon杯中。將Teflon杯于180℃ 加熱，加入1mL Te溶液，加SnCl2至剛出現(xiàn)黑色沉淀，再加3～4mL過(guò)量SnCl2，加熱40min，再加入1mL Te溶液，敞開(kāi)加熱約15min，冷卻并用抽濾裝置過(guò)濾，將濾膜放于原燒杯中，沿杯壁加入1管HNO3，加入少量水，微熱，取出濾膜后蒸干，趁熱加入5滴HNO3，8滴HCl，搖動(dòng)燒杯使底部鉑族元素完全溶解。用洗瓶清洗杯壁(約2mL水)，再搖動(dòng)，轉(zhuǎn)移至15mL離心管中，定容至10mL待測(cè)(QI et al，2011,2013)。

全流程Ir、Ru和Rh空白值低于0.003×10-9，Pd為0.02×10-9，Pt為0.011×10-9。儀器質(zhì)量分餾校正由10ng/mL的Ru，Ir，Pd和Pt標(biāo)準(zhǔn)溶液在樣品測(cè)試中間測(cè)定監(jiān)控，參照標(biāo)準(zhǔn)溶液的同位素豐度值(IUPAC，1998)，采用指數(shù)分餾法則對(duì)樣品測(cè)定時(shí)儀器的同位素分餾進(jìn)行校正。應(yīng)用該方法測(cè)定的標(biāo)樣UMT-1和WPR-1的結(jié)果列于表1。Ni、Cu和Co采用ICP-MS測(cè)定，S分析采用燃燒碘量法，Ni、Cu、Co和S的測(cè)定在西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所測(cè)試中心完成。

表1　PGE分析采用標(biāo)樣標(biāo)準(zhǔn)值與測(cè)定值對(duì)比表(10-9)

3　Ni、Cu及鉑族元素地球化學(xué)特征

表2　圪塔山口銅鎳礦床礦石鉑族元素及Ni、Cu、Co、S含量表

圖3　圪塔山口礦石中硫與鉑族元素相關(guān)性圖解Fig.3　The diagrams of Sulphur and the PGE concentrations from the Getashankou Ni-Cu deposit

圪塔山口礦石的鉑族元素及Ni、Cu、Co、S含量見(jiàn)表2。礦石中金屬Ni品位變化范圍為0.16%～1.39%，Cu的變化范圍為0.02%～1.21%，Ni/Cu值變化范圍為1.15～7.01，平均值為4.7。不同礦石類(lèi)型的鉑族元素總量(∑PGE)為13.11×10-9～828.09×10-9，其中，星點(diǎn)狀礦石含量較低，為13.11×10-9～56.81×10-9，平均值為28.66×10-9，含量明顯小于浸染狀礦石鉑族元素含量(828.09×10-9)。在鉑族元素與S含量相關(guān)性圖解上(圖3a—圖3e)，不同礦石類(lèi)型鉑族元素與硫含量之間均呈明顯的正相關(guān)性，表明礦石中鉑族元素主要賦存在硫化物中。礦石中金屬Ni含量與S之間的相關(guān)性不太明顯(圖3f)，這可能與樣品中含有較多的橄欖石有關(guān)。在鉑族元素相關(guān)性圖解上(圖4a—圖4f)，Ir與Ru、Rh之間呈較好的正相關(guān)性，Pd和Ir、Ru、Rh和Pt之間也均呈較好的正相關(guān)性，暗示鉑族元素之間可能沒(méi)有發(fā)生明顯的分離結(jié)晶作用。

圖4　圪塔山口礦石中鉑族元素相關(guān)性圖解Fig.4　Thecorrelation diagrams between platinum group elements of the Getashanhou deposit

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解上，圪塔山口的樣品具有相似的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化PGE及Ni、Cu配分曲線(xiàn)，呈明顯的左傾型，PPGE含量明顯高于IPGE含量(圖5)。

4　討論

4.1母巖漿性質(zhì)

地幔部分熔融導(dǎo)致形成的原始巖漿中Ni/Cu值小于地幔值，而Pd/Ir值高于地幔值(Barnes,1990)，且在硫化物/硅酸鹽巖漿體系中，硫化物的熔離作用對(duì)殘余巖漿的Ni/Cu值、Pd/Ir值都影響不大，但是后期巖漿熱液活動(dòng)往往會(huì)導(dǎo)致礦石中Ir含量偏低，而相對(duì)的使Pd/Ir值升高，圪塔山口礦床樣品的Pd/Ir值為13.9～20.8，平均值為17.3，遠(yuǎn)小于100，表明后期熱液活動(dòng)對(duì)鉑族元素的分布影響較小，故可以利用Ni/Cu和Pd/Ir值來(lái)判斷形成巖體母巖漿的性質(zhì)(BARNES et al., 2005)。在Ni/Cu-Pd/Ir圖解中(圖6)，圪塔山口礦床的樣品全部落入高鎂玄武巖區(qū)，表明圪塔山口巖體的母巖漿可能為MgO含量較高的玄武質(zhì)巖漿，這與國(guó)內(nèi)其他典型銅鎳礦床的母巖漿性質(zhì)一致(孫濤等，2010；李彤泰等，2010；王亞磊等，2012)。馮宏業(yè)等(2014b)通過(guò)對(duì)圪塔山口礦床中橄欖石成分進(jìn)行系統(tǒng)研究，表明橄欖石Fo最大值為86.6，與之平衡的母巖漿的MgO含量為11.84%，F(xiàn)eO含量為10.88%，這與東天山覺(jué)羅塔格構(gòu)造巖漿帶內(nèi)其他典型銅鎳礦床的母巖漿的MgO含量相似(孫赫等，2009；尹希文等，2015)，結(jié)合前人對(duì)該區(qū)銅鎳礦床巖漿源區(qū)部分熔融程度的估算，認(rèn)為圪塔山口礦床巖漿源區(qū)約發(fā)生了約15.8%～18.8%的部分熔融(馮宏業(yè)等，2014b)，這導(dǎo)致巖漿源區(qū)中的硫化物及鉑族元素全部進(jìn)入原始巖漿中(NALDRETT,2011)，形成鉑族元素不虧損的原始巖漿。

圖5　圪塔山口礦床鉑族元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(原始地幔數(shù)據(jù)據(jù)MCDONOUGH and SUN,1995)Fig.5　Primary-mantle-nornalized plots of sulfide ores from the Getashankou Ni-Cu deposit

圖6　圪塔山口礦床Ni/Cu-Pd/Ir關(guān)系圖解Fig.6　Ratio plots of Ni/Cu vs Pd/Ir of ores from the Getashankou Ni-Cu deposit

4.2硫化物熔離過(guò)程

研究表明礦石中鉑族元素的含量主要受以下因素控制：① 母巖漿性質(zhì)及其元素含量。②硫化物熔離的量(硅酸鹽巖漿/硫化物熔體質(zhì)量比)。③硫化物分離結(jié)晶作用(NALDRETT, 2011)。由于PGE具有很強(qiáng)的親S性，它們?cè)诹蚧锖凸杷猁}熔體之間具有較高的分配系數(shù)，而Cu、Ni在硫化物和硅酸鹽熔體之間的分配系數(shù)則較低，所以即便是少量的硫化物熔離也將導(dǎo)致殘余巖漿中PGE的明顯虧損(FLEET et al.，1996；CROKET et al.，1997)。圪塔山口礦床的Cu/Pd值為26.6×103～39.4×103，明顯大于原始地幔的Cu/Pd值(7×103)，表明形成圪塔山口礦石的母巖漿是PGE虧損的。那么導(dǎo)致PGE虧損的原因是母巖漿成分還是深部巖漿房?jī)?nèi)少量硫化物的熔離，這需要進(jìn)一步的探討。前已述及，圪塔山口礦床巖漿源區(qū)部分熔融形成的原始巖漿應(yīng)是PGE不虧損的。因此，形成的礦石也不應(yīng)該虧損PGE，據(jù)此推測(cè)導(dǎo)致PGE虧損的原因主要是由于深部巖漿房?jī)?nèi)發(fā)生了少量硫化物的熔離。

基性巖漿中硫化物熔離后，硫化物液滴由于重力或流動(dòng)分異作用在巖漿房底部或礦體的膨大部位發(fā)生聚集形成礦床(秦克章等，2012)，在硫化物聚集過(guò)程中由于溫度的降低硫化物熔體會(huì)進(jìn)一步發(fā)生分離結(jié)晶作用，形成單硫化物固溶體和硫化物殘余熔體，伴隨這一過(guò)程PPGE和IPGE之間會(huì)發(fā)生一定的分異演化(SONG et al，2008；NALDRETT，2011)。圪塔山口礦床中不同鉑族元素之間都具有很好的正相關(guān)性(圖5a—圖5f)，表明它們之間并不存在明顯的分異作用，但在鉑族元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解上(圖4)，圪塔山口礦床中PPGE含量明顯高于IPGE，呈明顯的左傾型，表明圪塔山口礦床中PPGE含量高于IPGE是原始巖漿的固有特征。

5　結(jié)論

(1)圪塔山口礦床∑PGE含量較低(13.1×10-9～828.1×10-9)，礦石中鉑族元素主要賦存在硫化物中，不同礦石類(lèi)型之間具有相似的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化PGE配分曲線(xiàn)。

(2)圪塔山口礦床母巖漿為高鎂玄武質(zhì)巖漿，巖漿源區(qū)發(fā)生了較高程度的部分熔融，原始巖漿中PGE不虧損，由于深部巖漿房?jī)?nèi)少量的硫化物熔離導(dǎo)致形成的礦石中PGE明顯虧損。

(3)圪塔山口礦床母巖漿中硫化物熔離后，硫化物熔體未發(fā)生明顯的分離結(jié)晶作用，鉑族元素之間不存在明顯的分異，礦石中PPGE含量明顯高于IPGE含量是母巖漿的固有特征。

致謝：在野外工作中，新疆有色地勘局704隊(duì)郭海兵工程師、黃寶強(qiáng)工程師等給予了大力支持；中科院貴陽(yáng)地化所漆亮研究員在鉑族元素分析測(cè)試過(guò)程中給予了熱情幫助，在此一并致以衷心的感謝。

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Platinum Group Element Character of the Getashankou Ni-Cu Deposit in East Tianshan and its Effect on Mineralization Process

SUN Ying

(School of Earth Sciences and Resources, Chang’an University, Xi’an 710054, Shaanxi, China)

The small scale Getashankou Ni-Cu deposit is located at the eastern section of the Huangshan-Jingerquan-Tulargen Ni-Cu ore belt, East Tianshan. This deposit is mainly composed by speckled ore and sparse disseminated ore. In these ores, Ni contents range from 0.16% to 1.39%, while the Cu contents vary from 0.02% to 1.21%, and the Ni/Cu ratios change from 1.15 to 7.01. The contents of ∑PGE are relative low, which range from 13.11×10-9to 828.09×10-9, and the Pd/Ir ratios vary from 13.9 to 20.8, indicating that the PGE characters of ores are almost unaffected by hydrothermal activity. The PGE shows the original characteristics of the deposit. Distribution patterns of PGE in these ores are enriched in Pt and Pd. In the geochemical data of these ores, the relationship between Ni/Cu and Pd/Ir indicate that the primitive magma is picritic magma whose PGE are not depleted, which is similar with other typical Ni-Cu deposits in China. Small amount of sulfide was separated in the deep chamber, which result in the loss of PGE in these ores. The elements among PGE show positive correlations, indicating that the sulfides didn’t experienced effectly crystallization.

Getashankou; Ni-Cu deposit; platinum group elements; mineralization process; East Tianshan

2015-10-22；

2015-10-29

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(2013G1271095)聯(lián)合資助

孫瑩(1977-)，女，副教授，博士研究生，主要從事旅游地質(zhì)研究工作。E-mail: sunying@chd.edu.cn

P618.2

A

1009-6248(2016)01-0143-10