李平 何蕾 梁婷 趙同陽(yáng) 田江濤 李大海

摘? 要：新發(fā)現(xiàn)的路北銅鎳鈷硫化物礦床位于東天山黃山-鏡兒泉銅鎳礦帶西段，探明的鎳金屬量6.8×104? ?t（平均品位0.88%），銅3.9×104? ?t （平均品位0.50%），鈷2 317 t（平均品位0.03%），礦床規(guī)模已達(dá)中型。路北巖體位于康古爾大斷裂北側(cè)，侵位于下石炭統(tǒng)小熱泉子組凝灰質(zhì)碎屑巖中，由早至晚依次為輝長(zhǎng)巖、橄欖巖、輝石橄欖巖、橄欖輝石巖和閃長(zhǎng)巖，其中橄欖輝石巖為最重要的含礦巖石。路北鎂鐵質(zhì)巖石的鉑族元素（PGE）含量偏低，∑PGE為3.21×10-9～45.13×10-9，平均14.96×10-9，IPGE（Os，Ir，Ru）略高于PPGE（Ru，Pt，Pd）含量。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解上，巖石具相似的分布模式，PPGE和IPGE之間分異很弱。綜合分析認(rèn)為，形成路北銅鎳鈷礦床的母巖漿性質(zhì)為后造山伸展環(huán)境下具交代巖石圈地幔特征的高鎂玄武質(zhì)巖漿，發(fā)生硫化物熔離的主要機(jī)制是下地殼物質(zhì)的加入。

關(guān)鍵詞：鉑族元素;地球化學(xué);銅鎳鈷硫化物礦床;路北;東天山

東天山位于中亞造山帶（CAOB）南緣，有著優(yōu)越的成礦條件，是我國(guó)銅鎳資源的重要基地[1-2]。造山帶中小型鎂鐵-超鎂鐵巖體成就大型銅鎳礦是東天山銅鎳礦成礦的顯著特色之一，如沿黃山-康古爾斷裂帶上分布的圖拉爾根、葫蘆、黃山、香山、二紅洼、土墩銅鎳礦床，以巖體規(guī)模小、多階段侵入、巖相分帶清晰、成群成帶出現(xiàn)為特點(diǎn)[1-2]，成礦時(shí)代主要集中在290～275 Ma[3-7]（圖1）。目前，對(duì)于區(qū)內(nèi)鎂鐵-超鎂鐵巖體的巖漿源區(qū)與構(gòu)造背景的研究還存在爭(zhēng)議，焦點(diǎn)主要集中在俯沖碰撞的交代地幔、碰撞后伸展的俯沖交代地?；蜍浟魅Φ蒯＜芭c塔里木地幔柱有關(guān)的地幔柱[4，6，8]。

路北銅鎳鈷硫化物礦床是2014年新疆地質(zhì)調(diào)查院在東天山西段化探異常檢查中新發(fā)現(xiàn)的[9]，該礦床探明鎳金屬量6.8×104? t，平均品位0.88%;銅金屬量3.9×104? t，平均品位0.50%;鈷2 317 t（平均品位0.03%）。前人就路北巖體特征、巖漿源區(qū)和成礦構(gòu)造環(huán)境方面進(jìn)行了研究[6，9-11]，但缺少對(duì)巖漿銅鎳硫化物成礦機(jī)制的研究。2020年新疆地質(zhì)調(diào)查院在礦區(qū)北部又取得較好的找礦成果，在現(xiàn)有勘查工作的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究構(gòu)造巖漿演化和成礦作用過(guò)程，對(duì)于指導(dǎo)該區(qū)找礦具現(xiàn)實(shí)意義。本文擬在精細(xì)劃分路北巖體巖相基礎(chǔ)上，通過(guò)分析路北巖體中PGE含量，利用鉑族元素特殊地球化學(xué)性質(zhì)，示蹤巖體母巖漿性質(zhì)并反演成巖成礦作用，以期為揭示路北銅鎳礦床母巖漿源區(qū)性質(zhì)和硫化物熔離機(jī)制提供新的證據(jù)。

1? 礦區(qū)地質(zhì)

路北巖體位于康古爾斷裂北側(cè)，侵位于下石炭統(tǒng)小熱泉子組的凝灰質(zhì)碎屑巖中，平面上呈半環(huán)狀展布，出露面積1.35 km2，由南北礦帶兩部分組成，南部為超基性-基性巖石組成，是富礦體的賦礦圍巖，主要巖性為橄欖巖、輝石橄欖巖、橄欖輝石巖、輝石巖，外圍及邊部有少量輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖，地表長(zhǎng)約2 000 m，寬400～800 m，平均500 m，面積約為0.89 km2;北部為基性巖石組成，是低品位礦體的賦礦圍巖，主要巖性為輝長(zhǎng)巖、角閃輝長(zhǎng)巖及外圍少量閃長(zhǎng)巖（圖2）。通過(guò)野外露頭和鉆孔巖心觀察，結(jié)合空間分布、巖石組合和礦化蝕變特征，可將路北巖體由早至晚劃分為5個(gè)巖相，依次為輝長(zhǎng)巖相→橄欖巖相→輝石橄欖巖相→橄欖輝石巖相（最主要的賦礦巖石）→（石英）閃長(zhǎng)巖相。各巖相特征詳細(xì)介紹如下：

輝長(zhǎng)巖相? 賦礦巖石之一，包括輝長(zhǎng)巖和角閃輝長(zhǎng)巖。輝長(zhǎng)巖分布于礦區(qū)南側(cè)輝石巖邊部，具弱銅鎳礦化，主要形成了4～9號(hào)礦體。巖石以單斜輝石（約25%）、斜長(zhǎng)石（約70%）為主，偶見(jiàn)橄欖石。單斜輝石呈短柱狀，粒徑0.1～0.24 mm，具陽(yáng)起石化、綠泥石化;基性斜長(zhǎng)石，粒徑0.12～0.6 mm，具高嶺土化。角閃輝長(zhǎng)巖僅分布于礦區(qū)北部，主要形成了10～14號(hào)礦體。

橄欖巖相? 分布于巖體最南側(cè)，被閃長(zhǎng)巖侵入， 由橄欖石（62%）、蛇紋石（25%）、方解石（10%）、磁鐵礦（3%）組成，巖石具伊丁石化、蛇紋石化和碳酸鹽化。橄欖石呈半自形粒狀，粒徑0.3～1 mm，礦物內(nèi)部多網(wǎng)狀裂紋，蛇紋石分布于橄欖石間。

輝石橄欖巖相? 僅分布于路北巖體南側(cè)，被閃長(zhǎng)巖侵入，是賦礦巖石之一，主要形成了2號(hào)礦體。主要由橄欖石（約62%）、普通輝石（約15%）、蛇紋石（約15%）組成，巖石具蛇紋石化、滑石化。橄欖石呈自形和半自形粒狀，粒徑0.5～1.5 mm;普通輝石分布于橄欖石間，呈半自形柱狀，粒徑0.5～1mm;蛇紋石呈纖維狀分布于橄欖石和輝石之間。

橄欖斜方輝石巖相? 主要分布于礦區(qū)南部， 被晚期閃長(zhǎng)巖侵入，局部零星出露，是最重要的賦礦巖石，形成了最大的1號(hào)礦體。巖石主要由橄欖石（約25%）、斜方輝石（約53%）組成，偶見(jiàn)橄欖石，輝石具纖閃石化、綠泥石化。橄欖石呈他形粒狀，粒徑（0.28±2.3） mm;斜方輝石呈柱狀，粒徑（0.24±3.2） mm。

閃長(zhǎng)巖相? 包括閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖，主要分布于雜巖體邊部和底部，為最晚期侵入產(chǎn)物。巖石由斜長(zhǎng)石（約75%）、角閃石（約15%）、石英（約10%）組成，微量黑云母、磁鐵礦。斜長(zhǎng)石呈自形板狀，粒徑0.4～2 mm，具輕度泥化，大致定向分布。角閃石具陽(yáng)起石化，分布于斜長(zhǎng)石之間。黑云母呈葉片狀分布在斜長(zhǎng)石之間。磁鐵礦呈他形粒狀分布在角閃石、斜長(zhǎng)石之間。見(jiàn)有暗色捕擄體。

2? 礦床地質(zhì)特征

路北銅鎳礦共查明14個(gè)礦體，其中南部1～4號(hào)礦體主要賦存于橄欖輝石巖中，中部5～9號(hào)礦體主要賦存于輝長(zhǎng)巖中，北部10～14號(hào)5個(gè)礦體主要賦存于角閃輝長(zhǎng)巖中（圖2）。銅鎳鈷礦體呈層狀、似層狀（圖3），向南傾斜，傾角14°～28°。其中，1號(hào)礦體是礦區(qū)最大的礦體，平面延伸800多米，深200多米，平均品位為鎳1.05%，銅0.63%。

礦石礦物有鎳黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、紫硫鎳礦及少量黃鐵礦。其中，黃銅礦呈浸染狀或脈狀，多分布于磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦裂隙中。鎳黃鐵礦呈他形-半自形粒狀，呈浸染狀及微裂隙脈狀分布，常與黃銅礦、磁黃鐵礦共生。磁黃鐵礦呈他形粒狀，與鎳黃鐵礦呈連晶狀產(chǎn)出，在微裂隙發(fā)育的磁黃鐵礦中，常有微裂隙脈狀黃銅礦充填。脈石礦物為橄欖石、輝石、角閃石、斜長(zhǎng)石、云母，次生蝕變礦物有透閃石、纖閃石、滑石、綠泥石、蛇紋石。

3? 測(cè)試方法及分析結(jié)果

PGE測(cè)試由國(guó)家地質(zhì)測(cè)試中心完成，測(cè)試流程為：將0.07 mm（200目）待測(cè)樣品與一定比例碳酸鈉、硼酸鈉、硼砂、玻璃粉、硫磺、面粉混合，倒入坩堝中，加入適量鋨稀釋劑，在1 150℃高溫爐內(nèi)熔融，把熔體倒入鐵模中冷卻后取出鎦扣，用6 mol/L的鹽酸溶解鎦扣并濾出不溶物，在封閉溶樣器中用王水溶解濾渣，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定Os，Ir，Ru，Rh，Pt和Pd。ICP-MS測(cè)定精度RSD≤6.5，測(cè)試標(biāo)樣為GDP-3和GDP-4，測(cè)試儀器為等離子質(zhì)譜儀（PE300D），檢測(cè)方法依據(jù)GB/T17418.7-2010。巖石樣品的Cu，Ni和S含量測(cè)試均在澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司采用ICP-MS完成（表1）。

路北銅鎳礦石的Ir組元素含量為3.10×10-9～87.90×10-9，Pd組元素含量為19.01×10-9～39.70×10-9，∑PGE含量為44.72×10-9～137.28×10-9。鎂鐵質(zhì)巖石的PGE含量較低（表1），Ir組（IPGE，包括OS，Ir，Ru）元素含量為0.75×10-9～3.10×10-9，Pd組（PPGE，包括Rh，Pt，Pd）元素含量為1.20×10-9～19.03×10-9，∑PGE含量為3.21×10-9～45.13×10-9，平均14.96×10-9，相對(duì)于原始地幔∑PGE（23.5×10-9）虧損[12]，與東天山典型礦床相比，略高于黃山東巖體中PGE含量（0.67×10-9～2.42×10-9，平均2×10-9）[13]，高于葫蘆巖體中PGE含量（1.98×10-9～26.62×10-9，平均7.9×10-9）[3]，略高于土墩巖體中PGE含量（1.91×10-9～2.57×10-9）[14]。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化PGE及Cu，Ni分布模式圖上（圖4），除1件塊狀礦石樣品外具相似的左斜分布型式，呈Os-Ir右傾，Ir-Pt左傾，Pt-Pd平緩，Pt，Pd較Os，Ir，Ru和Rh富集，這與東天山地區(qū)典型銅鎳礦超鎂鐵巖鉑族元素的分布型式一致（如黃山東、黃山南、土墩、葫蘆銅鎳礦）。

4? 討論

4.1? 熱液蝕變對(duì)巖體PGE的影響

一般來(lái)說(shuō)，鎂鐵-超鎂鐵巖中PGE的含量除受地幔源區(qū)成分及部分熔融程度控制外，在巖漿演化過(guò)程中主要受巖漿分離結(jié)晶、硫化物熔離及后期巖漿熱液作用的影響[16-17]。通常情況下，熱液硫化物礦床具極低的Ir含量和高的Pd/Ir比值，受熱液交代作用影響的巖體Pd/Ir比值一般大于100，而巖漿硫化物礦床則具相對(duì)高的Ir含量和低的Pd/Ir值[18-19]，這是由于Pd和Ir在蝕變過(guò)程中發(fā)生分餾所致[16]。路北地表巖體具較強(qiáng)的伊丁石化蝕變，而深部巖體Pd/Ir比值為0.45～32.39，明顯小于100，說(shuō)明路北礦床受熱液蝕變作用的強(qiáng)度不足以改變巖石和礦石的PGE組成，故該礦床的PGE虧損與熱液作用無(wú)關(guān)。

4.2? 母巖漿性質(zhì)

經(jīng)巖石圈地幔部分熔融程度越高的巖漿，其Ni/Cu比值小于地幔值，而Pd/Ir比值高于地幔值，在硫化物/硅酸鹽巖漿體系中，硫化物熔體不混溶作用對(duì)殘余巖漿的Ni/Cu比值和Pd/Ir比值影響不大。因此，可用Ni/Cu和Pd/Ir比值指示銅鎳礦床的母巖漿性質(zhì)[20]。路北銅鎳礦床巖石的Ni/Cu和Pd/Ir比值均落在高鎂玄武質(zhì)巖漿范圍內(nèi)（圖5）。Pt/（Pt+Pd）比值也可用于推測(cè)母巖漿性質(zhì)，玄武質(zhì)巖漿范圍值為0.28～0.72，科馬提質(zhì)巖漿范圍值為0.36～0.38[21]。路北巖體的Pt/（Pt+Pd）比值為0.44～0.73，表現(xiàn)出玄武質(zhì)巖漿特點(diǎn)。

通過(guò)野外巖心樣品觀察，路北巖體與圍巖接觸帶具熱接觸變質(zhì)現(xiàn)象，晚期侵位的閃長(zhǎng)巖中可見(jiàn)暗色捕擄體，表明其就位方式為巖漿熱侵位方式，與構(gòu)造就位的蛇綠巖套無(wú)關(guān)。目前，關(guān)于東天山銅鎳成礦帶鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖源區(qū)是否與塔里木大火成巖省有關(guān)成為焦點(diǎn)[8，22]。通常大火成巖省表現(xiàn)為相對(duì)集中的一段地質(zhì)時(shí)期內(nèi)（約幾個(gè) Ma）大規(guī)模幔源巖漿活動(dòng)，主要包括溢流玄武巖和放射狀基性巖墻群[23]，巖漿源區(qū)表現(xiàn)為相對(duì)“干”且低揮發(fā)分特征[24]。目前該地區(qū)未報(bào)道有大火成巖省有關(guān)特征的巖石組合，且路北巖體中普遍可見(jiàn)角閃石、黑云母等含水原生礦物，表明其源區(qū)巖漿是相對(duì)“濕”的。可見(jiàn)，路北巖漿源區(qū)不具有塔里木大火成巖省的巖漿源區(qū)特點(diǎn)。Chen et al對(duì)路北巖體開(kāi)展Sr-Nd同位素源區(qū)示蹤研究，獲得路北巖體的εNd（t）值介于+4.01～+6.33（t=288 Ma），認(rèn)為巖漿源區(qū)為交代巖石圈地幔[6]，但從空間分布和巖石組合等方面明顯區(qū)別于俯沖背景下的阿拉斯加型巖體[25]。前人已經(jīng)獲得路北巖體最早侵位的輝長(zhǎng)巖和最晚侵位的閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡分別為（288±1.8） Ma、（281.2±1.5） Ma[6，26]，該時(shí)間段明顯晚于東天山地區(qū)晚石炭世俯沖作用結(jié)束時(shí)間[27]。由于受早期俯沖板片流體的改造，許多造山后伸展環(huán)境中的巖漿也常顯示弧巖漿特征[28]。由此可見(jiàn)，路北銅鎳礦床的母巖漿性質(zhì)為后造山伸展環(huán)境下，交代巖石圈地幔部分熔融形成的高鎂玄武質(zhì)巖漿。

4.3? 硫化物熔離機(jī)制

PGE具極高的硫化物熔體與硅酸鹽熔體的分配系數(shù)（20 000），遠(yuǎn)大于Cu的分配系數(shù)1 000[29]。因此，巖漿演化過(guò)程中發(fā)生S飽和，熔漿中的Pd比Cu更易被大量帶走而導(dǎo)致熔漿Cu/Pd比值大幅升高，即發(fā)生了硫化物熔離作用的巖漿及產(chǎn)物中的Cu/Pd比值應(yīng)大于相應(yīng)的原始地幔值。路北巖體中的Cu/Pd（98.64×103～1 518.27×103）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相應(yīng)的原始地幔中Cu/Pd值（6.5×103）[19]，表明路北礦床的母巖漿可能在深部發(fā)生過(guò)硫化物的熔離。PPGE與相容元素（Cr）和不相容元素（Y）比值的關(guān)系進(jìn)一步證明了上述推測(cè)，即Pd/Cr和Pt/Y比值同時(shí)降低，而Pd/Pt比值不變（圖6-a， b），主要是硫化物發(fā)生熔離作用而導(dǎo)致的[17]。此外，路北巖礦石中Pd/Pt比值變化較小，介于0.37～1.26，平均0.98，均小于Voisey's Bay 礦床的Pd/Pt比值（1.90）[30]，表明路北硫化物礦石形成于單一的硫化物飽和事件 [31]。

巖漿達(dá)到硫飽和而觸發(fā)硫化物熔離機(jī)制的因素包括溫度降低、壓力升高、巖漿的結(jié)晶分異、地殼混染[28，32]。通常情況下，巖漿沿通道上升過(guò)程是溫度和壓力降低的過(guò)程，但壓力降低引發(fā)的硫溶解度升高程度遠(yuǎn)大于溫度降低所引發(fā)的硫溶解度降低[28，33]。巖漿中硫的溶解度與FeO含量成正比，與SiO2含量成反比[34]，即橄欖石、輝石等礦物的結(jié)晶作用將引起巖漿中SiO2含量升高、FeO含量降低，從而降低巖漿中硫的溶解度。而Barnes and Lightfoot認(rèn)為，科馬提質(zhì)玄武巖漿需經(jīng)過(guò)40%的結(jié)晶分異才能達(dá)到硫飽和，即使巖漿中硫達(dá)到飽和[33]，也很難形成具有重要經(jīng)濟(jì)意義的礦床[28]。由此看來(lái)，地殼物質(zhì)混染是形成硫化物礦床的關(guān)鍵因素。Chen et al.獲得路北礦石δ34S（-0.3‰～+1.8‰），具地幔硫特征，與東天山黃山西（-0.2‰～+0.86‰）、黃山南（-0.4～+0.8‰）礦床一致[11，35，36]，基本可忽略地殼硫加入的影響。Chen et al.獲得路北巖石的εNd（288Ma）（ +4.01～+6.33）、（87Sr/86Sr）（0.703 33～0.706 36） [11]，大致估算巖漿遭受了5%左右的下地殼物質(zhì)混染，與東天山地區(qū)圖拉爾根（小于5%）、黃山東（5～8%）、二紅洼（小于5%）、黃山南（約5%）銅鎳硫化物礦床的特征一致[37-40]。因此，我們認(rèn)為巖漿溫度降低、壓力升高、巖漿的結(jié)晶分異及地殼硫加入的影響可基本忽略，路北銅鎳鈷礦床發(fā)生硫化物熔離的主要機(jī)制是下地殼物質(zhì)的加入。

5? 結(jié)論

（1） 路北銅鎳礦床鎂鐵質(zhì)巖石的PGE總量低，PPGE略高于IPGE含量;巖石具相似的PGE原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化分布模式，Pd組和Ir組之間分異較弱。

（2） 路北銅鎳礦床的母巖漿性質(zhì)為后造山伸展環(huán)境下交代巖石圈地幔部分熔融形成的高鎂玄武質(zhì)巖漿。

（3） 路北銅鎳鈷礦床發(fā)生硫化物熔離的主要機(jī)制是下地殼物質(zhì)的加入。

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