造山带岩浆铜镍硫化物矿床的混染模式——以天山-北山二叠纪铜镍矿为例

造山带铜镍矿床的地幔源区均经历过不同程度的俯冲交代作用和复杂的源区混染历史,造山带铜镍矿带内大量个体差异的矿床为源区和壳内混染的多样性提供了研究实例。中亚造山带天山-北山地区是中国众多造山带内铜镍矿数量最多、分布最广、总体储量最大的地域,这些矿化岩体普遍体现Nb-Ta亏损、高;O和锆石O-Hf同位素离散的特征,该宏大现象主要源自地幔源区不同比例的俯冲沉积物熔体和低温蚀变洋壳流体的交代改造;造山带铜镍矿床的初始岩浆在地壳尺度内上侵过程中,发生的分离结晶和硅铝质物质混染(AFC过程),可以造成母岩浆发生硫化物饱和,然而AFC过程触发的硫化物饱和在时间上通常较晚,外源硫加入对岩浆早阶段大规模硫化物熔离是必要的;岩浆演化至晚阶段时,低比例的残余熔体可能经历壳源熔体加入,导致晚阶段矿物(如锆石)同位素组成与全岩成分明显不同。更为重要的是,造山带铜镍矿床的地幔源区具有潜在的高氧逸度特征,碳同位素和氧逸度研究显示还原性碳质物加入导致的岩浆还原作用,可能是造山带有别于板内环境铜镍矿床硫化物饱和的重要机制。总体来说,造山带铜镍矿床不同空间位置和尺度的混染模式和识别特征为:(1)源区混染,以Nb-Ta亏损、氧同位素不均一、O-Hf同位素离散为特征;(2)地壳尺度大规模混染,以多类别元素-同位素体系壳幔差异为特征,其中硅铝质混染以全岩混染为主,外源硫和还原性物质以选择性混染为主;(3)岩浆晚阶段粒间熔体混染,以同一岩相中不同矿物的同位素组成显著差异为特征。这3种模式中仅壳内大规模混染导致的成矿岩浆组分、硫含量以及氧逸度变化,有利于岩浆硫饱和形成不混溶的硫化物熔体;而晚阶段粒间熔体混染记录的地壳信息,不能反映与成矿密切相关的壳源混染事件。混染模式的精细识别为造山带广泛发育的镁铁-超镁铁岩体成矿潜力评价提供了重要的理论依据。

高镍铜镍矿床的特征、形成机制与勘查展望

岩浆铜镍矿床100%硫化物中的Ni含量与赋矿岩石和成矿过程紧密相关,记录岩浆成分、分异程度与硫化物演化过程。硫化物异常高镍(高镍硫化物)往往被认为与科马提质岩浆或者后期热液作用密切相关。近年研究结合勘查证实,赋含高镍硫化物的矿床(高镍铜镍矿床)不仅限于科马提岩,还与苦橄质、玄武质岩浆有关,另外,热液富集作用并不是必要因素。本文总结了世界上高镍铜镍矿床的基本特征和形成机制,分析提出了不同机制的判别标志,并展望了其勘查前景。详细对比高镍铜镍矿床的产出环境、赋矿岩相、矿石特征、矿物组合等特征,该类矿床往往产于大陆裂谷和造山带环境,与基性程度较高的岩浆有关,以橄榄岩赋矿为主,含镍硫化物组合主要为镍黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿组合,少数为针镍矿-镍黄铁矿-黄铁矿组合。科马提岩相关矿床可将Ni含量大于16%的硫化物定义为高镍硫化物,苦橄质-玄武质岩浆相关矿床的硫化物可分为高镍硫化物(Ni>10%)、中镍硫化物(5%～10%)和富铜硫化物(Ni<5%,Cu>Ni)。原生高镍硫化物可由富镍岩浆熔离、硫化物从橄榄石中吸取Ni、硫化物结晶分异、硫化物与硫不饱和岩浆反应等机制形成。苦橄质-玄武质岩浆相关的矿床,硫化物与橄榄石的Fe-Ni交换反应是高镍硫化物形成的重要机制。辉石岩源区地幔部分熔融形成富镍岩浆是否为高镍硫化物形成的必要条件尚存争议。不同机制形成的高镍硫化物具有迥异的岩石-矿物组合和地化特征。硫化物矿物组合、橄榄石成分(Fo值、Ni含量、Fo值-Ni含量的相关性)、伴生元素(铜、铂族元素)丰度-配分模式等特征可作为区分不同高镍硫化物形成机制的有效指标。我国新疆黄山南、坡一和青海夏日哈木矿床(部分浸染状矿化橄榄岩)以赋含高镍硫化物为特征,新疆喀拉通克矿床的硫化物则以富铜为特征,中国其余矿床的硫化物均属中镍硫化物。目前研究指示中国的高镍铜镍矿床与母岩浆相对富镍、硫化物与橄榄石Fe-Ni交换作用密切相关,后者可使硫化物Ni含量提升3%～5%。在铜镍矿床勘查方面,稀疏-中等浸染状高镍硫化物矿石即可达到工业品位,稠密浸染状-块状高镍硫化物矿石可达到很高的Ni品位(10%),是高品位镍矿勘查的一个重要方向。造山带环境富水、相对高氧逸度(可高达QFM+1)的岩浆可能是形成高镍硫化物的有利条件,该环境橄榄石Fo值较高(>87mol%)的岩体有利于形成高镍硫化物。