甘肃金川铜镍硫化物矿床成岩成矿构造观测及解析

甘肃金川超大型铜镍硫化物矿床形成于新元古代,从其母岩浆侵位到后期构造叠加改造,该矿床经历了复杂的地质演化过程。尽管前人开展了相关研究,但是关于该矿床的矿区构造研究仍然存在较大争议。此外,厘清矿区控岩控矿构造对探讨岩浆侵入与就位过程、矿床深部找矿等具有重要意义。本次研究根据矿区构造分类、配套、交切关系与成岩成矿时序组合等,划分出成矿前、成矿期和成矿后构造系统,借助断裂、共轭节理产状统计分析了矿区构造应力场,确定主压应力方向分别为N-S向、NE-SW向和NNE-SSW向。最后将矿区构造与区域大地构造演化相结合,总结归纳出成矿前、成矿期与成矿后构造演化过程:成矿前经历吕梁运动阶段,该区发生强烈褶皱和变质作用。成矿期晋宁运动阶段,金川赋矿岩体的母岩浆沿着吕梁期形成的褶皱构造虚脱空间侵入就位。成矿后,加里东运动阶段,龙首山地区发生陆内造山,大量基性岩脉侵入;海西运动阶段,推覆造山运动强烈,形成泥盆纪地层,发育一系列同斜紧闭褶皱;燕山运动阶段,挤压-走滑作用占主导形成东西向展布的山前拉分盆地和北东向展布的断陷盆地;喜马拉雅运动阶段,急剧隆升和剥蚀,金川矿床从深部被抬升到了地表。研究成果为金川矿床深、边部找矿提供了新思路。

中国岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿理论创新和找矿突破

中国岩浆铜镍钴硫化物矿床是国家镍、钴、铂族元素等战略性关键金属资源的主要来源,是需要特别关注的具有未来价值的重要矿床类型。该类矿床来源于上地幔,特别是软流圈的部分熔融形成的镁铁质、超镁铁质岩浆,硫化物液相-硅酸盐熔体的不混溶(熔离)作用是成矿的主要机制。它们主要形成于两种背景:大陆裂谷和造山带中的伸展环境。中国是岩浆铜镍钴硫化物矿床的产出大国,但与国外相比,形成背景和成矿动力学机制比较独特。世界上绝大多数岩浆铜镍钴硫化物矿床都形成于古老的克拉通,是地幔柱地球动力作用的结果,太古代—早元古代的科马提岩镍钴硫化物矿床是鲜明的产出特点。中国缺少古老的科马提岩有关的镍钴硫化物矿床,成矿时代相对较晚,主要形成于新元古代、晚古生代早期和晚期三个时期,新元古代以镍金属资源量居世界第三的金川超大型矿床为代表,晚古生代早期以近年来找矿突破发现的夏日哈木超大型矿床为代表。夏日哈木矿床也是迄今世界上特提斯造山带中发现的唯一一例超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床。中国学者基于中国找矿实际提出的“大岩浆-深部熔离-贯入”表现为“小岩体成大矿”的成矿理论,广泛为野外地质勘查工作者接受并应用,取得了重要的找矿突破性成果,同时为国外同行认可,改变了岩浆铜镍钴硫化物矿床传统的成矿认识。造山带中岩浆铜镍钴硫化物矿床的广泛分布是中国该类矿床的一个重要特色,按形成造山带演化和成矿历史的不同,可分为特提斯型和中亚型两种重要的类型。特提斯型以夏日哈木矿床为代表,它是特提斯构造转换,原特提斯造山后,古特提斯裂解的产物;中亚型以中亚造山带中东天山-北山、阿尔泰分布的大批晚古生代晚期早二叠世岩浆铜镍钴硫化物矿床为代表,是板块构造和地幔柱双重地球动力学机制作用的结果。中国岩浆铜镍钴硫化物矿床找矿潜力巨大,金川矿床作为水平的“岩床”被推覆至地表呈倾斜的“岩墙”产出的结果,深边部仍具有重要找矿潜力,目前已在含矿岩体两端发现了重要的新矿体;夏日哈木矿床所在的东昆仑及其邻区已发现十余处新的矿床(点)。区域上,塔里木陆块东南缘、塔里木陆块北缘、扬子陆块西缘和华北陆块东北缘是亟待加强勘查的找矿远景区,而扬子陆块北缘、华北陆块北缘是急需调查的找矿新区。

金川铜镍硫化物矿床2号矿体铂族元素地球化学特征及其意义

以金川铜镍硫化物矿床2号矿体为研究对象,开展了主量元素、微量元素以及铂族元素(PGE)地球化学特征研究,探讨金川矿床岩浆演化和成矿机制。结果显示,研究区岩矿石(La/Yb)_(N)值为4.1,富集轻稀土;(La/Lu)_(N)值为3.8,轻重稀土分馏;亏损高场强元素Nb、Th和Zr,表明矿体形成过程中存在地壳混染。2号矿体矿石中PGE总量高于岩石,是由于矿化作用导致PGE发生富集。岩矿石中存在PGE分异,主要富集低熔点组PGE(Rh、Pt、Pd)。基于研究结果,推测研究区母岩浆为地幔中等部分熔融形成的玄武质岩浆,主要成矿机制是深部熔离--贯入机制。

东天山路北铜镍钴硫化物矿床铂族元素地球化学特征及意义

新发现的路北铜镍钴硫化物矿床位于东天山黄山-镜儿泉铜镍矿带西段,探明的镍金属量6.8×10^(4)t(平均品位0.88%),铜3.9×10^(4)t(平均品位0.50%),钴2317 t(平均品位0.03%),矿床规模已达中型。路北岩体位于康古尔大断裂北侧,侵位于下石炭统小热泉子组凝灰质碎屑岩中,由早至晚依次为辉长岩、橄榄岩、辉石橄榄岩、橄榄辉石岩和闪长岩,其中橄榄辉石岩为最重要的含矿岩石。路北镁铁质岩石的铂族元素(PGE)含量偏低,ΣPGE为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。在原始地幔标准化图解上,岩石具相似的分布模式,PPGE和IPGE之间分异很弱。综合分析认为,形成路北铜镍钴矿床的母岩浆性质为后造山伸展环境下具交代岩石圈地幔特征的高镁玄武质岩浆,发生硫化物熔离的主要机制是下地壳物质的加入。

东昆仑原、古特提斯构造转换与岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿作用

特提斯构造域研究愈来愈显示为原特提斯、古特提斯和新特提斯三分的特点,其中古特提斯洋的形成演化及其成矿作用的研究较为薄弱,特别是古特提斯洋何时开始裂解非常缺乏研究。根据东昆仑早古生代末夏日哈木超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床(简称“夏日哈木矿床”)发现的事实,以及近年来在东昆仑、南祁连和阿尔金发现的一批早古生代末和晚古生代初之交的岩浆铜镍钴硫化物矿床的特点,提出它们代表了古特提斯洋裂解的认识,认为与古亚洲洋同期的原特提斯洋于志留纪末碰撞闭合后,在冈瓦纳大陆北缘由于地幔柱作用改造的软流圈发生部分熔融而裂解,形成了夏日哈木等与裂解背景幔源镁铁—超镁铁岩有关的超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床。早古生代和晚古生代之交是古特提斯洋裂解的开始,此时以秦祁昆(秦岭—祁连—昆仑)洋为代表的原特提斯洋已经闭合,作为原特提斯洋弧后盆地的古亚洲洋尽管尚未闭合,但夏日哈木矿床则是原特提斯洋造山后陆壳再次裂解的产物,并非形成于原特提斯洋岛弧或后碰撞的环境。矿物学和地球化学研究表明:尽管夏日哈木矿床具有轻稀土元素富集,Nb、Ta、Ti相对亏损和橄榄石低Ca等弧岩浆信息,但与岛弧环境的阿拉斯加型岩体有显著的区别;夏日哈木矿床有较多的斜方辉石,甚至出现斜方辉石岩,磁铁矿含量较少,母岩浆具有较高Al_(2)O_(3)等。根据已有的成矿事实,结合区域上原特提斯洋闭合蛇绿岩和洋壳俯冲折返榴辉岩的研究,以及早泥盆世存在的区域不整合建造特点和东昆仑与岩浆铜镍钴硫化物矿床同时代的双峰式火山岩分布,认为以夏日哈木为代表的早泥盆世岩浆铜镍钴硫化物矿床,不仅是世界上特提斯成矿域发现的首例特大型岩浆铜镍钴硫化物矿床,而且代表了全球一期新的岩浆铜镍钴硫化物矿床的重要成矿事件,是古特提斯构造裂解重大地质事件的产物。加强该期成矿和不成矿造山带中出露的镁铁—超镁铁岩深部岩浆源区和成矿过程的研究,将有助于揭示古特提斯洋裂解开始构造演化的地球动力学机制和过程。

甘肃金川铜镍硫化物矿床中含钴矿物组合与钴元素赋存状态

作为我国最大、世界第三的金川铜镍(钴)硫化物矿床,其钴储量占全国总储量的30%以上,明确金川矿床矿石中含钴矿物特征及其超常富集的赋存规律,对于关键金属元素成矿动力学研究的核心科学问题——超常富集成矿过程与驱动机制有着重大意义。从金川矿床形成及影响矿化特征等方面来探讨其中钴元素成矿机制与成矿规律,同时通过包括元素共生分异规律、共伴生富集成矿的主控因素来研究钴元素赋存状态。结果表明:金川矿床矿石中独立的钴及含钴矿物极少,多为硫化钴镍矿物和硫砷化钴镍矿物,主要为辉钴镍矿、辉砷镍钴矿、硫砷钴镍矿、辉砷钴镍矿,其中辉砷镍钴矿与辉砷钴镍矿常与磁黄铁矿或镍黄铁矿连生,尤其大部分存在于镍黄铁矿和镍铜微晶中,暗示其成因与岩浆作用有关;Co主要分散于硫化矿物组(约占90.30%)中,其中约97%分散于镍黄铁矿和镍铜微晶中;约2.85%的Co分散于羟镁硫化矿物组中,其中44.46%分布于墨铜矿中;6.51%的Co分散于脉石矿物组中,其中约73%分散于蛇纹石中。在镍黄铁矿中Ni/Co值约为44.00,镍铜微晶中Ni/Co值约为2.00;在磁铁矿中Ni/Co值约为11.00;在金川矿床分布最广泛的蛇纹石等脉石矿物中,其Ni/Co值约为24.00;矿石中Co含量与Ni含量有一定的线性关系,Ni与Co都主要赋存于镍黄铁矿中,表明二者之间存在密切成因联系。

东昆仑夏日哈木超大型铜镍钴硫化物矿床地质特征

青海省东昆仑夏日哈木超大型铜镍硫化物矿床是近几年铜镍硫化物矿床找矿的重大突破,其形成时代及地质特征的研究对东昆仑地区同类矿床的找矿具有重要意义。夏日哈木基性-超基性岩体位于东昆仑造山带中带,侵位于元古代金水口群变质岩中,总体走向近东西,出露形态不规则,岩体长>2000m,宽>1400 m,向西倾没于金水口群变质岩中(图1)。该岩体主要由辉长岩和超基性岩两部分组成,超基性岩侵入辉长岩,因此,被辉长岩所包绕,两者呈突变接触。

金川岩浆铜镍硫化物矿床中的镍钴分布规律及其控制因素

幔源岩浆形成与演化过程中镍(Ni)、钴(Co)具有相似的地球化学行为。金川岩浆铜镍硫化物矿床以Ni、铜(Cu)为主要矿种,Co为伴生,Ni、Co在金川矿床中的空间分布规律同步变化,然而其Ni/Co比值(36.7)远高于地幔值(18.2)。这表明在金川矿床形成过程中Ni-Co发生了共生分离,但Ni-Co分布特征尚不清楚、其控制因素尚不明确。本文对该矿床中主要矿石矿物的Ni、Co含量及分布进行了系统总结,并与脉石矿物进行对比。结果表明矿石矿物镍黄铁矿是最重要的含Ni、Co矿物相,其Ni、Co含量均远高于磁黄铁矿、黄铜矿及脉石矿物。对于脉石矿物,Ni在橄榄石、磁铁矿、铬铁矿内的含量依次降低,在斜方辉石与单斜辉石中含量最低。Co则在铬铁矿、橄榄石内含量依次降低,在斜方辉石、单斜辉石、磁铁矿中含量最低。在硫化物熔离过程中,Ni在硫化物熔体内相容性更强,更加倾向于进入硫化物熔体,使Ni显著富集于硫化物熔体内,而Co则相对富集于硅酸盐熔体内,由此导致Ni-Co解耦。硫化物冷却结晶过程中,Ni、Co倾向于进入最早结晶的单硫化物固溶体(MSS),并在随后分解作用中集中进入镍黄铁矿内,使镍黄铁矿成为金川矿床中最重要的含Ni-Co矿物相,并使Ni、Co在金川矿床中具有相似的空间分布规律。在硅酸盐熔体结晶分异过程中,Ni在橄榄石中的相容性最强,Co在铬铁矿中相容性最强,因此Ni倾向于进入橄榄石,而Co倾向于进入铬铁矿,由此导致Ni-Co发生解耦。硫化物熔离、橄榄石堆晶均会造成残余熔体Ni亏损程度高于Co,且Ni在斜方辉石与单斜辉石中相容性高于Co将导致残余熔体随冷却结晶Ni/Co比值逐渐降低,因此在粒间硅酸盐矿物结晶过程中Ni、Co倾向于共生。脉石矿物亚固相下与硫化物熔体反应对于Ni-Co共生分离的影响则与结晶作用完全相反。镍黄铁矿和磁黄铁矿出溶于硫化物矿浆结晶早期形成的MSS,在不同岩/矿石类型内Ni、Co含量同步变化,表明镍黄铁矿和磁黄铁矿成分可以用来指示岩浆铜镍硫化物矿床成矿过程中硫化物熔体成分的演变。

青海省夏日哈木铜镍钴硫化物矿床找矿模型

青海省东昆仑造山带发现的夏日哈木超大型铜镍钴硫化物矿床,是中国第二大镍矿,其发现具有里程碑意义。综述国内学者对该矿床的研究进展,利用已有的研究成果资料,建立夏日哈木岩浆熔离-贯入型铜镍钴硫化物典型矿床地物化综合信息图。补充和完善东昆仑造山带夏日哈木型铜镍矿成岩-成矿模式图。总结出控制该类矿床的7个有利找矿标志。建立了祁漫塔格地区区域经验找矿模型,并根据找矿模型进行了成矿潜力评价,共圈定出9个找矿靶区。

天山—阿尔泰东部地区海西晚期后碰撞铜镍硫化物矿床:主要特点及可能与地幔柱的关系

天山-阿尔泰东部地区是中国重要的铜镍成矿区，近年来针对区内的铜镍矿床和相关岩体的研究不断取得进展，找矿也取得了一系列新突破，已经探明了十几个矿床和矿点。笔者基于以往研究成果，结合目前地质勘查和找矿评价的新进展，比较详细地全面总结了后碰撞铜镍硫化物矿床的基本特点、成矿规律和成矿过程，并建立了描述性成矿模型。这些矿床沿一组平行的走向近东西的深大断裂分布，与成矿有关的镁铁质超镁铁质杂岩体一般不大于5km^2，小的可为一个岩墙。矿化分两种类型：通道型和熔离型。成矿时代为298～270Ma，为中亚成矿带大规模成矿期的组成部分，形成于后碰撞伸展阶段。与这组铜镍硫化物矿床有关的镁铁质-超镁铁质杂岩体可能是早二叠世大面积喷溢岩浆的残留根部或通道部分，可能与地幔柱活动有关。另外，针对区内的地质特征，结合以往找矿的成功经验，对区内进一步的找矿工作提出了一些设想和建议。

东天山地区图拉尔根铜镍硫化物矿床成因及成矿过程

东天山地区图拉尔根大型铜镍硫化物岩浆矿床是近年找矿的重大突破。通过矿床中坑道穿脉的精细研究,表明岩体的岩相由角闪橄榄岩、橄榄辉石岩、辉石岩与辉长岩组成,不同岩相的稀土元素配分曲线平行过渡变化,暗示各岩相是同源岩浆演化而成。岩相的分布及其接触关系、岩石地球化学及区域构造等指示图拉尔根矿床发生了后期变位。元素地球化学及同位素地球化学研究显示,岩体来自尖晶石稳定的亏损型地幔源区,亏损型地幔部分熔融与消减板片脱水物质混合导致图拉尔根岩体富集轻稀土元素而保持了MORB型同位素特征。岩浆上升过程中经历了微弱(<5%)的上地壳混染。铂族元素地球化学研究显示矿床中铂族含量较低,主要是因为地幔部分熔融较低(约16%),部分铂族元素残留在地幔中所致。

新疆香山铜镍硫化物矿床Re-Os同位素测定

通过对香山铜镍硫化物矿石中的镍黄铁矿进行Re-Os同位素测年，获得等时线年龄数据为（298±7．1）Ma。该数据表明产于东天山黄山-镜儿泉一带的这些铜镍硫化物矿床形成于晚石炭世-早二叠世，与该区广泛发育的造山型金矿、矽卡岩型银铜矿床和火山岩型铁铜矿床为同一时期的产物。其等时线^187Os／^188Os初始比值为0．682±0．32，γOs平均为444，表明在成矿过程及岩浆侵位期间有地壳物质加入成矿系统中。

新疆黄山东铜镍硫化物矿床Re-Os同位素测定及其地球动力学意义

通过对黄山东铜镍硫化物矿石的Re_Os同位素测年 ,获得等时线年龄数据为 (2 82± 2 0 )Ma。该数据表明产于东天山的这套铜镍硫化物矿床及其相关的镁铁质_超镁铁质岩并非泥盆纪_早石炭世洋底的蛇绿岩建造和相关成矿系统 ,它晚于岛弧演化阶段 ,出现于碰撞后的伸展环境 ,与区内广泛发育的造山型金矿和浅成低温热液型金矿为同一时期形成。其等时线187Os/188Os初始比值为 0 .2 4± 0 .0 4 ,γOs值平均为 99。

新疆喀拉通克铜镍硫化物矿床Re-Os同位素研究及其地质意义

喀拉通克铜镍硫化物矿石的Re—Os同位素测年结果为305±15（2σ）Ma。该数据表明产于阿尔泰山南缘的铜镍硫化物矿床形成于晚石炭世-早二叠世，与区内广泛发育的造山型金矿和浅成低温热液型金矿基本为同一时期。其等时线^187Os／^188Os初始比值为0．35±0．04，γOs值平均为183，表明在成矿过程及岩浆侵位期间有少量地壳物质加入成矿系统中。

吉林红旗岭铜镍硫化物矿床的成矿时代讨论

通过对红旗岭铜镍硫化物矿床1号含矿超镁铁质岩体和8号不含矿镁铁_超镁铁质岩体进行单矿物0Ar_39Ar法测年,得到与铜镍硫化物矿床相关的角闪石与黑云母结晶年龄分别为250Ma和225Ma,这一结果与前人所报道的K_Ar法年龄有明显的差异。结合与热液矿化相关的斜长伟晶岩锆石SHRIMP法年龄216Ma,认为镁铁_超镁铁质岩形成于250Ma左右的印支早期,铜镍硫化物矿床的形成时间晚于含矿岩体,大约为225Ma前后的印支中期。216Ma前后的岩浆期后热液叠加对成矿具有积极作用。

吉林省红旗岭铜镍硫化物矿床矿石学特征

吉林省红旗岭地区目前正在开采的铜镍硫化物矿床共有5个,均属岩浆熔离型矿床。矿石矿物磁黄铁矿显微镜下可识别出3个同质多象变体:陨硫铁(tr)、六方磁黄铁矿(hpo)和单斜磁黄铁矿(pm)。其基本结构主要为NiAs型,具有较高的Ni+Cu+Co含量,与相应的地幔包体成分相近。镍黄铁矿也有高温结晶型、低温出溶型和低温结晶型3种类型。电子探针微区成分分析显示了同种矿物的不同变种在成分上具有继承与关联性。在该矿床首次发现的辉砷镍矿的存在和黄铁矿的标形特征说明含SAs流体的交代作用在成岩后期普遍存在,为分析红旗岭铜镍硫化物矿床的成矿机制研究提供了矿物学信息。

新疆东天山图拉尔根大型铜镍矿床硫化物珠滴构造的特征及其对通道式成矿的指示

东天山图拉尔根岩浆铜镍硫化物矿床中产出一种不常见的硫化物珠滴状构造。这些硫化物珠滴粒度在5～20mm左右,是由磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿等硫化物矿物组成的斑杂状硫化物集合体。野外观察发现硫化物珠滴具有各种几何形态,产出在稀疏浸染状硫化物和无矿化的辉石岩之间的部位。对图拉尔根杂岩体中发育的24个硫化物珠滴的统计结果显示,平缓厚层状矿化部位的硫化物珠滴呈水平方向拉长,陡倾薄层状矿化部位的硫化物珠滴呈陡倾拉长,珠滴的拉长方向和矿体的延伸方向一致。这表明在含矿母岩浆上升就位到中上地壳的过程中,硫化物珠滴受到熔浆流动的控制,因而其形态可以很好地指示通道式成矿硫化物熔体运动的方向。硫化物珠滴的矿相学和电子探针数据表明其具有向地性特征,即磁黄铁矿和镍黄铁矿先结晶,沉淀在下部;珠滴上部为后结晶的黄铜矿和其它富铜硫化物。这种元素分布可能对贯入块状硫化物矿石同样适用。碲化物和铋化物在硫化物珠滴中的含量明显高于其在早结晶的浸染状硫化物中的含量,表明富Te和Bi等元素及挥发份的熔体是在岩浆演化后期开始富集结晶的。

东天山香山铜镍硫化物矿床矿石矿物特征及成矿意义

著名的东天山黄山—镜儿泉铜镍成矿带中有许多成因相似的铜镍矿床,本文在野外调查和镜下鉴定的基础上通过电子探针成分测试,对香山铜镍矿床矿石矿物成分做了详细研究,将矿石矿物划分为Fe-S系列、Fe-Cu-S系列、Fe-Co-Ni-S系列、Fe-Co-Ni-As系列、Fe-Co-Ni-As-S系列和碲化物。根据矿物共生组合特征,将成矿过程划分为岩浆熔离成矿期、岩浆热液成矿期和表生风化期;通过矿物成分晶体化学式计算,阐述了矿物的赋存状态和成因。香山岩体锆石U-Pb年龄(285±1.2)Ma髴,镍黄铁矿Re-Os等时线年龄(298±7.1)Ma[1],成岩、成矿年龄具有一致性。

新疆葫芦铜镍硫化物矿床的地质特征与成矿时代

哈密葫芦铜镍矿是东天山地区典型的与基性-超基性岩有关的岩浆成因块状硫化物矿床.对其中含铜镍硫化物的基性-超基性岩用Re-Os等时线法定年,获得(283±13) Ma的等时线年龄.这表明,葫芦与东天山其他铜镍矿床乃至喀拉通克和箐布拉克铜镍硫化物矿床一样,主要形成于海西期,同位素年代学界定的成岩成矿时间大致在320～280 Ma,表明海西晚期在新疆北部为一个与基性-超基性岩有关的铜镍矿床成矿高峰期.

金川超大型铜镍硫化物矿床的铂族元素地球化学特征

对金川超大型铜镍岩浆硫化物矿床岩石、矿石的铂族元素地球化学特征研究表明 ,金川岩体的平均Cu/Pd值远大于原生地幔岩浆的Cu/Pd值 ,说明其岩石为因硫化物析离而失去Pd的岩浆所结晶 ;且岩石的PGE具有部分熔融趋势 ,与地幔橄榄岩接近 ,这些均指示存在岩浆熔离作用。该矿床岩石、矿石的PGE球粒陨石标准化分布模式比较对应 ,均可分为两种类型 ,反映了岩浆多次侵入、熔离分异同时成岩成矿的特征。另外 ,PGE S关系分析表明其成岩成矿过程中有少量地壳物质混染。PGE地球化学特征参数还指示了其高镁拉斑玄武质母岩浆的性质。