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。

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。

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。

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。

塔里木陆块周缘岩浆Cu-Ni-Co硫化物矿床形成的探讨

因新发现的夏日哈木超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床成岩成矿研究存在争议,对岩浆铜镍钴硫化物矿床的成因机制又引发新一轮的关注。中国造山带中铜镍钴硫化物矿床具有鲜明的分布特点,20世纪80年代东天山黄山东等一批岩浆铜镍钴硫化物矿床的发现,曾经提出蛇绿岩形成铜镍钴硫化物矿床的观点,而后出现了洋壳削减闭合陆-陆碰撞后新生陆壳裂陷槽环境形成铜镍钴矿的主流认识;进入21世纪后,随着塔里木早二叠世大火成岩省的提出,开始将东天山和新疆北山的岩浆铜镍钴硫化物矿床与塔里木大火成岩省的形成关联起来,并认为是地幔柱作用的结果。但随着研究的深入,由于含铜镍钴镁铁-超镁铁岩地球化学具有典型的岛弧特征,又将东天山铜镍钴矿床的形成与俯冲削减的板片再次联系了起来,导致岩浆型铜镍钴硫化物矿床形成背景还存在较大争议。我们认为岩石微量元素显示岛弧信息,是俯冲交代及地壳混染引起的地球化学屏蔽效应;铬尖晶石成分及所反映的氧逸度环境指示为张性环境,而非岛弧。塔里木陆块周缘3期岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿代表了中国最重要的3期成镍事件,实际反映了塔里木陆块在全球大陆聚散演化中与超大陆之间关键的聚散事件:(1)新元古代金川Cu-Ni-PGE矿成矿代表了由于地幔柱作用以塔里木、扬子和西澳大利亚陆块之间的裂解为起点的罗迪尼亚超大陆裂解事件,直至早古生代形成原特提斯洋-古亚洲洋;(2)早古生代末夏日哈木Ni-Co矿则是代表冈瓦纳大陆南部裂解从而形成古特提斯洋的标志性事件;(3)晚古生代早二叠世坡-Cu-Ni矿应是地幔柱作用潘吉亚超大陆生长大火成岩省的深成相组成。本文系统总结了3个矿床的成矿特征,并对比了3个矿床的区别。尽管坡-在3个矿床中有基性程度最高的母岩浆,但坡-相对于夏日哈木、金川显示出低的地壳混染程度,特别是地壳硫混染程度,这可能是坡-成矿相对差的主要原因。此外坡-不仅地壳混染程度低,且其混染了较多的钙质,抑制了硫化物饱和。

塔里木克拉通东北缘二叠纪镁铁质岩浆氧化物与硫化物成矿条件对比

塔里木克拉通东北缘坡北、磁海等地二叠纪幔源岩浆活动形成了镍钴硫化物矿床和铁钴氧化物矿床,两者赋矿镁铁-超镁铁岩体的年龄相近(290~260Ma),主、微量元素和Sr-Nd-Hf同位素组成相似,分配系数接近的微量元素比值分布于相同趋势线,揭示两者岩浆源区相同,可能为俯冲板片流体交代的亏损地幔或软流圈地幔。两类矿床镁铁-超镁铁质岩中Co与Ni含量正相关,Co主要富集在基性程度高的岩石中;块状硫化物与磁铁矿矿石中Co与Ni相关性差,Co和Ni具有不同的富集机制,Co热液富集作用明显。北山镁铁-超镁铁杂岩体是地幔柱相关软流圈上涌,诱发俯冲板片交代的亏损岩石圈地幔发生部分熔融,形成的高镁母岩浆演化过程中经历壳源混染、硫化物饱和富集镍钴形成铜镍钴硫化物矿床,富铁母岩浆氧逸度高、富水,岩浆分离结晶磁铁矿、叠加热液作用富集钴,形成铁钴氧化物矿床。