王建中,錢壯志,董富權(quán),趙玉梅

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西西安 710054;2.中國人民武裝警察部隊(duì)黃金第八支隊(duì),新疆烏魯木齊 830057)

中國西部典型銅鎳礦床親銅元素特征對比

王建中1,2,錢壯志1,董富權(quán)1,趙玉梅1

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西西安 710054;2.中國人民武裝警察部隊(duì)黃金第八支隊(duì),新疆烏魯木齊 830057)

通過對喀拉通克、黃山東、金川和白馬寨4個(gè)銅鎳礦床親銅元素特征進(jìn)行比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有礦床具有相似的左傾原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分模式和鉑族元素明顯虧損的共同特點(diǎn);其親銅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻明顯不同,鉑族元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的金川銅鎳礦床以Ni為主,喀拉通克礦床則表現(xiàn)為Cu占優(yōu)勢;礦床的初始巖漿為鉑族元素不虧損的玄武質(zhì)巖漿,應(yīng)是地幔巖石較高程度部分熔融的產(chǎn)物;少量硫化物預(yù)先熔離是造成中國銅鎳礦床成礦母巖漿虧損鉑族元素和w(Cu)/w(Pd)遠(yuǎn)大于原始地幔(w(Cu)/w(Pd))的控制因素;不同程度(量)的硫化物熔離導(dǎo)致母巖漿中親銅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同,R值低不是主要原因;早期發(fā)生硫飽和可能是銅鎳礦床成礦的必要條件,成礦的關(guān)鍵可能在于新鮮巖漿的不斷補(bǔ)給;少量硫化物預(yù)先熔離結(jié)合不含礦巖石虧損鉑族元素,暗示這些礦區(qū)深部具有找礦潛力。

親銅元素;鉑族元素;硫化物;預(yù)先熔離;銅鎳礦床;虧損;中國西部

0 引言

親銅元素(Chalcophile Elements)包括Ni、Cu和鉑族元素(Platinum-group Elements,PGE),既具有親銅性質(zhì)(Copper-loving),即這些元素與S、As、Se、Te等以共價(jià)鍵結(jié)合,進(jìn)而形成硫化物、砷化物、硫砷化物和碲化物等化合物;又具有親鐵性質(zhì)(Iron-loving),即容易與鐵或相互之間以金屬鍵結(jié)合形成合金。PGE包括Os、Ir、Ru、Rh、Pt和Pd,他們在鐵金屬/硅酸鹽熔體相中的分配系數(shù)分別高達(dá)107(Pd)和1012(Pt、Ir)級[1-2],所以主要富集在地核,少量分布于地幔。根據(jù)熔點(diǎn)的高低不同, PGE又可以劃分為IPGE(Os、Ir、Ru)和PPGE (Rh、Pt、Pd)2個(gè)亞族[3]。由于它們之間熔點(diǎn)和地球化學(xué)性質(zhì)的差異,導(dǎo)致在演化過程中產(chǎn)生分異[4]。因此,近20年來,PGE作為一種新的地球化學(xué)示蹤劑逐漸被人們所認(rèn)識[5-8],不僅為核-幔分離[9]、“后增薄層”歷史和核-幔作用全球規(guī)模的分異過程提供關(guān)鍵信息,而且在示蹤超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)巖石演化、地幔源區(qū)與成因上(包括部分熔融、熔體滲濾、地幔交代、巖漿混合、地殼混染和分離結(jié)晶作用)具有不可替代的重要應(yīng)用價(jià)值[7-8,10]。 11.9%的銅礦儲(chǔ)量、95%的PGE儲(chǔ)量來自與鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖有關(guān)的巖漿銅鎳礦床[11]。中國已發(fā)現(xiàn)的銅鎳礦床絕大多數(shù)分布在華北克拉通、中亞造山帶和揚(yáng)子陸塊西部的峨眉山大火成巖省(圖1)。其中西部地區(qū)是中國重要的銅鎳鉑族元素礦產(chǎn)地,從北向南依次有準(zhǔn)噶爾板塊北緣的額爾齊斯構(gòu)造帶,礦床實(shí)例為喀拉通克銅鎳礦床;東天山造山帶,典型礦床有黃山東、香山、葫蘆和圖拉爾根等銅鎳礦床;華北克拉通的西南緣,典型礦床有金川、冷水箐等銅鎳礦床;峨眉山大火成巖省,代表性礦床有白馬寨、力馬河等銅鎳礦床。以上4個(gè)地區(qū)分別屬于造山帶、穩(wěn)定陸塊邊緣和大火成巖省3種地質(zhì)構(gòu)造背景。中國銅鎳硫化物礦床以銅鎳為主,伴生的PGE則通常作為鎳、銅的副產(chǎn)品加以回收利用,成為利用PGE示蹤劑研究超鎂鐵質(zhì)、鎂鐵質(zhì)巖石演化及其與之密切相關(guān)的礦床成因的理想對象,筆者僅選取4個(gè)典型銅鎳礦床(圖1)作為研究對象。已有多位學(xué)者分別闡述了喀拉通克[12-14]、黃山東[15]、

圖1 中國西部典型銅鎳礦床分布Fig.1 Distribution of Typical Ni-Cu Sulfide Deposits in Western China

鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)巖漿巖中的鎳、銅、鉑族資源在世界上占有重要地位。中國86%的鎳礦儲(chǔ)量、金川[16-21]和白馬寨[22-23]4個(gè)銅鎳礦床的巖石地球化學(xué)特征、巖石成因、礦床親銅元素特征、礦床成因、成巖成礦時(shí)代與構(gòu)造背景等。焦建剛等[24]以MAPGIS為平臺開發(fā)了礦產(chǎn)空間數(shù)據(jù)庫軟件,借助空間數(shù)據(jù)庫軟件對中國鎳銅鉑族巖漿硫化物礦床進(jìn)行地質(zhì)研究,總結(jié)了中國此類礦床小巖體成礦特征和富集規(guī)律,但對其親銅元素特征的綜合比較不夠,可能影響中國銅鎳礦床成礦作用的類比和聯(lián)系。鑒于此,筆者試圖通過對比其親銅元素特征,總結(jié)其共同特點(diǎn)和差異性,通過分析造成其Ni、Cu、PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異和PGE虧損的原因,初步得出幾點(diǎn)認(rèn)識,為理解礦床成因和進(jìn)一步指導(dǎo)找礦勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 親銅元素特征對比

1.1 鎳、銅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

表1表明,中國銅鎳礦床中的Ni和Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較大?？说V石w(Ni)/w(Cu)介于0.1和12之間,其中多數(shù)小于1,說明礦床以Cu為主[12]。金川和白馬寨礦石明顯表現(xiàn)出以Ni為主的特點(diǎn)[18,23]。黃山東礦石w(Ni)/w(Cu)均大于1,也反映出礦石中Ni含量大于Cu的總體特征[15]。

表1 中國西部典型銅、鎳硫化物礦床鉑族元素含量和特征值Tab.1 Contents of Chalcophile Element and Eigenvalues of Typical Ni-Cu Sulfide Deposits in Western China

表1表明,4個(gè)礦床的鎂鐵質(zhì)--超鎂鐵質(zhì)巖石和礦石的PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體偏低,且分布不均勻,以Rh、Pt、Pd為主,Ir、Os、Ru質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低,與巖漿銅鎳硫化物礦床PGE原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分模式特點(diǎn)相一致。

不同構(gòu)造環(huán)境和相同構(gòu)造背景下銅鎳硫化物礦床的PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)總量存在很大差別(圖2)。所有礦床巖石樣品PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)總量為(1.99～35)×10-9,平均值為12.23×10-9,低于原始地幔PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)總量(23.5×10-9)[25],說明母巖漿為PGE虧損的演化巖漿。例如,喀拉通克巖石樣品PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)總量(10.05×10-9)與大陸拉斑玄武巖相似[26-27],與峨眉山大火成巖省巖石的PGE

1.2 鉑族元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和差異和虧損質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)[13,28],高于東天山造山帶的香山和圖拉爾根礦床巖石樣品的PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1～5)× 10-9[29],是黃山東巖石樣品PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1.89× 10-9)和白馬寨巖石樣品PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1.99× 10-9)的5倍;但低于金川礦床超鎂鐵質(zhì)巖石的相應(yīng)值(PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為35×10-9)[18]。基于100%硫化物計(jì)算,礦石樣品PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(33.46～3984)×10-9,喀拉通克礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為573×10-9,比金川礦床礦石的PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值(3 248×10-9)低一個(gè)數(shù)量級,比俄羅斯Noril’sk-talnakh礦床礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值(82 209×10-9)低2個(gè)數(shù)量級[12]。除白馬寨銅鎳礦床外,塊狀礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)比浸染狀礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。例如,喀拉通克塊狀礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)(304×10-9)比浸染狀礦石(823×10-9)低,黃山東銅鎳礦床和金川銅鎳礦床存在同樣的現(xiàn)象。總之,喀拉通克礦床塊狀礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)與白馬寨礦床塊狀礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)(371× 10-9)接近。

圖2 中國西部典型銅--鎳硫化物礦床原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分模式Fig.2 Primitive Mantle-normalized Plots of the Typical Cu-Ni Deposits in Western China

2 討論

中國銅鎳礦床母巖漿親銅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化差異明顯。Chai等[16]指出,硫化物中Cu、Ni、PGE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要受母巖漿中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及硅酸鹽巖漿和液態(tài)硫化物的質(zhì)量比(R值)的影響。Song等[28]進(jìn)一步指出,影響Cu-Ni-PGE巖漿硫化物礦床中成礦元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的主要因素包括母巖漿中金屬元素的豐度、液態(tài)硫化物與巖漿反應(yīng)的量、硫化物熔體的結(jié)晶分異作用、金屬元素未虧損的新鮮巖漿的加入。

2.1 親銅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異性

研究表明,當(dāng)R值為100～2 000時(shí),Ni、Cu、PGE等成礦金屬中主要為Ni富集成礦,PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。而當(dāng)R值為10 000～100 000時(shí),硫化物中Ni、Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)與低R值的巖漿體系中Ni、Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較變化不大,主要是PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高很快[29-30]?？?、黃山東和白馬寨銅鎳礦床的平均R值分別為2 624、324、70[12,15,22],而金川礦床除塊狀礦石R值約100外,大多為1 000～10 000[17]。多數(shù)礦床的R值小于2 000,礦床應(yīng)當(dāng)主要富集Ni,但是,喀拉通克礦床卻表現(xiàn)出Cu大于Ni的總體特征,同時(shí),喀拉通克塊狀礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)恰恰與R值很低的白馬寨礦床塊狀礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)。因此,R值低不是親銅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化和PGE低(虧損)的主要原因,成礦母巖漿中金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異可能是礦床元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的控制因素。親銅元素在硫化物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可能因?yàn)榕c新鮮補(bǔ)給的巖漿發(fā)生反應(yīng)以及硫化物熔體分異而改變,或者因?yàn)楹笃跓嵋鹤饔枚兓痆31-32]。至于喀拉通克礦床巖石較黃山東、白馬寨、金川礦床更富鎂鐵質(zhì)而缺失超鎂鐵質(zhì)巖,各礦床礦化均賦存在相對更富鎂鐵質(zhì)的巖相中,礦化程度和金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨巖性的基性程度增大而升高。Ni傾向于超鎂鐵質(zhì)巖中富集,與超鎂鐵質(zhì)巖相關(guān)的煎茶嶺礦床w(Ni)/w(Cu)大于10[33]和青海德爾尼礦床超鎂鐵質(zhì)圍巖中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于礦石Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)[34],均說明Ni與超鎂鐵質(zhì)巖關(guān)系密切。這是偶然還是成礦專屬性的反映?如果是后者,筆者認(rèn)為超鎂鐵質(zhì)巖可能比鎂鐵質(zhì)巖更具有形成鎳礦的潛力,因?yàn)镃u比Ni具有更強(qiáng)的親硫性,但它的應(yīng)用需要將來進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 鉑族元素虧損

中國銅鎳礦床PGE明顯虧損,從整體上看,造山帶內(nèi)的銅鎳礦床PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)與峨眉山大火成巖省礦床的PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng),低于穩(wěn)定陸塊邊緣金川礦床的PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù),同時(shí),造山帶環(huán)境中不同礦床間PGE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)又存在差異。就巖石相對礦石而言PGE虧損更強(qiáng)烈,除白馬寨銅鎳礦床外,塊狀礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)比浸染狀礦石PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。

導(dǎo)致中國銅鎳礦床PGE虧損的原因尚無定論,PGE的系統(tǒng)研究還處于起步階段,它們在不同構(gòu)造環(huán)境中的分異行為并不十分清楚[6]。峨眉山大火成巖省與約260 Ma地幔柱活動(dòng)有關(guān),發(fā)育有金寶山、黃獅澇鉑礦床和虧損PGE的白馬寨礦床[35],而處于穩(wěn)定陸塊邊緣的金川銅鎳礦床也虧損PGE[20],成礦作用可能與約825 Ma地幔柱活動(dòng)導(dǎo)致羅迪尼亞大陸裂解有關(guān)[21],所以金川礦區(qū)及其外圍應(yīng)該具有鉑族元素成礦的潛力,實(shí)際上在該地區(qū)至今未發(fā)現(xiàn)鉑族元素礦床。造山帶銅鎳礦床(喀拉通克、黃山東)的構(gòu)造環(huán)境則為后碰撞伸展環(huán)境,同樣具有PGE虧損的顯著特點(diǎn)。不同構(gòu)造環(huán)境和相似構(gòu)造背景下的所有礦床均虧損PGE,因此,構(gòu)造環(huán)境不可能是中國銅鎳礦床PGE虧損的原因,其對PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)是否具有決定性的作用還需要進(jìn)一步證實(shí)。造成中國銅鎳礦床虧損PGE的原因可能包含2個(gè)方面:部分熔融程度低造成初始巖漿中PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低,后期硫化物對PGE的富集達(dá)不到經(jīng)濟(jì)品位;PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)正常的初始巖漿在大規(guī)模的硫化物形成之前,已經(jīng)發(fā)生過硫化物的預(yù)先熔離[29]?？顺跏紟r漿是MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.55%的拉斑玄武質(zhì)巖漿[14],其地幔源區(qū)發(fā)生大約14%的部分熔融;而黃山東含礦巖體的初始巖漿是MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.70%的拉斑玄武質(zhì)巖漿[15]。同樣,金川銅鎳礦床是地幔橄欖巖更高熔融程度(33%)的產(chǎn)物[19],初始巖漿是MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.50%的玄武質(zhì)巖漿[17]。以上礦床初始巖漿的MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)已接近苦橄質(zhì)巖漿(12%)[36],均為高鎂玄武質(zhì)巖漿,推斷其地幔源區(qū)經(jīng)歷了較高程度的部分熔融,其初始巖漿中PGE不應(yīng)虧損[12,15,20,22-23],所以,部分熔融程度低不應(yīng)是中國銅鎳礦床PGE虧損的原因。

研究表明,國內(nèi)眾多銅鎳礦床普遍存在深部少量硫化物預(yù)先熔離的現(xiàn)象。例如,喀拉通克礦床在深部巖漿房(Staging Chamber)經(jīng)歷了少量硫化物的預(yù)先熔離作用導(dǎo)致成礦母巖漿虧損PGE[12-13]。錢壯志等[15]認(rèn)為,黃山東PGE不虧損的初始巖漿,在上升的過程中發(fā)生早期硫化物深部熔離,帶走了巖漿中大部分的PGE,其結(jié)果造成母巖漿中的PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)虧損,這可能是造成黃山東礦床PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低的主要原因。同樣的硫化物預(yù)先熔離過程也發(fā)生在白馬寨、力馬河和天宇銅鎳礦床[28,37-38],造成母巖漿虧損PGE。Song等[20]指出,早期少量硫化物的預(yù)先熔離是造成金川礦床母巖漿PGE虧損的主要因素,并推測Pechenga和Voisey'Bay礦床可能也經(jīng)歷了類似的熔離過程。而孫赫等[29]則認(rèn)為金川銅鎳礦床和香山、圖拉爾根銅鎳礦床母巖漿虧損PGE可能是地幔源區(qū)低度部分熔融(10%～20%)的結(jié)果。w(Cu)/w(Pd)是單一巖漿流之間演化程度的重要指示,主要在地幔以上的部分適用[26]。PGE在硫化物/硅酸鹽熔體中的分配系數(shù)為20 000,遠(yuǎn)大于Cu的分配系數(shù)1 000[39-40],因此若早期巖漿經(jīng)歷過S飽和,硫化物熔離過程將使Pd相對于Cu更多被帶走,而剩余巖漿w(Cu)/w(Pd)將明顯增高,并高于相應(yīng)的原始地幔比值。從表1可以看出,中國4個(gè)典型銅鎳礦床巖石、礦石的w(Cu)/w(Pd)均遠(yuǎn)大于原始地幔的w(Cu)/w(Pd)(7.69×103)[25],表明其初始巖漿在早期演化過程中曾發(fā)生過深部硫化物熔離作用。圖拉爾根銅鎳礦床巖石w(Cu)/w(Pd)接近10 000[29],說明圖拉爾根銅鎳礦床也經(jīng)歷了深部硫化物熔離過程,與東天山諸多銅鎳礦床的侵位母巖漿為含硫化物的“晶粥”相一致[41]。從表2可知,金川和喀拉通克銅鎳礦床初始巖漿中親銅元素均不虧損,喀拉通克礦床PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)較金川礦床的PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)高。由于Ni、Cu在硫化物/硅酸鹽熔體中的分配系數(shù)遠(yuǎn)小于PGE的分配系數(shù)(20 000)[39-40],喀拉通克礦床早期預(yù)先熔離的硫化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.018%)是金川礦床硫化物熔離質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.008%)的2倍,促使喀拉通克礦床母巖漿中PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)比金川礦床母巖漿中PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)更虧損,而Cu(Ni)虧損不明顯或基本上不虧損。

表2 金川與喀拉通克銅鎳礦床初始巖漿及母巖漿親銅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比Tab.2 Comparisons for the Compositions of Chalcophile Element Between Jinchuan and Kalatongke Ni-Cu Sulfide Deposits

綜上所述,少量硫化物預(yù)先熔離導(dǎo)致礦床母巖漿PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)低(PGE虧損)和w(Cu)/w(Pd)遠(yuǎn)大于原始地幔的w(Cu)/w(Pd),由于熔離的硫化物的量不同,進(jìn)而造成各銅鎳礦床成礦母巖漿中親銅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異。由于金屬元素未虧損的新鮮巖漿不斷補(bǔ)給,造成硫化物同更多的巖漿達(dá)到平衡,促使硫化物從巖漿中萃取更多的親銅元素,進(jìn)而使PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高,這也可能是金川礦床PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的又一重要因素,但不排除硫化物熔體結(jié)晶分異作用的影響。所以,早期發(fā)生硫飽和可能是國內(nèi)眾多銅鎳礦床成礦的必要條件[20],金屬元素未虧損的新鮮巖漿加入引起巖漿多階段(多次)硫飽和從而發(fā)生硫化物熔離可能是成礦的關(guān)鍵[42],少量硫化物熔離結(jié)合不含礦巖石強(qiáng)烈虧損PGE,意味著這些銅鎳礦床深部具有進(jìn)一步找礦的潛力。

3 結(jié)語

(1)對比結(jié)果顯示,4個(gè)銅鎳礦床中親銅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯不同;鉑族元素特征十分相似,所有礦床具有Pt-Pd型原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分模式;同時(shí),尤為顯著的共同點(diǎn)是鉑族元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯偏低,其中造山帶背景下的銅鎳礦床PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)最為虧損,巖石相對礦石而言PGE虧損更為強(qiáng)烈。

(2)推斷礦床的初始巖漿為PGE不虧損的高鎂玄武質(zhì)巖漿,少量硫化物預(yù)先熔離是導(dǎo)致母巖漿PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)低(虧損PGE)和w(Cu)/w(Pd)遠(yuǎn)大于原始地幔w(Cu)/w(Pd)的根本因素;不同程度(量)的硫化物熔離造成各礦床成礦母巖漿中親銅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異,而R值低不是Ni、Cu、PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的主要原因,但不排除硫化物熔體結(jié)晶分異作用的影響。

(3)早期發(fā)生硫飽和可能是國內(nèi)眾多銅鎳礦床成礦的必要條件,意味著這些礦床深部具有進(jìn)一步找礦的潛力;成礦的關(guān)鍵在于新鮮巖漿(未虧損金屬元素)的加入引起巖漿多階段(多次)硫飽和熔離。

(4)超鎂鐵質(zhì)巖可能較鎂鐵質(zhì)巖更具有形成鎳礦的潛力,仍需要進(jìn)一步研究。

成文中得到了湯中立院士的指導(dǎo);野外工作得到了喀拉通克銅鎳礦黨新生、王勇、王彬等和新疆地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)周剛、楊文平、何永勝等以及長安大學(xué)田戰(zhàn)武、潘振興、孫濤等研究生的大力幫助,在此一并致謝。

[1] Borisov A,Palme H,Spettel B.Solubility of Palladium in Silicate Melts:Implications for Core Formation in the Earth[J]. Geochimica et Cosmochimic Acta,1994,58(2):705-716.

[2] Borisov A,Palme H.The Solubility of Iridium in Silicate Melts:New Data from Experiments with Ir10Pt90Alloys[J]. Geochimica et Cosmochimic Acta,1995,59(3):481-485.

[3] Walter M J.One Step to Earth[J].Nature,1997,387:453.

[4] Garuti G,Gorgoni C,Sighinolfi G P.Sulfide Mineralogy and Chalcophile and SiderophileElementAbundances in the Ivrea-Verbano Mantle Peridotites(Western Italian Alps)[J]. Earthand Planetary Science Letters,1984,70(1):69-87.

[5] 儲(chǔ)雪蕾,孫 敏,周美夫.化學(xué)地球動(dòng)力學(xué)中的鉑族元素地球化學(xué)[J].巖石學(xué)報(bào),2001,17(1):112-122.

[6] 許 成,黃智龍,劉叢強(qiáng),等.鉑族元素地球化學(xué)研究評述[J].地學(xué)前緣,2003,10(4):520-528.

[7] Reisberg L,Alard O,Lorand J P,et al.Highly Siderophile Element Behavior in High Temperature Processes[J].Chemical Geology,2004,208(1/4):1-4.

[8] Luguet A,Pearson D G,Selby D,et al.Highly Siderophile Element Geochemistry[J].Chemical Geology,2008,248(3/ 4):115-118.

[9] Li J,Agee C B.Geochemistry of Mantle-core Differentiation at High Pressure[J].Nature,1996,381:686-689.

[10] Garuti G,Fershtater G,Bea F,et al.Platinum-group Elements as Petrological Indicators in Mafic-ultramafic Complexes of the Central and Southern Urals:Preliminary Results[J].Tectonophysics,1997,276(1/4):181-194.

[11] 湯中立,錢壯志,姜常義,等.中國鎳銅鉑巖漿硫化物礦床與成礦預(yù)測[M].北京:地質(zhì)出版社,2006.

[12] 錢壯志,王建中,姜常義,等.喀拉通克銅鎳礦床鉑族元素地球化學(xué)特征及其成礦作用意義[J].巖石學(xué)報(bào),2009,25(4):832-844.

[13] Song X Y,Li X R.Geochemistry of the Kalatongke Ni-Cu-(PGE)Sulfide Deposit,NW China:Implications for the Formation of Magmatic Sulfide Mineralization in a Post-collisional Environment[J].Mnineralium Deposita,2009,44(3): 303-327.

[14] 姜常義,夏明哲,錢壯志,等.新疆喀拉通克鎂鐵質(zhì)巖體群的巖石成因研究[J].巖石學(xué)報(bào),2009,25(4):749-764.

[15] 錢壯志,孫 濤,湯中立,等.東天山黃山東銅鎳礦床鉑族元素地球化學(xué)特征及其意義[J].地質(zhì)論評,2009,55(6): 873-884.

[16] Chai G,Naldrett A J.Characteristics of Ni-Cu-PGE Mineralization and Genesis of the Jinchuan Deposit,Northwest China [J].Economic Geology,1992,87(6):1475-1495.

[17] Chai G,Naldrett A J.The Jinchuan Ultramafic Intrusion:Cumulate of a High-Mg Basaltic Magma[J].Journal of Petrology,1992,33(2):277-303.

[18] 湯中立,李文淵.金川銅鎳硫化物(含鉑)礦床成礦模式及地質(zhì)對比[M].北京:地質(zhì)出版社,1995.

[19] 楊合群,湯中立,蘇 犁,等.金川硫化銅鎳礦床成礦巖漿性質(zhì)和源區(qū)特征討論[J].甘肅地質(zhì)學(xué)報(bào),1997,6(1):44-52.

[20] Song X Y,Keays R R,Zhou M F,et al.Siderophile and Chalcophile Elemental Constraints on the Origin of the Jinchuan Ni-Cu-(PGE)Sulfide Deposit,NW China[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,2009,73(2):404-424.

[21] Li X H,Su L,Chung S L,et al.Formation of the Jinchuan Ultramafic Intrusion and the World’s Third Largest Ni-Cu Sulfide Deposit:Associated with the～825 Ma South China Mantle Plume?[J].Geochemistry Geophysics Geosystems, 2005,6:1-16.

[22] Wang C Y,Zhou M F.Genesis of the Permian Baimazhai Magmatic Ni-Cu-(PGE)Sulfide Deposit,Yunnan,SW China [J].Mineralium Deposita,2006,41(8):771-783.

[23] 王生偉,孫曉明,石貴勇,等.云南白馬寨銅鎳硫化物礦床鉑族元素地球化學(xué)及其對礦床成因的制約[J].地質(zhì)學(xué)報(bào), 2006,80(9):1474-1486.

[24] 焦建剛,湯中立,錢壯志,等.中國鎳銅鉑族巖漿礦床礦產(chǎn)地空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)及其開發(fā)應(yīng)用[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào), 2007,29(1):22-25.

[25] McDonough W F,Sun S S.The Composition of the Earth [J].Chemical Geology,1995,120(3/4):223-253.

[26] Brügmann G E,Naldrett A J,Asif M,et al.Siderophile and Chalcophile Metals as Tracers of the Evolution of the Siberian Trap in the Noril'sk Region,Russia[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1993,57(9):2001-2018.

[27] Fryer B J,Greenough J D.Evidence for Mantle Heterogeneity from Platinum-group-element Abundances in Indian Ocean Basalts[J].Canadian Journal ofEarthSciences,1992, 29(11):2329-2340.

[28] Song X Y,Zhou M F,Tao Y,et al.Controls on the Metal Compositions of Magmatic Sulfide Deposits in the Emeishan Large Igneous Province,SW China[J].Chemical Geology, 2008,253(1/2):38-49.

[29] 孫 赫,秦克章,李金祥,等.地幔部分熔融程度對東天山鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖鉑族元素礦化的約束——以圖拉爾根和香山銅鎳礦為例[J].巖石學(xué)報(bào),2008,24(5):1079-1086.

[30] Naldrett A J.Magmatic Sulfide Deposit:Geology,Geochemistry and Exloration[M].Berlin:Springer-Verlag,2004.

[31] Ebel D S,Naldrett A J.Fractional Crystallization of Sulfide Ore Liquids at High Temperature[J].Economic Geology, 1996,91(3):607-621.

[32] Barnes SJ,Makovicky E,Makovicky M,et al.Partition Coefficients for Ni,Cu,Pd,Pt,Rh and Ir Between Monosulfide Solid Solution and Sulfide Liquid and the Formation of Compositionally Zoned Ni-Cu Sulfide Bodies by Fractional Crystallization of Sulfide Liquid[J].Canadian Journal of Earth Sciences,1997,34(4):366-374.

[33] 王瑞廷,毛景文,任小華,等.煎茶嶺硫化鎳礦床礦石組分特征及其賦存狀態(tài)[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2005,27(1): 34-38.

[34] 焦建剛,黃喜峰,袁海潮,等.青海德爾尼銅(鈷)礦床研究新進(jìn)展[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2009,31(1):42-47.

[35] Zhou M F,Yang Z X,Song X Y,et al.Magmatic Ni-Cu-(PGE)Sulphide Deposits in China[C]∥Cabri L J.The Geology,Geochemistry,Mineralogy and Mineral Beneficiation of Platinum GroupElements.Berlin:Springer-Verlag,2002: 619-636.

[36] Bas M J.IUGS Reclassification of the High-Mg and Picritic Volcanic Rocks[J].Journal of Petrology,2000,41(10):1467-1470.

[37] 陶 琰,胡瑞忠,漆 亮,等.四川力馬河鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體的地球化學(xué)特征及成巖成礦分析[J].巖石學(xué)報(bào),2007, 23(11):2785-2800.

[38] 唐冬梅,秦克章,孫 赫,等.東疆天宇巖漿Cu-Ni礦床的鉑族元素地球化學(xué)特征及其對巖漿演化、硫化物熔離的指示[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2009,83(5):680-697.

[39] Francis R D.Sulfide Globules in Mid-ocean Ridge Basalts (MORB)and the Effect of Oxygen Abundance in Fe-S-O Liquids on the Ability of Those Liquids to Partition Metals from MORB and Komatiite Magmas[J].Chemical Geology, 1990,85(3/4):199-213.

[40] Fleet M E,Crocket J H,Stone W E.Partitioning of Platinumgroup Elements(Os,Ir,Ru,Pt,Pd)and Gold Between Sulfide Liquid and Basalt Melt[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1996,60(13):2397-2412.

[41] Qin K Z,Sun H,San J Z,et al.Tectonic Setting,Geological Features and Evaluation of Ore-bearing Property for Magmatic Cu-Ni Deposits in Eastern Tianshan,NW China[J]. Northwestern Geology,2009,42(Supp):95-99.

[42] Foster J G,Hutchinson D.Melts,Magmas,Metals and Magmatic Sulfides:Source Variability and Multi-stage Sulfide Saturation[J].Northwestern Geology,2009,42(Supp):14.

Comparisons for the Characteristics of Chalcophile Elements of Typical Cu-Ni Sulfide Deposits in Western China

WANGJian-zhong1,2,QIAN Zhuang-zhi1,DONG Fu-quan1,ZHAO Yu-mei1

(1.School of Earth Sciences and Recources,Chang'an University,Xi'an710054,Shaanxi,China;
2.No.8Gold Geological Party,Chinese People's A rmed Police Force,Urumqi830057,Xinjiang,China)

Compared of the characteristics of chalcophile elements among Kalatongke,Huangshandong,Jinchuan and Baimazhai Cu-Ni sulfide deposits,the results show that it is similarly left leaning primary mantle normalized plots and notable depletion of platinum group element(PGE)in all deposits;mass fraction of chalcophile elements is significantly different,and it is mainly Ni in Jinchuan Cu-Ni deposit which is highest in mass fraction of PGE and mainly Cu in Kalatongke deposit;their primary magmas derived from the mantle by high degree partial melt maybe fertile in PGE;the initial magma of deposit is no loss basaltic magma of PGE,and is the product of higher partial melting of mantle rocks;a small quantity of sulfide pre-segregation is the control factor for PGE deficit of ore-forming primary magma of Cu-Ni deposits in China and the ratio of mass faction of Cu and Pd is much larger than that in primitive mantle;the lowerRis not the main reason for the different mass faction of primary magma chalcophile elements which is resulted from different quantity sulfide segregation;sulfur saturation in the early stage may be necessary for the formation of Ni deposit,the key of formation of Ni deposit may be continuously supplement of fresh melts;the phenomenon that a small quantity of sulfide pre-segregation does not include mineral rock deficit PGE,indicates that the potentiality of exploration in the depth of these deposits is great.

chalcophile element;PGE;sulfide;pre-segregation;Cu-Ni deposit;deficit;Western China

P618.41

A

1672-6561(2010)02-0137-07

2009-09-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40534020);中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(1212010630508)

王建中(1978-),男,山東單縣人,理學(xué)博士研究生,從事礦床學(xué)研究。E-mail:zhong_jw2004@yahoo.com.cn