代俊峰，宮 磊，樊立飛，王 勇，趙斌斌

(蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，蘭州730000)

喀拉通克與金川銅鎳硫化物礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征對比及其意義

代俊峰，宮 磊，樊立飛，王 勇，趙斌斌

(蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，蘭州730000)

對喀拉通克和金川銅鎳硫化物礦床的主、微量元素的含量及其地球化學(xué)特征進(jìn)行分析對比，結(jié)合構(gòu)造環(huán)境和巖石系列對巖漿作用和成礦作用進(jìn)行了研究?？藥r體的主量元素特征屬于拉斑玄武巖系列；富集大離子親石元素，虧損高場強元素，顯示出大陸地殼的特征；稀土元素表現(xiàn)為輕稀土富集，Sr、Nd同位素值指示巖漿源區(qū)為虧損的軟流圈地幔。金川巖體的主量元素特征屬于拉斑玄武巖和大洋中脊玄武巖(MORB)的巖石系列；富集大離子親石元素，虧損高場強元素，顯示地殼物質(zhì)混染或者源區(qū)洋殼俯沖物質(zhì)的殘留；稀土元素表現(xiàn)為輕稀土富集；Sr、Nd同位素值指示巖漿源于富集地幔。運用三維地質(zhì)建模的手段，對礦床的巖漿通道和深部邊部成礦潛力進(jìn)行了預(yù)測，以期對后期的找礦有所幫助。

巖漿銅鎳硫化物礦床；巖漿源區(qū)；地殼混染；微量元素；巖石系列；三維地質(zhì)建模；喀拉通克；金川

1 前言

新疆喀拉通克和金川鎂鐵質(zhì)巖體因含有重要的銅鎳硫化物礦床而備受矚目，作為我國主要的兩個巖漿型銅鎳（含鉑族元素（PGE））硫化物礦床，兩者都具有成礦巖體小、礦床規(guī)模大和礦化率高的特點，是典型的小巖體礦床[1～4]。通過多年的研究，已有多位學(xué)者闡述了兩處巖體產(chǎn)出的構(gòu)造背景、成巖成礦時代、巖體和礦體的形態(tài)、巖石組合、巖石地球化學(xué)特征、礦石類型和礦床成因等[5～22]，這些研究取得了很多成果的同時，也存在著一些分歧。比如喀拉通克巖體，韓春明等認(rèn)為巖體形成于島弧環(huán)境[5]，張招崇等認(rèn)為巖體形成于后碰撞的伸展環(huán)境[6]；喀拉通克巖體的巖石系列和巖漿演化過程也存在很多的爭議。多年來對金川巖體進(jìn)行的研究，也存在著很多爭議，比如金川巖體成礦母巖漿、成礦時代、成礦的動力學(xué)機制以及礦床中S飽和的機制等。文章在參閱前人的研究資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)了喀拉通克和金川兩者的微量元素地球化學(xué)特征、分布規(guī)律，并根據(jù)微量元素數(shù)據(jù)對巖體的巖石系列、成礦母巖漿、巖漿源區(qū)特征以及地殼混染作用等問題進(jìn)行了分析討論，最后通過三維地質(zhì)建模的手段，對兩礦床的巖漿通道以及深部邊部找礦潛力進(jìn)行了預(yù)測，以期對該類賦存在小巖體內(nèi)的巖漿銅鎳硫化物礦床的研究以及后期找礦有所幫助。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 新疆喀拉通克銅鎳硫化物礦床的地質(zhì)特征

喀拉通克銅鎳硫化物礦床大地構(gòu)造上隸屬于中亞造山帶之阿爾泰造山帶，礦床位于準(zhǔn)噶爾板塊北緣卡依爾特-二臺大斷裂和瑪因鄂博-額爾齊斯斷裂交匯點南西側(cè)，即阿爾泰地區(qū)準(zhǔn)噶爾褶皺帶的北緣，北距額爾齊斯斷裂帶約15 km，南距烏倫古斷裂帶約50 km[7]。礦床受薩爾布拉克-喀拉通克復(fù)式向斜的次級背斜構(gòu)造和北西向斷裂構(gòu)造控制，含礦巖體在早二疊世侵入于下石炭統(tǒng)姜巴斯套組的火山碎屑沉積巖地層中[8]。如圖1所示，按巖體產(chǎn)狀與構(gòu)造的特征，礦區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的11個巖體可分為走向310°的南、北兩個巖帶。南巖帶長4 km，寬0.1～ 0.3 km，由Y1、Y2和Y3三個巖體組成；北巖帶長2.2 km，寬0.05～0.25 km，由Y4～Y9六個巖體組成；Y10和Y11兩個巖體位于南巖帶南側(cè)。礦區(qū)東南還有兩個基性程度較低的隱伏巖體，編號為G21和G22，研究較少[9]。巖體的直接圍巖為下石炭統(tǒng)姜巴斯套組中、上段地層，巖性以含炭質(zhì)細(xì)-粗屑沉凝灰?guī)r為主，夾炭質(zhì)板巖、含礫沉凝灰?guī)r[10]。

圖1 新疆喀拉通克銅鎳礦床位置（a）和礦區(qū)地質(zhì)圖（b）[9]Fig.1 Maps of the location(a)and geological plane(b)of Kalatongke sulfide ore deposit[9]

喀拉通克巖體的主要巖石類型有含長方輝橄欖巖、橄欖蘇長巖、黑云角閃蘇長巖、輝長蘇長巖、輝長巖、淡色輝長巖、輝長閃長巖、閃長巖和石英閃長巖，其中淡色閃長巖即為前人所命名的閃長巖。區(qū)內(nèi)13個巖體的基性程度不同，其中Y1、Y2、Y3基性程度最高，分異良好，相帶清晰，自下而上暗色礦物含量遞減，礦化發(fā)育好，是礦區(qū)內(nèi)主要的含礦巖體，Y1為礦區(qū)內(nèi)出露面積最大的巖體，Y2是區(qū)內(nèi)最大的隱伏巖體；Y4、Y5基性程度次之，分異較差，面積較小，礦化較弱；Y6～Y11的基性程度又次之，分異差，面積小，礦化差；G21和G22基性程度最低，且只有這兩個巖體含有閃長巖和石英閃長巖[10]。巖體中含礦最富的Y1巖體面積僅0.075 km3，而礦化率卻達(dá)到60%，Ni和Cu的品位為0.9%和1.5%，儲量分別為0.25 Mt和0.42 Mt，幾乎全巖礦化，是典型的小巖體成大礦類型。按湯中立對巖漿銅鎳硫化物礦床的劃分方案，喀拉通克銅鎳硫化物礦床屬于造山帶內(nèi)的小侵入體礦床[11，12]。

喀拉通克礦床的成巖成礦時代為晚古生代，李華芹等測得巖體的Sm-Nd年齡為(280～298)Ma[13]；韓寶福等運用單顆粒鋯石離子探針質(zhì)譜法（SHARMP）測得Y1巖體的鋯石U-Pb年齡為(287±5)Ma[14]；張作衡等測得Y1巖體的Re-Os年齡為(282.5±4.8)Ma，Y2巖體的Re-Os年齡為(290.2± 6.9)Ma[15]；這與另一個新疆北部的造山帶內(nèi)的小侵入體礦床——黃山東礦床可以對比，其Re-Os年齡為(282±20)Ma[16]，兩者都形成于造山后的拉張伸展環(huán)境。

喀拉通克含礦巖體的巖相分帶明顯，下部主要發(fā)育蘇長巖相，向上依次為輝長巖、淡色輝長巖和輝長閃長巖。巖石結(jié)構(gòu)一般為塊狀結(jié)構(gòu)、輝長結(jié)構(gòu)、包橄結(jié)構(gòu)、正堆晶結(jié)構(gòu)，并可見含長結(jié)構(gòu)，這表明巖漿結(jié)晶過程中的暗色礦物與斜長石的共結(jié)關(guān)系和以暗色礦物為主的分離結(jié)晶作用并存；部分有圍巖包體的地方礦物分布不均勻，顯示被圍巖混染的特點[9]。從巖相和礦化的關(guān)系來看，巖體下部基性程度高的巖相礦化好，上部分異演化晚期基性程度低的巖相礦化差。礦體主要分布在巖體的中、下部膨大部位的橄欖蘇長巖和蘇長輝長巖中，礦石有稀疏浸染狀礦石、稠密浸染狀礦石和塊狀礦石3種類型。其中，塊狀礦石主要分布在Y1巖體和Y2巖體的西段下部以及兩巖體之間；稠密浸染狀礦石主要分布在Y1、Y2、Y3三個巖體中；稀疏浸染狀礦石在幾個巖體中均有分布。各類礦石的接觸關(guān)系復(fù)雜，主要表現(xiàn)為塊狀礦石貫入浸染狀礦石中，各類浸染狀礦石之間則過度接觸。礦石中主要的金屬硫化物為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦和黃銅礦；次為黃鐵礦、紫硫鎳礦及少量鉑族礦物[10]。

2.2 金川銅鎳硫化物礦床的地質(zhì)特征

金川銅鎳硫化物礦床位于華北板塊西南邊緣之阿拉善地塊的龍首山隆起帶內(nèi)，龍首山隆起帶北鄰中新生代的潮水凹陷（巴丹吉林沙漠），南與中央造山帶之早古生代祁連造山帶相鄰，南、北分別以兩條區(qū)域性逆沖斷層F2和F1為界(見圖2)。龍首山地體由古元古代白家咀子組變質(zhì)單元和新元古代塔馬子溝組變質(zhì)單元組成，金川巖體的直接圍巖為白家咀子組變質(zhì)巖系，巖性為混合巖、片麻巖、大理巖和斜長角閃巖[17]?；詭r體大約在中元古代呈巖墻狀不整合侵入到古元古代白家咀子組變質(zhì)巖系中[18]。現(xiàn)存基性巖體長約6.5 km，寬0.02～527 km，巖體出露面積1.34 km2，走向總體NW50°，傾向南西，傾角50°～80°，最大延深1.1 km。礦區(qū)內(nèi)斷層和節(jié)理發(fā)育，巖體空間形態(tài)受NW、NNE向張扭性和NEE向壓扭性斷裂控制，被一系列NEE向壓扭性斷層錯段，自西向東依次被F8、F16和F23三個斷層分為Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ四個小巖體，總體為NW-SE向走滑延伸的橄欖巖-輝石巖巖體。金川巖體中最大的1號礦體和第二大的2號礦體分別賦存于Ⅱ號巖體西段中間部位和巖體東段中下部，Ⅰ號巖體中下部賦存的24號礦體為金川第三大礦體。這三礦體中Ni-Cu-PGE含量占整個礦床儲量的90%以上，其余礦體的儲量不足10%[19]。

圖2 金川銅鎳硫化物礦床位置（a，b）、礦區(qū)地質(zhì)圖（c）、勘探線剖面圖（d）[12]Fig.2 Maps of the location(a，b)，geological plane(c)，sections(d)of Jinchuan sulfide ore deposit[12]

金川巖體的主要的巖石類型為二輝橄欖巖，其次有含二輝橄欖巖、斜長二輝橄欖巖和橄欖輝石巖等巖相，各相之間侵入界線不明顯。巖體以橄欖石堆晶為特征，堆晶中的橄欖石含量最高可達(dá)80%，巖石蝕變主要為蛇紋石化及少量的透閃石化、陽起石化、綠泥石化和滑石-碳酸鹽化。巖體的基巖面積僅1.34 km2，礦化率達(dá)47%，Ni品位1.2%，Cu品位0.6%，整個巖體至少含500 Mt礦石，是典型的小巖體成大礦[19]。龍首山隆起帶南部緊鄰的北祁連造山帶分布有綠片巖相和蛇綠巖帶，據(jù)此認(rèn)為北祁連造山帶是揚子板塊與華北板塊的俯沖縫合帶，龍首山隆起帶則屬于華北板塊內(nèi)部的裂谷環(huán)境；按湯中立對巖漿銅鎳硫化物礦床的劃分方案，金川銅鎳硫化物礦床屬于古大陸內(nèi)的小侵入體礦床[11]。

金川巖體的形成時代長期以來備受爭議，湯中立等測得金川巖體的Sm-Nd等時線年齡為(1 508± 31)Ma，即中元古代[20]；楊剛等獲得的塊狀礦石Re-Os年齡為(833±35)Ma，即新元古代[21]；閆海卿等測得金川巖體中二輝橄欖巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為837 Ma，而海綿隕鐵狀礦石的Re-Os等時線年齡為1 404～1 508 Ma，并解釋前者為Rodinia超大陸裂解造成的構(gòu)造變質(zhì)疊加事件年齡，后者為成巖、成礦年齡，且成巖在前，成礦在后[22]；Li測得金川巖體SHRIMP鋯石和斜鋯石U-Pb年齡約為825 Ma，并認(rèn)為金川巖體的形成與華南825 Ma時期的地幔柱作用有關(guān)[23]；田毓龍等測得金川巖體斜長二輝橄欖巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為870 Ma，即新元古代[24]；Zhang測得二輝橄欖巖的SHRIMP斜鋯石UPb年齡為(831.8±0.6)Ma，并認(rèn)為金川巖體的形成和該時期Rodinia超大陸的裂解活動有關(guān)[25]。

根據(jù)金川含礦巖體的空間分布、巖相分帶及各個小巖體之間的接觸關(guān)系，湯中立等[17～19]認(rèn)為金川巖體由四期先后侵入形成的復(fù)式巖體組成，并產(chǎn)生了相應(yīng)的礦石類型；礦床中主要的礦石按結(jié)構(gòu)分為四種，稀疏浸染狀礦石即星點狀礦石、稠密浸染狀礦石、海綿隕鐵結(jié)構(gòu)礦石和塊狀礦石；礦床自上而下分布：第一期含二輝橄欖巖和橄欖二輝巖，占整個巖體體積的25.3%，含就地熔離形成的稀疏浸染狀礦石，礦石分布少，主要分布在各個小巖體的最上部；第二期中粗粒含二輝橄欖巖和橄欖二輝巖，占整個巖體體積的67.6%，含稠密浸染狀礦石，占整個巖體體積的11%～12%，主要分布在Ⅰ礦區(qū)西段和Ⅲ、Ⅳ礦區(qū)；第三期中粒含硫化物純橄欖巖相，占整個巖體體積的5.6%，含有海綿隕鐵狀礦石，即金川礦床主要的礦石類型，占礦體體積的85%～86%，主要分布在Ⅰ、Ⅱ礦區(qū)下部，自西向東依次形成24號、1號和2號三個主要的礦體；第四期為晚期硫化物礦漿貫入后，沿構(gòu)造裂隙穿插到第二、第三期侵入體和圍巖地層中形成體積很小的塊狀特富礦；礦床中還分布有少量的接觸交代型礦石及熱液疊加形成的鉑鈀富集體等礦石類型[26]（見圖2）。礦石中的主要金屬硫化物為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦和黃銅礦；次為黃鐵礦、紫硫鎳礦及少量鉑族元素的合金礦物[19]。

3 礦床的主量元素地球化學(xué)特征

3.1 喀拉通克巖體主量元素地球化學(xué)特征

喀拉通克巖體的主要造巖礦物有貴橄欖石、單斜輝石、斜方輝石、拉長石、中長石等，這些礦物均遭受了不同程度的蝕變。巖體的化學(xué)成分以富鎂鐵、堿和鋁質(zhì)為特點，隨巖石基性程度的降低，SiO2、Al2O3、Na2O+K2O、CaO含量逐漸增加，MgO、FeO、Fe2O3含量逐漸降低[8]。橄欖石的Fo值介于70.93～80.39，為貴橄欖石類型；這比地幔橄欖巖中的橄欖石Fo（約為90.8）[27]低，也低于金川巖體的Fo值（78.5～86.19），說明成礦主要是深部巖漿房中分離結(jié)晶作用形成的演化巖漿的產(chǎn)物，不是就地分異作用形成的[19]。巖石鎂/鐵比值為0.5～2，屬于鐵質(zhì)超基性巖；巖石的主量元素在全堿-鐵氧化物-氧化鎂圖解（AFM圖解）上屬于拉斑玄武巖系列（見圖3），Mg#較低，表現(xiàn)出演化巖漿的特點[12]。

圖3 喀拉通克和金川巖體的AFM圖解[6，11，28]Fig.3 AFM diagram of Kalatongke and Jinchuan intrusions[6，11，28]

喀拉通克礦床的硫同位素分析測試顯示δ(34S)值為-1×10-3～1.9×10-3，接近于隕石硫，即沒有較多的地殼硫加入，說明成礦物質(zhì)為幔源巖漿[7]。成礦巖漿中硫飽和及硫化物熔離的主要因素，可能是巖漿演化過程中發(fā)生的分離結(jié)晶作用，以及地殼混染過程中圍巖中的硅質(zhì)組分加入[29]。

3.2 金川巖體主量元素地球化學(xué)特征

金川巖體的主要造巖礦物有貴橄欖石、古銅輝石、頑火輝石、透輝石和拉長石。隨巖石的基性程度的降低，SiO2、TiO2、CaO、Al2O3含量增加，NiO、Cr2O3、MgO、FeO、Fe2O3含量減少[30]；巖體的化學(xué)特征表現(xiàn)為高M(jìn)g，低Ca和Al，橄欖石的Fo值介于78.5～86.19[19]。巖體的鎂/鐵比值介于3.02～5.22，屬鐵質(zhì)超基性巖[19]；巖體的主量元素在AFM圖解上屬于拉斑玄武巖系列，與喀拉通克相比，金川礦床的Mg含量更高，而Fe和Na、K含量較低（見圖3）。

金川礦床的硫同位素測試結(jié)果顯示δ(34S)介于-4.0×10-3～+3.6×10-3，接近于隕石硫，說明成礦巖漿為幔源的巖漿[24]；與喀拉通克礦床一樣，導(dǎo)致成礦巖漿中硫飽和以及硫化物熔離的主要因素是巖漿的結(jié)晶分離作用和富硅地殼物質(zhì)的混染作用。

4 礦床微量元素地球化學(xué)特征

4.1 不相容微量元素地球化學(xué)特征

4.1.1 喀拉通克巖體不相容微量元素地球化學(xué)特征

喀拉通克巖體的不相容微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分圖如圖4所示，不相容微量元素的地球化學(xué)特征表現(xiàn)為富集大離子親石元素（LILE）Ru、Ba等，虧損高場強元素（HFSE）Nb、Ta、Th、U等，尤其是Nb、Ta強烈虧損[12]。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化不相容微量元素配分圖上Th、U明顯的負(fù)異常是大陸地殼的特征，說明巖漿作用過程中有地殼物質(zhì)的參與；Nb、Ta、Ti的虧損也暗示著地殼物質(zhì)的混染作用，或者源區(qū)存在俯沖的洋殼物質(zhì)，顯示出島弧玄武巖的特點[31]；Ti的負(fù)異常，可能與源區(qū)有金紅石的殘留有關(guān)；Sr的異常不明顯，說明斜長石的分離結(jié)晶作用較弱[32]。

4.1.2 金川巖體不相容微量元素地球化學(xué)特征

金川巖體的不相容微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分圖如圖5所示，不相容微量元素的總含量明顯低于喀拉通克巖體，地球化學(xué)特征表現(xiàn)為富集大離子親石元素（LILE），虧損高場強元素（HFSE）。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化不相容微量元素配分圖上，有明顯的Nb、Ta負(fù)異常，輕微的Th負(fù)異常，說明金川礦床的成礦過程中遭受了地殼物質(zhì)的混染，或者源區(qū)有洋殼俯沖的物質(zhì)；Sr也有輕微的負(fù)異常，說明巖漿作用過程中有斜長石的堆晶作用。

圖4 喀拉通克不相容微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分圖[33，34]Fig.4 Primitive mantle-normalized incompatible trace elements patterns of the Kalatongke intrusions[33，34]

圖5 金川巖體不相容微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分圖[28，34]Fig.5 Primitive mantle-normalized incompatible trace elements patterns of the Jinchuan intrusions[28，34]

4.2 稀土元素地球化學(xué)特征

4.2.1 喀拉通克巖體稀土元素地球化學(xué)特征

喀拉通克巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素（REE）配分圖如圖6所示，巖石的輕稀土元素（LREE）相對富集，總體表現(xiàn)為微弱的右傾型趨勢。巖石的稀土元素豐度隨基性程度的增高而降低[33]。巖體的稀土總量變化較大，ΣREE=20.53～206.73，平均為99.48；輕、重稀土分異不明顯，N(La)/N(Yb）值為4.5～12.7；δEu值為0.84～1.27，Eu異常不明顯，表明沒有明顯的斜長石分離結(jié)晶作用。高的Eu異常與斜長石在源區(qū)的殘留或者發(fā)生強烈地分離結(jié)晶作用后的堆積有關(guān)，而低的Eu異常則說明斜長石沒有殘留或者強烈地分離結(jié)晶作用。巖體的ε(Sr)(t)=+0.704，ε(Nd)(t)=+7.1。

圖6 喀拉通克球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖[33，34]Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of Kalatongke intrusions[33，34]

4.2.2 金川巖體稀土元素地球化學(xué)特征

金川巖體的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分圖如圖7所示，稀土元素含量明顯低于喀拉通克巖體，巖石富集LREE，總體表現(xiàn)為輕微的右傾型。巖石總的稀土元素豐度隨基性程度的增高而降低[8]。稀土總量變化不大，ΣREE為42.43～63.9，輕、重稀土分異較明顯，N(La)/N(Yb）值為3.9～6.2，N(La)/N(Sm）值為1.6～2.8，N(Gd)/N(Yb）值為1.4～1.7。一般板塊匯聚邊緣玄武巖的輕、重稀土配分曲線表現(xiàn)為輕稀土元素向右陡傾，而重稀土元素相對平坦的趨勢[35]；金川巖體的輕、重稀土配分曲線斜率與此基本一致，具有板內(nèi)玄武巖的特征。δEu為0.75～1.03，Eu異常不明顯，表明斜長石堆晶作用程度較小。巖體的ε(Nd)(t)為-3.78～-2.60，ε(Sr)(t)為+17.0～+128.8。

圖7 金川巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖[28，34]Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of Jinchuan intrusions[28，34]

5 巖體三維地質(zhì)建模

根據(jù)三維建模的要求，對喀拉通克礦區(qū)和金川礦區(qū)的礦石品位數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)及編錄資料、地質(zhì)地形圖、勘探線剖面圖及中段平面圖綜合處理，利用SURPAC軟件分別建立了喀拉通克巖體（見圖8a，主要是Y1、Y2和Y3巖體）和金川巖體（見圖8b）的三維地質(zhì)模型。通過巖體三維地質(zhì)建模，可以為礦區(qū)成礦潛力評價、深部邊部探索隱伏礦體、總結(jié)成礦規(guī)律等提供相關(guān)的資料和指導(dǎo)方向。

圖8 喀拉通克巖體(a)和金川巖體(b)的三維地質(zhì)模型Fig.8 3D geological modeling of Kalatongke(a)and Jinchuan(b)intrusions

圖8a顯示Y1、Y2和Y3三個巖體是連續(xù)分布的，具有水平管道的空間形態(tài)。鉆孔資料顯示出的Ni和Cu品位分布趨勢表明，富礦體主要分布在Y1巖體及巖體外的北東方向和Y2巖體的西部，并向巖體外的下部延伸；巖相學(xué)資料顯示Y1巖體和Y2巖體中賦存的礦體呈環(huán)帶狀分布，表現(xiàn)出巖漿流動分異的特征；巖體的巖石地球化學(xué)特征表明，在南北兩個巖帶中Y1、Y2為低演化程度巖漿形成的巖體，Y3、Y5為適度演化巖漿形成的巖體，Y7、Y8、Y9、G21為演化巖漿形成的巖體；同時根據(jù)隨著硫化物礦漿在巖漿通道中的運移、演化，礦漿中的Cu/(Cu+Ni)值、Pd/Ir值及(Pd＋Pt)/(Os＋I(xiàn)r＋Ru＋Rh)值越來越大的規(guī)律；可以推斷喀拉通克巖體的巖漿通道位于Y1和Y2巖體之間，如圖8a所示紅點位置。

圖8b顯示金川巖體具有和喀拉通克巖體相似的水平管道的空間形態(tài)。根據(jù)現(xiàn)有的研究資料[36]，Ⅱ礦區(qū)1號礦體具有富礦體向中心聚集的環(huán)帶狀分布形式，表現(xiàn)為巖漿流動分異的特征；2號礦體具有重力分異的特征，是偏離巖漿通道的巖相分布特點；Ⅰ礦區(qū)24號礦體也具有這種特征，但變化復(fù)雜；鉆孔勘探發(fā)現(xiàn)1號礦體向下延伸最深，是巖漿通道的一個標(biāo)志；金川礦床中PGE分布特征顯示2號礦體PGE最貧，24號礦體單個樣品具有最大值，1號礦體PGE總量最多，其變化與Cu、Ni具有一致性，具有巖漿通道成礦元素分布的特征；結(jié)合金川巖體三維地質(zhì)模型，推斷金川礦床的巖漿通道位于1號礦體底部，如圖8b所示紅點位置。但這一結(jié)論還有待于用鉆孔數(shù)據(jù)的Cu/Ni比值、PGE富集特征等進(jìn)一步證明。

喀拉通克巖體的三維地質(zhì)建模、地球物理資料、地球化學(xué)資料以及前人的研究成果顯示，喀拉通克Y1和Y2致密塊狀礦體之間存在巖漿通道，并且在這里有找到新的致密塊狀礦體的潛力；根據(jù)南、北兩巖帶的演化程度及相應(yīng)的地球物理、地球化學(xué)資料，預(yù)測在Y2巖體西部與Y7～Y9巖體之間的深部存在著隱伏巖（礦）體或者二者疊加構(gòu)成的復(fù)合礦體。金川巖體三維地質(zhì)建模、地球物理資料、地球化學(xué)資料等顯示，在金川礦床深部邊部具有很大的找礦前景，如圖8a中綠色區(qū)域所示的為據(jù)資料預(yù)測的可能賦存的隱伏礦體。此外，根據(jù)航空磁測等資料顯示，在喀拉通克和金川礦床外圍也具有很大的成礦潛力。

6 討論

6.1 巖石系列

喀拉通克和金川兩處巖體的鎂/鐵比值都屬于鐵質(zhì)超基性巖的巖石系列，巖體的AFM圖解（見圖3）顯示兩者主量元素都屬于拉斑玄武巖巖石系列；喀拉通克巖體的Mg#較低，約為0.62，表現(xiàn)為演化巖漿的特點[6，7]；金川巖體的Mg含量高于喀拉通克巖體，Na、K含量則較低PGE的地球化學(xué)特征顯示，喀拉通克礦石的PGE質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值(Pt+Pd)/ (Os+Ir+Ru)=14.65，Pt/(Pt+Pd)=2.31，表明喀拉通克礦床接近與玄武巖有關(guān)的巖漿銅鎳硫化物礦床[10，19]；金川礦石的鉑族元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值(Pt+ Pd)/(Os+Ir+Ru)=5.72，Pt/(Pt+Pd)=0.43，表明金川礦床接近與玄武巖有關(guān)的巖漿銅鎳硫化物礦床[8～10，19]。巖體的Ti-Zr-Sr圖解顯示（見圖9），喀拉通克巖體屬于拉斑玄武巖系列，而金川巖體屬于拉斑玄武巖系列和大洋中脊玄武巖（MORB）兩個系列。

圖9 喀拉通克和金川巖體的Ti-Zr-Sr判別圖解[28，33]Fig.9 Ti-Zr-Sr diagram of Kalatongke and Jinchuan intrusions[28，33]

6.2 成礦母巖漿

喀拉通克巖體具有明顯的層狀分帶的特點，層狀巖體一般是深部巖漿房中分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物。張招崇等利用橄欖石-熔體平衡原理，估算了喀拉通克巖體巖漿作用過程中進(jìn)入終端巖漿房的母巖漿的MgO含量，結(jié)果顯示MgO的含量為9.8%，認(rèn)為該值代表了進(jìn)入巖漿房中的母巖漿的平均成分；同時根據(jù)喀拉通克巖體Mg#（約0.62）較低的特點[7]，認(rèn)為進(jìn)入巖漿房中的母巖漿為地幔部分熔融形成的原始巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物[6]。姜常義等計算出喀拉通克巖體的MgO的平均含量為11.6%（Mg#平均值為0.68），即為原生巖漿的MgO含量；以原生鎂鐵質(zhì)幔源巖漿的Mg#為0.66～0.71作為標(biāo)準(zhǔn)，提出原生巖漿為高鎂的玄武質(zhì)巖漿；根據(jù)巖體中含有大量的角閃石和黑云母等含水礦物，認(rèn)為巖漿富水[9]。錢壯志等根據(jù)巖體的PGE地球化學(xué)性質(zhì)以及巖漿中的MgO含量，認(rèn)為喀拉通克母巖漿為PGE不虧損的高M(jìn)g玄武質(zhì)巖漿[10]。

金川巖體的母巖漿，目前有兩種最有爭議的觀點：Chai認(rèn)為母巖漿為高鎂拉斑玄武巖漿[37]；湯中立等認(rèn)為母巖漿可能為一種苦橄質(zhì)拉斑玄武巖漿，源于富集的巖石圈地幔[19]；Li的文章支持了文獻(xiàn)[37]的觀點，認(rèn)為母巖漿為玄武質(zhì)巖漿，且來源于長期富集的下部大陸巖石圈地幔[23]。陳列錳等運用MEITS程序軟件，按照文獻(xiàn)[37]給出的金川巖體母巖漿的成分進(jìn)行模擬計算，結(jié)果表明計算出的橄欖石、斜方輝石和單斜輝石等主要造巖礦物的結(jié)晶順序和實際觀察到的巖相學(xué)特征一致，這指示金川巖體的母巖漿正如文獻(xiàn)[37]所得到的結(jié)果一致，為含MgO量11.5%的拉斑玄武巖漿，且?guī)r漿從深部巖漿房上升到淺部巖漿房的過程中，遭受了鈣質(zhì)圍巖（如橄欖石大理巖）的混染作用[38,39]。

6.3 地殼混染作用

喀拉通克巖體原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化不相容微量元素配分圖中顯示Nb、Ta、Ti的虧損，巖體的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖上有明顯的輕稀土富集，具有高的La/Sm值(大于4.5)，指示存在地殼物質(zhì)的混染作用[40]。張招崇等經(jīng)過地球化學(xué)模擬計算，認(rèn)為喀拉通克巖體不可能由虧損的軟流圈地幔直接熔融形成[6]?？藥r體的原始巖漿是由虧損的軟流圈地幔部分熔融形成以后，遭受了富集LILE的巖石圈地幔或者地殼物質(zhì)的混染[12]。巖石圈地幔與虧損的軟流圈地幔的氧同位素值δ(18O)(10-3)＜6，地殼的δ(18O)(10-3)＞6[41]；張招崇等根據(jù)喀拉通克巖體的氧同位素值δ(18O)(10-3)多大于6（平均值為6.2），認(rèn)為巖漿遭受了地殼物質(zhì)的混染[42]。姜常義等以高場強元素和大離子親石元素在熱液蝕變過程中是不活潑的為前提，根據(jù)總分配系數(shù)相同或相近、同化混染作用敏感的元素比值（如Ce/Pb、Th/Yb、Nb/Ta Ti/Yb、Zr/Nb）之間的協(xié)變關(guān)系，認(rèn)為喀拉通克巖體群在巖漿演化的過程中僅有微弱的同化混染作用；而對同化混染作用很敏感的Pb同位素數(shù)據(jù)，則顯示巖體沒有遭受地殼混染作用的跡象[9]。運用喀拉通克巖體的Sr-Nd同位素數(shù)據(jù)作圖，如圖10a所示，巖體的εNd(t)-N(87Sr)/N(86Sr)圖表明喀拉通克巖體遭受了上地殼物質(zhì)5%～10%的混染作用。

圖10 喀拉通克巖體(a)和金川巖體(b)的ε(Nd)(t)-N(87Sr)/N(86Sr)圖解[43～45]Fig.10 ε(Nd)(t)-N(87Sr)/N(86Sr)diagrams of Kalatongke and Jinchuan intrusions[43～45]

金川巖體的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化不相容微量元素有明顯的Nb、Ta負(fù)異常，Th輕微的負(fù)異常，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖上輕稀土明顯富集；ε(Nd)(t)為-7.15～-4.37，ε(Sr)(t)為17.0～128.8，這些都指示了地殼物質(zhì)的混染作用。金川巖體的硫同位素δ34S值顯示出幔源硫的特征，指示巖漿演化的過程中地殼硫很少加入。湯中立等根據(jù)金川巖體稀土元素配分圖上Gd和Tb的異常，認(rèn)為巖漿遭受了地殼的混染作用[19]。Song對金川巖體的各巖相和礦體的微量元素進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，認(rèn)為巖體Nb的負(fù)異常、高的Th/Ta比值和Th/Nb比值指示了巖漿發(fā)生過地殼的混染[28]。陳列錳等把金川巖體與布什維爾德等世界其他幾個主要的基性巖體中的單斜輝石進(jìn)行En-Fs-Di-Hd分類圖解，結(jié)果顯示金川巖體具有向透輝石（Di）端元演化的趨勢，這是由于富鈣質(zhì)的巖石對巖漿的同化混染作用的結(jié)果；結(jié)合在基性巖體邊緣發(fā)現(xiàn)的橄欖石大理巖圍巖，認(rèn)為巖漿和圍巖發(fā)生了不同程度的同化混染作用[38]。運用金川巖體的Sr-Nd同位素數(shù)據(jù)作圖，如圖10b所示，巖體的εNd(t)-N (87Sr)/N(86Sr)圖表明金川巖體遭受了上地殼和中地殼物質(zhì)10%～40%的混染作用。

6.4 巖漿源區(qū)及巖漿演化

喀拉通克巖體的不相容微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解上有明顯的Nb、Ta、Ti虧損，巖體中TiO2的含量總體小于1%，顯示出島弧玄武巖漿的特點；而低ε(Sr)(t)值和高ε(Nd)(t)值與洋中脊玄武巖相似，屬于N-MORB的范圍，指示其源區(qū)為虧損的軟流圈地幔（見圖11）?？藥r體屬于拉斑玄武巖漿系列產(chǎn)物，一般拉斑玄武質(zhì)系列的鎂鐵質(zhì)巖漿有兩種成因，一種為被削減板片交代的地幔楔或者是源區(qū)中含有這種地幔楔組分；另一種為堿性或者拉斑玄武巖系列的鎂鐵質(zhì)巖漿被陸殼物質(zhì)混染后的產(chǎn)物[46，47]。前已述及，喀拉通克巖體形成過程中很少或者沒有遭受地殼物質(zhì)的混染，說明其原始巖漿的地幔源區(qū)中含有一定數(shù)量的由削減板片脫水或者部分熔融交代而來的地幔楔物質(zhì)[9]。另一方面，區(qū)域地質(zhì)研究表明，額爾齊斯洋盆在早石炭紀(jì)時已閉合，進(jìn)入板塊內(nèi)部演化階段[48]，推測喀拉通克巖體形成時為碰撞后的拉張環(huán)境，巖體具有的島弧巖漿的特征應(yīng)是保留下來的早期俯沖洋殼組分的結(jié)果。所以，喀拉通克巖體的巖漿源區(qū)由削減板片交代過的地幔楔物質(zhì)和虧損的軟流圈地幔物質(zhì)組成[6]。Li提出了喀拉通克俯沖板片破裂形成的板片窗巖漿作用模型[49]：從泥盆紀(jì)到石炭紀(jì)末期，喀拉通克地區(qū)為一個活動的島弧環(huán)境，以噴發(fā)鈣堿性熔巖為主，熔巖的ε(Nd)(t)為3.2～7.8，中等富集大離子親石元素以及Nb的負(fù)異常，這和地幔楔拐角流引起部分熔融產(chǎn)生的熔體成分一致；至早二疊紀(jì)，板片俯沖結(jié)束，進(jìn)入弧-弧碰撞或弧-陸碰撞階段，脆性的洋殼物質(zhì)在一定深度的俯沖位置發(fā)生板片破裂產(chǎn)生板片窗，沿板片窗上升的上地幔軟流圈物質(zhì)發(fā)生減壓部分熔融，形成原始的富Nd的玄武質(zhì)巖漿；這些原始的玄武質(zhì)巖漿由于具高溫而對其上部的地殼物質(zhì)進(jìn)行底侵作用，地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融作用產(chǎn)生花崗質(zhì)熔體，具有較低的N(La)/N(Nb)值和正ε(Nd)(t)值；在上述底侵作用的同時，原始的玄武質(zhì)巖漿還經(jīng)歷著橄欖石的分離結(jié)晶作用和上地殼物質(zhì)10%的混染作用，而且還和上述6%～18%的花崗質(zhì)熔體發(fā)生混合作用，最終形成喀拉通克侵入體的母巖漿[49]。

圖11 喀拉通克巖體和金川巖體的ε(Nd)(t)–N(206Pb)/N(204Pb)圖解[43～45，49,50]Fig.11 ε(Nd)(t)-N(206Pb)/N(204Pb)diagrams of Kalatongke and Jinchuan intrusions[43～45,49,50]

金川巖體地球化學(xué)數(shù)據(jù)顯示具有高ε(Sr)(t)值，低ε(Nd)(t)值，較低的206Pb/204Pb值，指示巖漿源區(qū)為EMⅠ型富集巖石圈地幔（見圖11）。巖體的N(La)/N (Nb)值為0.22～1.42；N(Zr)/N(Nb)值為2.43～10.98，兩個比值均落在EMⅠ型富集地幔的范圍內(nèi)[51，52]。Song綜合考慮前人提出的“深部熔離-多次貫入成礦”[2，3]理論和“巖漿通道流動分異-就地結(jié)晶成礦”理論[37，53]，認(rèn)為金川巖體和礦體是由階段性巖漿房中形成的貧硫化物熔體相和富硫化物晶粥連續(xù)貫入形成的[28]，巖漿房深度為4～9 km[54]或12.5～15 km[30]；表現(xiàn)為：上部巖石圈地幔部分熔融形成的高鎂拉斑玄武質(zhì)巖漿經(jīng)高程度的同化作用和分離結(jié)晶作用（AFC），鎂鐵質(zhì)礦物如橄欖石的分離結(jié)晶及同化長英質(zhì)地殼圍巖，使巖漿中的SiO2含量增加而FeO和MgO含量減小，促使巖漿中硫飽和；硫飽和的巖漿進(jìn)入到階段性巖漿房中，結(jié)晶出來的橄欖石晶體和熔離出來的硫化物液滴萃取硅酸鹽巖漿中的親銅元素和鉑族元素，受重力作用向巖漿房底部沉聚；于是在巖漿房中自上而下形成3個帶，即貧硫化物不含結(jié)晶相帶、貧硫化物晶粥相帶和富硫化物晶粥相帶，這3個相帶先后上升侵入或噴出分別形成龍首山地體不含礦鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入體或火山巖（如茅草泉巖體）、金川巖體貧硫化物二輝橄欖巖和金川礦體。焦建剛等對金川巖體和茅草泉巖體的研究指出，茅草泉巖體由于硫化物的熔離而缺失親鐵元素，金川巖體由于硫化物的聚集而富集親鐵元素，且兩處巖體具有同期同源演化的特征，前者在一定程度上為后者提供了成礦所需的親鐵元素[50]。

6.5 礦床成因

巖漿硫化物礦床是在巖漿通道或者深部巖漿房中由于溫度、壓力和氧逸度等物理化學(xué)條件的改變，使巖漿中富硫化物的液相和硅酸鹽巖漿失去平衡，發(fā)生不混溶作用，形成不混溶硫化物固溶體，在重力的作用下沉降到巖漿房底部聚集成礦[55]。巖漿發(fā)生不混溶作用的重要前提是硫要達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)，巖漿中硫要達(dá)到飽和有四種途徑[20]：a.巖漿演化早期熔點高的不含S的礦物相發(fā)生結(jié)晶分離作用，如橄欖石、輝石等礦物的結(jié)晶分離作用；由于橄欖石、輝石中Cu、Ni的分配系數(shù)很高，所以這種結(jié)晶分離作用會導(dǎo)致巖漿中Cu、Ni等成礦物質(zhì)的大量丟失，很難形成有經(jīng)濟價值的礦床。b.幔源巖漿在上升至地殼淺部巖漿房的過程中，巖漿的物理化學(xué)條件變化可以改變S在巖漿中的溶解度，使S達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)。c.巖漿進(jìn)入地殼遭受地殼物質(zhì)的混染作用，地殼中的S加入到巖漿，達(dá)到巖漿中的S飽和。d.巖漿遭受地殼物質(zhì)的混染作用，富Si的地殼物質(zhì)加入到巖漿中，導(dǎo)致巖漿中S的溶解度降低，達(dá)到S過飽和狀態(tài)。Li Chusi給出了富Si地殼物質(zhì)的加入導(dǎo)致巖漿中S溶解度降低的計算公式：lnXS=1.299-0.74(104/T)-0.021(P)-0.311lnXFeO-6.166 XSiO2-9.153XNa2O+XK2O-1.914XMgO+6.594XFeO，其中X為摩爾分?jǐn)?shù)，P為壓力，單位為105kPa，T為絕對溫度，單位為K[56]。

喀拉通克巖體巖漿作用的早期階段發(fā)生了以橄欖石為主[6]或以輝石為主[9]的結(jié)晶分離作用，隨后經(jīng)歷了地殼物質(zhì)的同化混染作用，富Si地殼物質(zhì)的加入，使巖漿中S達(dá)到飽和；硫飽和的巖漿上升侵位，進(jìn)入到巖漿通道，由于巖漿的流動分異和重力沉聚以及侵入體中各處不同的向下滲透作用，發(fā)生硫化物液滴的聚沉形成硫化物礦體。金川礦床的成礦機制類似于喀拉通克，侵入體的巖漿作用早期階段進(jìn)行了以橄欖石為主的結(jié)晶分離作用[23，57]，巖漿演化的后期發(fā)生的同化混染作用，富Si地殼物質(zhì)的加入，使金川巖體成礦巖漿達(dá)到S飽和；隨后硫飽和的巖漿進(jìn)入到位于侵入體西部的巖漿通道，發(fā)生流動分異作用和重力沉聚作用，形成金川礦體和巖體[53]。

7 結(jié)語

1）金川礦床產(chǎn)于古老大陸的裂谷邊緣，成礦時代為新元古代；喀拉通克礦床產(chǎn)于年輕的造山帶內(nèi)，成礦時代為晚古生代；但兩礦床的S飽和機制和成礦動力學(xué)機制都很相似。

2）喀拉通克和金川巖體的鎂/鐵比值顯示兩處巖體均為鐵質(zhì)超基性巖；主量元素表明喀拉通克巖體屬于拉斑玄武巖系列，金川巖體則具有拉斑玄武巖系列和MORB系列巖石的兩種特征。

3）喀拉通克巖體的母巖漿為高鎂的玄武質(zhì)巖漿，源于虧損的軟流圈地幔；金川巖體的母巖漿為高鎂的拉斑玄武質(zhì)巖漿，源于富集的EMⅠ型地幔。

4）喀拉通克巖體和金川巖體在成礦巖漿侵位的過程中發(fā)生了明顯的結(jié)晶分異作用和地殼混染作用，這是促進(jìn)巖漿S飽和的主要機制；兩礦床中的富硫化物礦體都是不混溶硫化物固溶體受到流動分異和重力沉聚作用的產(chǎn)物。

5）結(jié)合礦床三維地質(zhì)建模以及巖體的巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)、地球物理資料，預(yù)測喀拉通克和金川礦床在深部邊部以及礦床外圍，都具有很大的找礦前景，說明這類小巖體礦床具有很大的研究前景。

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A comparison of geology geochemical characteristics between the Kalatongke and the Jinchuan Cu-Ni sulfide deposit and its significance

Dai Junfeng，Gong Lei，F(xiàn)an Lifei，Wang Yong，Zhao Binbin
(School of Earth Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China)

According to the analysis and comparison with the content and geochemical characteristics of major and trace element from Cu-Ni sulfide deposits between Kelatongke and Jinchuan，meanwhile，combing different tectonic setting and rock series of these two types of deposits，we study their magmatic and mineralization processes.The results show that major element of Kalatongke belongs to the tholeiitic basalt system；incompatible trace element presents as enrichment of large ion lithophile elemen(LILE)and depletion of high field strength element (HFSE)，suggesting that they are derived from the continental crust；the rare earth element (REE)presenting rich in light rare earth element(LREE)，and there is no obvious Eu anomalies，Sr and Nd isotopes indicates that the magma source is depleted asthenosphere mantle.Major element of Jinchuan deposit belongs to the tholeiitic basalts and mid ocean ridge basalt (MORB)system；incompatible trace element presents as enrichment of LILE，depletion of HFSE，showing the magma suffers from contamination of crust materials or there are materials of subducted oceanic crust in the source；the ratio of N(La)/N(Nb)and N(Zr)/N(Nb)indicating its source is derived from EMI mantle；the REE presenting enriched in LREE，the ratio of N(La)/N(Yb)，N(La)/N(Sm)and N(Gd)/N(Yb)presenting enriched in LREE；and there is no obvious Eu anomalies，Sr and Nd isotopes declaring magma derived from enriched mantle.And we also predicted the magma conduit and mineralization potential of these two ore deposits by 3D geological modeling，hoped it will useful for later period exploration.

magmatic Cu-Ni sulfide deposit；magma source；crustal contamination；trace element；rock series；3D geological modeling；Kalatongke；Jinchuan

P611.11

A

1009-1742（2015）02-0085-12

2014-12-10

中國工程院咨詢項目（2013-04-XY-001）

代俊峰，1990年出生，男，甘肅西和縣人，碩士研究生，主要從事區(qū)域構(gòu)造與成礦研究；E-mail：daijf12@lzu.cn