周偉，祁曉鵬，徐磊

（中陜核工業(yè)集團地質(zhì)調(diào)查院有限公司，陜西 西安 710100）

0 引言

石頭坑德礦床是繼夏日哈木超大型銅鎳礦床之后，在東昆侖造山帶發(fā)現(xiàn)的又一例巖漿銅鎳硫化物礦床，該礦床位于青海省東昆侖造山帶五龍溝溝腦（北緯35°57′05″；東經(jīng)96°11′08″），已探獲鎳資源量6.98×104t（Ni平均品位1.17%），鈷0.33×104t（Co平均品位0.04%），銅0.09×104t（Cu平均品位0.21%）（謝恩順等，2017），礦床規(guī)模已達(dá)中型。石頭坑德巖漿銅鎳硫化物礦床與夏日哈木同處東昆侖造山帶，大地構(gòu)造位置極其相似。周偉等（2016）從巖體的原生巖漿、構(gòu)造標(biāo)志、巖石組合、直接礦化標(biāo)志及礦物組合方面分析其成礦潛力；董俊等（2017）研究了巖體的地質(zhì)特征和成礦條件，并認(rèn)為巖體是多期次巖漿侵入的產(chǎn)物，深部成礦條件有利；謝恩順等（2017）報道了該巖體的巖石礦物特征，通過與夏日哈木礦床的對比，總結(jié)了石頭坑德巖體有利成礦的條件；張照偉等（2017）結(jié)合巖體的礦物學(xué)特征，探討了對成礦的指示作用。以往的研究工作主要集中在巖體含礦性評價及成礦潛力方面，對礦床中的金屬硫化物研究略顯不足。眾所周知，磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦是巖漿銅鎳礦床中最主要的金屬礦物，其形成與成礦過程密切相關(guān)（楊鎮(zhèn)等，2014；芮會超等，2016；張志炳等，2017；呂曉強等，2019）。石頭坑德礦床中的磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦有何特征？它們對巖漿銅鎳成礦又具有什么指示意義？本文在開展地質(zhì)調(diào)查和鉆探工作的基礎(chǔ)上，通過對礦區(qū)不同礦石開展礦相學(xué)的研究，并結(jié)合磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦電子探針微區(qū)測試技術(shù)和礦石硫同位素特征，論述了磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦的結(jié)晶條件，探討了礦床硫達(dá)到飽和的機制，為研究礦床成因提供新證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

石頭坑德銅鎳硫化物礦床位于柴達(dá)木地塊南緣，東昆侖造山帶東段的五龍溝地區(qū)（圖1a）。東昆侖造山帶位于中央造山帶西段，其東、西兩端分別被溫泉-哇洪山斷裂和阿爾金斷裂所截切。不同學(xué)者根據(jù)區(qū)域斷裂和蛇綠構(gòu)造混雜巖帶對東昆侖構(gòu)造單元進行了劃分（青海省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991）。以昆北、昆中、昆南3條區(qū)域性大斷裂為界，從北向南依次將東昆侖造山帶分為東昆北帶、東昆中帶、東昆南帶和巴顏喀拉-松潘甘孜帶，即“三斷裂四分帶”。昆北斷裂是穿越格爾木的東西走向的山前逆沖斷裂，昆中斷裂由西向東穿越阿牙克庫木湖、納赤臺和清水泉，昆南斷裂由西向東穿越木孜塔格、昆侖山口，直至阿尼瑪卿帶。昆北斷裂以北為昆北區(qū)，主要為柴達(dá)木盆地。昆北斷裂和昆中斷裂之間為昆中區(qū)，昆中斷裂和昆南斷裂之間為昆南區(qū)，昆南斷裂以南為巴顏喀拉-松潘甘孜區(qū)。

2 礦床及礦石地質(zhì)特征

石頭坑德礦區(qū)內(nèi)的前寒武紀(jì)變質(zhì)巖石主要為古元古代金水口巖群，由下部白沙河巖組和上部小廟巖組組成。下部白沙河巖組主要由大理巖、片麻巖、混合巖和角閃巖等組成；上部小廟巖組主要由石英巖、大理巖、片麻巖和片巖等組成。礦區(qū)內(nèi)出露3個鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體（圖1b），直接圍巖為金水口巖群白沙河巖組的黑云斜長片麻巖，銅鎳礦床賦存于Ⅰ號雜巖體內(nèi)，Ⅰ號雜巖體主要由輝長巖、輝長蘇長巖、暗色橄欖輝長巖、單輝輝石巖、二輝輝石巖、方輝輝石巖、單輝橄欖巖、方輝橄欖巖和純橄巖等多種巖石組成。賦礦巖石主要為橄欖巖和輝石巖。礦石中脈石礦物主要為尖晶石+橄欖石+輝石+角閃石+斜長石組合。礦石礦物主要為磁黃鐵礦+鎳黃鐵礦+黃銅礦，并發(fā)育少量鉻鐵礦、磁鐵礦、紫硫鎳礦、馬基諾礦、鈦鐵礦、白鐵礦，石墨偶見。按照成因特點，礦石可分為3種類型，即就地熔離型、礦漿貫入型和熱液交代型三類（圖2）。

圖1 石頭坑德礦床大地構(gòu)造位置（a）（據(jù)孟繁聰?shù)龋?013）和礦床地質(zhì)簡圖（b）

圖2 石頭坑德礦石野外照片

就地熔離型礦石：廣泛發(fā)育于早期硫化物階段，伴隨著橄欖石、輝石、斜長石等硅酸鹽礦物結(jié)晶，硫逐漸飽和，發(fā)生硫化物熔離作用，聚集成硫化物浸染體，這些硫化物浸染體呈膠結(jié)物狀充填于中細(xì)粒硅酸鹽晶體粒間，形成海綿隕鐵狀結(jié)構(gòu)（圖3a）。浸染體為磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦集合體（圖3b～c），粒度多在0.5～1 mm之間，最大可達(dá)3 mm。磁黃鐵礦為較早熔離出的金屬礦物，稍晚出溶的鎳黃鐵礦沿磁黃鐵礦晶格析出，這些鎳黃鐵礦有的具有定向分布的特點。黃銅礦浸染體出溶很少，在局部范圍內(nèi)，可見以鎳黃鐵礦為主的硫化物（圖3d），甚至可見單一較自形鎳黃鐵礦（圖3e），這反映了礦石富鎳貧銅的特點。此階段也有很少量磁鐵礦、鈦鐵礦發(fā)育。這類礦石主要為星點狀、浸染狀及海綿隕鐵狀礦石。

圖3 石頭坑德礦石鏡下照片

礦漿貫入型礦石：隨著硫化物不斷富集，形成富含硫化物的礦漿，沿著巖石破碎面貫入，形成準(zhǔn)塊狀-塊狀、團塊狀、斑雜狀礦石，金屬礦物以磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦為主，黃銅礦較少，多具有自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)。

熱液型交代礦石：受巖漿期后熱液控制，硫化物呈細(xì)脈狀，沿著構(gòu)造裂隙充填，交代溶蝕結(jié)構(gòu)發(fā)育，金屬礦物以黃銅礦較多，磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、紫硫鎳礦、馬基諾礦、磁鐵礦次之，也見鈦鐵氧化物。鎳黃鐵礦可蝕變?yōu)樽狭蜴嚨V（圖3f～g），馬基諾礦可交代磁黃鐵礦（圖3h）。熱液期磁鐵礦細(xì)脈極為發(fā)育，沿磁黃鐵礦邊緣形成環(huán)邊。鉻尖晶石晶粒碎裂，可被磁鐵礦穿切交代（圖3i）。紫硫鎳礦交代磁黃鐵礦，磁黃鐵礦有微弱白鐵礦化，更晚期階段可見熱液磁鐵礦交代熱液鈦鐵礦。

3 金屬硫化物特征

金屬礦物微區(qū)分析在長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室采用JXA-8100型電子探針完成。實驗條件：電壓15 kV；束電流2.0×10-8A；束斑大小0.5 μm；分辨率6 nm。

3.1 磁黃鐵礦

磁黃鐵礦常發(fā)育在熔離型礦石和貫入型礦石中。反光鏡下具有淺粉紅色微帶紫色調(diào)，與鎳黃鐵礦共生時，粉紅色調(diào)更加明顯，具有微弱多色性，強非均質(zhì)性，硬度中等。石頭坑德礦石磁黃鐵礦電子探針數(shù)據(jù)見表1。其中，S含量變化于35.95%～38.21%；Fe含量變化于59.98%～61.54%；Pb含量變化于0.09%～0.22%；Cu變化于0%～0.19%；Ni含量為0%～0.20%；基本不含As和Co。這些特點表明，石頭坑德礦石磁黃鐵礦具有Pb、Cu、Ni等元素置換Fe的現(xiàn)象，并且Ni含量要高于Cu，這也與礦石中富鎳貧銅一致，反映了巖漿自身高Ni低Cu的屬性。磁黃鐵礦的化學(xué)通式可表示為Fe1-XS（0≤X≤0.125），根據(jù)Fe（mol%）的含量，可分為六方磁黃鐵礦（hpo；NC型）、單斜磁黃鐵礦（mpo；4C型）和斜方磁黃鐵礦三種類型。六方磁黃鐵礦（NC型）N值可以為1、5、6、7、11，當(dāng)N為2時，就是隕硫鐵（Becker et al.,2010；Dupuis et al.,2011）。通過計算，石頭坑德礦石磁黃鐵礦Fe（mol%）=47.39～49.35，相應(yīng)的，分子式為Fe0.901S～Fe0.972S，表明均屬于六方磁黃鐵礦（hpo），在圖4中，樣品分別位于NC型和2C+NC型。

表1 石頭坑德礦石磁黃鐵礦電子探針結(jié)果/%

圖4 石頭坑德磁黃鐵礦鐵原子百分?jǐn)?shù)頻率分布（據(jù)Arnold，1962）

3.2 鎳黃鐵礦

鎳黃鐵礦出現(xiàn)在熔離型礦石、貫入型礦石和熱液期礦石中，反光鏡下呈淡黃色調(diào)，比磁黃鐵礦略微亮白，比黃銅礦黃色略淡。鎳黃鐵礦具有均質(zhì)性，無磁性，反射率介于黃鐵礦和方鉛礦之間。石頭坑德礦石鎳黃鐵礦電子探針數(shù)據(jù)見表2。S變化于32.88%～34.58%，平均為33.54%；Fe變化范圍較大，介于33.38%～38.88%，平均36.24%；Ni變化范圍為20.50%～32.86%，平均為28.41%；Co變化于0.16%～1.24%，平均為0.52%。鎳黃鐵礦Co含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁黃鐵礦，說明Co更易賦存于鎳黃鐵礦中。通過標(biāo)準(zhǔn)礦物計算，石頭坑德鎳黃鐵礦Fe（mol%）=4.64～5.90，Ni（mol%）=2.96～4.34，Co（mol%）=0.02～0.17。

表2 石頭坑德礦石鎳黃鐵礦電子探針結(jié)果/%

4 討論

4.1 磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦結(jié)晶溫度

磁黃鐵礦屬于單硫化物，在各種內(nèi)生金屬礦床中常見，尤其在巖漿銅鎳硫化物礦床中廣泛發(fā)育，是重要的造礦礦物。一般認(rèn)為，單斜磁黃鐵礦的形成溫度較低，其形成溫度不高于304±6 ℃（Arnold，1962；Kissin and Scott,1982）。當(dāng)硫化物集合體溫度下降至該溫度以下時，單斜磁黃鐵礦（mpo）才會從六方磁黃鐵礦（hpo）中出溶，形成含有單斜磁黃鐵礦和六方磁黃鐵礦的混合硫化體（圖5）。電子探針結(jié)果顯示，石頭坑德礦石磁黃鐵礦均為六方磁黃鐵礦，表明其結(jié)晶溫度要高于304 ℃。實驗巖石學(xué)結(jié)果表明，當(dāng)體系緩慢降溫時，黃鐵礦首先從六方磁黃鐵礦中出溶；如果經(jīng)歷快速降溫的過程，六方磁黃鐵礦中多余的硫不完全以黃鐵礦的形式出溶，則當(dāng)溫度降至254 ℃以下時，會有單斜磁黃鐵礦的出溶現(xiàn)象發(fā)生（Arnold，1962；Dupuis et al.,2011）。在顯微鏡下，并未發(fā)現(xiàn)磁黃鐵礦與黃鐵礦相互交生的現(xiàn)象，一方面說明了體系經(jīng)歷了快速降溫的過程，另一方面可能與體系中硫并不富足有關(guān)。

圖5 Fe-S系統(tǒng)相平衡簡圖（據(jù)Kissin and Scott,1982）

磁黃鐵礦中Fe的含量與體系的溫度存在線性關(guān)系，張述根等（2011）根據(jù)磁黃鐵礦Fe（mol%）和其形成溫度（T/℃）擬合出線性關(guān)系：T=-201.22Fe（mol%）+9854.32，該公式適合Fe（mol%）=45.50～47.50的磁黃鐵礦。筆者認(rèn)為，該公式只能約束磁黃鐵礦結(jié)晶溫度的下限。將磁黃鐵礦（4001-2-4）Fe（mol%）=47.39 代入上述公式，得到T=319 ℃，說明石頭坑德磁黃鐵礦結(jié)晶溫度高于319℃，而磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦固溶體分離溫度區(qū)間為300～500 ℃（Naldrett et al.,2000），兩者可相互印證。實驗巖石學(xué)表明，自形鎳黃鐵礦的結(jié)晶上限溫度為865±3 ℃（Sugaki et al.,1998；Dare et al.,2012），顯微鏡下可見兩種產(chǎn)狀的鎳礦鐵礦，一是從磁黃鐵礦中出溶的鎳黃鐵礦，二是單一的較自形鎳黃鐵礦，進而推測前者結(jié)晶溫度低于后者。綜合以上論述，石頭坑德磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦結(jié)晶溫度可大致約束在865～319 ℃。

4.2 硫飽和機制

研究表明，巖漿Cu-Ni-Co-PGE硫化物礦床金屬元素來源于地幔，成礦的關(guān)鍵是巖漿中硫達(dá)到飽和狀態(tài)，與Cu、Ni、Co、PGE等親銅元素結(jié)合形成硫化物，引起巖漿中硫飽和的因素主要有：同化混染作用、地殼硫的加入以及分離結(jié)晶作用（Naldrett et al.,2000；Ripley et al.,2003；Ripley and Li,2017；湯中立等，2006）。

石頭坑德礦石δ34S介于1.9‰～4.3‰（周偉等，2016），說明有地殼硫的貢獻(xiàn)，地殼硫加入巖漿后，增加了硫的含量，促使硫達(dá)到飽和。另一方面，巖體中發(fā)現(xiàn)的圍巖捕擄體以及礦石中石墨礦物的存在，都可視為同化混染的直接證據(jù)。石頭坑德巖體圍巖主要為片麻巖，此外還有少量大理巖，這些富硅、鈣巖石的加入可以增加巖漿中SiO2的活度，使巖漿氧逸度增高，進而可以降低巖漿中硫的溶解度，促使硫達(dá)到飽和。石頭坑德巖體巖石類型多樣，造巖礦物有尖晶石、橄欖石、輝石、角閃石、斜長石等，這些含鐵鎂、硅鋁礦物的分離結(jié)晶，會降低巖漿中FeO的活度，進而降低了硫逸度，使體系達(dá)到硫飽和。此外，前已述及，石頭坑德巖漿體系可能經(jīng)歷了快速降溫的過程，這也可以引起硫化物發(fā)生熔離，但這并非主導(dǎo)因素。

因此，地殼硫的加入、圍巖同化混染作用以及分離結(jié)晶作用，是促使石頭坑德礦床硫飽和并發(fā)生熔離的重要因素。

5 結(jié)論

（1）石頭坑德礦石中脈石礦物主要為尖晶石+橄欖石+輝石+角閃石+斜長石組合。礦石礦物主要為磁黃鐵礦+鎳黃鐵礦+黃銅礦組合，少量鉻鐵礦、磁鐵礦、紫硫鎳礦、馬基諾礦、鈦鐵礦、白鐵礦，石墨偶見。礦石可分為就地熔離型、礦漿貫入型、熱液交代型三類。礦石具有富鎳貧銅的特點。

（2）石頭坑德磁黃鐵礦分子式：Fe0.901S～Fe0.972S，為六方磁黃鐵礦（hpo），屬于NC型和2C+NC型，磁黃鐵礦結(jié)晶溫度高于319 ℃，結(jié)晶體系經(jīng)歷了快速降溫的過程。鎳黃鐵礦分子式中Fe（mol%）=4.64～5.90，Ni（mol%）=2.96～4.34，Co（mol%）=0.02～0.17，單一的較自形鎳黃鐵礦結(jié)晶溫度高于從磁黃鐵礦出溶的鎳黃鐵礦。磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦結(jié)晶溫度可大致約束在865～319 ℃。

（3）地殼硫的加入、圍巖同化混染作用以及巖漿結(jié)晶分異作用，是促使石頭坑德礦床硫達(dá)到飽和并且發(fā)生熔離作用的重要因素。