孫 濤,錢壯志,黨新生,焦建剛,閆海卿,王建中

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西西安 710054;2.長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710054;3.新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司,新疆烏魯木齊 830057; 4.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)

喀拉通克銅鎳礦床硫同位素組成特征及其地質(zhì)意義

孫 濤1,2,錢壯志1,2,黨新生3,焦建剛1,2,閆海卿1,2,王建中1,4

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西西安 710054;2.長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710054;3.新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司,新疆烏魯木齊 830057; 4.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)

硫同位素研究在喀拉通克巖體的地殼物質(zhì)混染過程中有重要意義。通過對塊狀和浸染狀礦石、斑點(diǎn)狀和脈狀礦石以及圍巖中硫化物進(jìn)行硫同位素測試,分析了黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦的硫同位素在硫化物中的富集狀態(tài),探討了喀拉通克銅鎳礦床硫同位素組成特征及其地質(zhì)意義。結(jié)果表明:塊狀礦石的同位素測定值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的千分偏差δ(34S)為(-1.30～1.84)×10-3,浸染狀礦石的δ(34S)為(-2.50～0.85)×10-3,脈狀礦石的δ(34S)為(-1.54～3.00)×10-3,圍巖中黃鐵礦的δ(34S)為(-7.8～-3.3)×10-3;硫同位素在硫化物中的富集從大到小依次為黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦,說明硫化物之間基本達(dá)到了硫同位素平衡;喀拉通克銅鎳礦床的硫主要來自于地幔,只在巖漿熔離作用形成的浸染狀礦石和巖漿后期熱液階段形成的脈狀礦石以及晚期黃鐵礦中有少量或局部地殼硫混染的痕跡;地殼硫的加入沒有在巖漿源區(qū)發(fā)生,可能發(fā)生在巖漿上升并發(fā)生硫化物就地熔離的局部過程中,幾乎不對硫飽和及硫化物的熔離產(chǎn)生影響;巖漿在地殼深部發(fā)生的橄欖石、鉻鐵礦等礦物的分離結(jié)晶作用,有可能是促使硫飽和與硫化物熔離的主要因素。

硫同位素;微量元素;巖漿熔離;銅鎳礦床;喀拉通克;新疆

0 引言

在巖漿硫化物礦床中,不同物質(zhì)來源的礦床硫同位素組成極不相同。在幔源巖漿(主要以MORB為例)和沉積巖石中硫化物或硫酸鹽礦物的同位素測定值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的千分偏差δ(34S)差別相對很大,所以硫同位素研究在巖漿混染過程中有很重要意義[1]。研究顯示,喀拉通克銅鎳礦床原生巖漿為虧損的軟流圈地幔經(jīng)部分熔融形成的M gO含量很高的玄武質(zhì)巖漿,其成礦物質(zhì)主要來源于地幔[2-3],且?guī)r體遭受了地殼物質(zhì)的混染[2-8];但是,地殼物質(zhì)的混染既可以通過俯沖作用在巖漿源區(qū)發(fā)生,也可以在巖漿上升過程中以及巖漿房中發(fā)生[9]?？藥r體的地殼物質(zhì)混染是與俯沖作用有關(guān)還是在巖漿上升過程中發(fā)生,抑或是兩種作用兼而有之?筆者試圖通過不同礦石類型硫同位素組成進(jìn)一步探討該礦床的成礦物質(zhì)來源,并利用硫同位素對地殼混染作用進(jìn)行示蹤。

1 礦床地質(zhì)與礦相學(xué)特征

喀拉通克銅鎳礦床位于新疆維吾爾自治區(qū)富蘊(yùn)縣縣城東南28 km處,大地構(gòu)造位置為準(zhǔn)噶爾板塊北緣、二臺斷裂帶與額爾齊斯斷裂帶交匯點(diǎn)南西側(cè)(距兩斷裂的距離分別為20 km和15 km),南距烏倫古斷裂帶約50 km(圖1)。礦區(qū)共有11個鎂鐵質(zhì)巖體,可根據(jù)巖體產(chǎn)狀與分布分為南北2個巖帶: Y4～Y9巖體組成北巖帶;Y1～Y3巖體位于南巖帶,是主要的含礦巖體;Y11和Y10位于南巖帶的南側(cè)(圖2a)。巖體侵位于下石炭統(tǒng)南明水組中上段,圍巖主要為含炭質(zhì)細(xì)—粗屑沉凝灰?guī)r,夾炭質(zhì)板巖、含礫沉凝灰?guī)r。發(fā)育的銅鎳硫化物礦床主要有Ⅰ～Ⅲ號礦床,分別對應(yīng)分布在Y1～Y3巖體中,Y1巖體幾乎全巖礦化,已探明為大型銅鎳礦床;在Y2和Y3巖體中礦體主要分布于巖體中下部,賦存有中型銅鎳礦床(Ⅱ、Ⅲ礦體)[10]。

依據(jù)成因,該礦床礦石構(gòu)造主要為3種:就地熔離作用形成的浸染狀構(gòu)造(包括稠密浸染狀、中等浸染狀、稀疏浸染狀)、斑點(diǎn)狀構(gòu)造;深部熔離礦漿貫入作用形成的塊狀構(gòu)造;熱液作用形成的脈狀構(gòu)造。另外,還有表生風(fēng)化作用形成的土狀、粉末松散狀構(gòu)造等。其中塊狀礦石主要分布在Ⅰ礦體中和Ⅱ礦體西段下部以及兩巖體之間[2];稠密浸染狀礦石主要分布在Ⅰ～Ⅲ礦體中;中等浸染狀和稀疏浸染狀礦石在Ⅰ～Ⅸ礦體中均有不同程度分布,脈狀礦石主要由黃鐵礦細(xì)脈組成,在Ⅰ～Ⅸ礦體中均可見到。各類礦石在空間接觸關(guān)系上,表現(xiàn)為塊狀礦石貫入于各類浸染狀礦石中[2],而浸染狀礦石之間則呈過渡關(guān)系(圖2b)。脈狀礦石常與構(gòu)造破碎有關(guān),與塊狀礦石呈直接接觸關(guān)系,與浸染狀礦石呈快速過渡接觸。礦石結(jié)構(gòu)按其形成條件可劃分為3組:從熔體和熱液中結(jié)晶形成的自形晶結(jié)構(gòu)、半自形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形—它形粒狀結(jié)構(gòu)組(圖3a、b);固熔體分離作用形成的乳濁狀結(jié)構(gòu)(圖3c)、結(jié)狀結(jié)構(gòu)、葉片狀結(jié)構(gòu)組;交代溶蝕作用形成的交代溶蝕結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)組(圖3d、e)。

圖2 喀拉通克銅鎳礦床地質(zhì)特征Fig.2 Geologic Characteristics of Kalatongke Cu-NiDeposit

不同類型礦石中已發(fā)現(xiàn)的礦石礦物有50余種[10],其中主要礦物成分為磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、鎳黃鐵礦;次要礦物有磁鐵礦、紫硫鎳礦、鈦鐵礦;少量的閃鋅礦、硫錳礦、方鉛礦、墨銅礦、斑銅礦、鐵銅藍(lán)、方鈷礦、鋅銅礦等;極微量的鉻鐵礦、碲鎳鉑鈀礦、砷鉑礦、碲鈀礦、等軸碲鉍鈀礦、鉍碲鈀礦等[2]。在主要礦石礦物中,磁黃鐵礦常與鎳黃鐵礦形成固溶體分離的乳濁狀結(jié)構(gòu)(圖3c),也常交代溶蝕黃鐵礦、磁鐵礦形成交代溶蝕結(jié)構(gòu)(圖3a),在鎳黃鐵礦邊緣或裂隙偶見有蝕變生成的紫硫鎳礦微粒。黃銅礦常交代磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃鐵礦形成交代溶蝕結(jié)構(gòu)(圖3b、d、e),接觸邊界不規(guī)則。黃鐵礦可以分為早、晚兩個世代,早期黃鐵礦多呈自形晶、半自形晶,常被磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦交代溶蝕(圖3a、b),接觸邊緣一般較規(guī)則;晚期黃鐵礦主要以它形晶、細(xì)脈狀產(chǎn)出,粒度極細(xì)小,常呈星點(diǎn)狀、細(xì)脈(網(wǎng)脈)狀分布于脈石礦物中(圖3f)。

2 分析方法

筆者對塊狀和浸染狀礦石、斑點(diǎn)狀和脈狀礦石以及圍巖中的硫化物均進(jìn)行了硫同位素和電子探針微區(qū)分析。硫同位素分析在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所穩(wěn)定同位素實(shí)驗(yàn)室完成。人工選取新鮮礦石和巖石樣品,破碎過篩;硫化物是在雙目鏡下人工挑選,純度98%。樣品以Cu2O作氧化劑制備測試樣品,用MA T-251質(zhì)譜儀測定,采用VCDT國際標(biāo)準(zhǔn),分析精度好于0.2%。

3 硫同位素組成特征及其地質(zhì)意義

喀拉通克銅鎳礦床的硫同位素組成特征見表1。其中,23件黃鐵礦的δ(34S)為(-1.8～3.0)× 10-3,平均值為0.42×10-3;53件磁黃鐵礦的δ(34S)為(-2.40～1.84)×10-3,平均值為0.05×10-3; 30件黃銅礦的δ(34S)為(-2.50～0.84)×10-3,平均值為-0.16×10-3。硫同位素在硫化物中的富集從大到小依次為黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦,說明硫化物之間基本達(dá)到了硫同位素平衡。

53件塊狀礦石中硫化物(黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦)的δ(34S)為(-1.30～1.84)×10-3(表1),樣品全部處在隕石硫同位素組成范圍內(nèi)(-2～2)× 10-3;43件浸染狀礦石中有40件硫化物樣品δ(34S)在(-2～2)×10-3內(nèi),有3件樣品(2件磁黃鐵礦,1件黃銅礦)的δ(34S)小于-2×10-3;晚期黃鐵礦以及脈狀礦石中硫化物的δ(34S)大多數(shù)在(-2～2)× 10-3內(nèi),有2件樣品(黃鐵礦)大于2×10-3;圍巖中黃鐵礦的δ(34S)為(-7.8～-3.3)×10-3,沒有一件樣品的δ(34S)處于隕石硫范圍(圖4)。幔源硫的δ(34S)通常被認(rèn)為是(-2～2)×10-3[1]。

圖3 喀拉通克銅鎳礦中礦石礦物之間的關(guān)系Fig.3 Relation D iagram of Ore M ineral in Kalatongke Cu-Ni Deposit

以上硫同位素特征表明,喀拉通克銅鎳礦床的硫主要來自于地幔。從圖4可以看出,只在巖漿熔離作用形成的浸染狀礦石和巖漿后期熱液階段形成的脈狀礦石以及晚期黃鐵礦中有地殼硫混染的痕跡,而由貫入作用形成的塊狀礦石中沒有地殼硫的成分。如果地殼混染作用發(fā)生在巖漿源區(qū),那么形成的所有類型礦石中都應(yīng)該具有地殼硫的組成特征,但是喀拉通克礦床塊狀礦石中硫同位素沒有地殼硫的組成((-1.30～1.84)×10-3),也沒有圍巖硫的組成特征((-7.8～-3.3)×10-3),表明地殼物質(zhì)的混染沒有在巖漿源區(qū)發(fā)生,可能發(fā)生在巖漿到達(dá)地殼一定深度(相當(dāng)于深部巖漿房)之后,巖漿(此時巖漿即為常說的母巖漿)再繼續(xù)上升并發(fā)生硫化物就地熔離的局部過程中;另外,在后期的熱液蝕變過程中,也可能有地殼流體的加入。在巖漿型Cu-Ni-(PGE)硫化物礦床的成礦過程中,多數(shù)礦床有地殼物質(zhì)的混入,構(gòu)成引發(fā)硫飽和的重要因素之一[12-16]。但是,在喀拉通克礦床中,僅在硫化物熔離的局部過程和熱液階段有極少量地殼物質(zhì)加入,幾乎不對硫飽和及硫化物的熔離產(chǎn)生影響。巖漿在地殼深部發(fā)生的橄欖石、鉻鐵礦等礦物的分離結(jié)晶作用,有可能是促使硫過飽和與硫化物熔離的主要因素[2]。所以,在探討硫飽和與硫化物熔離過程時,應(yīng)該更加關(guān)注巖漿自身的特點(diǎn)及巖漿演化過程[3]。

表1 喀拉通克銅鎳礦床硫同位素組成Tab.1 Sulfur Isotope Composition of Kalatongke Cu-NiDeposit

圖4 喀拉通克銅鎳礦床不同礦石硫同位素組成分布Fig.4 Sulfur Isotope Distribution of Different Ores in Kalatongke Cu-NiDeposit

4 結(jié)語

(1)喀拉通克銅鎳礦床硫同位素在硫化物中的富集從大到小依次為黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦,說明硫化物之間基本達(dá)到了硫同位素平衡。

(2)塊狀礦石、浸染狀礦石、脈狀礦石以及圍巖中硫化物的硫同位素組成特征表明,硫主要來自于地幔,只在巖漿熔離作用形成的浸染狀礦石和巖漿后期熱液階段形成的脈狀礦石以及晚期黃鐵礦中有少量或局部地殼硫混染的痕跡。

(3)地殼硫的加入沒有在巖漿源區(qū)發(fā)生,可能在巖漿上升并發(fā)生硫化物就地熔離的局部過程和熱液階段發(fā)生,幾乎不對硫飽和及硫化物熔離產(chǎn)生影響。

本項(xiàng)研究在湯中立院士指導(dǎo)下完成,電子探針測試得到了長安大學(xué)劉民武老師的幫助;野外工作中到了喀拉通克銅鎳礦王勇、王斌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、趙玉梅等研究生的大力幫助。在此一并謝忱。

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Characteristics of Sulfur Isotope in Kalatongke Cu-Ni Deposit and Its Geological Significance

SUN Tao1,2,Q IAN Zhuang-zhi1,2,DANG Xin-sheng3,JIAO Jian-gang1,2, YAN Hai-qing1,2,WANG Jian-zhong1,4

(1.School of Earth Sciences and Resources,Chang'an University,Xi'an 710054,Shaanxi,China;2.Key Laboratory of Western M ineral Resources and Geological Engineering of M inistry of Education,Chang'an University,Xi'an 710054, Shaanxi,China;3.Xinjiang Xinxin M ining Compary Limited,Urumqi 830057,Xinjiang,China;4.No.8 Gold Geological Party,Chinese Peop le's A rmed Police Force,U rumqi 830057,Xinjiang,China)

The study on sulfur isotope is of great importance to revealing the p rocess of crustal contamination in Kalatongkemafic-ultramafic intrusion.The concentrations of sulfur isotope of chalcopyrite,pyrite,pyruhotite in massive sulfide,disseminated sulfide,speckled and veined ores and wall rockswere analyzed;and the characteristic of sulfur isotope in Kalatongke Cu-Ni deposit and its geological significance were discussed.The results showed that per thousand deviations between measured isotope and standard valuesδ(34S)of massive,disseminated,speckled and veined ores and pyrite in wall rock were(-1.30-1.84)×10-3,(-2.50-0.85)×10-3,(-1.54-3.00)×10-3and(-7.8--3.3)×10-3,respectively;concentrations of sulfur isotope in sulfide were pyrite,pyruhotite and chalcopyrite in descending o rder,and it basically achieved sulfur isotope equilibrium among the sulfides;the sulfur in Kalatongke Cu-Ni deposit was mainly derived from mantle,traces of crustal sulfur contamination were little orpartial in disseminated o res w hich fo rmed in the p rocess of magma segregation,vein ores w hich formed in postmagmatic hydrothermal stage,and pyrite w hich fo rmed in postmagmatic later stage;the crust-derived sulfur did not enter into the magma source zone,it would be partly occurr in the p rocess of the magma rising and sulfide segregation in situ,almost had little affect on sulfur saturation and sulfide segregation;the fractional crystallization of olivine and chromite occurred in deep crustal magma may be the major factor to p romote sulfur saturation and sulfide segregation.

sulfur isotope;minor element;magma segregation;Cu-Ni deposit;Kalatongke;Xinjiang

P618.41;P619.21+6

A

1672-6561(2010)04-0344-06

2010-04-07

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(40534020);中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(資[2010]礦評01-03-17);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(CHD2010JC028;CHD2009JC058)

孫 濤(1983-),男,重慶人,理學(xué)博士研究生,從事礦床學(xué)研究。E-mail:suntao06@126.com