李鋼柱，雷瑋琰，張忠偉

(1.地質過程與礦產資源國家重點實驗室，中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083; 2.武警黃金第二支隊，內蒙古 呼和浩特 010010)

喀拉通克銅鎳硫化物礦床，是產于我國新疆北部中亞造山帶中的大型巖漿銅鎳硫化物礦床(圖1)。最近三十年，在該帶上發(fā)現了很多巖漿銅鎳硫化物礦床，喀拉通克銅鎳硫化物礦床是目前該帶上發(fā)現的銅鎳礦床中銅資源量第一，鎳資源量第三的大型礦床[1-2]?？算~鎳硫化物礦床，是目前世界上發(fā)現的銅鎳硫化物礦床中，含礦巖體基性程度最低的礦床，其含礦巖體主要是橄欖蘇長巖和蘇長巖，而世界上其他巖漿銅鎳硫化物礦床的含礦巖體，主要是純橄巖、橄欖巖等超基性巖。對喀拉通克巖體成巖成礦作用的研究，不僅對該類型礦床的找礦勘探具有重要的指示意義，而且也有助于提高對深部巖漿作用和成礦作用的認識。

本文綜述新疆喀拉通克銅鎳硫化物礦床近些年來的研究成果，擬在介紹喀拉通克巖體和礦床的地質特征、地球化學特征、同位素年代學及示蹤方面的研究進展和成礦模式等的基礎上，對存在問題和認識上的分歧進行討論，試圖對喀拉通克鎂鐵質巖體及其相關的銅鎳硫化物礦床的成巖成礦作用有更深入的認識，從而提高深部巖漿作用和成礦作用認識，并指導找礦。

1 地質特征

1.1 區(qū)域地質特征

新疆喀拉通克銅鎳礦床位于中亞造山帶西段，鄂爾齊斯大斷裂的西南側(圖1)。以鄂爾齊斯大斷裂為界，北部為阿爾泰造山帶，南部為東準噶爾造山帶[3-4]。阿爾泰造山帶是古生代歐亞大陸增生過程中由陸殼和洋殼碎片拼合而成的。東準噶爾造山帶，主要包括古生代俯沖增生的雜巖體和蛇綠巖。

圖1 新疆喀拉通克銅鎳礦床區(qū)域地質簡圖

在額爾齊斯大斷裂的兩邊，發(fā)育大量晚古生代的鎂鐵質侵入巖，這些巖體具有相似的巖石類型，主要是蘇長巖和閃長巖。到目前為止，僅在三個巖體中發(fā)現銅鎳硫化物礦床：出露在地表的喀拉通克Y1巖體、隱伏的喀拉通克Y2和Y3巖體(圖2)。

1.2 喀拉通克巖體及硫化物礦體的地質特征

喀拉通克Y1、Y2和Y3巖體的圍巖，是石炭紀板巖和凝灰?guī)r。Y1巖體地表形態(tài)為不規(guī)則透鏡狀，長695 m，寬39～389 m，出露面積約0.1 km2，橫剖面呈不規(guī)則歪斜漏斗狀，巖體在垂向上自上而下可分出閃長巖相(上部已剝蝕)、蘇長巖相和橄欖蘇長巖相[5]。硫化物礦石聚集在漏斗勁部以上的巖體底部，并呈近同心環(huán)帶狀向中心進一步富集(圖2b)。硫化物礦體主要賦存于橄欖蘇長巖相中，在蘇長巖相的底部也賦存浸染狀硫化物。Y1巖體下部邊緣出現的細粒輝長蘇長巖為巖體的冷凝邊，其化學成分在主巖體范圍之內[2]。

Y2 和Y3巖體的幾何形狀與Y1巖體明顯不同，巖體地表均呈扁平狀，剖面巖相呈水平帶狀分布(圖2c)。Y2巖體東段和Y3巖體巖相簡單，下部為蘇長巖相，上部為閃長巖相，巖相之間呈漸變接觸，浸染狀硫化物聚集在巖體底部。Y2巖體西段明顯不同于東段，硫化物呈向中心富集的同心環(huán)帶狀，與Y1巖體下部的礦體相似。

圖2 喀拉通克巖體地質簡圖

1.3 礦物巖石學特征

蘇長巖和閃長巖是喀拉通克巖體主要的巖石類型，橄欖蘇長巖在Y1巖體中也很重要，但是在Y2巖體中很少，在Y3巖體中沒有，少量橄長巖在Y1巖體局部存在。

橄欖蘇長巖主要由橄欖石、斜方輝石、和斜長石組成，含少量單斜輝石、角閃石、和黑云母等。一些大的橄欖石包裹少量鉻尖晶石，單斜輝石包裹小的橄欖石和斜長石。蘇長巖主要由斜方輝石和斜長石組成，含少量單斜輝石、角閃石和石英等。角閃石、黑云母和少量石英填隙在等粒斜方輝石和板狀斜長石間隙中。閃長巖主要由斜長石和角閃石組成，含有單斜輝石、黑云母、石英及少量Fe-Ti氧化物。通常具有嵌晶結構，角閃石包裹大量斜長石，粒度小的黑云母、Fe氧化物和石英分布在角閃石外圍。推斷出結晶順序為：鉻尖晶石+橄欖石→斜長石+斜方輝石→單斜輝石→角閃石+黑云母+石英+Fe-Ti氧化物[6]。結晶順序與低H2O板內拉斑玄武巖或島弧玄武巖一致[7]。橄欖石部分蝕變?yōu)樯呒y石和磁鐵礦，斜方輝石和斜長石部分蝕變?yōu)榛徒佋颇?，單斜輝石部分蝕變?yōu)殛柶鹗途G泥石[6]。礦石礦物主要以磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦和黃銅礦等金屬硫化物為主，其次有紫硫鎳礦、黃鐵礦、方黃銅礦等礦物。

Y2巖體橄欖蘇長巖中的橄欖石Fe含量為77～81.5 mole%，包裹在單斜輝石中的橄欖石Ni含量較高，并呈現Fe-Ni正相關，具有分離結晶作用的特征[8]。與硫化物直接接觸的橄欖石以及網脈狀硫化物礦石中的橄欖石，呈現Fe-Ni負相關，這與固相線以下橄欖石和硫化物熔體Fe-Ni交換反應的結果一致[8]。

2 地球化學特征

2.1 全巖主、微量元素特征

全巖氧化物組分表明，喀拉通克巖體中橄欖蘇長巖、蘇長巖和閃長巖不完全受堆晶相控制，為包含重要圈閉液相的正-中堆晶巖。圈閉液相成分以角閃石、黑云母、石英和Fe-Ti氧化物為代表[6]。

Y1、Y2和Y3巖體微量元素和稀土元素組成具有相似的特征[9]。巖石總體上富集大離子親石元素(LILE)(Rb、Sr、Ba、Pb),相對虧損高場強元素(HFSE)(Nb、Ta、Hf、HREE等)，特別是Nb、Ta呈現明顯的負異常。稀土元素球粒隕石標準化配分型式，表現為輕稀土適度富集的右傾曲線[9-10]。

Li et al(2011)對比喀拉通克巖體與二疊紀三塘湖盆地玄武巖(K-Ar年齡在270 Ma～290 Ma[11])和塔里木盆地玄武巖的微量元素與稀土元素的配分型式，發(fā)現喀拉通克巖體微量元素配分型式不及塔里木盆地玄武巖陡[12]，而與三塘湖玄武巖相似。

2.2 鉑族元素特征

喀拉通克礦床硫化物礦石地幔標準化PGE配分模式顯示相對PPGE (Pt，Pd)、Cu和Ni，虧損IPGE (Os, Ir, Ru, Rh)的特征[6]。不同類型硫化物礦石的PGE品位相近，浸染狀和網脈狀硫化物比塊狀硫化物PGE品位高，不同巖體浸染狀和網脈狀硫化物PGE品位相近，但Y2 和Y3巖體Ni品位比Y1巖體低[6]。

根據Pd/Ir 和Ni/Cu比值，喀拉通克銅鎳硫化物礦床與源于溢流玄武巖或高鎂玄武巖漿的巖漿銅鎳硫化物礦床相似。與二疊紀地幔柱巖漿作用相關的兩個巖漿硫化物礦床對比，喀拉通克礦床Pt、Pd品位比西伯利亞銅鎳鉑族礦床低約3個數量級[13]，但與峨眉山大火成巖省相關的力馬河銅鎳礦床相似[14]。Li et al. (2011)模擬計算的喀拉通克母巖漿中Pt、Pd和Ir含量，比西伯利亞溢流玄武巖[15]和峨眉山溢流玄武巖[16]中對應值低約一個數量級，認為喀拉通克巖體母巖漿PGE虧損，可能是巖漿抽取過程中硫化物熔體單獨保留在地幔中造成的[6]。

2.3 同位素地球化學特征

喀拉通克Y1巖體蘇長巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(287±5)Ma[17]，Y1和Y2巖體硫化物礦石Re-Os同位素年齡分別為(282.5±4.8)Ma和(290.2±6.9)Ma[18]，表明喀拉通克巖體及其賦存的礦床成巖成礦年齡極為接近，均為早二疊世。

Y1和Y2巖體全巖(87Sr/86Sr)i比值為0.7038～0.7050，平均為0.7041；εNd(t)在6.3～8.2之間，平均為7.4[19]。Y1和Y2巖體蘇長巖樣品橄欖石和輝石單礦物(87Sr/86Sr)i比值在0.7037～0.7054之間，平均為0.7042；εNd(t)在6.5～9.3之間，平均為7.8[6]，表明巖漿起源于虧損地幔。

喀拉通克巖體和同時代的三塘湖盆地玄武巖的 (87Sr/86Sr)i比值和εNd (t=287 Ma)值均接近于虧損地幔值，而塔里木玄武巖的(87Sr/86Sr)i比值和εNd (t=275 Ma)[12]接近于原始地幔值?？肆蚧锏V石的γOs值在172到196之間，表明有少量地殼物質混染[20]。

Y1巖體65件硫化物單礦物(黃銅礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦)δ34S值為-0.34‰～+1.84‰之間，中間值為+0.48‰[5]，在0 ± 2‰的典型地幔值范圍內。

3 喀拉通克巖漿作用

3.1 母巖漿成分

喀拉通克巖體與附近三塘湖盆地二疊紀玄武巖具有相似的地球化學特征，其成因相關[6]。以平均三塘湖玄武巖成分模擬母巖漿的分離結晶作用，得出的礦物結晶順序為：橄欖石(1160oC)→橄欖石+斜長石(1133oC)→橄欖石+斜方輝石+尖晶石(1100oC)→斜長石+斜方輝石+單斜輝石+尖晶石(1094oC)，與喀拉通克巖體礦物結晶順序相似。模擬計算得出橄欖石從這種巖漿中最初結晶時的Fe含量是83mol%，明顯低于地幔捕虜體中橄欖石(>90 mol%)的值，表明喀拉通克巖體母巖漿是由原生巖漿經橄欖石分離結晶和地殼混染作用產生的派生巖漿，并估算出原生巖漿中MgO的含量是～14 wt%[6]。

3.2 喀拉通克巖漿的起源與巖漿作用過程

一些學者認為，喀拉通克巖體的巖漿事件與塔里木玄武巖源于同一個地幔柱[21]；另一些學者認為，喀拉通克巖體是源于島弧俯沖帶巖漿作用形成的鈣堿性巖漿[20]；也有學者認為，是源于后碰撞拉張環(huán)境下形成的拉斑玄武質巖漿[18-19]。Li et al.(2011)認為，喀拉通克巖體和塔里木玄武巖雖然在形成時間上相近、空間上相距不遠，但二者屬于不同的構造單元并具有不同的地球化學特征，認為喀拉通克巖體并不是塔里木地幔柱巖漿作用的產物，并提出了板片窗巖漿作用的解釋[6]?？藥r體和同時代的二疊紀玄武巖雖然具有鈣堿性巖石的特征，但不像典型的鈣堿性巖石，且具有正εNd值和顯著的Nb負異常等弧玄武巖的特征，板片窗巖漿作用模式可能是更合理的解釋。

泥盆紀到石炭紀，喀拉通克地區(qū)是一個活動火山弧[22-23]，早二疊世準噶爾洋通過俯沖消減作用消亡，俯沖板片折斷形成板片窗，軟流圈物質透過板片窗上涌，誘發(fā)虧損地幔楔部分熔融，產生了具有正εNd值的原生玄武質巖漿。原生玄武質巖漿的底侵作用，引起了新生島弧地殼下部物質的部分熔融，形成具有低(La/Nb)PM-N比值和正εNd值的花崗質熔體，以本地區(qū)A-型花崗巖為代表[24]。原生玄武質巖漿經歷了橄欖石分離結晶，在下地殼混入6～18 wt%相似于上述A型花崗巖的花崗質熔體，上升過程中繼而被達10%的上地殼富Si物質混染，最終形成了喀拉通克母巖漿[6]。

4 成礦作用

巖漿型銅鎳化物礦床形成的關鍵，在于巖漿中的硫達到飽和，且硫化物熔體從硅酸鹽巖漿中熔離出來，熔離出的硫化物與足夠多的巖漿反應從而富集親銅元素，硫化物最終在有利的部位富集成礦[25-26]。硅酸鹽巖漿中硫的溶解度與壓力負相關，因此由上地幔部分熔融形成的基性巖漿，即使硫化物達到飽和，在上侵過程中由于壓力減小，硫化物將變得不飽和。因此，其他諸如分離結晶、地殼硫加入、富硅地殼混染、不同來源巖漿混合及過冷卻等過程，對促使巖漿在地殼中時硫化物的再飽和是必須的[25-28]。

喀拉通克巖體的母巖漿，經歷了分離結晶作用和地殼物質的混染。δ34S值顯示，沒有地殼硫的加入。Li et al. 2011通過模擬計算，得出喀拉通克巖體的母巖漿是～15%橄欖石結晶分異的熔體，而經過橄欖石的分離結晶，母巖漿中硫化物在到達地殼淺部時是飽和的[6]。富Si地殼混染對硫化物的飽和，也可能有一定期的幫助[9, 29]。

喀拉通克Y2和Y3巖體底部的硫化物礦體，與靜態(tài)系統(tǒng)中硫化物熔體的重力分異作用一致。漏斗型Y1巖體頸部以上硫化物礦石和Y2巖體西段的同心環(huán)帶狀硫化物礦石，與動態(tài)巖漿通道中硫化物珠滴的流動富集作用相一致。在巖漿通道中，由于中心比邊緣流速快，硫化物珠滴等密度大的礦物趨向于富集在通道的中心，當巖漿進入通道變寬部分時，由于流速減小，不混溶硫化物珠滴可能從上升的巖漿中沉淀出來。這兩個過程結合起來，能夠解釋硫化物礦體在Y1巖體中的分布[6, 9]。

5 結語

綜上所述，新疆喀拉通克銅鎳礦床是產于中亞造山帶鎂鐵質-超鎂鐵質侵入體中一系列巖漿銅鎳硫化物礦床中最大的礦床。喀拉通克巖體和礦床的成巖(287Ma)成礦時間(282Ma和290Ma)均為早二疊世。含礦巖體主要由橄欖蘇長巖相、蘇長巖相和閃長巖相組成，具有輕稀土元素相對重稀土元素適度富集，Nb、Ta等高場強元素虧損及正εNd值、幔源δ34S值等特征。含礦巖體及礦床的形成，可能與板片窗巖漿作用有關。早二疊世準噶爾洋通過俯沖消減作用消亡后，俯沖板片折斷形成板片窗，軟流圈物質透過板片窗上涌誘發(fā)地幔楔部分熔融，產生具有正εNd值的原生玄武質巖漿。原生巖漿經歷了成分相似于A型花崗巖的下地殼熔體的加入和上地殼富Si物質的混染形成了喀拉通克巖體母巖漿。經過橄欖石的分離結晶和富Si地殼的混染，硫化物達到飽和并從巖漿中熔離出來。Y1和Y2巖體西段主要受流動分異作用形成同心環(huán)帶狀礦體，Y2巖體東段和Y3巖體受重力分異作用使硫化物聚集在巖體底部形成層狀礦體?？撕V巖體比金川、Noril’sk等世界上其他同類型礦床的含礦巖體基性程度低，其原因還沒有明確的認識，需要新的勘探和研究來作進一步的探討。

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