东昆仑造山带镍矿成矿作用研究

【摘要】：青海东昆仑造山带隶属于中央造山带之南部分支，在全球成矿域尺度上属于秦祁昆成矿域的重要组成部分。东昆仑造山带经历了复杂而漫长的构造演化历史和成矿作用，蕴藏着丰富的矿产资源。本文在系统总结东昆仑地区动力学演化历史的基础上，选择本区首次发现也是唯一的超大型铜镍硫化物矿床—夏日哈木镍矿作为研究对象，以现代测试技术作为支撑，结合现代成矿理论，运用年代学、岩石学、矿物学、岩石地球化学及同位素地质学等方法，分析了矿床地质地球化学特征，通过对岩浆源区、母岩浆性质、岩浆演化过程、硫化物深部熔离机制的系统研究，探讨夏日哈木镍矿床成矿作用及深部成矿过程。取得主要认识如下： （1）东昆仑地区发育915~928Ma的同碰撞S型花岗岩，表明该地区在晋宁早期处于陆陆碰撞的构造环境，时间上响应于全球Rodinia超大陆的汇聚。东昆仑地区显生宙以来形成于碰撞后伸展环境下的镁铁质-超镁铁质侵入岩主要集中于加里东晚期和印支晚期两个主要时期。 （2）对矿区侵入岩进行了系统的年代学和地球化学研究，厘定了成岩时代和构造环境。将矿区内岩浆活动分为晋宁期、加里东早期、加里东晚期、海西早期、印支早期五个主要阶段，其中铜镍矿体和矿化体主要产于晚志留世的镁铁质-超镁铁质杂岩体中。 （3）初步确定夏日哈木矿区呈条带状、透镜状出露的石榴石斜长角闪岩为退变质的榴辉岩，其原岩为具有E-MORB特征的洋壳，榴辉岩相变质年龄为437.6±3.6Ma，大洋板片由于洋陆深俯冲发生榴辉岩相变质作用，在后期折返过程中发生角闪岩相退变质。 （4）夏日哈木Ⅰ号岩体侵位于元古代金水口群变质岩及新元古代含石榴石花岗片麻岩中，岩体长约1.9km，宽约700m，面积约1.33km2，呈长条状近东西向展布，走向约60°。岩体具有层状镁铁质-超镁铁质杂岩体特征，岩相分带清楚，岩石蚀变较强，主体可分为橄榄岩相、辉石岩相和辉长岩相。主要岩石类型包括方辉橄榄岩、二辉橄榄岩、斜长二辉橄榄岩、橄榄辉石岩、斜方辉石岩、辉长苏长岩等。橄榄岩相和辉石岩相构成岩体的主体同时也是主要含矿岩相。电子探针分析显示，主要造岩矿物中橄榄石为贵橄榄石，尖晶石为铬尖晶石，斜方辉石为古铜辉石，单斜辉石为顽透辉石和普通辉石，角闪石为韭闪石和镁角闪石。橄榄岩和辉石岩相中的黑云母均为金云母。Ⅱ-1号岩体主要由辉长岩组成，其次含少量辉石岩，具有良好的磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿化。 （5）夏日哈木矿区主矿体均产于Ⅰ号镁铁质-超镁铁质岩体中。矿体形态以似层状、透镜状为主，局部呈纯硫化物脉状产出。矿体产状与岩体基本一致，呈北东东向展布，走向约70°，倾角变化于0~35°，深部沿走向具有向南西侧伏的趋势，侧伏角约20°，倾向上具有北侧厚度大、品位高，向南逐渐分支分叉，品位降低的变化趋势。电子探针分析显示，Ni主要赋存于镍黄铁矿中，Cu主要赋存于黄铜矿中，Co的独立矿物为镍辉砷钴矿，主要发育于富铜的块状矿石中。 （6）夏日哈木Ⅰ号岩体的21件硫化物样品δ34S变化范围为2.7‰~7.6‰；Ⅱ-1号岩体的6件硫化物样品δ34S变化范围为4.9‰~6.1‰。二者均显示出地壳硫的加入。Ⅰ号岩体13件样品206Pb/204Pb变化于17.774~18.346之间，207Pb/204Pb变化于15.536~15.598之间，208Pb/204Pb变化于37.529~38.209之间。Ⅱ-1号岩体3件样品206Pb/204Pb变化于17.906~18.153之间，207Pb/204Pb变化于15.570~15.604之间，208Pb/204Pb变化于37.865~38.359之间。硫化物铅同位素显示出地幔和造山带铅同位素特征。 （7）矿区内岩石中∑PGE含量为1.44×10-9~9.02×10-9，矿石中∑PGE含量为16.11×10-9~56.08×10-9，矿石中含量普遍高于岩石。100%硫化物计算后，矿石PGE总量为26.19×10-9~250.39×10-9，明显低于金川矿床。Cu/Pd比值及橄榄石中Ni和Fo关系表明原始岩浆在早期演化过程中发生了橄榄石的分离结晶和硫化物的熔离。少量硫化物的熔离可能是造成PGE相对于Cu、Ni亏损的主要原因。 （8）对夏日哈木矿区镁铁质-超镁铁质岩体进行了锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb测年，厘定了Ⅰ号岩体辉长苏长岩结晶年龄为423±1Ma，MSWD＝0.14，滑石化辉石岩结晶年龄为422±1Ma，MSWD＝0.07。Ⅱ-1号岩体辉长岩结晶年龄为424±1Ma，MSWD＝0.15。冰沟南镍矿点蚀变辉长岩年龄为427.4±7.3Ma，MSWD＝0.26。 （9）岩石地球化学特征显示，夏日哈木镁铁质-超镁铁质岩石的m/f值变化范围为2.32~6.67，属铁质超基性岩类。样品普遍富集大离子亲石元素（Rb、Th、U、K），相对亏损Nb、Ta、P。Ⅰ号岩体辉长苏长岩中锆石13个分析点的176Hf/177Hf比值为0.282628~0.282833，对应的εHf(t)=4.0~10.9，tDM1为610~875Ma，平均值为788Ma。Ⅱ-1号岩体辉长岩中锆石11个分析点的176Hf/177Hf比值为0.282721~0.282912，对应的εHf(t)=6.9~13.7，tDM1为497~775Ma，平均值为608Ma。I号岩体4件斜方辉石岩样品的εNd(t)=-3.1~-1.7（t=422）；(87Sr/86Sr)i=0.703105~0.710932，平均值0.705811；全岩氧同位素δ18OV-SMOW=5.2‰~7.0‰。3件辉石单矿物的εNd(t)=-0.2~-1.6（t=422）。II-1号岩体5件辉长岩样品的εNd(t)=-2.1~-0.7（t=424），(87Sr/86Sr)i=0.708200~0.708614，平均值0.708415。综合分析认为，夏日哈木Ⅰ号岩体和Ⅱ-1号岩体具有相同的岩浆源区。其岩浆源区主要为亏损地幔，可能有富集岩石圈地幔组分的加入，并经历了新元古代地壳物质的混染。 （10）根据夏日哈木Ⅰ号岩体方辉橄榄岩中橄榄石Fo最高为88，该样品中的TFeO含量为10.11%，估算出母岩浆中MgO的含量为12.48%。Ni/Cu和Pd/Ir比值显示岩体的母岩浆为高MgO玄武岩质岩浆。以上特征反映出夏日哈木镁铁质-超镁铁质岩体的母岩浆可能来自地幔大比例熔融。 （11）综合分析认为，夏日哈木铜镍硫化物矿床形成于碰撞拼贴后伸展的动力学背景，成岩成矿时代为晚志留世，其深部动力学过程可能与俯冲板片的断离作用有关。幔源岩浆在中间岩浆房发生硫饱和深部熔离，促使硫饱和的机制主要为橄榄石、斜方辉石的分离结晶和地壳中硫的加入。