青海省东昆仑造山带东段铜镍硫化物矿床成矿作用

【摘要】：东昆仑造山带位于青藏高原北缘,是中国中央造山带西部的一部分,具有复杂的地球动力学演化、构造-岩浆活动、多期次造山运动以及丰富的矿产资源潜力吸引了相当程度的关注,成为研究热点。东昆仑地区历经两个重要的构造体系转换期:从被动大陆边缘到主动大陆边缘时期的加里东早期和从挤压造山到板内岩石圈伸展变薄的印支晚期,这两期重要的构造运动事件为大规模成矿提供了有利的动力学条件。自2011年吉林大学与青海省第五地质矿产勘查院在东昆仑拉凌灶火地区联合发现了夏日哈木超大型铜镍矿床后,东昆仑掀起了寻找岩浆型铜镍硫化物矿床的热潮,东昆仑东段相继发现一系列镁铁质-超镁铁质岩和阿克楚克赛、浪木日、尕牙河、希望沟、开木棋等矿床(点)及一些矿化异常。但总体上东昆仑东段铜镍硫化物矿床研究程度较低,成岩成矿动力学背景存在争议,成矿时代、岩浆起源和演化研究不足,硫化物熔离作用、矿化规律总结薄弱。本论文旨在详细野外地质调查的基础上,运用现代成矿理论,通过系统年代学、岩石学、矿物学和地球化学等手段,立足于典型矿床的综合研究,分析成岩动力学背景和成岩成矿作用,总结成矿规律和成矿潜力,建立成矿模式,为进一步工作提供科学依据。进一步论证中元古代万宝沟大洋玄武岩高原的存在,并指出其与柴达木地块拼贴过程中具有特殊的“软碰撞的特点”,因此没有形成大规模的碰撞造山,俯冲板片被“拉断”,发生板片断离并形成板片窗,引发了大规模因减压熔融而形成的幔源岩浆活动,形成深熔成因的花岗岩及与之有关的矿床和幔源成因的镁铁质-超镁铁质岩及与之有关的岩浆型铜镍硫化物矿床。东昆仑东段镁铁质-超镁铁质岩多分布于昆中断裂以北的昆中带内,多侵位于中元古界金水口群地层中。系统的年代学和地球化学研究表明,成岩成矿期为:加里东晚期(浪木日、尕牙河)、海西晚期(希望沟)、印支晚期(开木棋、那更康切尔西)。加里东晚期矿床形成于碰撞拼贴后伸展的动力学背景,深部动力学过程与俯冲板片断离引起软流圈上涌并发生减压熔融有关;海西晚期矿点形成于俯冲环境下局部伸展背景,深部动动力学过程与亏损岩石圈地幔熔融有关;印支晚期矿点形成于陆-陆碰撞后强烈伸展背景,深部动动力学过程与岩石圈拆沉引起的地幔物质上涌并诱发富集岩石圈地幔熔融有关。主要岩石类型有辉长岩、橄榄辉长岩、辉石岩、辉石橄榄岩、橄榄岩等。矿体主要赋存与辉石岩相和橄榄岩相中,岩石低Si高Mg,低碱贫Ca,属亚碱性系列,稀土元素总量较低,亏损Nb、Ta、Hf、Zr等高场强元素,具有明显的Pb正异常,富集K、Rb等大离子亲石元素。岩体微量元素地球化学特征(例Ce/Pb、La/Nb、Th/Ta等)、全岩Sr-Nd同位素、锆石Lu-Hf同位素、金属硫化物S同位素、全岩S、Se含量表明含矿岩体母岩浆源区为亏损地幔,同时受到EMII成分混染。电子探针分析显示,主要造岩矿物中橄榄石为贵橄榄石,斜方辉石为古铜辉石,单斜辉石为顽透辉石和透辉石,角闪石为镁角闪石和镁钙角闪石,橄榄岩相和辉石岩相中的云母为金云母,辉长岩中云母为金云母和镁质黑云母,辉长岩中斜长石为中长石、拉长石和倍长石。具最高Fo橄榄石成分估算母岩浆成分,浪木日母岩浆中Mg O含量为14.56%,尕牙河母岩浆中Mg O含量为13.24%,加里东晚期镁铁质-超镁铁质岩体母岩浆Mg O含量普遍较高,属高镁玄武岩岩浆,源区发生大比例熔融;希望沟母岩浆中Mg O含量为10.36%,海西晚期镁铁质-超镁铁质岩体母岩浆Mg O含量较低,源区发生熔融比例较低。开木棋辉长岩Mg O含量18.64%,那更康切尔西辉长岩Mg O含量8.08%,暗示母岩浆Mg O含量低,源区熔融比例最低,印支晚期镁铁质-超镁铁质杂岩体中,超镁铁质岩所占比例少,许多杂岩中未发现该岩相的存在。自加里东晚期到海西晚期再到印支晚期,随构造背景的变化,呈现出镁铁质-超镁铁质岩体母岩浆源区熔融比例逐渐降低的趋势。全岩Cu/Zr比值、橄榄石成分(Fo、Ni)模拟表明各含矿岩体、杂岩群均发生过硫化物熔离,早期硫化物熔离程度越高越利于成矿。岩浆熔离作用是岩浆型硫化物矿床形成的重要机制,而岩浆中的硫饱和是硫化物发生熔离的前提,控制岩浆中硫溶解度的因素包括:温度、压力、氧逸度、硫逸度和Fe O含量等。研究区镁铁质-超镁铁质岩地球化学特征显示岩浆演化过程中普遍经历分离结晶作用,分离结晶作用和地壳混染作用是导致硫化物熔离的重要机制。流体在成矿过程中其重要作用,含矿部位往往自变质程度较高。综上,研究区金属矿物组合为黄铜矿—镍黄铁矿—磁黄铁矿,高磁性可以作为铜镍硫化物岩浆矿床找矿标志,高Fo橄榄石和斜方辉石的存在指示有利成矿条件。含矿岩体普遍具有低硅、低碱、低钛,贫钙富镁的特征,m/f(2～6.5)显示其属于有利于形成铜镍硫化物矿床的超镁铁质岩体;稀土元素成分显示低∑REE的特征,相对富集轻稀土元素和大离子亲石元素,相对亏损重稀土元素和Nb、Ta和Ti等高场强元素,具有高而均一的Cr、Ni和Co含量,岩石固结质数SI55,Ti O_20.5含矿性好。总结其成矿模式为“深部熔离+就地熔离+多期次脉动侵位”成矿。