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新疆北部晚古生代岩浆铜镍硫化物矿床成因:岩石及流体地球化学制约

傅飘儿  
【摘要】:资源开发与环境协调是国家经济持续发展的核心问题,也是第四纪地质学研究中关键的科学问题。在现有矿集区深边部开展找矿增储,既可以保障矿产资源的持续供给,又可以减轻生态环境的压力。新疆北部是岩浆铜镍硫化物矿床主要矿集区,产出于中亚造山带的阿尔泰造山带和东天山造山带,构造环境明显不同于其它世界超大型铜镍硫化物矿床的克拉通环境。阿尔泰造山带中喀拉通克铜镍硫化物矿床和东天山造山带中黄山铜镍硫化物矿床作为新疆北部矿石储量较大和成矿岩相完整的典型矿床,其成矿机制的研究对造山带产出环境中的铜镍硫化物矿床的成因具有重要的理论和实践意义。本文通过成矿岩体主要元素、微量元素、铂族元素及单矿物Sr-Nd同位素和流体挥发份组成及碳同位素的分析,探讨了成矿岩体的母岩浆及演化过程、硫化物饱和机制和成矿动力学背景,获得的主要认识如下: 1)喀拉通克和黄山铜镍硫化物矿床成矿岩体中橄榄石均为贵橄榄石,Fo值分别介于70.93~81.50mol.%和76.94~85.94mol.%之间。其中呈包橄结构的橄榄石和硫化物含量2vol.%的样品中堆晶橄榄石的Fo值和Ni含量呈正相关性,符合橄榄石分离结晶趋势;而硫化物含量2vol.%的样品中堆晶橄榄石Fo值和Ni含量间呈较复杂的相关关系,其中喀拉通克铜镍硫化物矿床的堆晶橄榄石Fo和Ni含量呈负相性,揭示早期结晶橄榄石与填隙的硫化物熔浆发生了Fe-Ni交换反应。而黄山铜镍硫化物矿床中堆晶橄榄石的Ni含量具有较大的变化范围,与Fo没有明显的相关性,暗示岩浆中的硫达到了饱和。 2)喀拉通克铜镍硫化物矿床和黄山铜镍硫化物矿床成矿岩体具有相似的微量元素特征,表现为富集大离子亲石元素和轻稀土元素,Nb-Ta负异常和Sr正异常,同时具有明显正的εNd(t)值。硫化物矿石的铂族元素含量均较低,相对亏损Os、Ir和Ru,富集Pt和Pd,具有相似的铂族元素原始地幔配分模式。 3)喀拉通克铜镍硫化物矿床成矿镁铁质岩体苏长岩中橄榄石、辉石和硫化物等单矿物在分步加热过程中释出的流体挥发份含量较高,同时流体挥发份呈阶段性释出:200-400℃、400-900℃和900-1200℃。橄榄石和辉石400-900℃和900-1200℃释出流体化学组成和碳同位素组成相似,以H2O为主(92vol.%),其次为CO2、H2、H2S和SO2,为成矿岩浆阶段流体挥发份,δ13CCO2为-20.86‰~-12.85‰,介于地壳和地幔之间。200-400℃释出流体挥发份以H2O为主,其次为N2+CO,δ13CCO2介于-25.66%~-22.98‰,具有地壳组分的特征,与次生的构造热液活动有关。硫化物400-900℃释出流体以SO2(75vol.%)为主,其次是H2S,是硫化物固结时捕获的流体挥发份,与成矿作用密切相关。200-400℃释出流体以SO2(49vol.%)和CO2(34vol.%)为主。 4)喀拉通克和黄山铜镍硫化物矿床成矿岩体微量元素Sm/Nd和Nb/Ta比值分别为(0.19-0.23,16.33-18.77)和(0.21-0.34,10.67-19.00),均介于原始地幔(0.33,17.83)与上地壳(0.17,14.71)之间,指示岩浆具有地壳物质混染的特征。Sr-Nd-C同位素也介于地幔和地壳之间,端元混合模拟表明喀拉通克和黄山成矿岩浆中有上地壳物质的混染。 5)喀拉通克和黄山铜镍硫化物矿床成矿岩浆均经历了深部硫化物熔离,致使上侵的岩浆亏损铂族元素。上侵的母岩浆由于橄榄石和辉石的分离结晶以及地壳组分的加入导致母岩浆中硫再次饱和并熔离成矿。喀拉通克1#成矿岩浆中流体挥发份富含CO2和8O2等氧化性气体,具有较高的CO2/CH4和SO2/H2S比值和较轻的δ13CcO2,暗示1#岩体具有较大的矿石储量可能与较多的氧化性流体的加入有关。 6)新疆北部喀拉通克和黄山铜镍硫化物矿床可能形成于一个后碰撞叠加地幔柱或板片窗的环境。早泥盆世-早石炭世期间,准噶尔和天山地区由于准噶尔洋(北天山洋)的俯冲,广泛发育大量岛弧岩浆,这些岩浆底侵于中下地壳,造成了重要的地壳生长。随后,准噶尔洋(北天山洋)可能在早二叠世(ca.300-290Ma)闭合,新疆北部铜镍硫化物矿床形成于后碰撞环境(ca..285Ma)。同时由于地幔柱或俯冲的准噶尔洋(北天山洋)洋壳断离致使软流圈物质上涌,从而导致这期岩浆和成矿作用的发生。


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