金川銅鎳硫化物礦床Hf同位素地球化學(xué)特征與巖漿源區(qū)

焦建剛等

摘 要：金川銅鎳硫化物礦床是中國(guó)最大鎳資源基地，形成于新元古界超鎂鐵質(zhì)小巖體中，圍巖是古元古界白家嘴子組一套角閃巖相變質(zhì)巖，礦床的成礦關(guān)鍵因素一直受到廣泛關(guān)注。詳細(xì)的地質(zhì)填圖發(fā)現(xiàn)巖體與圍巖為侵入接觸，呈巖席狀產(chǎn)出，西南部為巖體頂部，東北部為巖體底部。通過(guò)SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素研究，獲得礦床中鋯石年齡平均為（840±10）Ma，與前人獲得的年齡（831.8±0.6）Ma在誤差范圍內(nèi)一致，代表成巖年齡的鋯石εHf（t）值主要集中在-8.52～-4.85；Hf模式年齡大于鋯石U-Pb年齡，表明其巖漿源區(qū)受到過(guò)地殼物質(zhì)的混染或來(lái)自于富集地幔。Hf-Sr-Nd-Pb-Os同位素研究發(fā)現(xiàn)，形成金川銅鎳硫化物礦床的巖漿源區(qū)屬于Ⅰ型富集地幔（EMⅠ），成巖成礦地質(zhì)背景與陸內(nèi)裂谷有關(guān)，這種特殊的構(gòu)造環(huán)境與地幔源區(qū)可能對(duì)形成金川超大型銅鎳硫化物礦床發(fā)揮了重要貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：銅鎳硫化物礦床；巖漿源區(qū)；地殼混染；Hf同位素；鋯石U-Pb年齡；原始產(chǎn)狀；金川

中圖分類號(hào)：P618.41；P618.63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

金川銅鎳硫化物礦床鎳金屬資源儲(chǔ)量居世界第三，僅次于俄羅斯的Norilsk和加拿大的Sudbury，但是金川銅鎳礦床擁有世界最大的工業(yè)鎳礦體。作為小巖體成大礦的典型實(shí)例，什么樣的巖漿過(guò)程能形成金川銅鎳硫化物礦床呢？還能否在中國(guó)找出第二個(gè)金川？基于此，對(duì)金川銅鎳礦床的理論研究及礦產(chǎn)勘查工作一直備受關(guān)注[1-4]。大量研究證明金川礦床鋯石U-Pb年齡約為830 Ma[5-6]，Sr-Nd同位素證明形成金川礦床的巖漿來(lái)自于富集地幔[7]，成礦地質(zhì)背景可能為大陸邊緣裂谷環(huán)境[8]，目前在金川外圍還沒有發(fā)現(xiàn)新的富鎳礦床。然而，金川銅鎳硫化物礦床的原始產(chǎn)狀是巖墻或巖席產(chǎn)出？金川超鎂鐵質(zhì)巖體到底是被推覆上來(lái)還是侵入到現(xiàn)存空間？這些問題對(duì)礦床深部找礦具有重要意義。如果確定巖體形態(tài)為巖席，那么找礦應(yīng)該順層去勘查；如果確定巖體為巖墻狀，則找礦應(yīng)該切穿地層勘查；如果巖體是推覆上來(lái)的，將沒有根部；如果是侵位到現(xiàn)存空間，則深部還可能有很大的找礦潛力。

筆者基于區(qū)域地質(zhì)填圖及剖面、礦床地質(zhì)等研究，提出巖體屬于巖漿侵入到現(xiàn)存空間形成，為巖席狀產(chǎn)出，巖漿固結(jié)后發(fā)生了地質(zhì)體整體隆升變位，形成目前的陡傾斜狀，巖體深部具有較好的找礦潛力。本次研究還嘗試分析了巖漿鋯石中Hf同位素、Hf-Sr-Nd-Pb-Os同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)，證明金川銅鎳硫化物礦床的巖漿源區(qū)為Ⅰ型富集地幔（EMⅠ），富集地幔氧逸度相對(duì)較高，經(jīng)歷較小的部分熔融能產(chǎn)生富銅鎳硫的巖漿，這種特殊的地幔源區(qū)可能對(duì)金川超大型銅鎳硫化物礦床的形成發(fā)揮了重要貢獻(xiàn)。

1 成礦地質(zhì)背景

金川銅鎳硫化物礦床位于華北陸塊西南緣龍首山隆起帶中部，龍首山巖群的形成時(shí)代為古元古代，1.86 Ga時(shí)經(jīng)歷了角閃巖相區(qū)域變質(zhì)作用[9]。從地殼結(jié)構(gòu)與中—新元古代地層屬性方面比較，揚(yáng)子克拉通的地殼結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為結(jié)晶基底褶皺基底沉積蓋層的三層結(jié)構(gòu)，而華北克拉通為結(jié)晶基底沉積蓋層雙層結(jié)構(gòu)，龍首山隆起帶以古元古代龍首山群為基底，上部不整合接觸為震旦系白云巖，缺失早古生代地層，具有雙層地殼結(jié)構(gòu)，由此推測(cè)龍首山隆起帶屬于華北陸塊[10-11]。龍首山隆起帶南部為祁連早古生代造山帶，大量區(qū)域構(gòu)造研究認(rèn)為，華北陸塊西南緣邊界以龍首山隆起帶南部的河西走廊為界[圖1（a）]，因此，龍首山隆起帶屬于陸塊邊緣構(gòu)造環(huán)境[8]。金川銅鎳硫化物礦床的鋯石U-Pb年齡約為830 Ma[5-6]，形成于新元古代，可能與全球性的Rodinia大陸裂解事件有關(guān)[5-6]。巖體目前產(chǎn)出為SW陡傾，剖面中礦體呈舌狀位于下盤，礦床原始產(chǎn)狀存在巖墻與巖席之爭(zhēng)[12-13]。

本次研究開展了區(qū)域地質(zhì)填圖及地層剖面測(cè)量[圖1（b）]， 發(fā)現(xiàn)金川超鎂鐵質(zhì)巖體與古元古代龍首山群地層呈小角度侵入接觸，近似巖席狀產(chǎn)出，巖體與南部震旦系礫狀白云巖產(chǎn)狀一致，為高角度SW傾斜，推測(cè)金川礦床形成后發(fā)生了產(chǎn)狀變化；結(jié)合金川超鎂鐵質(zhì)巖體北界內(nèi)接觸帶存在大量圍巖大理巖包體以及南界存在連續(xù)的熱液蝕變帶，推測(cè)巖體西南部為上盤，產(chǎn)狀變化是巖漿侵入冷凝后在原位隆升的結(jié)果。

2 礦床地質(zhì)

金川銅鎳硫化物礦床位于金昌市城區(qū)南部邊緣，巖體走向310°，產(chǎn)狀220°∠（50°～80°），長(zhǎng)6 500 m，寬20～527 m，出露面積約134 km2，最大延深大于1 100 m，呈NW向不規(guī)則透鏡狀產(chǎn)出。后期NE向斷裂將金川巖體切割成幾段，根據(jù)銅鎳硫化物礦體被發(fā)現(xiàn)的順序和勘探的先后，由西向東依次劃分為Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ 4個(gè)礦區(qū)[圖2（a）]。

金川礦床鎳金屬儲(chǔ)量大于550×104 t，銅金屬量大于350×104 t。富礦主要集中在礦床中部Ⅰ、Ⅱ礦區(qū)，礦石Ni、Cu、Co、PGE平均品位（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）分別為

106%、08%、003%、066×10=-6，礦化率高達(dá)478%[14]。礦石類型主要為海綿隕鐵狀與浸染狀礦石，塊狀礦只在Ⅰ礦區(qū)中部與Ⅱ礦區(qū)東部有零星分布[圖2（b）]，富銅鉑鈀礦體主要分布在礦體結(jié)合部位與局部構(gòu)造發(fā)育地段。礦石礦物主要為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦，其次為紫硫鎳礦、方黃銅礦、磁鐵礦，還有少量斑銅礦、墨銅礦、赤鐵礦、馬基諾礦以及微量鉑族元素組成的砷化物、碲化物、銻化物等。鎳黃鐵礦與磁黃鐵礦緊密共生，半自形—自形晶，顆粒大小為0.l～2 mm，黃銅礦主要產(chǎn)于其他硫化物礦物之間與邊部[14]。

金川超鎂鐵質(zhì)巖體以二輝橄欖巖為主要組成巖相，其次為含二輝橄欖巖分布在巖體中部，斜長(zhǎng)二輝橄欖巖、橄欖二輝巖及橄欖輝石巖分布在巖體邊部，5種巖相之間沒有明顯界線。金川巖體整體以橄欖石堆晶為特征，堆晶中橄欖石最高體積分?jǐn)?shù)約80%。巖體蝕變以蛇紋石化最為普遍，其次是透閃石化、陽(yáng)起石化、綠泥石化、滑石碳酸鹽化等，在不同礦體的結(jié)合部位，構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)，巖石幾乎全部蝕變。

礦床圍巖為古元古代龍首山巖群白家嘴子組花崗質(zhì)混合巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、大理巖、斜長(zhǎng)角閃巖、變粒巖等。巖體與圍巖呈小角度侵入接觸，巖體北部?jī)?nèi)接觸帶常見大理巖包體[圖3（a）]，南部多見接觸交代蝕變，蝕變主要為透閃石化、陽(yáng)起石化、綠泥石化等[圖3（b）、（c）]。巖體南部外接觸帶常見NW向與巖體同走向的石英脈產(chǎn)于花崗質(zhì)混合巖中[圖3（d）]。這些間接證明巖體原始產(chǎn)狀近水平，巖體南部為原始產(chǎn)狀的上盤，蝕變帶中含水礦物與圍巖中石英脈是巖漿上部富水和揮發(fā)分的直接證據(jù)。目前，金川巖體高角度SW傾斜是后期隆升、巖體與地層整體發(fā)生變位的結(jié)果。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）詳細(xì)的地質(zhì)填圖及剖面研究顯示：金川銅鎳硫化物礦床原始產(chǎn)狀為巖席狀，后期經(jīng)歷了區(qū)域隆升變成向南陡傾；金川超鎂鐵質(zhì)巖體西南部為上盤，南邊界發(fā)育穩(wěn)定的蝕變帶及南部圍巖中發(fā)育大量與巖體同走向的石英脈是巖漿上部富水與揮發(fā)分的證據(jù)。

（2）通過(guò)SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素研究，獲得礦床中鋯石年齡平均值為（840±10）Ma，與前人獲得的年齡（831.8±0.6）Ma在誤差范圍內(nèi)一致。代表成巖年齡的鋯石εHf（t）值主要集中在-8.52～-4.85，Hf模式年齡大于鋯石U-Pb年齡，表明其巖漿源區(qū)受到過(guò)地殼物質(zhì)的混染或來(lái)自于富集地幔。

（3）Hf-Sr-Nd-Pb-Os同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)證實(shí)，形成金川銅鎳硫化物礦床的母巖漿源自下地殼物質(zhì)參與循環(huán)的富集地幔源區(qū)，即Ⅰ型富集地幔；在裂谷環(huán)境下，Ⅰ型富集地幔經(jīng)歷較小的部分熔融能產(chǎn)生富銅鎳硫的巖漿，這種特殊的構(gòu)造環(huán)境與地幔源區(qū)可能對(duì)金川超大型銅鎳硫化物礦床的形成發(fā)揮了重要貢獻(xiàn)。

謹(jǐn)以此文祝賀湯中立院士八十華誕，感謝恩師長(zhǎng)期以來(lái)在研究與生活中給予的支持和關(guān)心，祝先生健康長(zhǎng)壽、學(xué)術(shù)常青！

摘 要：金川銅鎳硫化物礦床是中國(guó)最大鎳資源基地，形成于新元古界超鎂鐵質(zhì)小巖體中，圍巖是古元古界白家嘴子組一套角閃巖相變質(zhì)巖，礦床的成礦關(guān)鍵因素一直受到廣泛關(guān)注。詳細(xì)的地質(zhì)填圖發(fā)現(xiàn)巖體與圍巖為侵入接觸，呈巖席狀產(chǎn)出，西南部為巖體頂部，東北部為巖體底部。通過(guò)SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素研究，獲得礦床中鋯石年齡平均為（840±10）Ma，與前人獲得的年齡（831.8±0.6）Ma在誤差范圍內(nèi)一致，代表成巖年齡的鋯石εHf（t）值主要集中在-8.52～-4.85；Hf模式年齡大于鋯石U-Pb年齡，表明其巖漿源區(qū)受到過(guò)地殼物質(zhì)的混染或來(lái)自于富集地幔。Hf-Sr-Nd-Pb-Os同位素研究發(fā)現(xiàn)，形成金川銅鎳硫化物礦床的巖漿源區(qū)屬于Ⅰ型富集地幔（EMⅠ），成巖成礦地質(zhì)背景與陸內(nèi)裂谷有關(guān)，這種特殊的構(gòu)造環(huán)境與地幔源區(qū)可能對(duì)形成金川超大型銅鎳硫化物礦床發(fā)揮了重要貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：銅鎳硫化物礦床；巖漿源區(qū)；地殼混染；Hf同位素；鋯石U-Pb年齡；原始產(chǎn)狀；金川

中圖分類號(hào)：P618.41；P618.63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

金川銅鎳硫化物礦床鎳金屬資源儲(chǔ)量居世界第三，僅次于俄羅斯的Norilsk和加拿大的Sudbury，但是金川銅鎳礦床擁有世界最大的工業(yè)鎳礦體。作為小巖體成大礦的典型實(shí)例，什么樣的巖漿過(guò)程能形成金川銅鎳硫化物礦床呢？還能否在中國(guó)找出第二個(gè)金川？基于此，對(duì)金川銅鎳礦床的理論研究及礦產(chǎn)勘查工作一直備受關(guān)注[1-4]。大量研究證明金川礦床鋯石U-Pb年齡約為830 Ma[5-6]，Sr-Nd同位素證明形成金川礦床的巖漿來(lái)自于富集地幔[7]，成礦地質(zhì)背景可能為大陸邊緣裂谷環(huán)境[8]，目前在金川外圍還沒有發(fā)現(xiàn)新的富鎳礦床。然而，金川銅鎳硫化物礦床的原始產(chǎn)狀是巖墻或巖席產(chǎn)出？金川超鎂鐵質(zhì)巖體到底是被推覆上來(lái)還是侵入到現(xiàn)存空間？這些問題對(duì)礦床深部找礦具有重要意義。如果確定巖體形態(tài)為巖席，那么找礦應(yīng)該順層去勘查；如果確定巖體為巖墻狀，則找礦應(yīng)該切穿地層勘查；如果巖體是推覆上來(lái)的，將沒有根部；如果是侵位到現(xiàn)存空間，則深部還可能有很大的找礦潛力。

筆者基于區(qū)域地質(zhì)填圖及剖面、礦床地質(zhì)等研究，提出巖體屬于巖漿侵入到現(xiàn)存空間形成，為巖席狀產(chǎn)出，巖漿固結(jié)后發(fā)生了地質(zhì)體整體隆升變位，形成目前的陡傾斜狀，巖體深部具有較好的找礦潛力。本次研究還嘗試分析了巖漿鋯石中Hf同位素、Hf-Sr-Nd-Pb-Os同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)，證明金川銅鎳硫化物礦床的巖漿源區(qū)為Ⅰ型富集地幔（EMⅠ），富集地幔氧逸度相對(duì)較高，經(jīng)歷較小的部分熔融能產(chǎn)生富銅鎳硫的巖漿，這種特殊的地幔源區(qū)可能對(duì)金川超大型銅鎳硫化物礦床的形成發(fā)揮了重要貢獻(xiàn)。

1 成礦地質(zhì)背景

金川銅鎳硫化物礦床位于華北陸塊西南緣龍首山隆起帶中部，龍首山巖群的形成時(shí)代為古元古代，1.86 Ga時(shí)經(jīng)歷了角閃巖相區(qū)域變質(zhì)作用[9]。從地殼結(jié)構(gòu)與中—新元古代地層屬性方面比較，揚(yáng)子克拉通的地殼結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為結(jié)晶基底褶皺基底沉積蓋層的三層結(jié)構(gòu)，而華北克拉通為結(jié)晶基底沉積蓋層雙層結(jié)構(gòu)，龍首山隆起帶以古元古代龍首山群為基底，上部不整合接觸為震旦系白云巖，缺失早古生代地層，具有雙層地殼結(jié)構(gòu)，由此推測(cè)龍首山隆起帶屬于華北陸塊[10-11]。龍首山隆起帶南部為祁連早古生代造山帶，大量區(qū)域構(gòu)造研究認(rèn)為，華北陸塊西南緣邊界以龍首山隆起帶南部的河西走廊為界[圖1（a）]，因此，龍首山隆起帶屬于陸塊邊緣構(gòu)造環(huán)境[8]。金川銅鎳硫化物礦床的鋯石U-Pb年齡約為830 Ma[5-6]，形成于新元古代，可能與全球性的Rodinia大陸裂解事件有關(guān)[5-6]。巖體目前產(chǎn)出為SW陡傾，剖面中礦體呈舌狀位于下盤，礦床原始產(chǎn)狀存在巖墻與巖席之爭(zhēng)[12-13]。

本次研究開展了區(qū)域地質(zhì)填圖及地層剖面測(cè)量[圖1（b）]， 發(fā)現(xiàn)金川超鎂鐵質(zhì)巖體與古元古代龍首山群地層呈小角度侵入接觸，近似巖席狀產(chǎn)出，巖體與南部震旦系礫狀白云巖產(chǎn)狀一致，為高角度SW傾斜，推測(cè)金川礦床形成后發(fā)生了產(chǎn)狀變化；結(jié)合金川超鎂鐵質(zhì)巖體北界內(nèi)接觸帶存在大量圍巖大理巖包體以及南界存在連續(xù)的熱液蝕變帶，推測(cè)巖體西南部為上盤，產(chǎn)狀變化是巖漿侵入冷凝后在原位隆升的結(jié)果。

2 礦床地質(zhì)

金川銅鎳硫化物礦床位于金昌市城區(qū)南部邊緣，巖體走向310°，產(chǎn)狀220°∠（50°～80°），長(zhǎng)6 500 m，寬20～527 m，出露面積約134 km2，最大延深大于1 100 m，呈NW向不規(guī)則透鏡狀產(chǎn)出。后期NE向斷裂將金川巖體切割成幾段，根據(jù)銅鎳硫化物礦體被發(fā)現(xiàn)的順序和勘探的先后，由西向東依次劃分為Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ 4個(gè)礦區(qū)[圖2（a）]。

金川礦床鎳金屬儲(chǔ)量大于550×104 t，銅金屬量大于350×104 t。富礦主要集中在礦床中部Ⅰ、Ⅱ礦區(qū)，礦石Ni、Cu、Co、PGE平均品位（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）分別為

106%、08%、003%、066×10=-6，礦化率高達(dá)478%[14]。礦石類型主要為海綿隕鐵狀與浸染狀礦石，塊狀礦只在Ⅰ礦區(qū)中部與Ⅱ礦區(qū)東部有零星分布[圖2（b）]，富銅鉑鈀礦體主要分布在礦體結(jié)合部位與局部構(gòu)造發(fā)育地段。礦石礦物主要為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦，其次為紫硫鎳礦、方黃銅礦、磁鐵礦，還有少量斑銅礦、墨銅礦、赤鐵礦、馬基諾礦以及微量鉑族元素組成的砷化物、碲化物、銻化物等。鎳黃鐵礦與磁黃鐵礦緊密共生，半自形—自形晶，顆粒大小為0.l～2 mm，黃銅礦主要產(chǎn)于其他硫化物礦物之間與邊部[14]。

金川超鎂鐵質(zhì)巖體以二輝橄欖巖為主要組成巖相，其次為含二輝橄欖巖分布在巖體中部，斜長(zhǎng)二輝橄欖巖、橄欖二輝巖及橄欖輝石巖分布在巖體邊部，5種巖相之間沒有明顯界線。金川巖體整體以橄欖石堆晶為特征，堆晶中橄欖石最高體積分?jǐn)?shù)約80%。巖體蝕變以蛇紋石化最為普遍，其次是透閃石化、陽(yáng)起石化、綠泥石化、滑石碳酸鹽化等，在不同礦體的結(jié)合部位，構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)，巖石幾乎全部蝕變。

礦床圍巖為古元古代龍首山巖群白家嘴子組花崗質(zhì)混合巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、大理巖、斜長(zhǎng)角閃巖、變粒巖等。巖體與圍巖呈小角度侵入接觸，巖體北部?jī)?nèi)接觸帶常見大理巖包體[圖3（a）]，南部多見接觸交代蝕變，蝕變主要為透閃石化、陽(yáng)起石化、綠泥石化等[圖3（b）、（c）]。巖體南部外接觸帶常見NW向與巖體同走向的石英脈產(chǎn)于花崗質(zhì)混合巖中[圖3（d）]。這些間接證明巖體原始產(chǎn)狀近水平，巖體南部為原始產(chǎn)狀的上盤，蝕變帶中含水礦物與圍巖中石英脈是巖漿上部富水和揮發(fā)分的直接證據(jù)。目前，金川巖體高角度SW傾斜是后期隆升、巖體與地層整體發(fā)生變位的結(jié)果。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）詳細(xì)的地質(zhì)填圖及剖面研究顯示：金川銅鎳硫化物礦床原始產(chǎn)狀為巖席狀，后期經(jīng)歷了區(qū)域隆升變成向南陡傾；金川超鎂鐵質(zhì)巖體西南部為上盤，南邊界發(fā)育穩(wěn)定的蝕變帶及南部圍巖中發(fā)育大量與巖體同走向的石英脈是巖漿上部富水與揮發(fā)分的證據(jù)。

（2）通過(guò)SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素研究，獲得礦床中鋯石年齡平均值為（840±10）Ma，與前人獲得的年齡（831.8±0.6）Ma在誤差范圍內(nèi)一致。代表成巖年齡的鋯石εHf（t）值主要集中在-8.52～-4.85，Hf模式年齡大于鋯石U-Pb年齡，表明其巖漿源區(qū)受到過(guò)地殼物質(zhì)的混染或來(lái)自于富集地幔。

（3）Hf-Sr-Nd-Pb-Os同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)證實(shí)，形成金川銅鎳硫化物礦床的母巖漿源自下地殼物質(zhì)參與循環(huán)的富集地幔源區(qū)，即Ⅰ型富集地幔；在裂谷環(huán)境下，Ⅰ型富集地幔經(jīng)歷較小的部分熔融能產(chǎn)生富銅鎳硫的巖漿，這種特殊的構(gòu)造環(huán)境與地幔源區(qū)可能對(duì)金川超大型銅鎳硫化物礦床的形成發(fā)揮了重要貢獻(xiàn)。

謹(jǐn)以此文祝賀湯中立院士八十華誕，感謝恩師長(zhǎng)期以來(lái)在研究與生活中給予的支持和關(guān)心，祝先生健康長(zhǎng)壽、學(xué)術(shù)常青！

摘 要：金川銅鎳硫化物礦床是中國(guó)最大鎳資源基地，形成于新元古界超鎂鐵質(zhì)小巖體中，圍巖是古元古界白家嘴子組一套角閃巖相變質(zhì)巖，礦床的成礦關(guān)鍵因素一直受到廣泛關(guān)注。詳細(xì)的地質(zhì)填圖發(fā)現(xiàn)巖體與圍巖為侵入接觸，呈巖席狀產(chǎn)出，西南部為巖體頂部，東北部為巖體底部。通過(guò)SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素研究，獲得礦床中鋯石年齡平均為（840±10）Ma，與前人獲得的年齡（831.8±0.6）Ma在誤差范圍內(nèi)一致，代表成巖年齡的鋯石εHf（t）值主要集中在-8.52～-4.85；Hf模式年齡大于鋯石U-Pb年齡，表明其巖漿源區(qū)受到過(guò)地殼物質(zhì)的混染或來(lái)自于富集地幔。Hf-Sr-Nd-Pb-Os同位素研究發(fā)現(xiàn)，形成金川銅鎳硫化物礦床的巖漿源區(qū)屬于Ⅰ型富集地幔（EMⅠ），成巖成礦地質(zhì)背景與陸內(nèi)裂谷有關(guān)，這種特殊的構(gòu)造環(huán)境與地幔源區(qū)可能對(duì)形成金川超大型銅鎳硫化物礦床發(fā)揮了重要貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：銅鎳硫化物礦床；巖漿源區(qū)；地殼混染；Hf同位素；鋯石U-Pb年齡；原始產(chǎn)狀；金川

中圖分類號(hào)：P618.41；P618.63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

金川銅鎳硫化物礦床鎳金屬資源儲(chǔ)量居世界第三，僅次于俄羅斯的Norilsk和加拿大的Sudbury，但是金川銅鎳礦床擁有世界最大的工業(yè)鎳礦體。作為小巖體成大礦的典型實(shí)例，什么樣的巖漿過(guò)程能形成金川銅鎳硫化物礦床呢？還能否在中國(guó)找出第二個(gè)金川？基于此，對(duì)金川銅鎳礦床的理論研究及礦產(chǎn)勘查工作一直備受關(guān)注[1-4]。大量研究證明金川礦床鋯石U-Pb年齡約為830 Ma[5-6]，Sr-Nd同位素證明形成金川礦床的巖漿來(lái)自于富集地幔[7]，成礦地質(zhì)背景可能為大陸邊緣裂谷環(huán)境[8]，目前在金川外圍還沒有發(fā)現(xiàn)新的富鎳礦床。然而，金川銅鎳硫化物礦床的原始產(chǎn)狀是巖墻或巖席產(chǎn)出？金川超鎂鐵質(zhì)巖體到底是被推覆上來(lái)還是侵入到現(xiàn)存空間？這些問題對(duì)礦床深部找礦具有重要意義。如果確定巖體形態(tài)為巖席，那么找礦應(yīng)該順層去勘查；如果確定巖體為巖墻狀，則找礦應(yīng)該切穿地層勘查；如果巖體是推覆上來(lái)的，將沒有根部；如果是侵位到現(xiàn)存空間，則深部還可能有很大的找礦潛力。

筆者基于區(qū)域地質(zhì)填圖及剖面、礦床地質(zhì)等研究，提出巖體屬于巖漿侵入到現(xiàn)存空間形成，為巖席狀產(chǎn)出，巖漿固結(jié)后發(fā)生了地質(zhì)體整體隆升變位，形成目前的陡傾斜狀，巖體深部具有較好的找礦潛力。本次研究還嘗試分析了巖漿鋯石中Hf同位素、Hf-Sr-Nd-Pb-Os同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)，證明金川銅鎳硫化物礦床的巖漿源區(qū)為Ⅰ型富集地幔（EMⅠ），富集地幔氧逸度相對(duì)較高，經(jīng)歷較小的部分熔融能產(chǎn)生富銅鎳硫的巖漿，這種特殊的地幔源區(qū)可能對(duì)金川超大型銅鎳硫化物礦床的形成發(fā)揮了重要貢獻(xiàn)。

1 成礦地質(zhì)背景

金川銅鎳硫化物礦床位于華北陸塊西南緣龍首山隆起帶中部，龍首山巖群的形成時(shí)代為古元古代，1.86 Ga時(shí)經(jīng)歷了角閃巖相區(qū)域變質(zhì)作用[9]。從地殼結(jié)構(gòu)與中—新元古代地層屬性方面比較，揚(yáng)子克拉通的地殼結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為結(jié)晶基底褶皺基底沉積蓋層的三層結(jié)構(gòu)，而華北克拉通為結(jié)晶基底沉積蓋層雙層結(jié)構(gòu)，龍首山隆起帶以古元古代龍首山群為基底，上部不整合接觸為震旦系白云巖，缺失早古生代地層，具有雙層地殼結(jié)構(gòu)，由此推測(cè)龍首山隆起帶屬于華北陸塊[10-11]。龍首山隆起帶南部為祁連早古生代造山帶，大量區(qū)域構(gòu)造研究認(rèn)為，華北陸塊西南緣邊界以龍首山隆起帶南部的河西走廊為界[圖1（a）]，因此，龍首山隆起帶屬于陸塊邊緣構(gòu)造環(huán)境[8]。金川銅鎳硫化物礦床的鋯石U-Pb年齡約為830 Ma[5-6]，形成于新元古代，可能與全球性的Rodinia大陸裂解事件有關(guān)[5-6]。巖體目前產(chǎn)出為SW陡傾，剖面中礦體呈舌狀位于下盤，礦床原始產(chǎn)狀存在巖墻與巖席之爭(zhēng)[12-13]。

本次研究開展了區(qū)域地質(zhì)填圖及地層剖面測(cè)量[圖1（b）]， 發(fā)現(xiàn)金川超鎂鐵質(zhì)巖體與古元古代龍首山群地層呈小角度侵入接觸，近似巖席狀產(chǎn)出，巖體與南部震旦系礫狀白云巖產(chǎn)狀一致，為高角度SW傾斜，推測(cè)金川礦床形成后發(fā)生了產(chǎn)狀變化；結(jié)合金川超鎂鐵質(zhì)巖體北界內(nèi)接觸帶存在大量圍巖大理巖包體以及南界存在連續(xù)的熱液蝕變帶，推測(cè)巖體西南部為上盤，產(chǎn)狀變化是巖漿侵入冷凝后在原位隆升的結(jié)果。

2 礦床地質(zhì)

金川銅鎳硫化物礦床位于金昌市城區(qū)南部邊緣，巖體走向310°，產(chǎn)狀220°∠（50°～80°），長(zhǎng)6 500 m，寬20～527 m，出露面積約134 km2，最大延深大于1 100 m，呈NW向不規(guī)則透鏡狀產(chǎn)出。后期NE向斷裂將金川巖體切割成幾段，根據(jù)銅鎳硫化物礦體被發(fā)現(xiàn)的順序和勘探的先后，由西向東依次劃分為Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ 4個(gè)礦區(qū)[圖2（a）]。

金川礦床鎳金屬儲(chǔ)量大于550×104 t，銅金屬量大于350×104 t。富礦主要集中在礦床中部Ⅰ、Ⅱ礦區(qū)，礦石Ni、Cu、Co、PGE平均品位（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）分別為

106%、08%、003%、066×10=-6，礦化率高達(dá)478%[14]。礦石類型主要為海綿隕鐵狀與浸染狀礦石，塊狀礦只在Ⅰ礦區(qū)中部與Ⅱ礦區(qū)東部有零星分布[圖2（b）]，富銅鉑鈀礦體主要分布在礦體結(jié)合部位與局部構(gòu)造發(fā)育地段。礦石礦物主要為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦，其次為紫硫鎳礦、方黃銅礦、磁鐵礦，還有少量斑銅礦、墨銅礦、赤鐵礦、馬基諾礦以及微量鉑族元素組成的砷化物、碲化物、銻化物等。鎳黃鐵礦與磁黃鐵礦緊密共生，半自形—自形晶，顆粒大小為0.l～2 mm，黃銅礦主要產(chǎn)于其他硫化物礦物之間與邊部[14]。

金川超鎂鐵質(zhì)巖體以二輝橄欖巖為主要組成巖相，其次為含二輝橄欖巖分布在巖體中部，斜長(zhǎng)二輝橄欖巖、橄欖二輝巖及橄欖輝石巖分布在巖體邊部，5種巖相之間沒有明顯界線。金川巖體整體以橄欖石堆晶為特征，堆晶中橄欖石最高體積分?jǐn)?shù)約80%。巖體蝕變以蛇紋石化最為普遍，其次是透閃石化、陽(yáng)起石化、綠泥石化、滑石碳酸鹽化等，在不同礦體的結(jié)合部位，構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)，巖石幾乎全部蝕變。

礦床圍巖為古元古代龍首山巖群白家嘴子組花崗質(zhì)混合巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、大理巖、斜長(zhǎng)角閃巖、變粒巖等。巖體與圍巖呈小角度侵入接觸，巖體北部?jī)?nèi)接觸帶常見大理巖包體[圖3（a）]，南部多見接觸交代蝕變，蝕變主要為透閃石化、陽(yáng)起石化、綠泥石化等[圖3（b）、（c）]。巖體南部外接觸帶常見NW向與巖體同走向的石英脈產(chǎn)于花崗質(zhì)混合巖中[圖3（d）]。這些間接證明巖體原始產(chǎn)狀近水平，巖體南部為原始產(chǎn)狀的上盤，蝕變帶中含水礦物與圍巖中石英脈是巖漿上部富水和揮發(fā)分的直接證據(jù)。目前，金川巖體高角度SW傾斜是后期隆升、巖體與地層整體發(fā)生變位的結(jié)果。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）詳細(xì)的地質(zhì)填圖及剖面研究顯示：金川銅鎳硫化物礦床原始產(chǎn)狀為巖席狀，后期經(jīng)歷了區(qū)域隆升變成向南陡傾；金川超鎂鐵質(zhì)巖體西南部為上盤，南邊界發(fā)育穩(wěn)定的蝕變帶及南部圍巖中發(fā)育大量與巖體同走向的石英脈是巖漿上部富水與揮發(fā)分的證據(jù)。

（2）通過(guò)SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素研究，獲得礦床中鋯石年齡平均值為（840±10）Ma，與前人獲得的年齡（831.8±0.6）Ma在誤差范圍內(nèi)一致。代表成巖年齡的鋯石εHf（t）值主要集中在-8.52～-4.85，Hf模式年齡大于鋯石U-Pb年齡，表明其巖漿源區(qū)受到過(guò)地殼物質(zhì)的混染或來(lái)自于富集地幔。

（3）Hf-Sr-Nd-Pb-Os同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)證實(shí)，形成金川銅鎳硫化物礦床的母巖漿源自下地殼物質(zhì)參與循環(huán)的富集地幔源區(qū)，即Ⅰ型富集地幔；在裂谷環(huán)境下，Ⅰ型富集地幔經(jīng)歷較小的部分熔融能產(chǎn)生富銅鎳硫的巖漿，這種特殊的構(gòu)造環(huán)境與地幔源區(qū)可能對(duì)金川超大型銅鎳硫化物礦床的形成發(fā)揮了重要貢獻(xiàn)。

謹(jǐn)以此文祝賀湯中立院士八十華誕，感謝恩師長(zhǎng)期以來(lái)在研究與生活中給予的支持和關(guān)心，祝先生健康長(zhǎng)壽、學(xué)術(shù)常青！