吉林紅旗嶺銅鎳硫化物礦床Re-Os同位素特征及其意義

郝立波，吳 超，孫立吉，蔣艷明，趙玉巖，陸繼龍，李 杰

1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春 130021 2.湖南省國土資源信息中心，長沙 410000 3.遼寧省冶金地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘查研究院，遼寧 鞍山 114002 4.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640

吉林紅旗嶺銅鎳硫化物礦床Re-Os同位素特征及其意義

郝立波1，吳 超1，孫立吉2，蔣艷明3，趙玉巖1，陸繼龍1，李 杰4

1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春 130021 2.湖南省國土資源信息中心，長沙 410000 3.遼寧省冶金地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘查研究院，遼寧 鞍山 114002 4.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640

吉林紅旗嶺銅鎳硫化物礦床主要由1號(hào)、2號(hào)及7號(hào)含礦巖體組成，主要礦石類型為浸染狀礦石。其Re-Os等時(shí)線年齡研究顯示：2號(hào)巖體Re-Os等時(shí)線年齡((215.0±24.0) Ma)與巖體的鋯石SHRIMP U-Pb年齡((212.2±2.6) Ma)一致；而1號(hào)巖體Re-Os等時(shí)線年齡((237.0±16.0)Ma)則明顯老于巖體的鋯石SHRIMP U-Pb年齡((216.0±5.0) Ma)。這表明浸染狀礦石的Re-Os等時(shí)線年齡具有一定的不確定性，應(yīng)慎重使用。浸染狀礦石的Re-Os等時(shí)線年齡偏老原因多被解釋為地殼混染引起的Os同位素不均一所致，但研究顯示：紅旗嶺1號(hào)巖體和2號(hào)巖體均有一定量的地殼物質(zhì)混入，浸染狀礦石的187Os與188Os初始比值分別為0.215±0.043和0.302±0.089，γOs值分別為67.5～155.8和113.9～206.9；且2號(hào)巖體地殼物質(zhì)混入量略高于1號(hào)巖體，混入的殼源Os所占比例為20%～30%。這說明地殼物質(zhì)混染并非是導(dǎo)致Os同位素不均一的主要原因，其主要原因仍需在今后的工作中深入研究；而地殼物質(zhì)的混入可能是促進(jìn)熔離成礦的關(guān)鍵因素。

Re-Os同位素；等時(shí)線年齡；銅鎳硫化物礦床；浸染狀礦石；紅旗嶺

0 引言

吉林省是中國重要的基性-超基性巖區(qū)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)1 000余個(gè)基性-超基性巖體，可分為11個(gè)巖帶，47個(gè)巖體群。在數(shù)量眾多的基性-超基性巖體中，賦存了多個(gè)銅鎳硫化物礦床，諸如磐石紅旗嶺礦床、蛟河漂河川礦床、和龍長仁礦床、四平山門礦床以及通化赤柏松礦床等。其中紅旗嶺銅鎳硫化物礦床最為典型，其鎳儲(chǔ)量僅次于甘肅金川鎳礦，位居中國鎳礦中的第二位。紅旗嶺銅鎳硫化物礦床為典型的巖漿熔離型礦床，以巖體眾多、鎳儲(chǔ)量豐富等特點(diǎn)而被許多地質(zhì)工作者所關(guān)注[1-7]。但在礦床成礦時(shí)代方面仍缺乏有效的數(shù)據(jù)支持，現(xiàn)今僅Lü linsu等[8]對(duì)7號(hào)礦體的塊狀礦石進(jìn)行了Re-Os同位素測(cè)定，得到了(208.0±21.0)Ma的等時(shí)線年齡，而對(duì)礦區(qū)最為普遍的浸染狀礦石的Re-Os同位素研究尚未見報(bào)道。眾所周知，紅旗嶺礦床為巖漿熔離-多次貫入成礦，塊狀礦石的形成是后期富礦巖漿貫入的產(chǎn)物，其Re-Os等時(shí)線年齡應(yīng)為礦床成礦年齡的下限。更重要的是，塊狀礦石主要見于紅旗嶺礦床的7號(hào)和1號(hào)巖體，而在其他含礦巖體中少見，所以，僅以7號(hào)巖體的塊狀礦石的Re-Os等時(shí)線年齡來確定紅旗嶺礦床的成礦年齡顯然缺乏一定的代表性。筆者選取區(qū)內(nèi)最具代表性的浸染狀礦石開展Re-Os同位素測(cè)定，以進(jìn)一步確定其成礦年齡，同時(shí)探討紅旗嶺銅鎳硫化物礦床的成礦物質(zhì)來源、地殼物質(zhì)混染及巖漿熔離成礦機(jī)理。

1 地質(zhì)概況

紅旗嶺銅鎳硫化物礦床位于中國東北部吉林省磐石市東南約40 km，地處興安-蒙古造山帶東部，華北地臺(tái)與佳木斯板塊之交匯處(圖1a)。地理坐標(biāo)為東經(jīng)126°25′13″，北緯42°53′48″。礦區(qū)面積約為120 km2。礦區(qū)出露地層為下古生界呼蘭群的黃鶯屯組和小三個(gè)頂子組，含礦巖體主要侵位于黃鶯屯組下段的黑云母片麻巖中。已發(fā)現(xiàn)30多個(gè)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體集中分布在3條北西向斷裂附近。由西南至東北依次命名為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ巖帶(圖1b)。其中：Ⅰ巖帶為多巖相的復(fù)式巖體；Ⅱ、Ⅲ巖帶巖體主要為單一巖相巖體。1號(hào)、7號(hào)、3號(hào)、2號(hào)和32號(hào)等含礦巖體均分布在Ⅰ巖帶。含礦巖體多呈帶狀、脈狀、透鏡狀，且長軸方向均為北西向，從北西至南東(2號(hào)→1號(hào)→3號(hào)→32號(hào)→7號(hào)巖體)，基本呈雁列式分布，具尖滅再現(xiàn)特點(diǎn)。其中：1號(hào)及7號(hào)巖體賦存有中大型硫化銅鎳礦床，2號(hào)、3號(hào)、9號(hào)及32號(hào)巖體為小型硫化銅鎳礦床，其他均為少量礦化巖體及不含礦巖體。紅旗嶺礦區(qū)蝕變較為普遍，主要的蝕變類型有次閃石化、陽起石化、蛇紋石化和黑云母化等。

1.燕山期花崗巖；2.海西期花崗巖；3.加里東期閃長巖；4.呼蘭群小三個(gè)頂子組大理巖；5.呼蘭群黃鶯屯組片麻巖；6.大、中型銅鎳礦床；7.鎂鐵-超鎂鐵巖體及編號(hào)；8.礫巖；9.石英斑巖；10.正斷層；11.逆斷層；12.推測(cè)斷層；13.采樣點(diǎn)及樣號(hào)；14.閃長偉晶巖；15.輝長巖相；16.含長輝巖相；17.輝巖相；18.橄欖巖相；19.石英長石斑巖；20.花崗巖脈；21.黑云母片麻巖；22.角閃片巖；23.花崗質(zhì)片麻巖；24.閃長巖；25 輝石橄欖巖；26橄欖輝石巖；27.石英霏細(xì)斑巖；28.破碎帶。圖1 紅旗嶺地區(qū)地質(zhì)簡圖(附采樣位置)Fig.1 Simplified geological map of Hongqiling area

1號(hào)含礦巖體位于礦區(qū)Ⅰ巖帶的中部，侵位于黑云母片麻巖中，巖體走向北西320°，長980 m，寬150～280 m，控制最大深度為500 m，其地表出露面積約為0.1 km2。巖相由上至下依次為輝長巖、輝石巖、橄欖巖以及橄欖輝石巖，并見有后期穿插的閃長偉晶巖脈(圖1c)。2號(hào)含礦巖體位于1號(hào)巖體北西側(cè)，長度為1 700余m，中間寬度約350 m。平面上似紡錘形，縱剖面呈杯筒形，長軸方向300°，傾向NE，傾角約50°。巖體侵位于呼蘭群黃鶯屯組下段的黑云片麻巖和角閃片巖中。巖體延伸較深，在巖體中部具有明顯的扭曲現(xiàn)象。巖體兩側(cè)向中心傾斜，傾角65°～85°，并具有上部較緩，下部變陡近于直立的形態(tài)特點(diǎn)。巖體具有明顯的垂向分帶，由上至下依次為輝長巖相、輝石巖相以及輝石橄欖巖巖相。輝長巖相、輝石巖相和輝石橄欖巖相之間為漸變過渡關(guān)系。閃長偉晶巖呈脈狀和不規(guī)則狀侵入于早期巖相中，長度從幾米至幾十米不等，寬度為1～3 m，為巖體中最后結(jié)晶的巖相(圖1d)。

a. 1號(hào)巖體；b. 2號(hào)巖體。圖2 紅旗嶺礦床1號(hào)巖體、2號(hào)巖體典型剖面圖Fig.2 Cross sections of No.1 and No.2 intrusions in Hongqiling deposit

1號(hào)巖體的礦體主要位于巖體中下部，呈北西向延長，橫剖面呈似層狀或盆狀，由兩翼向中心傾斜?？v剖面由南東到北西埋藏深度由淺到深，為一南東翹起向北西傾沒的似層狀礦體，礦體主要分布在輝石橄欖巖相中(圖2a)。2號(hào)巖體中的礦體類型大致分為3種：一種是上懸礦體，位于10線以東，礦體分布于輝石橄欖巖相中，形態(tài)為月牙狀，規(guī)模較?。涣硪环N是細(xì)脈狀礦體，主要位于巖體上邊部與圍巖的接觸破碎帶中，產(chǎn)狀較陡直，延深不大；第三種是位于巖體中深部個(gè)體稍大的囊狀礦體，產(chǎn)狀較緩(圖2b)。

1號(hào)巖體和2號(hào)巖體中礦石類型有斑點(diǎn)狀、浸染狀、海綿隕鐵狀及致密塊狀(圖3a、b、c、d)，礦石結(jié)構(gòu)主要為他形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)(圖3e、f)。2個(gè)巖體的礦石礦物除了常見的鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦以及黃銅礦外，另有黃鐵礦、紅砷鎳礦、針鎳礦、斑銅礦、磁鐵礦及鈦鐵礦等次要礦石礦物。

a.斑點(diǎn)狀礦石； b.浸染狀礦石； c.海綿隕鐵狀礦石； d.致密塊狀礦石；e.他形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)； f. 交代溶蝕結(jié)構(gòu)。 Pn.鎳黃鐵礦； Cp.黃銅礦； Pyr.磁黃鐵礦。圖3 紅旗嶺鎳礦1號(hào)、2號(hào)巖體主要礦石特征Fig.3 Main ore types of No.1 and No.2 intrusions in Hongqiling deposit

2 樣品采集與測(cè)試方法

本次測(cè)試的浸染狀礦石多數(shù)為稀疏浸染狀，主要采自1號(hào)巖體和2號(hào)巖體的輝石橄欖巖相和橄欖輝巖相。浸染狀礦石的礦石礦物主要為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦。磁黃鐵礦，體積分?jǐn)?shù)為金屬礦物的20%～50%，以他形粒狀集合體呈團(tuán)塊狀分布在脈石礦物中；鎳黃鐵礦占金屬礦物的40%～50%，以粒狀集合體呈浸染狀或斑雜狀分布在磁黃鐵礦內(nèi)部或脈石當(dāng)中；黃銅礦占金屬礦物的10%左右，以他形粒狀呈細(xì)脈浸染狀分布在磁黃鐵礦邊緣及脈石中。礦石結(jié)構(gòu)為他形粒狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造為浸染狀構(gòu)造。

Re-Os組成在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用同位素稀釋-ICP MS質(zhì)譜法測(cè)定，具體的分析測(cè)試流程如下。

3 Re-Os同位素測(cè)試結(jié)果

14件浸染狀礦石的Re-Os同位素測(cè)試結(jié)果列于表1。1號(hào)巖體的浸染狀礦石w(Re)為(0.634～22.632)×10-9，w(Os)為(0.029～2.581)×10-9。2號(hào)巖體的浸染狀礦石w(Re)為(0.310～5.102)×10-9，w(Os)為(0.004～0.556)×10-9。上述2個(gè)巖體的浸染狀礦石Re、Os質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯低于7號(hào)巖體塊狀礦石(w(Re)=(80.66±0.7)×10-9～(178.60±1.5)×10-9，w(Os)=(2.074 4±0.019)×10-9～(8.378 1±0.066 8)×10-9[8])。使用的衰變常數(shù)(λ)為1.666×10-11a-1，應(yīng)用Ludwig的ISOPLOT程序求得1號(hào)礦體的浸染狀礦石的等時(shí)線年齡為(237±16)Ma，初始187Os/188Os為(0.215±0.043)，平均權(quán)重方差(MSWD)為3.9，8個(gè)測(cè)試點(diǎn)基本落在同一等時(shí)線上，擬合較好。2號(hào)礦體的浸染狀礦石的等時(shí)線年齡為(215±24)Ma，初始187Os/188Os為(0.302±0.089)，平均權(quán)重方差(MSWD)為11.5，6個(gè)測(cè)試點(diǎn)基本落在同一等時(shí)線上，擬合也相對(duì)較好(圖4)。

γOs值是利用Walker[9]所給出的公式進(jìn)行計(jì)算所得，具體的計(jì)算公式和所用數(shù)據(jù)如下：γOs(t)=100[(187Os/188Os)樣品(t)/(187Os/188Os)球粒隕石(t)-1]。其中：(187Os/188Os)樣品(t)=(187Os/188Os)樣品-(187Re/188Os)樣品×(eλt-1);187Os/188Os球粒隕石(t)=(187Os/188Os)i+(187Re/188Os)(eλT-eλt)。式中：(187Os/188Os)i為0.095 31;187Re/188Os為0.401 86;T為地球形成年齡4.558×109a;t為樣品形成的年齡;使用的187Re衰變常數(shù)為λ=1.666×10-11a-1。運(yùn)用公式得出187Os/188Os球粒隕石(216.0 Ma) =0.125 57，187Os/188Os球粒隕石(212.0 Ma)=0.125 59，其中，216.0 Ma和212.0 Ma分別為1號(hào)巖體和2號(hào)巖體的鋯石SHRIMP U-Pb年齡。最終計(jì)算所得1號(hào)巖體和2號(hào)巖體浸染狀礦石的γOs值分別為67.5～155.8和113.9～206.9。

表1 紅旗嶺1號(hào)、2號(hào)巖體浸染狀礦石Re、Os質(zhì)量分?jǐn)?shù)和Os同位素組成分析結(jié)果

Table 1 Rhenium and osmium concentrations and isotopic composition of disseminated ores from No.1 and No.2 intrusions in Hongqiling deposit

樣品號(hào)樣品質(zhì)量/g樣品簡述w(Re)/10-92σw(Os)/10-92σ187Re/188Os2σ187Os/188Os2σγOsHQ01-11．032輝石橄欖巖(稀疏浸染狀)1．8040．02210．0290．00014350．264．59781．57230．0091146．6HQ01-21．011輝石橄欖巖(稀疏浸染狀)3．7410．04650．0690．00021306．943．92481．42770．0048155．8HQ01-31．205細(xì)粒橄欖巖(稀疏浸染狀)0．6340．00420．0150．00005227．631．69341．12550．0063142．8HQ01-41．405細(xì)粒含長橄欖巖(稀疏浸染狀)0．6970．00550．0180．00010214．162．10961．03930．0085112．8HQ01-51．221含長橄欖巖(稀疏浸染狀)1．1230．01170．0390．00014151．461．67210．80600．0055107．0HQ01-61．037橄欖輝石巖(浸染狀)7．0620．15710．3670．0015398．802．23600．63580．0008122．7HQ01-71．254細(xì)粒橄欖巖(浸染狀)22．6320．59952．5810．2015443．553．59170．36730．001567．5HQ01-81．112橄欖輝石巖(浸染狀)6．8350．06610．2450．00080146．391．49590．80890．0018123．9HQ02-11．230橄欖輝石巖(浸染狀)5．1020．06840．5560．0060246．150．79550．46440．0013139．8HQ02-21．303橄欖輝石巖(浸染狀)4．3130．03870．1960．00085114．381．14150．73160．0029160．3HQ02-31．233輝石橄欖巖(稀疏浸染狀)0．5600．00310．0120．00003261．951．56361．29560．0065193．6HQ02-41．221輝石橄欖巖(稀疏浸染狀)0．4070．00250．0040．00001744．825．38443．02080．0226206．9HQ02-51．011含長橄欖巖(稀疏浸染狀)0．3100．00220．0040．00002410．433．30661．72080．0148113．9HQ02-61．210輝石橄欖巖(稀疏浸染狀)0．5610．00440．0170．00005180．321．51750．90670．0045113．9

注：HQ01采自1號(hào)巖體；HQ02采自2號(hào)巖體。

圖4 紅旗嶺1號(hào)巖體、2號(hào)巖體浸染狀礦石的Re-Os等時(shí)線圖Fig.4 Re-Os isochrones of disseminated ores from No.1 and No.2 intrusions in Hongqiling deposit

4 討論

4.1 浸染狀礦石Re-Os等時(shí)線年齡

一般認(rèn)為，由于Re-Os同位素體系封閉性較好，受后期改造很弱，應(yīng)能比較準(zhǔn)確地測(cè)定成礦時(shí)代。Re-Os定年早期的研究對(duì)象為輝鉬礦，隨著近年來測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，一些含有極微量Re、Os的硫化物也被許多學(xué)者用于Re-Os定年，Re-Os同位素體系也被認(rèn)為是銅鎳硫化物礦床定年的重要手段[10-12]，雖然Re-Os同位素定年在銅鎳硫化物礦床得到廣泛應(yīng)用，但也存在諸多爭(zhēng)議[13-14]。

本次選用新一代具有高精度、高靈敏度的熱電離質(zhì)譜儀TRITON對(duì)1號(hào)巖體和2號(hào)巖體的浸染狀礦石進(jìn)行Re-Os同位素測(cè)定，獲得1號(hào)巖體浸染狀礦石的等時(shí)線年齡為(237.0±16.0)Ma，該年齡與張廣良等[15]運(yùn)用高精度鋯石SHRIMP U-Pb所獲得的輝長巖年齡(216.0±5.0)Ma相比明顯偏老。紅旗嶺礦床為典型的巖漿熔離型礦床，若將本次獲得的1號(hào)巖體浸染狀礦石的Re-Os等時(shí)線作為其成礦年齡，顯然與客觀事實(shí)相悖。在前人的研究工作中也曾出現(xiàn)過類似情況,如:Horan等[16]所獲得的美國Stillwater礦床橄欖巖帶的H單元鉻鐵礦的Re-Os等時(shí)線年齡(約為2 900.0 Ma)明顯比礦床形成年齡(2 700.0 Ma左右)偏大；Yang等[17]所獲得金川鎳礦浸染狀礦石的Re-Os等時(shí)線年齡((1 126.0±96.0) Ma)同樣大于其巖體的形成年齡(約837.0 Ma)；李華芹等[18]所獲得的新疆坡北10號(hào)巖體浸染狀礦石Re-Os等時(shí)線年齡((413.0±20.0) Ma)也明顯大于其巖體形成時(shí)代((289±13)Ma)。而2號(hào)巖體浸染狀礦石的Re-Os等時(shí)線年齡((215.0±24.0) Ma)則與其巖體中輝長巖的高精度鋯石SHRIMP U-Pb年齡((212.2±2.6)Ma)較為接近，也與前人對(duì)7號(hào)巖體塊狀礦石的Re-Os等時(shí)線年齡((208.0±21.0)Ma)在誤差范圍內(nèi)一致。上述年齡對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，浸染狀礦石的Re-Os等時(shí)線年齡與對(duì)應(yīng)巖體的鋯石SHRIMP U-Pb年齡并不總是一致的，并且相同的礦石類型也可能給出不同的等時(shí)線年齡，有些可能與巖體的形成年齡較為接近，另外一些則與巖體的形成年齡具有一定的偏差。之所以浸染狀礦石Re-Os同位素年齡會(huì)出現(xiàn)“假等時(shí)線年齡”，前人的研究中多數(shù)將其歸結(jié)于地殼物質(zhì)混染所引起的Os同位素不均一[14,18]。而本次研究發(fā)現(xiàn)，1號(hào)、2號(hào)巖體浸染狀礦石的初始187Os/188Os值分別為0.215±0.043和0.302±0.089，γOs值分別為67.5～155.8和113.9～206.9，表明均遭受了一定程度的地殼混染，并且2號(hào)巖體γOs值反映其地殼物質(zhì)加入更多，但2號(hào)巖體的Re-Os等時(shí)線年齡卻與其巖體的年齡更為接近。因此，地殼物質(zhì)混染可能并非是導(dǎo)致Re-Os同位素出現(xiàn)假等時(shí)線年齡的根本原因。在本次測(cè)試樣品中：1號(hào)巖體浸染狀礦石的Ni的平均品位為0.24%，最高可達(dá)0.65%，S的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.51%，最大值為1.28%；2號(hào)巖體浸染狀礦石的Ni的平均品位為0.11%，最大值為0.31%，S的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.21%，最大值為0.71%。結(jié)合光片和薄片的鑒定顯示：1號(hào)巖體浸染狀礦石的硫化物含量普遍高于2號(hào)巖體，在礦石的結(jié)構(gòu)上較為接近。因此礦石的硫化物含量和礦石結(jié)構(gòu)也不是假等時(shí)線年齡出現(xiàn)的原因，對(duì)于假等時(shí)線年齡出現(xiàn)的原因仍需深入研究，藉此也希望引起廣大學(xué)者的關(guān)注。綜上所述，浸染狀礦石的Re-Os等時(shí)線年齡存在著不確定性，應(yīng)慎重使用。在判斷其是否可作為成礦年齡時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合礦床類型、成礦過程以及成巖年齡來綜合判斷。

4.2 成礦物質(zhì)來源與地殼混染示蹤

Re-Os同位素體系是硫化物礦床形成的強(qiáng)有力的示蹤劑和成礦過程中地殼物質(zhì)混入程度的高靈敏度的指示劑[19-20]。巖漿成因的Cu-Ni硫化物礦床中因普遍富含鉑族元素而被認(rèn)為其成礦物質(zhì)來源于地幔；但近年來的Re-Os同位素研究表明：該類礦床的成礦物質(zhì)可能完全來自于地幔，或者多數(shù)情況下是殼-?；旌蟻碓?，甚至可能完全來自地殼。也就是說，此前認(rèn)為由幔源物質(zhì)形成的該類礦床多數(shù)成礦過程中均有不同比例的地殼物質(zhì)參與[21]。本次研究的2號(hào)巖體浸染狀礦石187Re與188Os初始比值與前人所獲得的7號(hào)巖體塊狀礦石的187Re與188Os初始比值(0.315±0.050)十分接近，且2號(hào)巖體和7號(hào)巖體的187Re與188Os初始比值明顯高于1號(hào)巖體。總體上，紅旗嶺銅鎳硫化物礦床的187Re與188Os初始比值高于成礦物質(zhì)完全源于地幔的Kambalda銅鎳硫化物礦床的187Re與188Os初始比值(0.108 89±0.000 35)[22]，明顯低于成礦物質(zhì)來源于地殼的加拿大Sudbury銅鎳硫化物礦床的187Re與188Os初始比值(8.73±0.37)[23]，高于富集地幔(EMI)中187Re與188Os值(0.152，各類地幔中的最大值)[24]，但遠(yuǎn)低于平均大陸地殼187Re與188Os值(3.63)[25]。上述特征對(duì)比均表明紅旗嶺銅鎳硫化物礦床的成礦物質(zhì)可能為殼-幔混合來源。

γOs是指示地殼物質(zhì)加入成礦體系的一個(gè)重要參數(shù)[26]。由于地殼相對(duì)富Re，所以，混入的地殼物質(zhì)愈多，產(chǎn)生的放射性187Os含量就越高，反映在γOs上正值愈大；而Re的虧損則導(dǎo)致γOs為負(fù)值[27-28]。紅旗嶺礦床1號(hào)巖體浸染狀礦石的γOs值為67.5～155.8，均值為122.4，2號(hào)巖體浸染狀礦石的γOs值為113.9～206.9，均值為153.7，與7號(hào)巖體的塊狀礦石的γOs值(137～161，均值為150.5)相比，1號(hào)巖體γOs值反映的混染程度稍小，而2號(hào)巖體的γOs值與7號(hào)巖體相當(dāng)。與世界上典型的銅鎳硫化物礦床相比，紅旗嶺礦床的γOs值與芬蘭Kevitsa礦床(γOs值為130～170，地殼Os混入比例<30%)較為接近[29]，但明顯低于加拿大Sudbury礦床(γOs值為430～814，地殼Os混入比例<50%)[23]。由此可見，紅旗嶺礦床中的Os可能主要以幔源為主，同時(shí)有一定量的殼源Os加入，殼源Os所占比例為20%～30%，地殼物質(zhì)的加入也可能是促使巖漿熔離成礦的重要因素。

硫同位素組成是硫化物礦床硫來源的直接指示劑。紅旗嶺銅鎳硫化物礦床12件不同類型礦石中黃銅礦和鎳黃鐵礦的硫同位素分析數(shù)據(jù)顯示，紅旗嶺礦床中硫化物的δ34S值為-2.2‰～0.9‰，平均值為-0.7‰，極差為3.1‰，變化范圍較窄，基本接近于0，硫源較為均一，并且與幔源硫δ34S值較為接近(約為0±2‰)[30]，表明紅旗嶺銅鎳硫化物礦床的δ34S值具有地幔硫的特點(diǎn)。已有研究表明：有些銅鎳硫化物礦床硫化物的δ34S值偏離0顯示出較高的正值，且極差較大，如俄羅斯的Noril’sk(δ34S為4.9‰～10.6‰)、Talnakh(δ34S為2.7‰～16.3‰)、Oktyabri’skiy(δ34S為7.1‰～19.0‰)以及中國的煎茶嶺(δ34S為6.1‰～13.2‰)、力馬河(1.5‰～13.2‰)等硫化物礦床，它們的硫同位素與地幔硫具有明顯的差別，均表明有來自地殼的次生硫的加入[31]；也有一些硫化物礦床的硫同位素特征與紅旗嶺礦床相似，如加拿大的Sudbury(δ34S為0.2‰～2.5‰)以及中國的金川(-1.1‰～2.5‰)、喀拉通克(δ34S為-1.02‰～1.84‰)、香山(δ34S為-0.79‰～2.78‰)等硫化物礦床，它們硫同位素均具有地幔硫的特點(diǎn)[32-35]，但是前人研究中證明這些礦床的成礦過程中均有地殼物質(zhì)的加入[23, 36-38]。因此，硫同位素的特征可以對(duì)硫化物來源具有一定的示蹤作用，但很多時(shí)候不具備獨(dú)立示蹤的能力。

4.3 礦床成因討論

成礦巖漿中硫飽和促使硫化物熔體從硅酸鹽巖漿中熔離出來是巖漿銅鎳硫化物礦床成礦的關(guān)鍵[39]。許多因素可能促使幔源成礦巖漿中硫飽和，產(chǎn)生不混溶，使得硫化物因重力下沉而最終成礦。如巖漿快速冷卻、巖漿的分異結(jié)晶作用、巖漿混合作用以及地殼同化混染等都能促使成礦巖漿中硫飽和[40]。Keays[41]提出如果在巖漿演化中硫過早地處于飽和狀態(tài)而發(fā)生下沉，則會(huì)由于Cu、Ni含量太低，繼而不可能形成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床。紅旗嶺銅鎳硫化物礦床的1號(hào)、2號(hào)和7號(hào)含礦巖體均有良好的巖相分異，巖相間為漸變過渡關(guān)系，巖體由上至下基性程度依次增高，同時(shí)巖相中礦物結(jié)晶粒度較大，均為同源巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物，說明巖漿快速冷卻這一因素對(duì)成礦的影響很小。而巖漿的分異結(jié)晶作用和巖漿混合作用對(duì)成礦的影響在紅旗嶺礦床的以往研究中已得到證實(shí)[42]，在此不再贅述。紅旗嶺主要成礦巖體(7號(hào)、1號(hào)、2號(hào))均具有較明顯的殼源Os的混入，因此地殼混染也可能是引起含礦巖漿發(fā)生不混熔作用而導(dǎo)致成礦的重要原因。綜上可知，巖漿快速冷卻對(duì)紅旗嶺銅鎳硫化物礦床的成礦作用貢獻(xiàn)不大，而巖漿結(jié)晶分異作用、巖漿混合作用以及地殼物質(zhì)混染才是含礦巖漿硫飽和促使不混熔作用發(fā)生而最終成礦的誘因。

綜上所述，紅旗嶺銅鎳硫化物礦床成因主要為含礦母巖漿在上地幔高度部分熔融，在上升和分異演化過程中，有一定量的地殼物質(zhì)加入到巖漿和成礦系統(tǒng)中；而地殼物質(zhì)的加入引發(fā)硫飽和，從而引發(fā)不混熔作用，形成富硫化物的礦漿，繼而上侵定位形成大型銅鎳硫化物礦床。

5 結(jié)論

1)對(duì)紅旗嶺礦床1號(hào)巖體和2號(hào)巖體浸染狀礦石的Re-Os同位素測(cè)定結(jié)果表明，浸染狀礦石的Re-Os等時(shí)線年齡與對(duì)應(yīng)巖體的鋯石SHRIMP U-Pb年齡并不總是一致的，并且相同的礦石類型也可能給出不同的等時(shí)線年齡，有些可能與巖體的形成年齡較為接近，另外一些則與巖體的形成年齡具有一定的偏差。1號(hào)巖體和2號(hào)巖體γOs值的對(duì)比表明，地殼物質(zhì)混染并非是導(dǎo)致Re-Os同位素出現(xiàn)假等時(shí)線年齡的根本原因。

2)紅旗嶺1號(hào)巖體和2號(hào)巖體浸染狀礦石的187Re與188Os初始比值和γOs值的特點(diǎn)表明，紅旗嶺銅鎳硫化物礦床的成礦物質(zhì)可能為殼-幔混合來源，Os主要來源于地幔，同時(shí)有一定量的殼源Os的加入，殼源Os所占比例為20%～30%。

3)巖漿快速冷卻對(duì)紅旗嶺銅鎳硫化物礦床的成礦作用貢獻(xiàn)不大，而巖漿結(jié)晶分異作用、巖漿混合作用以及地殼物質(zhì)混染才是含礦巖漿硫飽和促使不混熔作用發(fā)生而最終成礦的誘因。紅旗嶺銅鎳硫化物礦床成因主要為含礦母巖漿在上地幔高度部分熔融，在上升和分異演化過程中，有一定量的地殼物質(zhì)加入到巖漿和成礦系統(tǒng)中；而地殼物質(zhì)的加入引發(fā)硫飽和，從而引發(fā)不混熔作用，形成富硫化物的礦漿，繼而上侵定位形成大型銅鎳硫化物礦床。

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Re-Os Isotope Characteristics of Hongqiling Cu-Ni Sulfide Deposit in Jilin Province and Its Significance

Hao Libo1,Wu Chao1,Sun Liji2,Jiang Yanming3,Zhao Yuyan1,Lu Jilong1,Li Jie4

1.CollegeofGeoExplorationScienceandTechnology,JilinUniversity,Changchun130021,China2.InfoCenterforNationalLand&ResourcesofHunanProvince,Changsha410000,China3.TheGeologicalExplorationInstituteofLiaoningMetallurgcallyGeologicalExplorationBureau,Anshan114002,Liaoning,China4.GuangzhouInstituteofGeochemistry,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510640,China

The Hongqiling copper-nickel sulfide deposit mainly consists of No.1, No.2 and No.7 ore-bearing intrusions. The Re-Os isochron age of No.2 intrusion ((215.0±24.0) Ma) is consistent with zircon SHRIMP U-Pb age of the intrusion, (212.2±2.6 ) Ma, but the Re-Os isochron age of No.1 intrusion((237.0±16.0) Ma) is greater than zircon SHRIMP U-Pb age of the No.1 intrusion, (216.0±5.0) Ma. All these data indicate that Re-Os isochron ages of disseminated ores are not completely reliable. The Re-Os isochron age is greater than zircon SHRIMP U-Pb age, which is usually interpreted as crustal contamination inducing heterogeneity of Os isotopic. However, the research shows that No.1 and No.2 intrusions are mixed with some of the Earth’s crust substance, and the mixing volume of No.2 intrusion is slightly higher than that of the No.1 intrusion, which indicate that hybridization of crust materials is not the cause of heterogeneity in initial187Os/188Os ratios, the major reason should be a further research. The initial187Os/188Os ratios of No.1 and No.2 intrusions are 0.215±0.043 and 0.302±0.089, andγOsvalues range from 67.5 to 155.8 and 113.9 to 206.9, respectively, which indicate that the ore-forming intrusions interfuse some crustal materials with possibly 20%-30% crustal Os contamination in Hongqiling area, and crustal materials might be the key factor to promote liquation ore formation.

Re-Os isotope；isochron age；Cu-Ni sulfide deposit； disseminated ore； Hongqiling

10.13278/j.cnki.jjuese.201402109.

2013-07-06

國家專項(xiàng)危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目(20089941)；國家專項(xiàng)深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究(SinoProbe-04-05-02)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)項(xiàng)目(200903043)

郝立波(1961-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事地球化學(xué)研究工作，E-mail:haolb@tom.com

趙玉巖(1981-)，男，副教授，博士，主要從事地球化學(xué)研究工作，E-mail:zhaoyuyan@jlu.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201402109

P578.2;P597

A

郝立波，吳超，孫立吉,等.吉林紅旗嶺銅鎳硫化物礦床Re-Os同位素特征及其意義.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2014,44(2):507-517.

Hao Libo,Wu Chao,Sun Liji,et al.Re-Os Isotope Characteristics of Hongqiling Cu-Ni Sulfide Deposit in Jilin Province and Its Significance.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(2):507-517.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201402109.