甘肅金川銅鎳硫化物礦床1號礦體鉑族元素空間分布及其成因

符志強(qiáng),王　亮,陳列猛,江金進(jìn),盧建全,朱長安

甘肅金川銅鎳硫化物礦床1號礦體鉑族元素空間分布及其成因

符志強(qiáng)1,王亮1,陳列猛2,江金進(jìn)3,盧建全4,朱長安4

（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,成都610059;2中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴陽550002;3.貴州省國土資源勘測規(guī)劃研究院,貴陽550004;4.金川集團(tuán)股份有限公司,甘肅金昌737104）

金川礦床為二次熔離-貫入而成，巖漿通道成礦已成共識。作者利用R值和單硫化物固溶體結(jié)晶方程模擬1號礦體鉑族元素的空間變化，指出西端、中部、東端R值(100～1000)和分離結(jié)晶作用(0～70%)存在差異，西端R值和分離結(jié)晶程度介于300～600和35～70%，中部R值和分離結(jié)晶程度介于200～1000和20～35%，東端R值和分離結(jié)晶程度介于100～300和0～20%。1號礦體中部較高的R值暗示礦體中部可能與巖漿通道有關(guān)。

金川；硫化物熔離；鉑族元素；巖漿通道

0　引言

甘肅金川超大型巖漿銅鎳硫化物礦床是我國第一大鎳礦床，也是我國鎳、銅、及鉑族元素（PGE）最主要的生產(chǎn)基地。最近勘探數(shù)據(jù)表明金川礦床的鎳金屬資源總量達(dá)到558萬噸，其平均品位為1.06%，Cu資源含量達(dá)到354萬噸，其平均品位為0.75%。金川超基性巖體全長約6.5km，寬20～500余米，最大傾斜延深超過1100m，巖體被一系列NEE向壓扭性斷層（F8、F16-1、F23）分割成4段，由西至東依次為Ⅲ號、Ⅰ號、Ⅱ號和Ⅳ號四個巖體，其中最大的兩個礦體1號、2號礦體賦存于II號巖體，而第三大礦體24號礦體主要賦存于I號巖體(甘肅第六地質(zhì)大隊(duì)，1984;湯中立和李文淵,1995)。最新的巖相學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)和礦區(qū)斷裂構(gòu)造研究表明金川巖體形成時是以F16-1斷層為界兩個獨(dú)立的巖體，分別為西巖體(包括III號和I號巖體)和東巖體(包括II號和IV號巖體)，表明金川礦床形成于復(fù)雜的巖漿通道系統(tǒng)(Songetal.,2012；Chenetal.,2013)。本文通過對金川礦床最大的1號礦體的西端和東端典型樣品的PGE、Cu、Ni和S等元素研究，結(jié)合前人已發(fā)表數(shù)據(jù)，細(xì)致分析礦體從西到東的親銅元素地球化學(xué)空間變化規(guī)律，并根據(jù)模擬計算結(jié)果探討硫化物熔離和分離結(jié)晶程度，進(jìn)一步金川礦床闡明巖漿通道系統(tǒng)成礦特征。

1　地質(zhì)背景概況

金川含礦超鎂鐵質(zhì)巖體位于華北地臺阿拉善地塊西南邊緣龍首山隆起帶，大地構(gòu)造位置屬于華北地臺西南緣，南臨祁連秦嶺古生代造山帶。巖體呈似巖墻狀不整合侵入于元古宙龍首山群的白家嘴子組混合巖、片麻巖和大理巖中，巖體長約6500m，寬20～527m，延深大于1000m，兩端被第四系覆蓋，地表出露面積1.34km2。巖體總體走向NW50°，傾向SW，傾角50～80°。巖體空間被一系列NE向斷層分割成四個小巖體，由西至東依次為III、I、II、IV巖體。金川巖體主要巖相為二輝橄欖巖，其次為含二輝橄欖巖、斜長二輝橄欖巖、橄欖輝石巖和純橄巖，各巖相之間沒有明顯界限(甘肅第六地質(zhì)隊(duì),1984)。

2　金川1號礦體的礦床地質(zhì)

1號礦體主要分布在I-6行至II-28行間的巖體深部，全長1600m，最大平均厚度為98m，其中富礦長1300m，厚69m，礦體呈“似層狀”產(chǎn)出。礦體產(chǎn)狀與巖體下部產(chǎn)狀一致，傾向南西，傾角25～75°，礦體上尖滅端傾角較緩，其他部分均在60～75°，東部較西部緩。礦體在12～16行最厚，兩端變薄，礦體由東向西側(cè)伏，沿傾斜膨脹，大部分處于礦體中上部(1100m標(biāo)高)，向上、向下逐漸變薄。1號礦體主要由浸染狀礦石和海綿隕鐵狀礦石兩種礦石類型組成，以海綿隕鐵狀礦石為主。浸染狀礦石中S含量為0.5%～5%，海綿隕鐵狀礦石中S含量為5%～15%。各種礦石中以橄欖石堆晶為特征，硫化物為膠結(jié)物，橄欖石等透明礦物發(fā)生蝕變。礦石的金屬硫化物主要為鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦等。

3　采樣與分析方法

本次研究采自II-9、II-22、II-26行1078m采礦中段的穿脈巷道，共計11件樣品，其中，8件樣品采自1號礦體西端II-9勘探線，11件樣品采自1號礦體東端II-22、II-26勘探線。樣品的Cu、Ni、S含量分析委托澳實(shí)(廣州)分析檢測有限公司完成。PGE的分析在中科院地化所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用了火試金-Te共沉淀法進(jìn)行PGE預(yù)富集，等離子電感耦合質(zhì)譜儀測試，具體分析過程見Qi等(2004)和漆亮等（2006）。此外，Songetal.(2009)的II號巖體14行ZK83鉆孔樣品數(shù)據(jù)一起進(jìn)行了比較和分析討論。

4　數(shù)據(jù)分析結(jié)果

全巖的Ni、Cu、PGE及S含量如表1所示，100%硫化物過程詳見Barnes(2005)公式。

分析結(jié)果表明體西端（II-9勘探線）全巖的Ni、Cu、PGE及S含量總體高于礦體中部(II-14勘探線)和東端(II-22、II-26勘探線)。例如：9行海綿鐵狀礦石的Ni=1.7～2.7%，Cu=2.1～4.7%，∑PGE=971～3480×10-9，14行海綿鐵狀礦石的Ni=1.0～2.5%，Cu=0.2～2.5%，∑PGE=240～1018×10-9，22行海綿隕鐵狀礦石的Ni=1.3～1.5%，Cu=0.6～0.9%，PGE=162～248×10-9。換算成100%硫化物后，不同部位的Ni100（下標(biāo)100表示100%硫化物中的含量，下同）、Cu100含量變化較小，但PGE100含量自西端(II-9勘探線)到中部(II-14勘探線)再到西端(II-22、II-26勘探線)逐漸降低，如II-9勘探線的海綿隕鐵狀礦石含有：7.2～10.4%Ni100，9.4～12.2%Cu100(除一個樣品達(dá)20.2%外)，3800～15400×10-9∑PGE100，II-14勘探線的海綿隕鐵狀礦石含有：6.1～12.9%Ni100，1.0～10.9%Cu100，1150～4200×10-9∑PGE100，II-22勘探線海綿隕鐵的狀礦石含有：8.2～8.7%Ni100，4.1～5.1%Cu100，890～1160×10-9∑PGE100。此外，與礦體中部及東端相比，西端的海綿隕鐵狀礦石具有低的Ni/Cu比值（0.36～0.90）和高的Pd/Ru比值（39～737）。

全巖Ni、Cu、PGE與S呈現(xiàn)出不同程度正相關(guān)，說明以上元素主要賦存在硫化物中，但在海綿隕鐵狀礦石中，鉑族元素(PGE) 與S表現(xiàn)較為離散，這可能是受硫化物相分離結(jié)晶影響(Songetal.,2009)。在100%硫化物的PGE二元相關(guān)圖中，Ir100和Ru100表現(xiàn)出較好的正相關(guān)，Ru100與Pd100表現(xiàn)出弱的負(fù)相關(guān)，而Ni100與Pd100相關(guān)性不明顯。

5　討論

礦體不同部位的親銅元素地球化學(xué)特征差異暗示硫化物熔離及分離結(jié)晶程度存在顯著差異。指示硫化物熔離的強(qiáng)度“R因子”可根據(jù)CampbellandNaldreet(1979)提出以下公式計算得到：，式中Yi和分別表示元素i在硫化物熔體和硅酸鹽熔漿中的含量；Di代表元素i在硫化物熔漿/硅酸鹽熔漿中的分配系數(shù)，R代表硅酸鹽熔漿/硫化物熔體的比值。模擬結(jié)果如圖1所示。模擬計算表明形成礦體西端、中部及東端的浸染狀礦石的硫化物熔離時R值分別介于300～1000、200～1000及100～200之間。不同R的值是導(dǎo)致礦體不同部位浸染狀礦石的親銅元素地球化學(xué)特征差異的主要控制因素，這也表明硫化物熔離成礦作用處于開放的巖漿通道系統(tǒng)內(nèi)。

表1　金川礦床1號礦體礦石銅、鎳、鉑族元素含量

此外，不同部位部分海綿隕鐵狀礦石的Pd/Ru和Ni/Cu比值變化較大，這可能與硫化物分離結(jié)晶作用密切相關(guān)，因?yàn)镻d、Cu在硫化物熔體發(fā)生單硫化物固溶體(MSS)分離結(jié)晶時是不相容元素，而Ru、Ni是相容元素。因此，這些元素的比值會隨MSS分離結(jié)晶而發(fā)生改變。這可以利用瑞利分餾公式來定量模擬：Ci=Ci0*Di*F(D-1)(2)，式中Ci和Ci0元素i在MSS和硫化物熔體中的含量，Di代表元素i 在MSS體及硫化物熔體中的分配系數(shù)，F(xiàn)代表硫化物發(fā)生MSS分離程度。模擬結(jié)果如圖2所示。模擬計算結(jié)果表明西端海綿隕鐵狀礦石是硫化物熔體經(jīng)歷了35～70%分離結(jié)晶后的MSS冷卻固結(jié)而成，與富銅礦石的分離結(jié)晶程度(60～80%)相當(dāng)(江金進(jìn),2014)，而中部和東端的MSS分離結(jié)晶程度分別為20～35%和0～20%。礦體不同部位海綿隕鐵狀礦石的親銅元素比值差異主要受MSS不同程度的分離結(jié)晶作用約束。

6　結(jié)論

（1）1號礦體硫化物的親銅元素地球化學(xué)特征空間上存在顯著差異，這些差異主要受硫化物熔離時R值的變化以及MSS分離結(jié)晶的程度的約束。

（2）硫化物熔離中R值的變化指示了硫化物熔體可能與不同次補(bǔ)充的巖漿發(fā)生了反應(yīng)，表明金川礦床形成于巖漿通道系統(tǒng)內(nèi)，含礦巖體是巖漿通道的組成部分。

[1]ChenL-M,SongX-Y,Keays,R.R.,etal.2013.SegregationandfractionationofmagmaticNi-Cu-PGEsulfidesinthewesternJinchuanintrusion,northwesternChina:Insightsfromplatinumgroupelementgeochemistry.EconomicGeology,108:1793-1811.

[2]甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)隊(duì).白家咀子硫化銅鎳礦床地質(zhì)[M].北京:地質(zhì)出版社,1984．

[3]江金進(jìn).金川西巖體銅鎳成礦的鉑族及半金屬元素地球化學(xué)及深邊部找礦方向探討[D].成都:成都理工大學(xué),2014.

[4]SongX-Y,Keays,R.R,ZhouM-F,etal.2009.SiderophileandchalcophileelementalconstrainsontheoriginoftheJinchuanNi-Cu-(PGE)sulfidedeposit,NWChina.GeochimicaetCosmochimicaActa,72:404-424.

[5]湯中立,李文淵.金川銅鎳硫化物（含鉑）礦床成礦模式及地質(zhì)對比[Z].北京:地質(zhì)出版社,1995.

本文受國家自然科學(xué)基金（編號：40973038）資助。

符志強(qiáng)（1988—），男，在讀碩士研究生，地球化學(xué)專業(yè)，研究方向：礦床地球化學(xué)。