東天山白鑫灘銅鎳硫化物礦床鉑族元素地球化學(xué)特征及意義

李平 趙同陽 米寶昕 韓瓊

摘? 要：白鑫灘銅鎳硫化物礦床位于東天山鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖帶西段，受大草灘深大斷裂控制，巖體由輝長巖、橄欖輝石巖、輝石橄欖巖組成。白鑫灘巖體的鉑族元素（PGE）含量相對較低，其中IPGE（Os、Ir、Ru）與PPGE（Ru、Pt、Pd）含量相近，PPGE略高于IPGE。巖石∑PGE含量3.82×10-9～5.36×10-9，平均4.53×10-9。巖石具相似的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化分布型式，PPGE和IPGE之間分異很弱。通過鉑族元素源區(qū)示蹤分析認為，形成白鑫灘巖體的母巖漿為MgO含量較高的PGE不虧損的拉斑玄武質(zhì)巖漿，上升過程中遭地殼物質(zhì)混染及橄欖石等礦物的分離結(jié)晶作用，引起該礦床硫飽和并發(fā)生硫化物熔離作用而成礦，深部巖漿通道仍具較好的找礦空間。

關(guān)鍵詞：東天山;白鑫灘;鉑族元素;地球化學(xué);銅鎳硫化物礦床

鉑族元素（PGE）包括Ru，Rh，Pd，Os，Ir和Pt，具有強親硫性和親鐵性。據(jù)元素組合，鉑族元素可分為兩個亞組：Ir亞組（IPGE：Os，Ir和Ru）和Pd亞組（PPGE：Rh，Pt和Pd）。Ir亞組和Pd亞組地球化學(xué)性質(zhì)決定了它們在地幔部分熔融過程中的不同表現(xiàn)，其中Ir亞組傾向于保留在地幔橄欖巖殘留相中，表現(xiàn)為相容元素地球化學(xué)特征，Pd亞組則傾向于優(yōu)先進入熔體相中，表現(xiàn)為不相容元素地球化學(xué)特征。這些性質(zhì)差異導(dǎo)致其在地質(zhì)過程中具不同化學(xué)性質(zhì)，極易發(fā)生分異，可為巖漿來源和源區(qū)性質(zhì)、硫化物熔離及地殼物質(zhì)同化混染等作用提供有力證據(jù)。目前被廣泛用于鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖石的成因、巖漿演化及與相關(guān)成礦作用的示蹤研究，已取得重要進展[1-3]。

白鑫灘銅鎳硫化物礦床位于東天山鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖帶西段，受大草灘深大斷裂控制（圖1），由新疆地礦局第一區(qū)調(diào)大隊于2012年在檢查1∶25萬區(qū)域化探異常時發(fā)現(xiàn)，目前控制礦床規(guī)模達中型[4]。前人對白鑫灘巖體開展了巖相學(xué)、鋯石U-Pb測年、巖石地球化學(xué)、Sr-Nd-Hf同位素示蹤等研究，對該礦床地質(zhì)特征、形成時代、構(gòu)造背景和巖漿演化過程等進行了初步探討[5-8]。本文通過分析白鑫灘巖體中PGE含量，利用鉑族元素特殊地球化學(xué)性質(zhì)，示蹤巖體母巖漿性質(zhì)，反演成巖成礦作用，以期為白鑫灘銅鎳礦床母巖漿來源、源區(qū)性質(zhì)、PGE虧損機制及成巖成礦作用提供新證據(jù)。

1? 礦區(qū)地質(zhì)

白鑫灘銅鎳礦床位于大南湖-頭蘇泉泥盆紀(jì)島弧內(nèi)，毗鄰大草灘大斷裂。礦區(qū)出露地層為早—中奧陶世恰干布拉克組（圖2-a），巖體直接圍巖主要為英安巖，西段白鑫灘巖體侵位于二長花崗巖中（圖2-b），熱接帶明顯發(fā)育角巖。白鑫灘巖體平面上似葫蘆狀，長2 800 m，最寬760 m，平均600 m，出露面積1.5 km2。地表出露主要巖石類型為輝長巖，呈負地形，局部發(fā)育球狀風(fēng)化。巖石超基性端元向巖體SW向深部延伸，巖石類型較簡單，主要包括橄欖輝長巖和輝石橄欖巖，主要賦礦巖性為輝石橄欖巖（圖2-a）。各巖石巖相學(xué)特征如下：

輝長巖? 巖石新鮮，為淺灰色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斜長石和單斜輝石組成，其中斜長石含量60%，多呈半自形板狀，具較弱的鈉黝簾石化，單斜輝石含量約40%，主要呈短柱狀，粒徑大于斜長石，發(fā)育輝石式解理，具纖閃石化。輝長巖礦區(qū)分布范圍最廣，含礦性較差，賦含星點狀礦石。

橄欖輝長巖? 地表主要分布于白鑫灘巖體中部，南部與輝石橄欖巖接觸，北側(cè)與輝長巖接觸，接觸關(guān)系為相變接觸。地表0線最寬，約400 m，向EW向兩側(cè)變窄，呈不規(guī)則透鏡狀。剖面上8線厚度最大，達140 m，深部向EW向逐漸變薄并尖滅。橄欖輝長巖主要由單斜輝石、斜方輝石和橄欖石組成，含少量斜長石及角閃石，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。橄欖石占5%～10%，多被輝石包裹，呈渾圓狀、港灣狀;輝石占60%～70%，呈自形-半自形短柱狀，有單斜輝石和斜方輝石，局部為角閃石交代輝石;斜長石呈半自形-他形粒狀充填于輝石顆粒之間。橄欖輝長巖主要賦存稀疏浸染狀礦石。

輝石橄欖巖? 地表主要分布于白鑫灘巖體西南部，剖面上7線厚度最大，達188 m，深部向東部厚度逐漸變小。主要由橄欖石、單斜輝石、斜方輝石和少量角閃石及硫化物組成，呈半自形粒狀結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)、包橄結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。橄欖石占50%～70%，蛇紋石化較強，表面裂紋發(fā)育，具堆晶結(jié)構(gòu)和包橄結(jié)構(gòu);輝石占20%～40%，包裹橄欖石或呈他形粒狀充填于橄欖石顆粒之間，具較強透閃石化，硫化物沿橄欖石顆粒邊緣分布。輝石橄欖巖為主要賦礦巖相，主要賦存稠密浸染狀、斑雜狀礦石，地表圈出6條礦體，其中Ⅳ號礦體為礦區(qū)最大礦體。

2? 礦床地質(zhì)特征

白鑫灘銅鎳礦床分為東、西兩個礦帶，其中西段Ⅳ號礦體和東段Ⅺ號礦體為主礦體，其它礦體規(guī)模較?。▓D2-a）。Ⅳ號礦體為礦區(qū)規(guī)模最大礦體，地表出露長約800 m。礦體產(chǎn)于橄欖輝長巖、輝石橄欖巖中。礦石類型包括星點狀、稀疏浸染狀和斑雜-團塊狀，其中斑雜-團塊狀礦體產(chǎn)于巖體底部，礦體形態(tài)總體呈似層狀、板狀（圖2-b）。礦體厚1.16～29.9 m，Cu品位0.22%～0.9%，Ni品位0.15%～0.89%，礦體走向60°，傾向325°～330°，傾角30°～50°，向深部傾角變緩。Ⅺ號礦體地表出露長265 m，礦體產(chǎn)于橄欖輝長巖中，礦石類型為星點狀和斑雜-團塊狀，其中斑雜-團塊狀礦體產(chǎn)于橄欖輝長巖巖相底部，礦體形態(tài)總體呈楔板狀，視厚度17.6～21.6 m，Cu品位0.27%，Ni品位0.46%～0.76%，礦體走向80°，傾向350°，傾角30°～45°，向深部產(chǎn)狀變緩。

礦石構(gòu)造主要呈星散浸染狀（金屬硫化物5%～10%）、稀疏浸染狀（金屬硫化物10%～30%）、稠密浸染狀（金屬硫化物30%～50%）及致密塊狀構(gòu)造。礦石礦物主要有磁鐵礦、黃銅礦、鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦、鉻鐵礦等，脈石礦物為橄欖石、輝石、角閃石、斜長石、云母及次生蝕變礦物透閃石、纖閃石、滑石、綠泥石、蛇紋石等，見少量鉻云母、方解石等。

3? 鉑族元素地球化學(xué)特征

鉑族元素（PGE）測試工作在國家地質(zhì)測試中心采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定完成，測定精度RSD小于等于6.5，測試標(biāo)樣為GDP-3和gdp-4，測試儀器為等離子質(zhì)譜儀（PE300D），檢測方法依據(jù)GB/T17418.7-2010。巖石樣品的Cu，Ni和S含量測試均在澳實分析檢測（廣州）有限公司采用ICP-MS完成。白鑫灘銅鎳硫化物礦床鎂鐵質(zhì)巖石的PGE含量偏低（表1），Ir組（IPGE，包括OS、Ir、Ru）元素含量0.58×10-9～0.89×10-9明顯低于Pd組（PPGE，包括Rh，Pt，Pd）元素含量3.12×10-9～4.58×10-9?！芇GE含量3.82×10-9～5.36×10-9，平均4.53×10-9，相對于原始地?！芇GE=23.5×10-9虧損。與東天山典型銅鎳硫化物礦床相比，略高于黃山東礦床巖石中PGE含量0.67×10-9～2.42×10-9，平均2×10-9 [9]，低于葫蘆礦床巖石中PGE含量1.98×10-9～26.62×10-9，平均7.9×10-9 [10]，略高于土墩礦床巖石中PGE含量1.91×10-9～2.57×10-9 [11]。白鑫灘橄欖輝長巖PGE平均含量3.72×10-9;輝石橄欖巖PGE平均含量3.85×10-9。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化PGE及Cu，Ni分布模式圖上（圖3）[9-13]，所有樣品具相似的左斜分布型式，呈Os-Ir右傾、Ir-Pt左傾、Pt-Pd平緩，Pt，Pd較Os，Ir，Ru和Rh富集，這與東天山地區(qū)典型銅鎳礦的超鎂鐵巖鉑族元素的分布型式一致（如黃山東、黃山南、土墩、葫蘆銅鎳礦）[9-13]。

4? 討論

4.1? 源區(qū)性質(zhì)

巖石圈地幔部分熔融作用形成的巖漿，Ni/Cu比值小于地幔值，而Pd/Ir比值高于地幔值[2]。硫化物-硅酸鹽巖漿體系中，硫化物熔體不混溶作用對殘余巖漿的Ni/Cu比值和Pd/Ir比值影響不大，因此，可用Ni/Cu和Pd/Ir比值進行投圖，指示銅鎳礦床母巖漿性質(zhì)[3]。Pt/（Pt+Pd）比值也可用于推測母巖漿性質(zhì)，玄武質(zhì)巖漿值為0.28～0.72，科馬提質(zhì)巖漿值為0.36～0.38[14]。白鑫灘銅鎳礦床巖石Ni/Cu和Pd/Ir比值均落在高鎂玄武質(zhì)巖漿范圍內(nèi)（圖4-a）[15]，Pt/（Pt+Pd）比值為0.44～0.66，表現(xiàn)出玄武質(zhì)巖漿特點。由此可見，白鑫灘銅鎳礦床的母巖漿性質(zhì)為高鎂玄武質(zhì)巖漿。

前人對白鑫灘巖體開展了同位素源區(qū)示蹤研究，王亞磊等獲得白鑫灘巖體的εNd（t）值介于+4.51～+5.92（t=278 Ma）[6];馮延清等得出白鑫灘雜巖體的εNd（t）值介于+6.01～+7.38（t=286 Ma）， εHf（t）值介于+11.62～+16（t=286 Ma）[7];趙冰冰等得出白鑫灘雜巖體的εNd（t）值介于+2.84～+5.05（t=287 Ma）[8]，表明其均具虧損地幔源區(qū)特征。Cu/Pd-Pd圖解中，白鑫灘銅鎳礦床巖石樣品投點均落入虧損地幔區(qū)（圖4-b）[15]。說明白鑫灘巖體巖漿源區(qū)為虧損地幔。

4.2? PGE虧損及硫化物熔離作用

一般來說，鎂鐵-超鎂鐵巖中PGE含量除受地幔源區(qū)成分及部分熔融程度控制外，在巖漿演化過程中主要受巖漿分離結(jié)晶、硫化物熔離及后期巖漿熱液作用影響[16-18]。通常熱液硫化物礦床具極低的Ir含量和高的Pd/Ir比值，巖漿硫化物礦床則具相對高的Ir含量和低的Pd/Ir值。受熱液交代作用影響的巖體Pd/Ir比值一般大于100[19-20]，是由于Pd和Ir元素在蝕變過程中發(fā)生分餾所致[16]。白鑫灘巖體Pd/Ir比值為4.49～11.82（小于100），表明該礦床無后期熱液作用改造或熱液作用強度不足以改變巖石的PGE組成，故PGE虧損與熱液作用無關(guān)。王亞磊等利用橄欖石及相應(yīng)樣品的主量元素組成估算母巖漿成分，獲得白鑫灘礦床母巖漿MgO的含量為9.30%，表明原始巖漿發(fā)生了一定程度的分離結(jié)晶作用[6]。PGE具極高的硫化物熔體與硅酸鹽熔體的分配系數(shù)（104～105）[21]，Cu與Ni，Ti在硫化物熔體與硅酸鹽熔體的分配系數(shù)較PGE小得多。巖漿演化過程中巖漿體系硫飽和，將會發(fā)生硫化物熔離作用，使巖漿中PGE與Cu，Ni，Ti發(fā)生分異而虧損。因此，發(fā)生了硫化物熔離作用的巖漿及產(chǎn)物中Cu/Pd、Ti/Pd等的比值應(yīng)大于相應(yīng)的原始地幔值。白鑫灘巖體中Cu/Pd （43.47×103～233.08×103）及Ti/Pd（844.56×103～1731.09×103）遠遠大于相應(yīng)的原始地幔值Cu/Pd=6.5×103[20]，Ti/Pd=300×103 [22]，表明白鑫灘巖體發(fā)生過深部硫化物熔離作用，深部巖漿通道仍具較好的找礦空間。

4.3? 地殼同化混染作用

引發(fā)巖漿中硫飽和的機制主要包括地殼混染、巖漿的結(jié)晶分異及地殼的硫加入[23-24]。對同一巖漿硫化物礦床來說，這種機制可是單一的，也可能是多種的[23]。王亞磊等通過Sr-Nd同位素示蹤，認為原生巖漿上升過程中經(jīng)歷了約5%～20%的地殼物質(zhì)同化混染，并認為橄欖石等礦物的分離結(jié)晶作用和地殼物質(zhì)同化混染作用共同促進了白鑫灘巖體巖漿中硫化物的熔離[6]。馮延清等通過Sr-Nd同位素模示蹤，認為白鑫灘巖體經(jīng)5%～15%地殼物質(zhì)同化混染[7]。鉑族元素的Ir/Pd-Pt/Pd圖解也可用于判別巖漿演化過程中是否遭受地殼物質(zhì)的同化混染作用[15]。白鑫灘巖石樣品均落在地幔線和地殼線之間（圖5）[15]，說明白鑫灘巖體遭受了地殼物質(zhì)同化混染作用。由此可見，白鑫灘礦床的形成過程中具較明顯的地殼混染作用和分離結(jié)晶作用，與東天山地區(qū)黃山東、黃山南、葫蘆等典型銅鎳礦具相同成礦機制[9-13，25]，這可能是造成硫化物熔離和成礦的主要原因。

5? 結(jié)論

（1） 白鑫灘礦床鎂鐵質(zhì)巖石的PGE總量偏低，具相似的PGE原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化分布模式，Pd組和Ir組之間分異較弱。

（2） 白鑫灘礦床的源區(qū)為虧損地幔，原生巖漿為MgO含量較高的PGE不虧損的玄武質(zhì)巖漿，經(jīng)深部硫化物熔離作用后，演化為高MgO且PGE虧損的成礦母巖漿。

（3） PGE虧損的高鎂玄武質(zhì)母巖漿經(jīng)歷地殼物質(zhì)混染作用和造巖礦物的分離結(jié)晶作用后，引發(fā)該礦床母巖漿硫飽和并發(fā)生硫化物熔離作用而成礦，這可能是造成硫化物熔離和成礦的主要原因。

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Platinum-group Elements Geochemistry and Its Significances of Baixintan Cu-Ni Sulfide Deposit in Eastern Tianshan，NW China

Li Ping1， Zhao Tongyang1， Mi Baoxin2， Han Qiong1

（1. Xinjiang Institute of Geological Survey，Urumqi，Xinjiang，830000，China;2.Geological Society of Xinjiang，

Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： The Baixintan copper-nickel sulphide deposit is located in the western segment of the East Tianshan mafic-ultramafic zone. It is controlled by the deep and large faults of the Dacaotan， and composed of gabbro，olivine pyroxenite and pyroxene peridotite.The content of platinum group elements（PGE） in mafic rocks of the Baixintan copper-nickel sulfide deposit is very low. The IPGE （Os，Ir，Ru） and PPGE （Ru，Pt，Pd） content are similar，and the PPGE is slightly higher than IPGE.The ∑PGE content is 3.82×10-9 to 5.36×10-9，with average value of 4.53×10-9. In the original mantle standardization diagram，the rocks have a similar distribution pattern，and the difference between PPGE and IPGE is very weak.The characteristics of the platinum group elements show that the original magma forming the Baixintan rocks is high MgO content with PGE non-depleted basaltic magma.In the process of ascending，it is affected by the mixing of crustal materials and the separation and crystallization of minerals such as olivine，causing the sulfur saturation of the deposit and the occurrence of sulfide leaching to form ore.The deep magma channel still has a good prospecting space.

Key words： Platinum-group elements;Geochemistry;Cu-Ni Sulfide Deposit;Baixintan;Eastern Tianshan