青海牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床含礦巖體鋯石U-Pb年代學(xué)及其成礦意義*

周自強(qiáng) 尹晨曦 趙少卿 孟慶昊 陸相吉 張 炎 張樂(lè)樂(lè)

（長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院）

巖漿礦床是起源于地幔部分熔融形成的鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖漿在上侵過(guò)程中經(jīng)歷結(jié)晶分異、地殼混染、巖漿熔離等作用，使分散在巖漿中的成礦物質(zhì)聚集而形成的礦床。其主要類(lèi)型包括鉻鐵礦礦床、釩鈦磁鐵礦礦床和銅鎳硫化物礦床，是Cr、Ti、Cu、Ni、鉑族元素（PGE）等金屬的主要來(lái)源。金屬Ni、Cu和PGE是非常重要的金屬礦產(chǎn)資源，在鋼鐵、軍工、航天、機(jī)械制造、通訊器材、醫(yī)療、化工等方面均有廣泛的用途。巖漿銅鎳硫化物礦床是賦存Cu、Ni及PGE的重要礦床類(lèi)型，它們占世界Cu、Ni、PGE開(kāi)采量的一半以上，占世界銅儲(chǔ)量的5.5%，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值［1-5］。

巖漿銅鎳硫化物礦床主要形成于太古代、元古代、二疊紀(jì)—三疊紀(jì)［6］，典型礦床如加拿大的Sudbury［7］和Voisey"s Bay［8］、美國(guó)的Stillwater［9］和Duluth、俄羅斯的Noirl"sk Camp和Pechenga［10］、澳大利亞的Perseverance和Kambalda［11］以及中國(guó)的金川［12］和夏日哈木［13］等。構(gòu)造背景方面，除加拿大的Sudbury礦床被認(rèn)為是形成于隕石撞擊外，其它礦床主要產(chǎn)于穩(wěn)定的克拉通張裂帶或陸內(nèi)裂谷、地幔柱活動(dòng)區(qū)、造山帶弧構(gòu)造環(huán)境［6］。值得注意的是，我國(guó)的巖漿銅鎳硫化物礦床成礦時(shí)代則以新元古代早期和晚古生代末期為主，如形成于古大陸邊緣裂解構(gòu)造背景中的甘肅金川礦床（837 Ma）［12］，碰撞造山帶環(huán)境中的喀拉通克（287 Ma）［14］、黃山（269 Ma）［15］以及地幔柱活動(dòng)區(qū)的白馬寨（259 Ma）［16］礦床等。

青海柴達(dá)木盆地周緣地區(qū)近年來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批與鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖有關(guān)的Cu-Ni-（PGE）硫化物礦床或礦化點(diǎn)，以柴南緣東昆侖造山帶內(nèi)的夏日哈木超大型礦床最為典型，其N(xiāo)i金屬量已超過(guò)百萬(wàn)噸。牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床是青海省境內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的銅鎳硫化物礦床，其規(guī)模是僅次于夏日哈木的又一中型礦床。然而，對(duì)該礦床的成礦時(shí)代研究相對(duì)較少，且成礦構(gòu)造背景還存在爭(zhēng)議。鑒于此，對(duì)牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床含礦巖體進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石UPb年代學(xué)分析，并結(jié)合區(qū)內(nèi)前人研究成果，探討其形成的構(gòu)造環(huán)境及成礦意義，為柴周緣地區(qū)巖漿銅鎳硫化物礦床成礦理論研究提供一些新資料。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于青藏高原柴達(dá)木盆地西北緣、阿爾金斷裂南側(cè)，屬鄂博梁古元古宙古陸（圖1（a））。古陸塊的主體是由元古界結(jié)晶巖系和不同時(shí)期花崗巖類(lèi)組成，該塊體向盆地之下自然延伸，由于后期構(gòu)造掀升，盆地西北部基底隆起［17］。阿爾金山南深斷裂在研究區(qū)北部呈北東向橫貫而過(guò)，巖漿侵入活動(dòng)頻繁而劇烈，侵入巖從超基性—酸性均有出露，其分布廣、規(guī)模大、類(lèi)型繁多，是本區(qū)最顯著的一個(gè)特征。區(qū)內(nèi)出露地層以古元古界達(dá)肯大坂群和第四系為主，其次有少量的中元古界薊縣系萬(wàn)洞溝群及早—中侏羅世大煤溝組、采石嶺組及古近—新近系干柴溝組、新近系油砂山組零星出露。由于受阿爾金和柴北緣陸緣活動(dòng)帶的影響，研究區(qū)形成了復(fù)雜的構(gòu)造形跡，主體為阿爾金山深大斷裂帶。次生斷裂以北東東向、近東西向和北西向?yàn)橹?，?yán)格控制著區(qū)內(nèi)地層、巖漿和礦產(chǎn)的分布，是區(qū)內(nèi)最主要的控礦構(gòu)造之一。牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床含礦巖體位于柴北緣早古生代結(jié)合帶西端（圖1（b）），區(qū)內(nèi)出露地層較單一，主要為古元古代金水口群，巖性以黑云斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片巖、條帶狀透輝石大理巖、含石墨大理巖為主。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為近東西向和北東東向2組，其中以近東西向F4斷裂規(guī)模最大，為區(qū)域性斷裂（圖2）。次為F3斷裂，其出露雖少，但在東西向延伸已形成較大的溝谷。F1和F2規(guī)模較小，被F3截穿，同時(shí)在斷層破碎帶中見(jiàn)有黃鐵礦化、黃銅礦化、磁黃鐵礦化、孔雀石化等現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，以一種酸性侵入巖類(lèi)為主，其次為鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖類(lèi)，以加里東、華力西期巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈。

2 巖體地質(zhì)及含礦性特征

牛鼻子梁礦床含礦鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體的出露面積約8 km2，巖體平面形態(tài)呈長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)軸方向近東西向，與區(qū)域構(gòu)造線(xiàn)方向一致。根據(jù)巖性的不同以及F1、F2斷裂對(duì)巖體的切割情況，將其分成3個(gè)巖體，并編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ號(hào)（圖2）。I號(hào)巖體為礦區(qū)內(nèi)最大的超基性巖體，但含礦性較差，巖體平面形態(tài)呈長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)軸方向近東西向，長(zhǎng)約6 km，最大寬度約1.5 km，巖性主要以輝長(zhǎng)巖為主，局部有輝石，角閃橄欖巖、輝石巖及二輝橄欖巖巖體呈巖株?duì)钋秩胗谳x長(zhǎng)巖中，目前在該巖體中發(fā)現(xiàn)含銅鎳硫化物礦（化）體5條（表1），以G-MI礦體規(guī)模最大（圖3）。Ⅱ號(hào)巖體呈北西西向延伸，地表出露長(zhǎng)680 m，寬20～250 m，巖性主要為輝石角閃橄欖巖、角閃橄欖巖及二輝橄欖巖，該巖體中含銅鎳硫化物礦體7條（表1）。Ⅲ號(hào)巖體位于礦區(qū)中部，呈北西西向延伸，東窄西寬，地表出露長(zhǎng)1 000 m，寬20～250 m，巖性主要為輝石角閃橄欖巖和輝長(zhǎng)巖。

牛鼻子梁鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體主要?jiǎng)澐譃殚蠙鞄r相、輝石巖相和輝長(zhǎng)巖相，其中橄欖巖相是重要的含礦巖相，主要巖性包括二輝橄欖巖、斜長(zhǎng)單輝橄欖巖、角閃二輝橄欖巖。二輝橄欖巖主要由橄欖石和輝石組成。輝石主要為單斜輝石，其多色性不明顯，少數(shù)可見(jiàn)2組近正交解理，多呈它形顆粒。橄欖石的含量占40%～50%以上，并且含有少量的角閃石、黑云母及鉻鐵礦等。樣品顏色呈深綠色，結(jié)構(gòu)以粒狀為主，亦有反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、海綿隕鐵結(jié)構(gòu)等。

3 鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試

選取了牛鼻子梁礦床I號(hào)巖體中的含礦二輝橄欖巖進(jìn)行了鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試。鋯石挑選在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)工程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，先經(jīng)破碎、浮選、電磁選等方法清洗后，再手工挑出晶形、透明度較好的單顆粒鋯石。將鋯石固定于環(huán)氧樹(shù)脂上制靶并拋光，首先進(jìn)行透射光、反射光觀(guān)察照相，然后通過(guò)陰極發(fā)光顯微照相觀(guān)察鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)，得到鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像。接著利用LA-ICP-MS分析進(jìn)行鋯石U-Pb同位素年齡測(cè)定。質(zhì)量分餾校正采用標(biāo)樣GEMOC/GL-1（207Pb/207Pb）年齡為608.5±0.4 Ma，206Pb/238U年齡為599.8±4.5 Ma，每輪測(cè)試約分析20個(gè)點(diǎn)，開(kāi)始和結(jié)束前分別分析GJ-1標(biāo)樣2～4次，中間分析未知樣品10～12次，其中包括1次已知年齡的鋯石樣品Mud Tank（735 Ma）。儀器工作參數(shù)：波長(zhǎng)213 nm，剝蝕孔徑25μm。剝蝕時(shí)間60 s，背景測(cè)量時(shí)間40 s，激光脈沖重復(fù)頻率5 Hz，脈沖能量為10～20 J/cm2，206Pb、207Pb、208Pb、232Th、238U停留時(shí)間依次為15、30、10、10、15 ms。實(shí)驗(yàn)原理和詳細(xì)的測(cè)試方法見(jiàn)文獻(xiàn)［18］。分析數(shù)據(jù)通過(guò)即時(shí)分析軟件GLITTER計(jì)算獲得同位素比值、年齡和誤差，分析結(jié)果通過(guò)ISOPLOT軟件（版本4.15）完成加權(quán)平均年齡計(jì)算和U-Pb諧和圖的繪制。對(duì)年齡小于100 Ma的鋯石采用206Pb/238U年齡表示，而對(duì)年齡大于1 000 Ma的鋯石則采用207Pb/208Pb年齡表示。

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4 結(jié)果分析

對(duì)含礦二輝橄欖巖樣品共進(jìn)行了20個(gè)點(diǎn)的激光剝蝕U-Pb同位素定年分析。樣品中的鋯石多為無(wú)色—淡黃色透明狀，具自形—半自形長(zhǎng)柱狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為80～250μm，長(zhǎng)寬比多介于2∶1～3∶1。陰極發(fā)光圖像顯示，鋯石均發(fā)育有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶（圖4），暗示這些鋯石為巖漿成因，其同位素年齡應(yīng)代表巖體侵位的時(shí)代。在對(duì)二輝橄欖巖中20顆鋯石的20個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)所測(cè)鋯石U和Th含量分別為217×10-6～1 135×10-6和117×10-6～1 389×10-6，Th/U比值為0.66～1.30，與巖漿成因鋯石的Th/U比值（＞0.1）一致。同時(shí)，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)都位于諧和線(xiàn)上或附近（圖5），無(wú)明顯Pb丟失。206Pb/238U年齡變化于391±4～405±4 Ma，加權(quán)平均年齡為400±2 Ma（MSWD=0.4），該年齡代表了牛鼻子梁鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)含礦巖體的侵位年齡，即牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床的成礦時(shí)代應(yīng)為中泥盆世。

5 討論

牛鼻子梁含礦鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖體位于柴達(dá)木盆地西北緣與阿爾金山南緣交匯處，其大地構(gòu)造位置擁有復(fù)雜的地質(zhì)條件，產(chǎn)出背景與相鄰造山帶的構(gòu)造演化有著密切的聯(lián)系。在早古生代早期，牛鼻子梁地區(qū)巖體大部分產(chǎn)出于柴達(dá)木北緣花崗巖中［19］，大地構(gòu)造背景為具有良好成礦條件的柴達(dá)木地塊北緣的俄博梁古元古宙古陸斷隆區(qū)。柴北緣構(gòu)造帶是古特提斯洋在晚古生代末期閉合后由弧后裂陷轉(zhuǎn)變?yōu)榛『髷D壓環(huán)境［20］。柴北緣西段發(fā)育上泥盆統(tǒng)磨拉石建造，東昆侖牦牛山組下部流紋巖的鋯石U-Pb年齡為400～423 Ma［21，22］，而周春景等［23］使用鋯石定年法測(cè)得東昆侖三道灣流紋英安斑巖的年齡為425.9±2.6 Ma，由此可以推測(cè)出流紋英安斑巖屬于牦牛山組中流紋巖的次火山巖相，牦牛山組磨拉石建造的形成時(shí)代為晚志留世—晚泥盆世，此時(shí)古洋盆早已經(jīng)消亡，已經(jīng)開(kāi)始了陸內(nèi)伸展。同時(shí)，宗務(wù)隆—鄂拉山巖帶中的泥盆紀(jì)魚(yú)卡組火山巖、柴北緣巖帶中的牦牛山組火山巖都是在大陸裂谷環(huán)境中形成的［24］。從而說(shuō)明，在晚志留世—晚泥盆世期間，影響本區(qū)域的褶皺帶屬于總體平穩(wěn)但持續(xù)伸展或裂谷化階段，而并非處于擠壓碰撞造山階段。在對(duì)該區(qū)域褶皺帶進(jìn)行主微量元素分析得出巖漿源區(qū)可能為洋島玄武巖，其巖體所處的構(gòu)造環(huán)境為大陸邊緣拉張裂解環(huán)境［25］，這一結(jié)論在凌錦蘭等對(duì)牛鼻子梁礦區(qū)進(jìn)行成礦環(huán)境中得以驗(yàn)證，確定了巖體形成的大地構(gòu)造環(huán)境為大陸邊緣拉張裂解環(huán)境。同樣李睿華結(jié)合區(qū)域內(nèi)地球化學(xué)特征，確立了島弧或活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，在對(duì)巖體進(jìn)行鋯石U-Pb定年發(fā)現(xiàn)牛鼻子梁礦床的成礦時(shí)間為373～389 Ma，屬于晚泥盆世階段［26］，而錢(qián)兵采用鋯石U-Pb年齡測(cè)定方法，大致確定了牛鼻子梁礦區(qū)內(nèi)巖體形成鋯石年齡為2個(gè)重要時(shí)期，早古生代早期（402～458 Ma）以及晚古生代末期（245～258 Ma）［27］，這期間所產(chǎn)生的鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體可能是在與俯沖—消減作用有關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境中形成的。

綜上分析，祁連褶皺帶和東昆侖褶皺帶在晚志留世至晚泥盆世期間的狀態(tài)一致，均處于持續(xù)的大陸裂谷化或內(nèi)部伸展階段。而本研究對(duì)牛鼻子梁地區(qū)的含礦二輝橄欖巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年，牛鼻子梁鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)含礦巖體的侵位年齡為400±2 Ma，產(chǎn)于中泥盆世，是早古生代末期的產(chǎn)物。綜合前人的研究對(duì)比分析，該時(shí)期牛鼻子梁巖體形成于造山帶張性環(huán)境，結(jié)合該地區(qū)地球化學(xué)特征也顯示了造山帶伸展背景下大陸邊緣拉張裂解環(huán)境。

在我國(guó)，新元古代早期和晚古生代末期是已知的2個(gè)巖漿銅鎳礦床重要成礦期，其它時(shí)代發(fā)現(xiàn)極少。因此形成于中泥盆世的牛鼻子梁礦床無(wú)疑是打開(kāi)了我國(guó)巖漿銅鎳硫化物礦床成礦期的另一個(gè)窗口。近些年來(lái)，在柴周緣地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了尕秀雅平、夏日哈木、紅柳溝等同牛鼻子梁巖體一樣產(chǎn)出于早古生代末期的礦床，如柴達(dá)木盆地中夏日哈木銅鎳礦床Ⅱ號(hào)巖體輝長(zhǎng)巖的成巖年齡為385.2 Ma，屬于早泥盆世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，該礦床的形成是早泥盆世早期巖漿活動(dòng)于柴達(dá)木盆地邊緣東昆侖造山帶夏日哈木地區(qū)具體的成礦表現(xiàn)［28］。同時(shí)王冠等對(duì)礦區(qū)正長(zhǎng)花崗巖中的巖漿鋯石采用LA-MC-ICP-MS U-Pb技術(shù)，獲得了其加權(quán)平均年齡為391.1±1.4 Ma，屬于早泥盆世產(chǎn)物，其高鉀鈣堿性、弱過(guò)鋁質(zhì)系列花崗巖的巖石學(xué)及化學(xué)成分以及巖體高硅、富堿、高鐵鎂比、貧鈣、貧鎂都顯示了夏日哈木礦區(qū)正長(zhǎng)花崗巖為鋁質(zhì)A型花崗巖，形成于造山后伸展的構(gòu)造環(huán)境［29］。另一方面，周偉等對(duì)位于柴達(dá)木地塊北緣構(gòu)造帶內(nèi)歐龍布魯克微陸塊東緣的2個(gè)鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體、含Cu-Ni的尕秀雅平東巖體和含Ti-Fe的紅柳溝北巖體開(kāi)展測(cè)年分析，前者LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為408.0±1.5 Ma，屬早泥盆世，后者的SHRIMP鋯石UPb年齡為418.3±2.8 Ma，屬晚志留世［30］，而區(qū)域地質(zhì)資料研究表明東昆侖地區(qū)、柴北緣在晚志留世—晚泥盆世處于后造山伸展階段，尕秀雅平東巖體和紅柳溝北巖體正是拉張環(huán)境下幔源巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

在東昆侖地區(qū)、柴北緣發(fā)現(xiàn)的銅鎳礦床和銅鎳礦點(diǎn)基本都形成于晚志留世—晚泥盆世。結(jié)合中國(guó)不同時(shí)代、不同構(gòu)造背景的礦床進(jìn)行對(duì)比分析（圖6），認(rèn)為晚志留世—晚泥盆世期間，東昆侖造山帶和祁連造山帶之間的柴達(dá)木地塊、歐龍布魯克微陸塊，以及位于這兩大造山帶內(nèi)部的微型古陸塊區(qū)，是形成巖漿銅鎳硫化物礦床的有利環(huán)境。而本研究所研究的牛鼻子梁礦床形成于早泥盆世末期造山帶環(huán)境下，結(jié)合柴周緣近幾年發(fā)現(xiàn)的尕秀雅平與夏日哈木礦床同牛鼻子梁礦床一樣產(chǎn)出于早古生代末期，早古生代末期造山帶伸展背景可能是我國(guó)第三大銅鎳鉑成礦事件和有利構(gòu)造背景。

6 結(jié)論

（1）牛鼻子梁鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)含礦巖體的侵位年齡為400±2 Ma（MSWD=0.4），即牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床的成礦時(shí)代應(yīng)為中泥盆世。

（2）對(duì)牛鼻子梁礦床產(chǎn)生影響的褶皺帶在早古生代晚期均處于持續(xù)的大陸裂谷化或內(nèi)部伸展階段。對(duì)比前人研究成果，牛鼻子梁地區(qū)銅鎳硫化物礦床產(chǎn)于造山帶張性環(huán)境中。

（3）造山帶伸展背景和古大陸邊緣裂谷是我國(guó)主要的構(gòu)造環(huán)境。而柴周緣近幾年發(fā)現(xiàn)的眾多礦床同牛鼻子梁巖體一樣產(chǎn)出于早古生代末期，早古生代末期造山帶伸展背景可能是我國(guó)第三大巖漿銅鎳硫化物成礦事件和有利構(gòu)造背景。

致 謝感謝長(zhǎng)江大學(xué)劉彬副教授在論文撰寫(xiě)過(guò)程中給予的指導(dǎo)性意見(jiàn)；成文過(guò)程中得到了趙興棟、劉小虎、陳麗丘和張宇慧的極大幫助；野外工作中青海省核工業(yè)地質(zhì)局提供了便利的條件，在此一并表示感謝。