地化所中亚造山带Ni-Cu-(PGE) 硫化物成矿作用研究获进展

发布时间：2013-03-11

新疆北部是中亚造山带的重要组成部分，其成矿作用具有特殊性。自20世纪70年代以来，在东准噶尔地块北缘、北天山及中天山地块和北山褶皱带等构造单元先后发现了喀拉通克、黄山东、黄山、天宇、白石泉、坡北等大中型Ni-Cu-(PGE) 硫化物矿床，镍总储量约为>150万吨，铜总储量约为>120万吨（如图1，表1），使该地区成为颇具潜力的铜镍成矿远景区，成为我国仅次于金川的第二大Ni资源基地。这些矿床的发现为研究人员进行系统研究造山带Ni-Cu-(PGE) 硫化物成矿作用提供了非常宝贵的对象。

图1 a) 中亚造山带 (CAOB) 地质略图 (据Song and Li, 2009修改)；

b) 新疆及邻区构造略图；c) 北山褶皱带地质简图

(据甘肃省区域地质志, 1989; 新疆维吾尔自治州区域地质志, 1993修改)

近年来精确的年代学表明上述岩浆硫化物含矿岩体形成于早二叠世（270-290 Ma，图1，表1），部分形成于泥盆世或志留世。关于二叠世岩浆硫化物矿床形成的构造背景和岩浆源区的认识存在较大的分歧，主要体现在含矿岩体的形成究竟与俯冲-碰撞过程有关还是与塔里木地幔柱活动有关（Xiao et al., 2004, 2008; Ao et al., 2010; Pirajno et al., 2008; Qin et al., 2011）。近5年，中科院地球化学研究所宋谢炎课题组针对这些矿床研究中存在的问题开展了系统研究，并取得阶段性进展。

表1 天山及邻区主要岩浆Ni-Cu-(PGE) 硫化物矿床含矿岩体成岩年龄及铜镍储量

岩体	锆石U-Pb年龄测试方法	年龄(Ma)	储量(万吨) @平均品位(wt.%)	资料来源
东准噶尔造山带
喀拉通克	苏长岩SHRIMP	287 ± 5	25 @ 0.8 Ni, 42 @ 1.3 Cu	韩宝福等, 2004
				刘德权等, 2005
北天山造山带
图拉尔根	I号岩体辉长岩SHRIMP	301 ± 3	12 @ 0.6 Ni, 8 @ 0.4 Cu	孙赫等, 2007
	II号岩体辉长岩SIMS	356 ± 3		三金柱等, 2010
黄山	闪长岩SHRIMP	269 ± 2	32 @ 0.49 Ni, 20 @ 0.31 Cu	Zhou et al., 2004
	辉长岩SIMS	284 ± 3		Qin et al., 2011
黄山东	橄榄苏长岩SHRIMP	274 ± 3	36 @ 0.52 Ni, 17 @ 0.27 Cu	韩宝福等, 2004
				Qin et al., 2003
香山	辉长岩SIMS	279 ± 2	12 @ 0.5 Ni, 8 @ 0.3 Cu	肖庆华等, 2010
	苏长辉长岩SHRIMP	286 ± 1		Qin et al., 2003
葫芦	辉长闪长岩LA-ICP-MS	275 ± 4	8 @ 1.5 Ni, 8 @ 1.04 Cu	孙涛等, 2010
				胡克兵等, 2008
中天山造山带
白石泉	辉长岩SHRIMP	284 ± 8	9.4 @ 0.32 Ni, 7 @ 0.48 Cu	吴华等, 2005
	辉长岩LA-ICP-MS	281 ± 1		毛启贵等, 2006
天宇	辉长岩LA-ICP-MS	290 ± 3	勘探中	唐冬梅等, 2009
	辉长岩SIMS	280 ± 2		Tang et al., 2011
北山褶皱带
坡北	辉长岩TIMS	274 ± 4	勘探中	姜常义等, 2006
	辉长岩SHRIMP	278 ± 2		李华芹等, 2006
红石山	橄榄辉长岩SHRIMP	282 ± 3	勘探中	Ao et al., 2010
	橄长岩SIMS	286 ± 3		Su et al., 2012
旋窝岭	辉长岩SIMS	261 ± 2	勘探中	苏本勋等, 2010
大山头	辉长岩SHRIMP	359 ± 6	暂无发现	闫海卿等, 2011
黑山	辉长岩TIMS	356.4 ± 0.6	12.9 @ 0.6 Ni, 5.9 @ 0.3 Cu	Xie et al., 2012
	辉长岩SHRIMP	357 ± 4

首先，获得了北山褶皱带东部黑山Ni-Cu-(PGE) 硫化物含矿岩体的锆石U-Pb年龄为～357 Ma(图1c)，说明其形成于洋壳俯冲阶段 (Xie et al., 2012)。结合西天山的菁布拉克矿化岩体（431±6 Ma）构造背景的研究 (图1b, Yang and Zhou, 2009)，以及北天山东部图拉尔根I和II号含矿岩体形成年龄（300±3 Ma及358±3 Ma，表1, 三金柱等, 2010），研究人员认为新疆北部古生代岩浆硫化物含矿岩体不仅形成于早二叠世，志留世-石炭世也有硫化物矿床的形成，只是规模较小。这些矿床的形成年代跨度之大，表明它们的成矿成因与塔里木地幔柱并无直接的联系，也说明了Ni-Cu-(PGE) 硫化物矿床的形成并不一定需要地幔柱的参与 (Song and Li, 2009; Song et al., 2011; Xie et al., 2012)。

喀拉通克、黄山、黄山东、白石泉、坡北以及黑山等含矿岩体的元素和同位素地球化学表明，新疆北部不同时代的含矿岩体都具有富集大离子亲石元素、亏损高场强元素 (HFSE)的特征，显示强烈的Nb (Ta) 负异常及K、Pb正异常，表明它们的原始岩浆很可能来自于受俯冲事件改造的交代地幔，这些岩体铬尖晶石和单斜辉石的地球特征还反映出软流圈地幔的参与 (Song et al., 2011; 颉炜等, 2011; Xie et al., 2012)。除白石泉和坡北含矿岩体Sr-Nd同位素显示明显的地壳混染以外，喀拉通克、黄山和黄山东含矿岩体具有非常亏损的εNd(t)值(+5 - +10)，这可能是因为准噶尔和北天山造山带不含古老地壳的原因所致。综上所述，天山及邻区的含矿岩体具有岛弧和MORB的双重性质，明显不同于塔里木大陆溢流玄武岩以及相关侵入岩的特征，表明与塔里木地幔柱无关。其原始岩浆应来自受俯冲流体/熔体交代的地幔楔，与洋壳俯冲（黑山）或碰撞造山后伸展（喀拉通克、黄山东、白石泉、坡北）俯冲板片拆离、软流圈地幔上涌有关 (Song et al., 2011; 邓宇峰等, 2011a, b; Xie et al., 2012)。软流圈地幔物质对各个含矿岩体的贡献各异，可能只提供热源，导致上覆地幔楔发生减压熔融，也可能直接提供物质参与减压熔融，这些研究还有待后续工作的进一步验证。

尽管世界其它造山带也有类似的矿床，如西班牙的Aguablanca矿床、非洲的Botswana矿床等，但研究程度仍然较低(Casquet et al., 2001; Piña et al., 2006; Maier et al., 2008)。新疆北部岩浆硫化物矿床的上述研究提出俯冲板片撕裂、软流圈地幔上涌导致上覆地幔楔发生减压熔融而形成成矿的高镁原始玄武岩浆的新模式，丰富了造山带成Ni-Cu-(PGE) 硫化物矿床的理论(Song et al., 2011; 邓宇峰等, 2011a, b; Li et al., 2012; Xie et al., 2012)。这些研究成果表明在造山带俯冲-碰撞过程的不同阶段都可能形成具有经济价值的岩浆硫化物矿床，对丰富岩浆硫化物矿床的成矿理论及造山带的找矿工作都具有重要意义。

主要参考文献：

Song, X.Y. and Li, X.R. 2009. Geochemistry of the Kalatongke Ni-Cu-(PGE) sulfide deposit, NW China: implications for the formation of magmatic sulfide mineralization in a postcollisional environment. Mineralium Deposita, 44: 303-327.

Song, X.Y., Xie, W., Deng, Y.F., Crawford, A.J., Zheng, W.Q., Zhou, G.F., Deng, G., Cheng, S.L., Li, J. 2011. Slab break-off and the formation of Permian mafic-ultramafic intrusions in southern margin of Central Asian Orogenic Belt, Xinjiang, NW China. Lithos, 127: 128-143.

Xie, W. Song, X.Y., Deng, Y.F., Wang, Y.S., Ba, D.H., Zheng, W.Q., Li, X.B. 2012. Geochemistry and petrogenetic implications of a Late Devonian mafic-ultramafic intrusion at the southern margin of the Central Asian Orogenic Belt. Lithos, 144-145: 209-230.

邓宇峰, 宋谢炎, 陈列猛, 程松林,.张新利, 李军. 2011a. 东天山黄山西含铜镍矿镁铁-超镁铁岩体岩浆地幔源区特征研究. 岩石学报, 27: 3640-3652.

邓宇峰, 宋谢炎, 颉炜, 程松林, 李军. 2011b. 新疆北天山黄山东含铜镍矿镁铁-超镁铁岩体的岩石成因：主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素证据. 地质学报, 85: 1435-1451.

宋谢炎, 肖家飞, 朱丹, 朱维光, 陈列锰. 2010. 岩浆通道系统与岩浆硫化物成矿研究新进展. 地学前缘, 17: 153-163.

颉炜, 宋谢炎, 聂晓勇, 程松林. 2011. 新疆坡十铜镍硫化物含矿岩体岩浆源区特征及构造背景探讨. 地学前缘, 18: 189-200.

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（矿床室颉炜, 宋谢炎, 邓宇峰, 陈列锰供稿）