金川Cu-Ni(PGE)岩浆硫化物矿床成因与成矿模式研究

摘要

金川Cu-Ni（PGE）岩浆硫化物矿床是世界第三大的岩浆硫化物矿床，也是中国最大的岩浆硫化物矿床，含有超过5亿吨硫化物矿石（镍品位1.1 wt％，铜品位0.7 wt%），是中国镍、铜、钴、铂族元素等多金属矿产资源的重要矿产地，决定着我国的镍、铜、钴、铂族资源的可持续开发前景。除了其经济意义，金川矿床是矿床学课本中岩浆熔离矿床部分的重要实例，指导中国铜镍硫化物矿床的勘查工作。此外，金川矿床特有的地质特征一直是国内外矿床学家研究的焦点。金川岩浆Ni-Cu-PGE硫化物矿床（白家咀子铜镍矿）发现于1958年，1990年以来，国内外诸多科研院所和大专院校对金川矿床开展了多方面专题研究，相继发表了大批成果（文章和专著）。论文在前人资料基础上首次采集金川矿床下部（~1250 m标高以下的坑道）典型的岩（矿）石样品，通过精确地质年代学确定金川矿床形成时的大地构造背景；将已有的金川地球化学数据结合本次测试数据一起建立金川矿床地球化学（矿物学，全岩主量元素、稀土微量元素、Sr-Nd同位素，锆石Hf同位素，硫化物矿石S、Cu、Ni、PGE）三维空间分布特征，并讨论金川矿床母岩浆特征、岩浆结晶分异及其同化混染过程、硫化物的熔离和运移过程；论文首次报道了金川矿床的复合硫同位素数据。
　　本研究主要内容包括：⑴在龙首山隆起带中，金川岩体的形成年龄为：839.4±2.5 Ma，龙首山地区镁铁质岩脉的形成年龄为：420.6±3.1 Ma和423.5±1.4 Ma，龙首山岩带中段西井岩体的形成年龄为：421.0±9.0 Ma，小口子岩体的形成年龄为：~284 Ma。龙首山地区至少存在三期构造-岩浆事件形成龙首山隆起带中的镁铁—超镁铁质岩体（脉）。龙首山地区在~830 Ma并没有广泛分布的镁铁—超镁铁质岩体，不具有大火成岩省的特征，结合金川矿区岩体与围岩边界在平面上呈锯齿状追踪性质推断金川含矿岩体的形成背景为与Rodinia超大陆裂解相关的拉张环境。⑵金川矿床所有橄榄石样品Fo为80~85.5，属于贵橄榄石。金川矿床的贫硫化物样品中橄榄石为岩浆分离结晶之后再与晶间液相发生相互作用形成的。含硫化物样品中的橄榄石中的Ni和Fo含量具有负相关关系，表明早先结晶的橄榄石与后期熔离的硫化物之间存在Fe–Ni交换。⑶金川矿床不同矿区形成时岩浆中氧逸度相近，为QFM+0.3~+1；金川母岩浆MgO含量为11.79 wt.%，为高镁拉斑玄武岩；金川岩体原生岩浆的MgO含量为18.1wt%，为原始地幔经过~8%部分熔融形成的苦橄质岩浆；岩浆分离结晶过程为：橄榄石（铬尖晶石）→斜方辉石→单斜辉石→斜长石+单斜辉石。⑷金川矿床负的εNd值（-6~-12）和正的γOs值（30~150）表明金川矿床的岩浆源区为大陆岩石圈地幔（SCLM），Sr-Nd-Hf同位素组分的模拟计算表明金川母岩浆经历了上地壳物质混染，混染程度约~20%。⑸金川硫化物矿石δ34S最高值达8‰，?33S最高值达2.6‰，具有太古代沉积岩?33S值特征，金川超镁铁质岩体形成过程中经历太古宙沉积岩和太古宙以后地壳物质混染，在金川矿床形成过程中有地壳硫的加入。⑹假设源区地幔（25 kbar）的硫含量全部进入金川原始岩浆，原始岩浆的最大硫含量将为1111 ppm，金川原始岩浆在2kb（6 km）深度下达到硫化物饱和需要的硫含量为2874 ppm，金川原始岩浆在~30 wt%橄榄石的分离结晶之后，将会达到硫化物的饱和，但是残余熔浆中的Ni含量将会大大亏损，难以形成金川矿床中高Ni品位的矿石。因此，在金川岩浆系统中，分离结晶作用和地壳混染作用（外源硫的加入）共同促使岩浆发生硫化物熔离。⑺金川矿床不同矿区 R因子（岩浆质量：硫化物熔浆质量）的变化范围为：150~1000，且 R因子从东到西逐渐降低（II-E→ II-W-b→ I-b矿区），表明金川矿床形成于一个开放的岩浆系统。此外，金川矿床母岩浆的初始 Pd含量为~1 ppb，该值是大陆溢流玄武岩相关的 PGE未亏损的苦橄岩中 Pd含量的1/10，表明金川母岩浆经历了早期的硫化物分离。⑻金川矿床 I、II矿区成矿模式为：后来侵入的岩浆由东向西流经早先沉淀的不混溶的硫化物熔体。⑼将近年探明的“I6隐伏矿体”分为I-a、II-W-a矿区，这两个矿区的地质形态反映含矿岩浆从西到东、自上而下的运移趋势，含矿岩石为含辉橄榄岩，造岩矿物和金属硫化物具定向排列。I-a和II-W-a矿区样品LOI含量与其它矿区相似，表明蚀变程度与其它矿区相同，排除岩浆期后热液叠加作用；样品具有IPGE亏损的特征，但并没有显示Pd、Cu富集特征，表明并不是由MSS分离结晶形成的富铜矿脉；Ir、Pd相关图中I-a和II-W-a矿区位于低的Pd/Ir区域；IPGE在铬尖晶石和橄榄石中为相容元素，而I-a和II-W-a矿区的橄榄石、铬尖晶石具有更为演化的特征，因此，I-a、II-W-a矿区形成于更为演化的、含有硫化物熔体的IPGE亏损的母岩浆。

目录

声明

第一章 绪论

1.1选题依据及研究意义

1.2研究现状及进展

1.3研究思路、研究方法及研究内容

1.4主要工作量

1.5创新点和特色

第二章 区域地质概况

2.1阿拉善地块

2.2龙首山隆起带

小结

第三章 矿床地质特征

3.1岩（矿）体规模、形态、产状

3.2岩石特征

3.3矿石特征

小结

第四章 橄榄石特征及成因意义

4.1橄榄石研究基础理论

4.2采样位置与分析方法

4.3测试结果

4.4橄榄石组分变化与成因意义

小结

第五章 母岩浆组分与分离结晶过程

5.1采样位置与测试方法

5.2主量元素特征

5.3氧逸度

5.4母岩浆成分

5.5原生岩浆成分

5.6分离结晶过程

小结

第六章 岩浆源区与地壳混染

6.1微量元素特征

6.2同位素特征

6.3岩浆源区与地壳混染

小结

第七章 硫化物熔离作用

7.1硫饱和控制因素

7.2硫化物的熔离作用

7.3硫化物的聚集作用

小结

第八章 金川矿床成矿模式研究

8.1金川矿床I、II矿区成矿模式

8.2 I6隐伏矿体（I-a、II-W-a矿区）成矿模式

小结

成果与展望

一、主要成果

二、存在问题及工作建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢