金川铜镍硫化物矿床_矿区矿体地质对比研究.docx

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1、金J11铜银硫化物矿床矿区矿体地质对比研究()文章编号:02582710620120621135214金川铜银硫化物矿床的岩浆质量平衡与成矿过程1,2112111焦建刚,汤中立,闫海卿,刘民武,孙涛,徐刚，段俊(1长安大学地球科学与资源学院，陕西西安710054;)2西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，陕西西安710054摘要金川铜银硫化物矿床及其与附近的镁铁2超镁铁质岩体的成因关系对成岩成矿理论研究及找矿具有重要意义。通过对镁铁2超镁铁质岩体的岩石学、年代学、岩石地球化学、同位素地球化学研究，获得金川附近的茅草泉()镁铁2超镁铁质岩体中单颗粒钻石U2Pb年龄为83215?115Ma,与金

2、川超镁铁质岩体中错石U2Pb年龄83118?)016Ma在误差范围内一致。岩石地球化学数据显示，金川岩体与茅草泉岩体都属于亚碱性拉斑玄武岩系列，微量及稀土元素配分曲线平行，变化趋势相似，属于右倾型，具有Nb、Ta负异常；Cu/Zr比值显示过渡变化特征，Cu/Ni比()值都小于1,原始地幔标准化的伯族元素配分曲线平行过渡。同位素地球化学数据显示，样品具有高正t值，低Sr206204()的t值，较低的Pb/Pb值，指示岩浆源区为EM?型富集岩石圈地幔。多种方法证明了金川、茅草泉岩体具Nd有同期同源岩浆演化特征，茅草泉小岩体群可能是金川母岩浆先期侵入岩相，为金川矿床的形成贡献了亲铁元素与橄榄石成分。

3、关键词地球化学；钻石U2Pb年龄；岩浆质量平衡；镁铁2超镁铁质岩体；茅草泉；金川中图分类号：P618.41;P618.63文献标志码:AMagmaticmassba1.anceandmeta1.1ogenicprocessofJinchuanCu2Nisu1.fidedeposit1,21121JIAOJianGang,TANGZhong1.i,YANHaiQing,1.IUMinWu,SUNTao,1IXUGangandDUANJun(1Schoo1.ofEarthScienceandResources,Chang,anUniversity,Xi,an710054,Shaanxi,China

4、;2Key1.aboratoryof)WesternChina,SMinera1.ResourcesandGeo1.ogica1.Engineering,MinistryofEducation,Xi,an710054,Shaanxi,ChinaAbstractThegeneticre1.ationshipbetweentheJinchuanCu2Nisu1.fidedepositandthenear2bymafic2u1.tramaficintru2()sionsisimportantforfurtherexp1.oration.ThezirconU2Pbage83215?115Maofthe

5、Maocaoqunmaficin2()trusionisconsistentwiththezirconU2Pbage831.8?016MaoftheJinchuanu1.tramaficintrusion.Ppositionsindicatethatbothintrusionsbe1.ongtosub2a1.ka1.inetho1.eiiticbasa1.ts,andchondrite2nor2maIizedREEandprimitive2mant1.enormaIizedmicro2e1.ementsdiagramsshowpara1.1.e1.patterns,disp1.aying1.R

6、EEenrichmentandNb,Tanegativeanoma1.ies.Primitive2mant1.enorma1.izedPGEpatternsshowpara1.1.e1.distribu2()tionbetweenMaocaoqunandJinchuanu1.tramaficintrusions.Isotopicgeochemica1.datadisp1.ayhight,1.owSr206204()tandfair1.y1.owPb/Pbva1.uesforbothintrusions,whichimp1.iesthatthemagmaformingtheintru2Ndsio

7、nscamefromtheenrichmentmant1.esource1.ikeEM?2typemant1.e.Theabovefeaturessuggestthatthe()本文得到国家自然科学基金项目“甘肃龙首山地区与铜银成矿有关的幔源岩浆事件重建”编号：41072058、公益性行业科研专项编()号：200911007,201011058与长安大学科技创新研究项目编号：CHD2010ZD005,CHD2011TDOo7的联合资助第一作者简介焦建刚，男，1976年生，副教授，主要从事矿床学研究OEmai1.:jiangang收稿日期2012204211;改回日期2012205211o张绮玲

8、编辑。JinchuanandMaocaoquanintrusionswerederivedfromthesamemagmasourcewiththesameage.Maocaoquanmafic2u1.tramaficintrusionswerepossib1.yformedbyear1.ierstagemagmafromtheJinchuanmagmachamber,whichcontributedsiderophi1.ee1.ementSando1.ivinefor1.aterstagemagma,thsformingtheJinchuanCu2Nisu1.2fidedeposit.Key

9、words:geochemistry,zirconU2Pbdating,massba1.anceofmagma,mafic2u1.tramaficintrusions,Mao2caoquan,Jinchuan岩浆铜银硫化物矿床的成矿过程是：由地幔发,大地构造位珞属于华北区位于阿拉善地块西南缘生部分熔融产生的岩浆，上升到地壳中受到温度降板块西南边缘。北以龙首山北缘断裂与潮水中新生低、压力减小、氧逸度增加、地壳混染或者硫的加入代断陷相邻，南以南缘断裂与走廊过渡带和北祁连等因素影响，硫化物达到饱和而熔离，由于流动分异缝合带分开。龙首山南部的北祁连分布有绿片岩与和重力分异过程，岩浆中的硫化物在局部聚集

10、形成蛇绿岩带，被认为是扬子陆块与华北陆块的俯冲缝()矿床Na1.drett,2010。目前，对于这种成矿过程主合带。因此，其北部的龙首山隆起区属于板内裂谷()要建立了2种成矿模式：一种是小岩体成矿模式；另环境Zhangeta1.,1984;汤中立等，1995O一种是通道成矿模式。小岩体成矿模式，即地幔岩龙首山隆起区，地层以前寒武系的古老深变质浆在上升过程中存在中间岩浆房，在中间岩浆房中岩系为主，主要有古元古代的龙首山岩群，其下部为由于岩浆温度降低发生硫化物饱和熔离白家嘴子组灰白色大理岩夹透镜状二云石英片岩、，岩浆房上部大量贫硫化物的岩浆先期侵入形成岩体，下部富深红色混合岩、灰绿色黑云片麻岩夹混

11、合岩；上部为(含硫化物的岩浆晚期侵入形成工业矿床汤中立，塔马子沟组黑云石英片麻岩、黑云石英片岩夹石墨)大理岩、二云石英片岩等。区内岩浆活动频繁，从酸2002;汤中立等，2006o这一模式解释了矿床的矿化率高、岩体小的特征，也解释了岩体内夹心式富矿性岩到超基性岩均有分布，尤其以镁铁2超镁铁质岩体和地层中块状矿体的现象。通道成矿模式，即岩体的广泛分布为特征。在东2西长约20Okm范围浆在持续上升过程中吸收了地壳中的硫，促使硫化内，镁铁2超镁铁质岩体分布20余处，呈北西向的带0(物达到饱和并发生就地熔离，在富硫地层附近聚集状展布，明显受三级构造单元龙首山隆起控制图)()()成矿Na1.drett,2

12、0040这一模式解释了地幔岩浆上1汤中立等，1995o值得关注的是，龙首山中段升过程中硫化物从不饱和到饱和的过程。无论哪种产出了世界级的金川铜银硫化物矿床，银资源储量(成矿模式都承认形成大矿的地幔岩浆是大量的，铜规模达到世界第三，单矿体银资源储量世界第一1.i)银等金属物质来自岩浆。由于成矿的岩体往往很eta1.,2003o在龙首山隆起区，金川外围经过多年小，如金川、红旗岭、VoiSeysBay等铜银硫化物矿的勘探研究，至今没有发现有工业意义的铜银矿体，床，大量的岩浆到哪去了呢？通道成矿模式的认识仅仅在部分超镁铁质岩体下盘发现一些贫铜银硫化是物矿化。然而：岩浆侵入到近地表，部分被剥蚀掉了。如果

13、说部，金川外围围绕铜银硫化物矿床的勘分被剥蚀了还可以理解，但是95%,99%以上的岩查与研究工作一直没有间断。浆被剥蚀了，而且是普遍现象，我们就不得不考虑这种成矿机制是否与自然现象相符合。本文测试了金2岩体地质川超镁铁质岩体及其邻近的茅草泉镁铁2超镁铁质岩体群的成岩时代，并对金川铜银硫化物矿床及其金川超镁铁质岩体产状约220?60?,呈岩墙状0外围镁铁2超镁铁质岩体开展了岩石学、岩石地球化产出图2,长6500m,宽20,527IT1.,大致以10?交学、同位素地球化学等研究，提出了金川小岩体成大角不整合侵位于龙首山岩群白家嘴子组中，围岩为矿的岩浆质量平衡与成矿过程模式。古元古代混合花岗岩、片麻

14、岩、大理岩、斜长角闪岩、变粒岩等。岩体以二辉橄榄岩为主要组成岩相，其次是含二辉橄榄岩、斜长二辉橄榄岩、橄榄二辉岩及1区域地质背景橄榄辉石岩分布在岩体局部地方，各岩相之间没有金川超大型铜银硫化物矿床所在的龙首山隆起明显的侵入界线。金川岩体整体以橄榄石堆品为特第31卷第6期焦建刚等：金川铜银硫化物矿床的岩浆质量平衡与成矿过程113791B1.U/W,E()图1龙首山镁铁2超镁铁质岩体分布简图据汤中立等，1995修改1 一新生代沉积物；2一中生代陆相碎屑岩；3一晚古生代陆相碎屑岩；4一早古生代复理石建造；5一中2新元古代碳酸盐岩和碎屑岩；6古元古代变质岩系；7一片麻状混合岩；8花岗岩类；9一镁铁2超

15、镁铁质岩；10隐伏镁铁2超镁铁质岩体；11断层()Fig.1Distributionofmafic2u1.tramaficintrusionsin1.ongshoushanupwe1.1.ingareamodifiedafterTangeta1.,19951CenozoicsedimentS;2Mesozoiccontinenta1.fragmenta1.rocks;3一1.atePa1.eozoiccontinenta1.fragmenta1.rocks;4-Ear1.yPa1.eozoicf1.ysch;5-Midd1.e21.ateProterozoiccarbonateandfragm

16、enta1.rocks;6Pa1.eoproterozoicmetamorphierocks;7Gneissicmigmatite;8-Granitoidrocks;9Mafic2u1.tramaficintrusions:10Concea1.edmafic2u1.tramaficintrusions;11Fau1.t(,堆晶中橄榄石最高含量达到80%左右。岩体蚀征闪石化与滑石化辉石岩主要分布于岩体边缘图)变以蛇纹石化最为普遍，其次是透闪石化、阳起石3do()化、绿泥石化、滑石2碳酸盐化等图3a、b。茅草泉镁铁2超镁铁质岩体位于金川超镁铁质3单颗粒钻石U2Pb测年岩体西南方向约3km处。岩体产

17、状约220?50?,(呈瘤状产出，由50多个小岩体组成，受控于龙首山钻石年龄样品采自茅草泉岩体地表经度102?()陆缘带北缘断裂图2o侵位于龙首山岩群塔马子0615，纬度38?2845,岩性为暗色角闪辉长岩，质沟组含石墨大理岩及云母片岩中。岩体岩性组合为量约20kg,在陕西省地质调查院实验室进行无污染橄榄辉石岩、辉石岩、暗色角闪辉长岩等，岩相之间碎样到60,80目大小，然后在长安大学矿产资源与地质工程教育部重点实验室进行重选、磁选，最后进为过渡接触。其中暗色角闪辉长岩，经镜下鉴定含普通角闪石约75%,偶见透辉石残核；基性斜长石多行双目镜下单颗粒钻石挑选，为确保无污染，钻石挑(选流程由作者亲自完

18、成，共挑出错石40多粒。制靶钠黝帘石化，占15%;绿泥石化黑云母占8%图)3c,白钛矿占2%,含少量的磷灰石。岩石多发生自和阴极发光照相过程在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，经过反射光和透射光照相，检查错石变质，没有经历区域变质或动力变质。的内部结构，结合阴极发光照片圈定环带清晰、自塔马子沟岩体位于金川超镁铁质岩体285?方向()约4km处，岩体产状约300?65?,呈瘤状产出，由形、晶体完好的钻石准备年龄测定图4。本次样品60多个小岩体组成，侵位于龙首山群塔马子沟组云钻石的阴极发光图像显示一些钻石颗粒发育典型的母石英片岩夹不纯石墨大理岩内，受龙首山北缘断韵律环带结构，反映了岩浆成因钻石

19、的结构特点。()裂控制图2o岩相分带明显，透闪石化辉石岩占一些短柱状的钻石虽然晶形较好，但阴极发光照片)50%与透闪石化橄榄岩仅分布于个别岩体中部，透具有白色的图像或白色的亮边，可能为变质重结晶图2金川、茅草泉与塔马子沟岩体镁铁2超镁铁质岩体群分布略图Fig. 2 DistributionofJinchuan,MaocaoquanandTamazigoumafic2u1.tramaficintrusions图3金川、茅草泉与塔马子沟岩体主要岩石结构与蚀变特征a.金川岩体中橄榄石蛇纹石化；b.金川岩体中辉石绿泥石化；c.塔马子沟岩体中透闪石化辉石岩；d.茅草泉岩体中暗色角闪辉长岩Fig. 3 T

20、extureanda1.terationfeaturesofJinchuan,MaocaoquanandTamazigoumafic2u1.tramaficintrusionsa.Serpentinizationofo1.ivineinJinchuanintrusion;b.Ch1.oritizationofpyroxeneinJinchuanintrusion;c.Tremo1.itizationofpyroxeneinTamazigoUintrusion;d.DarkbojiteinMaocaoquanintrusion第31卷第6期焦建刚等：金川铜银硫化物矿床的岩浆质量平衡与成矿过程11

21、39O钻石颗粒较小，测试结果可能代表核与结晶边的混的结果点M09218、M09220,部分错石颗粒中见有（不规则的内核，表明为继承钻石点M0921M0922、合年龄，茅草泉岩体样品中钻石12个分析点的206238)()M0926、M0928oPb/U年龄范围在826?6Ma,851?6Ma之间，Th/U值集中于0151,0194。在一致曲线图错石的原位U2Pb年龄测定在西北大学大陆动206238()力学国家重点实验室的激光剥蚀电感耦合等离子体中，数据点成群分布图5,其Pb/U年龄的加(0)质谱1.A2ICP2MS仪上完成。其激光剥蚀系统为德权平均值为83215?115Ma,代表了茅草泉岩体的国

22、Micro1.as公司生产的Geo1.as200M0测试时激光结晶年龄，反映了茅草泉岩体成岩时代为新元古代，(束斑直径为30m,剥蚀深度20,40m,激光脉冲与金川的成岩年龄1.ieta1.,2005;Zhangeta1.,)2010一致，可能与Rodinia大陆裂解事件有关。错IOHZ,能量34,40mJ;电感耦合等离子体质谱()ICP2MS系统为Agi1.ent7500a。错石的同位素组成石中有19亿年与24亿年的核年龄，代表了0以钻石91500为外标进行校正，每分析5个样品点，继承钻石本区龙首山岩群的年龄；4,5亿年的错分析2次91500,对于与分析时间有关的U2Th2Pb石多在谐和线下

23、方，钻石阴极发光照片显示亮白环同位素比值漂移，利用91500的变化采用线性内插带，具有明显的铅丢失，反映了古生代变质事件发生的时间。的方式进行了校正。微量元素组成以玻璃标样(GSE21G做外标，SiO含量为内标进行校正Gaoet2)a1.,2002;Yuaneta1.,2004Ru伯族元素在地幔中分配系数顺序为2072042082041717,Pb/Pb=1514,1516,Pb/Pb=3715()RhPtPdNa1.drett,2004,较低的地幔部分熔融，3718。一般超镁铁质岩体的全岩Pb同位素比值导致岩浆中PPGEIPGE,原始地幔标准化的PGE（需要利用年龄和U、Th、Pb含量进行普

24、通铅校正沈配分曲线左倾。世界上大量岩浆铜银硫化物矿床的）渭洲,1997o按照成岩年龄832Ma计算，得到普通研究显示，原岩为辉长2苏长岩类的岩体一般显示（）铅的同位素值表5o而硫化物的Pb同位素比值一IPGE贫于PPGE,标准化配分曲线具有左陡倾斜的般能反映初始值的特征，不需要校正。从校正的数据看，两个岩体的Pb同位素比值数据非常相似，而特征，而苦橄岩与科马提岩岩体中PGE配分曲线为图9金川及茅草泉岩体钻族元素原始地幔标准化曲线图11金川与茅草泉超镁铁质岩体中岩石()原始地幔值据McDonougheta1.,1995206204()Pb/Pb2图解Zind1.ereta1.,1986NdFig.9Primitivemant1.enorma1.izedPGEdiagramofBSE一全硅酸盐地球；EM?型富集地幔；EM?型富集(JinchuanandMaocaoquanintrusionsprimitivemant1.eva1.ues)afterMcDonougheta1.,1995地幔；HIMU高U/Pb比值地幔；PREMA最常见地幔