岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床

岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床

岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床是指与镁铁质—超镁铁质岩浆成矿作用有关的以硫化物为主的矿床（汤中立，1992；范育新等，1999）。也有学者主张将与镁铁—超镁铁岩共生的矿床再细分为两种基本类型：在正常结晶过程中堆积成因的矿床（Bushveld）和从硅酸盐岩浆中融离出来的硫化物或氧化物不混熔体形成的矿床(金川)（李文渊，2007）。这里叙述的Cu-Ni-PGE硫化物矿床指后者，是岩浆融离矿床中的一种，与岩浆分结矿床相区别。

该类型矿床具有十分重要的经济意义，它是金属镍的主要来源之一。目前金属镍主要有两种工业矿床类型，一种是岩浆硫化物型，另一种是风化的红土型。其中岩浆硫化物型矿床中镍金属资源占总资源量的40%（魏铁军等，2005），而又由于风化型红土镍矿开发利用较困难，因此目前岩浆硫化物型镍矿是镍金属资源的主要来源（申文环，2010）。据不完全统计，世界上有50%以上的镍和铂以及5.5%的铜来自该类型矿床（王瑞延等，2003）。在我国，则有超过98%的铂族元素、86%的镍和7.5%的铜依赖该类矿床（梁有彬等，1998；Zhou et al，2002）。

1.形成的大地构造背景

世界岩浆硫化物矿床的地质分布具有显著的特点，其主要形成于大陆地壳环境，除澳大利亚Rona、Acoje和中国扬子地块西北缘的煎茶岭外（汤中立等，2006），未见有洋壳环境重要矿床的报道。1981年，Ross和Travis提出该类型矿床主要产于前寒武纪绿岩带、前寒武纪活动带、稳定地台和显生宙造山带4种成矿构造环境的认识，但实际上前三种都是我们一般概念中的稳定陆块的范畴，只是进一步细化了而已，因此概括起来就是陆块和造山带两种大的构造环境（李文渊，2007）。

2.矿床时空分布特征及规模

该类型矿床在全球范围内的分布具有明显的不均匀性，主要限于少数几个国家和地区，如澳大利亚、加拿大、北欧、中国、南非、美国、俄罗斯和其他几个有限的国家，而西亚和南美没有具工业意义的矿床产出。总体上来说，世界上岩浆硫化物矿床主要产于前寒武纪稳定的地块中（Naldrett，2004），形成时代主要集中于太古宙，其次为元古宙，再次为显生宙。

该类型矿床多以大型超大型矿产出，例如南非的Bushveld（镍2300×104t，铜1400×104t），加拿大的Sudbury（镍1250×104t，铜1040×104t），美国的Duluth

（镍1238×104t，铜3750×104t），中国甘肃的金川（镍545×104t，铜345×104t）等（李文渊，2007）。

3．矿床分类

由于该类型矿床丰富的资源储量以及大型超大型矿的产出规模，引起了众多研究人员的关注，因而矿床分类方案多种多样，仅因侧重的方面不同。1984年，Naldrett等人提出将该类矿床划分为古陨石坑苏长岩-辉长岩型、大陆裂谷溢流玄武岩的侵入体型、前寒武纪绿岩带科马提岩浆型、显生宙造山带侵入体型、大型层状杂岩型；我国学者汤中立等人1995年提出将该类矿床划分为元古宙与古陨石坑有关的苏长岩-辉长岩型矿床、元古宙以后与大陆边缘裂解有关的小型侵入体矿床、显生宙与大陆裂谷有关的相当于溢流玄武岩的侵入体矿床、太古宙绿岩带与科马提岩有关的矿床、早元古代大陆层状侵入杂岩体中硫化物与铂族矿床；另外中国学者李文渊1996年提出了新的矿床分类，Naldrett2004年对以前提出的该类型矿床的分类进行了修订。当然，自从金川超大型岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床发现以来，近50年的时间里，众多学者又提出深部融离，贯入成矿的成矿模式，相应的把该类型矿床分为融离型和通道型两种。

4.赋矿岩体特征

该类型矿床与岩体关系密切，经研究发现该类型矿床的赋矿岩体均为基性-超基性杂岩体，主要呈岩墙状、岩盆状、不规则状产出，但规模大小不一，大的岩体有上万平方公里（Bushveld地区有超过65000Km2的火成岩出露），而小的岩体则不到十平方公里（金川镁铁质-超镁铁质岩体出露面积仅1.3 Km2）。

岩体的岩石类型主要包括苏长岩-辉长岩、橄榄辉石岩-二辉橄榄岩-橄榄岩及与溢流玄武岩相当的侵入体、科马提岩等。且多为杂岩体，一般有3-4个岩相，如Sudbury和金川为3个岩相，而喀拉通克为4个岩相（史冠中，2007）。

统计资料显示，与该类型矿床有关的橄榄岩和二辉橄榄岩，其MgO平均含量

为20.0%～32.0%, Fe

2O

3

+FeO含量为 11.0%～15.5%;辉长岩、苏长岩中,MgO 平均

含量为 8.0%～21.0%, Fe

2O

3

+FeO含量为6.0%～18.0%,含铜镍矿的杂岩一般ｍ／

ｆ比值多较低(２～6.５),m/s 比值[(Mg2++Ca2++Ni2++Mn2++Fe2++Fe3+)/(Si4++Ti4+)分子比]多在 0.8 和 1.8 之间。赋矿岩石成分分析表明，造岩矿物中都有比较高的Ni含量，金川岩体的橄榄岩和二辉橄榄岩中橄榄石、辉石含NiO分别为0.23%，

0.08%；辉石橄榄岩中则对应为0.16%，0.06%，造岩矿物中Ni含量的正异常为成矿提供了有利条件（史冠中，2007）。

另外，随着地幔柱概念的提出大火成岩省（LIPs）这一名词也相继诞生，而与LIPs有关的大陆溢流玄武岩（CFB）又由于与岩浆硫化物矿床有关而备受瞩目。我国广西清明山铜镍硫化物矿床是这一课题研究的良好基地。朱炳泉等人2003年研究发现，该地区赋矿侵入岩与玄武岩在时空上关系密切，岩石化学成分、微量元素特征、稀土元素特征均相同，并推断两种岩石应为同一源区的岩浆不同阶段、不同期次演化形成的产物，硫化物矿床应为大陆溢流玄武质岩浆演化后期岩浆分异阶段形成的。刘继顺等人（2010）通过将此处矿床与美国超大型Duluth 矿床进行对比，对清明山铜镍硫化物矿床成矿潜力进行了评价，认为其成矿及资源潜力巨大。

5、矿床成因

对于该类型矿床的成因，早在19世纪末沃格特就提出此类矿床为岩浆不混熔液态分离作用所致的认识。近年来，有研究者提出此类矿床系岩浆深部液态重力分异成矿作用所形成，即指原始岩浆在地球深部时，阴离子和阳离子在静电聚合作用和地球重力场的作用下，发生迁移聚合，最终使原始岩浆下部富集Mg、Cr、Ni等，上部富集K、Na等。当然也有学者指出矿质以硫化物的形式沉淀与围岩的混染作用有关。按照晶体场理论，Ni2+倾向于富集在八面体配位位置中，而基性程度大的岩浆中八面体位置的比例大，当岩浆同化混染灰岩、硅质灰岩时，其基性程度降低，八面体位置减少，大量倾向选择八面体位置的Ni2+、Cu2+等离子则会以硫化物的形式析出并聚集成矿（史冠中，2007）。

当然，不可否认在该基性-超基性岩浆系统演化的后期会有热液成矿作用的参与，矿床产出具明显的细脉状、网脉状和海绵陨铁状构造的矿石即为最有力的证据。热液成矿作用的形式可以是在岩浆系统演化的后期，大量富含成矿物质的挥发份在温度、压力条件改变的情况下，通过热液成矿作用形成具有工业品位的矿体；也可以是高温热液通过萃取围岩或先形成矿体中的有用物质而形成含矿热液，然后通过结晶或交代作用形成具有热液成因特征的矿体。就像Craig在1979年发表的Geochemical aspects of the origins of ore deposits长篇论文中阐述的一样，矿床成因的划分如同地球化学作用过程的连续性一样，并不存在一个