岩浆硫化物矿床的成矿过程与成矿模型

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5、在层状侵入体形成期间出现的硫化物 不混溶
•
多位学者的研究证明，在岩浆房中已 有的演化的岩浆与新注入岩浆房中的拉斑 玄武质岩浆（基本未分异演化）相混合， 会引起硫化物不混溶，只要两种岩浆在混 合时接近于硫化物饱和点。
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6、温度对于硫溶解度的影响
• 关于温度对SCSS影响的资料很 少，但几乎不用怀疑，SCSS随 温度升高而增大。
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五、研究思路
硫化物 熔离机制 质量平衡 成矿物质 聚集方式
1、研究岩浆、含矿岩浆和矿浆的接触关系、侵位顺 研究岩浆、含矿岩浆和矿浆的接触关系、 序和分布规律； 序和分布规律； 2、橄榄石和铁钛氧化物的分离结晶、同化混染、f 橄榄石和铁钛氧化物的分离结晶、同化混染、
O2
的变化等与硫化物中IPGE/PPGE、Cu/Ni比值的变化 的变化等与硫化物中IPGE/PPGE、Cu/Ni比值的变化 IPGE/PPGE 规律相结合， 规律相结合，论证成矿物质的运移和聚集方式及过 程。
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三、源区性质
矿床 Noril’skTalnakh Voisey’s Bay Bushveld 金川 喀拉通克
黄山岩带
εNd(t)(N) -14.20~ 3.51 (47件) - 0.25~ - 4.06 （24件） -5.1~ -7.6 （17件） - 3.78~ - 2.6 6.2~8.4 （ 5件 ）
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六、岩浆硫化物矿床的形成过程Fra bibliotek• 1、Naldrett对岩浆硫化物矿床的形成阶段的划分
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1、源区的诞生：作为地幔熔融的结果，生成超镁铁质 源区的诞生： 源区的诞生 —镁铁质岩浆。 2、源区的发展：岩浆穿过地幔上升并进入地壳。 源区的发展： 源区的发展 3、源区的营养化：岩浆与地壳相互作用。这往往是不 源区的营养化： 源区的营养化 混溶硫化物液体的早期发育所需要的。 4、孕育：岩浆加不混溶硫化物液滴进一步上升到地壳 孕育： 孕育 的更高层位。 5、生长：硫化物作为岩浆侵位的结果而浓集。 生长： 生长 6、成矿金属元素的进一步富集：硫化物由于与不断流 成矿金属元素的进一步富集： 成矿金属元素的进一步富集 通的岩浆反应而富集，有可能并不总是会涉及这一步， 但这已经被证明在几个矿床中确实出现了。 7、充分成熟：寄主岩浆和相关的硫化物液体冷凝并结 充分成熟： 充分成熟 晶。
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深部熔离－分期贯入－ 深部熔离－分期贯入－终端岩浆房 聚集成矿模式
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4-玄武岩、粗面质火 山角砾岩； 3-苦橄岩（高镁系 列）； 2-苦橄质玄武岩（过 渡系列）； 1-拉斑玄武岩（低镁 系列）； ）、无矿岩体 （1）、无矿岩体 ）、 ）、贫矿体 （2）、贫矿体 ）、 ）、富矿体 （3）、富矿体 ）、 ）、块状矿 （4）、块状矿 ）、
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1、 FeO + TiO2 含 量 对 溶 解 度 的 影 响
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S
• 2、富硅的长英质混染物对S溶解度的影响
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• 3、压力对于S溶解度的影响
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• 4、fs对硫溶解度的影响
Haughton et al、Buchanun 及 Nolan’s证明， 证明， 、 证明 增大f 导致岩浆溶解硫的能力降低。 增大fO2导致岩浆溶解硫的能力降低。
本项目， 本项目，2009
1.34
造山带后碰 撞伸展背景 撞伸展背景 下的小侵入 体矿床
大型 大型 大型 大型 大型 中型 小型 中型 中型 大型 小型
287 ± 5；锆石 ；锆石SHRIMP 216 ± 5；锆石 ；锆石SHRIMP 269±2；锆石 ± ；锆石SHRIMP 274±3；锆石 ± ；锆石SHRIMP 265±9.2；Re-Os ± ； 274±3.9；锆石 ± ；锆石LA-ICP-MS 285±1.2；锆石 ± ；锆石SHRIMP 263±3；锆石 ± ；锆石SHRIMP 258±1.4；锆石 ± ；锆石SHRIMP 260.6±3.5；锆石 ± ；锆石SHRIMP 274±4；锆石 ± ；锆石U-Pb
岩浆硫化物矿床的 成矿过程与成矿模型
姜
常
义
长 安 大 学
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内容提要
一．岩浆硫化物矿床的分类 二．原生岩浆 三．源区性质 四．硅酸盐熔体中硫溶解度的影响因素 五．研究思路 六．岩浆硫化物矿床的形成过程 七．小岩体成矿理论与模型 八．岩浆通道成矿模式 九．观点的分歧
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一、岩浆硫化物矿床的分类
• 1、汤中立等基于构造环境对中国岩浆硫化物矿床的分类方案 、
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块状矿石中包含超镁铁质岩石角砾
喀拉通克
杨木沟
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• 对上述含矿岩体所进行的Nd-Sr-Pb-Os-O-S 同位素和元素地球化学研究证明，同化混 染作用很弱，而且硫基本上来自于地幔。 因此，外来硫的加入和同化混染并非是不 可或缺的成矿条件，至少对于部分矿床而 言硫化物的熔离主要是由于橄榄石和铁钛 氧化物的分离结晶，成矿过程是岩浆演化 过程的有机组成部分。
韩宝福等， 韩宝福等，2004 wu et al.,2004 Zhou et al.,2004 韩宝福等， 韩宝福等，2004 孙赫等， 孙赫等，2009 本项目， 本项目，2009 Qin et al.，2003 ， Zhou et al.,2007 钟宏， 钟宏，2009 陶琰等， 陶琰等，2008 本项目
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谢 谢！
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-31.8~ - 1.3 （14件）
被消减板片交代过 的地幔物质和软流 圈物质组成 7
四、硅酸盐熔体中硫溶解度的影响因素
大量的研究表明，岩浆硫化物成矿的必要条件是： 1、岩浆中有足够的Ni、Cu等亲铜元素; 2、必须有硫熔离出来； 3、熔离出来的硫必须有机会与大量的岩浆发生反应， 以便萃取大量的亲铜元素； 4、硫化物必须聚集在某一特定部位，否则成不了大 矿、富矿，甚至不成矿。
构造环境类 型 矿床 实例 矿床 规模 成矿时代（Ma） 成矿时代（Ma） 时代（Ma） 时代（Ma）与测试方法 资料来源 岩体面 积 （km2）
中-新元古 代大陆边缘 裂解背景下 金川 的小侵入体 矿床 喀拉通克 红旗岭 黄山 黄山东 图拉尔根 葫芦 香山 力马河 白马寨 金宝山 坡十
超大型
831.8 ± 0.6；斜锆石 ；斜锆石IDTIMS
6.6 ~10.5 （14件）
εSr(t)(N) 2.60~ 66.00 （56件）
87Sr/86Sr=0.703385~
源区性质 洋岛型玄武岩
0.703764 (23件)
87Sr/86Sr=0.7044~
大陆岩石圈地幔
0.7085 (49件) 17.0~128.8 -0.6 ~ - 36.6 （ 5件 ）
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五、研究思路
硫化物 熔离机制 质量平衡 成矿物质 聚集方式
1、全面调研成矿区域幔源岩浆岩，划分岩石类型， 全面调研成矿区域幔源岩浆岩，划分岩石类型， 确定岩石组合； 确定岩石组合； 2、根据岩石组合，运用岩相学、元素地球化学、同 根据岩石组合，运用岩相学、元素地球化学、 位素地球化学和年代学约束同源岩浆产物； 位素地球化学和年代学约束同源岩浆产物； 3、根据上述研究成果和矿石储量，进行数字模拟， 根据上述研究成果和矿石储量，进行数字模拟， 论证成矿物质与含矿岩浆的质量平衡问题。 论证成矿物质与含矿岩浆的质量平衡问题。
1、高镁拉斑玄武岩浆； 2、深断裂； 3、岩浆进入现存空间前发生深部熔离、结晶 分异等预富集作用； 4、在深部岩浆房或通道中分离为岩浆、含矿 岩浆（对应形成浸染状矿石）、富矿岩浆（对 应形成网状矿石）和矿浆（对应形成块状矿石） 四部分，熔离出硫化物的岩浆的质量比其他三 部分大得多；
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5、由于动力作用，依次上侵到达地表或现存 空间成岩成矿。由于先喷出地表或侵入其 它空间成岩的岩浆质量是“大量的”，余 下的岩浆、含矿岩浆、富矿岩浆和矿浆的 质量是相对“小量的”，就导致了“小岩 体成大矿”。
A.含矿岩体是岩浆通道还是终端岩浆房？ B.硫化物矿浆是在岩浆通道中逐渐凝聚形成 的，还是在中间岩浆房中（位于终端岩浆 房和地幔源区之间）形成的？ C.岩浆、含矿岩浆和矿浆的分凝和上侵是连 续过程还是脉动式过程？ D.外来硫的加入和同化混染是否是成矿不可 或缺的条件？
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• 从区域地质、岩体和岩石自身的结构构造 等方面分析，没有任何证据能够证明金川、 喀拉通克、黄山岩带是火山岩熔浆连续流 经的岩浆通道，相反，有多方面证据证明 它们是岩浆多次脉动式侵入的复式岩体。 而且在有些岩体，两次脉动侵位之间有足 够的时间差导致后期侵位的岩（矿）石包 裹先期侵位的岩石角砾，或者后期侵入体 边部有冷凝边。
<0.1 0.213 1.71 2.8 <0.035 0.75 <2.8 <0.5 0.01 1 <1.5 3
二叠纪大火 成岩省背景 成岩省背景 下的小侵入 体矿床
2、Naldrett基于岩石—构造背景的分类方案
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二、原生岩浆
• 科马提岩浆 科马提岩浆：澳大利亚Kambalda地区25个 矿床，产于太古代绿岩带 • 铁质苦橄榄质岩浆 铁质苦橄榄质岩浆：俄罗斯科提拉半岛 Pachenga矿床，产于元古代。 • 高镁拉斑玄武质岩浆 高镁拉斑玄武质岩浆：Noril'sk-Talnakh、 Sudbery、Voisey's Bay、Duluth、 Stillwater、Bushveld、金川、喀拉通克、 黄山岩带等。
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五、研究思路
硫化物 熔离机制 质量平衡 成矿物质 聚集方式
1、岩相学、晶体化学、元素地球化学综合研究，反演岩 岩相学、晶体化学、元素地球化学综合研究， 浆演化过程； 浆演化过程； 2、Rb-Sr、Sm-Nd、U-Th-Pb、Re-Os、O同位素体系与元 Rb-Sr、Sm-Nd、 Th-Pb、Re-Os、 素地球化学研究相结合，探讨同化混染过程和程度； 素地球化学研究相结合，探讨同化混染过程和程度； 3、硫同位素组成分析探讨硫源； 硫同位素组成分析探讨硫源； 4、上述三方面的研究与PGEs、Cu、Ni等元素地球化学研 上述三方面的研究与PGEs、Cu、Ni等元素地球化学研 PGEs 究结合，约束硫化物熔离机制。 究结合，约束硫化物熔离机制。
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程 的 总 结 典 型 矿 床 成 矿 过 三 个 对
2 、
汤 中 立 院 士 等 （ 2006
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七、小岩体成矿理论与模型
• 小岩体成矿理论是指在规模较小的岩体内 部和/或内外接触带部位，形成了与岩浆作 用有关的规模相对大而富的矿床。小岩体 成矿理论的核心是深部预富集机制。关键 因素是：
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• 因此，硫在岩浆中的活度、溶解度及其熔离 机制是矿床成因研究中的一个重要环节。在 岩浆硫化物矿床的成因模型中，岩浆熔离成 矿作用模型是经典的。这种模型认为硫在岩 浆演化过程中出溶，形成不混溶液滴，并在 硅酸盐岩浆中聚集、沉淀形成硫化物矿浆。
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• 所以，了解硫在幔源岩浆中的溶解度会有助于理解 岩浆硫化物矿床是如何形成的，并且可以有助于评 价岩体的成矿潜力。可从以下六个方面考虑： 1、FeO + TiO2含量对S溶解度的影响 2 2、富硅的长英质混染物对S溶解度的影响 S 3、压力对于S溶解度的影响 4、fs 、fO2对硫溶解度的影响 5、在层状侵入体形成期间出现的硫化物不混溶 6、温度对于硫溶解度的影响
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八、岩浆通道成矿模式
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• 以Naldrett等人为代表的一些学者认为，形 成世界级岩浆硫化物矿床必需具备六种要 素： 1、富橄榄石岩浆； 2、主要的地壳缝合线； 3、围岩中的硫源; 4、亲铜元素亏损； 5、岩浆与围岩相互作用； 6、岩浆通道。
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九、在成矿机理方面我们与欧美主流派 观点的分歧