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地化所东天山早二叠岩浆铜镍硫化学物理成矿构造背景斟酌收获新认知—-中科院地球化学商讨所



中亚造山带是世界上最大的显生宙造山带之一,横跨欧亚大陆,也是全球最重要的成矿带之一。地处中亚造山带南缘新疆北部是我国仅次于金川的第二大Ni资源基地,长期以来,新疆北部众多岩浆铜镍硫化物矿床形成的地质背景是颇有争议的地质问题。中国科学院地球化学研究所宋谢炎研究员,带领研究生经多年对新疆黄山-镜儿泉成矿带的细致研究,于2013年在国际知名地学刊物Journal
oftheGeological Society, London发表了题为“Syn-collisional tholeiitic
magmatism induced by asthenosphere upwelling due to slab detachment at
the southern margin of the Central Asian Orogenic
Belt”的文章。该文在对该成矿带多个早二叠世含矿岩体大量的全岩常微量元素和同位素、锆石U-Pb年代学、及铬尖晶石和辉石矿物地球化学研究基础上,结合他人对该成矿带区域构造演化、同时代变质岩及花岗岩的研究结果,并与塔里木大火成岩省早二叠世镁铁-超镁铁岩浆岩进行了对比,提出黄山-镜儿泉成矿带的形成是康古尔-雅满苏岛弧与中天山陆块碰撞过程中,由于俯冲板片失速-线状断裂导致软流圈从狭长的“板片窗”上涌的结果。上涌的软流圈不仅发生了其本身的减压部分熔融,还使上覆交代地幔发生部分熔融,形成的拉斑玄武岩浆上升进入地壳形成了长达500余公里的黄山-镜儿泉成矿带上若干含矿岩体。该观点阐明了在同碰撞背景下,经过特殊的地质过程也可以形成大规模的岩浆铜镍硫化物成矿作用,进一步加深了我们对这类矿床成因的认识。

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-
硫化物矿床,镍总储量约为>150万吨,铜总储量约为>120万吨,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-
硫化物成矿作用提供了非常宝贵的对象。

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图1 a) 中亚造山带 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,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。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- 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

储量 @ 平均品位

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

欧洲杯买球规则竞猜网站 ,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- 硫化物含矿岩体的锆石U-Pb年龄为~357
Ma,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,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-
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
的特征,显示强烈的Nb
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值,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,与洋壳俯冲或碰撞造山后伸展俯冲板片拆离、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-
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-
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.

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