戴塔根 ,尹學朗 ,張德賢 ,
(1.中南大學 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室,長沙 410083;2.中南大學 地球科學與信息物理學院,長沙 410083;3.中南大學 資源與安全工程學院 礦業(yè)工程博士后流動站,長沙 410083)
新疆喀拉通克銅鎳多金屬成礦帶是中亞造山帶中部一個重要的Cu-Ni-Au多金屬成礦帶[1-11],在該成礦帶內已發(fā)現(xiàn)有薩爾布拉克金礦、喬夏哈拉銅(鐵)金礦、喀拉通克銅鎳礦、卡拉先格爾銅礦、瑪熱勒鐵金礦、科克薩依金礦、索爾庫都克銅(鉬)礦等礦床和多處礦床點[5-6,9,11-18]??算~鎳礦床位于中亞殼體北東部的阿爾泰地洼區(qū)與準噶爾地洼區(qū)的過渡部位。其北有額爾齊斯北西向深大斷裂,南有烏淪古北西向深大斷裂,東鄰卡依爾特—二臺近南北向大斷裂。該礦床受薩爾布拉克—喀拉通克復式向斜的次級背斜構造和北西向斷裂構造控制[1-3,10,19-23]。按陳國達先生地洼構造理論,本研究區(qū)位于中亞殼體的北東部,以額爾齊斯深大斷裂為界,其北部屬于阿爾泰地洼區(qū)、南為準噶爾地洼區(qū)。板塊學說、多旋回學說認為:本區(qū)位于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準噶爾板塊的結合部位,其北為西伯利亞板塊,其南為哈薩克斯坦-準噶爾板塊。其北有額爾齊斯北西向深大斷裂,南有烏淪古北西向深大斷裂,東鄰卡依爾特-二臺近南北向大斷裂??偠灾?,本區(qū)處于阿爾泰加里東褶皺帶與準噶爾海西褶皺帶的接合部位,總體上屬于海西構造帶,是成礦的有利部位[1-6, 12, 19-20, 22, 24]。
礦區(qū)出露地層主要為中泥盆統(tǒng)蘊都喀拉組(D2y)、下石炭統(tǒng)南明水組(C1n)。其中,南明水組是礦區(qū)含礦巖體的直接圍巖;其下段為礫巖、凝灰質粉砂巖、泥板巖和硅質巖等近濱帶-淺海陸棚-深海相沉積,中、上段為沉火山角礫巖、碎屑沉凝灰?guī)r、含碳質凝灰板巖等濁積扇沉積,夾多層安山巖[25]。其銣鍶同位素全巖初始比值為0.703 78~0.703 83,其全巖等時線年齡為(311±16)Ma[25]。
礦床產于北西向薩爾布拉克-喀拉通克復式向斜東段的次一級褶皺中[23]。礦區(qū)內斷裂構造十分發(fā)育,其中,北西向斷裂為控巖斷裂,使基性巖體呈帶狀沿該斷裂帶分布;北北西向斷裂與北東向和近東西向斷裂一起控制著巖體和礦床的侵位和形成[5,26-28]。
圖1 新疆喀拉通克銅鎳硫化物礦區(qū)地質圖(據(jù)[5-6]修改): 1—沖積物;2—殘、坡積堆積物;3—紅色砂質黏土;4—粉質泥板巖、粉砂巖;5—炭質粗屑凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r;6—晶屑沉凝灰?guī)r、泥板巖;7—砂巖及似層狀大理巖灰?guī)r;8—凝灰質砂巖、板巖、紫色粉砂質泥板頁巖化大理巖;9—巖屑晶屑凝灰?guī)r,安山質角礫熔巖、熔巖集塊巖;10—火山碎屑巖、角礫熔巖;11—安山質角礫熔巖;12—斜長花崗巖類;13—鐵鎂質基性巖及編號;14—閃長巖、閃長玢巖;15—石英斑巖;16—花崗斑巖;17—輝綠巖、輝綠玢巖;18—鈉長斑巖;19—斷層、編號、產狀;20—傾向不明的斷層;21—張性斷層;22—壓性斷層;23—扭性斷層Fig.1 Geological map of Kalatongke Cu-Ni deposit in Xingjian (Modified by Ref [5-6]): 1—Alluvium; 2—Residue and talus; 3—Red sandy clay; 4—Siltstone; 5—Carbonaceous coarse grain tuff and sedimentary tuff; 6—Crystal grain sedimentary tuff and argillite; 7—Sandy bedded marble and limestone; 8—Tuffaceous sandstone, slate and marble; 9—Rocky-crystal-vitric tuff, andesite breccia lava; 10—Volcanic arenite and breccia lava; 11—Andesite breccia lava; 12—Plagiogranite; 13—Ferromagnesis basic rocks and number; 14—Diorite and diorite oorphyrite; 15—Quartz porphyry; 16—Granite porphyry; 17—Diabase and diabase-porphyrite;18—Albite-porphyrite; 19—Fault, number and occurrence; 21—Tension fault; 22—Compression fault; 23—Torsion fault
礦區(qū)內已發(fā)現(xiàn)巖體 10 個,構成一個總體走向310°左右的巖帶。按巖體產出特征和與構造的關系,可分為南北兩個巖帶:南巖帶長4 000 m,寬100 ~300 m ;北巖帶長2 200 m,寬50~250 m ,巖帶中Y1巖體長 695 m ,走向 330°~335°;γ2長 1 440 m 以上、γ3長 1 320 m 以上、γ9長 650 m 走向均為 310 °左右,γ6、γ7、γ8巖體走向 NE30°~45°,與主構造線又有不同的偏離。南巖帶的3 個主要巖體(γ1、γ2、γ3)分異良好、相帶清晰、礦化發(fā)育,隨著巖體基性程度增高而增強。北巖帶的巖體(γ4~γ9)巖體規(guī)模小、分異差、礦化相對較弱。主要含礦巖體由上至下巖體可劃分為黑云母石英閃長巖相、黑云母石英角閃輝長巖相、黑云母角閃蘇長巖相和黑云母角閃橄欖蘇長巖相,各巖相之間均呈漸變過渡關系[29-30]。
喀拉通克銅鎳礦床目前已探明一個大型、兩個中型和4個小型銅鎳礦床,這些礦床均為與喀拉通克基性巖體有關巖漿銅鎳硫化物礦床[25]。以Y1巖體為例,喀拉通克 Y1鎂鐵質巖體己探明為大型銅鎳礦床,巖體礦化普遍,富集成工業(yè)礦體的部分占巖體總體積的40%左右;工業(yè)礦化局僅限于巖體范圍內,且主要分布在海拔1 000~500m標高的巖體中下部,賦存在橄欖蘇長巖相、蘇長巖相及少量橄欖輝綠輝長巖中。
近百件硫同位素樣品的分析結果表明[25,31]:本礦區(qū)礦床的 δ34S 值變化在-3.49×10-3~+3.00×10-3之間,變化范圍很小,平均值為0.229×10-3,具有明顯的塔式分布特征,塔峰在0附近(如圖2所示),其中,塊狀礦石的同位素測定值與標準值之間的千分偏差δ34S 為-1.30×10-3~1.84×10-3,浸染狀礦石的 δ34S 為-2.50×10-3~0.85×10-3,脈狀礦石的 δ34S 為-1.54×10-3~3.00×10-3,圍巖中黃鐵礦的 δ34S 為-7.8×10-3~-3.3×10-3,明顯具有隕石硫特征,說明硫來自地幔,但并不排除地殼硫的加入。巖體的銣鍶同位素也已表明有地殼物質的混入。
圖2 喀拉通克銅鎳礦床δ34S直方圖Fig.2 Histogram of δ34S in Kalatongke Cu-Ni deposit
根據(jù)王潤民[25]和鄒海洋等[5-6]的研究表明,礦石中 12 件黃鐵礦、磁黃鐵礦和黃銅礦樣品的鉛同位素組成如下:浸染狀礦石的206Pb/204Pb為 17.923 ~18.007 ;207Pb/204Pb 為 15.465 ~15.517 ,208Pb/204Pb為 37.582 ~37.813 。塊狀礦石的206Pb/204Pb 為 17.893 ~17.975 ;207Pb/204Pb 為 15.432 ~15.483 ,208Pb/204Pb為37.474 ~37.632 。由分析結果可見,浸染狀礦石、塊狀礦石以及高銅塊狀礦石的鉛同位素組成幾乎無差別,且均落在大洋火山巖鉛的同位素組成范圍內。說明它們的礦石的鉛來源相同,主要來自于地幔和造山帶(如圖3所示),均來源于深源地幔的玄武巖漿。
喀拉通克銅鎳礦床中巖體和礦石的稀土元素化學組成和配分型式分別見表1和圖4~7。由圖4~7可見,巖體和礦石都具有平坦型的配分型式,大部分樣品具有正Tm、負Yb的弱異常和明顯的Lu正異常。同一巖體中的樣品曲線的形狀相近,近于平行,稀土元素含量總量在同一巖體和不同巖體上均有一定的差異,這說明各巖體各相帶巖石是由同一種巖漿經(jīng)結晶分異作用造成的,不同巖體之間仍具有親緣性。而圖7致密塊狀礦石與各巖相樣品在配分型式上有很大差別,這說明致密塊狀礦石不是侵入體分異演化的結果,可能與地幔深熔流體存在一定的關系。
圖3 喀拉通克銅鎳礦床中鉛來源投影Fig.3 Projection of lead source in Kalatongke Cu-Ni deposit
圖4 γ1巖體各巖相帶樣品的稀土配分模式圖Fig.4 REE patterns of various facies in rock mass γ1
圖5 γ2巖體橄欖蘇長巖樣品的稀土配分模式圖Fig.5 REE patterns of hyperite in rock mass γ2
圖6 γ2巖體各巖相帶樣品的稀土配分模式圖Fig.6 REE patterns of various facies in rock mass γ2
圖7 γ1巖體中不同礦石類型樣品的稀土配分模式圖Fig.7 REE patterns of various kinds of ores in rock mass γ1
地球深部富集的大量鐵、銅、鎳等成礦元素,在高溫高壓和強還原環(huán)境中,這些成礦元素與氫形成高活性、高擴散性的金屬氫化物,當?shù)厍虻暮酸_吔绮课话l(fā)生雙相交換作用,地幔和地殼隨之產生深大斷裂構造,這些成礦元素與地幔深部形成的深部巖漿,由于其熱力學狀態(tài)和與上部巖層的密度差異,這種巖漿不斷熔蝕地幔物質,并一起向上侵入,由于環(huán)境壓力逐步降低、氧逸度逐步升高和地幔中新物質的不斷加入,這些處于超臨界狀態(tài)的氣液相的金屬氫化物被氧化為納米級的金屬合金和金屬單質,并迅速與巖漿中呈超臨界狀態(tài)的硫、砷、碲等作用,形成金屬硫化物、砷化物和硫碲化物,與巖漿混熔,形成深部的橄欖拉斑玄武巖漿。
該含礦巖漿體在上侵過程中,會在地殼深部形成一個以上中間巖漿房;由于溫度、壓力較上地幔低,物理化學條件也隨之發(fā)生變化,在約1 100 ℃左右高溫下產生深部熔離作用。熔離出來的硫化物熔體,在重力場效應下,呈“珠球”狀不斷地沉降至巖漿房底部聚集。從而在中間巖漿房內形成底部礦漿、下部富礦巖漿、中部含礦巖漿、上部貧礦硅酸鹽巖漿或無礦硅酸鹽巖漿。
中間巖漿房上部基性程度較低的貧礦硅酸鹽巖漿或無礦硅酸鹽巖漿,在先期構造應力驅使下先侵入,在有利的構造部位形成基本不含工業(yè)意義礦體的中基性巖體。之后,在后期構造應力驅使下,中上部基性程度中等的含礦巖漿先后侵入,分別相繼在西北向構造裂隙系統(tǒng)與北東向次級裂隙的交叉部位就位,形成γ5、γ6、γ7、γ8等巖體,由于壓力、溫度和物理化學條件的變化,產生就地熔離作用,并冷凝結晶固結,在巖體的中下部或底部形成巖漿就地熔離型礦體;之后,巖漿房中下部基性程度相對較高的部分,在構造應力驅使下先后上侵,分別相繼在西北向構造裂隙系統(tǒng)中就位,形成γ3、γ2等巖體和巖漿就地分異形成的底部礦體;再后,巖漿房下部基性程度較高的富礦巖漿,在構造應力驅動下侵入,在序次較上的部位新產生的北北西向構造裂隙中侵位,形成γ1巖體和浸染狀礦體;最后,是底部礦漿侵入,在γ1巖體等再次活動的裂隙中侵位形成致密塊狀特富礦體。這樣在南巖帶,由于各巖體均沿北西和北北西斷裂構造系統(tǒng)侵位分布,故形成了首尾對應的 γ3、γ2、γ1巖體,其侵位高程依次稍升,基性程度依次增加,含礦性也依次加強。而北巖帶各巖體由于受北西向構造裂隙系統(tǒng)和北東向裂隙的聯(lián)合控制,各巖體相對聯(lián)系不那么密切。
在巖漿房內,處于熔融狀態(tài)的含礦性不同巖漿,在構造動力的驅動下,若先后沿不同通道上侵,不同類型的巖漿單獨就位于不同的巖漿室內,經(jīng)就地熔離作用,并冷凝成巖成礦,形成含礦性差別極大的巖體群,即有的巖體不含礦,有的巖體僅賦存有巖漿就地
熔離型稀疏浸染狀礦體;有的巖體既賦存有巖漿就地熔離型稀疏浸染狀礦體,又有深部熔離富礦巖漿形成的稠密浸染狀礦體;有的巖體全巖礦化,有巖漿深部熔離型浸染狀礦體和晚期貫入型致密塊狀特富礦體。
表1 喀拉通克銅鎳礦床各類巖、礦石的稀土元素含量和特征值表Table 1 Trace element concentrations and characteristic values of various wall rocks and ores in Kalatongke Cu-Ni deposit
巖漿冷凝成巖成礦之后,由于晚階段的構造活動,導致巖體內的某些部分或全部的壓力、溫度發(fā)生變化,有外來含硫揮發(fā)性氣液參與滲入,與巖漿氣液混合,交代巖體內的硅酸鹽礦物,使硅酸鹽礦物結晶格架中的鎳、鈷等被釋放出來,形成富含硫化物的氣液。這種富含硫化物的氣液,可在原地富集,疊加在巖漿熔離型浸染狀礦體之中,形成巖漿熔離硫化疊加型礦體或礦床;也可在構造動力的驅動下,離開原地而轉移至巖體內的構造薄弱部位(如不同巖相接觸帶,斷裂破碎帶)富集,形成巖漿熔離硫化疊加型礦體。
礦床生成后,受到東西向和北北東向構造擠壓力的破壞,往往伴有脈巖穿切。經(jīng)后期風化侵蝕,侵位較高的巖體頂部被剝蝕出露地表,發(fā)育形成深度不一的氧化帶和次生富集帶。如γ1巖體就發(fā)育有深約40 m的氧化帶和次生富集帶。
綜合上述研究成果,巖漿型銅鎳硫化物礦床的成巖成礦模式可以稱為“以巖漿深部熔離作用為主導的脈動式”成礦模式,其示意圖如圖5所示。
圖8 喀拉通克銅鎳礦床脈動式成巖成礦模式示意圖Fig.8 Schematic diagram of diagenetic and metallogenic model of Kelatongke Cu-Ni deposit
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