毛亞晶　秦克章　唐冬梅　薛勝超2,　馮宏業(yè)　田野

1. 中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 新疆礦產(chǎn)資源研究中心, 烏魯木齊　8300112. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京　1000493. 中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 北京　1000294. 河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院地質(zhì)系，唐山　063009

位于黃山-鏡兒泉鎂鐵-超鎂鐵巖帶西段的黃山銅鎳礦田(包括黃山、黃山東、香山、黃山南礦床)，是北疆最重要的鎳礦產(chǎn)地。礦田內(nèi)各巖體都是多期巖漿侵位形成的雜巖體，且黃山東和香山銅鎳礦床存在多期成礦作用。本文選取黃山大型隱伏銅鎳礦床進(jìn)行詳細(xì)解剖，在此基礎(chǔ)上探討東天山地區(qū)多期成巖成礦作用及其勘查意義。黃山礦山開采揭露最新地質(zhì)現(xiàn)象系統(tǒng)觀察，不同巖相中橄欖石、輝石(粒徑、成分)的垂向和平面剖面變化表明黃山銅鎳礦床由多期巖漿侵位形成，且第三期次為主要成礦期。第三期次巖相主要由角閃二輝橄輝巖、角閃方輝橄輝巖和角閃橄欖巖組成。角閃二輝橄輝巖底部的橄欖石核部和邊部具有明顯的成分差異，其橄欖石的邊部相對(duì)于核部Fo值和Ni含量升高，由于橄欖石結(jié)晶過程中與晶間硫化物發(fā)生Fe-Ni的交換反應(yīng)所致。第三期次的角閃方輝橄輝巖和角閃橄欖巖巖相中橄欖石的Fo值與角閃二輝橄輝巖中橄欖石Fo值相近，但Ni含量(500×10-6～2050×10-6)高于第二侵入期次角閃二輝橄輝巖中的Ni含量(160×10-6～1000×10-6)，橄欖石和硫化物熔體的Fe-Ni交換反應(yīng)或者不同的母巖漿性質(zhì)是橄欖石Ni含量不同的主要原因。黃山巖體的斜方輝石都為古銅輝石，第三期次巖體角閃方輝橄輝巖和角閃橄欖巖中含有粗粒的古銅輝石，其最大粒徑(4～8mm)大于角閃二輝橄輝巖中古銅輝石(2～4mm)。單顆粒古銅輝石的Mg#值、CaO及Cr2O3含量從核部到邊部有多次重復(fù)變化，反映巖漿成分存在多次變化。第三期次單斜輝石包裹的橄欖石的邊部比核部具有更高的Ni含量(Fo值相似)，結(jié)合Cu、Ni、Co等元素的垂直剖面變化，本文提出新鮮巖漿補(bǔ)給是黃山主礦體(30號(hào)礦體)硫化物富集的重要控制因素。多次巖漿的補(bǔ)給暗示黃山為巖漿通道成礦系統(tǒng)。巖體變寬、局部膨大及巖體產(chǎn)狀改變部位是硫化物有利的聚集部位。東天山黃山-鏡兒泉地區(qū)銅鎳礦床勘查過程中往往以超基性巖相為主要評(píng)價(jià)對(duì)象，根據(jù)黃山礦田其他巖體的巖石組合與礦化巖相分析，本文認(rèn)為該區(qū)銅鎳礦勘查過程中也要重視基性巖相(輝長巖、蘇長巖、橄欖輝長巖等)的成礦潛力，對(duì)多期次巖漿作用及相對(duì)應(yīng)的成礦作用應(yīng)給予重視。

橄欖石；斜方輝石；多期次巖漿作用；多期成礦作用；黃山銅鎳礦床；東天山

1　引言

近年研究表明，與溢流玄武巖相關(guān)的侵入體(例如，峨眉山力馬河巖體)以及東天山鎂鐵-超鎂鐵雜巖體往往由多期次(階段)巖漿活動(dòng)形成(Taoetal.，2008；肖慶華等，2010；李德東等，2012；盧鴻飛等，2012；秦克章等，2012；Maoetal.，2014)，銅鎳礦體賦存于其中一期或者多期巖相中。黃山礦田包括黃山、黃山東、香山和黃山南四個(gè)銅鎳礦床，其礦體賦存在多期次巖漿侵入形成的雜巖體中(王潤民等，1987；李德惠等，1989*李德惠, 周守沄, 殷定泰. 1989. 黃山銅鎳成礦帶地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)綜合研究及找礦靶區(qū)優(yōu)選報(bào)告. 新疆305 項(xiàng)目組報(bào)告: 1-418)。

前人對(duì)黃山礦田進(jìn)行了大量的研究，得到礦田的成巖年齡為274～285Ma(韓寶福等，2004；秦克章，2000；肖慶華等，2010；Qinetal.，2011；李德東等，2012)；母巖漿為高鎂玄武質(zhì)巖漿(Zhouetal.，2004；肖慶華等，2010；鄧宇峰等，2011a，b，2012)，且源區(qū)受到俯沖物質(zhì)改造(王玉往等，2004；夏明哲等，2010；Suetal.，2012；鄧宇峰等，2012)。地球化學(xué)特征表明分離結(jié)晶作用和富硅質(zhì)地殼的同化混染作用導(dǎo)致母巖漿發(fā)生硫飽和(錢壯志等，2009；胡沛青等，2010；夏明哲等，2010；鄧宇峰等，2012)。黃山及新疆北部大部分銅鎳礦床的硫同位素在零值附近，巖石地球化學(xué)特征顯示強(qiáng)的分離結(jié)晶趨勢，很多學(xué)者(Zhouetal.，2004；柴鳳梅，2006；孫濤，2009；鄧宇峰等，2011a)認(rèn)為巖漿中并沒有大量地殼硫的加入，長英質(zhì)地殼混染、結(jié)晶分異作用可能是硫飽和的主要因素。Zhangetal.(2011)認(rèn)為圍巖硫同位素組成與地幔值相近，因此硫同位素?zé)o法限定東天山地區(qū)地殼硫的混染情況。Tangetal.(2012)提出東天山地區(qū)下地殼和上地殼兩階段混染是該地區(qū)銅鎳礦形成的主要控制因素。Zhouetal.(2004)通過進(jìn)一步巖石學(xué)研究，認(rèn)為黃山巖體為似層狀巖體，由單次巖漿結(jié)晶分異形成，巖漿侵位后發(fā)生就地結(jié)晶分異作用并促使硫化物飽和。Zhangetal.(2011)對(duì)巖漿結(jié)晶過程模擬得出黃山巖體橄輝巖相可以通過結(jié)晶分異作用達(dá)到硫飽和，但是橄欖巖相需要經(jīng)歷地殼混染及地殼硫的加入才能達(dá)到硫飽和，質(zhì)量平衡計(jì)算還指示黃山為通道系統(tǒng)。

圖1　北疆地質(zhì)簡圖(a)-中亞造山帶及東天山的位置圖(構(gòu)造單元據(jù)Jahn et al.，2004；Xiao et al.，2009; Tang et al.，2011)；(b)-新疆北部構(gòu)造地質(zhì)及銅鎳礦床分布略圖(據(jù)Qin et al.，2003a修改補(bǔ)充)Fig.1　Geological sketch of North Xinjiang(a)-tectonic units and location of Central Asian Orogenic Belt and eastern Tianshan (after Jahn et al., 2004; Xiao et al., 2009; Tang et al., 2011); (b)-tectonic units and distribution of magmatic Ni-Cu deposits of northern Xinjiang (modified after Qin et al., 2003a)

綜上所述，前人對(duì)黃山巖體的巖石成因、地球化學(xué)特征等方面已進(jìn)行大量的研究并取得了諸多成果，但是黃山礦床多期就位過程、巖漿硫飽和機(jī)制、硫化物富集控制因素仍存在爭議。受國際鎳價(jià)影響，黃山礦區(qū)的基建和開采工作在近年才展開。礦體在水平、垂直剖面上的變化研究較為薄弱。本文通過黃山礦床不同侵位期次、不同巖相中橄欖石、輝石礦物的粒徑、成分特征在剖面上的系統(tǒng)變化，不同產(chǎn)狀橄欖石及單顆粒橄欖石核部和邊部的成分差異，及單顆粒輝石剖面成分變化研究，探討黃山巖體的侵位機(jī)制、硫飽和機(jī)制及硫化物的富集過程。在此基礎(chǔ)上，對(duì)比東天山地區(qū)同時(shí)代的銅鎳礦床，探討東天山地區(qū)巖漿銅鎳礦床的找礦問題。

2　新疆東天山區(qū)域地質(zhì)背景

北疆位于中亞造山帶南緣，為造山帶背景(圖1a)，不同于大多數(shù)巖漿型銅鎳硫化物礦床產(chǎn)出在克拉通內(nèi)部或者邊緣的地質(zhì)背景(Naldrett，2010；Beggetal.，2010；Maier and Groves，2011)。北疆一系列晚古生代鎂鐵-超鎂鐵巖體主要分布在阿爾泰南緣、東天山鎂鐵巖帶、中天山鎂鐵巖帶及北山超鎂鐵巖帶等(圖1b)。東天山銅鎳礦伴有近同期造山型金礦(陳文等，2007)，且明顯晚于晚古生代(泥盆紀(jì)-石炭紀(jì))島弧環(huán)境下的富金斑巖銅礦(Qinetal.，2002a，2003a; 秦克章等2002b，2003b；孫赫等，2007)，與韌性剪切帶緊密相伴，產(chǎn)出環(huán)境不同于全球其它經(jīng)典的巖漿銅鎳礦床，是一類產(chǎn)于獨(dú)特背景下且具有特殊意義的重要礦床。

東天山指烏魯木齊-庫爾勒公路以東，博格達(dá)山以南的天山地區(qū)(圖2)。地質(zhì)構(gòu)造單元主要有北天山晚古生代造山帶(亦稱覺羅塔格構(gòu)造帶)、中天山地塊、北山褶皺帶。黃山-鏡兒泉鎂鐵-超鎂鐵巖帶位于東天山東段，處于塔里木板塊東北邊緣和準(zhǔn)噶爾板塊南緣兩大構(gòu)造單元的接合部位，總體北東東向展布，長約200km，寬約8～30km。巖體分布受康古爾塔格-黃山深斷裂及其次級(jí)斷裂控制。黃山-鏡兒泉地區(qū)分布有土墩、二紅洼、香山、黃山、黃山東、葫蘆、串珠、馬蹄、圖拉爾根、圪塔山口等20余個(gè)鎂鐵-超鎂鐵巖體，它們侵位于下石炭統(tǒng)雅滿蘇組、中石炭統(tǒng)梧桐窩子組或泥盆系頭蘇泉組地層中，與圍巖呈侵入接觸關(guān)系。巖體與圍巖接觸帶附近，地層常受熱變質(zhì)而形成角巖。各巖體規(guī)模不等，地表出露面積最大十余平方千米，最小露頭僅數(shù)十平方米。其中多數(shù)已證實(shí)為含銅鎳礦的巖體，代表性礦床有葫蘆、香山中型銅鎳礦床，黃山、黃山東和圖拉爾根大型銅鎳礦床等。黃山礦田是東天山地區(qū)最大的銅鎳礦富集區(qū)。

東天山-北山地區(qū)的鎂鐵-超鎂鐵巖體產(chǎn)出的構(gòu)造環(huán)境尚存在爭議。該系列鎂鐵-超鎂鐵巖體的構(gòu)造背景目前的爭論焦點(diǎn)主要有：二疊紀(jì)地幔柱背景(Zhouetal.，2004；毛景文等，2006；Maoetal.，2008；Pirajnoetal.，2008)，后碰撞演化的產(chǎn)物(柴鳳梅，2006；王京彬和徐新2006；王京彬等，2008；鄧宇峰等，2011a)，俯沖相關(guān)的Alaskan型巖體(Xiaoetal.，2004，2010；毛啟貴等，2006；Hanetal.，2010)，以及“slab-window”板片窗模式(Lietal.，2012)。最新研究提出東天山-北山地區(qū)早二疊世鎂鐵-超鎂鐵巖體為早二疊世地幔柱與造山帶的疊置的產(chǎn)物(Qinetal.，2011；Suetal.，2011)。

圖2　東天山大地構(gòu)造單元及二疊紀(jì)巖漿銅鎳礦床分布(據(jù)秦克章等，2002b補(bǔ)充修改)Fig.2　Geological sketch of tectonic units of the eastern Tianshan area and locations of the Permian Ni-Cu sulfide deposits (modified after Qin et al., 2002b)

3　黃山礦床地質(zhì)

黃山礦區(qū)的地層主要為中石炭統(tǒng)干墩組(C2g)的最上部，地層走向近東西?？拷鼛r體的地層局部經(jīng)歷矽卡巖化交代作用和角巖化熱變質(zhì)作用。礦區(qū)構(gòu)造以北東向和東西向?yàn)橹?，東西向構(gòu)造貫穿礦區(qū)，北西向次級(jí)構(gòu)造切過東西向構(gòu)造和巖體。巖體和地層的接觸帶往往為破碎蝕變帶，巖體普遍經(jīng)歷強(qiáng)蛇紋石化、透閃石化和滑石化等蝕變作用。

黃山礦區(qū)主要出露的鎂鐵-超鎂鐵巖體有I、II、III三個(gè)巖體(圖3a)。I、II號(hào)巖體為基性-超基性雜巖體，地表出露巖相為輝長巖-輝長蘇長巖-二輝輝石巖組合。I號(hào)巖體近東西向展布，平面上似鐮刀狀或蝌蚪狀(圖3a)，剖面上呈巖盆狀(縱剖面圖見李德惠等，1989；Zhouetal.，2004；傅飄兒，2009；Zhangetal.，2011)，東西長約3.95km，西部最寬840m，向東逐漸變窄，面積約1.39km2。巖體向東翹起，西部最深，1500m鉆孔未穿過巖體。巖體中部及東部北界南傾，南界北傾，傾角50°～70°。巖體西部116～124線位置，巖體淺部南傾，深部500m左右向北反傾，傾角較陡(80°左右)(圖3b)。II號(hào)巖體分布在I號(hào)巖體東邊，呈北東東向分布，長約1.8km，最大出露寬度130～170m，最小20～30m。III號(hào)巖體為閃長巖，位于礦區(qū)東南部，呈近東西向分布，東西長約590m，最大寬度60m。I號(hào)巖體為主要的含礦巖體，礦體隱伏于I號(hào)巖體的西端(圖3a)。

3.1　侵入期次及主要巖相

黃山巖體由多期次巖漿侵入形成，有的學(xué)者將其劃分為三個(gè)侵入期次(李德惠等，1989；Zhouetal.，2004)。Sr-Nd-Pb同位素特征(Zhouetal.，2004；夏明哲等；2010；Zhangetal.，2011；鄧宇峰等，2011a)表明黃山巖體的各巖相為同源不同期次侵入的產(chǎn)物。

第一侵入期的主體巖相包括孤立分布的斜長角閃橄欖巖和巖體西邊的輝長巖。斜長角閃橄欖巖邊部為橄長巖，呈不規(guī)則彎鉤狀分布于第二侵入期次的蘇長巖相中(圖3a)。鉆孔揭示斜長角閃橄欖巖向下延伸僅20～75m。斜長角閃橄欖巖(圖4a)主要礦物為橄欖石、角閃石、斜長石和少量輝石，副礦物有尖晶石、磁鐵礦、鉻鐵礦和硫化物。巖石遭受強(qiáng)烈蛇紋石化、透閃石化、綠泥石化、碳酸鹽化。橄欖石和斜方輝石主要為渾圓狀，角閃石和斜長石為他形填隙狀，橄欖石約占60%～80%，角閃石約占10%～15%，斜長石5%～10%，輝石約占5%，其他礦物共<5%。輝長巖體分布于I號(hào)巖體中部-西部主巖體外緣，由西向東出露寬度逐漸減小，最寬部位在巖體西端，可達(dá)250m。122線鉆孔在1506m深度仍未穿過該期巖體。輝長巖(圖4b)含斜長石50%～60%，單斜輝石30%～40%，單斜輝石強(qiáng)纖閃石化，部分顆粒有新鮮輝石核部殘留，角閃石5%左右，黑云母3%～5%，磁鐵礦-鈦鐵礦1%～2%。Zhangetal.(2011)在I號(hào)巖體西南端鉆孔樣品中發(fā)現(xiàn)該巖相含5%橄欖石并且含有大量的斜方輝石。

第二侵入期次主要巖石類型有閃長巖、角閃輝長巖、角閃輝長蘇長巖。閃長巖、輝長巖和輝長蘇長巖之間為漸變過渡關(guān)系。角閃輝長巖(圖4c)主要含有單斜輝石、斜長石和角閃石，少量的黑云母和磁鐵礦以及鈦鐵礦，斜長石約占50%～60%，單斜輝石約占30%～40%，角閃石含量低于第一期次角閃橄欖巖相，約占5%，其他礦物約占1～2%。

第三侵入期巖相為I號(hào)巖體的主體巖相(圖3a)，地表出露角閃二輝輝石巖、角閃二輝橄輝巖。第三期次超基性巖相與第二期次基性巖相的接觸界線較為截然，接觸帶發(fā)育橄長巖過渡帶。Zhouetal.(2004)和Zhangetal.(2011)在前人(李德惠等，1989)基礎(chǔ)上對(duì)第二侵入期次巖相的接觸關(guān)系及巖石學(xué)特征進(jìn)行了詳細(xì)的描述。第三期次角閃二輝橄輝巖(圖4d)的主要礦物為單斜輝石、斜方輝石、橄欖石、角閃石，還有少量的尖晶石、硫化物、金云母、磁鐵礦和磷灰石，單斜輝石約占30%～40%，斜方輝石約占15%～30%，橄欖石占20%～40%，角閃石約占10%，其他礦物1%～2%，該巖相橄欖石含量超過40%為角閃二輝橄欖巖。角閃二輝橄輝巖在鉆孔ZK06-18和鉆孔ZK06-04中主要造巖礦物百分含量較為穩(wěn)定。第三侵入期次的角閃橄欖巖，角閃方輝橄輝巖等含礦巖相隱伏于巖體南側(cè)(勘探線114～126)，走向近北東東，傾向正北，呈單斜似層狀透鏡體(圖3b)。主含礦巖相距地表最淺埋深約270m，向東至122線埋深增加至400m。該巖相傾向方向延伸較大，在118線達(dá)1200m，最大厚度約230m。角閃方輝橄輝巖(圖4e)中斜方輝石約占40%，橄欖石占20%～40%，角閃石占10%～15%，單斜輝石小于10%，金云母占1%，硫化物占2%～14%。鏡下統(tǒng)計(jì)該巖相斜方輝石的最大顆粒粒徑為0.n mm～8mm左右， 大于角閃

圖3黃山礦區(qū)地質(zhì)圖

(a)-黃山礦區(qū)地質(zhì)平面圖；(b)-116～124線礦體聯(lián)合剖面圖(據(jù)新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)，1992*新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì).1992.新疆哈密黃山銅鎳礦詳查地質(zhì)報(bào)告)

Fig.3Geological map of the Huangshan Ni-Cu magmatic sulfide deposit

(a)-plan view of Huangshan Ni-Cu sulfide deposit; (b)-cross-sections from exploration line 116 to 124

圖4　黃山巖體部分巖相鏡下特征(a)-第一期次斜長角閃橄欖巖，斜長石和角閃石包橄結(jié)構(gòu)；(b)-第一期次輝長巖，單斜輝石纖閃石化強(qiáng)烈，斜長石較新鮮，含有少量黑云母和磁鐵礦；(c)-第二期次角閃輝長巖，單斜輝石為主，單斜輝石和斜長石共結(jié)結(jié)構(gòu)；(d)-第三期次角閃二輝橄輝巖，單斜輝石、斜方輝石和橄欖石共生結(jié)構(gòu)，包橄結(jié)構(gòu)較少，角閃石呈細(xì)粒填隙狀；(e)-第三期次角閃方輝橄輝巖；(f)-第三期次角閃橄欖巖，部分橄欖石邊部蛇紋石化，含有一定量的絹云母；(g、h)-ZK06-18鉆孔第三期次角閃二輝橄輝巖(491.6m)和角閃方輝橄輝巖(901m)中單顆粒斜方輝石的剖面分析位置. (a、c-f)為正交偏光;(b)為單偏光;(g、h)為背散射照片.Bt-黑云母;Cpx-單斜輝石;Hb-角閃石;Mt-磁鐵礦;Ol-橄欖石;Opx-斜方輝石;Phl-金云母;Urt-纖閃石;A-E為剖面的點(diǎn)位Fig.4　Microphotographs of the major lithofacies from the Huangshan intrusion(a)-plagioclase hornblende peridotite of phase I, transmitted light (+); (b)-gabbro of phase I, transmitted light (-); (c)-hornblende gabbro of phase II, transmitted light (+); (d)-olivine websterite of phase III, transmitted light (+); (e)-hornblende olivine orthopyroxenite of phase III, transmitted light (+); (f)-hornblende peridotite of phase III, transmitted light (+); (g, h)-back-scattered electron images for orthopyroxene of Phase III. Bt-biotite; Cpx-clinopyroxene; Hb-hornblende; Mt-magnetite; Ol-olvine; Opx-orthopyroxene; Phl-phlogopite; Urt-uralite. A-E: EMPA locations

圖5　黃山礦區(qū)118線450中段橄欖石、斜方輝石含量及粒徑變化剖面圖Fig.5　Concentration and grain size variation of olivine and orthopyroxene at 450m level of exploration line 118 of the Huangshan intrusion

二輝橄輝巖中斜方輝石的粒徑。角閃橄欖巖(圖4f)中橄欖石占60%～80%，角閃石占10%～20%，斜方輝石占5%～15%，單斜輝石小于5%，金云母占1%，硫化物約占2%～14%。角閃橄欖巖和角閃方輝橄輝巖中輝石以斜方輝石為主，單斜輝石較少，金云母含量較高，斜方輝石粒徑較粗。角閃橄欖巖在水平剖面(圖5)上分布在角閃方輝橄輝巖的上盤，兩者呈漸變過渡關(guān)系，部分地段接觸界線較為截然。

3.2　礦體特征

黃山礦區(qū)的礦體總體以規(guī)模大、品位中等、礦化比較均勻?yàn)樘卣鳎c喀拉通克(Song and Li，2009)、香山、黃山東(王潤民等，1987；丁奎首等，2007； Maoetal.，2008；肖慶華，2010)、圖拉爾根等礦區(qū)(丁奎首等，2007；三金柱等，2007)略有差異(秦克章等，2012)。

黃山銅鎳礦床共有大小礦體91個(gè)，均為隱伏礦。按礦體規(guī)模分為大型礦體1個(gè)(30號(hào))、中型礦體4個(gè)(31號(hào)、32號(hào)、33號(hào)和44號(hào))，其余均為小型礦體。新疆地礦局第六地質(zhì)大隊(duì)(新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司，2008*新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司-新疆地礦局第六地質(zhì)大隊(duì)編寫.2008.新疆哈密市黃山銅鎳礦補(bǔ)充祥查報(bào)告)將其劃分為深部熔離-貫入型礦體、就地熔離型礦體、熔蝕改造型礦體和后期熱液疊加-貫入型礦體。

30號(hào)礦體(包括30-2)是全礦區(qū)最大的礦體，其儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的76.03%，31號(hào)礦體是黃山礦區(qū)中型礦體中規(guī)模最大的礦體，其儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的12.49%(新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)，1992)，兩者都賦存在第三期次巖相的底部或靠近底部位置(圖3b)。32號(hào)礦體位于I號(hào)巖體西南部121線和127線之間，賦存在細(xì)碧玢巖與巖體之間的逆斷層帶。32號(hào)礦體賦礦巖石強(qiáng)烈蝕變(綠泥滑石巖)，向南傾斜，傾角中等，礦體長300m，平均寬度19.6m，平均厚度4.21m，鎳平均品位0.55%。44號(hào)礦體位于122線南部角閃二輝橄欖巖相底部，礦體呈似層狀，傾向345°，傾角55°，長150m，寬280m，厚度1.74～11.19m，平均厚6.98m，埋深429.5～27.5m，由貧礦石組成，平均品位Ni：0.35%，Cu：0.24%，Co：0.026%。30號(hào)和31號(hào)礦體的賦礦巖相為角閃橄欖巖和角閃方輝橄輝巖(圖4e，f)。30號(hào)和31號(hào)礦體的主要礦石類型有中等浸染狀、稀疏浸染狀，還有少量斑雜狀和稠密浸染狀。淺部綠泥滑石巖中的礦化以網(wǎng)脈狀、細(xì)脈狀和斑雜狀為主，是原來浸染狀礦化受構(gòu)造變形和蝕變作用改造的產(chǎn)物，塊狀礦及富礦比例較低。各侵入期次的主要礦石類型見表1。

4　樣品采集及分析方法

本文選擇黃山礦區(qū)120勘探線(礦體厚大部位)兩個(gè)鉆孔(ZK06-04，ZK06-18)和118線450中段進(jìn)行系統(tǒng)剖面采樣，采樣位置見圖3a，b和圖5。ZK06-18為2006年黃山礦區(qū)補(bǔ)充勘探工作時(shí)施工的鉆孔，巖芯保存較為完整。450中段在2012年竣工。在細(xì)致的野外觀察基礎(chǔ)上，首先對(duì)巖石樣品進(jìn)行鏡下觀察，統(tǒng)計(jì)主要造巖礦物(斜方輝石、橄欖石)的最大粒徑、最小粒徑，并估算平均粒徑。鏡下鑒定后選擇較為新鮮的樣品進(jìn)行礦物主量元素分析。第三期次角閃二輝橄輝巖的采樣間距平均為100m，第三期次角閃橄欖巖和角閃方輝橄輝巖巖相的平均采樣間距為50m，在巖相變化部位進(jìn)行樣品加密。

4.1　礦物粒徑統(tǒng)計(jì)

礦物的粒徑統(tǒng)計(jì)在ZEISS顯微鏡下完成，選擇多個(gè)視域測量礦物的最大和最小粒徑，并根據(jù)視域內(nèi)不同顆粒大小礦物所占比例，估計(jì)各礦物的平均顆粒范圍。最小礦物顆粒的測定由于顆粒太小不易區(qū)分礦物類型，存在一定的誤差。平均顆粒大小存在主觀選擇性，有一定誤差。但是最大顆粒代表薄片中該礦物的最大顆粒，最具參考價(jià)值，由于薄片只是巖石的小部分截面，該值代表巖石中最大粒徑的下限。

表1黃山各侵入期次主要礦石類型(據(jù)新疆地礦局第六地質(zhì)大隊(duì)，1992略有補(bǔ)充)

Table 1Ore types in different intrusive stages of the Huangshan intrusion

侵入期次礦石類型見礦視厚度合計(jì)(m)平均品位(wt%)累計(jì)硫化鎳表外礦硫化鎳貧礦硫化鎳富礦CuCoNi第一期次斜長橄欖巖型礦石6.866.860.060.0180.24第一期次輝長巖型礦石203.3694.8685.0224.240.370.0190.50第三期次二輝輝石巖型礦石47.612.8541.613.150.510.0240.70二輝橄輝巖型礦石62.008.1453.860.310.0340.46二輝橄欖巖型礦石50.5611.6432.306.620.240.0290.41二輝輝橄巖型礦石11.915.086.830.170.0180.30綠泥-滑石巖型礦石113.9920.9771.3421.680.330.0330.61第三期次純橄欖巖型礦石19.1710.428.750.220.0250.32方輝輝橄巖型礦石1178.09104.071060.1513.870.280.0280.42方輝橄欖巖型礦石1118.82105.11992.2421.450.290.0310.51方輝輝石巖型礦石267.0435.84115.35115.850.500.0420.82綠泥-滑石巖型礦石114.131.6993.7018.740.470.0270.64

4.2　主要造巖礦物主量元素分析

礦物的主量元素分析在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的電子探針JXA8100和CAMECA SX51上完成，其工作電壓為15kV，電流20nA，束斑大小為3～5μm。使用的標(biāo)準(zhǔn)樣品為天然樣品和人工合成氧化物，分析精確度優(yōu)于2.0%。

圖6　黃山第二、第三侵入期次斜方輝石的En-Fs-Wo判別圖灰色數(shù)據(jù)點(diǎn)為未發(fā)表黃山東巖體中的斜方輝石Fig.6　En-Fs-Wo diagram of phase II and phase III orthopyroxenes in the Huangshan intrusionGray scale is unpublished data from the Huangshandong intrusion

5　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.1　橄欖石、斜方輝石礦物成分

橄欖石的電子探針分析結(jié)果(表2)表明黃山橄欖石的Fo值在75.1和85.9變化，平均值為83.6，屬于貴橄欖石。大部分橄欖石的Fo值集中在80～85之間，部分橄欖石邊部的Fo值小于80，過低的Fo值可能與后期熱液蝕變作用有關(guān)。各巖相橄欖石的CaO含量小于0.4%，平均值為0.06%，MnO含量為0.2%～0.4%，平均值為0.24%，Cr2O3含量平均值為0.02%，SiO2含量基本一致(38.3%～40.3%)，Ni含量平均為685×10-6。第三期次角閃二輝橄輝巖中橄欖石Fo值和Ni含量變化比較小，第三期次其它巖相的橄欖石Ni含量變化較大，斜方輝石包裹的橄欖石Ni含量高者達(dá)2000×10-6，平均值為1700×10-6左右。

斜方輝石主量元素含量見表3。輝石的En-Fs-Wo圖解(圖6)表明黃山的斜方輝石都為古銅輝石，第二侵入期次角閃輝長巖中斜方輝石En值低于第三期次角閃二輝橄輝巖和第三期次角閃橄欖巖、角閃方輝橄輝巖中斜方輝石的En值，角閃二輝橄輝巖和角閃方輝橄輝巖中的斜方輝石在輝石的En-Fs-Wo圖解中基本重合(圖6)。斜方輝石的En和Fs值與黃山東巖體的斜方輝石類似，En值略高于黃山東的金云橄欖輝石巖和斜長角閃橄輝巖，反映黃山的母巖漿基性程度高于黃山東。角閃輝長巖中的斜方輝石SiO2含量在53.3%～54.0%之間，平均值為53.6%，MgO含量為26.7%～27.3%，平均值為26.8%，CaO含量為0.80%～1.41%，平均值為1.02%；Al2O3含量為0.92%～1.08%，平均值為0.97%，Cr2O3含量為0.11%～0.18%，平均值為0.14%，MnO含量為0.28%～0.41%，平均值為0.37%，TiO2含量為0.22%～0.39%，平均值為0.31%。角閃二輝橄輝巖和角閃方輝橄輝巖、 角閃橄欖巖中的斜方輝石SiO2含量為53.2%～56.3%，平均值為54.5%，MgO含量為29.6%～32.1%，平均值為30.9%，CaO含量為0.72%～2.26%，平均值為1.41%，Al2O3含量為1.2%～3.06%，平均值為2.29%，Cr2O3含量為0.07%～0.66%，平均值為0.42%，MnO含量為0.15%～0.30%，平均值為0.22%，TiO2含量為0.01%～0.32%，平均值為0.18%。角閃方輝橄輝巖和角閃橄欖巖中斜方輝石的Ni含量(平均412×10-6)高于角閃二輝橄輝巖(平均308×10-6)和角閃輝長巖(263×10-6)。超基性巖相的斜方輝石中比角閃輝長巖的斜方輝石富MgO、Al2O3、Cr2O3、CaO和Ni，貧FeO和TiO2。

表2黃山巖體第三期次巖相中橄欖石的成分

Table 2Olivine composition in the phase III lithofacies of the Huangshan intrusion

測點(diǎn)號(hào)巖石名稱產(chǎn)狀分析點(diǎn)位點(diǎn)數(shù)SiO2MgOFeOMnOCaONiOTotalFoNi(wt%)(mole%)(×10-6)06-18-80角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié) 939.544.516.10.240.070.06100.483.247806-18-159.1角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié)839.544.916.00.250.080.05100.783.441206-18-159.1角閃二輝橄輝巖被硫化物包圍239.845.615.20.260.050.05100.984.237706-18-240.1角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié)1039.344.815.70.240.050.05100.183.642006-18-354.3角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié)239.344.915.50.220.070.10100.183.877406-18-354.3角閃二輝橄輝巖被硫化物包圍1239.645.314.90.260.040.06100.284.447706-18-491.6角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié)939.444.715.80.230.070.05100.183.541606-18-569角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié)核部539.845.414.90.240.070.09100.584.468206-18-569角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié)邊部639.745.215.00.220.050.06100.284.444306-18-569角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié)核部338.843.916.00.240.070.0899.1083.060806-18-569角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié)邊部339.144.216.00.230.100.0699.7083.246606-18-682.5角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié)核部339.244.315.90.240.080.0799.8083.351606-18-682.5角閃二輝橄輝巖與輝石共結(jié)邊部339.244.516.00.230.050.04100.083.235106-18-901角閃方輝橄輝巖被斜方輝石包圍639.243.017.60.270.070.22100.381.3174806-18-901角閃方輝橄輝巖與輝石共結(jié)439.344.016.00.260.020.2299.7083.1172106-18-944.3角閃方輝橄輝巖與輝石共結(jié)核部539.343.317.10.250.140.08100.281.963206-18-944.3角閃方輝橄輝巖與輝石共結(jié)邊部539.243.317.40.250.040.10100.281.679206-18-780.9角閃橄欖巖與輝石共結(jié)核部439.645.515.10.220.080.07100.584.356806-18-780.9角閃橄欖巖與輝石共結(jié)邊部439.544.815.70.260.050.06100.383.549306-18-780.9角閃橄欖巖被硫化物包圍439.745.514.80.230.040.06100.384.548706-18-866.4角閃橄欖巖被硫化物包圍639.745.514.80.210.050.09100.384.673906-18-866.4角閃橄欖巖與輝石共結(jié)839.645.015.50.240.030.07100.583.853806-18-871.4角閃橄欖巖與輝石共結(jié)核部639.245.314.60.220.040.0699.4084.750706-18-871.4角閃橄欖巖與輝石共結(jié)邊部639.445.114.90.240.050.0999.7084.467106-18-883.1角閃橄欖巖被斜方輝石包圍339.745.014.60.230.030.2199.7084.6163206-18-883.1角閃橄欖巖被單斜輝石包圍439.745.614.40.210.060.18100.184.9139706-18-1011.5角閃橄欖巖與輝石共結(jié)439.645.714.30.230.040.12100.085.192706-18-1011.5角閃橄欖巖被硫化物包圍1039.845.914.30.230.030.10100.485.177006-18-1038.3角閃橄欖巖與輝石共結(jié)438.841.319.60.310.080.09100.279.072306-18-1038.3角閃橄欖巖被單斜輝石包圍 539.143.416.60.260.070.1099.5082.3770

不同巖相中斜方輝石成分的剖面分析(輝石形態(tài)見圖4g, h)表明輝石的成分由邊部到核部再到邊部有多期重復(fù)性變化的特征，數(shù)據(jù)見表3。第三期次角閃二輝橄輝巖的斜方輝石(ZK06-18中491.6m深度的樣品)由中心到邊部的Mg#值先升高，后降低，CaO含量和Cr2O3的含量也存在升高和降低的過程(圖7)，分離結(jié)晶作用難以解釋。第三期次的斜方輝石(ZK06-18中901m深度的樣品)的Mg#值、CaO和Cr2O3含量由中心到邊部存在先升高后降低，再升高、再降低的變化。單顆粒斜方輝石成分變化的主要控制因素為：(1)輝石結(jié)晶過程中巖漿成分發(fā)生變化，(2)輝石結(jié)晶后與殘余熔體進(jìn)行元素交換，(3)晶體生長方位，(4)冷卻過程中元素的擴(kuò)散(Cherniak and Dimanov，2010；Cherniak and Liang，2012)。隨著巖漿溫度降低，鐵鎂質(zhì)礦物的結(jié)晶，使熔體中富集Si、Ca、Na等元素。其中，同化混染、結(jié)晶分異以及新鮮巖漿注入等都會(huì)使熔體的成分發(fā)生改變，但只有更基性的新鮮巖漿注入才能使熔體的Mg#值和Cr2O3升高。雖然斜方輝石的CaO含量也有所升高，但是礦物中元素與周圍熔體間交換/擴(kuò)散作用，并不會(huì)導(dǎo)致斜方輝石Mg#的升高。因此，新鮮巖漿的注入可以更好地解釋斜方輝石成分變化。另外，礦物顆粒的左邊Mg#值CaO和Cr2O3都高于右邊，這可能與輝石顆粒的結(jié)晶方向、在巖漿房中保存的完整程度以及與周圍礦物的元素交換(擴(kuò)散)有關(guān)。輝石的微量元素剖面分析結(jié)合全巖主量、微量地球化學(xué)成分的進(jìn)一步研究，可以限定斜方輝石的結(jié)晶和巖漿演化過程(Witt-Eickschen and O’neill，2005)。

表3黃山巖體斜方輝石成分

Table 3Orthopyroxene composition in the rocks from the Huangshanxi intrusion

測點(diǎn)號(hào)巖石名稱nSiO2MgOFeOAl2O3CaOMnOCr2O3NiOTiO2TotalMg#Ni(wt%)(mole%)(×10-6)06-18-12角閃輝長巖1053.626.816.10.971.020.370.140.010.3199.474.826306-18-80角閃二輝橄輝巖854.430.69.672.251.350.220.350.030.2099.185.038106-18-159.1角閃二輝橄輝巖1354.930.99.712.051.420.230.330.020.1799.785.028006-18-240.1角閃二輝橄輝巖2054.330.89.302.171.450.220.450.010.1898.885.526206-18-354.3角閃二輝橄輝巖1354.530.99.362.521.350.210.400.010.1999.585.523806-18-491.6角閃二輝橄輝巖554.231.09.332.061.450.200.370.030.1998.985.636906-18-491.6角閃二輝橄輝巖A54.330.69.712.601.330.270.37n.d.0.2399.484.9n.d.06-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.330.79.562.451.400.230.390.050.1899.385.140906-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.331.09.462.391.040.230.420.040.1799.185.428306-18-491.6角閃二輝橄輝巖53.930.89.482.601.100.220.410.040.1998.885.333006-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.331.39.532.781.030.180.37n.d.0.1799.685.4n.d.06-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.330.79.382.431.490.220.560.030.1599.385.425106-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.530.99.672.531.230.240.400.060.1799.785.144806-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.730.99.532.711.130.200.38n.d.0.1699.685.2n.d.06-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.431.09.442.601.170.230.40n.d.0.1899.485.4n.d.06-18-491.6角閃二輝橄輝巖B54.531.09.482.661.150.230.31n.d.0.2099.585.4n.d.06-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.230.99.452.651.070.210.32n.d.0.2599.185.3n.d.06-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.530.99.312.531.160.190.43n.d.0.1699.285.5n.d.06-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.631.09.442.161.470.180.42n.d.0.1599.485.4n.d.06-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.430.69.532.671.180.260.390.050.1899.285.140906-18-491.6角閃二輝橄輝巖54.130.89.562.641.070.250.32n.d.0.2198.985.2n.d.06-18-491.6角閃二輝橄輝巖C54.230.79.632.551.180.220.310.020.2299.085.0n.d.06-18-569角閃二輝橄輝巖1654.130.99.222.491.380.220.460.020.1899.085.732206-18-682.5角閃二輝橄輝巖954.130.49.492.281.440.220.380.010.1898.585.131006-18-780.9角閃二輝橄輝巖1654.430.99.332.291.420.220.420.010.1899.285.530106-18-901角閃方輝橄輝巖D55.030.99.482.141.620.240.470.070.18100.185.354206-18-901角閃方輝橄輝巖54.731.09.042.051.660.240.570.040.1699.485.932206-18-901角閃方輝橄輝巖54.531.08.872.041.700.240.580.100.2299.286.274606-18-901角閃方輝橄輝巖54.731.28.732.111.820.170.580.040.2199.686.427506-18-901角閃方輝橄輝巖55.531.99.031.380.720.180.390.060.0499.186.346406-18-901角閃方輝橄輝巖54.531.08.962.311.790.180.650.030.1899.586.025906-18-901角閃方輝橄輝巖55.431.09.011.221.730.220.310.070.1299.186.052606-18-901角閃方輝橄輝巖55.631.58.971.341.590.230.340.060.1399.786.250306-18-901角閃方輝橄輝巖55.331.58.621.201.750.180.360.050.1699.186.741606-18-901角閃方輝橄輝巖54.630.98.881.861.650.170.560.060.2498.986.145606-18-901角閃方輝橄輝巖54.930.79.202.081.500.230.340.060.1899.285.643206-18-901角閃方輝橄輝巖54.330.79.642.561.250.200.110.090.2799.185.069106-18-901角閃方輝橄輝巖53.830.69.542.761.340.210.380.050.2399.085.139306-18-901角閃方輝橄輝巖54.430.49.742.851.360.260.350.050.2299.684.740106-18-901角閃方輝橄輝巖54.330.410.112.901.210.210.280.060.2899.784.347906-18-901角閃方輝橄輝巖E55.230.810.201.710.970.220.070.070.0499.284.354206-18-944.3角閃方輝橄輝巖954.530.59.702.071.420.230.370.020.2199.084.931006-18-866.4角閃橄欖巖1254.731.19.242.211.380.220.480.030.1599.585.735406-18-871.4角閃橄欖巖1054.331.08.922.681.340.200.530.010.2099.186.1n.d.06-18-883.1角閃橄欖巖1054.530.98.852.431.510.220.490.060.1899.286.244606-18-1011.5角閃橄欖巖1254.931.48.472.171.520.200.530.020.1699.486.931006-18-1038.3角閃橄欖巖754.630.79.332.241.610.210.300.030.2199.185.4312

注：Mg#=100×Mg/(Mg+Fe); n.d.-低于檢出限或儀器未檢出

圖7　黃山巖體第三期次角閃二輝橄輝巖和角閃方輝橄輝巖中單顆粒斜方輝石由邊部-核部-邊部成分變化斜方輝石的顆粒特征及分析點(diǎn)位見背散射照片圖4g, hFig.7　Orthopyroxene profile compositional variations of phase III lithofaciesAnalysis point locations are show in Fig.4g, h

5.2　橄欖石、斜方輝石粒徑和成分的剖面變化

ZK06-18孔中淺部為第二期次蘇長輝長巖(0～20m)，20～870m為第三期次角閃二輝橄輝巖。870～1150m為第三期次的角閃方輝橄輝巖和角閃橄欖巖。第三期次的角閃方輝橄輝巖和角閃橄欖巖部分地段為截然接觸，但以漸變過渡為主，其礦物含量也存在連續(xù)過渡關(guān)系。

ZK06-18孔中角閃二輝橄輝巖的橄欖石含量在20%左右，橄欖石的Fo值在83～85之間、Ni含量在160×10-6～1000×10-6之間。斜方輝石和單斜輝石共占70%，斜方輝石稍多于單斜輝石，角閃石含量約占5%～10%，絹云母、磁鐵礦、金云母、硫化物等副礦物占1%～2%(圖8)。ZK06-18孔中礦物含量由淺到深變化不大，但是橄欖石的粒徑及成分存在兩段遞增趨勢(圖8)。80～418.5m，橄欖石的粒徑、Fo值和Ni含量隨深度增加有變大的趨勢，491.6m至866.4m同樣存在類似的變化趨勢，但趨勢性減弱(圖8)，斜方輝石的Mg#同樣也表明418.5～491.6m間存在不連續(xù)變化，可能對(duì)應(yīng)一期巖漿擾動(dòng)事件(圖8)。橄欖石的粒徑、Fo、Ni含量變化和斜方輝石的Mg#變化暗示第二階段角閃二輝橄欖巖在結(jié)晶過程中至少有一期巖漿擾動(dòng)事件，可能由于新鮮巖漿的注入導(dǎo)致，但是新鮮巖漿的性質(zhì)可能和殘余熔體的性質(zhì)差別不大，只是導(dǎo)致了Mg#值的微弱升高。

第三期次角閃方輝橄欖巖的橄欖石含量接近60%，往深部過渡為角閃方輝橄輝巖，橄欖石含量在20%左右，斜方輝石含量在50%～60%之間，單斜輝石約占5%，角閃石約占10%，金云母、硫化物含量相對(duì)于第三期次角閃二輝橄輝巖顯著增多，約占3%～5%(圖8)。由883.1～1038m，橄欖石的粒徑隨深度增加而略有增大，斜方輝石的最大粒徑(4～8mm)，高于第三期次角閃二輝橄輝巖(2～4mm)(圖8)。第三侵入期次角閃橄欖巖包裹在單斜輝石中的橄欖石及與輝石共結(jié)的橄欖石具有較寬的Fo值(81～85)，及異常高的Ni含量(1200×10-6～2050×10-6)，該巖性段的斜方輝石中的Ni也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他樣品(圖8)。第三期次的角閃方輝橄輝巖的Ni含量往深部有變大的趨勢，橄欖石(與輝石共結(jié))的Fo先降低后升高(從871.4m→944.3m→1038.5m)。1011.5m處樣品含微量硫化物，為礦體中的夾石層。

相對(duì)于角閃二輝橄輝巖，底部角閃方輝橄輝巖和角閃橄欖巖具有以下特征：(1)含有粗粒的斜方輝石，粒徑往往大于4mm；(2)斜方輝石含量增加，含少量或不含單斜輝石；(3)橄欖石的Fo值主要分布于82～84之間，與角閃二輝橄輝巖的Fo值相近，但是Ni含量(500×10-6～2000×10-6)高于角閃二輝橄輝巖中橄欖石(160×10-6～1000×10-6)(圖8、圖9b)。ZK06-18孔中883.1m和901m處樣品中被斜方輝石包裹的橄欖石具高Ni含量及中等Fo值。

圖8　黃山礦床ZK06-18鉆孔中橄欖石、斜方輝石的粒徑和礦物成分變化圖A-副礦物;Cpx-單斜輝石;Hb-角閃石;Ol-橄欖石;Opx-斜方輝石;Pl-斜長石Fig.8　Grain size and mineral compositional variations of olivine and orthopyroxene crystals in the drill hole ZK06-18 of the Huangshan Ni-Cu depositA-accessory minerals; Cpx-clinopyroxene; Hb-hornblende; Ol-olvine; Opx-orthopyroxene; Pl-plagioclase

圖9　黃山銅鎳礦床第三侵入期次巖相中的橄欖石Fo-Ni相關(guān)性圖(a)-角閃二輝橄輝巖，AB曲線為熔體中只有橄欖石結(jié)晶時(shí)橄欖石的Fo-Ni演化曲線，AC曲線為橄欖石和硫化物以50:1共同結(jié)晶時(shí)橄欖石的演化曲線；(b)-角閃方輝橄輝巖和角閃橄欖巖，AB為沒有硫化物熔離前提下結(jié)晶出橄欖石的Fo和Ni演化曲線，CD為橄欖石和硫化物以50:1從巖漿中結(jié)晶的Fo和Ni的演化曲線，詳細(xì)參數(shù)見文中討論；陰影區(qū)據(jù)Zhang et al.(2011)Fig.9　Fo-Ni diagram of olivine crystals in phase III lithofacies of the Huangshan intrusion(a)-olivine in olivine websterite; (b)-olivine in olivine orthopyroxenite and lherzolite

6　討論

6.1　硫飽和過程與新鮮巖漿注入

封閉、穩(wěn)定的巖漿系統(tǒng)中，早期結(jié)晶的橄欖石具有最高的Fo值和Ni含量，隨著早期橄欖石的結(jié)晶，熔體中的Mg#下降，隨后結(jié)晶出來的橄欖石Fo值和Ni含量下降。但當(dāng)體系成分改變，或者橄欖石和硫化物熔體進(jìn)行反應(yīng)，都會(huì)使結(jié)晶的橄欖石Fo值和Ni含量升高。前人研究表明影響橄欖石Fo值和Ni含量的主要因素有：(1)巖漿中發(fā)生硫化物熔離作用，(2)橄欖石和熔離出的硫化物反應(yīng)；(3)橄欖石和后期晶間硅酸鹽巖漿反應(yīng)；(4)新鮮巖漿的注入改變了母巖漿中FeO、MgO的比值及Ni含量(Li and Naldrett，1999，Lietal.，2004；孫赫等，2009)。

圖10　黃山巖體角閃方輝橄輝巖和角閃橄欖巖中橄欖石核部和邊部的Fo-Ni相關(guān)性圖(a)-角閃二輝橄輝巖;(b)-角閃橄欖巖;(c)-第三期次所有巖相,其中的模擬曲線和圖9中的模擬曲線一致Fig.10　Fo-Ni diagram of olivine core and rim of the Huangshan intrusion(a)-olivine websterite; (b)-lherzolite, (c)-all rocks of the Phase III, modeling lines are same to Fig.9

Fo-Ni的相關(guān)性圖(圖9a)表明角閃二輝橄輝巖中橄欖石的Ni含量隨著Fo值變小而緩慢下降，指示巖漿成分主要受橄欖石結(jié)晶分異控制。鉆孔底部的橄欖石相對(duì)于淺部橄欖石具有高的Fo值和Ni含量，角閃二輝橄輝巖中橄欖石的邊部和核部的Fo值和Ni含量較為一致，也說明該巖相橄欖石結(jié)晶過程中巖漿經(jīng)歷較少的擾動(dòng)。第三期次巖相中橄欖石的Fo值和Ni較為分散，Ni含量普遍較高。

假設(shè)角閃橄輝巖的母巖漿最早結(jié)晶的橄欖石含有1170×10-6Ni 和Fo 86，且Ni在橄欖石和硅酸鹽巖漿之間的分配系數(shù)為9，Ni在硫化物和硅酸鹽巖漿之間的分配系數(shù)為500，(FeO/MgO)橄欖石/(FeO/MgO)巖漿=0.3(Roeder and Emslie，1970)。橄欖石結(jié)晶模擬得到只有橄欖石結(jié)晶及橄欖石和硫化物以50:1從巖漿中分離的模擬曲線AB、AC(圖9a)。假設(shè)第三期次最早結(jié)晶橄欖石的成分為Fo=86，Ni=2250×10-6(代表經(jīng)過演化但是Ni不虧損的母巖漿)，得到只有橄欖石結(jié)晶的曲線AB，以及在3%橄欖石分離結(jié)晶后，橄欖石和硫化物以50:1的比例共結(jié)的曲線CD(圖9b)。

角閃橄輝巖中橄欖石大部分落在模擬曲線AB和AC之間(圖9a)，Zhangetal.(2011)測試的數(shù)據(jù)大致和曲線AB一致，部分位于曲線的右上方，表明角閃橄輝巖中橄欖石中的Ni含量主要受分離結(jié)晶控制，橄欖石結(jié)晶過程中可能有且只有小部分硫化物的熔離。569m處的橄欖石的核部和邊部具有相同的Fo值，但是邊部的Ni含量低于核部(圖10a)，邊部橄欖石結(jié)晶時(shí)可能發(fā)生硫化物的熔離，帶走了巖漿中大量的Ni。871.6m處橄欖石的核部具有較低的Fo值和Ni含量，邊部具有較高的Fo和Ni含量(圖10b)，橄欖石邊部高Ni含量可能由橄欖石-硫化物熔體發(fā)生了Fe-Ni交換反應(yīng)生成。橄欖石和硫化物的Fe-Ni交換反應(yīng)在Voisey’s Bay、金川、黃山東、喀拉通克等銅鎳礦床中普遍存在(Li and Naldrett，1999，Lietal.，2004；李士彬等，2008；鄧宇峰等，2011b；Gaoetal.，2012)。

第三期次包裹在斜方輝石中的橄欖石的核部具有較高的Fo值和Ni含量，邊部Fo值相似，但是Ni含量比核部低，表明橄欖石結(jié)晶過程中可能伴有硫化物熔離。包裹在單斜輝石和沒有被任何礦物包裹的橄欖石核部具有較低的Fo和Ni含量，邊部Fo值稍高于核部，鎳含量較高。單斜輝石中的橄欖石(圖10c)核部和邊部的Fo值相近，但是Ni含量顯著升高。橄欖石與硫化物反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致橄欖石的Fo值和Ni含量升高，但難以解釋包裹在單斜輝石中橄欖石的成分特征。橄欖石顆粒的成分變化暗示橄欖石結(jié)晶過程中巖漿體系Ni含量升高。橄欖石核部、邊部Ni含量的變化表明黃山第三期次巖相結(jié)晶過程中存在鎳不虧損的新鮮巖漿注入。

6.2　硫化物富集作用

近年巖漿銅鎳礦床研究認(rèn)為動(dòng)態(tài)巖漿通道系統(tǒng)是銅鎳礦床形成的有利環(huán)境(Li and Naldrett，1999; Lietal.，2001；Naldrett，1999；秦克章等，2012)。黃山雜巖體巖相分異較好，具有似層狀雜巖體的特征，部分巖相橄欖石具有原地結(jié)晶的特點(diǎn)，指示黃山銅鎳礦床是由巖漿經(jīng)分離結(jié)晶作用形成(Zhouetal.，2004)。但是玄武質(zhì)巖漿的分離結(jié)晶難以解釋黃山礦石中高的硫化物(平均10%)含量，Zhangetal.(2011)認(rèn)為黃山巖體可能為巖漿通道。

巖相間截然的接觸關(guān)系、水平和垂向剖面上橄欖石的成分、斜方輝石粒徑及成分的變化(圖8)指示黃山雜巖體的侵位存在多期巖漿脈動(dòng)。第三期次角閃橄輝巖因分離結(jié)晶作用導(dǎo)致硫化物的飽和(Zhouetal.，2004)，并形成工業(yè)礦體，如二輝輝石巖型和二輝橄輝巖型礦石(表1)。ZK06-18孔剖面上(418.5～491.6m)橄欖石的粒徑、Fo值、Ni含量變化(圖8)和491.6m處樣品中斜方輝石顆粒成分的變化(圖7)暗示在巖漿固結(jié)過程中除了分離結(jié)晶作用還有其他因素的作用導(dǎo)致輝石成分的多次變化。同化混染和結(jié)晶分異只會(huì)降低巖漿中的Mg#值。因此，輝石的成分變化可能由新鮮巖漿補(bǔ)給造成。

ZK06-18孔中901m處斜方輝石的剖面元素變化(圖7)也反映多期巖漿補(bǔ)給的特征。ZK06-18孔中30號(hào)礦體成礦元素變化圖(圖11)表明880m到905m之間Cu、Ni品位升高(Cu、Ni品位都大于0.3%，底部的Cu品位小于0.1%、Ni品位小于0.2%)。上述特征表明成礦元素富集可能與新鮮巖漿注入密切相關(guān)。在ZK06-18孔的1000～1030m以及1100～1150m之間存在多段Cu、Ni品位變富的部位。鉆孔ZK06-04孔成礦元素垂向變化(圖12)也指示30號(hào)礦體Cu、Ni、Co元素存在多段富集，且Cu/Ni比值存在多段重復(fù)性的變化。鉆孔ZK06-04銅鎳富集部位和鉆孔ZK06-18的富集部位具有很好的對(duì)應(yīng)性，兩個(gè)鉆孔的銅鎳品位變化(圖11、12)表明30號(hào)礦體存在多次硫化物的富集作用并使30號(hào)礦體頂部、底部和中間部位的金屬品位升高。綜上所述，本文認(rèn)為新鮮巖漿多次補(bǔ)給是黃山礦床銅鎳富集的重要控制因素。

圖11　黃山礦床ZK06-18孔Ni、Cu品位及Cu/Ni比值變化圖鉆孔及礦體位置見圖3b;數(shù)據(jù)來源于黃山銅鎳礦區(qū)補(bǔ)充勘探報(bào)告(新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司，2008)Fig.11　Stratigraphic variations of Ni, Cu contents and Cu/Ni ratios in drill core ZK06-18 of the Huangshan Ni-Cu deposit Drill core and orebody locations are shown in Fig.3b

圖12　黃山礦床ZK06-04 孔Ni、Cu品位及Cu/Ni比值剖面變化圖鉆孔及礦體位置見圖3b;數(shù)據(jù)來源于黃山銅鎳礦區(qū)補(bǔ)充勘探報(bào)告(新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司，2008)Fig.12　Stratigraphic variations of Ni, Cu, Co contents and Cu/Ni ratios in drill core ZK06-04 of the Huangshan Ni-Cu depositDrill core and orebody locations are shown in Fig.3b

6.3　多期次巖漿侵位及勘查指示

早二疊世(274～300Ma)是北疆東天山、中天山、北山基性、超基性巖體產(chǎn)出的重要時(shí)期，也是北疆銅鎳礦床形成的主要時(shí)期(秦克章，2000；韓寶福等，2004；Zhouetal.，2004；姜常義等，2006；毛啟貴等，2006；李華芹等，2006，2009；夏明哲等，2008；唐冬梅等，2009；Aoetal.，2010；Hanetal.，2010； Qinetal.，2011；馮宏業(yè)等，2014)。該背景下形成的銅鎳礦床具有相似的源區(qū)性質(zhì)和虧損鉑族元素的特征(Song and Li，2009；錢壯志等，2009；唐冬梅等，2009；王玉往等，2010a；Tangetal.，2011)，說明北疆地區(qū)銅鎳礦床的成礦作用存在一定的共性。黃山礦區(qū)銅鎳礦的成礦作用研究對(duì)該區(qū)域的銅鎳礦床勘查及研究具有一定的借鑒與指示價(jià)值。

黃山銅鎳礦床存在多期巖漿作用，主要的成礦期為第三期次。黃山銅鎳礦床東10km為黃山東大型銅鎳礦床，也具有多期次侵入的特征。鄧宇峰等(2012)將黃山東銅鎳礦床的巖相分為三個(gè)侵入期次，分別為第一期次的角閃輝長巖，第二期次的輝長蘇長巖和第三期次的斜長二輝橄欖巖。上述三個(gè)巖相都賦存有工業(yè)礦體，第三侵入期次的斜長二輝橄欖巖是最主要的賦礦巖相。王潤民等(1987)和Maoetal.(2014)認(rèn)為黃山東是同期多階段形成的復(fù)式巖體，可以分為四個(gè)階段(期次)，第一階段的主體輝長巖(占復(fù)式巖體地表面積的75%)，第二階段斜長角閃橄輝巖，第三階段的輝長蘇長巖及第四階段的角閃橄欖巖。礦體主要賦存在第二階段的斜長角閃橄輝巖、第四階段的輝石角閃橄欖巖、及第三階段的輝長蘇長巖中，三個(gè)階段巖相都是黃山東重要的賦礦巖相。說明黃山東成巖成礦都具有多期性的特點(diǎn)。

黃山礦床北北西方向5km為香山中銅鎳礦床，香山銅鎳礦床(香山中)屬于香山巖體的一部分。香山巖體的西段(香山西)存在銅鎳和鈦鐵復(fù)合型礦化(肖慶華，2010)，前人進(jìn)行了大量的研究(秦克章，2000；王玉往等，2004，2009，2010b；王京彬等，2008)。研究表明鈦鐵輝長巖的U-Pb年齡為278.6Ma，稍晚于主體輝長巖283～285Ma(秦克章，2000；李德東等，2012)，地球化學(xué)特征指示鈦鐵輝長巖和主體輝長巖是同源巖漿經(jīng)不同程度分異演化形成(肖慶華等，2010)。香山銅鎳和鈦鐵的時(shí)代關(guān)系及成因表明香山復(fù)式巖體具有多期次巖漿活動(dòng)的特征。香山雜巖體可以分為三個(gè)侵入期次(階段)，第一期次巖相有輝長巖、角閃輝長巖和角閃橄欖輝長巖，占雜巖體面積75%，構(gòu)成雜巖體的主體巖相，第二期次的巖相有含長單輝橄欖巖、橄欖巖和角閃輝橄巖相，第三期次為細(xì)粒輝長巖和鈦鐵輝長巖(肖慶華，2010)。香山中銅鎳礦體主要賦存于第二期次侵入的角閃輝橄巖和橄欖巖中，也有部分賦存在輝長蘇長巖中。香山在開采過程中(30勘探線720中段還發(fā)現(xiàn)中等浸染狀礦化細(xì)粒輝長巖，據(jù)2012年野外考察)。香山復(fù)式巖體的成礦作用至少有三期，以第二期橄欖巖相賦礦為主，另外還有一期鈦鐵礦化。綜上所述，黃山礦田的黃山、黃山東、香山巖體都具有多期次侵位與多期礦化的特征。

圖拉爾根的I號(hào)巖體由中心往邊部依次為角閃橄欖巖、角閃輝橄巖、角閃輝長巖，其中礦體主要賦存在橄欖巖和輝橄巖相中(三金柱等，2010；劉平平等，2010)。孫赫(2009)認(rèn)為I號(hào)巖體的巖相分帶可能由巖漿脈動(dòng)式侵入造成。中天山地塊的天宇主要含礦巖相為輝橄巖和橄輝巖，且隨著基性程度增高Ni品位也升高(Tangetal.，2011；楊良哲等，2011)。白石泉的主要巖相可分為三期：早期橄欖巖、輝石巖和輝長巖，中期為礦化橄欖巖、橄輝巖、角閃橄輝巖、礦化輝石巖、輝長巖和塊狀礦體，晚期為似斑狀橄欖輝石巖、輝石巖和閃長巖(李金祥等，2007)，含礦巖相以二輝橄欖巖為主，部分輝長巖含礦(楊良哲等，2011)。

通過東天山、中天山主要銅鎳礦床的巖相演化及含礦巖相的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)巖體的侵位往往具有多期次(除了天宇目前認(rèn)為各個(gè)巖相之間為漸變過渡關(guān)系，唐冬梅等，2009)，黃山的主要成礦期次為第三期，黃山東為第二期、第三期和第四期、香山主要為第一期、第二期，白石泉為第二期，圖拉爾根也是位于I號(hào)巖體中心的橄欖巖賦礦(相對(duì)較晚)。各礦區(qū)巖相演化表明東天山、中天山巖體由多期巖漿侵位形成，具多期成礦作用，而且晚期、中晚期巖漿具有更好的成礦潛力，超基性巖為主要的含銅鎳礦巖相，但許多礦區(qū)(如黃山東、香山、白石泉)，輝長巖或蘇長巖也是重要的含礦巖相(秦克章等，2012)。世界上其它礦床，如加拿大Sudbury銅鎳礦體主要賦存在石英閃長巖中(Dareetal.，2010)，Labrador半島的 Voisey’s Bay和Pants Lake的銅鎳礦化也和橄長巖、輝長巖有關(guān)(Lietal.，2001)，也顯示出基性巖賦礦的特征。所以該地區(qū)的基性巖也是值得重視的含礦巖相。

多期次巖漿侵位作用的厘定為東天山及北疆地區(qū)的銅鎳礦勘查工作提供了新的思路并拓寬了找礦方向。黃山巖體的南邊17km出露黃山南巖體，黃山南巖體地表出露4.22km2，主要巖相為輝石角閃橄欖巖、橄輝巖、角閃輝石巖、二輝橄欖巖、角閃橄欖巖和蘇長巖(王潤民等，1987)。巖石基性程度與黃山巖體相似，但是礦石儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于黃山東和黃山礦床。黃山礦田南西方向的土墩和二紅洼巖體的巖石組合也與黃山、黃山東相似，但是沒有發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的工業(yè)礦體。在黃山-鏡兒泉一帶，發(fā)現(xiàn)了一批具有一定成礦潛力的基性-超基性巖體，如紅石崗(王志福等，2012)、鏡兒泉、圪塔山口等巖體。這些巖體評(píng)價(jià)過程中應(yīng)以超基性巖相為重點(diǎn)，但是也不能忽略基性巖相(輝長巖、蘇長巖、橄欖輝長巖等)的成礦潛力?？辈檫^程中應(yīng)注意不同巖相之間的接觸關(guān)系，重視巖漿的多期次作用，在此基礎(chǔ)上，識(shí)別與多期次巖漿作用對(duì)應(yīng)的多期成礦作用，拓展找礦方向。

巖漿通道系統(tǒng)可以很好的解釋黃山巖體中橄欖石、輝石的成分變化、Ni、Cu等成礦元素在剖面上表現(xiàn)的多次富集特征。在巖漿通道成礦系統(tǒng)中，巖體由窄變寬、局部膨大及巖體產(chǎn)狀改變部位是銅鎳礦有利的聚集部位。

7　結(jié)論

東天山黃山大型銅鎳礦區(qū)鎂鐵-超鎂鐵巖體由多期巖漿侵位形成，礦體主要賦存在第三侵入期次的底部。黃山巖體母巖漿在橄欖石結(jié)晶過程中發(fā)生了硫化物熔離作用。角閃二輝橄輝巖中橄欖石的Fo值和Ni含量主要受橄欖石結(jié)晶作用控制，巖石固結(jié)過程中可能有一次新鮮巖漿的注入，并有少量硫化物的熔離。橄欖石核部與邊部Ni含量變化表明部分橄欖石和硫化物發(fā)生了Fe-Ni交換反應(yīng)，且在第三期次巖相結(jié)晶過程中有Ni不虧損新鮮巖漿的注入。

單顆粒輝石剖面的成分變化、剖面上金屬元素含量變化指示新鮮巖漿補(bǔ)給提高了礦體中Cu、Ni等元素的品位。Ni不虧損的新鮮巖漿補(bǔ)給可能是硫化物聚集的重要原因。巖漿通道成礦系統(tǒng)為多期巖漿的注入及硫化物的富集提供了有利場所。

東天山地區(qū)銅鎳礦床勘查過程中應(yīng)以超基性巖相為主要評(píng)價(jià)對(duì)象，但不能忽視基性巖相(輝長巖、蘇長巖、橄欖輝長巖等)的成礦潛力?？辈檫^程中注意不同巖相之間的接觸關(guān)系，重視多期次巖漿作用及對(duì)應(yīng)的成礦作用。巖體變寬、局部膨大及巖體產(chǎn)狀改變部位是東天山地區(qū)銅鎳礦有利的聚集部位。

致謝新疆有色集團(tuán)旗下亞克斯公司任管良副總工程師、謝軍輝主任，郭鼎民、馬帥、杜富、梁玉宗等工程師在野外工作和坑道觀察過程中提供了熱忱的幫助;李光明副研究員、李金祥副研究員等課題組成員的討論開闊了筆者的思路；印第安納大學(xué)李楚思老師在數(shù)據(jù)解釋方面給予了作者很大的啟發(fā)；與肖文交研究員、周可法研究員在成文過程中進(jìn)行了有益的交流；匿名審稿人對(duì)本文提出了寶貴的修改意見；在此一并致以衷心感謝。

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