新疆东天山土墩铜镍硫化物矿床中铂的赋存形式及其地质意义

王　伟， 王敏芳,2， 郭　忠， 夏庆霖， 肖　凡， 汪新庆， 郭晓南,5

(1.中国地质大学(武汉)资源学院，湖北武汉430074； 2.地质过程与矿产资源国家重点实验室，湖北武汉430074； 3.天津华北地质勘查总院，天津300170； 4.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京210016； 5.河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，河南许昌461000)



新疆东天山土墩铜镍硫化物矿床中铂的赋存形式及其地质意义

王伟1， 王敏芳1,2， 郭忠3， 夏庆霖1， 肖凡4， 汪新庆1， 郭晓南1,5

(1.中国地质大学(武汉)资源学院，湖北武汉430074； 2.地质过程与矿产资源国家重点实验室，湖北武汉430074； 3.天津华北地质勘查总院，天津300170； 4.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京210016； 5.河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，河南许昌461000)

摘要：土墩铜镍矿床位于东天山黄山—镜儿泉铜镍成矿带的西端，具有较好的铜、镍资源前景。铜镍矿石中主要金属矿物为黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、磁铁矿以及黄铁矿等。在详细研究土墩铜镍矿床成矿地质背景的基础上，通过对土墩铜镍矿床中浸染状矿石和块状矿石中主要金属矿物进行电子探针原位测试发现，金属矿物中Pt含量较高，范围在490～2 450 g/t之间，平均为1 713 g/t，而Pd含量则较低。进一步研究Pt的赋存形式及矿石中伴生元素Co、Se、Ag、Sb等的元素地球化学特征，结果表明，晚期成矿热液对早期镍黄铁矿和磁黄铁矿的交代使Pt常发生扩散交代作用，这种热液改造作用对贵金属元素的活化和再富集具有重要意义。此外，土墩铜镍矿床中具有高Se含量、较低S/Se比值以及高R因子值的矿段是极有可能形成铂族元素(PGE)的矿化富集带。

关键词：铂的赋存形式；热液成矿作用；铜镍矿床；土墩；新疆东天山

0引言

东天山铜镍硫化物矿集区是我国Cu-Ni-PGE矿产的重要产地，铂族元素(PGE)的矿化富集与基性—超基性成矿岩浆中的金属硫化物关系密切(孙赫等，2008；钱壮志等，2009；肖凡等，2013)，PGE包括Os、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd 6个元素，具有很强的亲铁性和亲硫性。根据熔点差异，可将其分为高熔点IPGE组(包括Os、Ir、Ru)和低熔点PPGE组(包括Rh、Pt、Pd)，后者比前者具有更高的分配系数(金属硫化物熔体/硅酸盐岩浆)。因此，产于东天山土墩矿床中的铜镍硫化物矿石中更有可能富集PPGE(Wang et al., 2015a，2015b)。

PGE在铜镍硫化物矿床中赋存形式的研究一直处于探索阶段，主要有PGE以类质同象形式替换金属硫化物中的元素、富PGE矿物显微包体或以离子吸附态寄存于硫化物中以及独立铂族矿物等观点(朱文凤等，2000)。然而，由于PGE在不同矿物中的赋存形式非常复杂，因此，除了上述几种常见的赋存形式外，是否还存在其他PGE赋存形式？这些赋存形式有哪些影响机制？有待进一步研究和探讨。近些年来，铂矿资源愈加被广泛应用于现代工业和尖端技术中，我国铂族金属矿产资源十分匮乏，寻找和勘探铂矿成为一项极为紧迫的战略任务。因此，对土墩铜镍硫化物矿床中铂的赋存形式的研究有利于查明该矿床铂族元素成矿潜力并估算铂矿储量。此外，PGE及伴生元素S/Se比值作为一种新的地球化学示踪剂，也可为岩石学特征和地幔源区演化提供重要信息，为全面准确地理解土墩铜镍硫化物矿床的成矿机制提供重要参考。

1区域地质背景

东天山地区出露的主要地层有晚古生界、中生界直至新生界。其中，晚古生界以石炭系较为发育，约占全区面积的3/5;中生界在区域内出露零星，缺失白垩系和三叠系，主要为一套侏罗系含煤的陆相碎屑建造;新生界主要广布于东天山的低洼地带，为一套陆相碎屑沉积(孙赫等，2007；刘帅，2012)。阿齐库都克—沙泉子断裂以南是前寒武系及中晚元古代主要分布区域(图1)。

图1　东天山地区区域地质简图(据柴凤梅等，2013)1-新生界盖层沉积；2-下石炭统干洞群；3-海西期花岗岩；4-推测断层；5-海西期闪长岩；6-中泥盆统头苏泉组；7-下石炭统梧桐窝子组；8-下石炭统雅满苏组；9-铜镍硫化物矿床；10-断裂；11-中晚元古代结晶基底Fig.1　Geological sketch map of the Eastern Tianshan region(after Chai et al., 2013)

区内主干断裂多为东西向展布，从北到南依次为骆驼圈子断裂、梧桐窝子泉—头苏泉断裂、康古尔塔格—黄山深断裂(其东延称为大草滩断裂)、苦水断裂和阿齐库都克—沙泉子断裂等。其中以康古尔塔格—黄山断裂带的重力与航磁异常最显著，成为控制东天山众多铜镍矿床的最主要断裂带(柴凤梅等，2013)。头苏泉—大南湖岛弧和康古尔—黄山韧性剪切带发育有一系列镁铁质—超镁铁质岩体，此岩带东西延伸270 km，南北宽达20～35 km，自西向东依次有：土墩、二红洼、香山、黄山南、黄山、黄山东以及葫芦、串珠、马碲、图拉尔根、咸水泉、四顶黑山等10多个岩体(秦克章等，2002；冯宏业等，2014)(图2)。

矿集区内的岩浆岩特别发育，侵入岩以中基性—超基性岩为主，主要岩性为辉长岩、苏长岩、橄榄岩、辉石岩、辉橄岩等(邓刚等，2012；肖凡等，2013；冯京等，2014)。矿区内共发现十几个铜镍硫化物矿床(体)，其产出位置有3种类型：(1) 产于基性—超基性岩底部的浸染状矿体，埋深一般大于250 m，矿体形态呈似层状、透镜状，为矿床的主要构成部分，主要赋存在橄榄岩相、辉石岩相和辉长岩相；(2) 受基性—超基性岩接触带控制的富矿体，埋深一般小于200 m，矿体形态呈透镜状、脉体，主要赋存于辉石岩相和辉长岩相中；(3) 分布于各类岩石裂隙中的脉状矿体由硫化物细脉或含硫化物细脉的石英、碳酸盐细脉组成。

图2　东天山地区铜镍矿床分布略图(据秦克章等，2007；王敏芳等，2012)1-第四系；2-矾钛铁矿床；3-泥盆纪火山岩；4-中型铜镍矿床；5-石炭纪变质火山岩；6-小型铜镍矿床；7-前寒武纪变质岩；8-大型铜镍矿床；9-实测和推测断裂；10-镁铁质—超镁铁质岩Fig.2　Geological sketch map showing distribution of the Cu-Ni sulfide deposits in the Eastern Tianshan region(after Qin et al., 2007; Wang et al., 2012)

矿石成分以金属硫化物为主，含有少量氧化物和少量硫砷化物、砷化物和碲化物等。金属硫化物主要有磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、白铁矿、方黄铜矿、闪锌矿和方铅矿等；氧化物主要为磁铁矿、钛铁矿和铬尖晶石等(王玉往等，2004)。矿石类型以浸染状、致密块状和脉状矿石为主，矿石结构为自形—半自形—他形晶结构、海绵陨铁结构、包含结构等，矿石构造为块状、网脉状、浸染状、团块状和角砾状构造。

2矿床地质特征

土墩铜镍硫化物矿床位于新疆东天山黄山—镜儿泉铜镍矿带的西端(图2)，中型规模。其大地构造位置属于天山地槽褶皱带北天山优地槽，觉罗塔格复背斜苦水向斜束山口—双岔沟背斜的北翼，干洞大断裂带(F12)附近(王敏芳等，2012)(图3)。

图3　土墩矿区地质简图(据王敏芳等, 2012; Wang et al., 2015a, 2015b)1-第四系洪积松散砂土；2-中新世橙红粉砂质泥岩、白色砾岩；3-上石炭统沉凝灰岩夹火山角砾岩、含碳硅质板岩；4-上石炭统角斑岩、糜棱岩化角斑岩、石英角斑岩夹沉火山角砾凝灰岩；5-糜棱岩化角斑岩；6-石英角斑岩；7-糜棱岩化细碧玢岩；8-沉凝灰岩；9-沉火山角砾岩；10-糜棱岩；11-石英脉；12-中—粗粒辉长岩；13-细粒闪长岩；14-辉橄岩；15-橄榄岩；16-矿体；17-断层；18-不整合/整合地质界线；19-岩相界线Fig.3　Geological sketch map of the Tudun deposit(after Wang et al., 2012, 2015a, 2015b)

区内出露的地层为中石炭统梧桐窝子组，是一套海底喷溢的中基性—中酸性火山熔岩及火山碎屑岩。其主要岩性组合为细碧岩、细碧玢岩、角斑岩、石英角斑岩，内夹薄层状及透镜状凝灰岩、沉凝灰岩，属细碧岩-石英角斑岩火山岩系组合。

区内构造比较简单，干洞大断裂(F12)是主要控岩控矿构造，呈80°方向延伸且斜穿整个矿区(图3)，为南倾的逆断层，其断层面与地层倾向相同，断层面倾角大于地层倾角。此外，还有一些平推小断层，属扭性-压扭性断裂，仅使岩层发生位移，与该区成岩成矿无关。

土墩基性—超基性杂岩体侵位于中石炭统梧桐窝子组，面积0.98 km2，地表为不规则的椭圆形，土墩矿床与该杂岩体密切相关。该含矿岩体是一个分次侵入形成的复式岩体，分为南岩体和北岩体，边部被辉长岩环绕。矿化富集与岩浆分异作用有关，南部岩体分异程度较高，故矿化程度也高。此外，南岩体具有侧向分异特征，从中心向边缘依次为单辉橄榄岩相—含长单辉橄榄岩相—辉长岩相；北岩体除具侧向分异特征之外，还显示出韵律分异特征，从顶板到底板依次为含长单辉角闪橄榄岩相—含长方辉(二辉)角闪橄榄岩相—含长橄榄角闪辉石岩相—辉长岩相。矿体主要分布于含长单辉角闪橄榄岩相带内，特别是南岩体上下部，此种岩相中有重要矿体生成。岩相空间分布特征表明，该岩体从边缘向中心，基性程度增高。基性—超基性岩体的围岩蚀变主要有蛇纹石化、绿泥石化、黝帘石化、黏土化或高岭土化、纤闪石化、硅化和碳酸盐化等(王润民等，1987；刘帅，2012)。

矿石类型主要有稀疏浸染状矿石、稠密浸染状矿石及块状矿石3种类型：金属矿物主要有磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、铬铁矿、磁铁矿等，非金属矿物主要有橄榄石、普通辉石、紫苏辉石、古铜辉石，其次有普通角闪石和斜长石等(永文富，2002；王敏芳等，2014)。

岩石具有半自形—自形晶粒状结构、变余嵌晶结构、辉长结构等。土墩铜镍矿床中磁黄铁矿和黄铜矿含量分布最广，常与镍黄铁矿形成他形粒状结构、共结边结构以及海绵陨铁结构等。他形粒状结构主要表现在熔离出的金属硫化物在造岩矿物粒间呈他形晶充填，也有因早期造岩矿物中含铁矿物的分解而形成他形晶磁铁矿；共结边结构主要为磁黄铁矿与镍黄铁矿同时晶出时而形成；海绵陨铁结构主要表现为金属硫化物呈胶结物状分布在造岩矿物的粒间。

3样品采集及测试方法

本次研究的样品采自土墩铜镍矿床的矿石堆，在测试之前进行了室内岩相学观察，选择新鲜未蚀变的样品进行相关测试。测试样品共计4件，包括稠密浸染状矿石(TD2)、稀疏浸染状矿石(TD10)、块状富镍矿石(TD19)、块状富铜矿石(TD20)。将研究样品磨制成光薄片，喷碳处理后选择部分金属硫化物点位对其进行电子探针原位分析。

实验参数如下：仪器型号为JXA-8100(日本)，工作加速电压20 kV，电流20 nA，分析束直径为10 μm，寻峰时间10 s。各贵金属元素的检出限值不同，其中Au为143 g/t， Ag为49 g/t，Pt为249 g/t，Pd为103 g/t。测定结果见表1。

表1　土墩铜镍硫化物矿石样品电子探针分析结果

注：“-”表示低于检出限；TD2为稠密浸染状矿石，TD10为稀疏浸染状矿石，TD19为块状富Ni矿石，TD20为块状富Cu矿石

4铂的赋存形式及伴生元素特征

长期以来,人们只关注主成矿元素Cu和Ni在土墩铜镍硫化物矿床中的赋存形式，而矿石中伴生元素的赋存形式却未得到重视，诸如Co、Se、Ag和Sb等伴生元素，它们在矿石中的赋存形式对于探讨Pt在岩浆铜镍硫化物矿床中的赋存形式具有重要的指示意义(戴瑞榕等，1982；李九玲等，1990；宋会侠等，2007；刘亚非等，2015)。

4.1铂的赋存形式

黄铜矿中Ag与Pt具明显的负相关关系(图4a)，根据离子半径和电价平衡原则，Ag和Pt之间不太可能形成类质同象，且Pt是高温元素，而Ag为低温元素，因此，可能是Ag在晚期成矿热液中对早期Pt元素进行了活化再改造。

黄铜矿中Sb和Pt呈正相关关系(图4b)，而Sb与S的亲和性较强，暗示硫锑络合物可能是Pt的重要搬运形式之一。

在镍黄铁矿中，Sb和Pt呈负相关关系，二者间可能存在不完全类质同象作用(图4c)，致使镍黄铁矿中Pt发生富集现象。

磁黄铁矿中Ni和Pt呈正相关关系(图4d)，可能说明Ni对Pt的富集有利。

图4　土墩铜镍硫化物矿床Ag、Sb、Ni与Pt关系图Fig.4　Diagrams of Ag, Sb and Ni vs Pt of the Tudun Cu-Ni sulfide deposit

黄铜矿中Pt的出现除与含Pt金属互化物络合物的搬运有关外，还极有可能与黄铜矿毗邻的金属矿物的种类有关。如点位TD2-2-3处的黄铜矿与镍黄铁矿毗邻(表1)，可能在以黄铜矿为代表的晚期成矿热液交代毗邻的镍黄铁矿时，发生部分Pt元素的扩散交代作用，致使该处黄铜矿中Pt含量明显上升，这与陈魁英等(1993)在镶嵌原子理论框架下，借助分子动力学计算模拟的方法所获得的多体系热液作用会提高Pt的自扩散系数的认识相一致。再如点位TD19-1-3处的镍黄铁矿，其产于块状富Ni矿石中，这种矿浆结晶分异或熔离而成的富Ni矿石比稀疏浸染状矿石本应更加富Pt，但由于TD19-1-3处的镍黄铁矿产出位置与后期的黄铜矿毗邻，Pt元素可能以扩散交代形式被部分黄铜矿接纳，在金属硫化物颗粒间扩散交代的Pt元素会在新矿物中发生元素再分配和再平衡过程，从而造成TD19-1-3处的镍黄铁矿中Pt含量下降(表1)。同理，TD20-2处的镍黄铁矿也与黄铜矿毗邻，其Pt含量较上述稀疏浸染状矿石中的镍黄铁矿有明显降低；TD20-1处的磁黄铁矿产出位置较为复杂，介于镍黄铁矿和黄铜矿交界处，Pt元素在金属硫化物颗粒之间可能发生了较为复杂的微量元素再分配和再平衡过程，从而造成TD20-1处磁黄铁矿较其他磁黄铁矿颗粒的Pt含量显著下降。

因此，土墩铜镍硫化物矿石中Pt的赋存形式除与含铂金属互化物络合物的搬运以及不同矿物颗粒间Pt元素的扩散交代机制有关外，是否存在显微矿物包体或独立铂族矿物等形式？磁黄铁矿、镍黄铁矿中的Pt元素是以何种形式与黄铜矿发生扩散交代作用？这些问题都有待进一步研究。

4.2伴生元素特征

电子探针研究发现,土墩铜镍硫化物矿床中的Co主要赋存于镍黄铁矿中，其次为磁黄铁矿，其主要是因为Co和Ni在矿物中常发生类质同象作用，二者具有较强的负相关性(表1)；Se和S具有很强的亲和性，且磁黄铁矿相对黄铜矿含有更多的S。磁黄铁矿和镍黄铁矿中，Se和Co均呈较强的正相关性，相关系数分别为R2=0.945 8(图5a)和R2=0.914(图5b)，故Se更倾向赋存于磁黄铁矿和镍黄铁矿中。

图5　土墩铜镍硫化物矿床Se-Co关系图Fig.5　Diagrams of Se vs Co of the Tudun Cu-Ni sulfide deposit

研究表明，土墩铜镍矿床中各种构造类型的矿石(稀疏浸染状矿石、稠密浸染状矿石、块状矿石)中，伴生元素Ag的富集点位均产出于磁黄铁矿和镍黄铁矿相互交代以及晚期热液产物黄铜矿交代早期镍黄铁矿、磁铁矿交代镍黄铁矿等位置。

孙燕等(2009)对东天山香山铜镍矿床中热液期金属矿物开展了详细的电子探针研究工作，发现其矿石中普遍含有Sb、Ag和Zn等元素，黄铜矿、镍黄铁矿经热液改造后，其Ag的含量也显著增高，说明热液作用有利于对贵金属元素富集。此外，黄铜矿中Ag普遍存在，暗示了贵金属与Cu具有相伴成矿的特点。本次研究发现，土墩铜镍矿床矿石中亦普遍含有Ag和Zn等元素，未被后期热液改造的镍黄铁矿、磁黄铁矿中，Ag的含量为150～290 g/t，平均值为225 g/t；而镍黄铁矿和磁黄铁矿相互交代及被后期热液金属矿物黄铜矿交代之后的点位，Ag的含量为460～620 g/t，平均值为505 g/t，反映了热液改造过程确实对土墩铜镍矿床贵金属元素的再富集发挥过重要作用。

5讨论

5.1地壳硫的同化混染

岩浆铜镍硫化物矿床中地壳S的同化混染作用是理解成矿过程的重要机制(Lesher et al.,1993;Naldrett et al.,1997)，其矿石中S/Se比值已被广泛应用于指示成矿过程的研究(Eckstrand et al., 1987; Ripley et al.,1990;Hattori et al., 2002; Lorand et al., 2003; Maier et al.,2008)。国外学者研究认为，若岩浆铜镍矿石中S/Se比值高于地幔源区S/Se比值(2 850～4 350，平均3 333)(Queffurus et al., 2015)，则指示岩浆铜镍硫化物矿床幔源岩浆侵位过程混染了富S的地壳物质；反之，则指示岩浆结晶分异后期发生了S亏损事件。

土墩铜镍硫化物矿床的铜镍矿石中S/Se比值变化范围较大(689～34 908)，表明其在成岩成矿过程中既存在地壳S的混染又存在岩浆结晶分异后期S的亏损。王敏芳等(2012)经过对土墩岩体的微量元素研究发现，其成矿岩体具有富集大离子亲石元素(LILE)的特征，极可能是亏损地幔中混入富LILE的地壳物质所致。土墩铜镍硫化物矿床中地壳S的同化混染是发生在洋壳俯冲深部的岩浆源区还是岩浆上侵过程中，亦或是两者兼有之，尚需进一步研究。但无论是在俯冲带洋壳的俯冲而造成洋壳物质混入到地幔中，还是岩浆上侵过程中与富S地壳围岩发生反应，都为地壳S的同化混染提供了可能。

Queffurus等(2015)经过对世界各地岩浆Cu-Ni-PGE矿床的研究发现，富PGE矿床具有S/Se比值低于地幔S/Se比值以及高Pt+Pd含量的特征，而岩浆Cu-Ni矿床具有S/Se比值高于(或接近于)地幔S/Se比值以及低Pt+Pd含量的特征。世界各地岩浆Cu-Ni矿床的矿石S/Se比值变化范围较大(500～40 000)，Pt+Pd含量的变化范围为0.1～1 000 g/t。而本次研究发现，土墩铜镍矿床矿石S/Se比值分布于地幔S/Se比值附近，可能与地壳S的同化混染有关，同时呈现高Pt+Pd含量的特点(490～2 530 g/t,平均1 772 g/t)(图6)，具有成PGE矿床的潜力(图7a)。

图6　土墩铜镍硫化物矿床(Pt+Pd)-S/Se及R因子相关图解(据Queffurus et al., 2015)Fig.6　Plot of (Pt+Pd) vs S/Se of the Tudun Cu-Ni sulfide deposit, classified using R-factor values(after Queffurus et al., 2015)

5.2硫化物熔体的分离结晶

国外学者研究发现，硫化物熔体的分离结晶作用对S/Se比值的变化具有重要影响(Eckstrand et al.,1986; Hinchey et al., 2005; Maier et al., 2008)。硫化物熔体分离结晶的过程中，R因子是制约金属元素富集的重要参数(Campbell et al., 1979)，其公式为：

R=Dsul/sil(Csil-Csul)/(Csul-Dsul/sil)

(1)

式(1)中，Dsul/sil为各元素在硫化物熔体与硅酸盐岩浆之间的平衡分配系数，Csil为各元素在原始硅酸盐岩浆中的含量，Csul为各元素在硫化物熔体中的含量。

由于PGE与Se在硫化物熔体相分离结晶过程中的地球化学行为非常相似，其分配系数(Dsul/sil)较高，因此PGE和Se会强烈分配进入硫化物熔体相中，同时Se含量以及S/Se比值也都直接受到R因子的制约(Thériault et al.,1998)。若R因子值较低，则指示硫化物熔体与硅酸盐岩浆相互作用不充分，致使硫化物熔体相无法捕获足量的PGE和Se元素，进而造成硫化物熔体相中出现贫PGE和Se的现象。土墩铜镍硫化物矿石具有较高的R因子(图6)，反映了硫化物熔体与硅酸盐岩浆相互作用充分，其成矿母岩浆可能发生了较高程度的部分熔融，从而使PGE和Se元素能够有效地分配进入硫化物熔体相，并伴随产生矿化。

刘帅(2012)对土墩矿床成矿母岩浆的地幔熔融程度进行了模拟研究。结果显示，土墩矿床母岩浆的地幔熔融程度多集中分布在30%的区域。总体而言，土墩铜镍硫化物矿床及基性—超基性岩体，是由地幔熔融程度接近30%的母岩浆演化而来，成为东天山地区铜镍硫化物矿床中地幔熔融程度较高的矿床。

研究表明，Se在岩浆Cu-Ni-PGE矿床中的含量及分布受硫化物熔体中不同类型的固溶体相的影响较大，单硫化物固溶体相(MSS)形成的温度范围在1 190～900 ℃之间，之后的中间固溶体相(ISS)形成的温度区间大致在900～870 ℃之间(Green et al.,1981;Czamanske et al.,1992;Dare et al.,2014)。随着温度继续降低，磁黄铁矿和镍黄铁矿将会从MSS中出溶，黄铜矿将会从ISS中出溶。土墩铜镍矿石电子探针原位分析表明，Se主要赋存于磁黄铁矿和镍黄铁矿中(Se含量为60～480 g/t，平均211 g/t)，而黄铜矿中的Se含量极低(10～50 g/t，平均30 g/t)。因此，土墩铜镍硫化物矿床中具高Se含量、较低S/Se比值以及高R因子值的矿段更有可能形成PGE矿化富集带(图7b)。

图7　土墩铜镍硫化物矿床(Pt+Pd)-S/Se分类图解(据Queffurus et al., 2015)(a) Cu-Ni-PGE矿床分布图;(b) 各演化过程分布范围图Fig.7　(Pt+Pd)-S/Se classification diagrams of the Tudun Cu-Ni sulfide deposit(a) distribution of Cu-Ni-PGE deposit; (b) domains of each evolution process (after Queffurus et al., 2015)

5.3热液改造作用

近年来，国内外学者发现了在镁铁质—超镁铁质岩石及其赋存的铜镍矿床中与热液流体作用相关的铂族矿物(PGM)，如内蒙古文圪矿床的铂族矿物就形成于磁铁矿、绿泥石和黄铁矿中(赵兴国等，2010)。此外，更有一些岩浆硫化物矿床中，PGE的矿化富集是岩浆作用和热液流体成矿多阶段改造的综合结果，如津巴布韦Sclukwe Subchamber矿床(Coghill et al., 1993),针对这种现象，已有学者对其机制进行了研究。由于超镁铁质岩石较之其他岩石更富Au、Ag、Pt、Pd等热液活动性很强的元素，经过后期热液作用改造之后，便可形成达到工业品位的贵金属矿化(Willmore et al., 2002),也就是说，形成贵金属矿化除必须保证有成矿物质基础外，后期热液的改造也发挥了重要作用。

综合野外观察发现，土墩铜镍硫化物矿床确实存在与含铜镍矿床有关的高温热液蚀变作用，如橄榄石常被纤维蛇纹石交代，甚至完全被交代成假象；单斜辉石局部有被蛇纹石、透闪石、绿泥石交代的现象；斜长石呈半自形晶，常被绿泥石及少量黝帘石交代，在基性岩中则全部钠黝帘石化。Keays和Maier等的研究均表明，受热液交代作用影响的硫化物和岩体极有可能出现Pd/Ir比值>100的现象，这是Pd和Ir在蚀变过程中发生分馏所致(Barnes et al., 1985; Keays, 1995; Maier et al., 1998)。而王敏芳等(2012)通过对土墩铜镍矿床铂族元素地球化学特征的研究发现，该矿床稠密浸染状矿石样品TD2的Pd/Ir比值为638，远高于100，暗示其受后期热液交代的可能性极高；然而稀疏浸染状矿石和块状矿石的Pd/Ir比值却低于100，可能指示后期高温热液流体沿多期断裂和裂隙运移路径存在较大差异，PGE有可能在断裂构造发育的局部矿段出现矿化富集。

研究表明，在热液流体循环改造的过程中，活泼元素(包括S以及Pt、Cu、Bi、As、Sb等)极易发生溶解、活化和再迁移，并最终在次生矿物中发生沉淀，或以元素迁移扩散的形式在毗邻金属矿物中富集沉淀(Queffurus et al., 2015)。通常情况下，遭受岩浆期后热液蚀变作用的矿石，其S/Se比值会很低，但是活泼元素不均匀的迁移和分布会致使S/Se比值出现较大范围的波动，最终造成贵金属元素在矿床的局部矿段亏损或富集。

土墩矿床铜镍矿石电子探针测试数据(表1)表明，其矿石中主要金属硫化物的Pt元素含量最高，其次是Au、Ag，而Pd元素含量极低，指示土墩铜镍矿床确有贵金属成矿的物质基础，晚期黄铜矿对早期镍黄铁矿和磁黄铁矿的交代作用，可能是Pt元素发生扩散交代机制的重要原因。前人研究发现，岩浆期后高温热液流体不仅能够活化活泼的贵金属元素，而且还能使贵金属元素在其他侵入体或围岩中发生沉淀(王伟等，2015;Schissel et al., 2002)，土墩铜镍矿床的成矿基性—超基性岩体是多期岩浆侵入的复式岩体，后期侵入体极有可能捕获早期富PGE的贵金属元素，并在矿区有利构造界面的局部矿段富集成矿。

5.4铂钯成矿资源潜力

土墩铜镍硫化物矿床为一中等规模的矿床，该矿床含矿基性岩Ni、Co、S含量较高，经过13个含矿超基性样品分析结果统计，Ni、Co、S含量分别高达1 092、155、5 300 g/t (王润民等，1987)，其含量与国内外岩浆铜镍硫化物矿床接近，具备成矿的物质条件。然而，长期以来，对土墩铜镍矿床有关Pt和Pd成矿资源潜力的报道甚少(王敏芳等，2012)。本次研究对土墩矿床各类矿石矿物贵金属元素的电子探针原位测试分析表明，土墩铜镍矿床镍黄铁矿中Pt含量为1 460～2 400 g/t，平均1 882 g/t，Pd含量为150 ～ 330 g/t，平均240 g/t；磁黄铁矿中Pt含量为490～2 450 g/t，平均1 761 g/t，Pd含量为40～250 g/t，平均103 g/t；黄铜矿中Pt含量为930～1 970 g/t，平均1 487 g/t，而Pd含量极低，多数点位含量低于检测限。不同矿物中Pt、Pd元素含量系统变化的特征表明，土墩铜镍矿床中Pt和Pd主要赋存于镍黄铁矿中，其次为磁黄铁矿和黄铜矿。此外，与矿石中的Pt含量相比，Pd含量低1个数量级，暗示土墩铜镍矿床Pt的成矿资源潜力远大于Pd。

永文富(2002)研究了土墩杂岩体的岩石地球化学特征，认为土墩南岩体的S和CaO含量高、K2O和Na2O含量低，较之北岩体更有利于成矿。此外，研究还发现矿化富集与岩浆结晶分异作用有关，与北岩体相比，南岩体分异程度更高，故矿化程度也高，且矿体多分布在含长单辉角闪橄榄岩相带内(王润民等，1987)。土墩铜镍矿床的各矿体均为隐伏矿体，现有钻孔资料表明，富集镍黄铜矿、磁黄铁矿和黄铜矿的多金属矿化有向深部变富的趋势。同时，航空磁法ΔT异常显示良好、异常高(1 500)、圈闭好，物探工作亦显示土墩地区具有较大的探矿前景。因此，结合本次矿石中贵金属含量及铂的赋存形式研究，认为土墩铜镍矿床深部具有较好的Pt成矿潜力，而Pd资源多呈亏损状态，成矿潜力较小。此外，为深入开展土墩铜镍矿床铂族贵金属的成矿潜力评价工作，除了要加强微量元素、各类同位素、物探和地震波等在示踪壳幔相互作用以及深部岩浆成矿过程方面的研究外，野外工作的重点应放在土墩矿床的南部岩体矿化带上，在岩石矿物组合上要优先考虑橄榄石、辉石含量高，角闪石、斜长石含量相对较少的单辉橄榄岩相带，而矿石矿物组合应以富集镍黄铁矿为主，其次以磁黄铁矿和黄铜矿的矿体为重点研究对象。

6结论

通过对土墩铜镍硫化物矿床的野外采样与观察和室内矿石组构的详细研究，并综合土墩铜镍矿石Pt、Pd、Ag等贵金属及伴生元素的地球化学特征和赋存形式，可初步得到如下认识。

(1) Pt主要赋存于镍黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿中，晚期成矿热液对早期镍黄铁矿和磁黄铁矿的交代使Pt常发生扩散交代作用，其成矿热液的循环改造过程对土墩铜镍矿石中的PGE矿化富集起到了重要作用，硫锑络合物可能是Pt的重要搬运形式之一。土墩铜镍硫化物矿床在构造有利的局部矿段形成PGE矿化的潜力较大。

(2) 研究查明了Co、Se、Ag等伴生元素的赋存形式，土墩铜镍矿床中Co主要赋存于镍黄铁矿中，其次为磁黄铁矿；Se赋存于磁黄铁矿和镍黄铁矿中；Ag主要赋存于黄铜矿中。这些工业矿物均属于易选、易炼的铜镍钴硫化物。此研究成果对今后矿山选矿、冶炼方案的制定和优化具有重要意义。

(3) 土墩铜镍矿床在幔源岩浆上侵或洋壳俯冲到深部岩浆源区的过程中，存在地壳S的混染，之后的岩浆结晶分异过程可能发生了S的亏损。此外，土墩铜镍矿床原始岩浆较高程度的地幔部分熔融使其具有成为PGE矿床的较大潜力。

(4) 在基性—超基性岩中的土墩铜镍矿石中，Pt含量的高低与矿石构造类型(稀疏浸染状/块状矿石)的关系并不显著，这一现象更有可能与复杂的成矿岩浆演化过程及后期高温成矿热液叠加改造作用有关。因此，对于土墩铜镍硫化物矿床，开展热液改造作用对贵金属元素的活化和再富集研究具有重要意义。

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Occurrence state of platinum from the Tudun Cu-Ni sulfide deposit in Eastern Tianshan Mountains of Xinjiang and their geological significance

WANG Wei1, WANG Minfang1,2, GUO Zhong3, XIA Qinglin1, XIAO Fan4, WANG Xinqing1, GUO Xiaonan1,5

(1. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074,Hubei, China; 2. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, Hubei, China; 3. Tianjin North China Geological Exploration General Institute, Tianjin 300170, China; 4. Nanjing Centre of China Geological Survey, Nanjing 210016, Jiangsu, China; 5. Second Institute of Geological Exploration Institute, Geological and Mineral Resources Bureau of Henan Province, Xuchang 461000, Henan, China)

Abstract：The Tudun Cu-Ni deposit is located at the western segment of the Huangshan-Jingerquan Cu-Ni ore belt in Eastern Tianshan Mountains, and possesses a good potential for prospecting copper and nickel. The major metallic minerals of ores include chalcopyrite, pyrrhotite, pentlandite, magnetite and pyrite. Based on detailed research on the metallogenic geological setting, and previous petrological and geochemical evidence of the Tudun Cu-Ni deposit, this study performed in situ electron probe microanalysis (EPMA) on these metallic minerals from the disseminated ores and massive ores. The EPMA shows that the concentrations of platinum in the major metallic minerals vary from 490～2 450 g/t, averaging 1 713 g/t, and that the concentrations of palladium are low. We further studied the occurrence states of platinum and the element geochemical characteristics of accessory elements including Co, Se, Ag and Sb. The results show that the influence of hydrothermal metasomatism on pentlandite and pyrrhotite is the most likely process that resulted in the diffusive metasomatism of platinum, which is critical to the activation and re-enrichment of noble metals. In addition, the ore blocks with high Se concentrations, low to moderate S/Se values and high R factor are most likely to form PGE mineralization.

Keywords：occurrence state of platinum; hydrothermal mineralization; Cu-Ni deposit; Tudun; Eastern Tianshan Mountains in Xinjiang

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.01.85

收稿日期：2015-07-28；修回日期：2015-08-03；编辑：陈露

基金项目：国家自然科学基金面上项目(41272097)、中国地质调查局项目(1212011085466, 12120113089300, 12120114016601)、中央高校基本科研业务费专项资金(CUG120702)、中国地质大学(武汉)教学实验室开放基金项目(SKJ2014010)联合资助

作者简介：王伟(1989—),男,硕士研究生,矿产普查与勘探专业,E-mail: yt6757212@126.com

中图分类号：P595；P618.53

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)01-0085-12