东天山圪塔山口铜镍矿床铂族元素特征及对成矿过程的约束

孙　莹

(长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安　710054)



东天山圪塔山口铜镍矿床铂族元素特征及对成矿过程的约束

孙莹

(长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安710054)

圪塔山口铜镍矿床位于东天山黄山-镜儿泉-图拉尔根铜镍矿带东段，目前，规模已达小型，以星点状和稀疏浸染状矿石为主。矿石中Ni含量为0.16%～1.39%，Cu含量为0.02%～1.21%，Ni/Cu值为1.15～7.01。铂族元素总量含量较低，为13.11×10-9～828.09×10-9，矿石Pd/Ir值为13.9～20.8，表明成矿后热液活动对铂族元素影响较小。铂族元素原始地幔标准化配分曲线呈明显的左倾型，PPGE含量略高于IPGE。在Ni/Cu-Pd/Ir图解上，圪塔山口矿床母岩浆成分落入高镁玄武岩区域，与国内其他典型铜镍矿床成矿母岩浆性质一致。深部岩浆房内少量硫化物的熔离是导致矿石中PGE亏损的主要原因。铂族元素之间呈较好的正相关性，表明硫化物熔离后未发生明显的分离结晶作用。

圪塔山口；铜镍矿床；铂族元素；成矿过程；东天山

新疆东天山黄山-镜儿泉-图拉尔根铜镍矿带是我国第三大铜镍矿带，已发现的铜镍矿床主要有黄山东、黄山、图拉尔根、香山和葫芦等，已有研究表明这些铜镍矿床均形成于晚石炭世—早二叠世(韩宝福等，2004；孙涛等，2010；三金柱等，2010；肖庆华等，2010；QIN et al.，2011；张照伟等，2015)。这些矿床的赋矿岩体岩浆分异演化充分，岩石地球化学组成主要属拉斑玄武岩系列，具有相似的微量元素和Sr-Nd-Pb同位素特征，岩浆演化过程中都遭受了较低程度的地壳物质同化混染(夏明哲等，2008，2010；ZHOU et al.，2004；邓宇峰等，2011；焦建刚等，2012)，是相同构造背景下的产物。关于这些矿床的构造背景存在着碰撞后伸展(韩宝福等，2004；夏明哲等，2008；邓宇峰等，2011)和与地幔柱作用相关的不同认识(王登红等，2000；毛景文等，2006；PIRAJNO et al.，2008；QIN et al.，2011)。目前该矿带东西两侧是否仍有寻找铜镍矿的潜力是该区今后研究及找矿工作的重点。近几年，新发现的圪塔山口铜镍矿床尽管规模较小，但对其开展详细的研究工作有利于进一步评价该铜镍矿带向东的找矿潜力。

圪塔山口铜镍矿床是新疆有色地质勘查局704队新发现的铜镍矿床，郭海兵(2011)对其地质特征、矿体特征、矿石类型等进行了初步的总结，认为属典型的岩浆熔离-贯入型矿床。冯宏业等(2014a,2014b)对该矿床的形成时代、岩浆演化过程、岩浆源区性质、成矿作用过程及构造背景进行了初步探讨，认为该矿床与东天山其他典型铜镍矿床形成时代一致，为造山后伸展背景下地幔柱叠加作用的产物；成岩作用以岩浆结晶分异为主导，并受到了地壳物质的混染，具有较好的铜镍成矿潜力，但对该矿床的成矿作用过程研究较薄弱。基于此，笔者通过岩/矿石铂族元素地球化学研究来进一步探讨该矿床的成矿作用过程。

1　矿床地质特征

图1　东天山黄山-镜儿泉-图拉尔根铜镍矿带区域地质图(据秦克章等，2007修改)Fig.1　Regional geological map of the Huangshan-Jingerquan-Tulaegen Ni-Cu ore belt (modified after Qin et al,2007)

圪塔山口铜镍矿床位于觉罗塔格构造岩浆带东段，受北东东向展布的康古尔-黄山断裂带次级断裂控制(图1)。区内主要由I-1、I-2、I-3和I-4号岩体组成，其中I-2号岩体为主要含矿岩体。岩体侵入于泥盆系大南湖组浅变质砂岩夹黑色碳质片岩中，与围岩接触部位岩石多发生强烈变质。I-1号岩体位于I-2岩体北西170m处，地表出露长约300m，最宽处约100m，主要岩性为辉长岩、角闪辉长岩和橄榄辉石岩。I-2号岩体长约400m，宽约10～40m(图2a)，由两侧向中心依次为辉长岩相-橄榄岩相-橄榄辉石岩相-辉长岩相(图2b)。I-3号岩体位于I-2号岩体东段第四系冲沟内，磁法研究推测其可能为I-1号岩体的东延部分。I-4号岩体位于I-2号岩体以东，长约420m，宽约100m，主要岩性为闪长岩。通过野外宏观地质特征及年代学研究，都表明I-4号岩体与其余3个岩体不是同一期次岩浆作用的产物。

图2　(a)圪塔山口矿区地质图及(b)6号勘探线钻孔剖面图(据郭海兵，2011修改)Fig.2　(a)Geological map and (b)the sixth cross-section of the Getashankou deposit

矿床主要赋矿岩性为辉石橄榄岩，橄榄辉石岩中也有少量矿化现象，共圈出4个矿体，其中I-2-1和I-2-2号矿体出露地表，I-2-3号为隐伏矿体。矿体呈似层状、透镜状，向深部产状变陡并逐渐尖灭(图2b)；主要矿石类型为星点状和稀疏浸染状，少量为海绵陨铁状矿石；主要金属矿物组合为磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿(郭海兵，2011)。

2　样品采集及分析方法

笔者样品主要采自I-2号岩体ZK602，矿石类型主要为星点状和稀疏浸染状矿石。铂族元素(PGE)分析在贵州省拓谱资源环境分析检测中心采用Elan DRC-e ICP-MS仪器测定。Pt、Pd、Ir和Ru采用同位素稀释法测定，以194Pt为内标测定同位素Rh。具体流程是：准确称取5g 样品于120mL Teflon杯中，加入15mL HF，放置30min，于170℃电热板上蒸干。加入2.5mL HF，7.5mL HNO3后密封，于185℃分解36h，取出冷却，于170℃电热板上蒸干。加入2mL HCl蒸干赶去HNO3，加入5mL HCl，水洗杯壁，转移至50mL离心管中，定容至40mL，摇匀，离心5min，将清液转移至原Teflon杯中。将Teflon杯于180℃ 加热，加入1mL Te溶液，加SnCl2至刚出现黑色沉淀，再加3～4mL过量SnCl2，加热40min，再加入1mL Te溶液，敞开加热约15min，冷却并用抽滤装置过滤，将滤膜放于原烧杯中，沿杯壁加入1管HNO3，加入少量水，微热，取出滤膜后蒸干，趁热加入5滴HNO3，8滴HCl，摇动烧杯使底部铂族元素完全溶解。用洗瓶清洗杯壁(约2mL水)，再摇动，转移至15mL离心管中，定容至10mL待测(QI et al，2011,2013)。

全流程Ir、Ru和Rh空白值低于0.003×10-9，Pd为0.02×10-9，Pt为0.011×10-9。仪器质量分馏校正由10ng/mL的Ru，Ir，Pd和Pt标准溶液在样品测试中间测定监控，参照标准溶液的同位素丰度值(IUPAC，1998)，采用指数分馏法则对样品测定时仪器的同位素分馏进行校正。应用该方法测定的标样UMT-1和WPR-1的结果列于表1。Ni、Cu和Co采用ICP-MS测定，S分析采用燃烧碘量法，Ni、Cu、Co和S的测定在西安地质矿产研究所测试中心完成。

表1　PGE分析采用标样标准值与测定值对比表(10-9)

3　Ni、Cu及铂族元素地球化学特征

表2　圪塔山口铜镍矿床矿石铂族元素及Ni、Cu、Co、S含量表

图3　圪塔山口矿石中硫与铂族元素相关性图解Fig.3　The diagrams of Sulphur and the PGE concentrations from the Getashankou Ni-Cu deposit

圪塔山口矿石的铂族元素及Ni、Cu、Co、S含量见表2。矿石中金属Ni品位变化范围为0.16%～1.39%，Cu的变化范围为0.02%～1.21%，Ni/Cu值变化范围为1.15～7.01，平均值为4.7。不同矿石类型的铂族元素总量(∑PGE)为13.11×10-9～828.09×10-9，其中，星点状矿石含量较低，为13.11×10-9～56.81×10-9，平均值为28.66×10-9，含量明显小于浸染状矿石铂族元素含量(828.09×10-9)。在铂族元素与S含量相关性图解上(图3a—图3e)，不同矿石类型铂族元素与硫含量之间均呈明显的正相关性，表明矿石中铂族元素主要赋存在硫化物中。矿石中金属Ni含量与S之间的相关性不太明显(图3f)，这可能与样品中含有较多的橄榄石有关。在铂族元素相关性图解上(图4a—图4f)，Ir与Ru、Rh之间呈较好的正相关性，Pd和Ir、Ru、Rh和Pt之间也均呈较好的正相关性，暗示铂族元素之间可能没有发生明显的分离结晶作用。

图4　圪塔山口矿石中铂族元素相关性图解Fig.4　Thecorrelation diagrams between platinum group elements of the Getashanhou deposit

在原始地幔标准化图解上，圪塔山口的样品具有相似的原始地幔标准化PGE及Ni、Cu配分曲线，呈明显的左倾型，PPGE含量明显高于IPGE含量(图5)。

4　讨论

4.1母岩浆性质

地幔部分熔融导致形成的原始岩浆中Ni/Cu值小于地幔值，而Pd/Ir值高于地幔值(Barnes,1990)，且在硫化物/硅酸盐岩浆体系中，硫化物的熔离作用对残余岩浆的Ni/Cu值、Pd/Ir值都影响不大，但是后期岩浆热液活动往往会导致矿石中Ir含量偏低，而相对的使Pd/Ir值升高，圪塔山口矿床样品的Pd/Ir值为13.9～20.8，平均值为17.3，远小于100，表明后期热液活动对铂族元素的分布影响较小，故可以利用Ni/Cu和Pd/Ir值来判断形成岩体母岩浆的性质(BARNES et al., 2005)。在Ni/Cu-Pd/Ir图解中(图6)，圪塔山口矿床的样品全部落入高镁玄武岩区，表明圪塔山口岩体的母岩浆可能为MgO含量较高的玄武质岩浆，这与国内其他典型铜镍矿床的母岩浆性质一致(孙涛等，2010；李彤泰等，2010；王亚磊等，2012)。冯宏业等(2014b)通过对圪塔山口矿床中橄榄石成分进行系统研究，表明橄榄石Fo最大值为86.6，与之平衡的母岩浆的MgO含量为11.84%，FeO含量为10.88%，这与东天山觉罗塔格构造岩浆带内其他典型铜镍矿床的母岩浆的MgO含量相似(孙赫等，2009；尹希文等，2015)，结合前人对该区铜镍矿床岩浆源区部分熔融程度的估算，认为圪塔山口矿床岩浆源区约发生了约15.8%～18.8%的部分熔融(冯宏业等，2014b)，这导致岩浆源区中的硫化物及铂族元素全部进入原始岩浆中(NALDRETT,2011)，形成铂族元素不亏损的原始岩浆。

图5　圪塔山口矿床铂族元素原始地幔标准化图解(原始地幔数据据MCDONOUGH and SUN,1995)Fig.5　Primary-mantle-nornalized plots of sulfide ores from the Getashankou Ni-Cu deposit

图6　圪塔山口矿床Ni/Cu-Pd/Ir关系图解Fig.6　Ratio plots of Ni/Cu vs Pd/Ir of ores from the Getashankou Ni-Cu deposit

4.2硫化物熔离过程

研究表明矿石中铂族元素的含量主要受以下因素控制：① 母岩浆性质及其元素含量。②硫化物熔离的量(硅酸盐岩浆/硫化物熔体质量比)。③硫化物分离结晶作用(NALDRETT, 2011)。由于PGE具有很强的亲S性，它们在硫化物和硅酸盐熔体之间具有较高的分配系数，而Cu、Ni在硫化物和硅酸盐熔体之间的分配系数则较低，所以即便是少量的硫化物熔离也将导致残余岩浆中PGE的明显亏损(FLEET et al.，1996；CROKET et al.，1997)。圪塔山口矿床的Cu/Pd值为26.6×103～39.4×103，明显大于原始地幔的Cu/Pd值(7×103)，表明形成圪塔山口矿石的母岩浆是PGE亏损的。那么导致PGE亏损的原因是母岩浆成分还是深部岩浆房内少量硫化物的熔离，这需要进一步的探讨。前已述及，圪塔山口矿床岩浆源区部分熔融形成的原始岩浆应是PGE不亏损的。因此，形成的矿石也不应该亏损PGE，据此推测导致PGE亏损的原因主要是由于深部岩浆房内发生了少量硫化物的熔离。

基性岩浆中硫化物熔离后，硫化物液滴由于重力或流动分异作用在岩浆房底部或矿体的膨大部位发生聚集形成矿床(秦克章等，2012)，在硫化物聚集过程中由于温度的降低硫化物熔体会进一步发生分离结晶作用，形成单硫化物固溶体和硫化物残余熔体，伴随这一过程PPGE和IPGE之间会发生一定的分异演化(SONG et al，2008；NALDRETT，2011)。圪塔山口矿床中不同铂族元素之间都具有很好的正相关性(图5a—图5f)，表明它们之间并不存在明显的分异作用，但在铂族元素原始地幔标准化图解上(图4)，圪塔山口矿床中PPGE含量明显高于IPGE，呈明显的左倾型，表明圪塔山口矿床中PPGE含量高于IPGE是原始岩浆的固有特征。

5　结论

(1)圪塔山口矿床∑PGE含量较低(13.1×10-9～828.1×10-9)，矿石中铂族元素主要赋存在硫化物中，不同矿石类型之间具有相似的原始地幔标准化PGE配分曲线。

(2)圪塔山口矿床母岩浆为高镁玄武质岩浆，岩浆源区发生了较高程度的部分熔融，原始岩浆中PGE不亏损，由于深部岩浆房内少量的硫化物熔离导致形成的矿石中PGE明显亏损。

(3)圪塔山口矿床母岩浆中硫化物熔离后，硫化物熔体未发生明显的分离结晶作用，铂族元素之间不存在明显的分异，矿石中PPGE含量明显高于IPGE含量是母岩浆的固有特征。

致谢：在野外工作中，新疆有色地勘局704队郭海兵工程师、黄宝强工程师等给予了大力支持；中科院贵阳地化所漆亮研究员在铂族元素分析测试过程中给予了热情帮助，在此一并致以衷心的感谢。

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Platinum Group Element Character of the Getashankou Ni-Cu Deposit in East Tianshan and its Effect on Mineralization Process

SUN Ying

(School of Earth Sciences and Resources, Chang’an University, Xi’an 710054, Shaanxi, China)

The small scale Getashankou Ni-Cu deposit is located at the eastern section of the Huangshan-Jingerquan-Tulargen Ni-Cu ore belt, East Tianshan. This deposit is mainly composed by speckled ore and sparse disseminated ore. In these ores, Ni contents range from 0.16% to 1.39%, while the Cu contents vary from 0.02% to 1.21%, and the Ni/Cu ratios change from 1.15 to 7.01. The contents of ∑PGE are relative low, which range from 13.11×10-9to 828.09×10-9, and the Pd/Ir ratios vary from 13.9 to 20.8, indicating that the PGE characters of ores are almost unaffected by hydrothermal activity. The PGE shows the original characteristics of the deposit. Distribution patterns of PGE in these ores are enriched in Pt and Pd. In the geochemical data of these ores, the relationship between Ni/Cu and Pd/Ir indicate that the primitive magma is picritic magma whose PGE are not depleted, which is similar with other typical Ni-Cu deposits in China. Small amount of sulfide was separated in the deep chamber, which result in the loss of PGE in these ores. The elements among PGE show positive correlations, indicating that the sulfides didn’t experienced effectly crystallization.

Getashankou; Ni-Cu deposit; platinum group elements; mineralization process; East Tianshan

2015-10-22；

2015-10-29

中央高校基本科研业务费专项资金项目(2013G1271095)联合资助

孙莹(1977-)，女，副教授，博士研究生，主要从事旅游地质研究工作。E-mail: sunying@chd.edu.cn

P618.2

A

1009-6248(2016)01-0143-10